電梯使用變頻器存在弊端

伴隨著大功率晶閘管(SCR)大功率晶體管(GTR)和新型場效應晶體管(IGBT)的相繼問世，變頻調速技術從20世紀60年代出現至今已日趨成熟，在各電氣領域普及使用。電梯等特種機電設備也不例外，變頻器也使設備的技術含量、性能得以突飛猛進，與傳統的調速方式比較其效果是鮮而易見的。它使得電梯效率提高、運行平穩、設備壽命延長，結合PLC或微機控制，更顯示無觸點控制的優越性：線路簡化、控制靈活、運行可靠、維護和故障監測方便。由變頻器的工作原理可知，必須滿足一定的安裝要求才能正常工作，變頻器本身也不可避免產生諧波干擾和電磁輻射等常見問題，然而電梯的功率較大、工作環境較差、安全系數要求高，因此，引發了在安裝使用與維護變頻器的若干問題。

1、諧波干擾問題

1.1干擾的產生機理

變頻器的主電路一般是交-直-交形式，即整流部分(AC/DC)和逆變部分(DC/AC)組成，先將電源進行三相橋式整流，再由大功率晶體管開關元件進行DC/AC轉換。

在輸入部分，輸入電壓是正弦波，非線性二極管組成的三相整流橋及二極管參數離散將引起輸入電流的波形為非正弦波。在輸出部分，輸出線電壓是 SPWM脈寬調制的矩形波，相電壓是階梯波，都是非線性的。輸出電流是帶毛刺的近正弦波。既然是非線性正弦波，就必將產生諧波。理論上分析，諧波中不含有 3的整數倍諧波和偶次諧波，可按傅立葉級數分解為基波和各次諧波，通常含有6n+1(n=l，2，3….)次諧波。諧波的頻率與變頻器的調制頻率有關，其中5次、7次、11次、13次諧波電流占主要地位。

1.2干擾的危害

輸入電流諧波會使電網電壓畸變，造成對其他用電設備的影響，如使變壓器溫度上升，產生震動噪聲;引起保護電器誤動作;導致計量儀表誤差;破壞絕緣，影響電器正常工作，減少壽命等。

按GB12668-90規定，我國高次諧波管理標準電網電壓諧波電壓綜合畸變率的是THD%≤10%，奇次諧波THD%≤5%，偶次諧波THD%≤2%。

輸出電壓和電流均有諧波，調制頻率較低時，人耳可能聽得見高次諧波頻率產生的電磁噪聲(尖叫聲)，諧波造成電動機發熱和振動，峰值電壓甚至擊穿絕緣，無功損耗大，cosφ減少等。調制頻率較高時諧波造成的影響要小，但無論調制頻率高低，諧波都會通過導線的電磁耦合形成感應干擾，并且通過電纜向空間發射高頻電磁輻射干擾，對周邊的線路、電氣設備等造成不良影響，如電梯中干擾門機控制信號使其不能正常工作、電腦板液晶顯示出錯、微機時鐘停止工作。一般情況下，變頻器輸出的諧波電壓合成總量THD%應控制在5%~7%之間。

1.3干擾的抑制

無論輸入還是輸出諧波造成的干擾，其傳播方式不外是線路傳導、感應耦合和空中輻射三種方式，所以在抑制干擾的措施上我們也從這幾個方面入手：

(1)接電抗器和濾波器。輸入端接入交流電抗器ACL，它對抑制5~9次諧波效果很顯著，cosφ也可提高到75%~85%，輸出端一般不接電抗器，選用時電抗器的壓降最好控制在5%以下。串聯在整流橋和濾波電容之間的直流電抗器DCL也能明顯抑制諧波電流和提高功率因數。接電源濾波器時應注意：輸出側的濾波器電容器只能接在電動機側，且應接入電阻，防止逆變器因電容的充放電受沖擊，濾波電抗器三相連接線必須按同方向繞在同一磁芯上，才能對基波電流無影響。容量大于22KW時一般選用并聯方式的電源濾波器。

(2)合理布線和線路屏蔽。變頻器應使用單獨變壓器供電，兩臺變頻器同時使用時更要彼此遠離;其他設備和控制線路在布局上盡量遠離變頻器的輸入、輸出線(最低也在10cm以上)，并且不要與其平行走線，最好垂直交叉;信號控制線相絞可抑制差模干擾信號;布線時設備合理接地也是抑制諧波干擾的方法之一，接地時除了要按國家規定用足夠線徑的接地線保證接地電阻不大于5Ω之外，變頻器還要單獨接地，接地點盡量靠近變頻器，接地線遠離電源線也不能和電源的零線相接;對主電路(變頻器到電動機的連接線)進行穿金屬管屏蔽，并盡量短，控制信號線也可采用屏蔽線，屏蔽線靠近變頻器的一側應與控制線路的COM 端相連，同時屏蔽層只能一端接地。

(3)其他設備用隔離變壓器對有干擾的電網進行電源隔離，用光電耦合管隔離受干擾的信號。

(4)亦可相對降低變頻器的載波頻率來消除干擾的影響，但噪音可能要大些，電流波形平滑性要差些，具體可現場進行調試確定。筆者遇到過在電梯調試中出現過諧波干擾使門機信號出錯，把載波頻率在8~10K之間調低適當的值使故障排除。

(5)必要時也可使用零相序電抗器、電涌吸收器和電涌抑制器等。

2、工作環境問題

電梯工作環境相對惡劣，而變頻器是一臺晶體管電子設備，對使用環境有一定的要求。在條件允許的情況下，我們在安裝和維護時應考慮以下問題，以保證變頻器的正常工作：

變頻器的環境溫度一般在-10~+40℃為宜，濕度在90%以下，周圍環境中不能有油污、金屬粉末、有腐蝕性氣體和液體、不能陽光直射、振動要小。但有些電梯(如室外扶梯)工作在露天惡劣環境，必須采取必要的措施，比如進行隔離防護等。當環境溫度大于+40℃時，每增加5℃，將導致變頻器運行功率下降30%左右，所以變頻器的散熱處理顯得非常重要。一般的，我們采用冷卻風扇把熱量帶走，每帶走1KW的熱量所需風量大約是0.1m3/s。在電梯中，變頻器一般是柜式安裝。如果環境比較清潔應盡量采用柜外冷卻方式，若必須采用柜內冷卻時，要在柜頂加裝抽風式冷卻風扇，且盡量在變頻器的正上方。在戶外環境安裝變頻器時，控制柜最好采用雙層結構，在隔層之間有強制風冷設計，這樣就可以防雨防曬又有良好的散熱。