一、空調(diào)密閉冷卻方式
為了提高高壓大功率變頻器的應(yīng)用穩(wěn)定性，解決好高壓變頻器環(huán)境散熱問題。目前常用的辦法是：密閉式空調(diào)冷卻。該方法主要是為高壓變頻器提供一個(gè)固定的具有隔熱保溫效果的房間，根據(jù)高壓變頻器的發(fā)熱量和房間面積大小計(jì)算出空調(diào)的制冷量，從而配備一定數(shù)量的空調(diào)。采用空調(diào)冷卻時(shí)，房間的建筑面積過大會(huì)增加空調(diào)冷卻負(fù)荷。同時(shí)，由于變頻器排出的熱風(fēng)不能被空調(diào)全部吸入冷卻，因此，造成系統(tǒng)運(yùn)行效率低，造成節(jié)約能源的二次浪費(fèi)。變頻器室內(nèi)的冷熱風(fēng)循環(huán)情況如下圖所示。
變頻器從柜體的正面和后面吸入空氣，經(jīng)柜頂風(fēng)機(jī)將變頻器內(nèi)部的熱量帶走排到室內(nèi)。從而在變頻器室上部形成一個(gè)溫度偏高、壓力偏高的氣旋渦流區(qū)，在變頻器的正面部分形成一個(gè)偏負(fù)壓區(qū)。在運(yùn)行中，變頻器功率柜正面上部區(qū)域?qū)嶋H上是吸入剛排出的熱風(fēng)進(jìn)行冷卻，形成氣流短路風(fēng)不能達(dá)到有效的冷卻效果?？照{(diào)通常采用下進(jìn)上出風(fēng)結(jié)構(gòu)，從而與變頻器在一定程度上形成了“搶風(fēng)”現(xiàn)象，這就是“混合循環(huán)區(qū)”。在這個(gè)區(qū)域變頻器吸入的空氣不完全是空調(diào)降溫后的冷空氣，空調(diào)的降溫處理也沒有把變頻器排出的熱空氣全部降溫，從而導(dǎo)致了整個(gè)冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行效率不高。變頻器自身是節(jié)能節(jié)電設(shè)備，而通常采用的空調(diào)式冷卻則造成能源的二次浪費(fèi)。這種情況在大功率、超大功率的變頻應(yīng)用系統(tǒng)中更加明顯。
二、風(fēng)道冷卻
1、功率柜風(fēng)道設(shè)計(jì)見下圖：
從功率柜散熱系統(tǒng)圖可知：功率單元內(nèi)部散熱系統(tǒng)通過安裝在單元內(nèi)的風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻單元里的散熱器，使每一個(gè)功率單元滿足散熱需求，同時(shí)，由于功率單元內(nèi)風(fēng)機(jī)吹走熱風(fēng)，使其進(jìn)風(fēng)處的柜體內(nèi)形成強(qiáng)力負(fù)壓，柜外冷風(fēng)大量進(jìn)入高壓變頻氣內(nèi)，通過功率單元風(fēng)道對(duì)單元散熱器進(jìn)行冷卻。同時(shí)，由于柜頂風(fēng)機(jī)大量抽風(fēng)，使其密閉風(fēng)室內(nèi)形成強(qiáng)力負(fù)壓，加速功率單元內(nèi)熱風(fēng)進(jìn)入密閉風(fēng)室，通過柜頂風(fēng)機(jī)抽出高壓變頻器柜外。通過建立嚴(yán)密暢通的風(fēng)道，以及在功率單元內(nèi)設(shè)計(jì)強(qiáng)制風(fēng)冷，大大提高那高壓變頻器散熱系統(tǒng)的散熱能力和效率，同時(shí)，也可以減少散熱器體積和功率柜體積，實(shí)現(xiàn)高壓變頻器的小型化，為用戶安裝高壓變頻器節(jié)省空間。
三、空－水冷卻系統(tǒng)
高壓變頻器對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度通常要求在-5～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過高的溫度會(huì)造成變頻器溫度過熱保護(hù)而跳閘，粉塵含量過高導(dǎo)致變頻器通風(fēng)濾網(wǎng)更換清洗維護(hù)量過高，增加維護(hù)費(fèi)用。因此，采用何種冷卻方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。
為了解決高壓變頻器的運(yùn)行環(huán)境冷卻和控制問題，提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運(yùn)營(yíng)成本。可以解決單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運(yùn)營(yíng)成本的問題。
空－水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng)，其應(yīng)用技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在電力、鋼鐵等行業(yè)的高壓大功率變頻應(yīng)用中得到廣泛的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)由于其采用完全機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，較空調(diào)等電力、電子設(shè)備而言具有明顯的安全、可靠性。
其主要原理是：將變頻器的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接通過空冷裝置進(jìn)行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)?？绽溲b置內(nèi)通過冷水溫度低于33℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對(duì)環(huán)境運(yùn)行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運(yùn)行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線在變頻室外與高壓設(shè)備明確分離，確保高壓設(shè)備室不會(huì)受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。
同時(shí)，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)進(jìn)行設(shè)備冷卻，具有粉塵度低，維護(hù)量小的特點(diǎn)；減少了環(huán)境對(duì)變頻器功率柜、控制柜運(yùn)行穩(wěn)定性的不利影響。空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：
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變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變 交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、微處理單元等組成。它是一種控制交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制器，它把固定頻率的交流電源變成頻率電壓可調(diào)的交流電源，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
變頻調(diào)整系統(tǒng)的原理框圖
由處理器，按V/F恒定原則，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，令I(lǐng)GBT8了逆變模塊逬行功率放大后輸出，電路中還有電流檢測(cè)等單元，組成保護(hù)。在開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，速度指令可通過電位器，模擬電壓等形式輸入給DSP；將速度指令轉(zhuǎn)換為頻率，幅值，可變的電機(jī)定子電壓與電流，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
1.頻率給定
在使用一臺(tái)變頻器的時(shí)候，目的是通過改變變頻器的輸出頻率。如何調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率呢？關(guān)鍵是向變頻器提供改變頻率的命令信號(hào)，這個(gè)信號(hào)，就稱為"頻率給定信號(hào)"。所謂頻率給定方式，就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法，變頻器常見的頻率給定方式主要有操作器鍵盤給定，接點(diǎn)信號(hào)給定，模擬信號(hào)給定，脈沖信號(hào)給定和通信方式給定等。這些頻率給定方式各有特點(diǎn)，必須按照實(shí)際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置，同時(shí)也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。
2.V/F控制
在逬行電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，通常要考慮的一個(gè)重要因素是保持電動(dòng)機(jī)中每極磁通量為額定值如果磁通量太小，則電動(dòng)機(jī)的出力不夠；如果過分增大磁通量，又會(huì)使鐵心飽和，過大的勵(lì)磁電流會(huì)使繞組過熱，從而損壞電動(dòng)機(jī)。V/F控制是使變頻器的輸出在改變頻率的同時(shí)也改變電壓，通常是使V/F為常數(shù)，這樣可使電動(dòng)機(jī)磁通保持一定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，功率，功率因數(shù)不下降。
3.PWM調(diào)制
變頻器的調(diào)制方式為PWM。
PWM調(diào)制是保持整流得到的直流，電壓幅值不變的條件下，以一定的規(guī)律，在改變輸出頻率的同時(shí)，通過改變輸出脈沖的寬度，來達(dá)到改變等效輸出電壓的一種方式。PWM是一種調(diào)制方式來控制逆變模塊的通斷。
4.功率放大
目前功率放大的開關(guān)器件主要采用大功率晶體管IGBT，功率器件從整體上可以分為不可控器件，半可控器件和全可控器件。不可控器件導(dǎo)通和關(guān)斷無法通過控制信號(hào)進(jìn)行控制，完全由其在電路中所承受的電流，電壓情況決定，屬于自然導(dǎo)通和自然關(guān)斷，包括功率二極管；半可控器件指能用控制信號(hào)控制導(dǎo)通J旦不能控制關(guān)斷，關(guān)斷只能由其在主電路中承受的電壓，電流情況決定，屬于自然關(guān)斷，包括晶閘管和由其派生出來的可控雙向晶閘管。全可控器件指能使用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的器件，包括功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，可關(guān)斷晶閘管，絕緣柵雙極三極管，靜電感應(yīng)晶體管。靜電感應(yīng)晶閘管等等。
全可控器件從控制形式上還可以分為電流控制型和電壓控制型兩大類。屬于電流控制型的有GTR(功率三極管），SCR(可控晶閘管），TRIAC(可控雙向晶閘管），GTO(可關(guān)斷晶體管）等；屬于電壓控制型的有功率MOSFET，IGBT，MCT和SIT。
5.電流檢測(cè)
變頻器電流信號(hào)可以用于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電流控制，以及過流保護(hù)。其檢測(cè)方法主要有直接串聯(lián)取樣電阻法霍爾傳感器法。直接串聯(lián)取樣電阻法，簡(jiǎn)單可靠不失真速度快，但是有損耗，不隔離，只適用于小電流且不需要隔離的情況，多用于小容量變頻器中。霍爾傳感器法具有精度高，線性好，頻帶款，相應(yīng)快，過載能力強(qiáng)和不損失測(cè)量電路能量等優(yōu)點(diǎn)。
變頻調(diào)速器作為一種高效節(jié)能的電機(jī)調(diào)速裝置在黃嘩港煤炭裝卸設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。其中采用較多的日本富士，使用多年后已漸入故障高發(fā)期。下面就富士變頻器的一些常見故障及判斷解決方法介紹如下。
一、OC1、OC2、OC3故障
故障顯示OC1、OC2、OC3，是富士變頻器常見的故障之一，它指變頻器加速、減速和恒速中過電流，此故障產(chǎn)生的原因有以下幾種。
1．加減速時(shí)間過短，這是常見的過電流現(xiàn)象。可依據(jù)不同的負(fù)載情況相應(yīng)調(diào)整加減速時(shí)間，就能消除此故障。
2．大功率晶體管損壞也可能引起OC報(bào)警。從早期的用于G2(P2)，G5(P5)，G7(P7)系列的GTR模塊，到G9(P9)系列的IGBT模塊，以至IPM模塊，無論從封裝技術(shù)還是保護(hù)性能，都有了很大提高，高耐壓、大電流、高頻、低耗、靜音、多保護(hù)功能已成為大功率晶體管模塊的發(fā)展趨勢(shì)。大功率晶體管模塊的損壞主要有以下幾種原因：(1)輸出負(fù)載短路；(2)負(fù)載過大，大電流持續(xù)出現(xiàn)；(3)負(fù)載波動(dòng)很大，導(dǎo)致浪涌電流過大。
3．大功率晶體管的驅(qū)動(dòng)電路損壞導(dǎo)致過流報(bào)警。富士G7S、G9S分別使用了PC922和PC923兩種光禍作為驅(qū)動(dòng)電路的核心部分。由于內(nèi)置放大電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，被包括富士變頻器在內(nèi)的多家變頻器廠家廣泛使用。驅(qū)動(dòng)電路損壞的常見現(xiàn)象就是缺相，或三相輸出電壓不平衡。
4．檢測(cè)電路的損壞導(dǎo)致變頻器顯示OC報(bào)警。檢測(cè)電流的霍爾由于受溫濕度等環(huán)境因素的影響，工作點(diǎn)很容易飄移，導(dǎo)致OC報(bào)警。
二、損壞
開關(guān)電源損壞的特征是變頻器上電無顯示。富士G5S采用兩級(jí)開關(guān)電源，先把中間直流回路的直流電壓由500V左右轉(zhuǎn)換成300V左右，然后再通過一級(jí)開關(guān)電源輸出5V、24V等多路電源。開關(guān)電源損壞常見的有開關(guān)管擊穿、脈沖變壓器燒壞以及次級(jí)輸出整流損壞。濾波使用時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致電容特性變化，帶載能力下降，也很容易造成開關(guān)電源損壞。富士G9S使用一片開關(guān)電源專用的波形發(fā)生芯片，由于主回路高電壓的竄入，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致此芯片損壞且較難修復(fù)。
三、整流橋損壞
富士G7S使用一塊帶有可控硅的整流模塊，它與普通整流橋的區(qū)別在于用可控硅替代了主回路，提高了機(jī)器的可靠性。G9S小功率機(jī)器整流橋則是集成可控硅與開關(guān)管于一體。整流橋的損壞常與機(jī)器外部電源有密切聯(lián)系，當(dāng)整流橋發(fā)生故障后，不可再盲目上電源，應(yīng)先檢查外圍設(shè)備。
四、LV、OV故障
欠壓和過壓也是富士變頻器的常見故障，這有主電源因素引起的故障報(bào)警，也有機(jī)器檢測(cè)電路損壞而引起的報(bào)警。富士G5S使用了一片定做的電壓檢測(cè)厚膜電路，檢測(cè)主回路直流電壓。G7S、G9S則是直接從直流主回路采樣檢測(cè)，其檢測(cè)效果是一樣的。
此外富士變頻器也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一些與主板有密切聯(lián)系的報(bào)警，包括（Err，Erl，Er7，Er3）等。變頻器的故障多種多樣，但變頻器的工作原理大同小異，只是在功能實(shí)現(xiàn)的線路上有所區(qū)別，這需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)，以便更好、更快地尋找問題和解決問題。
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