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變頻器資訊

通用變頻器應用的常見錯誤與對策

點擊次數:??更新時間:2017-08-12 11:52??【打印此頁】??【關閉

本文通過兩例變頻器故障的分析處理,對變頻器應用及其外圍電路設計中存在的錯誤進行了分析,闡述了故障的處理方法及注意事項。 
  交流變頻速以其節能顯著、保護完善、控制性能好、過載能力強、使用維護方便等特點,迅速發展起來,已成為電動機調速的主潮流。變頻調速在我國已進入推廣應用階段。然而由于認識上的局限,人們在VVVF(變頻變壓)變頻器的實際應用中還存在許多錯誤。怎樣結合生產工藝要求正確使用變頻器并使其充分發揮效益,已成人們關注的焦點。現結合工程應用中的故障實例,對變頻器在應用中普遍存在的問題進行分析。

  一、故障實例

  1. 誤操作故障

  山東鋁業公司水泥廠7#水泥回轉窯篦式冷卻機設計選用兩臺Y250M-830kW電動機分別傳動兩級篦床,變頻調速控制,其控制原理如圖1所示。圖中VVVF是日產富士FRNO37P7-4EX57kVA通用變頻頻器,裝于低壓配電室內,其電源接觸器及運轉命令上冷卻機現場和控制室兩地操作,KA是篦冷機與破碎機聯鎖觸點。變頻器系統試車時,因工藝需要,操作人員在主控室操作SB4斷開變頻器電源接觸器KM,使處于集中控制的篦冷機停車。重新開車時,兩臺變頻器均進入OH2(外部故障)閉鎖狀態,故障歷史查詢顯示OH2和LU(低電壓),檢查端子THR隨聯接良好,電源電壓正常,按RESET鍵復位無效,測量主電路直流電壓為518V。經分析故障前篦冷機工作于集中控制狀態,參與系統聯鎖,操作員停變頻器電源實現停車時,計算機進行內部數據讀操作并獲取正轉指令,但此時主回路直流電壓尚未建立,CPU檢測后封鎖輸出,發出OH2故障信號,因此,導致故障的真正原因是錯誤操作,而非現場技術人員認為的由電源接觸器頻繁起動變頻器所致。故障原因明確以后,針對現場情況規定了操作程序,開停車使用控制室內的S2(集中控制時)或SB5、SB6開停車按鈕,將集中控制室內變頻器電源接觸器控制按鈕SB3、SB4用膠帶貼封,僅當停機檢修時啟用,以避免誤操作現象出現,系統運行正常。

圖1

  2. 使用條件造成的故障

  一家油田某采區所用的九臺變頻器在短期內燒毀三臺,故障都是變頻器控制的變壓器燒毀導致主板等部件損壞。據了解,該地區電網電壓有時高達480V,遠超過手冊規定的+10%的電壓上限,使絕緣裕度較小的控制變壓器燒毀。這是一個變頻器用于嚴重過壓條件下而損壞的曲型事例。因此,使用變頻器時,應對使用現場的電網質量、環境溫度、粉塵、干擾等條件認真調查,外部條件不能滿足要求時應采取有效措施加以解決。

  二、變頻器應用中的常見問題及處理方法

  1. 變頻器電源開關的設置與控制

  變頻器用戶手冊規定,在電源與主電路端子之間,一定要接一個開關,這是為了確保檢修安全。對這一點,一般用戶能夠按手冊要求做。但容易忽視的是手冊還建議在開關后裝設電磁接觸器,其目的是在變頻器進入故障保護狀態時能及時切斷電源,防止故障擴散。在實際使用中,有的用戶沒有安裝,有的使用不合理;如圖1方案中電源接觸器僅被用來實現遠地停送電及變頻器的過負荷保護;有些方案則僅用于起、停電動機。這都是不恰當的。由于變頻器價格較高,使用時應在電源接觸器控制回路中串接變頻器故障報警接觸器動斷觸點控制回路中串接變頻器故障報警接鏈接觸器動斷觸點(如富士P7/G7系列的B30、C30觸點),這對大容量變頻器尤為重要。
變頻器電源進線端一定要裝設開關,使用中宜優選刀熔開關,該開關有明顯的斷點,集電源開關、隔離開關、應急開關和是路保護于一體,性能優于目前采用較多的單一熔斷器、刀開關或自動空氣開關等方案。對大容量變頻器應選配快速熔斷器以保護整流模塊。

  變頻器電源側設置接觸器應選配快速熔斷器以保護整流模塊。變頻器電源側設置接觸器并參與故障聯鎖時,應將控制電源輔助輸入端子接于接觸器前,以保證變頻器主電路斷電后,故障顯示和集中報警輸出信號得以保持,便于實現故障檢索及診斷。

  2. 不應用電源側接觸器頻繁起、停電動機

  實際應用中,有許多控制方案設置外圍電路控制電源側接觸器實現系統軟起動特性,圖2是某雜志一篇文章推薦的日產三墾(SANKEK)變頻器的控制方案。由圖可知,該方案電動機起動時按SB2,其觸點閉合,KA1得電,其動合觸點分別發出變頻器運行和時間繼電器KT的激勵命令,KT延時斷開動合觸點提供繼電器KA2激勵命令,KA2動合觸點控制KM吸合,變頻器得電起動電動機。停車時按SB1發出停車命令,KA1斷電,其動合觸點復位,取消運行命令并使KT斷電,KT動合觸點延時20s復位,電源接觸器KM斷電,,實現當KM起動時,先閉合KA1,停止時先斷開KA1的辦法,可達到起動、停止軟特性,從而避免電動機反饋電壓侵入變頻器。

 

圖2

  上述方案建議利用電源接觸器直接起動變頻器來實現電動機起動、停止的軟特性是錯誤的。由圖3可知,當電壓型交-直-交變頻器通電時,主電路將產生較大充電電流,頻繁重復通斷電,將產生熱積累效應,引起元件的熱疲勞,縮短設備壽命。因此上述方案不適用于頻繁起動的設備。對不頻繁起動的設備也無優越性(某些大容量變頻器根本無法起動,如例1所述),因為變頻器本身具有優越的控制性能,實現軟起動特性應優先考慮利用正、反轉命令和通過加、減速速時間設定實現,無謂地增加許多外圍電路器件,不但浪費資金而且降低了系統的可靠性,大大降低了響應速度,加大維護工作量,增加損耗,是不足取的。

圖3

  3. 電動機過載保護宜優先選擇電子熱繼電器

  一部分專業人員認為,變頻器內部的過載保護只是為保護其自身而設,對電動機過載保護不適用,為了保護電動機,必須另設熱繼電器。在實際應用中,筆者所見各種變頻調速控制方案也絕大多數在電路的不同位置設置了熱繼電器,以完成所控單臺電動機的過負荷保護,這顯然又是一種誤解。對一臺變頻器控制一臺標準四極電動機的控制方案而言,使用變頻器電子熱過載繼電器保護電動機過載,無疑要優于外加熱繼電器,對普通電動機可利用其矯正特性解決低速運行時冷卻條件惡化的問題,使保護性能更可靠。尤其是新型高機能變頻器(如富士9S系列)現已在用戶手冊中給出設定曲線,用戶可根據工藝條件設定。通常,考慮到變頻器與電動機的匹配,電子熱過載繼電器可在50%~105%額定電流范圍內選擇設定。

  只有在下列情況時,才用常規熱繼電器代替電子熱繼電器:

所用電動機不是四極電動機; 
使用特殊電動機(非標準通用電動機); 
一臺變頻器控制多臺電動機; 
電動機頻繁起動。
  但是,如果用戶有豐富的運行經驗時,筆者仍建議通過電子熱繼電器的合理設定(引入校正系數)來完成單臺電動機變頻調速的過載保護。

  當變步器選用外部熱繼電器進行電動機過載保護時,熱繼電器應裝設于變頻器輸出側,常見的裝于輸入側的方案起不到保護作用(變頻器的變頻變壓特性使 其低頻時輸入電流遠遠小于輸出電流)。過載保護應根據設備工藝要求情況,采用變頻器停止命令(斷開CM)或空轉停車(斷開BX)命令實現停車,不宜通過電源接觸器實現。

  4. 變頻器與電動機間不宜裝設接觸器

  裝設于變頻器和電動機間的接觸器在電動機運行時通斷,將產生操作過電壓,對變頻器造成損害,因此,用戶手冊要求原則上不要在變頻器與電動機之間裝設接觸器。但是,當變頻器用于下列情況時,仍有必要設置:

當用于節能控制的變頻調速系統時常工作于額定轉速,為實現經濟運行需切除變頻器時;

參與重要工藝流程,不能長時間停運,需切換備用控制系統以提高系統可靠性時; 
一臺變頻器控制多臺電動機(包括互為備用的電動機)時。變頻器輸出側設置電磁時,設計外圍電路應避免接觸器在變頻器有輸出時動作,任何時候嚴禁將電源接入變頻器輸出端。
  目前,有些用戶為了方便測試負荷電纜和電動機絕緣,在變頻器輸出側設置自動空氣開關,用以在測試時切除變頻器,該法弊大于利。由于變頻器輸出電纜(線)要求選用屏蔽電纜或穿管敷設,纜線故障幾率很小,通常情況下測量電動機及電纜絕緣時,可選用鉛絲或軟銅線將變頻器輸入、輸出、直流電抗器和制動單元聯接端子可靠短接后進行測試,僅在需要測量電纜相間絕緣時拆線檢測,確無必要增加投資,否則還要采取可靠措施,防止在運行中誤操作。

  5. 電流檢測時電漢互感器的設置及電流表的選擇

  由于設計人員或用戶容易忽視變頻器輸出頻率的變化特性,在電流檢測及儀表選型上經學出現錯誤。變頻器輸出側電流測量應使用電磁經系儀表,以獲得所需的測量精度。例如,某雜志刊登的《一起變頻器不能復位的故障處理》一文,提出變頻器輸出側不能使用普通電流互感器,這是錯誤的論點。在變頻器輸出側使用普通電流互感器是可以完成輸出電流檢測的。由電流互感器鐵心磁通密度計算公式Bmake=K2/4.44fSmW2可知,鐵心的磁通密度與交流電流頻率的變化成反比,忽略次要因素時,其電流誤差(即變化誤差)和相位誤差可看作與電流頻率變化成反比,只是當電流頻率超過1kHz時,鐵心溫度會增高。但是,由于互感器正常運行時激磁電流設計得很小(主要為了減小誤差),因此,普通電流互感器用于50Hz頻率附近時,其電流誤差是很小的。通過實際校驗對比可知,當變頻器輸出頻率在10~50Hz之間變化時,電磁系電流表指示誤差很小,實測誤差在1.27%以下,并與電流頻率變化成反比(以變頻器輸出電流指示為基準),能夠滿足輸出電流監視的要求。此外,尤其是當變頻調速系統驅動負載變化不太大的往復運動設備時,由于設備傳動力矩的周期性變化,使變頻器輸出電流產生一定波動,變頻器的LED數碼顯示電流值跳字嚴重,造成觀察讀數困難,采用模擬電流表可有效地解決這個問題。

  應當注意的是,使用指針式電流表測量變頻器輸出側電流時,必須選擇電磁經系儀表(手冊通常稱作動鐵式),使用時應嚴格按用戶手冊的規定選擇安裝,以保證應有的精度。如選用整流系儀表(該錯誤非常普遍)時,經實測在19~50Hz區間,指示誤差為69.7%~16.66%,且為負偏差。

  此外,由于變頻器的輸入電流一般不大于輸出電流,因此,輸入側設置電流監視意義不大,一般有信號燈指示電源即可,如電壓不穩時可設電壓表監視。大容量變頻器低頻運行時,其輸入側電流表可能無指示。

  如今,變頻器已具有很強的功能,但是,國內的應用情況在很大程度上與錄像機一樣,其功能的開發與正確應用十分有限,許多地方僅限于能夠開停車和調速的應用。因此,迅速提高技術人員的應用水平,對發揮變頻器的節能和優良的控制性能是十分重要的。

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