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低壓變頻�
閱讀�3234時間�2016-10-31 14:03:07

    產品定義電壓等級低于690V的可調輸出頻率交�電機驅動裝置,就歸類為低�變頻��

控制方式

    隨著低壓變頻器技術的不斷成熟,低壓變頻的應用場合決定了它不同的分�。單從技術角度來�,低壓變頻器的控制方式也在一定程度上表明了它的技術流派。我們在此分析了以下幾種控制方式�

    正弦脈寬調制(SPWM� 其特點是控制電路結構簡單、成本較�,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調速要�,已在產�(yè)的各個領域得到廣泛應�。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較低,轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著,使輸出轉矩減小。另�,其機械特性終究沒有直流電動機硬,動態(tài)轉矩能力和靜�(tài)調速性能都還不盡如人�,且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變�,轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高,低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降,穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調�� 但是此種控制方式也是目前變頻器普遍使用的控制方式之一。也是目前國產品牌使用最多的控制方式之一�

    電壓空間矢量(SVPWM� 它是以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的,一次生成三相調制波�,以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改�,即引入頻率補償,能消除速度控制的誤差;通過反饋估算磁鏈幅�,消除低速時定子電阻的影響;將輸出電�、電流閉�(huán),以提高動態(tài)的精度和�(wěn)定度。但控制電路�(huán)節(jié)較多,且沒有引入轉矩的調節(jié),所以系統性能沒有得到根本改善。由于眾多國產變頻器在矢量控制上還與國外品牌有一定差�,因此SVPWM控制方式在國內的變頻器矢量控制方式中比較常見�

    矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變�,等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1,再通過按轉子磁場定向旋轉變�,等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流;It1相當于與轉矩成正比的電樞電流�,然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制�,經過相應的坐標反變換,實現對異步電動機的控�。其實質是將交流電動機等效為直流電動機,分別對速度,磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈,然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分�,經坐標變換,實現正交或解耦控�。使用矢量控制,可以使電機在低�,如(無速度傳感器時�1Hz(對4極電�,其轉速大約為30r/min)時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩(約為額定轉矩�150%�。對于常�(guī)的V/F控制,電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增�,這就導致由于勵磁不足,而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足,變頻器中需要通過提高電壓,來補償電機速度降低而引起的電壓降。這個功能即為轉矩提�。轉矩提升功能提高變頻器的輸出電�。然而即使提高很多輸出電壓,電機轉矩并不能和其電流相對應的提�� 因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量(如勵磁分量�。矢量控制則把電機的電流值進行分配,從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量(如勵磁分量)的數�。矢量控制可以通過對電機端的電壓降的響�,進行�(yōu)化補�,在不增加電流的情況�,允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有�。矢量控制方式也因此成為國外品牌占領高端市場的一個重要的�(yōu)勀�

    直接轉矩控制(DTC)方� 該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不�,并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優(yōu)良的動靜�(tài)性能得到了迅速發(fā)�。目前,該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動�� 直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型,控制電動機的磁鏈和轉�。它不需要將交流電動機等效為直流電動機,因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控�,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模�。ABB公司的ACS800系列即采用這種控制方式�

    矩陣式交—交控制方式VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一�。其共同缺點是輸入功率因數低,諧波電流大,直流電路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網,即不能進行四象限運�。為�,矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié),從而省去了體積大、價格貴的電解電�。它能實現功率因數為l,輸入電流為正弦且能四象限運�,系統的功率密度大。該技術目前尚未成�,其實質不是間接的控制電�、磁鏈等�,而是把轉矩直接作為被控制量來實現�。矩陣式交—交變頻具有快速的轉矩響應�<2ms�,很高的速度精度(�2%,無PG反饋�,高轉矩精度�<+3%�;同時還具有較高的起動轉矩及高轉矩精�,尤其在低速時(包�0速度時),可輸出150%�200%轉矩�

節(jié)能原�

    變頻節(jié)�

    變頻器節(jié)能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠�,各種生產機械在設計配用動力驅動�,都留有一定的富余�。當電機不能在滿負荷下運行時,除達到動力驅動要求�,多余的力矩增加了有功功率的消�,造成電能的浪�。風�、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調節(jié)給風量和給水�,其輸入功率�,且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時,如果流量要求減小,通過降低泵或風機的轉速即可滿足要��

    由流體力學可知,P(功率)=Q(流量)×H(壓力),流量Q與轉速N的一次方成正�,壓力H與轉速N的平方成正比,功率P與轉速N的立方成正比,如果水泵的效率一定,當要求調節(jié)流量下降�,轉速N可成比例的下降,而此時軸輸出功率P成立方關系下�。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。所隊當所要求的流量Q減少�,可調節(jié)變頻器輸出頻率使電動機轉速n按比例降低。這時,電動機的功率P將按三次方關系大幅度地降�,比調節(jié)擋板、閥門節(jié)�40%一50%,從而達到節(jié)電的目的�

    例如:一臺離心泵電機功率�55千瓦,當轉速下降到原轉速的4/5�,其耗電量為28.16千瓦,省�48.8%,當轉速下降到原轉速的l/2時,其耗電量為6.875千瓦,省�87.5%�

    功率因數補償節(jié)�

    無功功率不但增加線損和設備的�(fā)�,更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低,大量的無功電能消耗在線路當中,設備使用效率低�,浪費嚴�,使用變頻調速裝置后,由于變頻器內部濾波電容的作�,從而減少了無功損耗,增加了電網的有功功率�

    軟啟動節(jié)�

    電機硬啟動對電網造成嚴重的沖�,而且還會對電網容量要求過�,啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大,對設�、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后,利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始,值也不超過額定電流,減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求,延長了設備和閥門的使用壽�。節(jié)省了設備的維護費��

應用領域

    在應用領域而言,變頻器在我國各行各�(yè)均已得到應用,如冶金、化�、造紙、機械等行業(yè)。具體應用更廣泛,小型的應用如各行各�(yè)的鼓風機、輸送機、給料機、攪拌機、研磨機、粉碎機、切紙機、壓延機、擠壓機、閥門、壓縮機、冷卻踏、塑料機�、電梯、各種紡織行�(yè)�;大型的應用領域如造紙廠的造紙機、模具廠的注塑機、冶金廠的軋鋼機、以及化工等行業(yè)的風�、水�、起重機、輸油管道等�

    化工、石材、紡織行�(yè)變頻器的運用差異性大,各種檔次的產品在這些行業(yè)都能�(fā)現對應的用戶,因此化�、石材、紡織行�(yè)是變頻器品牌最復雜的行�(yè),幾乎所有的品牌在化�、石�、紡織行�(yè)都有市場。低壓變頻器常見應用領域如下�

    1、風�

    隨著工業(yè)的不斷發(fā)�,風機的應用越來越廣�,尤其是在化工、石�、紡織行�(yè)能應用到風機的方面很多。而在風機設計時普遍存在過風量問題,在風量需要調節(jié)時普遍采用節(jié)流,即風門調節(jié)方式,而這都是不必要的損�,使用變頻調速后,可根據實際需要方便地調節(jié),由于去除了不必要的損�,同時提高了功率因素,其綜合節(jié)電率都在30%以上�

    2、調速機�

    需要調速的機械中如:擠壓機、物料進給調節(jié)、傳送帶等基本上采用滑差調節(jié)電機,三相整流子電機或直流電機調�,調速電機的速度調節(jié)性能不好,轉速穩(wěn)定性差,故障率高,效率低。而直流電機和整流子電機結構復�,故障率�,維修費用高,其工作時會產生火花,極不安全。以上這些電機調速穩(wěn)定性差,如用異步電機加變頻調速器替代以上這類電機,可大大提高效率,省�,維修量�,安�,可靠,投資回報期短,對提高企業(yè)經濟效益極為有利�

故障原因

    由于使用方法不正確或設置�(huán)境不合理,將容易造成變頻器誤動作及發(fā)生故障,或者無法滿足預期的運行效果。為防患于未�,事先對故障原因進行認真分析顯得尤為重要。變頻器在正常使�6�10年后,就進入故障的高�(fā)期,經常會出現元器件燒壞、失�、保護功能頻繁動作等故障現象,嚴重影響其正常運行�

    外部的電磁感應干擾易造成故障

    如果變頻器周圍存在干擾源,它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內部,引起控制回路誤動作,造成工作不正?;蛲C,嚴重時甚至損壞變頻�。在外部采取噪聲抑制措施,消除干擾源顯得非常必要。具體解決辦法有:一是盡量縮短控制回路的配線距離,并使其與主線路分離;二是變頻器接地端子應按�(guī)定進行,不能同電焊、動力接地混�;三是變頻器輸入端安裝噪聲濾波器,避免由電源進線引入干擾�

    �(huán)境問題造成的故�

    變頻器屬于電子器件裝�,在其規(guī)格書中有詳細安裝使用�(huán)境的要求。振動是對電子器件造成機械損傷的主要原�,對于振動沖擊較大的場合,應采用橡膠等避振措施;潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不�、絕緣降低而形成短�;溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素,特別是半導體器�,應根據裝置要求的環(huán)境條件安裝空調或避免日光直射�

    定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇是非常必要的。目前采油廠在用變頻器的冷卻風扇損壞比較嚴重,而且部分變頻工作�(huán)境比較差,嚴重影響散熱及空氣流�,導致變頻器在高溫季節(jié)易跳�、過熱報��

    參數設置及設備引起的故障

    故障主要�(fā)生在注聚泵用低壓變頻�,故障主要表現為起動時并不立即跳�,而是在運行過程中跳閘??赡艿脑蛴�?/FONT>

    �1)泵工作狀�(tài)不穩(wěn)定;

    �2)管線壓力過��

    �3)升速時間設定太��

    �4)降速時間設定太��

    �5)轉矩補償設定較��

    �6)引起低速時空載電流過大�

    �7)電子熱繼電器整定不�,動作電流設定得太小、引起誤動作�

    主板及主電路的故�

    由于使用年限較長和一些突�(fā)原因,而造成主板及主電路損林,此類故障發(fā)生必然造成元器件的損壞和報廢,是變頻器維修費用的主要消耗部�。主要有�

    �1)整流塊的損��

    �2)充電電阻損��

    �3)逆變器模塊燒��

    �4)濾波電容的損壞�

    �5)主�、電源板損壞�

    維護不當造成的故�

    大部分變頻器過熱報警故障,除了冷卻系統風扇損壞的原因�,還有一個主要原�,就是日常維護的缺乏,變頻器散熱器灰塵積攢嚴�,影響散熱�

故障處理

    使用變頻器之�,要� 變頻器參數時從以下幾個方面進行�

    ,確認電機參�,變頻器在參數中設定電機的功�、電流、電�、轉速� 頻率,這些參數可以從電機銘牌中直接得到�

    第二,變頻器采取的控制方式,即速度控制、轉距控�、PID 控制或其他方 式�

    第三,設定變頻器的啟動方��

    第四,給定信號的選擇�

    一旦發(fā)生了參數設置類故障后,變頻器都不能正常運�,一般可根據說明 書進行修改參數。如果以上不�,是能夠把所有參數恢復出廠值,然后按上述步驟重新設�,對于每一個公司的變頻器其參數恢復方式也不相同�

    變頻器的過電壓集中表現在直流母線的支流電壓上。正常情況下,變頻器� 流電為三相全波整流后的平均�。因�,變頻器來說,都有一個正常的工作電壓范圍,當電壓超過這個范圍時很可能損壞變頻器�

    輸入電壓超過正常范圍指一般發(fā)生在節(jié)假日負載較輕� 電壓升高或降低而線 路出現故�,此時斷開電�,檢�、處��

    出現概率較高的故障主要是電機的同步轉速比實際轉速還高, 使電動機處于 �(fā)電狀�(tài),而變頻器又沒有安裝制動單元,有兩起情況可以引起這一故障�

    � 當變頻器拖動大慣性負載時� 其減速時間設的比較小� 在減速過程中� 變頻器輸出的速度比較快,而負載靠本身阻力減速比較慢,使負載拖動電動機的 轉速比變頻器輸出的頻率所對應的轉速還要高,電動機處于�(fā)電狀�(tài),而變頻器 沒有能量回饋單元� 因而變頻器支流直流回路電壓升高,超出保護值, 出現故障� 而紙機中經常�(fā)生在干燥部分� 處理這種故障可以增加再生制動單元,或者修� 變頻器參�,把變頻器減速時間設的長一些�

    第二,多個電動施動同一個負載時,也可能出現這一故障,主要由于沒有負 荷分配引起的� 以兩臺電動機拖動一個負載為�,當一臺電動機的實際轉速大于另一臺電動機的同步轉速時� 則轉速高的電動機相當于原動機,轉速低的處于發(fā) 電狀�(tài),引起故�。在紙機經常�(fā)生在榨部及網�,處理時需加負荷分配控制� 可以把處于紙機傳動速度鏈分支的變頻器特性調節(jié)軟一��

    過流故障可分為加速、減�、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時 間太�、負載發(fā)生突變、負荷分配不�,輸出短路等原因引起�。這時一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設計� 對線路進行檢查� 如果斷開負載變頻器還是過流故�� 說明變頻器逆變電路已環(huán)� 需要更換變頻器�

    過載故障包括變頻過載和電機器過載。其可能是加速時間太�,直流制動量 過大、電網電壓太低、負載過重等原因引起�。一般可通過延長加速時間、延長制動時�、檢查電網電壓等。負載過�,所選的電機和變頻器不能拖動該負�� 也可能是由于機械潤滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機和變頻器;� 后者則要對生產機械進行檢修�

    如果變頻器欠�� 說明變頻器電源輸入部分有問題,需檢查后才可以運行� 如果變頻器溫度過�。如電動機有溫度檢測裝置,檢查電動機的散熱情�;變頻 器溫度過�,檢查變頻器的通風情況� 對于其他情況,如硬件故障,通訊故障 �,可以同供應商聯��

    故障現象:某變頻器在運行中突然�(fā)生跳閘現�,操作人員立即進行復位� 并使變頻器再次運�,大約運� 5min 以后,又�(fā)生跳�,復位,運行多次,觸 摸面板均顯示� FL 代碼。故障分析:由于觸摸面板均顯示為 FL 代碼,顯然是� 器件自保護工作了,主器件自保護診斷內容為短路、接地、過電流、散熱器過熱等。因�,我們用兆歐表對負載側進行檢測,未有短�、接地現�。檢查機組運 轉聲�、振動均正常,并且運轉靈活,無卡滯現�。在工藝條件不變的情況下� 不會造成超載,因此, 過電流亦不可�� 排隊上述故障�� 余下可能是過熱故�� 仔細檢查內部冷卻風扇� �(fā)現頂部一只冷卻風扇已不在運轉� 檢查時要特別留心� 由于底部冷卻風扇在運行,頂部風扇也有可能被風帶動,因而頂部風扇的運轉� 況要仔細分析檢查。此時應該更換風扇�

幾點建議

    l、規(guī)范變頻設備進入渠道,建立準入制��

    目前孤東采油廠變頻器品種繁多,各種變頻器之間器件并不通用,造成了備料困�,增加了成本利維修的難度,因此建議規(guī)范變頻設備進入渠道,建立市場準入制度減少引進變頻器的品牌種�,降低后期維�、維修成��

    �1)限定品牌范�

    限定品牌范圍,如近年來在孤東采油廠內出觀故障率低,運行可靠的某些品牌。建議規(guī)范為富士、ABB、森蘭等品牌�

    �2)規(guī)范引入渠�

    �(guī)范引入渠�,對引入設備的廠家技術力量售后服務進行考察,對新引入變頻設備驗收時要求資料配備完整,包括線路圖、說明書�,便于以后出現故障進行維護�

    2、建立變頻器日常保養(yǎng)制度

    對變順器的管理進行�(guī)�,由專人負責對變頻設備進行日常維護保養(yǎng)。日常維護保�(yǎng)的具體內容可以分為:

    �1)運行數據記錄,故障記錄�

    定期測量變頻器及電機的遠行數�,包括變頻器輸出頻率,輸出電�,輸出電�,變頻器內部直流電壓,散熱器溫度等參�。與合理數據對照比較,以利于早日�(fā)現故障隱�。變頻器如發(fā)生故障跳�,務必記錄故障代碼和跳閘時變頻器的運行工�,以便具體分祈故障原��

    �2)變頻器日常檢查�

    每兩周進行一次,檢查記錄運行中的變頻器輸出三相電�,并注意比較它們之間的平衡�;檢查記錄變頻器的三相輸出電�,并注意比較它們之間的平衡�;檢查記錄環(huán)境溫�,散熱器溫度;察看變頻器有無異常振動,聲�,風扇是否運轉正常�

    �3)變頻器保養(yǎng)�

    每臺變頻器每季度需要清灰保�(yǎng)1�。保�(yǎng)要清除變頻器內部和風路內的積�、臟�,將變頻器表面擦拭干凈,變頻器面板要保持清潔光亮;在保養(yǎng)的同時要仔細檢查變頻�,察看變頻器內有無發(fā)熱變色部�,阻尼電阻有無開裂現�,電解電容有無膨脹漏液防爆孔突出等現�,PCB板有否異�,有沒有�(fā)熱燒黃部��

    3、加強培�

    �1)對變頻設備操作、管理人員進行基礎培訓,掌握變頻器日常維護保養(yǎng)的知識以及了解基本參數的設置�

    �2)對變頻器維修人員進行系統的培�,以便今后更好地開展維修工作�

在起重機械行�(yè)的應�

    起重機械按照特點分類:輕小型起重機械、起重葫蘆、懸掛羊軌系�、橋架型起重機及橋式起重�、門式起重機、半門式起重機、臂架型起重機、流動式起重�、塔式起重機、門座起重機和其它起重機械�

    在起重機械行�(yè),變頻器應用的市場是港口機械,港口機械是自動化程度的細分行業(yè),在大型的岸橋上,一套變頻器�5-6臺變頻器組成;其次是通用橋架型起重機市場,雖然通用橋架式起重機的應用比例不是很�,但臺量基數�;再次為塔機市�,主要是中大型塔機上應用,出口的塔機應用比例較高;另外,冶金起重機所占比例也不小;施工升降機及立體停車設備的市場份額目前還尚小�

    起重機采用變頻器驅動后使整機性能有較大提高,如效率高、功率因數好、節(jié)能效果顯�;外部配線簡單、配線費用下�;可無級調�、行走平滑穩(wěn)�;電動機構造簡�、可靠性高,能在惡劣環(huán)境下使用,大大減少了維修工作量和易損部件,極大地改善了維護性能;變頻器自身保護功能齊�,如過流、過�、過壓等都能及時報警及停止,減少了起重機故障,提高了安全性能。同�,變頻器具有限流作用,軟起動可以減少起動時對電網的沖�,有利于車間內其它設備正常運行�

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