對于連續(xù)運行的,可以從外部目視檢查運行狀態(tài)。定期對變頻器進行巡視檢查,檢查變頻器運行時是否有異?,F(xiàn)象。變頻器維修中通常應作如下檢查:
1、環(huán)境溫度是否正常,要求在-10~+40攝氏度范圍內(nèi),以25攝氏度左右為好;
2、變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數(shù)據(jù)是否正常;
3、顯示面板上顯示的字符是否清楚,是否缺少字符;
4、用測溫儀器檢測變頻器是否過熱,是否有異味;
5、變頻器風扇運轉(zhuǎn)是否正常,有無異常,散熱風道是否通暢;
6、變頻器運行中是否有故障報警顯示;
7、變頻器維修時檢查變頻器交流輸入電壓是否超過最大值。極限是418福特,如果主電路外加輸入電壓超過極限,即使變頻器沒運行,也會對變頻器線路板造成損壞。
過電壓現(xiàn)象在在調(diào)試與使用過程中經(jīng)常會遇到。過電壓產(chǎn)生后,變頻器為了防止內(nèi)部電路損壞,其過電壓保護功能將動作,使變頻器停止運行,導致設備無法正常工作。因此必須采取措施消除過電壓,防止故障的發(fā)生。由于變頻器與電機的應用場合不同,產(chǎn)生過電壓的原因也不相同,所以應根據(jù)具體情況采取相應的對策。
一、過電壓的產(chǎn)生與再生制動
所謂變頻器的過電壓,是指由于種種原因造成的變頻器電壓超過額定電壓,集中表現(xiàn)在變頻器直流母線的直流電壓上。正常工作時,變頻器直流部電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計算,則平均直流電壓Ud=1.35U線=513V。
在過電壓發(fā)生時,直流母線上的儲能將被充電,當電壓上升至700V左右時,(因機型而異)變頻器過電壓保護動作。造成過電壓的原因主要有兩種:過電壓和再生過電壓。電源過電壓是指因電源電壓過高而使直流母線電壓超過額定值。而現(xiàn)在大部分變頻器的輸入電壓最高可達460V,因此,電源引起的過電壓極為少見。
本文主要討論的問題是再生過電壓。產(chǎn)生再生過電壓主要有以下原因:當大GD2(飛輪力矩)負載減速時變頻器減速時間設定過短;電機受外力影響(風機、牽伸機)或位能負載(、起重機)下放。由于這些原因,使電機實際轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速,也就是說,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速,這時電機的轉(zhuǎn)差率為負,轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與狀態(tài)時相反,其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為阻礙旋轉(zhuǎn)方向的制動轉(zhuǎn)矩。所以電動機實際上處于發(fā)電狀態(tài),負載的動能被“再生”成為電能。
再生能量經(jīng)逆變部續(xù)流對變頻器直流儲能充電,使直流母線電壓上升,這就是再生過電壓。因再生過電壓的過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反,為制動轉(zhuǎn)矩,因此再生過電壓的過程也就是再生制動的過程。換句話說,消除了再生能量,也就提高了制動轉(zhuǎn)矩。如果再生能量不大,因變頻器與電機本身具有20%的再生制動能力,這部分電能將被變頻器及電機消耗掉。若這部分能量超過了變頻器與電機的消耗能力,直流回路的電容將被過充電,變頻器的過電壓保護功能動作,使運行停止。為避免這種情況的發(fā)生,必須將這部分能量及時的處理掉,同時也提高了制動轉(zhuǎn)矩,這就是再生制動的目的。
二、過電壓的防止措施
由于過電壓產(chǎn)生的原因不同,因而采取的對策也不相同。對于在停車過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象,如果對停車時間或位置無特殊要求,那么可以采用延長變頻器減速時間或自由停車的方法來解決。所謂自由停車即變頻器將主開關器件斷開,讓電機自由滑行停止。
如果對停車時間或停車位置有一定的要求,那么可以采用直流制動(DC制動)功能。直流制動功能是將電機減速到一定頻率后,在電機定子繞組中通入直流電,形成一個靜止的磁場。電機轉(zhuǎn)子繞組切割這個磁場而產(chǎn)生一個制動轉(zhuǎn)矩,使負載的動能變成電能以熱量的形式消耗于電機轉(zhuǎn)子回路中,因此這種制動又稱作能耗制動。在直流制動的過程中實際上包含了再生制動與能耗制動兩個過程。這種制動方法效率僅為再生制動的30-60%,制動轉(zhuǎn)矩較小。由于將能量消耗于電機中會使電機過熱,所以制動時間不宜過長。而且直流制動開始頻率,制動時間及制動電壓的大小均為人工設定,不能根據(jù)再生電壓的高低自動調(diào)節(jié),因而直流制動不能用于正常運行中產(chǎn)生的過電壓,只能用于停車時的制動。
對于減速(從高速轉(zhuǎn)為低速,但不停車)時因負載的GD2(飛輪轉(zhuǎn)矩)過大而產(chǎn)生的過電壓,可以采取適當延長減速時間的方法來解決。其實這種方法也是利用再生制動原理,延長減速時間只是控制負載的再生電壓對變頻器的充電速度,使變頻器本身的20%的再生制動能力得到合理利用而已。至于那些由于外力的作用(包括位能下放)而使電機處于再生狀態(tài)的負載,因其正常運行于制動狀態(tài),再生能量過高無法由變頻器本身消耗掉,因此不可能采用直流制動或延長減速時間的方法。
再生制動與直流制動相比,具有較高的制動轉(zhuǎn)矩,而且制動轉(zhuǎn)矩的大小可以跟據(jù)負載所需的制動力矩(即再生能量的高低)由變頻器的制動單元自動控制。因此再生制動較為適用于在正常工作過程中為負載提供制動轉(zhuǎn)矩。
三、再生制動的方法:
1.能量消耗型:
這種方法是在變頻器直流回路中并聯(lián)一個制動電阻,通過檢測直流母線電壓來控制一個功率管的通斷。在直流母線電壓上升至700V左右時,功率管導通,將再生能量通入電阻,以熱能的形式消耗掉,從而防止直流電壓的上升。(http://www.diangon.com版權所有)由于再生能量沒能得到利用,因此屬于能量消耗型。同為能量消耗型,它與直流制動的不同點是將能量消耗于電機之外的制動電阻上,電機不會過熱,因而可以較頻繁的工作。
2.并聯(lián)直流母線吸收型:
適用于多電機傳動系統(tǒng)(如牽伸機),在這個系統(tǒng)中,每臺電機均需一臺變頻器,多臺變頻器共用一個網(wǎng)側(cè)變流器,所有的逆變部并接在一條共用直流母線上。這種系統(tǒng)中往往有一臺或數(shù)臺電機正常工作于制動狀態(tài),處于制動狀態(tài)的電機被其它電動機拖動,產(chǎn)生再生能量,這些能量再通過并聯(lián)直流母線被處于電動狀態(tài)的電機所吸收。在不能完全吸收的情況下,則通過共用的制動電阻消耗掉。這里的再生能量部分被吸收利用,但沒有回饋到電網(wǎng)中。
3.能量回饋型:
能量回饋型的變頻器網(wǎng)側(cè)變流器是可逆的,當有再生能量產(chǎn)生時,可逆變流器將再生能量回饋給電網(wǎng),使再生能量得到完全利用。但這種方法對電源的穩(wěn)定性要求較高,一旦突然停電,將發(fā)生逆變顛覆。
四、再生制動的應用
一條化纖長絲牽伸生產(chǎn)線,由三臺牽伸機組成,分別由三臺電機驅(qū)動。一輥電機功率22KW、4極,采用蝸桿減速器,速比為25:1;二輥電機功率37KW、4極,蝸桿減速器,速比16:1;三輥電機功率45KW,采用圓柱齒輪減速器,速比6:1。電機分別采用華為TD2000-22KW三墾IHF37K,45K變頻器驅(qū)動。三臺變頻器根據(jù)牽伸比及速比采用比例控制。它的工作過程是這樣的:絲束繞在一輥、二輥、三輥上,由變頻器控制三輥之間不同的速度對絲束進行牽伸。
開車調(diào)試時因牽伸比小,絲束總旦較低,系統(tǒng)開車正常。在投產(chǎn)一段時間后,由于工藝調(diào)整,增大了牽伸比及絲束總旦,(牽伸比由工藝決定,總旦通俗的說,就是絲束的粗細及根數(shù)多少,總旦越高,絲束越粗。牽伸倍數(shù)或總旦越大,三輥對二輥、一輥的拖力越大。)這時出現(xiàn)了問題。開車時間不長,一輥變頻器頻繁顯示SC(過電壓防止),
二輥變頻器偶爾也有這種現(xiàn)象。時間稍長,一輥變頻器保護停機,故障顯示E006(過電壓)。通過對故障現(xiàn)象進行仔細的分析,得出以下結論:由于一輥與二輥之間的牽伸比占總牽伸倍數(shù)的70%,而二輥、三輥電機功率均大于一輥,因此一輥電機實際工作于發(fā)電狀態(tài),它必須產(chǎn)生足夠的制動力矩,才能保證牽伸倍數(shù)。二輥則根據(jù)工藝狀況工作于電動與制動狀態(tài)之間,只有三輥為電動狀態(tài)。
也就是說,一輥變頻器若不能將電機產(chǎn)生的再生能量處理掉,它就不能產(chǎn)生足夠的制動力矩,那么將會被二輥“拖跑”。被“拖跑”的主要原因在于變頻器為防止過電壓跳閘而采取的自動提高輸出頻率的功能(即“SC”失速防止功能)。
變頻器為了降低再生能量,將會自動增加電機轉(zhuǎn)速,試圖降低再生電壓,但是因再生能量過高,所以并不能阻止過電壓的發(fā)生。因此,問題的焦點是必須保證一輥、二輥電機具有足夠的制動力矩。增加一輥、二輥電機及變頻器容量可以達到這個目的,但這顯然是不經(jīng)濟的。而將一輥、二輥產(chǎn)生的過電壓及時處理掉,不讓變頻器的直流電壓升高,也能夠提供足夠的制動力矩。
由于在系統(tǒng)設計時未考慮到這點,采用共用直流母線吸收型或能量回饋型的方法已不可能。經(jīng)仔細論證,只有采用將一輥、二輥變頻器各增加一組外接制動單元的方案。經(jīng)計算選用了兩組華為TDB-4C01-0300制動組件。開車后兩組制動單元電阻尤其是一輥制動阻工作頻率非常之高,說明我們的分析是正確的。整個系統(tǒng)運行近一年,再也沒有發(fā)生過過電壓現(xiàn)象。
變頻器(Variable-frequencyDrive,VFD)是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元、微處理單元等組成。
一直都聽別人說變頻器能省電,說的人多了也就接受了,但一直沒弄懂變頻器為什么能省電,同時又能省多少,是高頻省的多還是低頻省的多?
而且還有如下幾個疑問:
1、如果兩個一模一樣的電機都工作在50HZ的工頻狀態(tài)下,一個使用變頻器,一個沒有,同時轉(zhuǎn)速和扭矩都在電機的額定狀態(tài)下,那么變頻器還能省電嗎?能省多少呢?
2、如果這兩個電機的扭矩沒有達到電機的額定扭矩狀態(tài)下工作(頻率,轉(zhuǎn)速還是一樣50HZ),有變頻器的那個能省多少電?
3、同樣的條件,空載狀態(tài)下能省多少,這三種狀態(tài)下哪個省的更多?
答:變頻器可以省電這是不可磨滅的事實,在某些情況下可以節(jié)電40%以上,但是某些情況還會比不接變頻器浪費!
變頻器是通過輕負載降壓實現(xiàn)節(jié)能的,拖動轉(zhuǎn)距負載由于轉(zhuǎn)速沒有多大變化,即便是降低電壓,也不會很多,所以節(jié)能很微弱,但是用在風機環(huán)境就不同了,當需要較小的風量時刻,電機會降低速度,我們知道風機的耗能跟轉(zhuǎn)速的1.7次方成正比,所以電機的轉(zhuǎn)距會急劇下降,節(jié)能效果明顯。如果我們用在油井上,就會因為在返程使用制動電阻白白浪費很多電能反而更廢電。
當然,如果環(huán)境要求必須調(diào)速,變頻器節(jié)能效果還是比較明顯的。不調(diào)速的場合變頻器不會省電,只能改善功率因數(shù)。
1、如果兩個一模一樣的電機都工作在50HZ的工頻狀態(tài)下,一個使用變頻器,一個沒有,同時轉(zhuǎn)速和扭矩都在電機的額定狀態(tài)下,那么變頻器還能省電嗎?能省多少呢?
答:對于這種情況,變頻器只能改善功率因數(shù),并不能節(jié)省電力。
2、如果這兩個電機的扭矩沒有達到電機的額定扭矩狀態(tài)下工作(頻率,轉(zhuǎn)速還是一樣50HZ),有變頻器的那個能省多少電?
答:如果使用了自動節(jié)能運行,這個時刻變頻器能降壓運行,可以節(jié)省部分電能,但是節(jié)電不明顯。
3、同樣的條件,空載狀態(tài)下能省多少,這三種狀態(tài)下哪個省的更多?
答:拖動型負載空載狀態(tài)也節(jié)省不了多大的電能。
比如關于“閉環(huán)控制”如是說。我認為有討論的空間。文中的閉環(huán)概念太狹義了。閉環(huán)控制不僅僅是轉(zhuǎn)速傳感器反饋才算數(shù)。矢量控制時的頻率控制就是閉環(huán)控制,而且是裝置內(nèi)部的閉環(huán)控制,V/F控制才屬于開環(huán)控制,另外還有溫度、壓力、流量等等物理量的PID調(diào)節(jié)器反饋控制,都是閉環(huán)控制的范疇。而且都是可以通過變頻器調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。不應該將閉環(huán)控制概念解釋得那么窄。
再比如,制動的概念。
1.變頻不是到處可以省電,有不少場合用變頻并不一定能省電。
2.作為電子電路,變頻器本身也要耗電(約額定功率的3-5%)。
3.變頻器在工頻下運行,具有節(jié)電功能,是事實。但是他的前提條件是:第一,大功率并且為風機/泵類負載;第二,裝置本身具有節(jié)電功能(軟件支持);第三,長期連續(xù)運行。這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個條件。
除此之外,無所謂節(jié)不節(jié)電,沒有什么意義。如果不加前提條件的說變頻器工頻運行節(jié)能,就是夸大或是商業(yè)炒作。知道了原委,你會巧妙的利用他為你服務。一定要注意使用場合和使用條件才好正確應用,否則就是盲從、輕信而“受騙上當”。
4.采用變頻器運轉(zhuǎn)時,電機的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩怎樣?
采用變頻器運轉(zhuǎn),隨著電機的加速相應提高頻率和電壓,起動電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機種不同,為125%~200%)。用工頻電源直接起動時,起動電流為6~7倍,因此,將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍,起動轉(zhuǎn)矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩;對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器(公眾號:泵管家),起動轉(zhuǎn)矩為100%以上,可以帶全負載起動。
5.在同一工廠內(nèi)大型電機一起動,運轉(zhuǎn)中變頻器就停止,這是為什么?
電機起動時將流過和容量相對應的起動電流,電機定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降,電機容量大時此壓降影響也大,連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷,因而有時保護功能(IPE)動作,造成停止運轉(zhuǎn)。
6.裝設變頻器時安裝方向是否有限制。
變頻器內(nèi)部和背面的結構考慮了冷卻效果的,上下的關系對通風也是重要的,因此,對于單元型在盤內(nèi)、掛在墻上的都取縱向位,盡可能垂直安裝。
7.不采用軟起動,將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以?
在很低的頻率下是可以的,但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流(6~7倍額定電流),由于變頻器切斷過電流,電機不能起動。
8.電機超過60Hz運轉(zhuǎn)時應注意什么問題?
(1)機械和裝置在該速下運轉(zhuǎn)要充分可能(機械強度、噪聲、振動等)。
(2)電機進入恒功率輸出范圍,其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作(風機、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加,所以轉(zhuǎn)速少許升高時也要注意)。
(3)產(chǎn)生軸承的壽命問題,要充分加以考慮。
(4)對于中容量以上的電機特別是2極電機,在60Hz以上運轉(zhuǎn)時要與廠家仔細商討。
9.變頻器可以傳動齒輪電機嗎?
根據(jù)減速機的結構和潤滑方式不同,需要注意若干問題。在齒輪的結構上通??煽紤]70~80Hz為最大極限,采用油潤滑時,在低速下連續(xù)運轉(zhuǎn)關系到齒輪的損壞等。
10.變頻器能用來驅(qū)動單相電機嗎?可以使用單相電源嗎?
機基本上不能用。對于調(diào)速器開關起動式的單相電機,在工作點以下的調(diào)速范圍時將燒毀輔助繞組;對于電容起動或電容運轉(zhuǎn)方式的,將誘發(fā)電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相,但對于小容量的,也有用單相電源運轉(zhuǎn)的機種。
11.變頻器本身消耗的功率有多少?
它與變頻器的機種、運行狀態(tài)、使用頻率等有關,但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%,據(jù)此可推算損耗,但內(nèi)藏再生制動式(FR-K)變頻器,如果把制動時的損耗也考慮進去,功率消耗將變大,對于操作盤設計等必須注意。
12.為什么不能在6~60Hz全區(qū)域連續(xù)運轉(zhuǎn)使用?
一般電機利用裝在軸上的外扇或轉(zhuǎn)子端環(huán)上的葉片進行冷卻,若速度降低則冷卻效果下降,因而不能承受與高速運轉(zhuǎn)相同的發(fā)熱,必須降低在低速下的負載轉(zhuǎn)矩,或采用容量大的變頻器與電機組合,或采用專用電機。
13.使用帶制動器的電機時應注意什么?
制動器勵磁回路電源應取自變頻器的輸入側(cè)。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作,將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動器動作。
14.想用變頻器傳動帶有改善功率因數(shù)用電容器的電機,電機卻不動,清說明原因
變頻器的電流流入改善功率因數(shù)用的電容器,由于其充電電流造成變頻器過電流(OCT),所以不能起動,作為對策,請將電容器拆除后運轉(zhuǎn),甚至改善功率因數(shù),在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的。
15.變頻器的壽命有多久?
變頻器雖為靜止裝置,但也有像濾波電容器、冷卻風扇那樣的消耗器件,如果對它們進行定期的維護,可望有10年以上的壽命。
節(jié)能降耗是制造業(yè)永恒的目標和宗旨,但對于工業(yè)企業(yè),應該了解在哪些情況下應該使用變頻器,哪些場合不適宜使用變頻器,以及綜合考慮變頻器的配置總量,變頻器過多配置帶來的諧波危害已成為共識。因此要合理使用變頻器,從而真正實現(xiàn)節(jié)能降耗以及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。