變頻器的工程實踐

摘要：變頻器在工業(yè)領(lǐng)域的使用越來越廣泛，本文從實踐的角度，論述了不同領(lǐng)域和設(shè)備在變頻器使用上的共性問題，著重論述了變頻器在實際應(yīng)用過程中選擇、安裝、維護的常見問題和解決方法。
關(guān)鍵詞：變頻器選擇安裝維護
0引言
據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)用電中60%~70%的電量被電動機所消耗，而這些電中，又有約90%被三相交流異步電動機所消耗，可見電動機用量之大。變頻器的出現(xiàn)，使得交流電動機調(diào)速困難、交變速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性不盡人意的缺點得以改善。在我國，變頻器已在各行各業(yè)得到推廣應(yīng)用，基于變頻器的交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速方便、體積小、噪聲小、能耗低、保護功能完善、組態(tài)靈活、可靠性強、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、易維護等特點，每年以20%的遞增量在發(fā)展。因此，合理的使用和維護變頻器對自動化工程人員來說至關(guān)重要。
1變頻器的選擇
1.1品牌的選擇目前，國內(nèi)市場上的變頻器品牌多達上百種，應(yīng)根據(jù)項目的預(yù)算，項目要求和個人熟悉程度等多種因素綜合考慮品牌和型號。就市場占有量來說，日本的東芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的變頻器生產(chǎn)廠家，在我國有較大的市場份額；ABB、西門子、施耐德等歐美品牌也相繼進入中國；LG、三星、現(xiàn)代重工等韓國的后起之秀也在爭奪中國市場；當(dāng)然，國內(nèi)的臺達、臺安、時代、康沃等公司也占有一席之地?？傮w而言，歐美國家的產(chǎn)品以性能先進、環(huán)境適應(yīng)能力強而著稱；日本產(chǎn)品以外型小巧、功能豐富而聞名；我國港澳臺的產(chǎn)品以功能簡單實用而流行；大陸產(chǎn)品則以價格低廉、功能專用、簡單而廣泛應(yīng)用。
1.2類型的選擇工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類，主要技術(shù)指標(biāo)有：控制方式、啟動轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制精度、控制信號種類、速度控制方式、通信借口等等。變頻器的操作方式靈活，接口易和上位機通信，從實際應(yīng)用角度看，中小型容量的變頻器以U/f控制方式為主，屬于通用型變頻器，還有一類具有矢量控制功能的變頻器，性能好、價格高，但價格也比U/f控制的要貴的多；而直接轉(zhuǎn)矩控制方式的變頻器動態(tài)性能好，轉(zhuǎn)矩控制精度高，代表了當(dāng)代變頻器技術(shù)的最高水平。
1.3其它應(yīng)考慮的問題
1.3.1選擇合適的容量：應(yīng)以電動機的額定電流和負載特性為依據(jù)，總的負載電流不超過變頻器的額定電流，頻繁工作或重載時可增大容量。
1.3.2考慮負載的類型：根據(jù)實際負載，存在恒功率負載、恒轉(zhuǎn)矩負載、降轉(zhuǎn)矩負載三種類型。風(fēng)機類、泵類負載屬于降轉(zhuǎn)矩負載特性，一般宜采用具有U/f恒壓頻比控制的變頻器；提升機、吊車、注塑機、運輸機、傳送帶、攪拌機等摩擦類負載和位能負載基本屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器是比較理想的；金屬切削機床的主軸和軋機、造紙機、薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等都屬于恒功率負載，可采用變極電動機與變頻器相結(jié)合或者機械變速與變頻器結(jié)合的方法實現(xiàn)。
1.3.3專用變頻器：注塑機、抽油機、紡織機械、電梯、風(fēng)機、水泵、空調(diào)、礦山機械等領(lǐng)域，可選擇在本行業(yè)有應(yīng)用特長的專用變頻器，往往有意想不到的效果。
2變頻器的安裝
2.1墻掛式安裝：變頻器與周圍物體之間的距離應(yīng)滿足兩個條件：兩側(cè)≥100mm上下≥150mm。
2.2柜式安裝：單臺變頻器安裝應(yīng)盡量采用柜外冷卻方式（環(huán)境比較潔凈，塵埃少時）；單臺變頻器采用柜內(nèi)冷卻方式時，應(yīng)在柜頂安裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇，并盡量裝在變頻器的正上方；多臺變頻器安裝應(yīng)盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應(yīng)在兩臺變頻器間加裝隔板，不論哪種方式，變頻器應(yīng)垂直安裝。
2.3工作環(huán)境的要求：為了保證安全可靠，使用時應(yīng)留有余地。一般，變頻器的工作溫度應(yīng)控制在0~40℃；運行中的環(huán)境溫度允許值多為-10~50℃；周圍環(huán)境的濕度推薦為40%~90%；安裝場所的海拔高度為1000m以下，海拔越高，冷卻效果越差，由1500m開始，每超過100m，容許溫升就下降1%。此外，還應(yīng)注意周圍用電設(shè)備的電磁干擾和因雷擊等自然因素引起的環(huán)境問題。
3變頻器的維護
變頻器由許多集成芯片，電子元器件等組成，裝置較為復(fù)雜，壽命一般小于10年，使用過程中不可避免的會出現(xiàn)各種故障，正確的維護，簡單的檢修可保證生產(chǎn)生活的正常進行。

3.1變頻器外部引起的故障
3.1.1變頻器的工作環(huán)境。溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，可安裝散熱裝置并避免日光直射以避免溫度過高；振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，可安裝在振動沖擊較小的部位或者采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等會造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，可對控制柜進行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)。
3.1.2外部的電磁感應(yīng)干擾。外部的電磁感應(yīng)干擾可能會引起控制回路誤動作，造成工作不正?；蛲C，嚴(yán)重時甚至損壞變頻器。可采用以下方法抑制噪聲干擾:①采用屏蔽線回路②接地端子單獨使用；③縮短控制回路的配線距離④周圍的繼電器、接觸器線圈上加裝RC吸收器；⑤輸入端安裝噪聲濾波器。
3.1.3電源異常。為保證設(shè)備的正常運行，對變頻器供電電源也有相應(yīng)的要求。如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設(shè)備，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響。對于要求瞬時停電后仍能繼續(xù)運行的場合，除選擇合適價格的變頻器外，還應(yīng)預(yù)先考慮負載電機的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過速度追蹤和測速電機的檢測來防止在加速中的過電流。對于要求不能停止運行的設(shè)備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。
3.1.4雷擊、感應(yīng)雷電。雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時，斷路器開閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制順序上應(yīng)在真空斷路器動作前先將變頻器斷開。
3.2變頻器內(nèi)部引起的故障
3.2.1參數(shù)設(shè)置引起的故障。應(yīng)多注意電動機參數(shù)、變頻器控制方式和啟動方式的設(shè)定等，若發(fā)生參數(shù)設(shè)置故障，可根據(jù)故障代碼或產(chǎn)品說明書進行參數(shù)修改，必要時可恢復(fù)出廠值，重新設(shè)置。
3.2.2過電流和過載。如果變頻器一上電就報過流故障，可能是整流橋或逆變管損壞，需予以更換；若去掉電動機不再報警，可能是變頻器和電機間存在斷路；若運行中，出現(xiàn)機械卡死、重載、加速時間設(shè)置過短或負載突變也有可能引起過流，應(yīng)從上述可能性逐一排查。
3.2.3過電壓和欠電壓。過電壓主要體現(xiàn)為電機拖動大慣性負載或多電機拖動同一負載時由于負荷分配不均引起；欠電壓主要由電源電壓過低或缺相、一個直流母線上的電壓過低或欠壓檢測元件出現(xiàn)問題引起，可檢查供電電壓是否正常，更換故障元件或維修相應(yīng)檢測電路
3.2.4過熱故障。應(yīng)注意變頻器的環(huán)境溫度，盡量通風(fēng)，檢查變頻器風(fēng)扇等。
4結(jié)束語
不同廠家對變頻器的操作方法設(shè)定略有差異，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，這里不再詳述。要合理使用變頻器，應(yīng)多參考變頻器廠家提供的使用手冊，在實際應(yīng)用中多積累經(jīng)驗。
參考文獻：
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