变频器的可靠性

1,第3节变频器的可靠性,内容提要：1、了解变频器常见的各种保护功能2、了解变频器所产生的高次谐波及其抑制3、掌握变频器抗干扰措施教学重点：变频器常见的各种保护功能、变频器抗干扰措施。,2,第3节变频器的可靠性,3.1变频器常见的保护功能【知识目标】了解变频器过电流保护、过载保护、过电压及其他保护。掌握根据变频器的保护动作，判断故障原因的方法。3.1.1过电流保护当变频器的输出侧发生短路或电机堵转时，变频器中将流过很大的电流，从而易造成逆变电路中电力器件的损坏。变频器为了实现过电流保护，需要从变频器的“硬件”和“软件”两个方面采取措施。主电路半导体器件驱动电路中加强检测和保护电路的灵敏度和响应速度，同时向CPU发出中断信号，CPU据此进行相应的处理。,3,第3节变频器的可靠性,3.1.2过载保护过载保护功能主要是保护电机的，通常在电机控制电路中，采用具有反时限特性的热继电器来进行过载保护。在用变频器给电机供电时，可以在系统软件中设置电子热继电器来完成过载保护功能。1、电机的发热电机稳定运行时，电机温度高于环境温度，存在一个允许的温升值。当电机过载时，所产生的热量不断增加，将会突破允许的温升值造成设备的损害。2.变频器的反时限保护功能变频器的电子热继电器功能就是反时限保护功能，用户可以按说明书对此功能进,4,第3节变频器的可靠性,行设定。在下述的两种情况下，必须在变频器和电机之间安装热继电器进行过载保护。电机的容量过大，已经超出变频器的电子热继电器的保护范围。当使用一台变频器驱动多台电机时，变频器不能对每台电机提供保护。3.1.3电压保护1.过电压保护当电源电压突然升高，或者电机降速时，反馈能量来不及释放，主电路直流电压超过电压检测值，形成再生过电压。另外，在SPWM调制方式中，在每个脉冲的上升和下降过,5,第3节变频器的可靠性,程中，会产生峰值很大的脉冲电压，这个脉冲电压叠加到直流电压上，就形成具有破坏作用的脉冲高压。变频器过电压保护功能可分如下几种情况：对于电源电压的上限，一般规定不得超过电网额定电压的10%;对于降速时的过电压，可以采取加长减速时间，暂缓降速的方法来防止变频器跳闸。对脉冲高电压的保护，通常采用吸收的方法来解决。常见的吸收装置有压敏电阻吸收电路和阻容电路等。2.欠电压保护变频器产生欠电压的原因主要有以下几个方面：,6,第3节变频器的可靠性,电源电压过低对于没有瞬停再启动功能的变频器，出现瞬间停电的情况。变频器的电子元器件损坏新型变频器都有较完善的欠压保护功能，一般欠电压不到15ms时，变频器仍然继续运行；若超过15ms，变频器将停止工作。3.1.4其他保护1.反接保护所谓反接，指误将变频器的输入端接交流电机，而将变频器的输出端接工频电源。这样只要一通电就会将续流二极,7,第3节变频器的可靠性,管烧坏。对于采用数字化控制技术的变频器，系统上电后，CPU首先执行“反接保护”程序，进行相应的处理，用户可以根据操作面板上提示符信息，及时发现错误，纠正错误。2.制动电阻过热保护制动电阻标称功率是按短时运行选定的，所以一旦通电时间过长，就会过热，此时就会暂停使用，待电阻冷却后再用。3.逆变器功率模块的过热保护逆变功率模块是变频器产生热量的主要部件，也是变频器中最重要的电子元件，所以各变频器都在其散热板上配置了过热,8,第3节变频器的可靠性,保护器件。实践证明，用（805）动作的温度继电器进行温度保护是可靠的。设计合理散热器与温度继电器相结合，可以使逆变功率模块得到可靠的保护。4.风扇运转保护变频器箱体内的风扇是箱内电子器件散热的主要途径，风扇运转保护，是整合变频器正常工作的必要条件。5.负载侧接地保护这种保护实质是防止负载侧出现接地的保护，如果出现两相以上接地，会形成短路，如果单相接地则会使三相电流不平衡。5.2高次谐波及其抑制,9,第3节变频器的可靠性,【知识目标】了解高次谐波时电源的污染及抑制它的必要性。了解高次谐波的产生。了解高次谐波的抑制方法。3.2.1高次谐波产生的机理变频器的输入部分为整流回路，具有非线性，它在将交流电变换为直流电的过程中，必然会产生高次谐波，高次谐波分量很容易通过容性电路回馈给电源，造成电源电压波形的畸变。变频器的逆变部分也会产生高次谐波，对应于SPWM调制方式的变频器，其输出SPWM波本身就是一系列脉宽不等的矩形波，必然含有高次谐波分量，最直接,10,第3节变频器的可靠性,影响之一就是使被驱动的电机产生噪声。3.2.2高次谐波对其他设备的影响1.电力电容器电压型变频器直流部分的电力电容器，受到高次谐波的影响引起并联谐振，谐振时产生较大的电流，容易将电容器烧毁。2.公共电网、电力变压器或自用发电机公共电网、电力变压器或自用发电机均是变频器的输入电源，高次谐波除了影响输入电源的电压、电流波形以外，还会加大变频器、发电机的损耗。3.检测、指示电气仪表高次谐波对变频调速系统中的检测、,11,第3节变频器的可靠性,指示电气仪表的精度有较大的影响，增加了测量中的误差。4.负载电机如果变频器输出电压中的谐波分量太高，会使电机产生很强的噪声，铁芯发热，转矩脉动。3.2.3减小和防止高次谐波的方法为减少高次谐波给供电系统和运行设备造成的不良影响，通常是在高次谐波发生侧和受到高次谐波干扰的设备上同时采取措施。1.输入电抗器在通用变频器应用场合，为了抑制谐波的影响，通常在变频器的进线端加装输入电抗器。,12,第3节变频器的可靠性,输入电抗器抑制谐波干扰的原理是：它增加了电源阻抗，降低了由变频器产生的谐波分量，并能吸收浪涌电压和主电源的电压尖峰。因此，输入电抗器既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流电路产生的谐波电流对电网的污染。输入电抗器的电感量L可按下式计算：L2.输出电抗器采用输出电抗器的主要目的和作用是补偿线路分布电容的影响，并抑制变频器输出的谐波分量，起到降低变频器噪声的作用。,13,第3节变频器的可靠性,3.3变频器抗干扰措施【知识目标】了解其他电气设备对变频器的干扰。了解变频器对其他电气设备的干扰。了解一般抗干扰的措施。生产现场中存在着各种电气设备，有些设备在运行时，对变频器的运行也存在着干扰，同样变频器在运行时，对某些电气设备也会产生干扰。3.3.1变频器外部的干扰变频器外部的干扰往往通过各种传输途径侵入变频器，对调速系统的正常运转造成恶劣影响。1.干扰的种类外来干扰是指外部控制信号发生装置,14,第3节变频器的可靠性,同接收其信号的变频器控制回路间产生的干扰电势。变频器控制回路通过控制电缆受到的外来干扰大致可以分成以下几类。静电耦合干扰。控制电缆与周围电气回路的静电容耦合在电缆中产生的电势。电磁感应干扰。由于周围电气回路产生的磁通变化在控制电缆中感应出的电势。电波干扰。控制电缆成为“天线”，外来电波在电缆中产生电势。接触不良干扰。由于控制电缆的电接点接触不良，在电缆中产生干扰。电源线传导干扰。当各种电气设,15,第3节变频器的可靠性,备由同一电源系统供电时，由其他设备在电源系统直接产生的电势可形成对变频器的干扰。2.抑制措施变频器控制回路中，开关信号利用光耦合器等隔离内外电路的电气连接，但接收远距离信号时，需要有充分的抗干扰措施。其次，有速度给定器时，铺设控制电缆时，也必须采取充分的抗干扰措施。铺设电缆应注意的是：屏蔽电缆的连接屏蔽电缆的末端处理方法。应对外来干扰的对策。制动单元的接线。对减少各方面的干扰其措施是：,16,第3节变频器的可靠性,（1）抑制静电耦合干扰抑制静电耦合干扰必须减小电缆间的杂散电容，其方法有电缆的分离或屏蔽。（2）抑制电磁感应干扰电磁感应的干扰大小取决于干扰源电缆产生的磁通大小，控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相对角度（）三个因素见图310,17,图3-10产生电磁感应干扰的三种因素抗干扰的措施是：将干扰电缆和控制电缆分离铺设，分离距离必须保证30,第3节变频器的可靠性,18,第3节变频器的可靠性,以上；或将控制电缆穿铁管铺设，做电磁屏蔽；将控制电缆采用绞合芯线电缆。（3）抑制电波干扰如果是由于干扰源查收的电磁波干扰，可采取抗静电耦合干扰和抗电磁感应干扰的对策来进行，如果是辐射电波对变频器本身的影响，可采取将变频器放入铁箱内的方法进行电磁波屏蔽。屏蔽箱要可靠接地。（4）接触不良干扰接触不良干扰是由于连接工艺不合格不可靠组成的，因此要提高连接工艺水平，可选取档次高一些的连接器件、继电器，有条件的可选取热焊紧固工艺等。,19,第3节变频器的可靠性,（5）电源线传导干扰连接在同一电源系统的电气设备产生的干扰，会在电源线上传播，对此种干扰，可采取以下措施。变频器的控制电源单独由其他系统供电。控制电源的输入侧装设线路滤波器。装设抗干扰绝缘变压器。此时绝缘变压器的屏蔽层必须接地。3.3.2变频器产生的干扰及抑制变频器本身的高次谐波干扰对周围设备的影响有：对计算机和计量、测试装置等电子设备产生感应干扰；对通信设,20,第3节变频器的可靠性,备和其他无线电设备产生放射干扰。1.对电子设备的干扰这种干扰的传播有两种途径：一是通过变频器的电源线直接传播；二是借变频器主回路电缆与电子设备信号电缆间的电磁感应耦合传播。防止这种干扰的措施主要是：电子设备的电源系统采用与变频器主回路电力系统不同的电源，或用恒压电源、隔离变压器、滤波器等防止从电源线进来的干扰。电子设备的输入、输出电缆与变频器主控制电缆之间要留有一定的距离，而且各自以最短的路径铺设。还可以采用铁屏蔽