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变频器的应用及维护(入门)

电气技术 小编 60次浏览 0个评论 扫描二维码

导读

 

        变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器的结构

通用变频器的结构如图1所示。

变频器的应用及维护(入门)

                图1  变频器的结构

1)整流单元。三相桥式不可控整流电路。

2)逆变单元。由6个大功率开关管组成的三相桥式电路,大功率开关多为IGBT模块。

3)滤波环节。电阻与电解电容器。

4)计算机控制单元。用于控制整个系统的运行,是变频器的核心。

5)主电路接线端子。电源、电动机、直流电抗器、制动单元和制动电阻等外接单元的接线端子。

6)控制电路接线端子。用于控制变频器的起动、停止、外部频率信号给定及故障报警输出等。

7)操作面板。用于变频器的功能与频率设定,以及控制操作等。如设定频率(基波频率、载波频率、上限频率、下限频率、高、中、低速频率等),运行正、反转选择(及正、反转防止设定),起动、停车的加速度设定,过载电流设定等,以及起动、停止、点动、升速、降速等的操作。

8)冷却风扇。用于变频器机体内的通风。

变频器的外部接线如图2所示。主电路接线端子接线图如图3所示。

变频器的应用及维护(入门)

                    图2   变频器外部接线图

变频器的应用及维护(入门)

              图3   主电路接线端子接线图

变频器类型的选择

根据负载的要求来选择变频器的类型,具体要求如下。

1)风机、泵类负载,它们的阻力转矩与转速的平方成正比,起动及低速时阻力转矩较小,通常可以选择普通功能型。

2)恒转矩类负载,如挤压机、搅拌机、传送带等,则有两种情况。一是可采用普通功能型变频器;二是采用具有转矩控制功能的高功能型变频器,其实现恒转矩负载的调速运行比较理想。

3)对一些动态性能要求较高的生产机械,如轧钢、塑料薄膜加工线等,可采用矢量控制型变频器。

变频器的参数设置

(1)加减速时间

加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间,减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。

加速时间设定要求:将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出最佳加减速时间。

(2)转矩提升

转矩提升又叫转矩补偿,是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低,而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时,可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩,使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时,根据负载特性,尤其是负载的起动特性,通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载,如选择不当会出现低速时的输出电压过高,而浪费电能的现象,甚至还会出现电动机带负载起动时电流大,而转速上不去的现象。

(3)电子热过载保护  

本功能为保护电动机过热而设置,它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升,从而进行过热保护。本功能只适用于一拖一场合,而在一拖多时,则应在各台电动机上加装热继电器。

电子热保护设定值(%=[电动机额定电流(A/变频器额定输出电流(A>×100%

(4)频率限制

即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障,而引起输出频率的过高或过低,以防损坏设备的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用,如有的皮带输送机,由于输送物料不太多,为减少机械和皮带的磨损,可采用变频器驱动,并将变频器上限频率设定为某一频率值,这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。

(5)偏置频率

有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时,可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低,如图1。有的变频器当频率设定信号为0%时,偏差值可作用在0fmax范围内,有的变频器还可对偏置极性进行设定。如在调试中当频率设定信号为0%时,变频器输出频率不为0Hz,而为xHz,则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz

(6)频率设定信号增益

此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压(+10v)的不一致问题;同时方便模拟设定信号电压的选择,设定时,当模拟输入信号为最大时(如10v5v20mA),求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可;如外部设定信号为05v时,若变频器输出频率为050Hz,则将增益信号设定为200%即可。

(7)转矩限制

可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值,经CPU进行转矩计算,其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时,也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。

驱动转矩功能提供了强大的起动转矩,在稳态运转时,转矩功能将控制电动机转差,而将电动机转矩限制在最大设定值内,当负载转矩突然增大时,甚至在加速时间设定过短时,也不会引起变频器跳闸。在加速时间设定过短时,电动机转矩也不会超过最大设定值。驱动转矩大对起动有利,以设置为80100%较妥。

制动转矩设定数值越小,其制动力越大,适合急加减速的场合,如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。如制动转矩设定为0%,可使加到主电容器的再生总量接近于0,从而使电动机在减速时,不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。但在有的负载上,如制动转矩设定为0%时,减速时会出现短暂空转现象,造成变频器反复起动,电流大幅度波动,严重时会使变频器跳闸,应引起注意。

(8)加减速模式选择

又叫加减速曲线选择。一般变频器有线性、非线性和S三种曲线,通常大多选择线性曲线;非线性曲线适用于变转矩负载,如风机等;S曲线适用于恒转矩负载,其加减速变化较为缓慢。设定时可根据负载转矩特性,选择相应曲线,但也有例外,笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时,先将加减速曲线选择非线性曲线,一起动运转变频器就跳闸,调整改变许多参数无效果,后改为S曲线后就正常了。究其原因是:起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动,且反转而成为负向负载,这样选取了S曲线,使刚起动时的频率上升速度较慢,从而避免了变频器跳闸的发生,当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。

(9)转矩矢量控制

矢量控制是基于理论上认为:异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此,从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能,电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩,尤其是电动机在低速运行区域。

现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制,由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿,使电动机具有很硬的力学特性,对于多数场合已能满足要求,不需在变频器的外部设置速度反馈电路。这一功能的设定,可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。

与之有关的功能是转差补偿控制,其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差,可加上对应于负载电流的转差频率。这一功能主要用于定位控制。

(10)节能控制

风机、水泵都属于减转矩负载,即随着转速的下降,负载转矩与转速的平方成比例减小,而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式,这种模式可改善电动机和变频器的效率,其可根据负载电流自动降低变频器输出电压,从而达到节能目的,可根据具体情况设置为有效或无效。

要说明的是,九、十这两个参数是很先进的,但有一些用户在设备改造中,根本无法启用这两个参数,即启用后变频器跳闸频繁,停用后一切正常。究其原因有:

1)原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。

2)对设定参数功能了解不够,如节能控制功能只能用于V/f控制方式中,不能用于矢量控制方式中。

3)启用了矢量控制方式,但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作,或读取方法不当。

变频器使用注意事项

1)严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC电源上。

2)变频器要正确接地,接地电阻小于10Ω。

3)变频器存放两年以上,通电时应先用调压器逐渐升高电压。存放半年或一年应通电运行一天。

4)变频器断开电源后,待几分钟方可维护操作,直流母线电压应在25V以下。

5)避免变频器安装在水滴飞溅的场合。

6)不准将P+、P-、PB任何两端短路。

7)主回路端子与导线必须牢固连接。

8)变频器驱动三相交流电机长期低速运转时,建议选用变频电机。

9)变频器驱动电机长期超过50Hz运行时,应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内,注意电机和设备的震动、噪声。

10)变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置,在长期低速运行时应注意润滑效果。

11)变频器在一确定频率工作时,如遇到负载装置的机械共振点,应设置跳跃频率避开共振点。

12)变频器与电机之间连线过长时,应加输出电抗器。

13)严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。

14)电机首次使用或长期放置后使用,必须对电机进行绝缘检测。使用500V电压型兆欧表检测,电机绝缘电阻大于5MΩ。

15)对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。

16)在变频器的输出侧,严禁连接功率因数补偿器、电容、防雷压敏电阻。

变频器常见故障及处理方法

(1)短路保护

若变频器运行当中出现短路保护,说明是变频器内部或外部出现了短路因素。这种情况下如果把负载甩开,即将变频器与负载断开,空开变频器,变频器应工作正常。这时我们用兆欧表(或称摇表)测量一下电机绝缘,电机绕组将对地短路,或电机线及接线端子板绝缘变差,此时应检查电机及附属设施。

(2)过流保护

变频器出现过流保护,一般是由于负载过大引起,即负载电流超过额定电流的1.5倍即故障停机而保护。这一般对变频器危害不大,但长期的过负荷容易引起变频器内部温升高,元器件老化或其他相应的故障。

这种保护也有因变频器内部故障引起的,若负载正常,变频器仍出现过流保护,一般是检测电路所引起,类似于短路故障的排除,如电流传感器、取样电阻或检测电路等。

这种保护也有因变频器内部故障引起的,若负载正常,变频器仍出现过流保护,一般是检测电路所引起,类似于短路故障的排除,如电流传感器、取样电阻或检测电路等。

(3)过、欠电压保护

 变频器出现过、欠压保护,大多是由于电网的波动引起的,在变频器的供电回路中,若存在大负荷电机的直接启动或停车,引起电网瞬间的大范围波动即会引起变频器过、欠压保护,而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久,电网波动过后即可正常运行。这种情况的改善只有增大供电变压器容量,改善电网质量才能避免。

当电网工作正常时,即在允许波动范围(380V±20%)内时,若变频器仍出现这种保护,这就是变频器内部的检测电路出现故障了。

(4)温升过高保护

变频器的温升过高保护,一般是由于变频器工作环境温度太高引起的,此时应改善工作环境,增大周围的空气流动,使其在规定的温度范围内工作。

再一个原因就是变频器本身散热风道通风不畅造成的,有的工作环境恶劣,灰尘、粉尘太多,造成散热风道堵塞而使风机抽不进冷风,因此用户应对变频器内部经常进行清理(一般每周一次)。也有的因风机质量差运转过程中损坏,此时应更换风机。

还有一种情况就是在大功率的变频器(尤其是多单元或中高压变频器)中,因温度传感器走线太长,靠近主电路或电磁感应较强的地方,造成干扰,此时应采取抗干扰措施。如采用继电器隔离,或加滤波电容等。

(5)电磁干扰太强

这种情况变频器停机后不显示故障代码,只有小数点亮。这是一种比较难处理的故障。包括停机后显示错误,如乱显示,或运行中突然死机,频率显示正常而无输出,都是因变频器内外电磁干扰太强造成的。

这种故障的排除除了外界因素,将变频器远离强辐射的干扰源外,主要是应增强其自身的抗干扰能力。特别对于主控板,除了采取必要的屏蔽措施外,采取对外界隔离的方式尤为重要。

首先应尽量使主控板与外界的接口采用隔离措施。我们在高中压及低压大功率变频器及提升机变频器中采用了光纤传输隔离,在外界取样电路(包括短路保护、过流保护、温升保护及过、欠压保护)中采用了光电隔离,在提升机与外界接口电路中采用了PLC隔离,这些措施都有效避免了外界的电磁干扰,在实践应用中都得到了较好的效果。

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