在由于選型不當或者疏忽而導致使用時出現(xiàn)故障的現(xiàn)象在行業(yè)時有發(fā)生。那么如何避免故障的出現(xiàn),就需要對變頻器的選型有一定的了解。下面隨著小編來了解下變頻器選型的注意事項吧。
(1)根據(jù)負載特性選擇變頻器,如負載為恒轉(zhuǎn)矩負載需選擇siemensMMV/MDV變頻器,如負載為風機、泵類負載應選擇siemensECO變頻器。
(2)選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據(jù),電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波,會造成的功率因數(shù)和效率都會變壞。因此,用變頻器給電動機供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較,電動機的電流增加10%而溫升增加約20%。所以在選擇電動機和變頻器時,應考慮到這中情況,適當留有裕量,以防止溫升過高,影響電動機的使用壽命。
(3)變頻器若要長電纜運行時,此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合的影響,避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。
(4)當變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機時,一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值,要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下,變頻器的控制方式只能為V/F控制方式,并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護,此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現(xiàn)保護。
(5)對于一些特殊的應用場合,如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等,此時會引起變頻器的降容,變頻器需放大一檔選擇。
(6)使用變頻器控制高速電機時,由于高速電動機的電抗小,高次諧波亦增加輸出電流值。因此,選擇用于高速電動機的變頻器時,應比普通電動機的變頻器稍大一些。
(7)變頻器用于變極電動機時,應充分注意選擇變頻器的容量,使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外,在運行中進行極數(shù)轉(zhuǎn)換時,應先停止電動機工作,否則會造成電動機空轉(zhuǎn),惡劣時會造成變頻器損壞。
(8)驅(qū)動防爆電動機時,變頻器沒有防爆構(gòu)造,應將變頻器設置在危險場所之外。
(9)使用變頻器驅(qū)動齒輪減速電動機時,使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時,在低速范圍內(nèi)沒有限制;在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi),有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。因此,不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。
(10)變頻器驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子時,大多是利用已有的電動機。繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比,繞線電動機繞組的阻抗小。因此,容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象,所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用于飛輪力矩GD2較大的場合,在設定加減速時間時應多注意。
(11)變頻器驅(qū)動時,與工頻相比,降低輸出容量10%~20%,變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。
(12)對于壓縮機、振動機等轉(zhuǎn)矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下,如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話,有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護動作現(xiàn)象。因此,應了解工頻運行情況,選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅(qū)動潛水泵電動機時,因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大,所以選擇變頻器時,其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。
(13)當變頻器控制羅茨風機時,由于其起動電流很大,所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。
(14)選擇變頻器時,一定要注意其防護等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。
(15)單相電動機不適用變頻器驅(qū)動。
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1.驅(qū)動電路損壞的原因及檢查
造成驅(qū)動損壞的原因有各種各樣的,一般來說出現(xiàn)的問題也無非是U,V,W三相無輸出,或者輸出不平衡,再或者輸出平衡但是在低頻的時候抖動,還有啟動報警等等。當一臺變頻器大電容后的快熔開路,或者是IGBT逆變模塊損壞的情況下,驅(qū)動電路基本都不可能完好無損,切不可換上好的快熔或者IGBT逆變模塊,這樣很容易造成剛換上的好的器件再次損壞。這個時候應該著重檢查下驅(qū)動電路上是否有打火的印記,這里可以先將IGBT逆變模塊的驅(qū)動腳連線拔掉,用萬用表電阻擋測量六路驅(qū)動電路是否阻值都相同(但是極個別的變頻器驅(qū)動電路不是六路阻值都相同的:如三菱、富士等變頻器),如果六路阻值都基本相同還不能完全證明驅(qū)動電路是完好的,接著需要使用電子示波器測量六路驅(qū)動電路上電壓是否相同控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,當給定一個啟動信號時六路驅(qū)動電路的波形是否一致;如果手里沒有電子示波器的話,也可以嘗試使用數(shù)字式表來測量驅(qū)動電路六路的直流電壓,一般來說,未啟動時的每路驅(qū)動電路上的直流電壓約為10V左右,啟動后的直流電壓約為2-3V,如果測量結(jié)果一切正常的話,基本可以判斷此變頻器的驅(qū)動電路是好的。接著就將IGBT逆變模塊連接到驅(qū)動電路上,但是記住在沒有100%把握的情況穩(wěn)妥的方法還是將IGBT逆變模塊的P從直流母線上斷開,中間接一組串聯(lián)的燈泡或者一個功率大一點的電阻,這樣能在電路出現(xiàn)大電流的情況下,保護IGBT逆變模塊不被大電容的放電電流燒壞,下面就講幾個在維修變頻器時和驅(qū)動電路有關(guān)的實例:
2.臺達變頻器
臺達變頻器,故障現(xiàn)象是變頻器輸出端打火,拆開檢查后發(fā)現(xiàn)IGBT逆變模塊擊穿,驅(qū)動電路印刷電路板嚴重損壞,正確的解決辦法是先將損壞IGBT逆變模塊拆下,拆的時候主要應盡量保護好印刷電路板不受人為二次損壞,將驅(qū)動電路上損壞的電子原器件逐一更換以及印刷電路板上開路的線路用導線連起來(這里要注意要將燒焦的部分刮干凈,以防再次打火),再六路驅(qū)動電路阻值相同,電壓相同的情況下使用視波器測量波形,但變頻器一開,就報OCC故障(臺達變頻器無IGBT逆變模塊開機會報警)使用燈泡將模塊的P1和印板連起來,其他的用導線連,再次啟動還跳,確定為驅(qū)動電路還有問題,逐一更換光耦,后發(fā)現(xiàn)該驅(qū)動電路的光耦帶檢測功能,其中一路光耦檢測功能損壞,更換新的后,啟動正常。
3.安川616G5,3.7kW的變頻器
安川616G5,3.7kW的變頻器,故障現(xiàn)象為三相輸出正常,但在低速時電動機抖動,無法進行正常運行。首先估計多數(shù)為變頻器驅(qū)動電路損壞,正確的解決辦法應該是確定故障現(xiàn)象后將變頻器打開,將IGBT逆變模塊從印刷電路板上卸下,使用電子示波器觀察六路驅(qū)動電路打開時的波形是否一致,找出不一致的那一路驅(qū)動電路,更換該驅(qū)動電路上的光耦,一般為PC923或者PC929,若變頻器使用年數(shù)超過3年,推薦將驅(qū)動電路的電解電容全部更換,然后再用示波器觀察,待六路波形一致后,裝上IGBT逆變模塊,進行負載實驗,抖動現(xiàn)象消除。
4.富士G9變頻器
富士G9變頻器,故障現(xiàn)在為上電無顯示。接到手估計可能是變頻器開關(guān)電源損壞,打開變頻器檢查開關(guān)電源線路,但是經(jīng)檢查開關(guān)電源器件線路都無損壞,在DC正負處上直流電壓也無顯示,這個時候要估計到可能是驅(qū)動問題,將驅(qū)動電路初所有電容拆下,發(fā)現(xiàn)有個別電容漏液,更換新的電解電容,再次上電后正常工作。
1、變頻器的發(fā)展也同樣要經(jīng)歷一個徐徐漸進的過程,初的變頻器并不是采用這種交直交:交流變直流而后再變交流這種拓撲,而是直接交交,無中間直流環(huán)節(jié)。這種變頻器叫交交變頻器,目前這種變頻器在超大功率、低速調(diào)速有應用。其輸出頻率范圍為:0-17(1/2-1/3 輸入電壓頻率),所以不能滿足許多應用的要求,而且當時沒有IGBT,只有SCR,所以應用范圍有限。
交交變頻器其工作原理是將三相工頻電源經(jīng)過幾組相控開關(guān)控制直接產(chǎn)生所需要變壓變頻電源,其優(yōu)點是效率高,能量可以方便返回電網(wǎng),其大的缺點輸出的高頻率必須小于輸入電源頻率1/3或1/2,否則輸出波形太差,電機產(chǎn)生抖動,不能工作。故交交變頻器至今局限低轉(zhuǎn)速調(diào)速場合,因而大大限制了它的使用范圍。
矩陣式變頻器是一種交交直接變頻器,由九個直接接于三相輸入和輸出之間的開關(guān)陣組成。矩陣變換器沒有中間直流環(huán)節(jié),輸出由三個電平組成,諧波含量比較小;其功率電路簡單、緊湊,并可輸出頻率、幅值及相位可控的正弦負載電壓;矩陣變換器的輸入功率因數(shù)可控,可在四象限工作。
雖然矩陣變換器有很多優(yōu)點,但是在其換流過程中不允許存在兩個開關(guān)同時導通的或者關(guān)斷的現(xiàn)象,實現(xiàn)起來比較困難。矩陣變換器大輸出電壓能力低,器件承受電壓高也是此類變換器一個很大缺點。應用在風力發(fā)電中,由于矩陣變換器的輸入輸出不解耦,即無論是負載還是電源側(cè)的不對稱都會影響到另一側(cè)。另外,矩陣變換器的輸入端必須接濾波電容,雖然其電容的容量比交直交的中間儲能電容小,但由于它們是交流電容,要承受開關(guān)頻率的交流電流,其體積并不小。
交-交變頻就是直接變頻,少了一個環(huán)節(jié),但是用的器件量很多,三相的需要36個晶閘管,控制復雜。我們老師開玩笑說誰調(diào)通了36個管子就可以立即畢業(yè)。還有交-交變頻只能往工頻一下調(diào)節(jié)頻率,一般調(diào)到工頻的1/3-1/2,差不多20Hz。
2、我們把這種交流變直流而后再變交流這種變頻器叫交直交變頻器,分為兩種,一種是交直交電壓型,另外一種是交直交電流型。其中前者廣泛使用,現(xiàn)在的通用變頻器就是采用這種拓撲。其特點是:中間為電解電容儲存提供母線電壓,前級采用二極管不控整流,簡單可靠,逆變采用三相PWM調(diào)制(目前調(diào)制算法是空間電壓矢量)。由于采用了一定容量的電解電容,所以直流母線電壓穩(wěn)定,此時只要控制好逆變IGBT的開關(guān)順序(輸出相序、頻率)和占空比(輸出電壓大?。?,就可以獲得非常優(yōu)越的控制特性。
交—直—交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,再經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。
交直交變頻器又可以分為電壓型和電流型兩種,由于控制方法和硬件設計等各種因素,電壓型逆變器應用比較廣泛。傳統(tǒng)的電流型交直交變頻器采用自然換流的晶閘管作為功率開關(guān),其直流側(cè)電感比較昂貴,而且應用于雙饋調(diào)速中,在過同步速時需要換流電路,在低轉(zhuǎn)差頻率的條件下性能也比較差,在雙饋異步風力發(fā)電中應用的不多。采用電壓型交直交變頻器這種整流變頻裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、諧波含量少、定轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)異特點,可以明顯地改善雙饋發(fā)電機的運行狀態(tài)和輸出電能質(zhì)量,并且該結(jié)構(gòu)通過直流母線側(cè)電容完全實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)的分離。電壓型交直交變頻器的雙饋發(fā)電機定子磁場定向矢量控制系統(tǒng),實現(xiàn)了基于風機大功率點跟蹤的發(fā)電機有功和無功的解耦控制,是目前變速恒頻風力發(fā)電的一個代表方向。
此外,還有一種并聯(lián)的交直交逆變器拓撲結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要思想是通過一個交直交電流型和一個交直交電壓型變頻器并聯(lián),電流型逆變器作為主逆變器負責功率傳輸,電壓型逆變器作為輔逆變器負責補償電流型逆變器諧波。這種結(jié)構(gòu)主逆變器有較低的開關(guān)頻率,輔逆變器有較低的開關(guān)電流。同上面提到的交直交電壓型逆變器相比較,該拓撲結(jié)構(gòu)具有低開關(guān)損耗,整個系統(tǒng)的效率比較高。其缺點也是顯而易見的,大量電力電子器件的使用導致成本的上升以及更加復雜的控制算法,另外該種結(jié)構(gòu)電壓利用率比較低。
3、盡管交—直—交變頻器具有輸出頻率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點,但交—直—交變頻器仍存在許多待改進的問題:
(1)當前大功率高電壓電力電子器件處在發(fā)展期,GTO元件面臨淘汰,IGBT,IGCT尚待成熟;
(2)采用IGCT(或者GTO)、IECT的變流器,器件故障造成直通短路的保護還是難題;電源側(cè)變流器如果發(fā)生直通短路會造成電網(wǎng)短路,所以變流器必須采用高漏抗輸入變壓器,一般要求15%,甚至高達20%;
(3)交—直—交變頻器低頻運行時過載能力減低,一般運行在5Hz以下時變頻器過載能力減半;
(4)交—直—交變頻器輸出PWM調(diào)制電壓波形的電壓變化率du/dt很高,容易造成電機和電器的絕緣疲勞損傷;輸出導線較長時,共模反射電壓會在電機側(cè)產(chǎn)生很高的電壓,如果是兩電平的變流器,這個電壓的峰值是直流電壓的兩倍,如果是三電平的變流器,這個電壓的峰值是中間一半電壓的三倍;
(5)交—直—交變頻器PWM調(diào)制將產(chǎn)生諧波、噪聲、軸電流等問題。
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