变频器常见的十大故障现象和故障分析

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1、变频器常见的十大故障现象和故障分析一、过流( OC ) 过流是变频器报警最为频繁的现象。1.1 现象(1) 重新启动时,一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有: 负载短路,机械部位有卡住 ; 逆变模块损坏 ;电动机的转矩过小等现象引起。(2) 上电就跳,这种现象一般不能复位,主要原因有: 模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。(3) 重新启动时并不立即跳闸而是在加速时,主要原因有: 加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿 (V/F) 设定较高。1.2 实例(1) 一台 LG-IS3-4 3.7kW 变频器一启动就跳 “ OC”分析与维修 : 打开机盖没有发现任何烧坏的迹象,在线

2、测量IGBT(7MBR25NF-120) 基本判断没有问题, 为进一步判断问题, 把 IGBT 拆下后测量 7 个单元的大功率晶体管开通与关闭 都很好。 在测量上半桥的驱动电路时发现有一路与其他两路有明显区别,经仔细检查发现一只光耦 A3120 输出脚与电源负极短路,更换后三路基本一样。模块装上上电运行一切良好。(2) 台BELTRO-VERT 2.2kW 变频通电就跳 “ 0C且不能复位。分析与维修 :首先检查逆变模块没有发现问题。其次检查驱动电路也没有异常现象,估计 问题不在这一块, 可能出在过流信号处理这一部位, 将其电路传感器拆掉后上电, 显示一切 正常,故认为传感器已坏,找一新品换上

3、后带负载实验一切正常。二、过压( OU )过电压报警一般是出现在停机的时候, 其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元 有问题。(1) 实例一台台安 N2 系列 3.7kW 变频器在停机时跳 “ OU”。分析与维修:在修这台机器之前, 首先要搞清楚“01”报警的原因何在,这是因为变频器在 减速时, 电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快, 转子的电动势和电流增大,使电机处于发电状态, 回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节,使直流母线电压升高所致, 所以我们应该着重检查制动回路, 测量放电电阻没有问题,在测量制动管(ET191)时发现已击穿,更换后上电运行,且快速停车

4、都没有问题。三、欠压( Uu)欠压也是我们在使用中经常碰到的问题。主要是因为主回路电压太低(220V 系列低于200V,380V系列低于400V),主要原因:整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的 都有可能导致欠压故障的出现, 其次主回路接触器损坏, 导致直流母线电压损耗在充电电阻 上面有可能导致欠压 .还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。3.1 举例(1) 一台 CT 18.5kW 变频器上电跳 “Uu”。分析与维修 :经检查这台变频器的整流桥充电电阻都是好的,但是上电后没有听到接触器动 作,因为这台变频器的充电回路不是利用可控硅而是靠接触器的吸合来完成充电过程的,因此认为故障

5、可能出在接触器或控制回路以及电源部分,拆掉接触器单独加24V 直流电接触器工作正常。继而检查 24V 直流电源,经仔细检查该电压是经过 LM7824 稳压管稳压后输 出的,测量该稳压管已损坏,找一新品更换后上电工作正常。(2) 一 台 DANFOSS VLT5004 变 频 器 , 上 电 显 示 正 常 , 但 是 加 负 载 后 跳“DC LINK UNDERVOL”T ( 直流回路电压低 )。分析与维修 :这台变频器从现象上看比较特别,但是你如果仔细分析一下问题也就不是那么 复杂, 该变频器同样也是通过充电回路, 接触器来完成充电过程的, 上电时没有发现任何异 常现象, 估计是加负载时直

6、流回路的电压下降所引起, 而直流回路的电压又是通过整流桥全 波整流 ,然后由电容平波后提供的,所以应着重检查整流桥,经测量发现该整流桥有一路桥 臂开路,更换新品后问题解决。四、过热( OH )过热也是一种比较常见的故障,主要原因:周围温度过高,风机堵转,温度传感器性能不良,马达过热。举例一台 ABB ACS500 22kW 变频器客户反映在运行半小时左右跳“ OH”。分析与维修 :因为是在运行一段时间后才有故障,所以温度传感器坏的可能性不大,可能变 频器的温度确实太高,通电后发现风机转动缓慢,防护罩里面堵满了很多棉絮(因该变频器是用在纺织行业 ),经打扫后开机风机运行良好,运行数小时后没有再跳

7、此故障。五、输出不平衡输出不平衡一般表现为马达抖动,转速不稳,主要原因:模块坏,驱动电路坏,电抗器坏等。5.1 举例一台富士 G9S 11KW 变频器,输出电压相差 100V 左右。分析与维修 :打开机器初步在线检查逆变模块 (6MBI50N-120) 没发现问题, 测量 6 路驱动电路 也没发现故障, 将其模块拆下测量发现有一路上桥大功率晶体管不能正常导通和关闭, 该模 块已经损坏,经确认驱动电路无故障后更换新品后一切正常。六、过载过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一, 平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下 到底是马达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强 ,只要变频器参数

8、表的电机参数设置得当 ,一般不大会出现马达过载 .而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过 载报警 .我们可以检测变频器输出电压。七、开关电源损坏这是众多变频器最常见的故障, 通常是由于开关电源的负载发生短路造成的, 丹佛斯变频 器采用了新型脉宽集成控制器 UC2844 来调整开关电源的输出, 同时 UC2844 还带有电流检 测,电压反馈等功能,当发生无显示,控制端子无电压, DC12V,24V 风扇不运转等现象时 我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。八、SC故障SC故障是安川变频器较常见的故障。IGBT模块损坏,这是引起SC故障报警的原因之一。 此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。安川

9、在驱动电路的设计上,上桥使用了驱动光耦PC923,这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦,安川的下桥驱动电路则是采用了光耦PC929,这是一款内部带有放大电路,及检测电路的光耦。此外电机抖动,三 相电流,电压不平衡, 有频率显示却无电压输出, 这些现象都有可能是 IGBT 模块损坏。 IGBT 模块损坏的原因有多种,首先是外部负载发生故障而导致IGBT 模块的损坏如负载发生短路,堵转等。其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真,或驱动电压波动太大而导致 IGBT损坏,从而导致SC故障报警。九、GF 接地故障接地故障也是平时会碰到的故障, 在排除电机接地存在问题的原因外, 最可能发生

10、故障的 部分就是霍尔传感器了, 霍尔传感器由于受温度, 湿度等环境因数的影响, 工作点很容易发 生飘移,导致 GF 报警。十、限流运行在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。 对于一般的变频器在限流报警出现时 不能正常平滑的工作,电压 (频率 )首先要降下来,直到电流下降到允许的范围,一旦电流低 于允许值,电压 (频率 )会再次上升,从而导致系统的不稳定。丹佛斯变频器采用内部斜率控 制,在不超过预定限流值的情况下寻找工作点, 并控制电机平稳地运行在工作点, 并将警告 信号反馈客户,依据警告信息我们再去检查负载和电机是否有问题。变频器干扰问题的探讨1 引言随着变频器在各行各业的广泛应用,

11、其调速范围宽, 精度高,节能效果好, 系统稳定可靠等一系列优点, 给企业带来了显著经济效益,但也使人们深深体会到它带来的干扰问题,严重时会使生产无法正常进行, 象这类变频器干扰问题,原因查找起来比较困难, 给人们带来了不便,下面是我在实际应用中的一点体会, 供大家探讨。变频器干扰问题一般分为三类 :(1) 变频器自身干扰 ;(2) 外界设备产生的电磁波对变频器干扰 ;(3) 变频器对其它弱电设备干扰。2 干扰形成的原因、主要表现及解决办法2.1 干扰形成的原因 变频器主要由整流电路,逆变电路,控制电路组成,其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成,电 力电子器件具有非线性特性,当变频器运行时,

12、它要进行快速开关动作,因而产生高次谐波,这样变频器 输出波形除基波外还含有大量高次谐波。 无论是哪一种干扰类型, 高次谐波是变频器产生干扰的主要原因。2.2 干扰的主要表现 变频器出现干扰的主要表现是 :(1) 电机速度不稳 , 时快时慢 ;(2) 电机有时自动停机 ;(3) 操作任何按钮 ( 包括变频器上按钮 )电机都停不下来。2.3 解决干扰的办法(1) 接地端子以 “第三种方式 ”接地 (单独接地 ), 接地线愈短愈好 , 而且必须接地良好 ;(2) 控制回路线使用屏蔽线,而且屏蔽线远端屏蔽层悬空,近端接地 ;(3) 根据产品要求 , 合理布线 , 强电和弱电分离 , 保持一定距离 ,

13、避免变频器动力线与信号线平行布线 , 应分散布线 ;(4) 增加抗无线干扰滤波器,变频器输入和输出抗干扰滤波器或电抗器 ;(5) 采取防止电磁感应的屏蔽措施,甚至可将变频器用金属铁箱屏蔽起来 ;(6) 适当降低载波频率 ;(7) 若用通讯功能, RS485 通讯线用双绞线。3 干扰源分析及抗干扰措施3.1 变频器本身的干扰电机经常停不下来, 按任何按钮 ( 包括变频器上按钮 )都不管用,经查配电柜里接地地线没有连接到大地。 我们国家供电系统一般都是三相四线制, 若工厂电力变压器中性点直接接地 ( 即电源接地形式为 TN 或 TT) , 可以把配电柜里地线连接到中性线上。一些乡镇企业不重视地线连

14、接,机床出厂时,按照 GB/T5226.1- 1996标准,地线与中性线是严格分开的,配电柜里中性线有专用接线端子“ N”地线有专用接地螺钉。由于该用户从变压器过来三根相线和一根中性线,只把中性线接到“N'端子上,而地线没有和中性线相连,虽说控制线使用了屏蔽线,屏蔽层也接到了接地螺钉,但没有和大地相连, 起不到屏蔽作用,导致了变频器因干扰失控电机停不下来。把配电柜里中性线和地线连接后即恢复正常,也可以把配电柜里地线直接接 到大地。许多用户都是采取把地线与中性线相连的办法,但是采用这种办法存在弊端,就是假如中性线断 开, 启动机床某一动作 , 可能使机床带电 , 对人身造成安全危胁。这种

15、干扰属于变频器本身干扰类型。3.2 外界设备对变频器的干扰电机偶尔停不下来, 经检查屏蔽层接地正确良好, 降低载波频率不起作用。变频器输入侧及输出侧加磁 环滤波器不起作用, 后来发现, 机床配电柜相邻房间是动力配电室, 变频器离配电室配电柜大约有 1.5m , 全厂有 3 台 30kW 电炉和两台 45kW 机床用电机,配电室配电柜有大电流流过,在电流周围有较强磁 场,干扰了变频器正常工作,把机床配电柜远离配电室后即恢复正常,这属于外界设备对变频器干扰。3.3 变频器对外界设备的干扰起动变频器后,机床报警,经查找,电机线和监视电机的接近开关线穿在一根管里,接近开关接在PC机的输入端,当起动变频

16、器后,高次谐波干扰了接近开关信号,使PC 机误动作,产生机床报警,把穿在同一根管里的接近开关线或电机线任何一种改为屏蔽线后即恢复正常,这属于变频器对外界弱电设备干扰。3.4 高次谐波对电源的干扰同一个车间有几台设备,有变频调速的,有直流调速的,当起动变频调速后,相邻直流调速设备速度不 稳,时快时慢,这是由于输入侧高次谐波引起的,在输入侧加电抗器后即恢复正常,这是属于高次谐波对 电源的影响 4 结束语 随着现代工业的快速发展,变频器的使用越来越广泛,但频器干扰问题给我们的生产带 来了不便, 为了使变频器调速系统及周围设备能稳定可靠地工作, 作为一名工程技术人员应 该在设计及施工时给予充分的考虑,

17、希望本文能在这方面提供一些帮助。变频器干扰案例问题分析及其处理1 引言交流感应异步电动机变频器调速是 20 世纪电气传动领域划时代的技术进步。随着变频器的广泛应用, 变频器日益成为工厂自动化领域最大的电磁污染源。可以经常的看到在一间设备密集型工厂装机几十台上 百台变频器。变频器直 交逆变器的非线性等效负荷使得变频器在许多系统集成工程中不仅污染工厂供电 系统,还直接对自动化工程项目干扰,引起测控系统失准失灵,严重破坏大系统的稳定性,甚至变频器自 身受到干扰引发 “自举 ”式的调速故障。 尽管国际标准对电气设备 EMC(IEC61000 系列电磁兼容设计) 有 严格的规范,并且中国国家质量技术监督

18、局已决定在国内“等同 ”采用,同时,中国国家标准电能质量公用电网谐波 GB/T 14549-93 已经生效 14 年之久,但是国家经济技术的飞速发展使得功率电子开关器件的 污染控制已经刻不容缓。本文作者来自自动化集成工程一线。 在近年的客服中经常遇到变频器的干扰问题 ,造成设备误动作 , 使得 工厂的生产线不能运行 ,而且这一类问题的原因查找起来也比较困难, 经过查阅有关资料 , 再结合工作中处理问题的一些经验来具体谈一下变频器干扰的来源, 传播方式以及一些针对实际应用中遇到干扰问题的不同情况的处理,希望不同于教科书的教条说教。2 变频器 干扰分析变频器的干扰问题一般分为变频器自身干扰; 外界

19、设备产生的电磁波对变频器干扰; 变频器对其它弱电 设备干扰 3 类情况。 变频器本身就是一个干扰源 , 众所周知 , 变频器由主回路和控制回路两大部分组成, 变频器主回路主要由整流电路,逆变电路,控制电路组成,其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成 , 电力、电子器件具有非线性特性,当变频器运行时,它要进行快速开关动作,因而产生高次谐波,这样变 频器输出波形除基波外还含有大量高次谐波。无论是哪一种干扰类型,高次谐波是变频器产生干扰的主要 原因。,变频器本身就是谐波干扰源,所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响。与主回路相比,变频器 的控制回路却是小能量、弱信号回路,极易遭受其它装置产生的干扰。

20、因此,变频器在安装使用时,必须 对控制回路采取抗干扰措施。3 变频器 干扰案例问题分析及其处理3.1 怎样来判定 变频器 出现干扰问题变频器的干扰问题主要体现在电机的运行情况上。 例如电机在运行过程中突然挺停机, 电机运行时快时 慢,运行速度不稳定。电机停不下来,按钮不起任何作用等等,这些都是变频器受到干扰情况的体现。3.2 第三种方式接地干扰问题的一般处理方法是要保证良好的接地, 接地端子的一般要求为: 接地端子以 “第三种方式 ”接地 (单独接地 ), 接地线愈短愈好, 而且必须接地良好; 控制回路线使用屏蔽线, 而且屏蔽线远端屏蔽层悬空, 近端接地;根据产品要求,合理布线, 强电和弱电分

21、离, 保持一定距离, 避免变频器动力线与信号线平 行布线,应分散布线;增加抗无线干扰滤波器,变频器输入和输出抗干扰滤波器或电抗器;采取防止电磁 感应的屏蔽措施,甚至可将变频器用金属铁箱屏蔽起来; 适当降低载波频率; 若用通讯功能, RS485 通 讯线用双绞线。下面,我将以在实际使用中针对不同的干扰情况做具体分析。3.3 三相五线制供电曾经遇到过这样一种情况, 变频器一直运转, 按停止按钮不起作用, 经检查发现变频器的地线只与变压 器的中性线相连接,而变压器的中性线没有连接到大地,将变压器的中性线接地后变频器恢复正常。现在 的很多小型工厂里面一般不重视地线的连接。机床出厂时,按照国家电工法规定

22、的标准,地线与中性线是 严格分开的,配电柜里中性线有专用接线端子,地线有专用接地螺钉。由于该用户从变压器过来三根相线 和一根中性线,只把中性线接到“N'端子上,而地线没有和中性线相连,虽说控制线使用了屏蔽线,屏蔽层也接到了接地螺钉,但没有和大地相连 , 起不到屏蔽作用,导致了变频器因干扰失控电机停不下来。把 配电柜里中性线和地线连接后即恢复正常,也可以把配电柜里地线直接接到大地。许多用户都是采取把地 线与中性线相连的办法,但是采用这种办法存在弊端,就是假如中性线断开, 启动机床某一动作 , 可能使机床带电 , 对人身造成安全危胁。这种干扰属于变频器本身干扰类型。3.4 外界设备对 变频

23、器 的干扰案例(1 )现象。电机偶尔停不下来,经检查屏蔽层接地正确良好,降低载波频率不起作用。变频器输入侧及输 出侧加磁环滤波器不起作用。(2 )分析。安装变频器的配电柜与动力配电室相距太近,配电室配电柜有大电流流过,在电流周围有较强磁场,干扰了变频器正常工作,把配电柜远离配电室后即恢复正常,这属于外界设备对变频器干扰。3.5 变频器 对外界设备的干扰案例(1 )现象。起动变频器后,电机不动作。(2 )分析。变频器由外部 4-20ma 给定运转频率 ,4-20MA 的直流信号由变送器送入 ,看显示板 ,频率显示 为 0.00 。用电流表量测量变送器的输出端 , 发现无输出。 在变送器的输出端子

24、并上一 102 电容后, 再启动, 设备恢复正常,说明信号源受到干扰。在工程实践中一个简单的信号线并联电容解决了大问题是经常有效 的实用方法。这属于变频器对外部设备的干扰。4 结束语随着工业自动化的快速发展,变频器的使用也越来越普遍 , 变频器的干扰问题也将会遇到很多,许多终 端用户在遇到这一问题的时候往往不知道如何解决,希望本文能给他们提供一些帮助。变频器在工程应用中需注意的一些技术问题1 引言随着通用变频器市场的日益繁荣,不包括 OEM 进口变频器,中国通用变频器年用量超过25 亿元人民币,变频器及其附属设备的安装、调试、日常维护及维修工作量剧增,给用户 造成重大直接和间接损失。 本文就针

25、对造成以上问题的原因, 根据大量用户的实际应用情况, 从应用环境、电磁干扰与抗干扰、电网质量、 电机绝缘等方面进行了分析, 提出了一些改进 的建议。2 工作环境问题在变频器实际应用中, 由于国内客户除少数有专用机房外, 大多为了降低成本, 将变频器直 接安装于工业现场。 工作现场一般是灰尘大、 温度高,在南方还有湿度大的问题。 对于线缆 行业还有金属粉尘, 在陶瓷、印染等行业还有腐蚀性气体和粉尘, 在煤矿等场合, 还有防爆 的要求等等。因此必须根据现场情况做出相应的对策。2.1 变频器的安装设计基本要求(1) 变频器应该安装在控制柜内部。(2) 变频器最好安装在控制柜内的中部 ; 变频器要垂直

26、安装,正上方和正下方要避免安装可 能阻挡排风、进风的大元件。(3) 变频器上、 下部边缘距离控制柜顶部、 底部、 或者隔板、 或者必须安装的大元件等的最 小间距,应该大于 300mm 。柜内安装变频器的基本要求(4) 如果特殊用户在使用中需要取掉键盘, 则变频器面板的键盘孔, 一定要用胶带严格密封 或者采用假面板替换,防止粉尘大量进入变频器内部。(5) 对变频器要进行定期维护,及时清理内部的粉尘等。(6) 其它的基本安装、使用要求必须遵守用户手册上的有关说明 ; 如有疑问请及时联系相应 厂家技术支持人员。2.2 防尘控制柜的设计要求在多粉尘场所, 特别是多金属粉尘、 絮状物的场所使用变频器时,

27、 采取正确、合理的防护措 施是十分必要的, 防尘措施得当对保证变频器正常工作非常重要。 总体要求控制柜整体应该 密封,应该通过专门设计的进风口、出风口进行通风; 控制柜顶部应该有防护网和防护顶盖出风口 ; 控制柜底部应该有底板和进风口、进线孔,并且安装防尘网。(1) 控制柜的风道要设计合理, 排风通畅, 避免在柜内形成涡流, 在固定的位置形成灰尘堆 积。(2) 控制柜顶部出风口上面要安装防护顶盖, 防止杂物直接落入; 防护顶盖高度要合理, 不 影响排风。防护顶盖的侧面出风口要安装防护网,防止絮状杂物直接落入。(3) 如果采用控制柜顶部侧面排风方式,出风口必须安装防护网。(4) 一定要确保控制柜

28、顶部的轴流风机旋转方向正确,向外抽风。 如果风机安装在控制柜顶部的外部,必须确保防护顶盖与风机之间有足够的高度; 如果风机安装在控制柜顶部的内部, 安装所需螺钉必须采用止逆弹件, 防止风机脱落造成柜内元件和设备的损坏。 建议在风机和 柜体之间加装塑料或者橡胶减振垫圈,可以大大减小风机震动造成的噪音。5) 控制柜的前、后门和其他接缝处,要采用密封垫片或者密封胶进行一定的密封处理,防 止粉尘进入。(6) 控制柜底部、侧板的所有进风口、进线孔,一定要安装防尘网。阻隔絮状杂物进入。防 尘网应该设计为可拆卸式,以方便清理、维护。 防尘网的网格要小, 能够有效阻挡细小絮状物(与一般家用防蚊蝇纱窗的网格相仿

29、); 或者根据具体情况确定合适的网格尺寸。防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。(7) 对控制柜一定要进行定期维护, 及时清理内部、 外部的粉尘、 絮毛等杂物。 维护周期可 根据具体情况而定,但应该小于23个月;对于粉尘严重的场所,建议维护周期在1个月左右。2.3 防潮湿霉变的控制柜的设计要求多数变频器厂家内部的印制板、 金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理, 如果变频器长 期处于这种状态, 金属结构件容易产生锈蚀, 对于导电铜排在高温运行情况下, 更加剧了锈 蚀的过程。对于微机控制板和驱动电源板上的细小铜质导线,由于锈蚀将造成损坏,因此, 对于应用于潮湿和和含有腐蚀性气体的场合,必须对于使

30、用变频器的内部设计有基本要求, 例如印刷电路板必须采用三防漆喷涂处理, 对于结构件必须采用镀镍铬等处理工艺。除此之外,还需要采取其它积极、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。(1) 控制柜可以安装在单独的、 密闭的采用空调的机房, 此方法适用控制设备较多,建立机房的成本低于柜体单独密闭处理的场合, 此时控制柜可以采用如上防尘或者一般环境设计即 可。(2) 采用独立进风口。 单独的进风口可以设在控制柜的底部, 通过独立密闭地沟与外部干净 环境连接,此方法需要在进风口处安装一个防尘网,如果地沟超过 5m 以上时,可以考虑 加装鼓风机。(3) 密闭控制柜内可以加装吸湿的干燥剂或者吸附毒性气体的活性

31、材料,并近期更换。3 干扰问题3.1 变频器对微机控制板的干扰在注塑机、电梯等的控制系统中,多采用微机或者 PLC 进行控制,在系统设计或者改造过 程中,一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。 由于用户自己设计的微机控制板一般工 艺水平差,不符合 EMC 国际标准,在采用变频器后,产生的传导和辐射干扰,往往导致控 制系统工作异常,因此需要采取必要措施。(1) 良好的接地。 电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地, 微机控制板 的屏蔽地,最好单独接地。对于某些干扰严重的场合,建议将传感器、 I/O 接口屏蔽层与控 制板的控制地相连 3 。(2) 给微机控制板输入电源加装 EMI

32、滤波器、共模电感、高频磁环等,成本低。可以有效 抑制传导干扰。另外在辐射干扰严重的场合,如周围存在 GSM 、或者小灵通机站时,可以 对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。微机控制板的电源抗干扰措施(3) 给变频器输入加装 EMI 滤波器,可以有效抑制变频器对电网的传导干扰,加装输入交 流和直流电抗器 L1 、L2 ,可以提高功率因数,减小谐波污染,综合效果好。在某些电机与 变频器之间距离超过 100m 的场合, 需要在变频器侧添加交流输出电抗器L3 ,解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。 一个行之有效的方法就是 采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法, 并将钢管

33、外壳或者电缆屏蔽层与大地可靠连接。 请注意, 在不添加交流输出电抗器 L3 时,如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法, 增大了输出对地 的分布电容,容易出现过流。当然在实际中一般只采取其中的一种或者几种方法。减小变频器对外部控制设备的干扰措施(4) 对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。 在变频器组成的控制系统 设计过程中,建议尽量不要采用模拟控制,特别是控制距离大于 1M ,跨控制柜安装的情况 下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出, 可以满足要求。如果非要用模 拟量控制时, 建议一定采用屏蔽电缆, 并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。 如果 干扰仍旧严重,

34、需要实现 DC/DC 隔离措施。可以采用标准的 DC/DC 模块,或者采用 V/F 转换,光藕隔离再采用频率设定输入的方法。3.2 变频器本身抗干扰问题 当变频器的供电系统附近, 存在高频冲击负载如电焊机、 电镀电源、 电解电源或者采用滑环 供电的场合,变频器本身容易因为干扰而出现保护。建议用户采用如下措施:(1) 在变频器输入侧添加电感和电容,构成 LC 滤波网络。(2) 变频器的电源线直接从变压器侧供电。(3) 在条件许可的情况下,可以采用单独的变压器。(4) 在采用外部开关量控制端子控制时, 连接线路较长时, 建议采用屏蔽电缆。 当控制线路 与主回路电源均在地沟中埋设时, 除控制线必须采

35、用屏蔽电缆外, 主电路线路必须采用钢管 屏蔽穿线,减小彼此干扰,防止变频器的误动作。(5) 在采用外部模拟量控制端子控制时, 如果连接线路在 1M 以内, 采用屏蔽电缆连接, 并 实施变频器侧一点接地即可 ; 如果线路较长,现场干扰严重的场合,建议在变频器侧加装 DC/DC 隔离模块或者采用经过 V/F 转换,采用频率指令给定模式进行控制。(6) 在采用外部通信控制端子控制时,建议采用屏蔽双绞线,并将变频器侧的屏蔽层接地(PE) ,如果干扰非常严重,建议将屏蔽层接控制电源地 (GND) 。对于 RS232 通信方式, 注意控制线路尽量不要超过 15m ,如果要加长,必须随之降低通信波特率,在

36、100m 左右 时,能够正常通信的波特率小于 600bps 。对于 RS485 通信, 还必须考虑终端匹配电阻等。 对于采用现场总线的高速控制系统,通信电缆必须采用专用电缆,并采用多点接地的方式, 才能够提高可靠性。4 电网质量问题在高频冲击负载如电焊机、 电镀电源、 电解电源等场合, 电压经常出现闪变 ; 在一个车间中, 有几百台变频器等容性整流负载在工作时, 电网的谐波非常大, 对于电网质量有很严重的污 染,对设备本身也有相当的破坏作用, 轻则不能够连续正常运行, 重则造成设备输入回路的 损坏。可以采取以下的措施:集中整流的直流共母线供电方式(1) 在高频冲击负载如电焊机、 电镀电源、 电

37、解电源等场合建议用户增加无功静补装置, 提 高电网功率因数和质量。(2) 在变频器比较集中的车间,建议采用集中整流,直流共母线供电方式。建议用户采用12 脉冲整流模式。优点是,谐波小、节能,特别适用于频繁起制动、电动运行与发电运行 同时进行的场合。(3) 变频器输入侧加装无源 LC 滤波器,减小输入谐波,提高功率因数,成本较低,可靠性 高,效果好。(4) 变频器输入侧加装有源 PFC 装置,效果最好,但成本较高。5 电机的漏电、轴电压与轴承电流问题 变频器驱动感应电机的电机模型, Csf 为定子与机壳之间的等效电容, Csr 为定子与转子之 间的等效电容, Crf 为转子与机壳之间的等效电容,

38、 Rb 为轴承对轴的电阻 ;Cb 和 Zb 为轴 承油膜的电容和非线性阻抗。高频 PWM 脉冲输入下, 电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路, 从而引起对地 漏电流、轴电压与轴承电流问题。变频器驱动感应电机的电机模型漏电流主要是 PWM 三相供电电压极其瞬时不平衡电压与大地之间通过 Csf 产生。其大小与 PWM 的 dv/dt 大小与开关频率大小有关, 其直接结果将导致带有漏电保护装置动作。 另外, 对于旧式电机, 由于其绝缘材料差, 又经过长期运行老化, 有些在经过变频改造后造成绝缘 损坏。因此,建议在改造前,必须进行绝缘的测试。对于新的变频电机的绝缘,要求要比标 准电机高出一个等

39、级。轴承电流主要以三种方式存在: dv/dt 电流、 EDM(Electric Discharge Machining)电流和环路电流。 轴电压的大小不仅与电机内各部分耦合电容参数有关, 且与脉冲电压上升时间 和幅值有关。 dv/dt 电流主要与 PWM 的上升时间 tr 有关, tr 越小, dv/dt 电流的幅值越 大; 逆变器载波频率越高,轴承电流中的dv/dt 电流成分越多。 EDM 电流出现存在一定的偶然性,只有当轴承润滑油层被击穿或者轴承内部发生接触时,存储在电子转子对地电容Crf上的电荷(1/2 Crf 凶rf)通过轴承等效回路 Rb、Cb和Zb对地进行火花式放电,造成 轴承光洁

40、度下降, 降低使用寿命, 严重地造成直接损坏。 损坏程度主要取决于轴电压和存储 在电子转子对地电容 Crf 的大小。环路电流发生在电网变压器地线、 变频器地线、 电机地线及电机负载与大地地线之间的回路( 如水泵类负载 )中。环路电流主要造成传导干扰和地线干扰,对变频器和电机影响不大。避免或者减小环流的方法就是尽可能减小地线回路的阻抗。由于变频器接地线(PE 变频器 )一般与电机接地线 (PE 电机 1) 连接在一个点,因此,必须尽可能加粗电机接地电缆线径,减 小两者之间的电阻, 同时变频器与电源之间的地线采用地线铜母排或者专用接地电缆,保证良好接地。对于潜水深井泵这样的负载,接地阻抗 ZE 电

41、机 2 可能小于 ZE 变压器与 ZE 变 频器之和,容易形成地环流,建议断开 ZE 变频器,抗干扰效果好。在变频器输出端串由电感、 RC 组成的正弦波滤波器是抑制轴电压与轴承电流的有效途径。 目前有多家厂家可提供标准滤波器。变频器实际应用中的应用误区误区 1 、使用变频器都能节电一些文献宣称变频调速器是节电控制产品,给人的感觉是只要使用变频调速器都能节电。实际上, 变频调速器之所以能够节电, 是因为其能对电动机进行调速。 如果说变频调速器是 节电控制产品的话, 那么所有的调速设备也都可以说是节电控制产品。 变频调速器只不过比 其它调速设备效率和功率因数略高罢了。变频调速器能否实现节电, 是由

42、其负载的调速特性决定的。 对于离心风机、 离心水泵这类负 载,转矩与转速的平方成正比, 功率与转速的立方成正比。只要原来采用阀门控制流量,且 不是满负荷工作,改为调速运行,均能实现节电。当转速下降为原来的 80% 时,功率只有 原来的 51.2% 。可见,变频调速器在这类负载中的应用,节电效果最为明显。对于罗茨风 机这类负载, 转矩与转速的大小无关, 即恒转矩负载。 若原来采用放风阀放走多余风量的方 法调节风量,改为调速运行,也能实现节电。当转速下降为原来的 80% 时,功率为原来的 80% 。比在离心风机、离心水泵中的应用节电效果要小得多。对于恒功率负载,功率与转 速的大小无关。 水泥厂恒功

43、率负载, 如配料皮带秤, 在设定流量一定的条件下, 当料层厚时, 皮带速度减慢;当料层薄时,皮带速度加快。变频调速器在这类负载中的应用,不能节电。 与直流调速系统比较, 直流电动机比交流电动机效率高、 功率因数高, 数字直流调速器与变 频调速器效率不相上下, 甚至数字直流调速器比变频调速器效率略高。 所以, 宣称使用交流 异步电动机和变频调速器比使用直流电动机和直流调速器要节电, 理论和实践证明, 这是不 正确的。误区 2 、变频器的容量选择以电动机额定功率为依据 相对于电动机来说, 变频调速器的价格较贵, 因此在保证安全可靠运行的前提下, 合理地降 低变频调速器的容量就显得十分有意义。变频调

44、速器的功率指的是它适用的 4 极交流异步电动机的功率。 由于同容量电动机, 其极数不同,电动机额定电流不同。 随着电动机极数的增多, 电动机额 定电流增大。 变频调速器的容量选择不能以电动机额定功率为依据。同时, 对于原来未采用变频器的改造项目, 变频调速器的容量选择也不能以电动机额定电流为依据。 这是因为, 电 动机的容量选择要考虑最大负荷、富裕系数、 电动机规格等因素, 往往富裕量较大,工业用 电动机常常在50%60%额定负荷下运行。若以电动机额定电流为依据来选择变频调速器 的容量,留有富裕量太大,造成经济上的浪费,而可靠性并没有因此得到提高。对于鼠笼式电动机, 变频调速器的容量选择应以变

45、频器的额定电流大于或等于电动机的最大 正常工作电流 1.1 倍为原则,这样可以最大限度地节约资金。对于重载起动、高温环境、 绕线式电动机、同步电动机等条件下,变频调速器的容量应适当加大。对于一开始就采用变频器的设计中,变频器容量的选择以电动机额定电流为依据无可厚非。 这是因为此时变频器容量不能以实际运行情况来选择。当然,为了减少投资,在有些场合, 也可先不确定变频器的容量,等设备实际运转一段时间后,再根据实际电流进行选择。内蒙古某水泥公司 24mK 13m水泥磨二级粉磨系统中,有1台国产N 1500型O Sepa 高效选粉机,配用电动机型号为Y2315M 4 型,电动机功率为 132kW ,却

46、选用FRN160 P9S4E 型变频器,这种变频器适用于 4 极、功率为 160kW 电动机。投入运 行后,最大工作频率 48Hz ,电流只有 180A ,不到电动机额定电流的 70% ,电动机本身 已有相当的富裕量。而变频器选用规格又比拖动电动机大1 个等级,造成不应有的浪费,可靠性不会因此而提高。安徽巢湖水泥厂 3号石灰石破碎机,其喂料系统采用1500X 12000 板式喂料机,拖动电动机选用 Y225M 4 型交流电动机,电动机额定功率 45kW ,额定电流为 84.6A 。在进行 变频调速改造前, 通过测试发现, 板式喂料机拖动电动机正常运行时, 三相平均电流仅 30A , 只有电动机

47、额定电流的 35.5% 。为了节省投资,选用 ACS601 0060 3 型变频器,该 变频器额定输出电流为 76A ,适用于 4 极、功率为 37kW 电动机, 取得了较好的使用效果。 这 2 个例子一反一正说明了,对于原来未采用变频器的改造项目,变频器的容量以实际工 况为依据来选择可大幅度减少投资。误区 3 、用视在功率计算无功补偿节能收益 用视在功率计算无功补偿节能效果。如文献 1 原系统风机工频满载工作时,电动机运行电 流为 289A ,采用变频调速时, 50Hz 满载运行时的功率因数约为 0.99 ,电流是 257A , 这 是 由 于 变 频 器 内 部 滤 波 电 容 产 生 改

48、 善 功 率 因 数 的 作 用 。 节 能 计 算 如 下 : S=UI= X380 X (289 257)=21kVA因此该文认为其节能效果约为单机容量的 11% 左右。实际分析: S 即表示视在功率,即电压与电流的乘积,电压相同时,视在功率节约百分比与 电流节约百分比是一回事。 在有电抗的电路中, 视在功率只是反映了配电系统的允许最大输 出能力,而不能反映电动机实际消耗的功率。电动机实际消耗的功率只能用有功功率表示。 在该例中,虽用实际电流计算,但计算的是视在功率,而不是有功功率。我们知道,电动机 实际消耗的功率是由风机及其负载决定的。 功率因数的提高并没有改变风机的负载,也没有提高风机

49、的效率, 风机实际消耗的功率没有减少。 功率因数提高后, 电动机运行状态也没有 改变, 电动机定子电流并没有减少, 电动机消耗的有功功率和无功功率都没有改变。功率因数提高的原因是变频器内部滤波电容产生无功功率供给了电动机消耗。随着功率因数提高, 变频器的实际输入电流减少,从而减少了电网至变频器之间的线损和变压器的铜耗。同时, 负荷电流减小, 给变频器供电的变压器、 开关、接触器、 导线等配电设备可以带更多的负载。 需要指出的是, 如果象该例一样不考虑线损和变压器铜耗的节约, 而考虑变频器的损耗, 变 频器在 50Hz 满载运行时, 不仅没有节能, 而且还费电。 因此, 用视在功率计算节能效果是

50、 不对的。某水泥厂离心风机拖动电动机型号为 Y280S 4,额定功率为 75kW ,额定电压 380V ,额 定电流 140A 。在进行变频调速改造前,阀门全开,通过测试发现,电动机电流 70A ,只有 50% 负荷,功率因数为 0.49 ,有功功率为 22.6kW ,视在功率为 46。在采用变频调速改造后, 阀门全开, 额定转速运行时, 三相电网平均电流为 37A ,从而认为节电 (70 37 ) -70X 100%=44.28%。这样计算,看似合理,实质上仍是以视在功率计算节能效果。该厂在进一步测试后发现,此时功率因数为 0.94 ,有功功率为 22.9kW ,视在功率为 24.4kVA

51、。可见,有功功率增加,不但没有节电,反而费电。有功功率增加的原因是考虑 了变频器的损耗, 而没有考虑线损和变压器铜耗的节约。 产生这种错误的关键在于没有考虑 功率因数提高对电流下降的影响,默认功率因数不变,从而片面夸大了变频器的节能效果。 因此,在计算节能效果时,必须用有功功率,不能用视在功率。误区 4 、变频器输出侧不能加装接触器 几乎所有变频调速器使用说明书都指出, 变频调速器输出侧不能加装接触器。 如日本安川变 频器说明书就规定 “切勿在输出回路连接电磁开关、电磁接触器 ”。 厂家的规定是为了防止在变频调速器有输出时接触器动作。变频器在运行中连接负载, 会由于漏电流而使过电流保护回路动作

52、。 那么, 只要在变频调速器输出与接触器动作之间, 加以 必要的控制联锁, 保证只有在变频调速器无输出时, 接触器才能动作, 变频调速器输出侧就 可以加装接触器。这种方案对于只有 1 台变频调速器, 2 台电动机 (1 台电动机运行, 1 台 电动机备用 ) 的场合,具有重要的意义。当运行的电动机出现故障时,可以很方便地将变频 器切换到备用电动机, 经过延时使变频器运行, 实现备用电动机自动投入变频运行。 并且还 可以很方便地实现 2 台电动机的互为备用。误区 5 、 通用电动机只能在其额定转速以下采用变频调速器降速运行 经典理论认为, 通用电动机频率上限为 55Hz 。这是因为当电动机转速需

53、要调到额定转速以 上运行时,定子频率将增加到高于额定频率 (50Hz) 。这时,若仍按恒转矩原则控制,则定 子电压将升高超过额定电压。那么,当调速范围高于额定转速时, 须保持定子电压为额定电压不变。这时,随着转速 / 频率的上升,磁通将减少,因此在同一定子电流下的转矩将减小, 机械特性变软,电动机的过载能力大幅度减少。由此可见,通用电动机频率上限为 55Hz 是有前提条件的:1 、定子电压不能超过额定电压;2 、电动机在额定功率运行;3 、恒转矩负载。上述情况下,理论和试验证明,若频率超过 55Hz ,将使电动机转矩变小,机械特性变软, 过载能力下降,铁耗急增,发热严重。笔者认为, 电动机实际

54、运行状况表明, 通用电动机可以通过变频调速器进行提速运行。能否变频提速 ?能提多少 ? 主要是由电动机拖动的负载来决定的。首先,要弄清负荷率是多少 ?其 次,要搞清楚负载特性,根据负载的具体情况,进行推算。简单分析如下:1 、事实上,对于 380V 通用电动机,定子电压超过额定电压 10% 长期运行是可以的,对 电动机绝缘及寿命没有影响。 定子电压提高, 转矩显著增大, 定子电流减少, 绕组温度下降。2、电动机负荷率通常为 50%60%一般情况下,工业用电动机通常在 50%60%额定功率下工作。 经推算,电动机输出功率 为 70% 额定功率,定子电压提高 7% 时,定子电流下降 26.4% ,

55、此时,即使是恒转矩控 制,采用变频调速器提高电动机转速 20% ,定子电流也不但不会上升,反而会下降。尽管 提高频率后,电动机铁耗急增,但由其产生的热量与定子电流下降而减少的热量相比甚微。 因此,电动机绕组温度也将明显下降。3、负载特性各种各样电动机拖动系统是为负载服务的, 不同的负载, 机械特性不同。 电动机在提速后必须满足负 载机械特性的要求。 经推算恒转矩负载不同负荷率 (k) 时的允许最高运行频率 (fmax) 与负荷 率成反比,即 fmax=fe/k ,其中 fe 为额定工频。 对恒功率负载, 通用电动机的允许最高工 作频率主要受电动机转子和转轴的机械强度限制, 笔者认为一般限制在

56、100Hz 以内为宜。误区 6 、忽视变频器的自身特点 变频调速器的调试工作一般由经销厂家来完成, 不会出现什么问题。 变频调速器的安装工作 较简单, 一般由用户来完成。 一些用户不认真阅读变频调速器的使用说明书, 不严格按照技 术要求进行施工,忽视变频器自身特点 ,将其等同于一般电气器件 ,凭想当然和经验办事,为 故障和事故埋下了隐患。根据变频调速器的使用说明书的要求, 接到电动机的电缆应采用屏蔽电缆或铠装电缆, 最好 穿金属管敷设。 截断电缆的端头应尽可能整齐, 未屏蔽的线段尽可能短,电缆长度不宜超过一定的距离 (一般为 50m )。当变频调速器与电动机间的接线距离较长时, 来自电缆的高谐

57、 波漏电流会对变频调速器和周边设备产生不利影响。从变频器控制的电动机返回的接地线, 应直接连到变频器相应的接地端子上。 变频器的接地线切勿与焊机及动力设备共用, 且尽可 能短。 由于变频器产生漏电流, 与接地点太远则接地端子的电位不稳定。 变频器的接地线的 最小截面积必须大于或等于供电电源电缆的截面积。 为了防止干扰而引起的误动作, 控制电 缆应使用绞合屏蔽线或双股屏蔽线。 同时要注意切勿将屏蔽网线接触到其它信号线及设备外 壳,用绝缘胶带缠包起来。为了避免其受到噪声的影响,控制电缆长度不宜超过 50m 。控 制电缆和电动机电缆必须分开敷设, 使用单独的走线槽, 并尽可能远离。 当二者必须交叉时

58、, 应采取垂直交叉。 千万不能将它们放在同一个管道或电缆槽中。 而一些用户在进行电缆敷设 时,没有严格按照上述要求进行施工, 导致在单独调试时设备运转正常, 正常生产时却干扰 严重,以致不能运行。如某水泥厂二次风温表突然出现指示异常: 指示值明显偏低, 且大幅度波动。 在此之前一直 运行很好。 检查热电偶、 温度变送器及二次仪表, 均未发现问题, 将相关仪表移到其他测点, 仪表运行完全正常, 而将其他测点的同类仪表换到此处, 也出现同样现象。 后发现在篦冷机 3 号冷却风机电动机上新安装了 1 台变频调速器, 而且正是变频器投用后二次风温表才出现 指示异常状态。 试将变频器停运,二次风温表指示立即恢复正常; 再起动变频器, 二次风温 表又出现指示异常, 连续反复试验几次均是如此, 从而判断出变

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