變頻器應(yīng)用中易忽略的問題探討

陳建

摘要：隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，控制與調(diào)速精度不斷提開，變頻器以其卓越的調(diào)速控制性能，顯著的節(jié)能效果以廣泛應(yīng)用于電機(jī)的驅(qū)動控制領(lǐng)域。多數(shù)設(shè)備依靠變頻器自身設(shè)備隨機(jī)編程手冊調(diào)試既可滿足控制需要，特殊應(yīng)用環(huán)境按常規(guī)安裝調(diào)試方法不能滿足控制要求，設(shè)備故障率高發(fā)，一些應(yīng)用問題逐漸暴漏出來，本文對一些特殊應(yīng)用環(huán)境容易忽視的問題進(jìn)行分析并提出解決措施。

關(guān)鍵詞：變頻器;技術(shù)探討;解決措施

變頻器是集電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動化于一體的電力電子產(chǎn)品，能夠同時改變電源的頻率與電壓而自動或手動控制電動機(jī)定子實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的無極調(diào)速。變頻器由整流、濾波、控制電路和逆變四部分組成，變頻器有V/F電壓頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制多種控制方式。但其硬件結(jié)構(gòu)多為交流輸入一整流一濾波一開關(guān)調(diào)制一交流輸出，是一種電力電子器件。因其軟件和硬件的特性在一些特殊情況下常常會出現(xiàn)損壞和故障。下面就變頻器在實(shí)際應(yīng)用中容易忽視的問題進(jìn)分析和探討。

1 標(biāo)量開環(huán)控制用于起升設(shè)備墜落事故

由于變頻器開環(huán)控制時v/f給定曲線是恒定的，變頻器并不能實(shí)時知道電機(jī)轉(zhuǎn)差和位置，而電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)差是非線性的，如圖：電機(jī)轉(zhuǎn)矩T隨電機(jī)轉(zhuǎn)差S達(dá)到SMAX時達(dá)到最大值TMAX，當(dāng)轉(zhuǎn)差繼續(xù)增加時轉(zhuǎn)矩T便會減小。應(yīng)用時負(fù)

載轉(zhuǎn)矩小于TMAX時，變頻器表現(xiàn)為運(yùn)行正常。如參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（如加速時間等）或過重的負(fù)載，易導(dǎo)致電機(jī)速度不能跟隨頻率給定，而轉(zhuǎn)差超過SMAX時，電機(jī)轉(zhuǎn)矩T會隨輸出給定的增加而減小，電機(jī)轉(zhuǎn)矩不能拉升重物，造成起升負(fù)載空中墜落事故。

2 電纜過長擊穿電機(jī)絕緣和損壞IGBT模塊。

變頻器是一種電力電子器件，他的輸出是同過IGBT模塊調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的，開關(guān)頻率達(dá)2-20KH。因此他的電壓波形是非線性的，電磁波在導(dǎo)體傳導(dǎo)遇到截面變化會產(chǎn)生反射，長電纜的寄生電感和寄生電容極易形成LC諧振，由于兩者的共同作用會在電纜兩端（特別是電機(jī)端）產(chǎn)生高于額定電壓兩倍以上的峰值電壓。從而使電機(jī)絕緣受到嚴(yán)酷考驗(yàn)。半導(dǎo)體電力電子器件的開通和管斷并非理想的通或斷，而是有一個開通關(guān)斷時間，過高的峰值電壓意味著在IGBT模塊上的消散

功率變大，從而影響IGBT和續(xù)流二極管的壽命。

解決方案：

在使用長電纜時（一般大于100米，具體數(shù)據(jù)和變頻器開關(guān)頻率，電機(jī)功率有關(guān)，請參考相應(yīng)技術(shù)數(shù)據(jù)）使用du/dt濾波器或正玄波濾波器，可有效抑制變頻器對電網(wǎng)的傳到干擾，加裝交流和直流電抗器，可以提高功率因數(shù)，減少諧波污染。

3 兩臺驅(qū)動設(shè)備協(xié)同工作（主從控制）不同步問題

主從控制是一種負(fù)載分配應(yīng)用，系統(tǒng)中運(yùn)行兩臺變頻器并且電機(jī)軸通過齒輪箱、導(dǎo)軌或軸耦合應(yīng)用，主機(jī)通過主從總線將命令和給定值（速度和轉(zhuǎn)矩規(guī)定）發(fā)給從機(jī)，同時也可讀取從機(jī)返回的狀態(tài)信息，確認(rèn)設(shè)備是否運(yùn)行正常。兩臺電機(jī)同步運(yùn)行時，其傳動部分彼此在運(yùn)動速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)方面常常需要配合協(xié)調(diào)，要求控制的變頻器與各臺電機(jī)之間建立速度控制的計(jì)算關(guān)系，參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，易造成電動機(jī)運(yùn)行不同步，造成電機(jī)振動加大，嚴(yán)重時造成連接軸或電機(jī)損壞。

解決方案：

①主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸通過齒輪、鏈條等進(jìn)行剛性連接，從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制模式，以使傳動單元之間平均分配負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時是由機(jī)械結(jié)構(gòu)保證轉(zhuǎn)速同步。機(jī)械加工誤差和電機(jī)性能誤差等微小的誤差將導(dǎo)致電機(jī)負(fù)載的嚴(yán)重不均衡，此時應(yīng)選用主機(jī)速度控制，從機(jī)轉(zhuǎn)矩控制，從機(jī)接收主機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令。

②當(dāng)主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸采用柔性連接時，從機(jī)應(yīng)該采用速度控制方式，如果出現(xiàn)打滑，負(fù)載不均勻等，在這種情況下，機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能保證同步運(yùn)行的要求，此時主機(jī)從機(jī)均選用速度控制，并使用速度降落或速度下垂功能保證負(fù)載的均衡，速度下垂即設(shè)置速度隨轉(zhuǎn)矩增加而有一定比例下降，無此功能的變頻器可使用PID調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)給定速度修正。

4 減速或下降過程中的過壓或燒毀變頻器故障

在變頻器的使用過程中，多數(shù)變頻器沒有能量回饋電源功能，減速或起升設(shè)備下降時是一個發(fā)電過程，會導(dǎo)致中間回路直流母線電壓升高。因硬件或軟件設(shè)置問題易造成過壓故障或變頻器損壞，這一過程是應(yīng)用中容易忽略的。

解決方案：

1.使用帶有能量回饋的變頻器。

2.使用制動單元和制動電阻器。

制動電阻的選擇

制動單元的連續(xù)功率應(yīng)大于最大制動功率。制動電阻的制動功率P應(yīng)大于

最大制動功率。

P=U[2]/R P制動電阻最大功率，U制動時制動電阻端電壓，R制動

電阻阻值。U=變頻器電壓等級

以上可以看出制動電阻阻值過大，將不能滿足制動功率要求;過小將導(dǎo)致制

動單元過流故障，因此選用時應(yīng)參考制動單元技術(shù)資料，制動電阻電流應(yīng)小于制動單元允許電流（制動電阻電流I=Ude/R）。

5 長期儲存變頻器使用時燒毀

變頻器長期儲存（2～3年），電解電容會惡化，會導(dǎo)致漏電流增大，額定電壓下降。通電時內(nèi)部溫度上升，電容裂開。

解決措施：保存時間（2～3年）的變頻器，通過外加電壓可以起到電解電容自身的修復(fù)作用，對某種程度的惡化，就可以使其恢復(fù)到正常狀態(tài)，長期保管時，應(yīng)定期（6個月左右）通電，通電時間至少5H，輸入電壓用調(diào)壓器緩升至額定值（最差的方法，先通單相220V一小時，再加三相380V），儲存時間如果超過10年，電解電容的密封橡膠失效，必須更換新品。

6 結(jié)束語

變頻器已廣泛應(yīng)用與工業(yè)領(lǐng)域的各個方面，應(yīng)用過程中的問題越來越多的引起關(guān)注，優(yōu)化變頻器運(yùn)行參數(shù)，改善運(yùn)行條件，可大幅度的提高變頻器的運(yùn)行效率，提高設(shè)備的安全性能。

參考文獻(xiàn)

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