变频器典型故障分析.docx

变频器典型故障分析异步电动机是采油厂最主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，大部分只能通过挡板或阀门的开度来调节，而电动机消耗的能量变化不大，从而造成很大的能量损耗。近年来，随着变频器生产技术的成熟，变频器在各单位的应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成为采油厂节能降耗、提高效率的重要手段。采油四矿近几年，变频器的使用台数也在不断增加。2001年开始上第一台变频器到2008年才有19台，到2012年增加到了51台。在变频器大规模使用的同时，变频器和其他机械和电力设备的匹配问题也日益凸显出来。根据我矿现场遇到的实际情况，将变频器使用过程中我们碰到的两个典型问题进行简单分析。一、变频器驱动的电机的过热问题。故障现象，我矿盘40-4站混输泵是2011年1月投产，电机110KW，匹配富110KW凌变频器。投产之初发现该电机发热严重，外壳温度近70度，并且啸声很大。当时判断是液量底电机运转频率低造成的，限定其运行频率不能低于20Hz，但未得到改善。今年4月该电机线圈烧坏。为解决这一问题，我们同变频修理人员进行了分析和探讨。初步确定造成这一故障的主要因为是，变频器驱动电机的电压中包含的高频成份所至。变频器驱动电机的电压波形并不是正弦波电压，而是脉宽调制(PWM)电压，如图1所示。根据分析，这种波形中包含了丰富的高频成份，主要频率成分是PWM脉冲的重复频率，及其整倍数的频率，PWM脉冲的重复频率这叫做变频器的载波频率。不同的变频器的载波频率不同，一般为112kHz。对于载波频率为1kHz的PWM电压，流入电机的电流主要是1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz，等频率的电流。这些高频电流会增加电机绕组损耗和铁心损耗。绕组的损耗与频率的平方根成正比，铁心的损耗与频率的平方成正比，因此，当电机中流过这样高频的电流时，铁心的损耗急剧增加，导致过热。要解决电机过热就要减小电机驱动电压中的高频成份。实现这个目的方法是在变频器的输出端安装SWF正弦波滤波器。正弦波滤波器将PWM电压波形变换成适应于电机的正弦波电压波形，如图2所示，从而消除了电机过热的现象。安装正弦波滤波器后会发出较大的噪声，并且会伴随着较高的温度，这些都是正常的现象。正是由于正弦波滤波器将导致电机发出噪声，升高温度的能量承担起来，才保护了电机。在选用正弦波滤波器时，一定要了解变频器的载波频率，否则可能会有不良的后果。盘40-4站混熟泵变频器在安装滤波器前，根据厂商提供的信息是，变频器载波频率为2kHz。但是安装后，发现噪声更大，电机温度更高。经过现场测试，发现变频器的实际载波频率为1kHz。需要重新修改正弦波滤波器的参数，修改参数后，电机的啸叫声基本消失，温度从原来的70降低为53。电机的温度降低，对于延长电机的寿命十分有益。另外，安装了正弦波滤波器后，还能够消除轴承电流，延长电机寿命。二、变频器造成输入端功率因数偏低的问题。故障现象，我矿唐7注水站今年8月份投产。一台110KW的变频器分别控制两台13m3/h，一台90KW的变频器控制一台10 m3/h，使用一台630KVA变压器供电。 该站投运后运转一台13m3/h泵和一台10 m3/h泵，一段时间后电管部门一直反应该泵站功率因数很低仅为0.3-0.4左右。随后对站变压器进行了电容补偿，但作用不明显。经过和电力部门、变频维修人员的沟通研究。分析认为造成变频器输入侧功率因数偏低的原因有两个。一是低压变频器工作时产生严重的谐波电流造成。与工频电动机的运行功率因数低有着重要的区别。由于电动机是感性负载，运行电流的相位滞后于电压，功率因数的高低取决于电流与电压之间的相位关系。而变频器功率因数低是由其电路结构造成的。变频器通常是“交一直一交”式结构，即三相交流电源经三相整流桥和滤波电容器变为直流，再经控制电路和逆变管转换为频率可调的交流电。在整流充电过程中，充电电流总是出现在电源峰值附近的有限时间内，呈不连续的脉冲波形。这种非正弦波具有很强的高次谐波成分。高次谐波的瞬时功率一部分为“ + ”，另一部分为“一”，属于无功功率。这种无功功率使得变频调速系统的功率因数较低。 二是变频器的负载太轻。负载越轻，谐波电流发射和总谐波电流畸变率THID越大。该队因注水系统还不完善，投注水井较少。13m3/h泵一直小负载运行，运行压力一直在4-5MPa，排量只有10m3/h，变频器的负载率很低。由于变频器输入侧功率因数较低的原因，不是电流波形滞后于电压，而是高次谐波电流造成的，所以常规并联补偿电容器来提高功率因数是没有效果的。只有设法减小高次谐波电流。具体措施就是接入电抗器， 一是交流电抗器，接在三相电源与整流桥之间。二是直流电抗器，接在整流桥与滤波电容器之间。使用其中一种就有明显效果，两种共同使用可将功率因数提高到 0 . 95 以上。现场这两台变频器都未安装交直流电抗器。改进时，我们使用的是同时接入交流、直流电抗器。接入电抗器后实测功率因数达到0.97。直流电抗器除了提高功率因数外。还能限制接通电源瞬间的充电涌流。需要特别注意的是，不允许在变频器输出端，即与电动机的连接端并接电容器。因为变频器输出的所谓正弦波，实际上是脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律分布 的脉宽调制波，这个脉冲序列是变频器中逆变管不断交替导通形成的，如果在输出端接入电容器，则逆变管在交替导通过程中，不但要向电动机提供电流，还会增加电容器的充电电流和 放电电流，会导致逆变管损坏。 同时随着唐庄区块注水的不断完善，注水量和注水压力将不断升高，随着变压器的负载率不断提高，功率因数也会进一步提升。现今部分厂家为了降低设备成本而不接电抗器，容忍变频调速系统在低功率因数下运行。但在下列运行环境中，我们在对变频器选型时则必须要求连接交流电抗器 1 如与变频器在同一供电系统中的电子设备较多，变频器的高次谐波将影响电子设备正常工作，这时应在变频器输入侧连接交流电抗器，尽量减小高次谐波的干扰。 2 同一供电