【摘要】随着科技的不断发展，社会产能不断提高，越来越多的金属产品应用到人们的生活中，在此背景下，冶金行业得到了高速的蓬勃发展。而如今，较为传统的直流调速技术不再稳居行业中的龙头老大地位，交流变频技术发展到如今已经有一定规模，这是建立在矢量控制技术的不断发展上。如今是交流变频调速技术和直流调速技术互不服输的时代，本文就交流变速技术中的重要部分——变频器，做一简单的分析，提出了一些浅显的改进意见。
【关键词】变频器,冶金行业,应用分析
一、前言
21世纪的地球已经在面临几个重要的问题，资源、能源、环境。而人类的消费又不见减少，金属制品在社会的各个角落都很容易见到。这就对冶金行业提出了更高的要求，那就是减少资源损耗、减低提炼成本、提高自动化程度。变频器的大量应用是解决这些问题的有效途径之一。
二、何为变频器
变频器的工作原理是将50赫兹或者60赫兹的工频电源通过一些电力变导体器件转变成为不同频率的交流电源，用以适应某些设备中的电机变速运行的需求。其类型大体分为两类，分别为电压型和电流型。电流型将电流源由直变交流，电感是其直流回路的滤波。而电压型是变电压源中直流为交流，直流回路的滤波为电容。除此之外，还有多种分类，比如说开关不同的PAM和PWM和PWM（高载频）,工作原理有差异的/f控制变频器、转差频率控制变频器、适量控制变频器,用途有所不同的通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
三、变频器的应用
冶金行业中较为典型的应用到变频器的设备有、轧机、卷取机、线材轧机、风机、处理线、料浆泵等。变频器的功能主要体现在以下几个方面。
（1）转矩补偿功能 该应用有电压补偿和电压矢量控制两个重点。电压补偿分为手动和自动两种，其原理都是在低频提高定子电压来补偿定子内阻降压。通常情况下都是由工人手动补偿，只有在变频器加速运行时自动补偿才会发挥作用，来提高转矩输出的稳定平衡的特性。而电压矢量控制的原理基于电压补偿之上，变频器根据转矩电流和定子阻抗在一定程度上修正压频比，来实现补偿定子内阻降压。
（2）变频器抗干扰特性 大部分的变频器属于PWM逆变电路，高次谐波是其附属产物，并会对自身正常工作造成影响。所以变频器普遍存在自身的抗干扰措施，主要有：在变频器和地面中间设置电容器过滤吸收干扰信号,应用屏蔽电缆连接控制电路，或者以绞线形式对电缆进行铺设,保持控制电缆和主线路之间的距离在安全范围，切勿在同一个导线槽内进行铺设，在二者必须交叉时严格使用直角。
（3）电机过载 通用型电动机一般能保证在超速20%时能保持2分钟的正常使用，但随即电动机就会损毁。所以通用型电动机在使用时要保持输出频率在62赫兹以下，一旦超出该频率，就可能出现旋转体零部件寿命减少、轴承润滑油高速消耗、机械损耗上升、产生噪声污染等的问题。电机可以在某些特定要求下进行特殊设计来满足过载需求，但要注意的是，负载时恒转矩类的时候，尽量避免电机在除空负载以外的其他情况下超速运转。
四、变频器的故障处理
变频器在冶金行业的大量应用意味着变频器出现故障时所造成的大量负面影响。所以有必要注意变频器的故障预防和实际情况下对故障处理的准备。变频器通常来讲有主回路、电源回路、IPM驱动及保护电路、冷却风扇等部分组成，整体上多采用模块化单元化的设计思路。变频器经常会在误操作、环境影响等原因的影响下发生故障。以下是一些常见的故障情况以及原因分析。
（1）环境中电磁干扰 变频器如果设置在比较杂乱的环境中，就很容易受到某些干扰源通过看不见的辐射和通过铺设的电源线的入侵，这个时候的控制器非常脆弱，很容易出现回路的不正常运错，从而引起变频器工作的误操作或者停机，某些时候甚至能致使变频器报废。预防这种情况出现就要尽量使变频器远离可能出现干扰的地方，如果不能远离，就要采取一些措施保护变频器。第一，将工作环境周围的所有继电器、接触器设备的控制圈上安装吸收装置来吸收可能遇到的冲击比如减短某些吸收器的接线。其次，要控制好变频器的控制回路配线交合节之间的距离，使之大于等于15毫米，而且所有的控制回路配线交合节要保持和主回路10厘米或更多,控制回路中配线的距离要尽可能缩短，同样与主回路保持一定距离,一旦变频器要设置在距离电动机100米之外，就有必要加大相连导线的截面直径，降低线路压，同时为了补偿因为导线距离的过远而产生的分布电容充电电流必须要配备变频器输出抗电器。在另一方面，变频器在设置时要保持接地端子接地时严苛遵守规定，严禁用电焊和动力接地相混合使用,因为输出端会放出杀人高次谐波对其本身的电源或者其他电子设备照成影响，要配备上无线电噪声滤波装置。
（2）冷却系统故障 散热片和冷却风扇是冷却装置的必须备件。二者中，冷却风扇的使用寿命相对较短，在长时间使用后会在一定范围内出现震动和较大的噪音，随后会逐渐丧失作用致停止运转，导致变频器热量多大而停止工作。冷却风扇的寿命很大程度上受制于轴承寿命，轴承寿命通常不会超过35000小时。变频器在不停歇工作时，要记住3年内必须更换一次冷却风扇。某些最新的产品为了延长冷却风扇的使用时间将风扇设置为与变频器的工作状态一致，从而减少使用时间。
（3）主回路故障 主回路的构成比较复杂，其元件有三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等。大多数情况下的故障发生在电解电容上。变频器在回路设计时就会选择好电容器的型号，所以电解电容的使用时间和施加在其两端的直流电压和其内部温度所决定，通常温度每增加10摄氏度，使用时间就会大幅度衰减。这样的情况下，在使用时必须要控制好变频器主回路的工作温度以及周围的环境温度，同时从其他方面想办法降低脉动电流（加装直流电抗器或者使用已改善额定工作功率的交流电源）。电容器维护保养时要注意重点测量静电容量，一旦静电容量过低（低于额定的五分之四），绝缘抗阻处于5M欧姆之下，意味着电容器已经劣化，要考虑及时更换。
（4）安装环境 变频器是一种电子器件，在出厂说明书中都详细注解了对安装环境的详细要求。安装时应该严格按照说明书进行安装，如果有其他因素影响，导致其安装环境不能达到说明书要求，就要及时采取补救措施来取得平衡。主要几点应当注意的有：防震动，在容易发生震动的地方垫一层橡胶减震,防受潮，防受腐蚀，电子器件比较容易受到空气中的尘埃、氧气等物质对元件进行腐蚀，要做好防锈防腐防尘处理，采用封闭式结构隔绝有害物质,防高温，电子元件的性能很大程度上受到其自身温度的影响，在安装环境通风条件差、阳光直射率高的时候，要在设备不远处加装空调或者增加冷却装置，并注意遮阳。
五、结语
变频器是科技发展的产物，随着社会生产力更高的要求，势必会有更多的变频器被应用，针对变频器的研究也不可能停止。变频器效率高、能耗少的特性会受到更多人的青睐。变频器还会迎来另一个高速发展期的。
参考文献
[1]张燕宾.《变频器应用教程》[M].北京：机械工业出版社，2010.年4月.
[2]王廷才，王伟.《变频器原理及应用》.机械工业出版社，2009年7月.
[3]魏召刚.《工业变频器原理及应用》.电子工业出版社，2012年9月.
声明：
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我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：姜利u3000毕建良
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2024年08月07日 ~ 09日 
