在化工企業(yè)電氣傳動(dòng)中，離心機(jī)的變頻傳動(dòng)應(yīng)用非常普遍，由于工藝和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種原因，再生能量的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，在通用變頻器中，對(duì)再生能量常用的處理方式有兩種：（1）耗散到直流回路中人為設(shè)置的與電容器并聯(lián)的“制動(dòng)電阻”中，稱之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)；（2）使之回饋到電網(wǎng)，則稱之為回饋制動(dòng)狀態(tài)（又稱再生制動(dòng)狀態(tài)）。直流共母線的原理是基于通用變頻裝置均采用交－直－交變頻方式，當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其制動(dòng)能量反饋到直流側(cè)，為了更好的處理反饋制動(dòng)能量，人們采用了把各變頻裝置的直流側(cè)連接起來(lái)的方式。譬如當(dāng)一臺(tái)變頻器處于制動(dòng)而另一臺(tái)變頻器處于加速狀態(tài)，這樣能量可以互補(bǔ)。本文提出了一種通用變頻器在化工企業(yè)離心機(jī)中共直流母線的方案，并闡述了其在離心機(jī)上回饋單元的進(jìn)一步應(yīng)用。

　　該整流單元可以是不能逆變，也可以是可逆變的。前者能量通過(guò)外接制動(dòng)電阻消耗掉，后者可以充分地將直流母線上的多余能量直接反饋到電網(wǎng)中來(lái)，具有更好的節(jié)能、環(huán)保意義，缺點(diǎn)是價(jià)格比前者要高。

　　小變頻器公用大變頻器的直流母線，小變頻器不需接入電網(wǎng)，故也不需要整流模塊，大變頻器外接制動(dòng)電阻。

　　每個(gè)變頻單元均帶有整流、逆變回路并外接制動(dòng)電阻，直流母線相互連接起來(lái)。這種情形多用于各變頻單元功率接近的情況。解體后還可以獨(dú)立使用，互不影響。

　　a、共用直流母線可以大大減少制動(dòng)單元的重復(fù)配置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，經(jīng)濟(jì)可靠。

　　b、共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯(lián)儲(chǔ)能容量大，能減少電網(wǎng)的波動(dòng)。

　　d、各個(gè)變頻器在電網(wǎng)中產(chǎn)生的不同次諧波干擾可以互相抵消，減少電網(wǎng)的諧波畸變率。

　　2.1離心機(jī)控制系統(tǒng)介紹改造的離心機(jī)共12臺(tái)、每臺(tái)控制系統(tǒng)都是一樣。變頻器為艾默生EV2000系列22kW，恒轉(zhuǎn)矩型，回饋單元皆為加能的IPC-PF-1S回饋制動(dòng)單元，所有控制系統(tǒng)集中在一個(gè)配電室中。兩臺(tái)離心機(jī)共用一個(gè)GGD控制柜，限于篇幅只畫出其中四臺(tái)，其余八臺(tái)與此類似。系統(tǒng)圖如圖1所示。

　　當(dāng)離心機(jī)剎車時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí)，如果變頻器中沒(méi)采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升，此時(shí)電容的直流母線V時(shí)，制動(dòng)單元開(kāi)始工作，即回饋多余的電能到電網(wǎng)側(cè)，此時(shí)單臺(tái)變頻器直流母線V）以下，變頻器不至于報(bào)過(guò)電壓故障。單臺(tái)時(shí)變頻器制動(dòng)單元?jiǎng)x車時(shí)的電流曲線分種，測(cè)試儀器為FLUKE 43B 單相電能質(zhì)量分析儀，分析軟件為《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。

　　由此可見(jiàn)每次剎車時(shí)，制動(dòng)單元必然工作，最大電流達(dá)27A。而制動(dòng)單元的額定電流為45A。顯然制動(dòng)單元處于半載狀態(tài)。

　　3.1共直流母線的處置方法采用共用直流母線很重要的一點(diǎn)就是上電時(shí)必需充分考慮到變頻器的控制、傳動(dòng)故障、負(fù)載特性和輸入主回路維護(hù)等。該方案包括3相進(jìn)線（堅(jiān)持同一相位）、直流母線、通用變頻器組、公共制動(dòng)單元或能量回饋裝置和一些附屬元件。對(duì)于通用變頻器而言，圖3所示為在其中一種應(yīng)用比較廣泛的方案。選用第三種改造方案后的主電路系統(tǒng)圖如圖3，圖3中空氣開(kāi)關(guān)Q1至Q4是每個(gè)變頻器的進(jìn)線為每臺(tái)變頻器的上電接觸器。KMZ1至KMZ3為直流母線#離心機(jī)共用一個(gè)制動(dòng)單元，組成一組，3#、4#離心機(jī)共用一個(gè)制動(dòng)單元，組成一組，當(dāng)兩組都正常時(shí)可以并接在一起。同時(shí)也是基于現(xiàn)場(chǎng)操作工人的工作時(shí)序，1#、2#離心機(jī)不同時(shí)剎車，3#、4#離心機(jī)不同時(shí)剎車。正常工作時(shí)一般為兩臺(tái)離心機(jī)1#、3#為一組，2#、4#為一組，四臺(tái)離心機(jī)一般不會(huì)同時(shí)剎車。由于實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境往往會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的動(dòng)搖并發(fā)生高次諧波。也可用于增加電源阻抗并協(xié)助吸收附近設(shè)備投入工作時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰，從而最終維護(hù)變頻器的整流單元。每臺(tái)變頻器也可以使用進(jìn)線電抗器來(lái)有效地防止這些因素對(duì)變頻器的影響。本項(xiàng)目改造中由于原設(shè)備沒(méi)有裝進(jìn)線電抗器，故并沒(méi)有畫出進(jìn)線電抗器及其他諧波治理裝置。

　　控制線，四臺(tái)變頻器上電后，每臺(tái)變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好后，設(shè)置變頻器故障繼電器輸出端子的輸出選項(xiàng)為“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好”，只有變頻器上電，并且正常以后，才可以并接在一起，如任意一臺(tái)有故障，直流母線接觸器就不吸合。變頻器故障繼電器輸出端子

　　TA、TC為常開(kāi)觸點(diǎn)，上電后變頻器“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好”，各變頻器的TA、TC吸合，直流母線并聯(lián)接觸器依次吸合。否則接觸器就斷開(kāi)。

　?。?）通過(guò)連鎖接觸器來(lái)控制變頻器的DC共用母線）連鎖控制來(lái)保護(hù)掛在直流母線上的變頻器的電容單元。

　?。?) 變頻器故障后快速地與 DC 母線斷開(kāi)以進(jìn)一步縮小變頻器故障范圍。

　　當(dāng)一臺(tái)升速時(shí)，母線電壓降低，此時(shí)另一臺(tái)降速，直流母線V波動(dòng)，制動(dòng)單元在此時(shí)沒(méi)有開(kāi)啟，制動(dòng)單元一般工作的DC電壓為680V如圖5測(cè)試分析。

　　回饋制動(dòng)單元相比電阻能耗制動(dòng)本身就是一種節(jié)能的應(yīng)用，可是要求每臺(tái)變頻器需要?jiǎng)x車時(shí)配用一臺(tái)制動(dòng)單元。必然要求有幾臺(tái)變頻器就得配幾臺(tái)制動(dòng)單元，而制動(dòng)單元的價(jià)格和變頻器價(jià)格相差不大，工作持續(xù)率卻不是很高。共用直流母線變頻器驅(qū)動(dòng)在離心機(jī)上的廣泛應(yīng)用，較好的解決了當(dāng)一個(gè)變頻器升速，另一個(gè)變頻器剎車時(shí)，均衡了“一個(gè)吃不飽、一個(gè)吃的吐”，的問(wèn)題，該方案減少了制動(dòng)單元的重復(fù)設(shè)置，降低了工作次數(shù)的，也減少了對(duì)電網(wǎng)的干擾次數(shù)，提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在減少設(shè)備投入，增加設(shè)備使用率，節(jié)約設(shè)備、節(jié)能方面有特別重要的意義。

　　通用變頻器共用直流母線的廣泛應(yīng)用，較好的解決了電能消耗與電能回饋時(shí)間段不同步這個(gè)問(wèn)題，對(duì)減少設(shè)備投入、降低電網(wǎng)干擾和提高設(shè)備利用率有特別重要的意義。

　　[3] 杜金城．電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002．

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　　白獻(xiàn)剛（1979-） 男，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任職于石藥集團(tuán)維生藥業(yè)（石家莊）有限公司電氣管理。

    歐姆龍中過(guò)電流維護(hù)的目標(biāo)首要指帶有驟變性質(zhì)的、電流的峰值超過(guò)了歐姆龍變頻器的容許值的景象.因?yàn)槟孀兤鞑牡倪^(guò)載才能較差,所以歐姆龍變頻器的過(guò)電流維護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán),迄今為止,已開(kāi)展得非常完善.

    一、過(guò)電流的緣由

    1、作業(yè)中過(guò)電流 即拖動(dòng)體系在作業(yè)過(guò)程中呈現(xiàn)過(guò)電流.其緣由大致來(lái)自以下幾方面:

    ① 遇到?jīng)_擊負(fù)載,或傳動(dòng)組織呈現(xiàn)“卡住”表象,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電流的俄然添加.

    ② 歐姆龍變頻器的輸出側(cè)短路,如輸出端到電動(dòng)機(jī)之間的連接線發(fā)作彼此短路,或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)作短路等.

    ③ 歐姆龍變頻器自身作業(yè)的不正常,如逆變橋中同一橋臂的兩個(gè)逆變器材在不斷替換的作業(yè)過(guò)程中呈現(xiàn)異常。例如因?yàn)榄h(huán)境溫度過(guò)高，或逆變器材自身老化等緣由，使逆變器 材的參數(shù)發(fā)作變化，致使在替換過(guò)程中，一個(gè)器材現(xiàn)已導(dǎo)通、而另一個(gè)器材卻還未來(lái)得及關(guān)斷，導(dǎo)致同一個(gè)橋臂的上、下兩個(gè)器材的“直通”，使直流電壓的正、負(fù) 極間處于短路狀態(tài)。

    2、升速時(shí)過(guò)電流 當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時(shí)刻又設(shè)定得太短時(shí)，意味著在升速過(guò)程中，歐姆龍變頻器的作業(yè)效率上升太快，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速敏捷上升，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，結(jié)果是升速電流太大。

    3、降速中的過(guò)電流 當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而降速時(shí)刻設(shè)定得太短時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致過(guò)電流。因?yàn)?，降速時(shí)刻太短，同步轉(zhuǎn)速敏捷降低，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)載的慣性大，仍保持較高的轉(zhuǎn)速，這時(shí)相同可所以轉(zhuǎn)子繞組切開(kāi)磁力線的速度太大而發(fā)生過(guò)電流。

    二、處置辦法

    1、起動(dòng)時(shí)一升速就跳閘，這是過(guò)電流非常嚴(yán)峻的表象，首要查看

    ① 作業(yè)機(jī)械有沒(méi)有卡住

    ② 負(fù)載側(cè)有沒(méi)有短路，用查看對(duì)地有沒(méi)有短路

    ③ 歐姆龍變頻器功率模塊有沒(méi)有損壞

    ④ 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)小，拖動(dòng)體系轉(zhuǎn)不起來(lái)

    2、 起動(dòng)時(shí)不馬上跳閘，而在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中跳閘，首要查看

    ① 升速時(shí)刻設(shè)定太短，加長(zhǎng)加快時(shí)刻

    ② 減速時(shí)刻設(shè)定太短，加長(zhǎng)減速時(shí)刻

    ③ 轉(zhuǎn)矩抵償(U/F比)設(shè)定太大，導(dǎo)致低頻時(shí)空載電流過(guò)大

    ④ 整定不妥，動(dòng)作電流設(shè)定得太小，導(dǎo)致歐姆龍變頻器誤動(dòng)作。

變頻器故障分析

    變頻器由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動(dòng)及保護(hù)回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動(dòng)作及發(fā)生故障，或者無(wú)法滿足預(yù)期的運(yùn)行效果。為防患于未然，事先對(duì)故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析尤為重要。

    1、主回路常見(jiàn)故障分析

    主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見(jiàn)故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定，在回路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)選定了電容器的型號(hào)，所以內(nèi)部的溫度對(duì)電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會(huì)直接影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃，壽命減半。因此一方面在安裝時(shí)要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動(dòng)電流。采用改善功率因數(shù)的交流或直流電抗器可以減少脈動(dòng)電流，從而延長(zhǎng)電解電容器的壽命。

    在電容器維護(hù)時(shí)，通常以比較容易測(cè)量的靜電容量來(lái)判斷電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時(shí)，應(yīng)考慮更換電解電容器。

    2、主回路典型故障分析

    故障現(xiàn)象：變頻器在加速、減速或正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過(guò)電流跳閘。

    首先應(yīng)區(qū)分是由于負(fù)載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過(guò)歷史記錄查詢?cè)谔l時(shí)的電流，超過(guò)了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設(shè)定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應(yīng)考慮是否有過(guò)載或突變，如電機(jī)堵轉(zhuǎn)等。在負(fù)載慣性較大時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)加速時(shí)間，此過(guò)程對(duì)變頻器本身并無(wú)損壞。若跳閘時(shí)的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設(shè)定范圍內(nèi)，可判斷是IPM模塊或相關(guān)部分發(fā)生故障。首先可以通過(guò)測(cè)量變頻器的主回路輸出端子U、V、W， 分別與直流側(cè)的P、N端子之間的正反向電阻，來(lái)判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅(qū)動(dòng)電路出了故障。如果減速時(shí)IPM模塊過(guò)流或變頻器對(duì)地短路跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動(dòng)電路故障；而加速時(shí)IPM模塊過(guò)流，則是下半橋的模塊或其驅(qū)動(dòng)電路部分故障，發(fā)生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進(jìn)入變頻器內(nèi)部或環(huán)境潮濕引起。

    3、控制回路故障分析

    控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器，其原理與前述相同，但這里的電容器中通過(guò)的脈動(dòng)電流，是基本不受主回路負(fù)載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時(shí)間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過(guò)測(cè)量靜電容量來(lái)判斷劣化情況比較困難，一般根據(jù)電容器環(huán)境溫度以及使用時(shí)間，來(lái)推算是否接近其使用壽命。

    電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動(dòng)電路和表面操作顯示板以及風(fēng)扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開(kāi)關(guān)電源部分損壞，風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過(guò)觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。

    邏輯控制電路板是變頻器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規(guī)模集成電路，具有很高的可靠性，本身出現(xiàn)故障的概率很小，但有時(shí)會(huì)因開(kāi)機(jī)而使全部控制端子同時(shí)閉合，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)EEPROM故障，這只要對(duì)EEPROM重新復(fù)位就可以了。

    IPM電路板包含驅(qū)動(dòng)和緩沖電路，以及過(guò)電壓、缺相等保護(hù)電路。從邏輯控制板來(lái)的PWM信號(hào)，通過(guò)光耦合將電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入IPM模塊，因而在檢測(cè)模快的同時(shí)，還應(yīng)測(cè)量IPM模塊上的光耦。

    4、冷卻系統(tǒng)

    冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風(fēng)扇。其中冷卻風(fēng)扇壽命較短，臨近使用壽命時(shí)，風(fēng)扇產(chǎn)生震動(dòng)，噪聲增大最后停轉(zhuǎn)，變頻器出現(xiàn)IPM過(guò)熱跳閘。冷卻風(fēng)扇的壽命受陷于軸承，大約為10000～35000 h。當(dāng)變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要2～3年更換一次風(fēng)扇或軸承。為了延長(zhǎng)風(fēng)扇的壽命，一些產(chǎn)品的風(fēng)扇只在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)而不是電源開(kāi)啟時(shí)運(yùn)行。

    5、外部的電磁感應(yīng)干擾

    如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過(guò)輻射或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正?；蛲C(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有：變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過(guò)20 cm；盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主回路分離；變頻器控制回路配線絞合節(jié)距離應(yīng)在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距；變頻器距離電動(dòng)機(jī)很遠(yuǎn)時(shí)（超過(guò)100 m），這時(shí)一方面可加大導(dǎo)線截面面積，保證線路壓降在2%以內(nèi)，同時(shí)應(yīng)加裝變頻器輸出電抗器，用來(lái)補(bǔ)償因長(zhǎng)距離導(dǎo)線產(chǎn)生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行接地，必須在專用接地點(diǎn)可靠接地，不能同電焊、動(dòng)力接地混用；變頻器輸入端安裝無(wú)線電噪聲濾波器，減少輸入高次諧波，從而可降低從電源線到電子設(shè)備的噪聲影響；同時(shí)在變頻器的輸出端也安裝無(wú)線電噪聲濾波器，以降低其輸出端的線路噪聲。

    6、安裝環(huán)境

    變頻器屬于電子器件裝置，在其說(shuō)明書中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下，若確實(shí)無(wú)法滿足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，對(duì)于振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應(yīng)采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件銹蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應(yīng)對(duì)控制板進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。

    除上述幾點(diǎn)外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇也是非常必要的。對(duì)于特殊的高寒場(chǎng)合，為防止微處理器因溫度過(guò)低不能正常工作，應(yīng)采取設(shè)置空氣加熱器等必要措施。

    7、電源異常

    電源異常大致分以下3種，即缺相、低電壓、停電，有時(shí)也出現(xiàn)它們的混合形式。這些異?，F(xiàn)象的主要原因，多半是輸電線路因風(fēng)、雪、雷擊造成的，有時(shí)也因?yàn)橥还╇娤到y(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)對(duì)地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節(jié)有很大差異。除電壓波動(dòng)外，有些電網(wǎng)或自行發(fā)電的單位，也會(huì)出現(xiàn)頻率波動(dòng)，并且這些現(xiàn)象有時(shí)在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)變頻器供電電源也提出相應(yīng)要求。