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变频器的工程实践

来源::未知 | 作者:admin | 本文已影响

摘要:变频器在工业领域的使用越来越广泛,本文从实践的角度,论述了不同领域和设备在变频器使用上的共性问题,着重论述了变频器在实际应用过程中选择、安装、维护的常见问题和解决方法。  
关键词:变频器  选择  安装  维护  
        0 引言  
        据统计,工业用电中60%~70%的电量被电动机所消耗,而这些电中,又有约90%被三相交流异步电动机所消耗,可见电动机用量之大。变频器的出现,使得交流电动机调速困难、交变速设备结构复杂且效率和可靠性不尽人意的缺点得以改善。在我国,变频器已在各行各业得到推广应用,基于变频器的交流电机变频调速系统具有调速方便、体积小、噪声小、能耗低、保护功能完善、组态灵活、可靠性强、智能化、数字化、网络化、易维护等特点,每年以20%的递增量在发展。因此,合理的使用和维护变频器对自动化工程人员来说至关重要。  
        1 变频器的选择  
        1.1 品牌的选择 目前,国内市场上的变频器品牌多达上百种,应根据项目的预算,项目要求和个人熟悉程度等多种因素综合考虑品牌和型号。就市场占有量来说,日本的东芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的变频器生产厂家,在我国有较大的市场份额;ABB、西门子、施耐德等欧美品牌也相继进入中国;LG、三星、现代重工等韩国的后起之秀也在争夺中国市场;当然,国内的台达、台安、时代、康沃等公司也占有一席之地。总体而言,欧美国家的产品以性能先进、环境适应能力强而著称;日本产品以外型小巧、功能丰富而闻名;我国港澳台的产品以功能简单实用而流行;大陆产品则以价格低廉、功能专用、简单而广泛应用。  
        1.2 类型的选择 工业中使用的变频器可以分为通用变频器和专用变频器两大类,主要技术指标有:控制方式、启动转矩、转矩和转速控制精度、控制信号种类、速度控制方式、通信借口等等。变频器的操作方式灵活,接口易和上位机通信,从实际应用角度看,中小型容量的变频器以U/f控制方式为主,属于通用型变频器,还有一类具有矢量控制功能的变频器,性能好、价格高,但价格也比U/f控制的要贵的多;而直接转矩控制方式的变频器动态性能好,转矩控制精度高,代表了当代变频器技术的最高水平。  
        1.3 其它应考虑的问题  
        1.3.1 选择合适的容量:应以电动机的额定电流和负载特性为依据,总的负载电流不超过变频器的额定电流,频繁工作或重载时可增大容量。  
        1.3.2 考虑负载的类型:根据实际负载,存在恒功率负载、恒转矩负载、降转矩负载三种类型。风机类、泵类负载属于降转矩负载特性,一般宜采用具有U/f恒压频比控制的变频器;提升机、吊车、注塑机、运输机、传送带、搅拌机等摩擦类负载和位能负载基本属于恒转矩负载,采用具有转矩控制功能的高功能型变频器是比较理想的;金属切削机床的主轴和轧机、造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等都属于恒功率负载,可采用变极电动机与变频器相结合或者机械变速与变频器结合的方法实现。  
        1.3.3 专用变频器:注塑机、抽油机、纺织机械、电梯、风机、水泵、空调、矿山机械等领域,可选择在本行业有应用特长的专用变频器,往往有意想不到的效果。  
        2 变频器的安装  
        2.1 墙挂式安装:变频器与周围物体之间的距离应满足两个条件:两侧≥100mm上下≥150mm。  
        2.2 柜式安装:单台变频器安装应尽量采用柜外冷却方式(环境比较洁净,尘埃少时);单台变频器采用柜内冷却方式时,应在柜顶安装抽风式冷却风扇,并尽量装在变频器的正上方;多台变频器安装应尽量并列安装,如必须采用纵向方式安装,应在两台变频器间加装隔板,不论哪种方式,变频器应垂直安装。  
        2.3 工作环境的要求:为了保证安全可靠,使用时应留有余地。一般,变频器的工作温度应控制在0~40℃;运行中的环境温度允许值多为-10~50℃;周围环境的湿度推荐为40%~90%;安装场所的海拔高度为1000m以下,海拔越高,冷却效果越差,由1500m开始,每超过100m,容许温升就下降1%。此外,还应注意周围用电设备的电磁干扰和因雷击等自然因素引起的环境问题。  
        3 变频器的维护  
        变频器由许多集成芯片,电子元器件等组成,装置较为复杂,寿命一般小于10年,使用过程中不可避免的会出现各种故障,正确的维护,简单的检修可保证生产生活的正常进行。

3.1 变频器外部引起的故障  
        3.1.1 变频器的工作环境。温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素,可安装散热装置并避免日光直射以避免温度过高;振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因,可安装在振动冲击较小的部位或者采用橡胶等避振措施;潮湿、腐蚀性气体及尘埃等会造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路,可对控制柜进行防腐防尘处理,并采用封闭式结构。  
        3.1.2 外部的电磁感应干扰。外部的电磁感应干扰可能会引起控制回路误动作,造成工作不正常或停机,严重时甚至损坏变频器。可采用以下方法抑制噪声干扰: ①采用屏蔽线回路②接地端子单独使用;③缩短控制回路的配线距离④周围的继电器、接触器线圈上加装RC吸收器;⑤输入端安装噪声滤波器。  
        3.1.3 电源异常。为保证设备的正常运行,对变频器供电电源也有相应的要求。如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备,应和变频器供电系统分离,减小相互影响。对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合,除选择合适价格的变频器外,还应预先考虑负载电机的降速比例。变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式,当电压回复后,通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流。对于要求不能停止运行的设备,要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。  
        3.1.4 雷击、感应雷电。雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外,当电源系统一次侧带有真空断路器时,断路器开闭也能产生较高的冲击电压。变压器一次侧真空断路器断开时,通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。为防止因冲击电压造成过电压损坏,通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件,保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。当使用真空断路器时,应尽量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。如变压器一次侧有真空断路器,因在控制顺序上应在真空断路器动作前先将变频器断开。  
        3.2 变频器内部引起的故障  
        3.2.1 参数设置引起的故障。应多注意电动机参数、变频器控制方式和启动方式的设定等,若发生参数设置故障,可根据故障代码或产品说明书进行参数修改,必要时可恢复出厂值,重新设置。  
        3.2.2 过电流和过载。如果变频器一上电就报过流故障,可能是整流桥或逆变管损坏,需予以更换;若去掉电动机不再报警,可能是变频器和电机间存在断路;若运行中,出现机械卡死、重载、加速时间设置过短或负载突变也有可能引起过流,应从上述可能性逐一排查。  
        3.2.3 过电压和欠电压。过电压主要体现为电机拖动大惯性负载或多电机拖动同一负载时由于负荷分配不均引起;欠电压主要由电源电压过低或缺相、一个直流母线上的电压过低或欠压检测元件出现问题引起,可检查供电电压是否正常,更换故障元件或维修相应检测电路  
        3.2.4 过热故障。应注意变频器的环境温度,尽量通风,检查变频器风扇等。  
        4 结束语  
        不同厂家对变频器的操作方法设定略有差异,但就其工作模式主要有面板操作模式和外部操作模式,由于篇幅有限,这里不再详述。要合理使用变频器,应多参考变频器厂家提供的使用手册,在实际应用中多积累经验。  
参考文献:  
[1]吕汀,石红梅.编.《变频技术原理与应用》.机械工业出版社.  
[2]王廷才.主编.《变频器原理及应用》.机械工业出版社.  
[3]何超.主编.《交流变频调速技术》.北京航空航天大学出版社.  
[4]孟晓芳,李策,王钰.等编.《西门子系列变频器及其工程应用》.机械工业出版社


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