变频器的选用和维护（共7篇）
变频器的选用和维护 篇1
0 引言
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,有交-交变频和交-直-交变频,目前变频器主要采用交-直-交控制方式。随着电气技术的发展,变频器的性能日新月异,由于具有调速范围宽、精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便且便于同其他设备相接等诸多优点,使得变频器的用途越来越广泛。变频器的出现,改善了交流电动机调速、交变速设备结构复杂且效率和可靠性一系列问题。随着变频器在各行各业迅速发展和普及,合理地使用和维护变频器变得十分重要。
1 变频器的构成
变频器一般由整流电路、平波电路、逆变电路、控制电路等几大部分构成。
1.1 整流电路
它与单相或三相交流电源相连接,产生脉动的直流电压。目前大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。
1.2 平波电路
在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。
1.3 逆变电路
将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。以所确定的时间使6个开关器件导通、关断,就可以得到3相交流输出。
1.4 控制电路
现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心,从而实现全数字化控制。变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路,控制电路由以下电路构成:频率,电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“速度检测电路”。
2 变频器的选用
2.1 类型选择
主要是根据运行条件和控制要求选择变频器。比如水泵和风机类负载:负载的特点是转矩与转速的平方成正比,实际运行负载基本不变,可选用通用变频器。
2.2 变频器箱体结构的选用
变频器的箱体结构要与条件相适应,必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素。有下列几种常见结构:(1)敞开型IP00型:本身无机箱,可装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上,尤其适于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。(2)封闭型IP20型:适于一般用途,可用于有少量粉尘或少许温度、湿度的场合。(3)密封型IP45型:适于工业现场条件较差的环境。(4)密闭型IP65型:适于环境条件差,有水、灰尘及一定腐蚀性气体的场合。
2.3 变频器容量
依据电动机的额定电流和负载特性,变频器的额定电流大于总的负载电流,变频器使用工况,是否频繁启动,瞬时负载,工作环境通风状况等。
3 变频器关键质量性能指标
3.1 关键性能指标
作为用户,我们通过几项关键指标就可知变频器的质量水平的高低,判断是否满足自己需要的性能。具体指标如下:
(1)变频器的输出电流谐波对电动机无影响,输出电流波形接近于正弦波。
(2)变频器的输入侧对电压波形不发生畸变,无谐波污染。
(3)高效率、高功率因数。
(4)控制稳定。变频器采用带简易无速度传感器矢量控制的U/F控制方式时,在负载变动时,可使电动机运转稳定,而且不需要速度传感器。若采用32位CPU作为控制器,可实现高速应答及高精度控制。
(5)可实现失速再启动。从商用电源切换到变频器运转时,以及瞬时停电后再启动时,可以使处于失速状态的电动机自动加速到规定的频率上。
(6)节省能源。
3.2 性能指标简易评定方法
变频器质量性能指标需要通过仪器测定,只有说明书是不够的,但从说明书和实物可初步评定。一般遵循以下三点原则:
(1)变频器主电路形式和所采用的逆变元器件
一个变频器是否先进和质量好坏,与变频器内部所采用的逆变元器件有关,因为变频器的发展与逆变元器件的发展息息相关。逆变元器件有SCR、GTO晶闸管、GTR、MOSFET、IGBT、IGCT、IEGT等,前三种为电流驱动,发热量大、调制频率低、谐波干扰严重;后几种为电压驱动,发热量小、调制频率高、噪声小、体积小、可靠性高。
在中高压变频器中,主电路拓扑结构有多种不同的方案,有多脉波、多电平、多重化或直接串联等不同的电路形式。在多电平变频器中,选用更高电压的IGBT,减少功率单元的数量、提高系统效率是以后的技术方向。
(2)变频器所用CPU的位数及形式
变频器输出量的检测、保护计算、调速的精度、各种波形的产生以及控制方式的实现,全靠CPU。其位数越高、处理信息越快,计算越精确,响应速度越快。
(3)控制方式
控制方式是指变频器对电动机按什么控制原理和数学模型进行控制的,一般有U/F恒定控制、转差率控制、矢量控制、直接转矩控制等。现在,高水平的变频器一般是矢量控制和直接转矩控制。
4 变频器的日常维护
变频器是一种精密的电子装置,如果使用不当,可能会发生故障或出现运行不佳等情况,所以日常维护和检查是必不可少的。
4.1 日常检查项目
(1)安装地点的环境是否有异常。
(2)冷却系统是否正常。
(3)变频器、电动机、变压器、电抗器等是否过热、变色或有异味。
(4)变频器和电动机是否有异常振动、异常声音。
(5)主电路电压是否三相平衡,电压是否正常,控制电路电压是否正常。
(6)导线连接是否牢固可靠。
(7)滤波电容器是否有异味。
(8)各种显示是否正常。
4.2 定期检查项目
定期检查的重点应放在变频器运行时无法检查的部位,主要包括:
(1)清扫空气过滤器,同时检查冷却系统是否正常。
(2)检查有关紧固件是否松动,并进行必要的紧固。
(3)导体绝缘物是否有腐蚀、过热的痕迹,是否变色或破损。
(4)检查绝缘电阻值是否在正常范围内。控制电路不要使用绝缘电阻表测量绝缘电阻。
(5)检查及更换冷却风扇、滤波电容器、接触器等。
(6)检查端子排是否有损伤,继电器触点是否粗糙。
(7)确认控制电压的正确性,进行顺序保护动作实验,确认保护、显示回路有无异常。
(8)确认变频器在单体运行时输出电压的平衡度。
4.3 日常维护和检查
需要说明的是,变频器的日常维护和检查要注意以下几个方面:
(1)操作者必须熟悉变频器的基本原理、功能特点、指标等,并具有变频器运行经验。
(2)操作前必须切断电源,注意主电路电容器是否充分放电,确认放电完后才可以继续下一步作业。
(3)测量仪表的选择应符合制造商的规定。
5 变频器的检修
变频器的维修过程就是寻找相应故障点的过程。在维修过程中,应首先从故障现象入手,分析电路原理、时序关系、工作过程,找出各种可能存在的故障点,然后借助一些维修检测设备,确定故障点、故障元器件,最后寻找相应的器件进行替换。变频器维修的关键是找出初始故障点和故障发生的关键原因。在维修处理故障之前,须对变频器的工作原理、结构、器件组成、功能等有深入的了解和认识,否则很难找到故障的真正原因。必要时可对相关元件器或电路板进行有针对性的替代,以排除故障。但替代前,须确保其余部件工作正常且无其他故障存在,以防故障扩大或损坏新替代的器件。处理故障前,应注意查看值班故障记录及故障前变频器的运行记录,主要包括电流、转速、绕组及轴承温度等,以便于故障的分析和检查。
下面列举一些在实际中常见的故障分析。
5.1 整流模块损坏
一般是由于电网电压或内部短路引起。在排除内部短路情况下,更换整流桥。在现场处理故障时,应重点检查用户电网情况,如电网电压的高低的高低、有无电焊机等对电网有污染的设备等。
5.2 逆变模块损坏
一般是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。在修复驱动电路之后,测驱动波形良好状态下,更换模块。在现场服务中更换驱动板之后,还必须注意检查马达及连接电缆。在确定无任何故障下,运行变频器。
5.3 变频器充电起动电路故障
通用变频器一般为电压型变频器,采用交-直-交工作方式,即是输入为交流电源,交流电压三相整流桥整流后变为直流电压,然后直流电压经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相交流电输出到负载。当变频器刚上电时,由于直流侧的平波电容容量非常大,充电电流很大,通常采用一个起动电阻来限制充电电流。充电完成后,控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路,起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏,变频器报警显示为直流母线电压故障。如遇此情况,可购买同规格的电阻换之,同时必须找出引起电阻烧坏的原因。如果故障是由输入侧电源频率开合引起的,必须消除这种现象才能将变频器投入使用;如果故障是由旁路继电器触点或旁路晶闸管引起,则必须更换这些器件。
5.4 上电后显示过电压
变频器出现过压故障,一般是雷雨天气,由于雷电串入变频器的电源中,使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸。在这种情况下,通常只需断开变频器电源1min左右,再合上电源,即可复位;另一种情况是变频器驱动大惯性负载,就出现过压现象。因为这种情况下,变频器的减速停止属于再生制动,在停止过程中,变频器的输出频率按线性下降,而负载电机的频率高于变频器的输出频率,负载电机处于发电状态,机械能转化为电能,并被变频器直流侧的平波电容吸收,当这种能量足够大时,就会产生所谓的“泵升现象”。变频器直流侧的电压会超过直流母线的最大电压而跳闸。对于这种故障,一是将减速时间参数设置长些,或增大制动电阻或增加制动单元;二是将变频器的停止方式设置为自由停车。
5.5 上电后显示过电流或接地短路
出现这种故障显示时,首先检查加速时间参数是否太短、力矩提升参数是否太大,然后检查负载是否太重。如果无这些现象,可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点,复位后运行,看是否出现过流现象。如果出现的话,很可能是1PM模块出现故障,因为1PM模块内含有过压过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能,而这些故障信号都是经模块控制引脚的输出Fn引脚传送到微控器的,微控器接收到故障信息后,一方面封锁脉冲输出,另一方面将故障信息显示在面板上,一般更换1PM模块。
5.6 变频器显示过载
对于已经投入运行的变频器,如果出现这种故障,就必须检查负载的状况;对于新安装的变频器,如果出现这种故障,很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。所以在新变频器使用以前,必须设置好该参数。另外,使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时,没有正确的设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数,也会导致电机热过载。还有一种情形是设置的变频器载波率过高时,也会导致电机发热过载。最后一种情形是电气设计者设计变频器常常在低频段工作,而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题,致使电机工作一段时间后发热过载。对于这种情况,需加装散热装置。
6 结束语
变频器在实际使用中,需要我们不断地从实践中总结处理变频器各种故障的方法,重视变频器的日常维护和定期维护工作,改善变频器使用环境,才能保证变频器安全、可靠、平稳地调速运行,从而达到节约电能和降低维护费用的目的。
摘要：本文介绍了变频器的构成和选型以及关键质量性能指标,阐述了变频器的日常维护事项及常见故障分析。
关键词：变频器,维护,选用,故障
参考文献
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变频器的选用和维护 篇2
要：本文以船舶电力推进系统组成为引导，以典型的变频器为例，重点介绍LNG船舶电力推进系统中变频器的操作和维护知识，以帮助LNG运输船的轮机管理人员了解变频器知识、提高机电管理技能。
关键词：电力推进变频器操作管理维护
石油资源的日益紧缺，加快了天然气资源的开发和利用步伐。而在天然气运输方面，海上运输是经济、安全、有效和灵活的运输手段之一。近年来，LNG的海上运输业务发展迅速，中海集团也正在筹划建立LNG船队。
LNG运输船采用何种动力推进系统一直存在争论，各大航运公司和ABB、MANDiesel、Wartsila、GE等国际巨头都在研发新一代船舶推进系统的转型。就现状而言，双燃料发电机与电力推进系统的结合，已成为新型LNG运输船的首选。相比其他推进方式，采用电力推进系统对满足环境保护及成本效益的要求有着明显的优势。然而，当电力推进系统广泛应用在LNG运输船时，必需配备相当数量具有电力推进系统知识和管理技能的轮机管理和操作人员。就目前中海集团轮机管理人员的知识结构和管理技能来讲，对相关电力推进系统的专业知识和管理知识知之甚少，难以胜任LNG运输船的轮机管理工作。所以，公司必须未雨绸缪，通过补差培训，加快LNG运输船轮机管理人员的培养，加强电力推进系统理论和维护管理知识的学习，有效提高轮机管理人员电力推进系统的管理技能。
一、LNG运输船电力推进系统概述
LNG运输船电力推进系统的组成主要包括：中压发电机、中压电站、输入电源断路器、输入（隔离）变压器、船用变频器、同步（或异步）电动机、推进器及控制系统组成。图1所示为单桨LNG运输船的典型系统构造。
在电力推进系统中最为重要的设备是船用变频器（也称为可变速船用驱动装置），它的作用是通过驾驶台或机舱控制室操纵手柄改变控制系统的输出触发信号去改变变频器的输出电压的脉宽，从而改变输出三相正弦波的频率，最终改变推进电动机的转速，使推进器的转速从低速到高速之间进行无级调速。所以，变频器既是电力推进系统中最为重要的装置，也是轮机管理人员最想了解的设备。以下围绕船用变频器的组成、功能、操作和维护进行阐述。
二、船用变频器的系统组成和功能
在新型LNG运输船的电力推进系统中，船用变频器通常采用IEGT（注入增强栅晶体管）功率开关元件和三电平中性点箝位（NPC）拓扑结构、PWM（脉宽调制）技术、水冷散热冷却系统的电压源型变频器，以科孚德公司生产的变频器为例，其系统结构如图2所示。
1.整流单元柜
作用是将变压器提供的交流电经整流滤波形成直流电，其组成包括12脉波二极管整流单元、预充电或预励磁系统。
整流单元由去离子水冷却的多个二极管功率元件堆栈组成。电流互感器组装在堆栈里，测量整流单元的输入电流并提供保护。
预充电或预励磁系统是在电源断路器闭合前对直流母线电容进行充电或对变压器进行预励磁，以减少电源断路器闭合时产生的瞬间冲击电流，其组成包括：电源断路器、预励磁变压器和保险丝。只有当中压电源和低压电源的相序一致时，可使用预励磁系统，否则只能用预充电系统。
2.直流母线柜
承载经整流滤波产生的直流母线电压，其组成包括：直流电容器和母线排、电压测量装置、电容放电系统、接地故障检测系统。
直流电容器采用自愈型干式薄膜电容器，电容器的放电电阻接在直流母线的两个极性上，当变频器处于关闭状态时，能够在大约5分钟左右把电容器上的电压放电至<50V（10分钟后闭合接地开关，可以对设备进行维护和保养）；接地故障检测系统由电阻、电压传感器组成，直流母线的中性点通过这套电阻连接到大地，中性点和大地之间的电流随时受到监视，当电流大于设定值时，触发接地故障信号传送到控制器。
3.制动斩波器
制动斩波器安装在直流母线的正极和负极间用于电机制动过程中消耗直流母线上的电能。它的组成结构和相功率单元相同，由压装式IGBT和二极管组成。制动电阻装在变频器柜的外面。
4.逆变单元柜
逆变单元使用压装式IGBT的三电平中性点钳位（NPC）形式，每一个逆变器功率堆栈包括：压装式IGBT单元、门触发驱动板和24V门触发驱动电源板、续流二极管堆栈、OV箝位二极管堆栈、箝位电容器。逆变单元柜内还装有接地开关、输出电流互感器。
门触发驱动板通过光缆传输控制和监视信号，同时还具有IGBT过流、IGBT过压、短路检测、门触发驱动电源检测、脉波宽度检测等保护功能，当IGBT发生故障时，将故障反馈信号送到控制器。24V直流门触发驱动电源由变压器、整流器和滤波电容组成。
5.交流输出柜
将PWM调制输出电压转变成正弦波，以获得圆形磁场、减少谐波污染，其组成包括正弦滤波器和接地开关。
在控制柜门打开前，应通过接地开关把直流母线的三个极性点接地，这是在维护保养工作时打开柜门前必须强制执行的程序。
6.dV/dt滤波器
变频器采用三电平中性点二极管箝位拓扑技术，所以输出电压是台阶式的（1/2的直流母线电压）。输出线电压之间的总谐波失真（THD）是传统两电平变频器的一半，通常情况下不需要正弦滤波器。如果需要也只是使用dv/dt滤波器，用于限制dv/dt变化率和变频器输出电压的过电压。dv/dt滤波器为三相RLC滤波器，连接在变频器的输出端子。滤波器的星型中性点连接到直流母线的中性点。dv/dt滤波器的截止频率高于20kHz，能适应动态性能要求比较高的应用场合。
7.控制单元柜
柜内的PEC控制器能进行高性能的矢量控制计算并确保变频器的安全操作，其组成包括遥控I/O单元、低压辅助控制单元、数据管理器（操作键盘）等。控制器的基本任务是通过输出信号触发IGBT，改变其输出脉宽，调节电动机的转速和转矩，并执行逻辑控制和安全保护，附加的控制任务还包括：交流输入电源断路器的控制、电机和变频器的保护、辅助控制和串行通信等。
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遥控I/O单元通过以太网直接连接到控制器。
8.冷却单元柜
提供整流和逆变单元的去离子冷却水，把变频器的热量传送到热交换器。其组成包括：电动去离子冷却水泵及流量控制、去离子系统及冷却水传导率控制、原水/去离子水热交换器和膨胀槽等。
电动泵输送去离子水冷却功率单元，其流量受到检测和控制，当流量不足时，触发报警和故障信号并传送到控制器。
去离子水的传导率受到检测，当传导率高于上限定值时，打开三通阀使去离子水流过去离子水发生器，传导率便下降；当下降到下限定值时，水阀被关闭，以此来控制去离子水的传导性。如果去离子水的传导率高于最大设定值，则触发故障报警信号并传送到控制器。
膨胀槽的作用是调整冷却水回路的静态压力。
冷却单元出水口的温度受到监测，温度过高时触发报警和故障信号并传送到控制器。
9.外部电气设备
（1）输入电源断路器
输入电源断路器在提供电源的同时，在系统的保护环节中，还起到关键的保护连锁作用。当断路器收到变频器发出的跳闸信号后在100ms内保护跳闸。如：与接地接触器的连锁，冷却水电导率过高，冷却原水温度过高，水压过低、冷却单元漏水、去离子水流量过低、变频器电源欠压、辅助设备电源欠压、控制器故障、时序失步、过电流、过电压、直流母线电压不平衡、接地故障、断路器故障、紧急停止、IGBT门驱动板故障等。变频器正常停止时，电源断路器继续保持闭合，其开闭状态通过辅助继电器反馈给控制器。
（2）输入变压器
在变频器整流单元前端，一般使用12脉波变压器来提高电源质量，对谐波进行过滤并降低共模电压，并阻隔谐波对电网的影响。变压器的设计还考虑了谐波抑制和输入电流限制，能在变频器严重短路的情况下限制故障电流直到输入断路器跳闸断开。
（3）变频电动机
根据船舶设计需要配置专用同步或异步变频电动机。
当变频器工作时，首先将三相交流电通过变压器移相输出2组6脉波交流电，经过2组三相桥式整流器和滤波变成平滑的直流电输出到直流母线，再经逆变器输出脉宽可调的三电平三相阶跃脉动方波，最后经正弦滤波器输出频率可控的三相正弦波去驱动推进电机。逆变器输出脉动方波的脉宽受到IEGT的开关脉冲信号的控制（这种控制方式称为PWM频宽调制模式），开关脉冲信号受到驾驶台或机舱控制手柄的控制（通过PEC控制器）。
三、船用变频器的日常操作
变频器的操作主要包括：变频器运行前检查、变频器参数的管理和设置、变频器的预备运行等。
1.变频器运行前检查
（1）检查确认所有连接到I/O控制板上的控制信号线是否正确连接。
（2）测量高、低压电缆的绝缘电阻（必须大于1MΩ）。测量绝缘时，连接于直流母线中点和大地之间的接地电阻和电压传感器必须断开。
（3）检查辅助电源、风扇、冷却系统、整流柜、逆变柜和直流母线柜加热器是否正常。
（4）检查控制柜输入电压，确认所有的门驱动板上只有（绿色）LED指示灯亮。
（5）检查遥控I/O模块、操作键盘、PEC的I/O接口和电源，通过键盘显示检查控制器的CPU以及PIB100G控制板的初始化完成状态。
（6）检查光缆传输是否正常，TIB控制板上的LED指示灯应为绿色。
（7）在关闭变频器柜门之前，检查是否有遗留的工具、柜子内是否干净。关闭变频器柜门后，把钥匙放回互锁保护位置。
（8）断开接地开关和其他所有的接地装置，把接地开关钥匙放回互锁保护位置。
（9）解开输入电源断路器和预充电断路器的连锁保护。
（10）按下键盘复位键或遥控复位键清除所有的报警和故障，若有报警或故障，予以排除，当所有的报警和故障清除后，变频器便处于运行准备状态，等待接收遥控启动命令。
（11）通过键盘检查是否在正常运行模式（参数P2.0，1=RunningMode，0=Normal）。检查编码器模式设置是否正确（参数P2.12，0=无编码器；1=带编码器；2=编码器只用于启动）。
2.变频器参数的管理和操作
1）操作模式和转换
变频器参数的管理和操作由键盘实现。有两种操作模式，模式转换方式是在整流单元柜面板上的操作键盘上进行的。
本地模式用于变频器系统的测试、调试和应急操作。可以通过键盘执行：启动/停止命令、简单的转速调节和控制方式选择。在本地模式下，遥控命令和I/O无效，操作键盘是唯一的操作设备。
正常运行模式用于系统的遥控，可以通过遥控指令执行：启动/停止命令、转速调节功能、转速估计或转速反馈的磁场或转矩矢量控制、辅助管理功能等。除了测试、调试和应急操作外，变频器必须工作在正常运行模式。
变频器可以在运行时从正常运行模式切换到本地模式，在停止时才能从本地模式切换到正常运行模式。
2）操作键盘和操作
操作键盘能够提供本地的电机控制、系统设置、参数修改、输入输出的确认、数据测量、状态显示、故障诊断等功能。
根据不同的功能，所有的参数被分在不同的菜单组里。共有五组：“0”系统菜单，系统设置；“1”测量菜单，变频器监视；“2”本地模式，控制模式选择和参数设定；“3”故障菜单，当前跳闸故障；“4”报警菜单，当前报警。
在菜单的不同组别中包含有具体的参数列表，它是根据菜单的不同功能定义的，通过参数的类型和功能方便地进行浏览。每一个参数都具有一个参数号码，该号码包括一个指定的前缀P+菜单号码和参数号，中间用小数点隔离。如在菜单“1”中的电机电流参数号码是P1.03。使用“ESC”、“RIGHT”、“LEFT”、“DOWN”、“UP”键可以方便地浏览任意参数，参数修改必须先输入密码。
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键盘故障或者连接断开会产生报警，在正常模式下该报警不中断变频器的运行，在本地模式下，驱动器会继续运行在键盘转速或者当前转速下，经过预置时间后，驱动器会自动停止运行。
3.变频器的预运行操作
预运行程序用于确认变频器的运行正确性以及控制方式、控制顺序是否正常。当所有运行前的检查工作结束后，通过键盘选择正常运行模式（参数P2.01），控制器自动地切换到无编码器矢量控制方式。在正常运行模式，控制器使用遥控的转速调节、遥控启动/停止命令和紧急停止命令。
对于正常模式下的预备启动，必须做好以下检验程序：
（1）检查辅助设备是否已按要求启动；
（2）触发一个遥控跳闸命令，检查键盘上的故障显示和跳闸动作是否对应；
（3）检查启动运行允许条件是否满足；
（4）发出遥控启动指令并设定某个转速，检查电动机转向和转速是否和指令一致；
（5）改变转速并检查转速是否和指令一致并观察转矩限制作用；
（6）检验其他的遥控指令是否有效，如快速停止或复位等。
四、安全防护措施和维护管理
船舶电力推进系统的变频器使用6600V电压，即使断开主电源及辅助电源，系统仍旧会存在高电压。因此在进行任何操作前，断开所有外部电源，并确保所有电容器已被放电、变频系统已经接地。10分钟后，才能打开柜门。变频器在一天中的关断次数不能超过10次，不能连续地关断3次，2次时间间隔不能少于30秒。进行维护之前需要执行必要的变频器关断操作流程，如果没有进行这些操作，可能导致机损或人员伤亡。
1.工具配备和人员安全装备
检修工作时配备的工具除了常用电工工具外还需要：
（1）中压电压表（最高至8KV交流和13KV直流）；
（2）3套以上三相接地短路导线；
（3）用来连接/断开接地引线的绝缘扳手；
操作人员的安全装备除了常用电工安全装备外还需要：
（1）防火防电弧的外套；
（2）中压安全手套；
（3）配以完整面罩的安全帽；
（3）保护耳罩；
（4）安全高压绝缘鞋。
2.钥匙互锁系统
变频器必须通过钥匙互锁系统执行柜门开启流程，其钥匙不可配制备用。以确保打开柜门前所有接地开关都已接地。柜门开启流程如下：
（1）断开主电源断路器，闭合电源接地开关，从Box1中拿出钥匙X；
（2）断开预充电电源（400V）断路器开关，拿出钥匙A；
（3）用钥匙X和A打开Box2，等待10分钟直到电容器放电结束；
（4）从Box2中拿出钥匙B，闭合变频器接地开关，拿出钥匙C；
（5）用钥匙C打开Box3，拿出钥匙D打开所有变频器的中压柜门。
3.日常检查和定期维护
由于机舱环境的温度、湿度、盐雾、酸碱度、粉尘、振动等因素的影响，以及电器件的老化等原因，都可能导致变频器存在故障隐患。因此，必须对变频器进行日常运行检查和定期维护。在对变频器进行维护工作之前，应先确保系统已经安全接地。
1）变频器的日常运行检查
（1）观察操作键盘显示是否清楚，是否缺字少符，记录各项显示参数，发现异常应即时查找原因。
（2）观察环境温度、湿度、振动、灰尘、气体、油雾、水滴、杂物、危险品等，并记录环境温度（应不超过40℃）。保持环境整洁、通风照明良好。
（3）检查变频器过滤网的脏堵情况，及时清洁。
（4）检查逆变单元柜出风口温度（应不超过80℃）。
（5）检查并记录变压器温度（应不超过80℃），有无异常的鸣叫、异味。
（6）检查主电路、控制电路输入电压是否正常。
（7）检查整流单元和逆变单元有无异常声音或振动。
（8）检查冷却单元有无异常声音或振动。
（9）变频器停机后再恢复运行，如果环境潮湿，先打开主电源、控制电源和辅助电源，使变频器通风半小时，以驱除变频器内部潮气，然后再启动。
2）变频器的定期维护
为保证变频器安全可靠运行，周期性维护是至关重要的，变频器的周期性维护内容时间见表1.
在日常管理维护保养时，要注意做好以下工作：
（1）负责人制度。明确设备责任人。
（2）技术档案和保养记录。包括：变频器随机技术资料、参数设置步骤表、运行参数记录、巡检和维护记录、故障处理过程记录、备件库存动态记录。
（3）安全管理操作规程。应根据变频器类型制订各项操作规程，包括：现场手动操作规程、遥控自动操作规程，变频器关断操作规程、变频器启动操作规程、变频器柜门开启及接地操作规程、安全防护规范等。
（4）故障检修操作规程。制订故障应急预案，当发生故障时采取有效的措施，迅速组织维修人员和防护人员，依据报警信息查明故障，消除故障原因。严禁在故障不明的情况下复位再开机，更不允许在原因不明的情况下将故障信号短接后开机。
浅谈变频器的选用和维护方法 篇3
1 变频器的选用原则
变频器是节能设备, 但并不适用于所有设备的驱动。进行工程设计或设备改造, 应在熟悉所驱动设备的负载性质、了解各种变频器的性能和质量基础上进行变频器的选型。变频器的选择不仅与电动机的结构形式及容量有关, 而且还与电动机所带负载的类型有关, 与电动机的运行状态也有直接关系。大体的选择原则是在功能特性能保证可靠的基础上获得较好的性能价格比。
1.1 依据电动机的结构形式选择变频器
1.1.1 笼型异步电动机
电动机采用变频器运转同采用工频电源运转相比, 由于变频器供给电动机的电流是脉动电流, 其脉动值比工频供电时的电流要大, 而且输出电压、电流受高次谐波的影响, 电动机的效率、功率因数降低, 电流增加10%。
标准电动机在额定电压、额定电流和额定频率下运行时电流为最大, 温升也最大, 不允许超负载转矩使用, 因此对于笼型异步电动机, 选择变频器的额定电流应大于标准电动机的额定电流。
1.1.2 变极电动机
变极电动机采用变频器控制时改接引线即可。变极电动机采用变频控制时, 选择及使用应注意以下几点。
1) 如果在运行中进行极数转换时, 一定要停止电动机工作再切换。否则切换时会造成电动机空转, 将产生很大的电流, 恶劣时会造成变频器损坏, 而且变频器过电流保护动作使电动机处于自由停车状态, 也不能使其继续运转。
2) 变极电动机的机座号比一般电动机要大, 电流也大, 所以需要选择大级数容量的变频器。
3) 在工频电源下使用的变极电动机改为变频器控制时, 转动部分的强度、轴承寿命都有限制。特别要注意在高极数下、工频以上运转时最高频率的设置。
1.1.3 带制动器的电动机
在生产设备中, 为了电动机定位、安全地急停车和停止时保持静止, 必须使用带机械式制动器的电动机。带圆盘形制动器有交流和直流电磁铁式两种。带制动器的电动机用于变频器传动时应注意以下几点。
1) 制动器电源一定要接在变频器的输入端。由于变频器的输出电压在低速时为低电压, 所以电磁铁的吸引力减弱, 制动器将不能松开, 因此, 制动器电源不能同电动机一样接在变频器的输出侧。
2) 从工频以上频率的速度停止。这种制动器是利用摩擦将机械能变为热能消耗掉, 制动能量与转速的二次方成比例, 为了防止制动盘的异常磨损、烧伤, 因此, 制动器电动机采用变频器传动时必须充分注意从工频以上频率开始制动。最好先用变频器内的再生制动回路或者选用件制动单元减速到工频以下频率, 然后再用制动器制动。
1.2 依据负载类型的选择变频器
选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性, 变频器驱动的机械负载对象的转速——转矩特性, 是选择电动机及变频器类型、决定其控制方式的基础。负载的性质决定了变频器的选型和使用。一般情况下负载可分为以下三类。
1.2.1 减转矩特性负载
减转矩特性负载要求转矩与转速的平方成正比 (如风机、泵类负载) , 此类负载最适宜使用变频器控制。通用三相交流异步电动机运行频率在15Hz以下, 电动机很难达到额定输出转矩, 而减转矩特性负载低速运行时, 要求的转矩相应降低, 正好适应了变频器驱动异步电动机在低速运行时输出转矩下降的特点。
1.2.2 恒转矩负载
此类负载要求的输入转矩基本上与转速无关 (如传输带、搅拌机、挤压成形机、吊车等) 。这类负载采用变频器控制, 可实现无级调速, 能大大提高产品质量和劳动生产率。根据恒转矩负载的特点, 使用变频器控制时, 需要注意几点:
1) 在选择变频器的VF曲线时, 要选择启动转矩较大的特征曲线;
2) 适当加大斜坡上升时的附加电流值设置, 以保证其连续起动, 并克服粘滞效应;
3) 在设置电机电流限幅值时, 应适当放宽电机允许的过载电流倍率。另外, 对升降性的恒转矩负载, 在其下降过程或停车时, 需要外加制动单元。
1.2.3 恒功率负载
恒功率负载是指随着电动机转速下降, 其输出转矩反而增加的负载, 如机床主轴和轧钢机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等设备。这类负载, 使用变频器一定要慎重, 使用时要注意3点:
1) 适当选择大容量的变频器和大容量的电动机;
2) 在交流异步电动机的机械强度和输出转矩能满足高速运转的要求时, 使用6极或8极电动机;
3) 采用变极电动机和变频器相结合或者机械有级调速和变频器相结合的办法。
1.3 依据电动机的运行状态选择变频器
1.3.1 连续运转
连续运转时, 一般选择大于1.05~1.1倍标准电动机的额定电流或电动机实际运行中的最大电流。变频器的容量应不小于标准电动机的容量。
1.3.2 加、减速
变频器的最大输出转矩是由其最大输出电流决定的。一般情况下对于短时间的加减速变频器允许达到额定输出电流的130%~150%。由于脉动原因, 应将变频器的最大输出电流降低10%左右再选择。
1.3.3 频繁加、减速
根据加速、恒速、减速等各种状态下变频器的平均电流值来确定变频器的额定输出电流。频繁时1.2倍, 一般运行时1.1倍。
1.3.4 电流变化不规则
电动机输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流内进行选定。
1.3.5 电动机直接起动时
变频器的额定输出电流大于等于额定堵转电流/变频器的允许过载倍数。
1.3.6 多台电动机共用
1) 电动机总功率相等时, 根据各电动机的电流总值来选择。
2) 在整定软启动、停止时, 要按启动最慢的电动机整定。
3) 若有一部分直接起动, 按公式计算。注意, 在电动机总功率相等的情况下, 多台小功率电动机组成的一组电动机效率比台数少但电动机功率较大的一组低。多台电动机依次进行直接启动, 到最后一台时, 启动条件最不利。
2 变频器的选型
选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据, 电机的额定功率只能作为参考。另外, 应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波, 会使电动机的功率因数和效率变坏。因此, 用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较, 电动机的电流会增加10%而温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时, 应考虑到这种情况, 适当留有余量, 以防止温升过高, 影响电动机的使用寿命。变频器选型时要确定以下几点。
1) 采用变频的目的。恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型。如柱塞泵或离心泵等。特别注意负载曲线, 性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题。
(1) 电压匹配。变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
(2) 电流匹配。普通的离心泵, 变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数, 以最大电流确定变频器电流和过载能力。
(3) 转矩匹配。这种情况在恒转矩负载或有减速装置时可能发生。
(4) 在使用变频器驱动高速电机时, 由于高速电机的电抗小, 高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型, 其容量要稍大于普通电机的选型。
(5) 变频器如果要长电缆运行时, 此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响, 避免变频器出力不足, 所以在这种情况下, 变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
(6) 对于一些特殊的应用场合, 如高温、高海拔, 此时会引起变频器的降容, 变频器容量要放大一档。
随着生产技术的发展, 国产变频器。性能及可靠性与进口变频器相差无几, 且价位低、维护方便, 操作方式和程序设置符合亚洲人的习惯。因此, 对一般调速设备, 根据性价比及考虑维护等因素, 应尽量选用国产变频器。
3 变频器的维护维修
变频器的使用环境对其正常功能的发挥及使用寿命有直接影响, 所以为了延长使用寿命和提高节能效果, 必须对变频器进行定期的维护和部分零部件的更换。变频器用于恶劣工作环境中, 变频器维护就成为一项重要的设备管理内容, 因此采取积极的维护和运行措施, 可充分发挥变频器功能和延长其使用寿命。
对变频器的维护主要包括两个方面。
1) 应定期进行清灰除尘。由于变频器内部器件紧凑, 内部积灰很难用风机或吸尘器清除干净, 这就需要对变频器解体, 进行吹灰除尘。对控制板上的积灰, 要用毛刷重点处理, 以利于部分元器件的散热。另外, 由于个别类型变频器整流部分的集成二极管之间绝缘距离较小, 积灰过多容易使整流块损坏, 对此更要增加吹灰除尘的次数。
2) 应定期更换零部件。变频器中不同种类的零部件使用寿命不同, 并随其安装的环境和使用的条件而改变。使用中, 应随时注意观察、分析和及时更换。
从维修变频器的经验来看, 与强电相关的器件、大功率器件、电源部分以及相应的驱动部分电路损坏频率较高, 当然在维修过程中会出现各种各样的故障现象, 表现与其相应的电子电路有关。电子设备的维修过程就是寻找相应故障点的过程。在维修过程中, 应该坚持以人为主、设备为辅的原则, 充分发挥人的主观能动性, 降低维修成本, 从故障现象入手, 分析电路原理、时序关系、工作过程, 找出各种可能存在的故障点, 确定故障元器件, 然后借助一些维修检测设备, 确定故障点, 确定故障元器件 (包括定性与定量指标) , 然后寻找相应的器件进行替换, 使设备恢复其固有的性能指标。
参考文献
[1]王廷才.变频器技术及应用[M].高等教育出版社, 2011.
[2]张选正, 等.变频器故障诊断与维修[M].电子工业出版社, 2008.
变频器的选用方案和其抗干扰处理 篇4
1.1 变频器及被控制的电机
(1)电机的极数。一般电机极数以不多于4极为宜,否则变频器容量就要适当加大。(2)转矩特性、临界转矩、加速转矩。在同等电机功率情况下,相对于高过载转矩模式,变频器规格可以降格选取。(3)电磁兼容性。为减少主电源干扰,在中间电路或变频器输入电路中增加电抗器,或安装前置隔离变压器。一般当电机与变频器距离超过50m时,应在它们中间串入电抗器、滤波器或采用屏蔽防护电缆。
1.2 变频器箱体结构的选用
变频器的箱体结构要与条件相适应,必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素。有下列几种常见结构:(1)敞开型IP00型。本身无机箱,可装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上,尤其适于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。(2)封闭型IP20型。适于一般用途,可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合。(3)密封型IP45型。适于工业现场条件较差的环境。(4)密闭型IP65型。适于环境条件差,有水、灰尘及一定腐蚀性气体的场合。
1.3 变频器功率的选用
从效率角度出发,在选用变频器功率时,要注意以下几点。(1)变频器功率与电动机功率相当时为最合适,以利于变频器在高效率状态下运转。(2)在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时,则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率,并且应略大于电动机的功率。(3)当电动机属频繁启动、制动工作或处于重载启动且较频繁时,可选取大一级的变频器,以利于变频器长期、安全地运行。(4)经测试,电动机实际功率确实有富余,可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器,但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。(5)当变频器与电动机功率不相同时,则必须相应调整节能程序的设置,以利于达到较高的节能效果。
1.4 变频器容量的确定
根据现有资料和经验,比较简便的方法有三种。(1)电机实际功率确定法。首先测定电机的实际功率,以此来选用变频器的容量。(2)公式法。(3)电机额定电流法。变频器容量选定过程,实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程,最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率,但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少,通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器是合理的,避免选用的变频器过大,使投资增大。
1.5 主电源
(1)电源电压及波动。应特别注意与变频器低电压保护整定值相适应。(2)主电源频率波动和谐波干扰。(3)变频器和电机在工作时,自身的功率消耗。
2 变频器应用中的抗干扰措施
变频器在应用中的干扰主要表现为:高次谐波、噪声与振动、负载匹配、发热等问题。这些干扰是不可避免的,因为变频器的输入部分为整流电路,输出部分为逆变电路,它们都是由起开关作用的非线性元件组成的,而在开断电路的过程中,都要产生高次谐波,从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。下面针对谐波问题进行分析并提出相应措施。
容量较小的变频器,高次谐波的影响较小。但容量较大或数量较多时,就必须处理由高次谐波电流引起的高次谐波干扰,否则将影响到设备和检测元件,严重时可能使这些设备误动作。根据英国的ACE报告,各种对象对高次谐波的敏感程度如下:电动机在10%~20%以下无影响;仪表电压畸变10%,电流畸变10%,误差在1%以下;电子开关超过10%会产生误动作;计算机超过5%会出错。鉴于以上情况,在工业现场中,必须采取措施降低干扰,把干扰抑制在允许的范围内。
2.1 切断干扰传播途径
(1)干扰的传播常通过共用的接地线传播。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法,即将动力装置的接地端子接到地线上,将控制装置的接地端子接到该装置盘的金属外壳上。(2)信号线靠近有干扰源的导线时,干扰会被诱导到信号线上,使信号受到干扰,布线分离对消除这种干扰行之有效。实际工程中需把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开布线,分走不同的桥架。变频器的控制线也最好与其主回路线路以垂直的方式布线。
2.2 抑制高次谐波
(1)在变频器前侧安装线路电抗器,可抑制电源侧过电压,并降低变频器产生的电流畸变,避免使主电源受到严重干扰。该方案价格便宜,但限制谐波的效率有限,且电抗太大时会产生无法接受的电压降损失。(2)在变频器前加装LC无源滤波器,滤掉高次谐波,通常滤掉5次和7次谐波,但该方法完全取决于电源和负载,灵活性小。(3)设置专用滤波器用来检测变频器和相位,并产生一个与谐波电流的幅值相同且相位正好相反的电流,通到变频器中,从而可以有效地吸收谐波电流。(4)当设备的附近环境受到电磁干扰时,应装设抗射频干扰滤波器,可减少主电源的传导发射,且要采取措施屏蔽电机电缆。(5)当电机电缆长度大于50m或80m(非屏蔽)时,为了防止电机启动时的瞬时过电压,减少电机对地的泄漏电流和噪声,保护电动机,在变频器与电机之间安装电抗器。(6)增加变频器供电电源内阻抗。通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用,内阻抗越大,谐波含量越小,这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时,最好选择短路阻抗大的变压器。(7)采用变压器多相运行。通用变频器为六脉波整流器,因此产生的谐波较大。如果采用变压器多相运行,使相位角互差30°,如Y-Δ、Δ-Δ组合的变压器构成12脉波的效果,可减小低次谐波电流,很好的抑制谐波。
摘要：本文根据笔者的实际学习心得和体会总结了关于选用变频器的一些方法和步骤,应注意的一些问题,并接下来讨论了如何控制变频器的干扰的一些常见方法。
关键词：选用变频器,变频器干扰
参考文献
[1]李良仁.变频调速技术与应用[M].电子工业出版社.
[2]韩安荣.通用变频器及其应用[M].机械工业出版社.
[3]吕汀,石红梅.变频技术原理与应用[M].机械工业出版社.
[4]王廷才.变频器原理及应用[M].机械工业出版社.
普通电动机和变频电动机的选用 篇5
1 案例
主扇风机作为煤矿大型设备, 在安全生产中起着重要作用, 被誉为矿井“肺脏”, 主扇风机的运行情况, 直接威胁矿井的安全。山东能源集团贵州矿业有限公司一矿为高瓦斯新建矿井, 主扇风机选用2台FBCDZ-8№23 2×200k W型矿用防爆轴流式, 一用一备, 驱动电动机型号为YBF355L2-8, 电动机额定容量为200k W, 额定电压为660V, 佳木斯电动机股份有限公司生产, 采用ABB公司生产的ACS-800系列变频器控制, 额定风量2220~6085m3/min, 该套主扇风机2012年10月1日投入运行。2012年11月10日10:10, 1#主扇风机突然停止运转, 值班司机倒运2#主扇风机, 并汇报相关部门。维修工赶到现场, 经现场检查、检测, 电动机烧毁。
经分析主要原因是该主扇风机电动机选用非变频器专用电动机, 由于为新建矿井, 需风量小, 频率调整在30 Hz运行, 低于8极电动机长期运行范围。
2 交流变频调速电动机的选用
2.1 普通异步电动机
普通异步电动机都是按恒频恒压设计的, 不可能完全适应变频调速的要求。变频器对电动机的影响有以下几方面:
2.1.1 电动机的效率和温升的问题
不论那种形式的变频器, 在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流, 使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍, 以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例, 其低次谐波基本为零, 剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为:2u+1 (u为调制比) 。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗的增加, 最为显著的是转子铜耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的, 因此, 高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后, 便会产生很大的转子损耗。除此之外, 还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热, 效率降低, 输出功率减小, 如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下, 其温升一般要增加10%~20%。
2.1.2 电动机绝缘强度问题
目前中小型变频器, 不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫, 这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率, 相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压, 使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外, 由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上, 会对电动机对地绝缘构成威胁, 对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。
2.1.3 谐波电磁噪声与震动
普通异步电动机采用变频器供电时, 会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉, 形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时, 将产生共振现象, 从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽, 转速变化范围大, 各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。
2.2 变频电动机的特点
2.2.1 电磁设计
对普通异步电动机来说, 在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机, 由于临界转差率反比于电源频率, 可以在临界转差率接近1时直接启动, 因此, 过载能力和启动性能不在需要过多考虑, 而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下: (1) 尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗, 以弥补高次谐波引起的铜耗增大。 (2) 为抑制电流中的高次谐波, 需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大, 高次谐波铜耗也增大。因此, 电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。 (3) 变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态, 一是考虑高次谐波会加深磁路饱和, 二是考虑在低频时, 为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
2.2.2 结构设计
在结构设计时, 主要也是考虑非正弦电源特性对变频电动机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响, 一般注意以下问题: (1) 绝缘等级, 一般为F级或更高, 加强对地绝缘和线匝绝缘强度, 特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。 (2) 对电动机的振动、噪声问题, 要充分考虑电动机构件及整体的刚性, 尽力提高其固有频率, 以避开与各次力波产生共振现象。 (3) 冷却方式:一般采用强迫通风冷却, 即主电动机散热风扇采用独立的电动机驱动。 (4) 防止轴电流措施, 对容量超过160k W电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称, 也会产生轴电流, 当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时, 轴电流将大为增加, 从而导致轴承损坏, 所以一般要采取绝缘措施。 (5) 对恒功率变频电动机, 当转速超过3000r/min时, 应采用耐高温的特殊润滑脂, 以补偿轴承的温度升高。变频电动机可在0.1Hz-130Hz范围长期运行, 而普通电动机长期运行频率不同, 2极的电动机长期运行范围为20~65Hz, 4极的电动机长期运行范围为25~75Hz, 6极的电动机长期运行范围为30~85Hz, 8极的电动机长期运行范围为35~100Hz。
综上, 普通电动机和变频电动机主要区别有以下几方面, 在选用时, 要根据电动机使用环境等实际情况进行考虑: (1) 散热系统不一样。变频电动机加强了槽绝缘, 一是绝缘材料加强, 二是加大槽绝缘厚度, 以提高承受高频电压的水平, 增大了电磁负荷。普通电动机工作点基本在磁饱和拐点, 如果用做变频, 易饱和, 产生较高的激磁电流, 而变频电动机在设计时增大了电磁负荷, 使磁路不易饱和。 (2) 变频电动机一般分为恒转矩专用电动机, 用于有反馈矢量控制的带测速装置的专用电动机以及中频电动机等。 (3) 调速技术对电动机的要求是三个方面:第一, 绝缘等级;第二, 强制冷却;第三, 转子轴承。如果超过基频向上调速, 还要考虑电动机结构的机械强度。 (4) 变频电动机在价格方面要比普通电动机高。
3 结论
本文根据现场设备使用情况, 通过对变频电动机与普通异步电动机电气性能差异比较, 变频器使用普通异步电动机的长期运行范围, 在选型时必须要根据实际情况, 组织有关部门进行技术、经济论证、调研, 选型合理;使用时必须加强技术业务培训, 做到三知四会, 变频器的频率调整在电动机允许的长期运行范围内工作。
摘要：随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展, 以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。变频调速技术应用越来越广泛, 涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。该文通过介绍了一起煤矿主扇风机电动机事故, 经过深入细致的研究分析, 详细说明了事故的原因, 并提出可行的防范措施, 对各煤矿今后杜绝类似的事故具有较高的借鉴性;并详细阐述了普通电动机与变频电动机的不同、特点, 在选用时应注意的相关事宜。
变频器的选用和维护 篇6
1 10kv高压配电系统直流电源的选用
1.1 直流电源成套装置应具有下列功能
1) 高压真空断路器的操作电源。2) 继电保护装置和安全自动装置的工作电源。3) 各种运行方式下的信号监视电源。4) 通讯电源。5) 事故照明电源。
1.2 充电机组选用
早期 (80年代) , 多采用磁饱和式充电机组、SCR (相控) 充电机组, 自从进入90年代 (中、后期) , 直流电源成套装置开始采用智能高频开关模块式充电机组, 其技术水平得到大幅提升, 尤其是三项主要技术指标:
A、稳压精度≦± (0.1%~1%) ;
B、稳流精度≦± (0.1%~1%) ;
C、纹波系数≦ (0.2%~1%) 。
是前面两类机型无法满足现行国家相关标准的。
电力智能高频开关电源模块的配置原则:综合权衡高压配电系统经常性负荷和电池组所需之充电电流, 选取整流模块电流等级, 并根据相关标准规定, 进行“N+1”热备配置。
例如:
1) 24AH/220V系统, 选配整流模块规格和数量为2.5AX2个;
2) 38AH/220V系统, 选配整流模块规格和数量为5AX2个;
3) 65AH/220V系统, 选配整流模块规格和数量为5AX3个;
4) 100AH/220V系统, 选配整流模块规格和数量为10AX3个;
5) 100AH/110V系统, 选配整流模块规格和数量为20AX3个。
目前, 直流电源成套装置普遍采用电力智能高频开关电源模块式充电机组, 配备较为完善的监控单元, 其功能涵括:
1) 智能型电池充电管理功能, 响应时间快, 限流值稳定, 能延长电池使用寿命。2) 完善的远程通信功能, 通过RS232/RS485接口实现“四遥”功能。3) 完善的告警处理及记录功能, 当系统异常时, 监控自动产生声光告警, 同时屏幕上显示“故障”, 故障输出节点动作。4) 可现场 (或远端) 设定系统运行参数, 上下告警限, 手动均浮充转换。5) 监测各直流馈电输出的电压、电流, 各馈电输出开关状态、熔断器状态、绝缘状态和防雷器状态, 当发生异常情况时发出声光报警。6) 三相交流电压检测, 过压、欠压、缺相、停电告警。7) 可检测多路支路馈线开关状态或跳闸告警。8) 可根据用户需求, 通过RS485接口扩展最多24路电池巡检 (配1台电池巡检单元) 。9) 可根据用户需求, 通过RS485接口扩展支路绝缘监测单元 (最多30路) 。10) 有4路可设置的开关输出, 其中3路可设置为7级的硅链控制, 实现HM母线和KM母线电压转换。11) 系统的工作电源来自合母电压, 不受交流失压影响。12) 对电池有保护功能, 当发现合母电压过压时, 监控会自动使模块工作在安全电压, 15分钟后系统会将模块回到正常电压工作, 这时系统如果还是工作在合母过压状态时, 系统会工作2分钟, 再次进入15分钟的模块安全状态, 直到系统合母电压过压故障排除。13) 系统的电压、电流和时间等数据全部通过软件调节, 机器出厂后, 不需再打开机器调节各参数。14) 历史记录有断电保存功能, 上次断电还没有排除的故障, 结束时间全部为000000, 以示区别。15) 后台为485和232接口, 提供MODBUS、CDT和RTU三种通讯协议。
实现系统的全自动运行管理, 例如我公司生产配套的贵州移动公司 (安顺、六盘水、兴义、铜仁、毕节等分公司) 10KV配电站之直流成套装置, 均建立后台监控体系, 提高整个配电系统运行的可靠性和安全性。
2.3 蓄电池选用
自从80年代末期开始, 10KV配电系统主开关无油化技术推广以来, 在用的10KV配电站, 少油开关已基本被淘汰, 原配中/高倍率的镉镍蓄电池已退出使用, 由于真空断路器合闸容量较小, 低倍率密封免维护蓄电池因其成本低而广泛被采用。目前电池多选配为阀控式铅酸蓄电池, 而且胶体电池较贫液式电池寿命要长一倍。特殊情况如电车变流站直流接触器的操作系统则应选用中/高倍率镉镍蓄电池组。
电池容量的选配, 依据站用直流电源技术规范进行配置, 同时应满足其特殊技术要求。
2.4 直流系统的主接线型式
对于一般10KV配电站 (室) , 直流系统的主接线均采用简单可靠的“单母线不分段”的接线方式, HM母线通过DC/DC单元关联到KM母线, 同时满足用于真空断路器操作、微机继保、通信、指示和故障报警等。
3 10kv高压配电系统直流电源运行维护
3.1 直流电源正常运行的重要性
直流电源系统的运行质量是保证配电站 (室) 内电力设备运行与操作的前提。配电站 (室) 内直流电源装置担负着向站 (室) 内提供操作电源和保护电源的重要任务, 当站 (室) 内直流电源装置不能正常运行时, 操作电源消失, 站 (室) 内电气操作无法完成, 整个配电站 (室) 处于瘫痪状态;保护电源消失, 整个配电站 (室) 处于无保护的强送电状态。此时倘若高压设备发生故障, 配电站 (室) 不能将故障的高压设备及时从电网中切除, 故障高压设备的短路电流将产生强大的机械效应和热效应, 或直接损坏和烧毁高压供电设备, 或引发火灾、爆炸事故, 造成人身伤害, 严重时可造成整个区域供电系统的解列, 对人们正常的生产、生活造成巨大的影响。因此, 做好站 (室) 内直流电源装置的日常维护, 保证其正常运行, 其重要性不言而喻。
3.2 10KV配电系统直流电源的运行及维护
1) 直流电源成套装置的运行。10KV配电系统直流电源成套装置, 通常由智能充电机组和蓄电池组两大主件构成。正常工况下, 充电机组除向高压系统提供经常负荷外, 还需给蓄电池组提供均充/浮充电。当交流失压时, 蓄电池组向外提供直流电源, 其运行管理由监控单元负责执行, 运行参数按高压配电系统定置要求设置。2) 充电机组的运行与维护。充电机组的正常运行是直流电源良好工况的关键, 监控单元是机组核心, 负责机组管理和运作。直流电源系统的启动和投入运行, 首先要设置 (输入) 运行参数, 各参数可根据系统标称值 (系统电压和电池容量) 决定, 例如:系统运行参数:开机运行状态:浮充或均充;充电电压设置:浮充电压/均充电压;充电限流设置:0.1C10A;均充电时间设置:10h;整流模块类型:输入模块的电流, 标称值;KM/HM电压告警电压设置:上限=系统额定电压+10% (V) 下限=系统额定电压-10% (V) 绝缘阻限:220V/25K或110V/15K;交流过、欠压告警电压:交流额定值X±10%。
波特率和通讯协议根据后台监控系统而定。
直流电源成套装置的日常维护, 要定期查看监控单元显示屏, 了解和掌握机组运行情况, 注意观察各整流模块的运行工况, 尤其是风冷式整流模块的散热风机是否正常工作, 因过热将缩短器件使用寿命或诱发故障, 若绝缘报警应立即查处故障所在, 并应及时排除, 避免发生安全事故。由于技术的进步, 目前采用接插式的整流模块均可带电插拔, 这给维修带来很大的方便, 当一个模块出现故障时, 直接在线更换即可, 其均流由监控单元自动调节完成, 可令机组快速恢复正常要况。
3) 蓄电池组的运行与维护。蓄电池组一般工况下运行于浮充电状态, 均充/浮充电压设置见下表。日常运行中, 主要监视电池组端电压、充电/浮充电流、单体电池电压、壳体温度、外形变异和绝缘状态等。
蓄电池组主要分为两个运行状态:均充电和浮充电。
在交流电源失压后, 电池组即对合闸 (HM) 及控制 (KM) 母线进行送电, 为真空断路器分/合闸回路以及微机继保、通信、状态指示和故障报警等提供直流工作电源。配网运行的直流电源成套装置中, 基于设备成本考虑, 一般配置一组蓄电池, 在年度维护时, 一般不能退出运行单独进行维保, 无法进行全核对性放电, 只能半容操作, 若电网较为稳定时, 也可全容核对性放电活化电池。
4) 其它功能单元的运行与维护。在直流电源成套装置中, 除充电机组和电池组外, 还配置有直流降压单元、绝缘监察单元、闪光单元和各输出单元等。a.直流降压单元:主要将HM电压调节到KM电压, 控制电压一控制在220V±5V (220V电压等级) 。均设置自动和手动运行选择, 一般情况下置于自动运行, 当控制器出故障时应调至手动运行。b.绝缘监察单元:主要监视HM母线、KM母线和电池组绝缘状况, 当绝缘电小于25K (220V系统) 时, 会出现报警, 应立即查找故障并排除, 以免发生危险。c.闪光单元:主要监视高压真空断路器主令 (KK) 开关位置是否与断路分/合闸位置相对应, 防止误操作。d.输出单元:KM、SM和HM各输出回路。
4 结语
综观上述, 直流电源作为高压配电系统的工作电源, 起着十分重要的作用。若配电系统失去了直流电源, 其实现电气操作、故障预测和保护、报警、自动切除等一系列功能也将不复存在。因此必须按照有关要求和规程, 认真地做好直流电源的日常运行和维护, 确保其正常运行。
摘要：在10kv高压配电系统中, 普遍选用直流电源作为其真空断路器操作、微机继保、系统运行状态和故障指示等工作电源, 合理选用、正确运行和科学维护直流电源, 是确保高压配电系统安全、可靠运行的关键之一。笔者根据多年的工作经验, 就10kv高压配电系统直流电源的选用、运行和维护进行了深入探讨, 供同行参考。
关键词：10kv,高压,配电系统,直流电源,运行维护
参考文献
[1]张伏军.关于铁路10kV配电所直流电源系统的运行维护探究[J].建筑·建材·装饰, 2014.
[2]刘鹏.铁路10KV配电所直流电源系统的运营与维护[J].内蒙古科技与经济, 2004.
变频器的选用和维护 篇7
在日常的工业和装备制造业领域, 变频器和伺服驱动器作为传统的电机调速和定位控制装置, 应用非常广泛。而变频器和伺服驱动器是控制电机的核心部件, 是自动化控制指令的最终执行机构, 在整个生产制造环节起到重要作用。如果变频器和伺服驱动器出现故障损坏, 将造成生产设备的运行停止, 影响整个生产。所以变频器和伺服驱动器的日常应用检查和维护非常重要。本文对变频器和伺服驱动器日常维护检查的方法和手段进行了详细分析研究。
变频器和伺服驱动器是由IGBT、集成电路、电容、电阻等电子元件和风机、开关继电器等多种部件组成。如果有的部件不能正常工作, 变频器和伺服驱动器就不能发挥应有的功能。这些部件是有使用寿命的。即使在正常使用的环境下, 经过了一定的使用时间, 器件就可能会出现特性发生变化或者执行动作不稳定的情况。为了防患于未然, 需要对元器件进行预防性维护, 做到日常不定期检查、定期检查、定期更换器件等, 以便及时发现并解决故障报警, 排除隐患。
故障发生的分析
如图1 所示, 使用过程中出现的故障类型, 可分为初始故障、偶然故障、疲劳故障三个时期。
初始故障在生产制造变频器和伺服驱动器的后期过程中, 检验及调试时发现并排除。偶然故障为设备在使用寿命期间突然发生的故障, 对于偶然故障, 一般男以采取技术性的对策, 只能根据部件的故障率及平均无故障时间等统计数据准备维修用部件, 或者加装故障时的备用回路等, 增加冗余回路。疲劳故障是指发生在器件使用寿命将要结束时期的故障, 随着使用时间的增加, 疲劳故障发生的概率会急增。所以根据各个器件的使用寿命, 通过定期更换新的器件, 可以延长整体变频器和伺服驱动器的使用寿命。
日常使用过程中需要检查的内容
表1 列出了在一般的使用条件下, (环境温度:30℃, 负载率80%, 每天运行小于12h) 需要检查的内容和标准。
内部零部件的定期维护更换
变频器和伺服驱动器主要组成部分都是电子元件, 电子元件的使用寿命可按“阿鲁莱尼乌斯定律 (10℃二倍定律) ”来推测计算。如长期使用温度提高10℃, 电子元件的寿命将缩短一半;如使用温度降低10℃, 其寿命则会增加一倍。所以, 变频器及伺服驱动器应尽量在环境温度较低的场所使用。
表2 列出了变频器伺服驱动器使用的主要元器件在通常环境下的标准更换年数。表中的更换年数表示图1 所示的偶然故障期tb。超过了这个期限, 可以通过更换对应的元器件, 可以预防大大提高疲劳故障的发生。
主回路的监测测量方法 (例如电流、电压、功率等)
变频器和伺服驱动器的输入输出电流和电压中含有高次谐波成分, 日常使用中需经常测量电流电压及功率等指标。但用传统工频电网时的测量方法无法正确测量出对应的各种数据。表3 列出了使用变频器和伺服驱动器测量时的户注意事项。
针对变频器和伺服驱动器使用时, 测量电流、电压等项目, 需注意以下事项。
(1) 输入电流:
变频器和伺服驱动器为电容输入型, 三相电流会出现不平衡。所以输入电流需要测量三相, 要取三相平均输入电流。
将作为平均输入电流。
(2) 输入功率:一般需要用双功率表法测量。当电流不平衡在5%以上时, 采用三功率表法。
(3) 输入功率因数:
因含有较大的高次谐波, 所以使用传统的功率因数表测量, 会出现较大的误差。因此, 输入功率因数需使用下式求出。如果将与各成分的高次谐波电流的基波相对应的比率设为Ik (k = 5, 7, 11, 13···) , 则失真系数μ 为:
输入功率因数cosφ 可用下式计算:
因将Ik作为相对于基波的比率, 所以此时 μ 与高次谐波的含有率相同。
保护功能的分类和目的
变频器和伺服驱动器具有各种各样的保护功能, 其目的一般分为“保护变频器和伺服驱动器自身”和“避免电机过热”两种。除了保护功能外, 还会对运行中的异常进行报警。日常应用中如果能掌握各种保护功能的目的和动作等级, 就能正确及时处理潜在的隐患。图2 图3 以变频器为例进行说明。
结语