变频器在电梯应用中存在的问题

1.谐波干扰

1.1干扰机制

       变频器的主电路一般采用AC-DC-AC的形式，即整流部分（AC/DC）和逆变器部分（DC/AC），电源首先经过三相桥式整流，然后由大功率晶体管开关元件执行DC/AC转换。

在输入部分，输入电压为正弦波，由非线性二极管和二极管的离散参数组成的三相整流桥将导致输入电流波形为非正弦波。在输出部分，输出线电压是SPWM脉冲宽度调制的矩形波，相电压是阶跃波，所有这些都是非线性的。输出电流是带有毛刺的正弦波。由于它是非线性正弦波，因此会产生谐波。理论分析表明，谐波不包含整数倍谐波，甚至不包含3的谐波，根据傅立叶级数，谐波可以分解为基波和每个谐波，通常包含6n+1（n=l，2、3...。）次谐波。谐波的频率与逆变器的调制频率有关，其中的5、7、11和13次谐波电流占主导地位。

1.2干扰危害

        输入电流谐波会扭曲电网电压，并影响其他电气设备，例如升高变压器温度并产生振动噪声；引起防护用具故障；造成测量仪器错误；破坏绝缘，影响电器的正常运行并缩短使用寿命。

根据GB12668-90的规定，我国高次谐波管理标准电网电压谐波电压的综合畸变率为THD％≤10％，奇次谐波THD％≤5％，偶次谐波THD％≤2％。

输出电压和电流具有谐波。当调制频率较低时，人耳会听到由较高谐波频率产生的电磁噪声（尖叫声）。谐波会导致电机发热和振动。峰值电压甚至会破坏绝缘，无功损耗大，cosφ减小等。当调制频率高时，谐波的影响很小，但是无论调制频率高低，谐波都会形成电感性干扰。通过电线的电磁耦合，并通过电缆将高频电磁辐射干扰辐射到空间中，这会造成不利影响，例如干扰电梯中的门机控制信号以阻止其正常工作，计算机板上的LCD显示错误，并且计算机时钟停止工作。通常，逆变器输出的谐波电压的总THD％应控制在5％和7％之间。

1.3抑制干扰

不管由输入或输出谐波引起的干扰，传播模式仅是线传导，电感耦合和空中辐射的三种方法，因此我们从抑制干扰的措施中也从这些方面入手：

（1）连接电抗器和过滤器。输入端连接到交流电抗器ACL。它对抑制5至9次谐波具有显著作用。Cosφ也可以增加到75％至85％。输出端通常不连接到电抗器。控制在5％以下。串联在整流桥和滤波电容器之间的直流电抗器DCL也可以显着抑制谐波电流并提高功率因数。请注意，在连接电源滤波器时：输出侧的滤波电容器只能连接至电动机侧，并且应连接电阻器，以防止变频器受到电容器的充电和放电影响。仅在同一磁芯上，它对基本电流没有影响。当容量大于22KW时，通常选择并联模式的电源滤波器。

（2）合理的布线和线路屏蔽。逆变器应由单独的变压器供电。同时使用两个逆变器时，它们应彼此远离。其他设备和控制线的布局应尽可能远离变频器的输入和输出线（最小也应在10cm以上），并且不要平行排列。信号控制线扭曲以抑制差模干扰信号；配线时设备的合理接地也是抑制谐波干扰的方法之一。根据国家规定，除了使用接地线径足够大的接地线以确保接地电阻不大于5Ω外，还必须将逆变器单独接地。接地线应尽可能靠近逆变器，并且应远离电源线，并且不能连接到电源的零线。用金属管屏蔽主电路（变频器与电动机的连接线），并使其尽可能短。控制信号线也可以被屏蔽。屏蔽线靠近逆变器的一侧应连接到控制线的COM端，并且屏蔽层的仅一端应接地。

（3）其他设备使用隔离变压器隔离受干扰的电网，并使用光电耦合器隔离受干扰的信号。

（4）还可以相对降低逆变器的载波频率以消除干扰的影响，但是噪声可能更大，并且电流波形的平滑性更差。具体可以在现场调试确定。我在电梯调试中遇到过谐波干扰，这会导致门机信号错误，并且将载波频率调整为8至10K之间的适当值以消除故障。

（5）必要时也可以使用零相序电抗器，电涌吸收器和电涌抑制器。

2.工作环境问题

         电梯的工作环境比较恶劣，变频器是晶体管电子设备，对使用环境有一定要求。如果条件允许，在安装和维护过程中应考虑以下问题，以确保变频器正常运行：

逆变器的环境温度通常为-10〜+40℃，湿度低于90％。周围环境中不应有油污，金属粉末，腐蚀性气体和液体，阳光直射和低振动。但是，某些电梯（例如室外自动扶梯）在恶劣的室外环境下工作，必须采取必要的措施，例如隔离和保护。当环境温度大于+40℃时，每升高5℃会使变频器的工作功率下降约30％，因此变频器的散热非常重要。通常，我们使用冷却风扇带走热量。每1KW热量需要的风量约为0.1m3/s。在电梯中，逆变器通常安装在机柜中。如果环境比较干净，应尽可能采用机柜外部的冷却方法。如果必须使用机柜内部的冷却装置，则应在机柜的顶部安装排气冷却风扇，并尽可能将其安装在变频器的正上方。当将逆变器安装在室外环境中时，控制柜最好是双层结构，在各隔室之间采用强制风冷设计，这样可以防止雨淋和日晒，并具有良好的散热性。