變頻器在國(guó)產(chǎn)大型轉(zhuǎn)動(dòng)天線中的應(yīng)用

鄭仕兵

摘要：變頻器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于使用方法不正確或設(shè)置不合理，容易造成變頻器誤動(dòng)作及發(fā)生故障，該文闡述了變頻器的工作原理，并對(duì)其在國(guó)產(chǎn)大型轉(zhuǎn)動(dòng)天線應(yīng)用中的應(yīng)用維護(hù)和故障原因進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：變頻器；維護(hù)；測(cè)試；故障

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）02-0226-02

國(guó)產(chǎn)大型轉(zhuǎn)動(dòng)天線能夠快速靈活的改變發(fā)射方向，越來(lái)越多的應(yīng)用于大功率短波發(fā)射臺(tái)，它的高效取決于變頻器對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的有效控制，使用中維護(hù)不周將嚴(yán)重影響播音任務(wù)。以下將從原理、日常維護(hù)和故障分析三方面對(duì)變頻器進(jìn)行講解。

1 變頻器的原理

一般，把固定電壓和頻率的工頻交流電轉(zhuǎn)換為電壓或頻率可變的交流電的裝置叫作“變頻器”。 變頻器首先把電源的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，即整流。再把直流電轉(zhuǎn)換為交流電。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的裝置我們稱為變頻器。

我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

n=60 f（1-s）/p （1）

這里 n——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；

f——異步電動(dòng)機(jī)的頻率；

s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

p——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。

由上式可知，轉(zhuǎn)速正比于頻率，改變頻率即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之改變。變頻器就是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)電源頻率來(lái)控制其速度的。 變頻器由整流模塊、電解電容、控制器和逆變器等幾部分組成。

整流模塊：將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

電解電容：將轉(zhuǎn)換后的電能進(jìn)行存儲(chǔ)。

逆變器：由IGBT電子開關(guān)，將直流電輸出為可變頻率的方波。

控制器：控制輸出交流電的幅度與脈沖寬度，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

2 變頻器的維護(hù)

我臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)天線使用的是安川H1000型重載高性能變頻器，在日常使用中，操作人員必須熟悉變頻器的基本原理。在對(duì)變頻器進(jìn)行維護(hù)之前，要先切斷設(shè)備電源；并且在變頻器顯示完全消失半小時(shí)后再進(jìn)行。應(yīng)注意檢查線路，清除灰塵，保證變頻器的良好工作狀態(tài)。

2.1 冷卻風(fēng)扇

變頻器的功率模塊是發(fā)熱最嚴(yán)重的器件，要保證及時(shí)良好的散熱就要保證風(fēng)扇正常工作。日常工作中要加強(qiáng)巡視，發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇故障及時(shí)更換。

2.2 濾波電容

濾波電容的作用就是濾除整流后的電壓紋波，還能起到整流與逆變器之間去耦作用，消除干擾，還能為電動(dòng)機(jī)提供無(wú)功功率，因此要承受極大的脈沖電流，惡劣的使用條件直接影響其容量的大小。因此要定期檢測(cè)電容量，容量一般不得少于80%。

2.3 接地系統(tǒng)

要提高控制系統(tǒng)靈敏度、抑制噪聲，變頻器必須正確接地。變頻器的接地要和其它設(shè)備接地點(diǎn)分開。信號(hào)線的屏蔽層，應(yīng)接至E（G）上，不能接在地端，否則會(huì)引起信號(hào)波動(dòng)。變頻器與控制柜之間應(yīng)電氣連通。所以對(duì)變頻器的接地線和屏蔽層也要定期檢查，如果接觸不良或者脫開，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

2.4 維護(hù)和檢查時(shí)的注意事項(xiàng)

（1） 關(guān)閉電源10分鐘后才可以開始檢查，否則易引起觸電。

（2） 維修、檢查和部件更換必須先放電。

（3）變頻器維修之前，測(cè)量其輸入和輸出電壓，檢查變頻器是否按要求工作。

變頻器主要由半導(dǎo)體元件構(gòu)成，溫度、濕度、粉塵和振動(dòng)等都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響而引起其它故障。

3 變頻器的測(cè)試

3.1 靜態(tài)測(cè)試

1）整流電路的測(cè)試

找到整流模塊直流輸出的P端和N端，將萬(wàn)用表調(diào)到電阻X10檔，紅表筆測(cè)量P，黑表筆分別測(cè)量R、S、T，阻值<100歐，大致相等，再將黑表筆測(cè)量P 端，紅表筆依次測(cè)量R、S、T，阻值近似無(wú)窮大，將紅表筆接到N端，再測(cè)量一次，結(jié)果應(yīng)基本相同，有以下情況，則電路有問(wèn)題：①測(cè)量三相值不同，需要更換整流橋，②紅表筆測(cè)量P端時(shí)，測(cè)量結(jié)果∞，則整流橋或起動(dòng)電阻出現(xiàn)了問(wèn)題。

2）逆變器的測(cè)試

紅表筆測(cè)量P端，黑表筆分別測(cè)量U、V、W，阻值在幾十歐，三相測(cè)量結(jié)果基本一致，反相測(cè)量結(jié)果∞，再用黑表筆測(cè)量N端，紅表筆分別測(cè)量U、V、W測(cè)量值一致，那么逆變模塊出現(xiàn)了問(wèn)題。

3.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試沒有問(wèn)題，再進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，有幾點(diǎn)需要注意：

1）確定輸入電壓正常再合電；

2）確定各接線端子正確，接線牢固；

3）合閘后查看故障自檢，根據(jù)顯示內(nèi)容作出判斷；

4）自檢沒有判斷出來(lái)，首先查看各數(shù)據(jù)設(shè)定是否正確，然后不帶負(fù)載運(yùn)行，查看U、V、W三相測(cè)量結(jié)果，三相值不一樣，判斷為模塊或驅(qū)動(dòng)板等有問(wèn)題；

5）測(cè)量結(jié)果正常后，帶滿負(fù)載運(yùn)行，進(jìn)行測(cè)試。

4 故障分析

4.1 主回路常見故障分析

工作環(huán)境溫度高，工作電流浪涌大等因素是影響主回路中電解電容使用壽命的主要因素，使用電抗器能消除浪涌對(duì)電容的影響。實(shí)際維護(hù)中，當(dāng)靜電容量減少20%，絕緣阻抗小于五兆歐時(shí)，就要更換電容。

4.2 主回路典型故障分析

故障現(xiàn)象：變頻器在加速、減速或正常運(yùn)行電流越限。

分析：①如果故障時(shí)電流超限，但是三相電壓和電流是平衡的，要看有沒有過(guò)載等情況。如果負(fù)載慣性較大，可以加大變頻器的加速時(shí)間。

②如果故障時(shí)電流沒有超限，那就是IPM模塊出現(xiàn)了問(wèn)題。分別測(cè)量變頻器U、V、W三相端子與P、N端子之間的正反向電阻值，來(lái)進(jìn)行判斷。如模塊完好，就是驅(qū)動(dòng)電路的問(wèn)題。

③如果減速時(shí)模塊電流越限或變頻器電流保護(hù)，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動(dòng)電路有問(wèn)題

④如果加速時(shí)模塊電流越限，則是下半橋的模塊或其驅(qū)動(dòng)電路有問(wèn)題

4.3 控制回路故障分析

控制回路中的電容基本不受負(fù)載的影響，溫度和通電時(shí)間是影響其壽命的主要因素?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量靜電容量來(lái)判斷，也可以依據(jù)環(huán)境溫度和使用時(shí)間，來(lái)大致判斷時(shí)都需要更換。

電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動(dòng)電路和操作面板等供電，其中任意一路電源短路，都會(huì)影響其他部分的電源，無(wú)論哪一路故障，檢查電源電路板基本就可以判斷出來(lái)。

邏輯控制電路板是逆變器的核心，它包含CPU、單片機(jī)、RAM、EEPROM和其他大規(guī)模集成電路，可靠性高，故障的概率很小，但有時(shí)因?yàn)殚_機(jī)讓所有控制終端同時(shí)閉合，導(dǎo)致逆變器EEPROM故障，只需對(duì)EEPROM重置。

IPM包含驅(qū)動(dòng)電路、緩沖電路、過(guò)壓、缺相等保護(hù)電路。PWM信號(hào)來(lái)自于邏輯控制板，通過(guò)光耦合電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入IPM模塊，因此檢測(cè)?？斓耐瑫r(shí)，還應(yīng)測(cè)量IPM模塊耦合。

4.4 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)主要包括散熱器和冷卻風(fēng)扇。使用壽命較短的是冷卻風(fēng)扇，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、噪聲甚至停止，導(dǎo)致IPM過(guò)熱變頻器跳閘。冷卻風(fēng)扇的軸承壽命大約是10000 ～ 35000 h。持續(xù)工作時(shí)，更換周期為2 ～ 3年。

4.5 外部的電磁感應(yīng)干擾

變頻器安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)天線的筒體內(nèi)，因此存在干擾源，有可能會(huì)引起控制回路誤動(dòng)作，導(dǎo)致控制電路誤動(dòng)作，造成故障或中斷。減少干擾的具體方法有：變頻器周圍所有的控制繼電器，接觸器線圈，增加預(yù)防的吸收沖擊電壓設(shè)備，如RC浪涌吸收器，；盡可能縮短控制電路布線之間的距離，使其與主回路分離；逆變器控制電路布線的距離應(yīng)該超過(guò)15毫米，與主電路保持間距超過(guò)10厘米；逆變器和電機(jī)的距離較大時(shí)（約10米），一方面可以提高導(dǎo)線截面積，確保線路電壓降<2%，同時(shí)加裝變頻器輸出電抗器。變頻器接地端子應(yīng)當(dāng)依照規(guī)定接地，必須可靠的接地，不能使用電焊、電源接地點(diǎn)； 變頻器輸入端安裝無(wú)線電噪聲濾波器，減少輸入高次諧波，可以減少噪聲影響電子設(shè)備及電源線，同時(shí)在變頻器輸出端安裝無(wú)線電噪聲濾波器，以減少輸出噪音。

5 結(jié)束語(yǔ)

變頻器作為大型轉(zhuǎn)動(dòng)天線的組成部分，其重要性不言而喻，因此也對(duì)變頻器的安裝、運(yùn)行、維護(hù)提出了很高的要求，了解變頻器的原理、測(cè)試、維護(hù)、故障判斷和處理，是安全播音的重要保障。

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