談?wù)勛冾l器原理和選型使用

1、談?wù)勛冾l器原理和選型使用對(duì)于變頻器有許多人都感到很神秘 , 很高科技 . 因此在選型、使用、維修上都有畏懼感 , 特別是 不懂行情的人會(huì)吃虧 , 為此了解它的原理對(duì)維修 , 應(yīng)用都會(huì)很大的幫助 . 下面就簡(jiǎn)單介紹,如 有不對(duì)之處,請(qǐng)指正。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式(VVVF 變頻或矢量控制變頻 ,先把工頻 交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源, 然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、 電壓均可控制的交流 電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4個(gè)部分組成。 整流部分為三相橋式不可控整流器,

2、逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器,且輸出為 PWM 波 形,中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。一、變頻器選型變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn):1 、采用變頻的目的;恒壓控制或恒流控制等。2 、變頻器的負(fù)載類型;如葉片泵或容積泵等,特別注意負(fù)載的性能曲線,性能曲線決定 了應(yīng)用時(shí)的方式方法。3 、變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題;I 、電壓匹配;變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。II 、電流匹配;普通的離心泵,變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù) 載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù),以最大電流確定變頻器電流和過(guò)載能力。III 、轉(zhuǎn)矩匹配;這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生

3、。4 、在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí),由于高速電機(jī)的電抗小,高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流 值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型,其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。5 、變頻器如果要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí),此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響,避免 變頻器出力不足, 所以在這樣情況下, 變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸 出電抗器。6 、對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,如高溫,高海拔,此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容,變頻器容量 要放大一擋。二、變頻器控制原理圖設(shè)計(jì)1、首先確認(rèn)變頻器的安裝環(huán)境;I 、工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件,極易受到工作溫度的影響,產(chǎn)品一般要求 為 055,但為了保證工作安全、可靠

4、,使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地,最好控制在 40以下。 在控制箱中, 變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部, 并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的安裝要求, 絕對(duì)不 允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。II 、環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時(shí),變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象,其絕緣性能就 會(huì)大大降低,甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí),必須在箱中增加干燥劑和加熱器。 在水處理 間,一般水汽都比較重,如果溫度變化大的話,這個(gè)問(wèn)題會(huì)比較突出。III 、腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大,不僅會(huì)腐蝕元器件的引線、印刷電路 板等,而且還會(huì)加速塑料器件的老化,降低絕緣性能。IV 、振動(dòng)和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)

5、和沖擊時(shí),會(huì)引起電氣接觸不良?；?安熱電就出現(xiàn)這樣的問(wèn)題。 這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、 遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外, 還應(yīng) 使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開(kāi)關(guān)之類產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后, 應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。V 、電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻,周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波,這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此,柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng),應(yīng)該選用金屬 外殼,屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地,除此之外,各電氣元件、儀 器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜, 且屏蔽層應(yīng)接地。 如果處理不好電磁干擾, 往往 會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作,導(dǎo)致控制單元失靈或損

6、壞。2、變頻器和電機(jī)的距離確定電纜和布線方法;I 、變頻器和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對(duì)地電容,減少干擾的發(fā)射源。 II 、控制電纜選用屏蔽電纜,動(dòng)力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏 蔽。III 、電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線,其最小距離為 500mm 。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它 電纜長(zhǎng)距離平行走線, 這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。 如果控制 電纜和電源電纜交叉,應(yīng)盡可能使它們按 90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號(hào)線與主 回路線分開(kāi)走線,即使在控制柜中也要如此。IV 、與變頻器有關(guān)的模擬信號(hào)線最好選用屏蔽雙絞線,動(dòng)力電纜選用屏蔽的三芯電纜

7、(其 規(guī)格要比普通電機(jī)的電纜大檔或遵從變頻器的用戶手冊(cè)。3、變頻器控制原理圖;I 、 主回路:電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過(guò)電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從 而影響其他的受電設(shè)備, 需要根據(jù)變頻器的容量大小來(lái)決定是否需要加電抗器; 濾波器是安 裝在變頻器的輸出端, 減少變頻器輸出的高次諧波, 當(dāng)變頻器到電機(jī)的距離較遠(yuǎn)時(shí), 應(yīng)該安 裝濾波器。 雖然變頻器本身有各種保護(hù)功能, 但缺相保護(hù)卻并不完美, 斷路器在主回路中起 到過(guò)載, 缺相等保護(hù), 選型時(shí)可按照變頻器的容量進(jìn)行選擇。 可以用變頻器本身的過(guò)載保護(hù) 代替熱繼電器。II 、控制回路:具有工頻變頻的手動(dòng)切換,以便在變頻出現(xiàn)故障時(shí)可以手動(dòng)切

8、工頻運(yùn)行, 因輸出端不能加電壓,固工頻和變頻要有互鎖。4、變頻器的接地;變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性, 抑制噪聲能力的重要手段。 變頻器的接地端子的接 地電阻越小越好,接地導(dǎo)線的截面不小于 4mm ,長(zhǎng)度不超過(guò) 5m 。變頻器的接地應(yīng)和動(dòng)力設(shè) 備的接地點(diǎn)分開(kāi),不能共地。信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端,另一端浮空。 變頻 器與控制柜之間電氣相通。三、變頻器控制柜設(shè)計(jì):變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部,控制柜在設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下問(wèn)題1、散熱問(wèn)題:變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主,約占 98%,控制電路占 2%。為了保證變頻器正常可靠運(yùn)行,必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱

9、我們通常采 用風(fēng)扇散熱; 變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走, 若風(fēng)扇不能正常工作, 應(yīng) 立即停止變頻器運(yùn)行; 大功率的變頻器還需要在控制柜上加風(fēng)扇, 控制柜的風(fēng)道要設(shè)計(jì)合理, 所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng),排風(fēng)通暢,避免在柜中形成渦流,在固定的位置形成灰塵堆積; 根據(jù)變頻器說(shuō)明書(shū)的通風(fēng)量來(lái)選擇匹配的風(fēng)扇,風(fēng)扇安裝要注意防震問(wèn)題。2、電磁干擾問(wèn)題:I 、變頻器在工作中由于整流和變頻,周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波,這些高頻電磁波對(duì)附 近的儀表、 儀器有一定的干擾, 而且會(huì)產(chǎn)生高次諧波, 這種高次諧波會(huì)通過(guò)供電回路進(jìn)入整 個(gè)供電網(wǎng)絡(luò),從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個(gè)系統(tǒng) 25%以上,

10、需要考慮 控制電源的抗干擾措施。II 、當(dāng)系統(tǒng)中有高頻沖擊負(fù)載如電焊機(jī)、電鍍電源時(shí),變頻器本身會(huì)因?yàn)楦蓴_而出現(xiàn)保護(hù), 則考慮整個(gè)系統(tǒng)的電源質(zhì)量問(wèn)題。3、防護(hù)問(wèn)題需要注意以下幾點(diǎn)I 、 防水防結(jié)露:如果變頻器放在現(xiàn)場(chǎng), 需要注意變頻器柜上方不的有管道法蘭或其他漏點(diǎn), 在變頻器附近不能有噴濺水流,總之現(xiàn)場(chǎng)柜體防護(hù)等級(jí)要在 IP43以上。II 、防塵:所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)阻隔絮狀雜物進(jìn)入,防塵網(wǎng)應(yīng)該設(shè)計(jì)為可拆卸式,以 方便清理, 維護(hù)。 防塵網(wǎng)的網(wǎng)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況確定, 防塵網(wǎng)四周與控制柜的結(jié)合處要 處理嚴(yán)密。III 、防腐蝕性氣體:在化工行業(yè)這種情況比較多見(jiàn),此時(shí)可以將變頻柜放在控制室中。

11、四、變頻器接線規(guī)范:信號(hào)線與動(dòng)力線必須分開(kāi)走線:使用模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制變頻器時(shí), 為了減少模擬 量受來(lái)自變頻器和其它設(shè)備的干擾, 請(qǐng)將控制變頻器的信號(hào)線與強(qiáng)電回路 (主回路及順控回 路分開(kāi)走線。距離應(yīng)在 30cm 以上。即使在控制柜內(nèi),同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信 號(hào)與變頻器之間的控制回路線最長(zhǎng)不得超過(guò) 50m 。信號(hào)線與動(dòng)力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部:連接 PLC 和變頻 器的信號(hào)線如果不放置在金屬管道內(nèi), 極易受到變頻器和外部設(shè)備的干擾; 同時(shí)由于變頻器 無(wú)內(nèi)置的電抗器, 所以變頻器的輸入和輸出級(jí)動(dòng)力線對(duì)外部會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的干擾, 因此放置信 號(hào)線的金屬管或金屬軟管一

12、直要延伸到變頻器的控制端子處, 以保證信號(hào)線與動(dòng)力線的徹底 分開(kāi)。1 、模擬量控制信號(hào)線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線,電線規(guī)格為 0.75mm2。在接線時(shí)一定 要注意,電纜剝線要盡可能的短(5-7mm 左右 ,同時(shí)對(duì)剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包 起來(lái),以防止屏蔽線與其它設(shè)備接觸引入干擾。2 、為了提高接線的簡(jiǎn)易性和可靠性,推薦信號(hào)線上使用壓線棒端子。五、變頻器的運(yùn)行和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置變頻器的設(shè)定參數(shù)多,每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍,使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè) 置不當(dāng),導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象?？刂品绞?即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、 PID 控制或其他方式。采取控制方式后,一般要 根據(jù)控制精度,需要進(jìn)行靜態(tài)

13、或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。最低運(yùn)行頻率:即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速,電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí),其散熱性能很差, 電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下,會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而且低速時(shí), 其電纜中的電流也會(huì)增大,也 會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。最高運(yùn)行頻率:一般的變頻器最大頻率到 60Hz ,有的甚至到 400 Hz ,高頻率將使電 機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn), 這對(duì)普通電機(jī)來(lái)說(shuō), 其軸承不能長(zhǎng)時(shí)間的超額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行, 電機(jī)的轉(zhuǎn)子是否能 承受這樣的離心力。載波頻率:載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大,這和電纜的長(zhǎng)度,電機(jī)發(fā)熱, 電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。電機(jī)參數(shù):變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率,這些參 數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。跳頻:在某個(gè)頻率點(diǎn)上,有可能會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象,特別在整個(gè)裝置比較高時(shí);在控制壓縮 機(jī)時(shí),要避免壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)。六、常見(jiàn)故障分析:1、過(guò)流故障過(guò)流故障可分為加速、減速、恒速過(guò)電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、 負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均,輸出短路等原因引起的。這時(shí)一般可通過(guò)延長(zhǎng)加減速時(shí)間、 減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查。如果斷開(kāi)負(fù)載 變頻器還是過(guò)流故障,說(shuō)明變頻器逆變電路已環(huán),需要