變頻器應(yīng)用與維修中的技術(shù)要點(diǎn)_中_

1、變頻器應(yīng)用與維修中的技術(shù)要點(diǎn)(中王功勝 (佳惠機(jī)電設(shè)備維修中心, 032200摘要:對變頻器現(xiàn)場調(diào)試、應(yīng)用與維修中出現(xiàn)的問題, 給出原理性的分析和故障排除方法。其中技巧和經(jīng)驗在實踐中已得到了有效驗證, 所介紹的技術(shù)原理與故障檢修方法及思路適用各種品牌的變頻器。關(guān)鍵詞:運(yùn)行環(huán)境; 可靠性; 預(yù)防維修; 選件中圖分類號:TM 921. 51; TM 07 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1004-0420(2010 03-0043-042 電抗器與電磁干擾濾波器2. 1 輸入電抗器通用變頻器的整流部分采用了二極管不可控橋式整流電路, 中間濾波部分采用大電解電容作為濾波器,所以整流器的輸入電流實際上是電容

2、器的充電電流, 呈較為陡峻的脈沖波, 其諧波分量較大。為了消除諧波, 可采用以下對策:2. 1. 1 增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗通常情況下, 電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用。這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。當(dāng)電源容量相對變頻器容量越小時, 則內(nèi)阻抗值相對越大, 諧波含量越小; 電源容量相對變頻器容量越大時, 則內(nèi)阻抗值相對越小, 諧波含量越大。當(dāng)電源內(nèi)阻為4%時, 可以起到很好的諧波抑制作用。所以選擇變頻器供電電源變壓器時, 最好選擇短路阻抗大的變壓器。2. 1. 2 安裝電抗器安裝電抗器實際上是從外部增加變頻器供電電源的內(nèi)阻抗。在變頻器的交流側(cè)安裝輸入電抗器,

3、抑制諧波電流。提高功率因數(shù)以及削弱輸入電路中的浪涌電壓、電流對變頻器的沖擊, 削弱電源電壓不平衡的影響, 一般情況下, 都必須加進(jìn)線電抗器。交流電抗器的結(jié)構(gòu)是在三相鐵心上繞上三相線圈, 實物外形如圖4所示。由于電抗器是長期接入電路的, 故導(dǎo)線截面積應(yīng)足夠大, 應(yīng)能允許長時間流過變頻器的額定電流。圖4 三相交流電抗器(A C REACTOR 實物圖其實, 大多數(shù)變頻器說明書中的選配件連接圖上, 往往都有加裝輸入電抗器這一部分的, 如圖5所示。但在實際安裝過程中, 用戶的要求是價格低、滿足使用要求就行了, 使得技術(shù)人員在安裝中也往往將輸入電抗器 省略 掉了, 雖然安裝初期并無異?，F(xiàn)象。殊不知, 這

4、樣給日后的運(yùn)行帶來無盡的后患。例如, 在某地安裝了一臺小功率變頻器, 先后出現(xiàn)了燒毀三相整流橋的故障。變頻器為2. 2k W, 所配電機(jī)為1. 1k W, 且負(fù)載較輕, 運(yùn)行電流不到2A, 電源電壓在380V 左右, 很穩(wěn)定。因而現(xiàn)場看不出什么異常。但先后更換了三臺變頻器, 運(yùn)行時間均不足二個月, 檢查都是三相整流橋燒毀, 原因何在? 赴現(xiàn)場全面檢查, 發(fā)現(xiàn)在同一車間、同一供電線路上還安裝了另兩臺大功率變頻器, 三臺變頻器既有同時運(yùn)行、也有不同時起/停的可能。根據(jù)現(xiàn)場分析后認(rèn)為, 大功率變頻器的運(yùn)行與起停, 就是小功率變頻器損壞的根源所在。這是為什么?流入兩臺大功率變頻器的非線性電流, 使得電

5、源側(cè)電壓(電流 波型的畸變分量大大增加(相當(dāng)于在現(xiàn)場安裝了兩臺電容補(bǔ)償柜, 因而形成了動蕩的電容投切電流, 但對于大功率變頻器而言, 由于其內(nèi)部空間較大, 輸入電路的絕緣處理易于加強(qiáng), 所以不易造成過壓擊穿, 但小功率變頻器, 因內(nèi)部空間較小, 絕緣耐壓是個薄弱環(huán)節(jié), 電源側(cè)的浪涌電壓沖擊, 便使其在劫難逃了。另外, 相對于電源容量而言, 小功率變頻器的功率顯然太不匹配。當(dāng)變頻器的功率容量數(shù)倍小于電源容量時, 變頻器輸入側(cè)的諧波分量則大為增強(qiáng), 這種能PLC 變頻器 計算機(jī) 變頻器應(yīng)用與維修中的技術(shù)要點(diǎn)(中機(jī)床電器2010 3量, 即是危及變頻器內(nèi)三相整流橋的一個不容忽視的因素。又如, 某化工

6、廠安裝了數(shù)臺進(jìn)口變頻器, 工作電流和運(yùn)行狀態(tài)都正常, 但也屢次出現(xiàn)炸毀整流橋的故障, 往往在運(yùn)行中毫無征兆地就爆裂了?，F(xiàn)場勘測和分析:該廠為補(bǔ)償無功功耗, 在電控室安裝了數(shù)臺電容補(bǔ)償柜。大容量電容器的投、切在電網(wǎng)中形成了幅值極高的浪涌電壓和浪涌電流。觀察電容補(bǔ)償柜中的電容進(jìn)線, 并未按常規(guī)要求加裝浪涌抑制電抗器, 此電抗器的作用實質(zhì)上不但抑制了進(jìn)入電容器的浪涌電流, 也同時改善了整個電網(wǎng)內(nèi)的浪涌沖擊。當(dāng)生產(chǎn)線進(jìn)行了變頻改造后, 補(bǔ)償電容的投、切(充、放電 電流與變頻器整流造成的諧波電流互相作用, 在電網(wǎng)系統(tǒng)中形成了瞬時的動蕩的電壓尖峰, 該電壓尖峰遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電源電壓, 擊穿變頻器中的整流模塊也

7、就順理成章了。綜合起來看, 以上三個問題其實只是一個問題, 即電網(wǎng)電壓波形的畸變形成了電壓尖峰, 使電器設(shè)備不堪其沖擊而損壞, 因而處理的措施也很簡單, 即在變頻器輸入端接入電抗器。特別是在使用國產(chǎn)變頻器時, 盡量使用輸入電抗器。我公司在給某單位改造調(diào)速系統(tǒng)時, 因為沒有使用輸入電抗器, 導(dǎo)致變頻器運(yùn)行時莫名其妙地跳閘, 且沒報任何故障。后來增加輸入電抗器后一切正常。而另一條生產(chǎn)線進(jìn)口變頻器卻一直沒有出現(xiàn)此問題?？梢妵鴥?nèi)變頻器品牌任重而道遠(yuǎn)!通過上面事例可以看出, 輸入端接電抗器是為了防止電網(wǎng)諧波變化引起干擾, 在三相進(jìn)線電壓嚴(yán)重不平衡或該電網(wǎng)內(nèi)有電容補(bǔ)償器或可控硅負(fù)載的場合, 輸入電抗器的優(yōu)

8、勢就明顯體現(xiàn)出來。它主要保護(hù)電源對整流橋和充電電阻的沖擊。對于小功率(7. 5k W 以下, 單獨(dú)用輸入電抗器要比用直流電抗器的效果好得多。綜合上述, 在以下情況中必須加入輸入電抗器:a . 變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10 1以上;b . 同一電源上接有可控硅負(fù)載或帶有開關(guān)控制的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置;c . 三相電源的電壓不平衡度大于3%。在電源與變頻器輸入側(cè)之間串聯(lián)交流電抗器, 這樣可使整流阻抗增大來有效抑制高次諧波電流, 減少電源浪涌對變頻器的沖擊, 改善三相電源的不平衡性, 提高輸入電源的功率因數(shù)(提高到0. 750. 85, 這樣進(jìn)線電流的波形畸變大約降低30%50%, 是

9、不加電抗器諧波電流的一半左右。電抗器分為輸入電抗器和輸出電抗器, 他們的作用各不相同(電抗器型號中, I 表示進(jìn)線, O 表示出線 。那么, 輸出端的電抗器又有什么作用?2. 2 輸出端電抗器變頻器接輸出電抗器是為了隔離變頻器對其他設(shè)備的干擾。當(dāng)變頻器輸出到電機(jī)的電纜長度大于產(chǎn)品規(guī)定值時, 應(yīng)加輸出電抗器來補(bǔ)償電機(jī)長電纜運(yùn)行時的耦合電容的充放電影響, 避免變頻器過流。并能抑制變頻器輸出的諧波, 起到減小變頻器噪聲的作用。加裝輸出電抗器后還可以鈍化變頻器輸出電壓(開關(guān)頻率 的陡度, 減少逆變器中的功率元件的擾動和沖擊。輸出電抗器有兩種類型, 一種輸出電抗器是鐵心式電抗器, 當(dāng)變頻器的載波頻率小于

10、3k H z 時采用; 另一種輸出電抗器是鐵氧體式, 當(dāng)變頻器的載波頻率小于6k H z 時采用。變頻器輸出端增加輸出電抗器的作用還可以增加變頻器到電動機(jī)的導(dǎo)線距離, 輸出電抗器可以有效抑制變頻器的I G B T 開關(guān)時產(chǎn)生的瞬間高電壓, 減少此電壓對電纜絕緣和電機(jī)的不良影響。同時為了增加變頻器到電機(jī)之間的距離可以適當(dāng)加粗電纜, 增加電纜的絕緣強(qiáng)度, 盡量選用非屏蔽電纜。有的變頻器廠商出于對產(chǎn)品宣傳的需要, 稱變頻器與電機(jī)之間的距離較遠(yuǎn)時才建議加輸出電抗器?？紤]到現(xiàn)場的實際情況及電纜鋪設(shè)情況, 根據(jù)本人的工作經(jīng)驗, 認(rèn)為在50m 以上最好加輸出電抗器。此外還應(yīng)根據(jù)變頻器的容量進(jìn)行設(shè)計, 大容量

11、的變頻器建議都加上輸入、輸出電抗器。對變頻器運(yùn)行狀況和自身可靠性都有很大好處。2. 3 關(guān)于變頻器電抗器的選擇問題2. 3. 1 額定交流電流的選擇額定交流電流是從發(fā)熱方面設(shè)計電抗器的長期工作電流, 同時應(yīng)該考慮足夠的高次諧波分量。即輸出電抗器實際流過的電流是變頻器電機(jī)負(fù)載的工作電流。2. 3. 2 電壓降電壓降是指50H z 時, 對應(yīng)實際額定電流時電抗器線圈兩端的實際電壓降。通常選擇電壓降在4V 8V 左右。2. 3. 3 電感量的選擇電抗器的額定電感量也是一個重要的參數(shù), 若電機(jī)床電器2010 3PLC 變頻器 計算機(jī) 變頻器應(yīng)用與維修中的技術(shù)要點(diǎn)(中感量選擇不合適, 會直接影響額定電流

12、下電壓降的變化, 從而引起故障。電感量以基波電流流經(jīng)電抗器時電壓降不大于額定電壓的3%為宜。而電感量的大小取決于電抗器鐵心的截面積和線圈的匝數(shù)與氣隙的調(diào)整。輸出電抗器電感量選擇是根據(jù)在額定頻率范圍內(nèi)的電纜長度來確定, 然后再根據(jù)電動機(jī)的實際額定電流來選擇相應(yīng)電感量要求下的鐵心截面積和導(dǎo)線截面積, 才能確定實際電壓降。理想的電抗器是在小于或等于額定交流電流時, 電感量保持不變, 隨著電流的增大, 而電感量逐漸減小。常用規(guī)格的交流電抗器如表1所示。表1 常用規(guī)格的交流電抗器電壓(V功率(k W 電流(A 電感(mH 電壓(V功率(k W 電流(A 電感(mH 2200. 42. 44. 60. 7

13、54. 52. 41. 57. 01. 62. 2111. 04180. 65. 5220. 57. 5300. 411420. 2715550. 218. 5700. 1622800. 14301100. 1371450. 08451800. 06552150. 05752850. 04933500. 031104150. 033800. 752. 57. 61. 54. 04. 82. 26. 03. 24. 09. 02. 05. 5131. 57. 5171. 211250. 815320. 618. 5380. 522450. 4230600. 3237750. 2645900. 2

14、1551100. 18751500. 13931700. 111102100. 091322500. 081603000. 062003800. 052204150. 052504800. 042. 4 直流電抗器在變頻器的直流側(cè)安裝直流電抗器, 用于改善功率因數(shù), 抑制電流尖峰。當(dāng)有下列情形之一, 則必須安裝直流電抗器。(1 電網(wǎng)容量遠(yuǎn)大于變頻器容量; (2 電源容量大于1000kVA 時; (3 對改善電源功率因數(shù)要求較高時。直流電抗器接在變頻系統(tǒng)的直流整流環(huán)節(jié)與逆變環(huán)節(jié)之間, 主要用途是將疊加在直流電流上的交流分量限定在某一規(guī)定值, 保持整流電流連續(xù), 減小電流脈沖幅值, 并對中間直流環(huán)

15、節(jié)的電容提供保護(hù), 使逆變環(huán)節(jié)運(yùn)行更穩(wěn)定并改善了變頻器的功率因數(shù)(提高到0 95 。直流電抗器可與交流電抗器同時使用, 對減小輸入的高次諧波同樣有明顯效果。直流電抗器是將線圈繞在單相鐵心上, 由于在直流電路中, 線圈的感抗為零, 故線圈的匝數(shù)可以適當(dāng)多一點(diǎn), 這樣濾波的效果就好一些。直流電抗器性能指標(biāo)值如表2所示。表2 直流電抗器性能指標(biāo)值電壓(V功率(k W 電流(A 電感(mH 電壓(V 功率(k W 電流(A 電感(mH 22011157545018. 530150200375530010075904204011056025380740552. 5 電磁干擾濾波器在變頻器的輸入和輸出的電

16、流中, 除了構(gòu)成電源無功損耗的較低次諧波外, 也還有許多頻率很高的諧波成份。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去, 形成對其他設(shè)備的干擾信號。對于通過線路傳播的干擾信號, 主要通過增大線路在干擾頻率下的阻抗來削弱, 實際上, 電路中串入一個小電感, 它在基頻下的阻抗的是微不足道的, 但頻率較高的諧波電流, 卻呈現(xiàn)出很高的阻抗, 起到了有效的抑制作用。我們經(jīng)常會看到交流電源到整流橋前會有一塊E M I 電路, 如圖6所示。只知道這是起到濾波和抑制電網(wǎng)脈沖尖峰的作用, 它和我們經(jīng)常聽說過的E MC 區(qū)別在那里?圖6 電磁干擾濾波器說到變頻器電磁兼容性, 先要了解以下內(nèi)容。F I L TER(濾波器

17、 。E M I (電磁干擾, 包括傳導(dǎo)、輻射、諧波等等。圖中 E M I F I LTER 的中文意思為 電磁干擾濾波器 。PLC 變頻器 計算機(jī) 變頻器應(yīng)用與維修中的技術(shù)要點(diǎn)(中 機(jī)床電器2010 3E MS(抗電磁干擾性, 直譯是 電磁敏感度 。其意是指由于電磁能量造成性能下降的容易程度。打個通俗比方, 如果將電子設(shè)備比喻為人, 將電磁能量比做流感病毒, 敏感度就是是否易患流感。如果不易患流感, 說明免疫力強(qiáng)。E MS 也是衡量設(shè)備性能的重要指標(biāo)。E MC(電磁兼容性, 意指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾, 也不受其他設(shè)備的電磁能量干擾的能力。E MC 這個術(shù)語有其非常廣的含義

18、。由上所述可以看出, E MC=E M I+E MS毫無疑問, 電磁干擾濾波器用于抑制變頻器產(chǎn)生的電磁干擾噪聲的傳導(dǎo), 也可抑制外界無線電干擾以及瞬時沖擊、浪涌對本機(jī)的干擾。根據(jù)使用位置的不同可以分為輸入濾波器和輸出濾波器。輸入濾波器串聯(lián)在變頻器輸入側(cè), 由電感線圈組成, 通過增大電路的阻抗以減小頻率較高的諧波電流;輻射濾波器并聯(lián)在電源與變頻器輸入側(cè), 由高頻電容器組成, 可以吸收頻率較高具有輻射能量的諧波成份, 用于降低無線電噪聲。線路濾波器和輻射濾波器同時使用效果更好。輸出濾波器串聯(lián)在變頻器輸出側(cè), 由電感線圈組成, 可以減小輸出電流中的高次諧波成份, 抑制變頻器輸出側(cè)的浪涌電壓, 同時可以減小電動機(jī)由高頻諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。注意輸出濾波器到變頻器和電機(jī)的接線盡量縮短, 濾波器亦應(yīng)盡量靠近變頻器。輸出濾波器從結(jié)構(gòu)上分LR 濾波器單元和LC 濾波器單元兩種類型, 如圖7