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、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率,根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓,進而達到節能、調速的目的,另外,變頻器還有很多的保護功能,如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高,變頻器也得到了非常廣泛的應用。

1)整流單元。三相橋式不可控整流電路。

2)逆變單元。由6個大功率開關管組成的三相橋式電路,大功率開關多為IGBT模塊。

3)濾波環節。電阻與電解電容器。

4)計算機控制單元。用于控制整個系統的運行,是變頻器的核心。

5)主電路接線端子。電源、電動機、直流電抗器、制動單元和制動電阻等外接單元的接線端子。

6)控制電路接線端子。 7)操作面板。用于變頻器的功能與頻率設定,以及控制操作等。如設定頻率(基波頻率、載波頻率、上限頻率、下限頻率、高、中、低速頻率等),運行正、反轉選擇(及正、反轉防止設定),起動、停車的加速度設定,過載電流設定等,以及起動、停止、點動、升速、降速等的操作。

8)冷卻風扇。用于變頻器機體內的通風。

變頻器類型的選擇

根據負載的要求來選擇變頻器的類型,具體要求如下。

1)風機、泵類負載,它們的阻力轉矩與轉速的平方成正比,起動及低速時阻力轉矩較小,通??梢赃x擇普通功能型。

2)恒轉矩類負載,如擠壓機、攪拌機、傳送帶等,則有兩種情況。一是可采用普通功能型變頻器;二是采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器,其實現恒轉矩負載的調速運行比較理想。

3)對一些動態性能要求較高的生產機械,如軋鋼、塑料薄膜加工線等,可采用矢量控制型變頻器。

變頻器的參數設置

(1)加減速時間

加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間,減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。通常用頻率設定信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設定的上升率以防止過電流,減速時則限制下降率以防止過電壓。

加速時間設定要求:將加速電流限制在變頻器過電流容量以下,不使過流失速而引起變頻器跳閘;減速時間設定要點是:防止平滑電路電壓過大,不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時間可根據負載計算出來,但在調試中常采取按負載和經驗先設定較長加減速時間,通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警;然后將加減速設定時間逐漸縮短,以運轉中不發生報警為原則,重復操作幾次,便可確定出最佳加減速時間。

(2)轉矩提升

轉矩提升又叫轉矩補償,是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低,而把低頻率范圍f/V增大的方法。設定為自動時,可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉矩,使電動機加速順利進行。如采用手動補償時,根據負載特性,尤其是負載的起動特性,通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉矩負載,如選擇不當會出現低速時的輸出電壓過高,而浪費電能的現象,甚至還會出現電動機帶負載起動時電流大,而轉速上不去的現象。

(3)電子熱過載保護

本功能為保護電動機過熱而設置,它是變頻器內CPU根據運轉電流值和頻率計算出電動機的溫升,從而進行過熱保護。本功能只適用于一拖一場合,而在一拖多時,則應在各臺電動機上加裝熱繼電器。

電子熱保護設定值(%=[電動機額定電流(A/變頻器額定輸出電流(A>×100%。

(4)頻率限制

即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定信號源出故障,而引起輸出頻率的過高或過低,以防損壞設備的一種保護功能。在應用中按實際情況設定即可。此功能還可作限速使用,如有的皮帶輸送機,由于輸送物料不太多,為減少機械和皮帶的磨損,可采用變頻器驅動,并將變頻器上限頻率設定為某一頻率值,這樣就可使皮帶輸送機運行在一個固定、較低的工作速度上。

(5)偏置頻率

有的又叫偏差頻率或頻率偏差設定。其用途是當頻率由外部模擬信號(電壓或電流)進行設定時,可用此功能調整頻率設定信號最低時輸出頻率的高低,如圖1。有的變頻器當頻率設定信號為0%時,偏差值可作用在0fmax范圍內,有的變頻器還可對偏置極性進行設定。如在調試中當頻率設定信號為0%時,變頻器輸出頻率不為0Hz,而為xHz,則此時將偏置頻率設定為負的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。

(6)頻率設定信號增益

此功能僅在用外部模擬信號設定頻率時才有效。它是用來彌補外部設定信號電壓與變頻器內電壓(+10v)的不一致問題;同時方便模擬設定信號電壓的選擇,設定時,當模擬輸入信號為最大時(如10v、5v20mA),求出可輸出f/V圖形的頻率百分數并以此為參數進行設定即可;如外部設定信號為05v時,若變頻器輸出頻率為050Hz,則將增益信號設定為200%即可。

(7)轉矩限制

可分為驅動轉矩限制和制動轉矩限制兩種。它是根據變頻器輸出電壓和電流值,經CPU進行轉矩計算,其可對加減速和恒速運行時的沖擊負載恢復特性有顯著改善。轉矩限制功能可實現自動加速和減速控制。假設加減速時間小于負載慣量時間時,也能保證電動機按照轉矩設定值自動加速和減速。

驅動轉矩功能提供了強大的起動轉矩,在穩態運轉時,轉矩功能將控制電動機轉差,而將電動機轉矩限制在最大設定值內,當負載轉矩突然增大時,甚至在加速時間設定過短時,也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設定過短時,電動機轉矩也不會超過最大設定值。驅動轉矩大對起動有利,以設置為80100%較妥。

制動轉矩設定數值越小,其制動力越大,適合急加減速的場合,如制動轉矩設定數值設置過大會出現過壓報警現象。如制動轉矩設定為0%,可使加到主電容器的再生總量接近于0,從而使電動機在減速時,不使用制動電阻也能減速至停轉而不會跳閘。但在有的負載上,如制動轉矩設定為0%時,減速時會出現短暫空轉現象,造成變頻器反復起動,電流大幅度波動,嚴重時會使變頻器跳閘,應引起注意。

(8)加減速模式選擇

又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線,通常大多選擇線性曲線;非線性曲線適用于變轉矩負載,如風機等;S曲線適用于恒轉矩負載,其加減速變化較為緩慢。設定時可根據負載轉矩特性,選擇相應曲線,但也有例外,筆者在調試一臺鍋爐引風機的變頻器時,先將加減速曲線選擇非線性曲線,一起動運轉變頻器就跳閘,調整改變許多參數無效果,后改為S曲線后就正常了。究其原因是:起動前引風機由于煙道煙氣流動而自行轉動,且反轉而成為負向負載,這樣選取了S曲線,使剛起動時的頻率上升速度較慢,從而避免了變頻器跳閘的發生,當然這是針對沒有起動直流制動功能的變頻器所采用的方法。

(9)轉矩矢量控制

矢量控制是基于理論上認為:異步電動機與直流電動機具有相同的轉矩產生機理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規定的磁場電流和轉矩電流,分別進行控制,同時將兩者合成后的定子電流輸出給電動機。因此,從原理上可得到與直流電動機相同的控制性能。采用轉矩矢量控制功能,電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉矩,尤其是電動機在低速運行區域。

現在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制,由于變頻器能根據負載電流大小和相位進行轉差補償,使電動機具有很硬的力學特性,對于多數場合已能滿足要求,不需在變頻器的外部設置速度反饋電路。這一功能的設定,可根據實際情況在有效和無效中選擇一項即可。

與之有關的功能是轉差補償控制,其作用是為補償由負載波動而引起的速度偏差,可加上對應于負載電流的轉差頻率。這一功能主要用于定位控制。

(10)節能控制

風機、水泵都屬于減轉矩負載,即隨著轉速的下降,負載轉矩與轉速的平方成比例減小,而具有節能控制功能的變頻器設計有專用V/f模式,這種模式可改善電動機和變頻器的效率,其可根據負載電流自動降低變頻器輸出電壓,從而達到節能目的,可根據具體情況設置為有效或無效。

要說明的是,九、十這兩個參數是很先進的,但有一些用戶在設備改造中,根本無法啟用這兩個參數,即啟用后變頻器跳閘頻繁,停用后一切正常。究其原因有:

1)原用電動機參數與變頻器要求配用的電動機參數相差太大。

2)對設定參數功能了解不夠,如節能控制功能只能用于V/f控制方式中,不能用于矢量控制方式中。

3)啟用了矢量控制方式,但沒有進行電動機參數的手動設定和自動讀取工作,或讀取方法不當。

變頻器使用注意事項

1)嚴禁將變頻器的輸出端子U、V、W連接到AC電源上。

2)變頻器要正確接地,接地電阻小于10Ω。

3)變頻器存放兩年以上,通電時應先用調壓器逐漸升高電壓。存放半年或一年應通電運行一天。

4)變頻器斷開電源后,待幾分鐘方可維護操作,直流母線電壓應在25V以下。

5)避免變頻器安裝在水滴飛濺的場合。

6)不準將P+、P-、PB任何兩端短路。

7)主回路端子與導線必須牢固連接。

8)變頻器驅動三相交流電機長期低速運轉時,建議選用變頻電機。

9)變頻器驅動電機長期超過50Hz運行時,應保證電機軸承等機械裝置在使用的速度范圍內,注意電機和設備的震動、噪聲。

10)變頻器驅動減速箱、齒輪等需要潤滑機械裝置,在長期低速運行時應注意潤滑效果。

11)變頻器在一確定頻率工作時,如遇到負載裝置的機械共振點,應設置跳躍頻率避開共振點。

12)變頻器與電機之間連線過長時,應加輸出電抗器。

13)嚴禁在變頻器的輸入側使用接觸器等開關器件進行頻繁啟停操作。

14)電機首次使用或長期放置后使用,必須對電機進行絕緣檢測。使用500V電壓型兆歐表檢測,電機絕緣電阻大于5MΩ。

15)對電機絕緣檢測時必須將變頻器與電機連線斷開。

16)在變頻器的輸出側,嚴禁連接功率因數補償器、電容、防雷壓敏電阻。

變頻器常見故障及處理方法

(1)短路保護

若變頻器運行當中出現短路保護,說明是變頻器內部或外部出現了短路因素。這種情況下如果把負載甩開,即將變頻器與負載斷開,空開變頻器,變頻器應工作正常。這時我們用兆歐表(或稱搖表)測量一下電機絕緣,電機繞組將對地短路,或電機線及接線端子板絕緣變差,此時應檢查電機及附屬設施。

(2)過流保護

變頻器出現過流保護,一般是由于負載過大引起,即負載電流超過額定電流的1.5倍即故障停機而保護。這一般對變頻器危害不大,但長期的過負荷容易引起變頻器內部溫升高,元器件老化或其他相應的故障。

這種保護也有因變頻器內部故障引起的,若負載正常,變頻器仍出現過流保護,一般是檢測電路所引起,類似于短路故障的排除,如電流傳感器、取樣電阻或檢測電路等。

這種保護也有因變頻器內部故障引起的,若負載正常,變頻器仍出現過流保護,一般是檢測電路所引起,類似于短路故障的排除,如電流傳感器、取樣電阻或檢測電路等。

(3)過、欠電壓保護

 變頻器出現過、欠壓保護,大多是由于電網的波動引起的,在變頻器的供電回路中,若存在大負荷電機的直接啟動或停車,引起電網瞬間的大范圍波動即會引起變頻器過、欠壓保護,而不能正常工作。這種情況一般不會持續太久,電網波動過后即可正常運行。這種情況的改善只有增大供電變壓器容量,改善電網質量才能避免。 

當電網工作正常時,即在允許波動范圍(380V±20%)內時,若變頻器仍出現這種保護,這就是變頻器內部的檢測電路出現故障了。

(4)溫升過高保護

變頻器的溫升過高保護,一般是由于變頻器工作環境溫度太高引起的,此時應改善工作環境,增大周圍的空氣流動,使其在規定的溫度范圍內工作。 

再一個原因就是變頻器本身散熱風道通風不暢造成的,有的工作環境惡劣,灰塵、粉塵太多,造成散熱風道堵塞而使風機抽不進冷風,因此用戶應對變頻器內部經常進行清理(一般每周一次)。也有的因風機質量差運轉過程中損壞,此時應更換風機。 

還有一種情況就是在大功率的變頻器(尤其是多單元或中高壓變頻器)中,因溫度傳感器走線太長,靠近主電路或電磁感應較強的地方,造成干擾,此時應采取抗干擾措施。如采用繼電器隔離,或加濾波電容等。

(5)電磁干擾太強

這種情況變頻器停機后不顯示故障代碼,只有小數點亮。這是一種比較難處理的故障。包括停機后顯示錯誤,如亂顯示,或運行中突然死機,頻率顯示正常而無輸出,都是因變頻器內外電磁干擾太強造成的。 

這種故障的排除除了外界因素,將變頻器遠離強輻射的干擾源外,主要是應增強其自身的抗干擾能力。特別對于主控板,除了采取必要的屏蔽措施外,采取對外界隔離的方式尤為重要。

 

首先應盡量使主控板與外界的接口采用隔離措施。我們在高中壓及低壓大功率變頻器及提升機變頻器中采用了光纖傳輸隔離,在外界取樣電路(包括短路保護、過流保護、溫升保護及過、欠壓保護)中采用了光電隔離,在提升機與外界接口電路中采用了PLC隔離,這些措施都有效避免了外界的電磁干擾,在實踐應用中都得到了較好的效果。

  • 2021-07-24
  • admin