變頻器在電梯應用中存在的問題

1.諧波干擾

1.1干擾機制

       變頻器的主電路一般采用AC-DC-AC的形式，即整流部分（AC/DC）和逆變器部分（DC/AC），電源首先經過三相橋式整流，然后由大功率晶體管開關元件執行DC/AC轉換。

在輸入部分，輸入電壓為正弦波，由非線性二極管和二極管的離散參數組成的三相整流橋將導致輸入電流波形為非正弦波。在輸出部分，輸出線電壓是SPWM脈沖寬度調制的矩形波，相電壓是階躍波，所有這些都是非線性的。輸出電流是帶有毛刺的正弦波。由于它是非線性正弦波，因此會產生諧波。理論分析表明，諧波不包含整數倍諧波，甚至不包含3的諧波，根據傅立葉級數，諧波可以分解為基波和每個諧波，通常包含6n+1（n=l，2、3...。）次諧波。諧波的頻率與逆變器的調制頻率有關，其中的5、7、11和13次諧波電流占主導地位。

1.2干擾危害

        輸入電流諧波會扭曲電網電壓，并影響其他電氣設備，例如升高變壓器溫度并產生振動噪聲；引起防護用具故障；造成測量儀器錯誤；破壞絕緣，影響電器的正常運行并縮短使用壽命。

根據GB12668-90的規定，我國高次諧波管理標準電網電壓諧波電壓的綜合畸變率為THD％≤10％，奇次諧波THD％≤5％，偶次諧波THD％≤2％。

輸出電壓和電流具有諧波。當調制頻率較低時，人耳會聽到由較高諧波頻率產生的電磁噪聲（尖叫聲）。諧波會導致電機發熱和振動。峰值電壓甚至會破壞絕緣，無功損耗大，cosφ減小等。當調制頻率高時，諧波的影響很小，但是無論調制頻率高低，諧波都會形成電感性干擾。通過電線的電磁耦合，并通過電纜將高頻電磁輻射干擾輻射到空間中，這會造成不利影響，例如干擾電梯中的門機控制信號以阻止其正常工作，計算機板上的LCD顯示錯誤，并且計算機時鐘停止工作。通常，逆變器輸出的諧波電壓的總THD％應控制在5％和7％之間。

1.3抑制干擾

不管由輸入或輸出諧波引起的干擾，傳播模式僅是線傳導，電感耦合和空中輻射的三種方法，因此我們從抑制干擾的措施中也從這些方面入手：

（1）連接電抗器和過濾器。輸入端連接到交流電抗器ACL。它對抑制5至9次諧波具有顯著作用。Cosφ也可以增加到75％至85％。輸出端通常不連接到電抗器?？刂圃?％以下。串聯在整流橋和濾波電容器之間的直流電抗器DCL也可以顯著抑制諧波電流并提高功率因數。請注意，在連接電源濾波器時：輸出側的濾波電容器只能連接至電動機側，并且應連接電阻器，以防止變頻器受到電容器的充電和放電影響。僅在同一磁芯上，它對基本電流沒有影響。當容量大于22KW時，通常選擇并聯模式的電源濾波器。

（2）合理的布線和線路屏蔽。逆變器應由單獨的變壓器供電。同時使用兩個逆變器時，它們應彼此遠離。其他設備和控制線的布局應盡可能遠離變頻器的輸入和輸出線（最小也應在10cm以上），并且不要平行排列。信號控制線扭曲以抑制差模干擾信號；配線時設備的合理接地也是抑制諧波干擾的方法之一。根據國家規定，除了使用接地線徑足夠大的接地線以確保接地電阻不大于5Ω外，還必須將逆變器單獨接地。接地線應盡可能靠近逆變器，并且應遠離電源線，并且不能連接到電源的零線。用金屬管屏蔽主電路（變頻器與電動機的連接線），并使其盡可能短?？刂菩盘柧€也可以被屏蔽。屏蔽線靠近逆變器的一側應連接到控制線的COM端，并且屏蔽層的僅一端應接地。

（3）其他設備使用隔離變壓器隔離受干擾的電網，并使用光電耦合器隔離受干擾的信號。

（4）還可以相對降低逆變器的載波頻率以消除干擾的影響，但是噪聲可能更大，并且電流波形的平滑性更差。具體可以在現場調試確定。我在電梯調試中遇到過諧波干擾，這會導致門機信號錯誤，并且將載波頻率調整為8至10K之間的適當值以消除故障。

（5）必要時也可以使用零相序電抗器，電涌吸收器和電涌抑制器。

2.工作環境問題

         電梯的工作環境比較惡劣，變頻器是晶體管電子設備，對使用環境有一定要求。如果條件允許，在安裝和維護過程中應考慮以下問題，以確保變頻器正常運行：

逆變器的環境溫度通常為-10?+40℃，濕度低于90％。周圍環境中不應有油污，金屬粉末，腐蝕性氣體和液體，陽光直射和低振動。但是，某些電梯（例如室外自動扶梯）在惡劣的室外環境下工作，必須采取必要的措施，例如隔離和保護。當環境溫度大于+40℃時，每升高5℃會使變頻器的工作功率下降約30％，因此變頻器的散熱非常重要。通常，我們使用冷卻風扇帶走熱量。每1KW熱量需要的風量約為0.1m3/s。在電梯中，逆變器通常安裝在機柜中。如果環境比較干凈，應盡可能采用機柜外部的冷卻方法。如果必須使用機柜內部的冷卻裝置，則應在機柜的頂部安裝排氣冷卻風扇，并盡可能將其安裝在變頻器的正上方。當將逆變器安裝在室外環境中時，控制柜最好是雙層結構，在各隔室之間采用強制風冷設計，這樣可以防止雨淋和日曬，并具有良好的散熱性。