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變頻器應用中易忽略的問題探討

來源:核心期刊咨詢網位置:理工論文時間:2019-11-12 10:2912

  摘要:隨著自動化技術的發展,控制與調速精度不斷提開,變頻器以其卓越的調速控制性能,顯著的節能效果以廣泛應用于電機的驅動控制領域。多數設備依靠變頻器自身設備隨機編程手冊調試既可滿足控制需要,特殊應用環境按常規安裝調試方法不能滿足控制要求,設備故障率高發,一些應用問題逐漸暴漏出來,本文對一些特殊應用環境容易忽視的問題進行分析并提出解決措施。

  關鍵詞:變頻器;技術探討;解決措施

變頻器世界

  《變頻器世界》是由中國自動化學會專家咨詢委員會、中國電工技術學會支持,東方國際科技傳媒有限公司和廣東省自動化學會共同創辦的國內唯一一本關于變頻器技術與市場的專業期刊。

  變頻器是集電力電子技術、計算機技術和自動化于一體的電力電子產品,能夠同時改變電源的頻率與電壓而自動或手動控制電動機定子實現轉子的無極調速。變頻器由整流、濾波、控制電路和逆變四部分組成,變頻器有V/F電壓頻率控制,矢量控制,直接轉矩控制多種控制方式。但其硬件結構多為交流輸入一整流一濾波一開關調制一交流輸出,是一種電力電子器件。因其軟件和硬件的特性在一些特殊情況下常常會出現損壞和故障。下面就變頻器在實際應用中容易忽視的問題進分析和探討。

  1 標量開環控制用于起升設備墜落事故

  由于變頻器開環控制時v/f給定曲線是恒定的,變頻器并不能實時知道電機轉差和位置,而電機轉矩和電機轉差是非線性的,如圖:電機轉矩T隨電機轉差S達到SMAX時達到最大值TMAX,當轉差繼續增加時轉矩T便會減小。應用時負

  載轉矩小于TMAX時,變頻器表現為運行正常。如參數設置不當(如加速時間等)或過重的負載,易導致電機速度不能跟隨頻率給定,而轉差超過SMAX時,電機轉矩T會隨輸出給定的增加而減小,電機轉矩不能拉升重物,造成起升負載空中墜落事故。

  2 電纜過長擊穿電機絕緣和損壞IGBT模塊。

  變頻器是一種電力電子器件,他的輸出是同過IGBT模塊調制來實現的,開關頻率達2-20KH。因此他的電壓波形是非線性的,電磁波在導體傳導遇到截面變化會產生反射,長電纜的寄生電感和寄生電容極易形成LC諧振,由于兩者的共同作用會在電纜兩端(特別是電機端)產生高于額定電壓兩倍以上的峰值電壓。從而使電機絕緣受到嚴酷考驗。半導體電力電子器件的開通和管斷并非理想的通或斷,而是有一個開通關斷時間,過高的峰值電壓意味著在IGBT模塊上的消散

  功率變大,從而影響IGBT和續流二極管的壽命。

  解決方案:

  在使用長電纜時(一般大于100米,具體數據和變頻器開關頻率,電機功率有關,請參考相應技術數據)使用du/dt濾波器或正玄波濾波器,可有效抑制變頻器對電網的傳到干擾,加裝交流和直流電抗器,可以提高功率因數,減少諧波污染。

  3 兩臺驅動設備協同工作(主從控制)不同步問題

  主從控制是一種負載分配應用,系統中運行兩臺變頻器并且電機軸通過齒輪箱、導軌或軸耦合應用,主機通過主從總線將命令和給定值(速度和轉矩規定)發給從機,同時也可讀取從機返回的狀態信息,確認設備是否運行正常。兩臺電機同步運行時,其傳動部分彼此在運動速度、轉矩等參數方面常常需要配合協調,要求控制的變頻器與各臺電機之間建立速度控制的計算關系,參數設置不當,易造成電動機運行不同步,造成電機振動加大,嚴重時造成連接軸或電機損壞。

  解決方案:

  ①主機和從機的電機軸通過齒輪、鏈條等進行剛性連接,從機采用轉矩控制模式,以使傳動單元之間平均分配負載轉矩,此時是由機械結構保證轉速同步。機械加工誤差和電機性能誤差等微小的誤差將導致電機負載的嚴重不均衡,此時應選用主機速度控制,從機轉矩控制,從機接收主機的轉矩指令。

  ②當主機和從機的電機軸采用柔性連接時,從機應該采用速度控制方式,如果出現打滑,負載不均勻等,在這種情況下,機械結構已經不能保證同步運行的要求,此時主機從機均選用速度控制,并使用速度降落或速度下垂功能保證負載的均衡,速度下垂即設置速度隨轉矩增加而有一定比例下降,無此功能的變頻器可使用PID調節功能實現給定速度修正。

  4 減速或下降過程中的過壓或燒毀變頻器故障

  在變頻器的使用過程中,多數變頻器沒有能量回饋電源功能,減速或起升設備下降時是一個發電過程,會導致中間回路直流母線電壓升高。因硬件或軟件設置問題易造成過壓故障或變頻器損壞,這一過程是應用中容易忽略的。

  解決方案:

  1.使用帶有能量回饋的變頻器。

  2.使用制動單元和制動電阻器。

  制動電阻的選擇

  制動單元的連續功率應大于最大制動功率。制動電阻的制動功率Pmax應大于

  最大制動功率。

  Pmax=Udc[2]/R Pmax制動電阻最大功率,Udc制動時制動電阻端電壓,R制動

  電阻阻值。Udc=變頻器電壓等級

  以上可以看出制動電阻阻值過大,將不能滿足制動功率要求;過小將導致制

  動單元過流故障,因此選用時應參考制動單元技術資料,制動電阻電流應小于制動單元允許電流(制動電阻電流I=Ude/R)。

  5 長期儲存變頻器使用時燒毀

  變頻器長期儲存(2~3年),電解電容會惡化,會導致漏電流增大,額定電壓下降。通電時內部溫度上升,電容裂開。

  解決措施:保存時間(2~3年)的變頻器,通過外加電壓可以起到電解電容自身的修復作用,對某種程度的惡化,就可以使其恢復到正常狀態,長期保管時,應定期(6個月左右)通電,通電時間至少5H,輸入電壓用調壓器緩升至額定值(最差的方法,先通單相220V一小時,再加三相380V),儲存時間如果超過10年,電解電容的密封橡膠失效,必須更換新品。

  6 結束語

  變頻器已廣泛應用與工業領域的各個方面,應用過程中的問題越來越多的引起關注,優化變頻器運行參數,改善運行條件,可大幅度的提高變頻器的運行效率,提高設備的安全性能。

  參考文獻

  [1]王兆安,劉進軍.電力電子技術第5版[M].機械工業出版社,2009.

  [2]ACS800變頻器固件手冊.

  [3]董慧敏,程貴生.變頻器應用技術[M].清華大學出版社.2017.

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