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變頻器的工程實(shí)踐
摘要：變頻器在工業(yè)領(lǐng)域的使用越來(lái)越廣泛，本文從實(shí)踐的角度，論述了不同領(lǐng)域和設(shè)備在變頻器使用上的共性問(wèn)題，著重論述了變頻器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中選擇、安裝、維護(hù)的常見(jiàn)問(wèn)題和解決方法。
關(guān)鍵詞：變頻器 選擇 安裝 維護(hù)
0 引言
據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)用電中60%~70%的電量被電動(dòng)機(jī)所消耗，而這些電中，又有約90%被三相交流異步電動(dòng)機(jī)所消耗，可見(jiàn)電動(dòng)機(jī)用量之大。變頻器的出現(xiàn)，使得交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難、交變速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性不盡人意的缺點(diǎn)得以改善。在我國(guó)，變頻器已在各行各業(yè)得到推廣應(yīng)用，基于變頻器的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速方便、體積小、噪聲小、能耗低、保護(hù)功能完善、組態(tài)靈活、可靠性強(qiáng)、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、易維護(hù)等特點(diǎn)，每年以20%的遞增量在發(fā)展。因此，合理的使用和維護(hù)變頻器對(duì)自動(dòng)化工程人員來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
1 變頻器的選擇
1.1 品牌的選擇 目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的變頻器品牌多達(dá)上百種，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的預(yù)算，項(xiàng)目要求和個(gè)人熟悉程度等多種因素綜合考慮品牌和型號(hào)。就市場(chǎng)占有量來(lái)說(shuō)，日本的東芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)家，在我國(guó)有較大的市場(chǎng)份額；ABB、西門(mén)子、施耐德等歐美品牌也相繼進(jìn)入中國(guó)；LG、三星、現(xiàn)代重工等韓國(guó)的后起之秀也在爭(zhēng)奪中國(guó)市場(chǎng)；當(dāng)然，國(guó)內(nèi)的臺(tái)達(dá)、臺(tái)安、時(shí)代、康沃等公司也占有一席之地。總體而言，歐美國(guó)家的產(chǎn)品以性能先進(jìn)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)而著稱(chēng)；日本產(chǎn)品以外型小巧、功能豐富而聞名；我國(guó)港澳臺(tái)的產(chǎn)品以功能簡(jiǎn)單實(shí)用而流行；大陸產(chǎn)品則以?xún)r(jià)格低廉、功能專(zhuān)用、簡(jiǎn)單而廣泛應(yīng)用。
1.2 類(lèi)型的選擇 工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專(zhuān)用變頻器兩大類(lèi)，主要技術(shù)指標(biāo)有：控制方式、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制精度、控制信號(hào)種類(lèi)、速度控制方式、通信借口等等。變頻器的操作方式靈活，接口易和上位機(jī)通信，從實(shí)際應(yīng)用角度看，中小型容量的變頻器以U/f控制方式為主，屬于通用型變頻器，還有一類(lèi)具有矢量控制功能的變頻器，性能好、價(jià)格高，但價(jià)格也比U/f控制的要貴的多；而直接轉(zhuǎn)矩控制方式的變頻器動(dòng)態(tài)性能好，轉(zhuǎn)矩控制精度高，代表了當(dāng)代變頻器技術(shù)的最高水平。
1.3 其它應(yīng)考慮的問(wèn)題
1.3.1 選擇合適的容量：應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定電流和負(fù)載特性為依據(jù)，總的負(fù)載電流不超過(guò)變頻器的額定電流，頻繁工作或重載時(shí)可增大容量。
1.3.2 考慮負(fù)載的類(lèi)型：根據(jù)實(shí)際負(fù)載，存在恒功率負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、降轉(zhuǎn)矩負(fù)載三種類(lèi)型。風(fēng)機(jī)類(lèi)、泵類(lèi)負(fù)載屬于降轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，一般宜采用具有U/f恒壓頻比控制的變頻器；提升機(jī)、吊車(chē)、注塑機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、傳送帶、攪拌機(jī)等摩擦類(lèi)負(fù)載和位能負(fù)載基本屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器是比較理想的；金屬切削機(jī)床的主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、薄膜生產(chǎn)線(xiàn)中的卷取機(jī)、開(kāi)卷機(jī)等都屬于恒功率負(fù)載，可采用變極電動(dòng)機(jī)與變頻器相結(jié)合或者機(jī)械變速與變頻器結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。
1.3.3 專(zhuān)用變頻器：注塑機(jī)、抽油機(jī)、紡織機(jī)械、電梯、風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)、礦山機(jī)械等領(lǐng)域，可選擇在本行業(yè)有應(yīng)用特長(zhǎng)的專(zhuān)用變頻器，往往有意想不到的效果。
2 變頻器的安裝
2.1 墻掛式安裝：變頻器與周?chē)矬w之間的距離應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)條件：兩側(cè)≥100mm上下≥150mm。
2.2 柜式安裝：?jiǎn)闻_(tái)變頻器安裝應(yīng)盡量采用柜外冷卻方式（環(huán)境比較潔凈，塵埃少時(shí)）；單臺(tái)變頻器采用柜內(nèi)冷卻方式時(shí)，應(yīng)在柜頂安裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇，并盡量裝在變頻器的正上方；多臺(tái)變頻器安裝應(yīng)盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應(yīng)在兩臺(tái)變頻器間加裝隔板，不論哪種方式，變頻器應(yīng)垂直安裝。
2.3 工作環(huán)境的要求：為了保證安全可靠，使用時(shí)應(yīng)留有余地。一般，變頻器的工作溫度應(yīng)控制在0~40℃；運(yùn)行中的環(huán)境溫度允許值多為-10~50℃；周?chē)h(huán)境的濕度推薦為40%~90%；安裝場(chǎng)所的海拔高度為1000m以下，海拔越高，冷卻效果越差，由1500m開(kāi)始，每超過(guò)100m，容許溫升就下降1%。此外，還應(yīng)注意周?chē)秒娫O(shè)備的電磁干擾和因雷擊等自然因素引起的環(huán)境問(wèn)題。
3 變頻器的維護(hù)
變頻器由許多集成芯片，電子元器件等組成，裝置較為復(fù)雜，壽命一般小于10年，使用過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種故障，正確的維護(hù)，簡(jiǎn)單的檢修可保證生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行。
3.1 變頻器外部引起的故障
3.1.1 變頻器的工作環(huán)境。溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，可安裝散熱裝置并避免日光直射以避免溫度過(guò)高；振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，可安裝在振動(dòng)沖擊較小的部位或者采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等會(huì)造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，可對(duì)控制柜進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)。
3.1.2 外部的電磁感應(yīng)干擾。外部的電磁感應(yīng)干擾可能會(huì)引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正�；蛲C(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器�？刹捎靡韵路椒ㄒ种圃肼暩蓴_: ①采用屏蔽線(xiàn)回路②接地端子單獨(dú)使用；③縮短控制回路的配線(xiàn)距離④周?chē)睦^電器、接觸器線(xiàn)圈上加裝RC吸收器；⑤輸入端安裝噪聲濾波器。
3.1.3 電源異常。為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)變頻器供電電源也有相應(yīng)的要求。如果附近有直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電磁爐等設(shè)備，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響。對(duì)于要求瞬時(shí)停電后仍能繼續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合，除選擇合適價(jià)格的變頻器外，還應(yīng)預(yù)先考慮負(fù)載電機(jī)的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補(bǔ)償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過(guò)速度追蹤和測(cè)速電機(jī)的檢測(cè)來(lái)防止在加速中的過(guò)電流。對(duì)于要求不能停止運(yùn)行的設(shè)備，要對(duì)變頻器加裝自動(dòng)切換的不停電電源裝置。
3.1.4 雷擊、感應(yīng)雷電。雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時(shí)也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時(shí)，斷路器開(kāi)閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過(guò)電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時(shí)，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制順序上應(yīng)在真空斷路器動(dòng)作前先將變頻器斷開(kāi)。
3.2 變頻器內(nèi)部引起的故障
3.2.1 參數(shù)設(shè)置引起的故障。應(yīng)多注意電動(dòng)機(jī)參數(shù)、變頻器控制方式和啟動(dòng)方式的設(shè)定等，若發(fā)生參數(shù)設(shè)置故障，可根據(jù)故障代碼或產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行參數(shù)修改，必要時(shí)可恢復(fù)出廠(chǎng)值，重新設(shè)置。
3.2.2 過(guò)電流和過(guò)載。如果變頻器一上電就報(bào)過(guò)流故障，可能是整流橋或逆變管損壞，需予以更換；若去掉電動(dòng)機(jī)不再報(bào)警，可能是變頻器和電機(jī)間存在斷路；若運(yùn)行中，出現(xiàn)機(jī)械卡死、重載、加速時(shí)間設(shè)置過(guò)短或負(fù)載突變也有可能引起過(guò)流，應(yīng)從上述可能性逐一排查。
3.2.3 過(guò)電壓和欠電壓。過(guò)電壓主要體現(xiàn)為電機(jī)拖動(dòng)大慣性負(fù)載或多電機(jī)拖動(dòng)同一負(fù)載時(shí)由于負(fù)荷分配不均引起；欠電壓主要由電源電壓過(guò)低或缺相、一個(gè)直流母線(xiàn)上的電壓過(guò)低或欠壓檢測(cè)元件出現(xiàn)問(wèn)題引起，可檢查供電電壓是否正常，更換故障元件或維修相應(yīng)檢測(cè)電路
3.2.4 過(guò)熱故障。應(yīng)注意變頻器的環(huán)境溫度，盡量通風(fēng)，檢查變頻器風(fēng)扇等。
4 結(jié)束語(yǔ)
不同廠(chǎng)家對(duì)變頻器的操作方法設(shè)定略有差異，但就其工作模式主要有面板操作模式和外部操作模式，由于篇幅有限，這里不再詳述。要合理使用變頻器，應(yīng)多參考變頻器廠(chǎng)家提供的使用手冊(cè)，在實(shí)際應(yīng)用中多積累經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
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