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變頻器選型、設(shè)計(jì)、故障分析

選型

?1)?采用變頻的目的;恒壓控制或恒流控制等。

?2)?變頻器的負(fù)載類型;如葉片泵或容積泵等,特別注意負(fù)載的性能曲線,性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。

3)?變頻器與負(fù)載的匹配問題;

I.電壓匹配;變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。

II.?電流匹配;普通的離心泵,變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù),以最大電流確定變頻器電流和過載能力。

III.轉(zhuǎn)矩匹配;這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。

4)?在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí),由于高速電機(jī)的電抗小,高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型,其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。

5)?變頻器如果要長電纜運(yùn)行時(shí),此時(shí)要采取措施抑制長電纜對(duì)地耦合電容的影響,避免變頻器出力不足,所以在這樣情況下,變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

6)?對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,如高溫,高海拔,此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容,變頻器容量要放大一擋。

控制原理圖設(shè)計(jì)

?1)?首先確認(rèn)變頻器的安裝環(huán)境;

?I.工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件,極易受到工作溫度的影響,產(chǎn)品一般要求為0~55℃,但為了保證工作安全、可靠,使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地,最好控制在40℃以下。在控制箱中,變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部,并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求,絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。

?II.?環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時(shí),變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象,其絕緣性能就會(huì)大大降低,甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí),必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間,一般水汽都比較重,如果溫度變化大的話,這個(gè)問題會(huì)比較突出。

?III.腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大,不僅會(huì)腐蝕元器件的引線、印刷電路板等,而且還會(huì)加速塑料器件的老化,降低絕緣性能。

IV.?振動(dòng)和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊時(shí),會(huì)引起電氣接觸不良。淮安熱電就出現(xiàn)這樣的問題。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外,還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。

V.?電磁波干擾。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(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此,柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng),應(yīng)該選用金屬外殼,屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地,除此之外,各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜,且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾,往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法工作,導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。

?2)變頻器和電機(jī)的距離確定電纜和布線方法;

I.變頻器和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對(duì)地電容,減少干擾的發(fā)射源。

II.?控制電纜選用屏蔽電纜,動(dòng)力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏蔽。

III.電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線,其最小距離為500mm。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長距離平行走線,這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉,應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號(hào)線與主回路線分開走線,即使在控制柜中也要如此。

IV.?與變頻器有關(guān)的模擬信號(hào)線最好選用屏蔽雙絞線,動(dòng)力電纜選用屏蔽的三芯電纜(其規(guī)格要比普通電機(jī)的電纜大檔)或遵從變頻器的用戶手冊(cè)。

3)?變頻器控制原理圖;

I.主回路:電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備,需要根據(jù)變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器;濾波器是安裝在變頻器的輸出端,減少變頻器輸出的高次諧波,當(dāng)變頻器到電機(jī)的距離較遠(yuǎn)時(shí),應(yīng)該安裝濾波器。雖然變頻器本身有各種保護(hù)功能,但缺相保護(hù)卻并不完美,斷路器在主回路中起到過載,缺相等保護(hù),選型時(shí)可按照變頻器的容量進(jìn)行選擇??梢杂米冾l器本身的過載保護(hù)代替熱繼電器。

II.?控制回路:具有工頻變頻的手動(dòng)切換,以便在變頻出現(xiàn)故障時(shí)可以手動(dòng)切工頻運(yùn)行,因輸出端不能加電壓,固工頻和變頻要有互鎖。

4)?變頻器的接地;

變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好,接地導(dǎo)線的截面不小于4mm,長度不超過?5m。變頻器的接地應(yīng)和動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開,不能共地。信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端,另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。

控制柜設(shè)計(jì)

變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部,控制柜在設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下問題:

1)?散熱問題:

變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主,約占98%,控制電路占2%。為了保證變頻器正??煽窟\(yùn)行,必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱我們通常采用風(fēng)扇散熱;變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走,若風(fēng)扇不能正常工作,應(yīng)立即停止變頻器運(yùn)行;大功率的變頻器還需要在控制柜上加風(fēng)扇,控制柜的風(fēng)道要設(shè)計(jì)合理,所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng),排風(fēng)通暢,避免在柜中形成渦流,在固定的位置形成灰塵堆積;根據(jù)變頻器說明書的通風(fēng)量來選擇匹配的風(fēng)扇,風(fēng)扇安裝要注意防震問題。

?2)?電磁干擾問題:
I.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(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾,而且會(huì)產(chǎn)生高次諧波,這種高次諧波會(huì)通過供電回路進(jìn)入整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò),從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個(gè)系統(tǒng)25%以上,需要考慮控制電源的抗干擾措施。

II.當(dāng)系統(tǒng)中有高頻沖擊負(fù)載如電焊機(jī)、電鍍電源時(shí),變頻器本身會(huì)因?yàn)楦蓴_而出現(xiàn)保護(hù),則考慮整個(gè)系統(tǒng)的電源質(zhì)量問題。

3)?防護(hù)問題需要注意以下幾點(diǎn):

I.防水防結(jié)露:如果變頻器放在現(xiàn)場(chǎng),需要注意變頻器柜上方不的有管道法蘭或其他漏點(diǎn),在變頻器附近不能有噴濺水流,總之現(xiàn)場(chǎng)柜體防護(hù)等級(jí)要在IP43以上。

II.?防塵:所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)阻隔絮狀雜物進(jìn)入,防塵網(wǎng)應(yīng)該設(shè)計(jì)為可拆卸式,以方便清理,維護(hù)。防塵網(wǎng)的網(wǎng)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況確定,防塵網(wǎng)四周與控制柜的結(jié)合處要處理嚴(yán)密。

III.防腐蝕性氣體:在化工行業(yè)這種情況比較多見,此時(shí)可以將變頻柜放在控制室中。

接線規(guī)范

信號(hào)線與動(dòng)力線必須分開走線:使用模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制變頻器時(shí),為了減少模擬量受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾,請(qǐng)將控制變頻器的信號(hào)線與強(qiáng)電回路(主回路及順控回路)分開走線。距離應(yīng)在30cm以上。即使在控制柜內(nèi),同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信號(hào)與變頻器之間的控制回路線最長不得超過?50m。

信號(hào)線與動(dòng)力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部:連接PLC和變頻器的信號(hào)線如果不放置在金屬管道內(nèi),極易受到變頻器和外部設(shè)備的干擾;同時(shí)由于變頻器無內(nèi)置的電抗器,所以變頻器的輸入和輸出級(jí)動(dòng)力線對(duì)外部會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的干擾,因此放置信號(hào)線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處,以保證信號(hào)線與動(dòng)力線的徹底分開。

1)?模擬量控制信號(hào)線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線,電線規(guī)格為0.75mm2。在接線時(shí)一定要注意,電纜剝線要盡可能的短(5-7mm左右),同時(shí)對(duì)剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來,以防止屏蔽線與其它設(shè)備接觸引入干擾。

2)?為了提高接線的簡易性和可靠性,推薦信號(hào)線上使用壓線棒端子。

參數(shù)設(shè)置

變頻器的設(shè)定參數(shù)多,每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍,使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng),導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。

控制方式:即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后,一般要根據(jù)控制精度,需要進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。

最低運(yùn)行頻率:即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速,電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí),其散熱性能很差,電機(jī)長時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下,會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而且低速時(shí),其電纜中的電流也會(huì)增大,也會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。

最高運(yùn)行頻率:一般的變頻器最大頻率到60Hz,有的甚至到400 Hz,高頻率將使電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn),這對(duì)普通電機(jī)來說,其軸承不能長時(shí)間的超額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行,電機(jī)的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力。

載波頻率:載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大,這和電纜的長度,電機(jī)發(fā)熱,電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。

電機(jī)參數(shù):變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率,這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。

跳頻:在某個(gè)頻率點(diǎn)上,有可能會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象,特別在整個(gè)裝置比較高時(shí);在控制壓縮機(jī)時(shí),要避免壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)。

常見故障分析

1) 過流故障:過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均,輸出短路等原因引起的。這時(shí)一般可通過延長加減速時(shí)間、減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查。如果斷開負(fù)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?!?/p>

2) 過載故障:過載故障包括變頻過載和電機(jī)過載。其可能是加速時(shí)間太短,電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時(shí)間、延長制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等。負(fù)載過重,所選的電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載,也可能是由于機(jī)械潤滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器;如后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。

3) 欠壓:說明變頻器電源輸入部分有問題,需檢查后才可運(yùn)行.

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