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    變頻器控制原理圖設(shè)計及其故障分析

    變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器,逆變部分為IGBT三相橋式逆變器,且輸出為PWM波形,中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

    變頻器選型:

    變頻器選型時要確定以下幾點:

    1)采用變頻的目的;恒壓控制或恒流控制等。 
      2)變頻器的負載類型;如葉片泵或容積泵等,特別注意負載的性能曲線,性能曲線決定了應用時的方式方法。 
      3)變頻器與負載的匹配問題;

    I.電壓匹配;變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 
      II.電流匹配;普通的離心泵,變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù),以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 
      III.轉(zhuǎn)矩匹配;這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。

    4)在使用變頻器驅(qū)動高速電機時,由于高速電機的電抗小,高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型,其容量要稍大于普通電機的選型。 
      5)變頻器如果要長電纜運行時,此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響,避免變頻器出力不足,所以在這樣情況下,變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 
      6)對于一些特殊的應用場合,如高溫,高海拔,此時會引起變頻器的降容,變頻器容量要放大一擋。

    變頻器控制原理圖設(shè)計:

    1)首先確認變頻器的安裝環(huán)境;

    I.工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件,極易受到工作溫度的影響,產(chǎn)品一般要求為0~55℃,但為了保證工作安全、可靠,使用時應考慮留有余地,最好控制在40℃以下。在控制箱中,變頻器一般應安裝在箱體上部,并嚴格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求,絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。

    II.環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時,變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象,其絕緣性能就會大大降低,甚至可能引發(fā)短路事故。必要時,必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間,一般水汽都比較重,如果溫度變化大的話,這個問題會比較突出。

    III.腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大,不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等,而且還會加速塑料器件的老化,降低絕緣性能。

    IV.振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時,會引起電氣接觸不良。淮安熱電就出現(xiàn)這樣的問題。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外,還應使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動的元器件。設(shè)備運行一段時間后,應對其進行檢查和維護。

    V.電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻,周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波,這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此,柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng),應該選用金屬外殼,屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應可靠接地,除此之外,各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜,且屏蔽層應接地。如果處理不好電磁干擾,往往會使整個系統(tǒng)無法工作,導致控制單元失靈或損壞。

    2)變頻器和電機的距離確定電纜和布線方法;

    I.變頻器和電機的距離應該盡量的短。這樣減小了電纜的對地電容,減少干擾的發(fā)射源。 
      II.控制電纜選用屏蔽電纜,動力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機全部用穿線管屏蔽。 
      III.電機電纜應獨立于其它電纜走線,其最小距離為500mm。同時應避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線,這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉,應盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號線與主回路線分開走線,即使在控制柜中也要如此。 
      IV.與變頻器有關(guān)的模擬信號線最好選用屏蔽雙絞線,動力電纜選用屏蔽的三芯電纜(其規(guī)格要比普通電機的電纜大檔)或遵從變頻器的用戶手冊。

    3)變頻器控制原理圖;

    I.主回路:電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備,需要根據(jù)變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器;濾波器是安裝在變頻器的輸出端,減少變頻器輸出的高次諧波,當變頻器到電機的距離較遠時,應該安裝濾波器。雖然變頻器本身有各種保護功能,但缺相保護卻并不完美,斷路器在主回路中起到過載,缺相等保護,選型時可按照變頻器的容量進行選擇。可以用變頻器本身的過載保護代替熱繼電器。

    II.控制回路:具有工頻變頻的手動切換,以便在變頻出現(xiàn)故障時可以手動切工頻運行,因輸出端不能加電壓,固工頻和變頻要有互鎖。

    4)變頻器的接地;

    變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好,接地導線的截面不小于4mm,長度不超過5m。變頻器的接地應和動力設(shè)備的接地點分開,不能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端,另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。

    變頻器控制柜設(shè)計:

    變頻器應該安裝在控制柜內(nèi)部,控制柜在設(shè)計時要注意以下問題

    1)散熱問題:變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主,約占98%,控制電路占2%。為了保證變頻器正常可靠運行,必須對變頻器進行散熱我們通常采用風扇散熱;(http://www.diangon.com版權(quán)所有)變頻器的內(nèi)裝風扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走,若風扇不能正常工作,應立即停止變頻器運行;大功率的變頻器還需要在控制柜上加風扇,控制柜的風道要設(shè)計合理,所有進風口要設(shè)置防塵網(wǎng),排風通暢,避免在柜中形成渦流,在固定的位置形成灰塵堆積;根據(jù)變頻器說明書的通風量來選擇匹配的風扇,風扇安裝要注意防震問題。

    2)電磁干擾問題:

    I.變頻器在工作中由于整流和變頻,周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波,這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾,而且會產(chǎn)生高次諧波,這種高次諧波會通過供電回路進入整個供電網(wǎng)絡,從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個系統(tǒng)25%以上,需要考慮控制電源的抗干擾措施。

    II.當系統(tǒng)中有高頻沖擊負載如電焊機、電鍍電源時,變頻器本身會因為干擾而出現(xiàn)保護,則考慮整個系統(tǒng)的電源質(zhì)量問題。 

    3)防護問題需要注意以下幾點:

     

    I.防水防結(jié)露:如果變頻器放在現(xiàn)場,需要注意變頻器柜上方不的有管道法蘭或其他漏點,在變頻器附近不能有噴濺水流,總之現(xiàn)場柜體防護等級要在IP43以上。

    II.防塵:所有進風口要設(shè)置防塵網(wǎng)阻隔絮狀雜物進入,防塵網(wǎng)應該設(shè)計為可拆卸式,以方便清理,維護。防塵網(wǎng)的網(wǎng)格根據(jù)現(xiàn)場的具體情況確定,防塵網(wǎng)四周與控制柜的結(jié)合處要處理嚴密。

    III.防腐蝕性氣體:在化工行業(yè)這種情況比較多見,此時可以將變頻柜放在控制室中。

    變頻器接線規(guī)范:

    信號線與動力線必須分開走線:使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時,為了減少模擬量受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾,請將控制變頻器的信號線與強電回路(主回路及順控回路)分開走線。距離應在30cm以上。即使在控制柜內(nèi),同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過50m。

    信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部:連接PLC和變頻器的信號線如果不放置在金屬管道內(nèi),極易受到變頻器和外部設(shè)備的干擾;同時由于變頻器無內(nèi)置的電抗器,所以變頻器的輸入和輸出級動力線對外部會產(chǎn)生極強的干擾,因此放置信號線的金

    屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處,以保證信號線與動力線的徹底分開。

    1)模擬量控制信號線應使用雙股絞合屏蔽線,電線規(guī)格為0.75mm2。在接線時一定要注意,電纜剝線要盡可能的短(5-7mm左右),同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來,以防止屏蔽線與其它設(shè)備接觸引入干擾。

    2)為了提高接線的簡易性和可靠性,推薦信號線上使用壓線棒端子。

    變頻器的運行和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置:

    變頻器的設(shè)定參數(shù)多,每個參數(shù)均有一定的選擇范圍,使用中常常遇到因個別參數(shù)設(shè)置不當,導致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。

    控制方式:即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后,一般要根據(jù)控制精度,需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識。

    最低運行頻率:即電機運行的最小轉(zhuǎn)速,電機在低轉(zhuǎn)速下運行時,其散熱性能很差,電機長時間運行在低轉(zhuǎn)速下,會導致電機燒毀。而且低速時,其電纜中的電流也會增大,也會導致電纜發(fā)熱。

    最高運行頻率:一般的變頻器最大頻率到60Hz,有的甚至到400Hz,高頻率將使電機高速運轉(zhuǎn),這對普通電機來說,其軸承不能長時間的超額定轉(zhuǎn)速運行,電機的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力。

    載波頻率:載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大,這和電纜的長度,電機發(fā)熱,電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。

    電機參數(shù):變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率,這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。

    跳頻:在某個頻率點上,有可能會發(fā)生共振現(xiàn)象,特別在整個裝置比較高時;在控制壓縮機時,要避免壓縮機的喘振點。

    常見故障分析:

    1)過流故障:過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時間太短、負載發(fā)生突變、負荷分配不均,輸出短路等原因引起的。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(shè)計、對線路進行檢查。如果斷開負載變頻器還是過流故障,說明變頻器逆變電路已環(huán),需要更換變頻器。

    2)過載故障:過載故障包括變頻過載和電機過載。其可能是加速時間太短,電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等。負載過重,所選的電機和變頻器不能拖動該負載,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;如后者則要對生產(chǎn)機械進行檢修。

    3)欠壓:說明變頻器電源輸入部分有問題,需檢查后才可以運行。

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