虽然用户购买和使用变频器首先是要满足使用目的上的要求,但是除此之外,用户也关心其他一些问题,如寿命、谐波、效率及功率因数等等。
1.变频器的寿命
对一台变频器来说,影响其寿命的元件大致有三种: 自身的冷却风扇、将上电时的限流电阻短路的接触器、中间环节的大容量电解电容。
前两个元件是有机械磨损的元件,一般寿命为5年。但是5年后并不一定就要更换,只是需要清洗检查一下,如果能用还可继续使用。最后一个元件的寿命也是规定为5年,5年后,测量一下电容值,如果小于额定值的80%就应更换。实际经验证明,如果变频器一直是连续使用,则电容器一般可使用10～20年。如果长期不使用,则电容器很易干枯。所以,如果变频器存放半年以上时间再使用时,就应当对变频器的大电容进行复能处理。
2.效率
变频器 (包括电动机) 的效率是指综合效率,即变频器本身的效率与电动机的效率的乘积。也就是从整体来看,电动机的输出机械功率与电网输入的有功功率之比。我们这里仅讨论变频器的效率。变频器是电源变换设备,其本身要消耗一部分能量。变频器的综合效率与负载及运行频率有关,在电动机负载超过75%以上且运行频率在40Hz以上时,变频器本身的效率可达95%以上,综合效率也可达85%以上。对于高压大功率变频器,其系统效率可达96%以上。
3.功率因数
这里的功率因数是指整个系统的功率因数,它不仅与电压和电流之间的相位差有关,还与电流的基波含量有关。电动机本身的功率因数一般在0.71～0.90之间,小容量电动机要小一些。大容量电动机要大一些,2极电动机大一些,8极、10极电动机小一些。整个系统的功率因数又与系统的负载情况有关,轻载时小,满载时大; 低速时小,高速时大。可以说,变频调速系统 (非相控整流) 在基频和满载下运行时的功率因数一般不会小于电动机满载工频运行时的功率因数,所以我们一般可不予考虑。我们常提到的加装改善功率因数电抗器,实际上是为了降低网侧输入电流的畸变率,因而也在电动机轻载运行时提高了整个系统的功率因数。对于高压大功率变频器,其功率因数可达0.95以上。
4.谐波干扰
(1) 谐波产生的途径。
1) 整流部分。变频器的整流部分接有大电容。因而在轻载时网侧电流为双尖峰脉冲,电流畸变较大,对电网造成谐波污染,网侧功率因数较低。
2) 逆变部分。变频器的逆变部分输出的电压为脉宽调制波,除基波外含有大量高次谐波,其输出到电动机的电流畸变较大,含有大量高次谐波。
(2) 谐波的危害。
1) 对电网的危害。供电电压品质下降。影响接在同一供电变压器的其他设备、仪器及计算机的正常工作。使补偿电容漏电流增大温度升高。
2) 对电动机危害。电动机发热 (低次电流谐波使铜损增大,高次谐波使铁损增大)。电动机噪声增大。产生脉动转矩。电动机消耗的无功分量增大。中性点对地的高频漏电流增大。谐振电压影响电动机绝缘的寿命。
增加调制频率虽然可以降低电动机噪声,减少输出转矩的脉动,但却使变频器的开关损耗及射频干扰增大。前者降低了变频器的效率,后者会干扰通信设备和仪器仪表的正常工作。
(3) 谐波的消除方法。
1) 主动方面,使变频器本身不产生或少产生谐波。如在调制上采用较高调制频率、目标函数、多重化整流技术,如在整流上采用多相 (12相或24相整流技术、PWM整流技术及有源功率因数校正电路APFC (Active Power Factor Correction)。
2) 被动方面,采取措施,减少变频器产生的各次谐波对电网及其他设备的干扰。如加装进相和出相交流电抗器、加装射频噪声滤波器及加装浪涌吸收电路。
在变频器实际使用中,网侧电压谐波一般不会超标,但网侧电流谐波却超标很多。对于高压大功率变频器网侧输入电流及电动机输入电流的THD (畸变率) 均可小于3%。
