员工培训之变频器的应用

来源 :中国化工贸易 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jayxiandan001
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   摘 要:本文从实际出发重点介绍了变频器的常用参数的设定方法、变频器在使用中常见故障及处理方法和变频器的使用注意事项,综合近年来培训中,员工对种变频器在使用和维修中经常遇到的问题加以分析解决。变频器的功能及相关参数上百条,想要维修人员全部掌握,难度太大。但是经过笔者多年的实践总结,实际应用中我们只需要掌握文中介绍的十几种参数就足够了,这大大地方便了员工的学习掌握,经过一段时间的实践,效果非常好。希望通过本文的阐述能够对员工掌握变频器这一新技术提供更好的帮助。
   关键词:控制变频 调速 员工培训
  
   近年来随着变频调速技术日益发展,性能价格比日益提高,三相交流电动机的变频调速技术在石油、石化企业迅速推广,以抚顺石化公司为例,从上世纪90年代开始使用,发展到如今变频器已经在生产装置的工艺变量的控制过程中得到日益广泛的应用,并取得了很好的效果。变频器本身也从当初单一型号的小容量低压变频器,发展到如今各种型号的大容量高电压中压变频器,如在抚顺石化公司烯烃厂的高密度聚乙烯装置的关键设备-挤压机就是使用了ABB公司容量为18500KVA的ACS6000中压变频器。为满足广大员工希望了解变频器的原理和使用这一需求,抚顺石化公司教培中心电工基地联合抚顺石化工建公司多次进行专题讲座。但是员工普遍反映变频器的功能及相关参数上百条,掌握起来,难度太大。但是经过笔者多年实践总结,实际应用中我们只需要掌握十几种参数就足够了,这大大地方便了员工的学习掌握,经过一段时间的应用,效果非常好。本文重点介绍了变频器的常用参数的设定方法、变频器在使用中常见故障及处理方法和变频器的使用注意事项,综述了近年来各种变频器在使用和维修中经常遇到的问题,希望通过本文的阐述能够对员工掌握变频器这一新技术提供更好的帮助。
   一、变频器常用功能参数的设定方法
   变频器功能参数很多,一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。实际应用中,没必要对每一参数都进行设置和调试,多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系,且有的还相互关联,因此要根据实际进行设定和调试。因各类型变频器功能有差异,而相同功能参数的名称也不一致,为叙述方便,本文以富士变频器基本参数名称为例。由于基本参数是各类型变频器几乎都有的,完全可以做到触类旁通。
   1.加减速时间
   加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间,减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。
   加速时间设定要求:将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出最佳加减速时间。
   2.转矩提升
   又叫转矩补偿,是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低,而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时,可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩,使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时,根据负载特性,尤其是负载的起动特性,通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载,如选择不当会出现低速时的输出电压过高,而浪费电能的现象,甚至还会出现电动机带负载起动时电流大,而转速上不去的现象。
   3.电子热过载保护
   本功能为保护电动机过热而设置,它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升,从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合,而在“一拖多”时,则应在各台电动机上加装热继电器。
   电子热保护设定值(%)=[电动机额定电流(A)/变频器额定输出(A)]×100%。
   4.频率限制
   即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障,而引起输出频率的过高或过低,以防损坏设备的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用,如有的皮带输送机,由于输送物料不太多,为减少机械和皮带的磨损,可采用变频器驱动,并将变频器上限频率设定为某一频率值,这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
   5.偏置频率
   有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时,可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低,如图1。有的变频器当频率设定信号为0%时,偏差值可作用在0~fmax范围内,有的变频器(如明电舍、三垦)还可对偏置极性进行设定。如在调试中当频率设定信号为0%时,变频器输出频率不为0Hz,而为xHz,则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。
   6.频率设定信号增益
   此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压(+10v)的不一致问题;同时方便模拟设定信号电压的选择,设定时,当模拟输入信号为最大时(如10v、5v或20mA),求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可;如外部设定信号为0~5v时,若变频器输出频率为0~50Hz,则将增益信号设定为200%即可。
   7.转矩限制
   转矩限制可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值,经CPU进行转矩计算,其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时,也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。
   驱动转矩功能提供了强大的起动转矩,在稳态运转时,转矩功能将控制电动机转差,而将电动机转矩限制在最大设定值内,当负载转矩突然增大时,甚至在加速时间设定过短时,也不会引起变频器跳闸。在加速时间设定过短时,电动机转矩也不会超过最大设定值。驱动转矩大对起动有利,以设置为80~100%较妥。
   制动转矩设定数值越小,其制动力越大,适合急加减速的场合,如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。如制动转矩设定为0%,可使加到主电容器的再生总量接近于0,从而使电动机在减速时,不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。但在有的负载上,如制动转矩设定为0%时,减速时会出现短暂空转现象,造成变频器反复起动,电流大幅度波动,严重时会使变频器跳闸,应引起注意。
   8.加减速模式选择
   加减速模式选择又叫加减速曲线选择。一般变频器有线性、非线性和S三种曲线,通常大多选择线性曲线;非线性曲线适用于变转矩负载,如风机等;S曲线适用于恒转矩负载,其加减速变化较为缓慢。设定时可根据负载转矩特性,选择相应曲线,但也有例外,笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时,先将加减速曲线选择非线性曲线,一起动运转变频器就跳闸,调整改变许多参数无效果,后改为S曲线后就正常了。究其原因是:起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动,且反转而成为负向负载,这样选取了S曲线,使刚起动时的频率上升速度较慢,从而避免了变频器跳闸的发生,当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。
   9.转矩矢量控制
   矢量控制是基于理论上认为:异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此,从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能,电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩,尤其是电动机在低速运行区域。
   现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制,由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿,使电动机具有很硬的力学特性,对于多数场合已能满足要求,不需在变频器的外部设置速度反馈电路。这一功能的设定,可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。
   与之有关的功能是转差补偿控制,其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差,可加上对应于负载电流的转差频率。这一功能主要用于定位控制。
   10.节能控制
   风机、水泵都于减转矩负载,即随着转速的下降,负载转矩与转速的平方成比例减小,而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式,这种模式可改善电动机和变频器的效率,其可根据负载电流自动降低变频器输出电压,从而达到节能目的,可根据具体情况设置为有效或无效。
   要说明的是,九、十这两个参数是很先进的,但有一些用户在设备改造中,根本无法启用这两个参数,即启用后变频器跳闸频繁,停用后一切正常。究其原因有:(1)原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。(2)对设定参数功能了解不够,如节能控制功能只能用于V/f控制方式中,不能用于矢量控制方式中。(3)启用了矢量控制方式,但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作,或读取方法不当。
   二、变频器常见故障及处理方法
   1.过流
   过流是变频器报警最频繁的现象之一。
  现象:(1)重新启动时,一升速就跳闸,这是过电流十分严重的现象,主要原因在负载短路,机械部位有卡住,逆变模块损坏,电动机的转矩过小等现象引起;(2)上电就跳,这种想象一般不能复位,主要原因有模块损坏,驱动电路损坏,电流检测电路损坏;(3)重新启动时并不立即跳闸而是在加速时跳闸,其主要原因有:加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿设定太高。
   实例1:一台37kw富士FRN G11变频器一启动就跳闸,并显示“OC”
   分析与维修:打开机盖没有发现任何烧坏的迹象,在线测量IGBT基本判断没有问题,为进一步判断问题,把IGBT拆下后测量7个单元的大功率晶体管开通与关断都很好,在测量上半桥的驱动电路时发现有一路与其他两路有明显区别,经仔细检查发现一只光耦的输出与电源负极短路,更换后故障排除,模块装上后变频器运行良好。
   实例2:一台45kw富士FRN G11变频器通电就跳闸并显示“OC”且不能复位。
   分析与维修:首先检查逆变模块没有发现问题,其次检查驱动电路也没有异常现象,估计问题不在这一块,可能出在过流信号处理这一部位,将其电路传感器拆掉后上电,显示一切正常,故认为传感器损坏,找一新传感器换上后负载试验,一切正常。
   2.过电压
   过电压报警一般是出现在停机的时候,其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。
  实例1:一台11KW三菱F500变频器在停机过程中跳闸并显示“OU”
   分析与维修:在维修之前,首先要搞清楚过电压报警的原因在哪里,这是因为变频器在减速时,电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快,转子的电动势和电流增大,使电机处于发电状态,回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节,使直流母线电压升高所致,所以我们应该着重检查制动回路,测量放电电阻没有问题,在测量制动管事发现已经击穿,更换后上电运行,且快速停车都没有问题。
   3.欠电压
   欠电压也是我们在使用中经常碰到的问题,主要是因为主回路电压太低,一般原因有:整流桥一臂损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠电压故障的出现,其次主回路接触器损坏,导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压,还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。
   实例1:一台45kw富士FRN G11变频器上电后调闸并显示“UV”
   分析与维修:经检测这台变频器的整流桥充电电阻都是好的,但是上电后没有听到接触器动作,因为这台变频器的充电回路不是利用可控硅而是靠接触器的吸合来完成充电过程的,因此认为故障可能出在接触器或控制回路以及电源部分,拆掉接触器单独加24V直流电源接触器工作正常,继而检查24V直流电源,经仔细检查,该电压时经过稳压管稳压后输出的,测量该稳压管已损坏,找一新品更换后上电运行正常。
   4.过热
   过热也是一种比较常见的故障,主要原因是:周围温度过高,风机损坏,温度传感器性能不良,电机过热。
   实例1:一台ABB ACS500 22KW变频器客户反映在运行30分钟后调整并显示“OH”
  分析与维修:因为是在运行一段时间后才有故障,所以温度传感器损坏的可能性不大,可能变频器的温度确实太高,通电后发现风机转动缓慢,防护罩里面堵满灰尘和油泥,经打扫后开机,风机运行恢复良好,故障排除。
   5.输出不平衡
   输出不平衡一般表现为电机抖动,转速不稳,主要原因是:模块损坏,驱动电路损坏,电抗器损坏等。
   实例1:一台富士 G9S 11KW变频器输出电压相差100V左右
   分析与维修:打开变频器外壳初步在线检查逆变模块没有发现问题,测量6路驱动电路也没有发现故障,将其模块拆下测量发现有一路大功率晶体管不能正常导通和关闭,该模块已经损坏,经确认驱动电路无故障,更换新模块后故障排除。
   三、变频器使用的注意事项
   1.安装环境
   变频器属于电子器件装置,对安装环境要求比较严格,在其说明书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下,若确实无法满足这些要求,必须尽量采用抑制措施;振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因,对于振动冲击较大的场合,应采用橡胶等避震措施;潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件锈蚀、接触不良、绝缘降低而形成短路,作为防范措施,应对控制板进行防腐防尘处理,并采用封闭式结构;温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素,特别是半导体器件,应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直照。
   除上述几点外,定期检查变频器的空气过滤器及冷却风扇也是非常必要的。对于特殊的高寒场合,为防止微处理器因温度过低不能正常工作,应采取设置空气加热器等必要措施。
   2.冷却系统
   冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短,临近使用寿命时,风扇产生震动,噪声增大最后停止转动,变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受限于轴承,大约为10000~35000h。当变频器连续运转时,需要2~3年更换一次风扇轴承。为了延长风扇的寿命,一些产品的风扇只在变频器运转时运行。
   3.外部电磁干扰
   如果变频器周围存在干扰源,它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部,引起控制回路误动作,造成工作不正常停机,严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有:变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上,加装防止冲击电压的吸收装置,如RC浪涌吸收器,其接线不能超过20cm;尽量缩短控制回路的配线距离,并使其与主回路分离;变频器控制回路配线绞合节距离应在15mm以上,与主回路保持10cm以上的间距;变频器距离电动机很远时(超过100m),这时一方面加大导线截面面积,保证线路压降在2%以内,同时应加装变频器输出电抗器,用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地,必须在专用接地点可靠接地,不能同电焊机、动力接地混用;变频器输入端安装无线电噪声滤波器,减少输入高次谐波,从而可降低从电源线到电子设备的噪声影响;同时在变频器的输出端也安装无线电噪声滤波器,一降低其输出端的线路噪声。
   4.电源影响
   电源异常大致分3种,即缺相、低电压、停电,有时也出现它们的混合形式。这些异常现象的主要原因,多半是输电线路因风、雪、雷击以及线路沿线的施工造成的,有时也因为同一供电系统出现对地短路及相间短路。对于要求必须连续运行的设备,应对变频器加装自动切换的不停电电源装置。像带有二极管输入及使用单相控制电源的变频器,虽然在缺相状态,但也能继续功能工作,但整流器中个别器件电流过大,及电容器的脉冲电流过大,若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响,应及早检查处理。
   5.雷击、感应雷电
   雷击火感应雷电形成的冲击电压,有时也会造成变频器的损坏。此外,当电源系统一次侧带有真空断路器时,短路开闭会产生较高的冲击电压。为防止冲击电压造成过电压损坏,通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件。真空断路器应增加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器,应在程序上,保证真空断路器动作前先将变频器断开。
   四、结束语
   变频器的使用及维修是一项理论知识、实践经验与操作水平的结合工作,技术水平直接影响变频器的维修使用质量。将学习到的理论知识应用于实际工作中,解决一些实际问题,是提高教学及维修水平的重要途径。
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