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通用變頻器應(yīng)用的常見錯誤與對策
通用變頻器應(yīng)用的常見錯誤與對策
交流變頻速以其節(jié)能顯著,、保護完善、控制性能好,、過載能力強,、使用維護方便等特點,，迅速發(fā)展起來，已成為電動機調(diào)速的主潮流,。變頻調(diào)速在我國已進入推廣應(yīng)用階段。然而由于認識上的局限,，人們在VVVF（變頻變壓）變頻器的實際應(yīng)用中還存在許多錯誤,。怎樣結(jié)合生產(chǎn)工藝要求正確使用變頻器并使其充分發(fā)揮效益,，已成人們關(guān)注的焦點?，F(xiàn)結(jié)合工程應(yīng)用中的故障實例,，對變頻器在應(yīng)用中普遍存在的問題進行分析。
一、故障實例
1,、誤操作故障
山東鋁業(yè)公司水泥廠7#水泥回轉(zhuǎn)窯篦式冷卻機設(shè)計選用兩臺Y250M-830kW電動機分別傳動兩級篦床,，變頻調(diào)速控制,，其控制原理如圖1所示,。圖中VVVF是日產(chǎn)富士FRNO37P7-4EX57kVA通用變頻頻器,，裝于低壓配電室內(nèi),，其電源接觸器及運轉(zhuǎn)命令上冷卻機現(xiàn)場和控制室兩地操作，KA是篦冷機與破碎機聯(lián)鎖觸點。變頻器系統(tǒng)試車時，因工藝需要,，操作人員在主控室操作SB4斷開變頻器電源接觸器KM,，使處于集中控制的篦冷機停車。重新開車時,，兩臺變頻器均進入OH2（外部故障）閉鎖狀態(tài),，故障歷史查詢顯示OH2和LU（低電壓），檢查端子THR隨聯(lián)接良好,，電源電壓正常,，按RESET鍵復(fù)位無效，測量主電路直流電壓為518V,。經(jīng)分析故障前篦冷機工作于集中控制狀態(tài),，參與系統(tǒng)聯(lián)鎖，操作員停變頻器電源實現(xiàn)停車時,，計算機進行內(nèi)部數(shù)據(jù)讀操作并獲取正轉(zhuǎn)指令,，但此時主回路直流電壓尚未建立，CPU檢測后輸出,，發(fā)出OH2故障信號,，因此，導(dǎo)致故障的真正原因是錯誤操作,，而非現(xiàn)場技術(shù)人員認為的由電源接觸器頻繁起動變頻器所致,。故障原因明確以后,，針對現(xiàn)場情況規(guī)定了操作程序,，開停車使用控制室內(nèi)的S2（集中控制時）或SB5、SB6開停車按鈕,，將集中控制室內(nèi)變頻器電源接觸器控制按鈕SB3,、SB4用膠帶貼封,，僅當(dāng)停機檢修時啟用,，以避免誤操作現(xiàn)象出現(xiàn),，系統(tǒng)運行正常。
圖1
2,、使用條件造成的故障
一家油田某采區(qū)所用的九臺變頻器在短期內(nèi)燒毀三臺，故障都是變頻器控制的變壓器燒毀導(dǎo)致主板等部件損壞。據(jù)了解,，該地區(qū)電網(wǎng)電壓有時高達480V,，遠超過手冊規(guī)定的+10%的電壓上限,，使絕緣裕度較小的控制變壓器燒毀,。這是一個變頻器用于嚴重過壓條件下而損壞的曲型事例。因此,，使用變頻器時,，應(yīng)對使用現(xiàn)場的電網(wǎng)質(zhì)量、環(huán)境溫度,、粉塵,、干擾等條件認真調(diào)查，外部條件不能滿足要求時應(yīng)采取有效措施加以解決,。
二,、變頻器應(yīng)用中的常見問題及處理方法
1、變頻器電源開關(guān)的設(shè)置與控制
變頻器用戶手冊規(guī)定,，在電源與主電路端子之間,，一定要接一個開關(guān)，這是為了確保檢修安全,。對這一點,，一般用戶能夠按手冊要求做。但容易忽視的是手冊還建議在開關(guān)后裝設(shè)電磁接觸器,，其目的是在變頻器進入故障保護狀態(tài)時能及時切斷電源,，防止故障擴散。在實際使用中,，有的用戶沒有安裝,，有的使用不合理；如圖1方案中電源接觸器僅被用來實現(xiàn)遠地停送電及變頻器的過負荷保護,；有些方案則僅用于起,、停電動機,。這都是不恰當(dāng)?shù)摹Ｓ捎谧冾l器價格較高,，使用時應(yīng)在電源接觸器控制回路中串接變頻器故障報警接觸器動斷觸點控制回路中串接變頻器故障報警接鏈接觸器動斷觸點（如富士P7/G7系列的B30,、C30觸點），這對大容量變頻器尤為重要,。
變頻器電源進線端一定要裝設(shè)開關(guān),，使用中宜優(yōu)選刀熔開關(guān)，該開關(guān)有明顯的斷點,，集電源開關(guān)、隔離開關(guān),、應(yīng)急開關(guān)和是路保護于一體,，性能優(yōu)于目前采用較多的單一熔斷器、刀開關(guān)或自動空氣開關(guān)等方案,。對大容量變頻器應(yīng)選配快速熔斷器以保護整流模塊,。
變頻器電源側(cè)設(shè)置接觸器應(yīng)選配快速熔斷器以保護整流模塊。
變頻器電源側(cè)設(shè)置接觸器并參與故障聯(lián)鎖時,，應(yīng)將控制電源輔助輸入端子接于接觸器前,，以保證變頻器主電路斷電后，故障顯示和集中報警輸出信號得以保持,，便于實現(xiàn)故障檢索及診斷,。
2、不應(yīng)用電源側(cè)接觸器頻繁起,、停電動機
實際應(yīng)用中,，有許多控制方案設(shè)置外圍電路控制電源側(cè)接觸器實現(xiàn)系統(tǒng)軟起動特性，圖2是某雜志一篇文章推薦的日產(chǎn)三墾（SANKEK）變頻器的控制方案,。由圖可知,，該方案電動機起動時按SB2，其觸點閉合,，KA1得電,，其動合觸點分別發(fā)出變頻器運行和時間繼電器KT的激勵命令，KT延時斷開動合觸點提供繼電器KA2激勵命令,，KA2動合觸點控制KM吸合,，變頻器得電起動電動機。停車時按SB1發(fā)出停車命令,，KA1斷電,，其動合觸點復(fù)位，取消運行命令并使KT斷電,，KT動合觸點延時20s復(fù)位,，電源接觸器KM斷電,，，實現(xiàn)當(dāng)KM起動時,，先閉合KA1,，停止時先斷開KA1的辦法，可達到起動,、停止軟特性,，從而避免電動機反饋電壓侵入變頻器。
圖2
上述方案建議利用電源接觸器直接起動變頻器來實現(xiàn)電動機起動,、停止的軟特性是錯誤的,。由圖3可知，當(dāng)電壓型交-直-交變頻器通電時,，主電路將產(chǎn)生較大充電電流,，頻繁重復(fù)通斷電，將產(chǎn)生熱積累效應(yīng),，引起元件的熱疲勞,，縮短設(shè)備壽命。因此上述方案不適用于頻繁起動的設(shè)備,。對不頻繁起動的設(shè)備也無*性（某些大容量變頻器根本無法起動,，如例1所述），因為變頻器本身具有*的控制性能,，實現(xiàn)軟起動特性應(yīng)優(yōu)先考慮利用正,、反轉(zhuǎn)命令和通過加、減速速時間設(shè)定實現(xiàn),，無謂地增加許多外圍電路器件,，不但浪費資金而且降低了系統(tǒng)的可靠性，大大降低了響應(yīng)速度,，加大維護工作量,，增加損耗，是不足取的,。
圖3
3,、電動機過載保護宜優(yōu)先選擇電子熱繼電器
一部分專業(yè)人員認為，變頻器內(nèi)部的過載保護只是為保護其自身而設(shè),，對電動機過載保護不適用,，為了保護電動機，必須另設(shè)熱繼電器,。在實際應(yīng)用中,，筆者所見各種變頻調(diào)速控制方案也絕大多數(shù)在電路的不同位置設(shè)置了熱繼電器，以完成所控單臺電動機的過負荷保護,，這顯然又是一種誤解,。對一臺變頻器控制一臺標(biāo)準四極電動機的控制方案而言,，使用變頻器電子熱過載繼電器保護電動機過載，無疑要優(yōu)于外加熱繼電器,，對普通電動機可利用其矯正特性解決低速運行時冷卻條件惡化的問題,，使保護性能更可靠。尤其是新型高機能變頻器（如富士9S系列）現(xiàn)已在用戶手冊中給出設(shè)定曲線,，用戶可根據(jù)工藝條件設(shè)定,。通常，考慮到變頻器與電動機的匹配,，電子熱過載繼電器可在50%~105%額定電流范圍內(nèi)選擇設(shè)定,。
只有在下列情況時，才用常規(guī)熱繼電器代替電子熱繼電器：
所用電動機不是四極電動機,。
使用特殊電動機（非標(biāo)準通用電動機）
一臺變頻器控制多臺電動機,。
電動機頻繁起動。
但是,，如果用戶有豐富的運行經(jīng)驗時，筆者仍建議通過電子熱繼電器的合理設(shè)定（引入校正系數(shù)）來完成單臺電動機變頻調(diào)速的過載保護,。
當(dāng)變步器選用外部熱繼電器進行電動機過載保護時,，熱繼電器應(yīng)裝設(shè)于變頻器輸出側(cè)，常見的裝于輸入側(cè)的方案起不到保護作用（變頻器的變頻變壓特性使 其低頻時輸入電流遠遠小于輸出電流）,。過載保護應(yīng)根據(jù)設(shè)備工藝要求情況,，采用變頻器停止命令（斷開CM）或空轉(zhuǎn)停車（斷開BX）命令實現(xiàn)停車，不宜通過電源接觸器實現(xiàn),。
4,、變頻器與電動機間不宜裝設(shè)接觸器
裝設(shè)于變頻器和電動機間的接觸器在電動機運行時通斷，將產(chǎn)生操作過電壓,，對變頻器造成損害,，因此，用戶手冊要求原則上不要在變頻器與電動機之間裝設(shè)接觸器,。但是,，當(dāng)變頻器用于下列情況時，仍有必要設(shè)置：
當(dāng)用于節(jié)能控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)時常工作于額定轉(zhuǎn)速,，為實現(xiàn)經(jīng)濟運行需切除變頻器時,。
參與重要工藝流程，不能長時間停運,，需切換備用控制系統(tǒng)以提高系統(tǒng)可靠性時,。
一臺變頻器控制多臺電動機（包括互為備用的電動機）時。變頻器輸出側(cè)設(shè)置電磁時,，設(shè)計外圍電路應(yīng)避免接觸器在變頻器有輸出時動作,，任何時候嚴禁將電源接入變頻器輸出端,。
目前，有些用戶為了方便測試負荷電纜和電動機絕緣,，在變頻器輸出側(cè)設(shè)置自動空氣開關(guān),，用以在測試時切除變頻器，該法弊大于利,。由于變頻器輸出電纜（線）要求選用屏蔽電纜或穿管敷設(shè),，纜線故障幾率很小，通常情況下測量電動機及電纜絕緣時,，可選用鉛絲或軟銅線將變頻器輸入,、輸出、直流電抗器和制動單元聯(lián)接端子可靠短接后進行測試,，僅在需要測量電纜相間絕緣時拆線檢測,，確無必要增加投資，否則還要采取可靠措施,，防止在運行中誤操作,。
5、電流檢測時電漢互感器的設(shè)置及電流表的選擇
由于設(shè)計人員或用戶容易忽視變頻器輸出頻率的變化特性,，在電流檢測及儀表選型上經(jīng)學(xué)出現(xiàn)錯誤,。變頻器輸出側(cè)電流測量應(yīng)使用電磁經(jīng)系儀表，以獲得所需的測量精度,。例如,，某雜志刊登的《一起變頻器不能復(fù)位的故障處理》一文，提出變頻器輸出側(cè)不能使用普通電流互感器,，這是錯誤的論點,。在變頻器輸出側(cè)使用普通電流互感器是可以完成輸出電流檢測的。由電流互感器鐵心磁通密度計算公式Bmake=K2/4.44fSmW2可知,，鐵心的磁通密度與交流電流頻率的變化成反比,，忽略次要因素時，其電流誤差（即變化誤差）和相位誤差可看作與電流頻率變化成反比,，只是當(dāng)電流頻率超過1kHz時,，鐵心溫度會增高。但是,，由于互感器正常運行時激磁電流設(shè)計得很?。ㄖ饕獮榱藴p小誤差），因此,，普通電流互感器用于50Hz頻率附近時,，其電流誤差是很小的。通過實際校驗對比可知，當(dāng)變頻器輸出頻率在10~50Hz之間變化時,，電磁系電流表指示誤差很小,，實測誤差在1.27%以下，并與電流頻率變化成反比（以變頻器輸出電流指示為基準）,，能夠滿足輸出電流監(jiān)視的要求,。此外，尤其是當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動負載變化不太大的往復(fù)運動設(shè)備時,，由于設(shè)備傳動力矩的周期性變化,，使變頻器輸出電流產(chǎn)生一定波動，變頻器的LED數(shù)碼顯示電流值跳字嚴重,，造成觀察讀數(shù)困難,，采用模擬電流表可有效地解決這個問題。
應(yīng)當(dāng)注意的是,，使用指針式電流表測量變頻器輸出側(cè)電流時,，必須選擇電磁經(jīng)系儀表（手冊通常稱作動鐵式），使用時應(yīng)嚴格按用戶手冊的規(guī)定選擇安裝,，以保證應(yīng)有的精度,。如選用整流系儀表（該錯誤非常普遍）時，經(jīng)實測在19~50Hz區(qū)間,，指示誤差為69.7%~16.66%,，且為負偏差。
此外,，由于變頻器的輸入電流一般不大于輸出電流,，因此,，輸入側(cè)設(shè)置電流監(jiān)視意義不大,，一般有信號燈指示電源即可，如電壓不穩(wěn)時可設(shè)電壓表監(jiān)視,。大容量變頻器低頻運行時,，其輸入側(cè)電流表可能無指示。
如今,，變頻器已具有很強的功能,，但是，國內(nèi)的應(yīng)用情況在很大程度上與錄像機一樣,，其功能的開發(fā)與正確應(yīng)用十分有限,，許多地方僅限于能夠開停車和調(diào)速的應(yīng)用。因此,迅速提高技術(shù)人員的應(yīng)用水平,，對發(fā)揮變頻器的節(jié)能和優(yōu)良的控制性能是十分重要的,。