一、過壓
電壓、發(fā)電機組電壓過高,長時間供電過高容易造成內(nèi)部元件損壞!
二、沙塵暴
金屬等導(dǎo)電粉塵、灰塵過多造成主電路短路亦或者灰塵堵滿冷卻片溫度過高導(dǎo)致跳閘及燒毀。
三、水災(zāi)
變頻器安裝調(diào)試前,處于潮濕環(huán)境中;變頻器在運行使用中,工作環(huán)境惡劣,會有雨水或者油污、油霧等附著水汽結(jié)露,造成電器元件長期處在潮濕環(huán)境中,對線路板以及絕緣結(jié)構(gòu)造成損傷。
四、"桑拿"
周圍環(huán)境溫度過高,風(fēng)機堵轉(zhuǎn),馬達過熱等造成變頻器無法有效散熱,影響機器的使用壽命和造成機器損傷。
五、加載
長時間的負載過高,不僅會影響電機的壽命,同樣將損壞變頻器,影響其使用壽命。
六、欠壓
電源電壓,發(fā)電機組電壓不夠,使得變頻器頻繁欠壓,容易導(dǎo)致內(nèi)部元件損壞。
七、腐蝕
因腐蝕性氣體造成撥動開關(guān)、接觸不良;因腐蝕性氣體造成晶體間短路,端子腐蝕造成主電路短路,線路板腐蝕造成各器件間短路。
八、雷擊
沒有按照設(shè)備廠家的要求,沒給變頻器接地及裝設(shè)避雷措施!導(dǎo)致雷雨天氣時候變頻器容易損壞!
九、"冷暴力"
使用者不按照要求檢差和定期維護變頻器,或多年不更換風(fēng)機,不檢差機器部件的使用情況和損傷程度。
十、“配錯郎”
選型不準,會造成變頻器超載,小馬拉大車的現(xiàn)象,參數(shù)未調(diào)整到較佳使用狀態(tài),使變頻器經(jīng)常過流、過壓等問題,造成機器勞損,損傷!
變頻器的過電流或過載故障是變頻器的常見故障,過電流是指流過變頻器的電流值超過其額定范圍。一般故障可分為加速、減速、恒速過電流等,其外部原因大多數(shù)是由于負載突變、供電電路缺相、電動機內(nèi)部短路等原因造成的。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。
?、偃糇冾l器的供電缺相、輸出端的電路斷線或電動機繞組相間有對地短路性故障,則可能導(dǎo)致過電流現(xiàn)象。
②電動機負載突變,可能會引起大的沖擊電流流過變頻器,從而造成過電流保護的現(xiàn)象,該故障在重新啟動變頻器后就會恢復(fù)正常,若變頻器經(jīng)常出現(xiàn)該故障,則應(yīng)對負載進行檢查或更換較大容量的變頻器。
?、垭姶鸥蓴_會影響電動機或變頻器的電路,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。同理,若外圍電磁波干擾電動機,則會造成電動機中的漏電流過大,引起變頻器過流保護;若電磁波干擾變頻器,則可能會導(dǎo)致變頻器輸出的控制信號出錯,從而導(dǎo)致過流現(xiàn)象。
?、茈妱訖C在運行的過程中,在繞組和外殼之間、電纜和大地之間,會產(chǎn)生較大的寄生,電流會通過寄生電容流向大地(漏電流),從而引起過電流的現(xiàn)象。
?、葑冾l器的容量選擇不當,或與負載的容量不匹配時,則可能會引起變頻器工作失常,從而出現(xiàn)過電流或過載的故障,甚至?xí)p壞變頻器。
?、捱^載故障包括變頻器過載和電動機過載,造成過載故障的原因大多數(shù)是由于加速時間太短,直流制動量過大、電網(wǎng)電壓太低、負載過重等造成的,負載過重是指所選的變頻器和電動機無法拖動負載。
?、咦冾l器本身損壞(變頻模塊損壞、驅(qū)動電路損壞、電流檢測電路損壞),也可能會造成過電流的現(xiàn)象。當變頻器出現(xiàn)通電就跳閘,其無法復(fù)位的故障時,則可能是變頻器本身損壞造成的過電流現(xiàn)象。
高壓同步以其功率因數(shù)高、運行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、低轉(zhuǎn)速設(shè)計簡單等優(yōu)點在高壓大功率驅(qū)動領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用,如大功率風(fēng)機、水泵、油泵等。對于大功率低速負載,如磨機、往復(fù)式壓縮機等,使用多極不僅可以提高系統(tǒng)功率因數(shù),更可以省去變速機構(gòu),如齒輪變速箱,降低系統(tǒng)故障率,簡化系統(tǒng)維護。
由于同步電機物理過程復(fù)雜、控制難度高,以往的高壓同步電機調(diào)速系統(tǒng)必須安裝速度/位置,增加了故障率,系統(tǒng)的可靠性較低。
單元串聯(lián)多電平型由于具有成本低,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高,網(wǎng)側(cè)電流諧波小,輸出電壓波形正弦、基本無畸變,可靠性高等特點,在高壓大容量異步電機變頻調(diào)速領(lǐng)域取得了非常廣泛的應(yīng)用。將單元串聯(lián)多電平型變頻器應(yīng)用于同步電動機將有效地提高同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性,降低同步電機變頻改造的成本,提高節(jié)能改造帶來的效益,同時也為單元串聯(lián)多電平型變頻器打開一個廣闊的新市場。利德華福的技術(shù)人員經(jīng)過大量的理論分析、計算機仿真和物理系統(tǒng)實驗,解決了同步電機起動整步等關(guān)鍵問題,已于2006年4月底成功地將單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器應(yīng)用于巨化股份公司合成氨廠的1000kw/6kv同步電動機上。以下將簡要介紹實際應(yīng)用中的主要技術(shù)問題。
1、同步電動機的工頻起動投勵過程
為了更好的說明同步電機的運行特點,先對同步電機的工頻起動投勵過程進行簡要的介紹。
在電網(wǎng)電壓直接驅(qū)動同步電機工頻運行時,同步電動機的起動投勵是一個比較復(fù)雜的過程。當同步電機電樞繞組高壓合閘時,通過高壓的輔助觸點告知同步電機的勵磁裝置準備投勵。此時,勵磁裝置自動在同步電機的勵磁繞組上接入一個滅磁電阻,以防止勵磁繞組上感應(yīng)出高壓,同時在起動時提供一部分起動轉(zhuǎn)矩。同步電機電樞繞組上電后,在起動繞組和連有滅磁電阻的勵磁繞組的共同作用下,電機開始加速。當速度到達95%的同步轉(zhuǎn)速時,勵磁裝置根據(jù)勵磁繞組上的感應(yīng)電壓選擇合適的時機投入勵磁,電機被牽入同步速運行。如果同步電機的凸極效應(yīng)較強、起動負載較低,則在勵磁裝置找到合適的投勵時機之前,同步電機已經(jīng)進入同步運行狀態(tài)。在這種情況下,勵磁裝置將按照延時投勵的準則進行投勵,即高壓合閘后15s強行投勵。
2、變頻器驅(qū)動同步電動機時的起動整步過程
用變頻器驅(qū)動同步電機運行時,使用與上述方式不同的起動方式:帶勵起動。
在變頻器向同步電機定子輸出電壓之前,即啟動前,先由勵磁裝置向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流,然后變頻器再向同步電機的電樞繞組輸出適當?shù)碾妷?,起動電機。
同步電機與普通異步電機運行上主要的區(qū)別是同步電機在運行時,電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi),否則將導(dǎo)致系統(tǒng)失步。在電機起動之初,這二者的夾角是任意的,必須經(jīng)過適當?shù)恼竭^程將這一夾角控制到一定的范圍之內(nèi),然后電機進入穩(wěn)定的同步運行狀態(tài)。因此,起動整步問題是變頻器驅(qū)動同步電動機運行的關(guān)鍵問題。
變頻器驅(qū)動同步電動機的起動整步過程主要分為以下幾個步驟:
(1)勵磁裝置投勵。勵磁系統(tǒng)向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流,在同步電機轉(zhuǎn)子上建立一定的磁場。
(2)變頻器向同步電機的電樞繞組施加一定的直流電壓,產(chǎn)生一定的定子電流。此時,在同步電機上產(chǎn)生一定的定子電流,并在定子上建立較強的磁場。轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間電磁力的作用下開始轉(zhuǎn)動,使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向可能與電機正常運行時的轉(zhuǎn)向相同,也可能相反。
(3)變頻器按照電機正常運行時的轉(zhuǎn)動方向,緩慢旋轉(zhuǎn)其施加在電樞繞組上的電壓矢量。隨著同步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動和定子磁場的旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子磁極將在某一時刻掠過定子的異性磁極,或者轉(zhuǎn)子磁極加速追上旋轉(zhuǎn)的定子磁極。此時,電機的轉(zhuǎn)子磁極被較強的定子磁極可靠吸引,二者間的角度經(jīng)過少量有阻尼的震蕩后,逐漸趨于一個較小的常量。至此,同步電機進入同步運行狀態(tài),整步過程完成。
(4)變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速度和v/f曲線(即磁通給定),調(diào)節(jié)輸出電壓,逐漸加速到給定頻率。此時,同步電機的轉(zhuǎn)子角逐漸拉大到某一常值,然后電機轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速,同步電機起動過程完成。
在同步電機的起動整步過程中,定、轉(zhuǎn)子磁勢大小的選擇和各步驟間的切換是控制的關(guān)鍵問題。如果選擇過低的定子磁場,則定子磁極無法在第一次經(jīng)過轉(zhuǎn)子的異性磁極時,將其可靠吸牢,此后轉(zhuǎn)子經(jīng)過同性磁極間斥力的反向加速作用,在下一次經(jīng)過定子磁極時,二者將具有更大的相對速度,定子磁場更加無法有效牽引轉(zhuǎn)子磁極,最終將導(dǎo)致起動整步失敗。選擇過大的定子磁場可能導(dǎo)致同步電機的定子鐵心飽和,進一步導(dǎo)致變頻器輸出過電流,電機起動失敗。
3、變頻器驅(qū)動同步電動機的穩(wěn)態(tài)運行與運行時的勵磁調(diào)節(jié)
由于變頻器驅(qū)動同步電機時使用無需安裝速度/位置傳感器的控制方法,而變頻器輸出波形為多電平pwm波形,與控制異步電機時的波形相同,因此在運行過程中,變頻器可以完全等效于一個正弦電壓源,無轉(zhuǎn)矩脈動,具有較高的可靠性。
由于同步電機的無功電流僅在電機和變頻器間流動,不進入電網(wǎng),因而無須對電機的勵磁電流進行精確的控制。一般可在電機運行的典型工況下,手動調(diào)節(jié)其勵磁電流,使變頻器的輸出電流量小,輸出功率因數(shù)近似為1,然后在先調(diào)速運行過程中維持該電流不變即可。對于需要在運行時實時調(diào)整勵磁電流的工況,變頻器可以實測其輸出給同步電機的無功功率,向勵磁裝置下達勵磁給定信號,調(diào)整勵磁電流。
4、同步電動機的故障滅磁
在正常停機時,變頻器先驅(qū)動同步電機減速至停機轉(zhuǎn)速,然后停止向電機的電樞繞組輸出電壓。在該轉(zhuǎn)速下,最大的勵磁電流在同步電機定子側(cè)感應(yīng)的電壓低于變頻器輸出側(cè)的長時間耐受電壓,因此在電機之后的自由滑行過程中,維持勵磁電流不會對設(shè)備造成危害,不需要即時滅磁。
在遇到故障時,如果僅停止向其電樞繞組供電,而維持其勵磁電流,則旋轉(zhuǎn)中的同步電機將持續(xù)地向其定子側(cè)發(fā)出三相交流電壓,危害設(shè)備安全,并可能造成事故的擴大。因此在遇到嚴重故障需要停機時,變頻器必須通知勵磁裝置進行滅磁。
同步電機滅磁的物理過程如下:
在滅磁之初,在勵磁裝置的作用下同步電機的勵磁電流迅速下降,但由于同步電機的主磁通無法突變,在阻尼繞組(起動繞組)上隨即感應(yīng)出較大的電流,此時旋轉(zhuǎn)中的同步電機向其定子機端(即變頻器輸出端)發(fā)出較高的三相交流電壓。隨后,阻尼繞組上的電流在阻尼繞組的內(nèi)阻上逐步衰減為零,同步電機發(fā)出的定子電壓也隨之逐步衰減。這一衰減過程一般為數(shù)秒鐘,因此變頻器的輸出端必須具有停機狀態(tài)下承受短時過電壓的能力。