浅谈现场变频器选型及应注意事项

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【摘 要】通过对ABB系列变频器的选型、安装环境、参数设定、故障诊断及维护方面的论述, 提出对该型变频器的选型及使用建议。

【关键词】变频器；选型；故障诊断

0.引言

加热炉装出钢辊道和装出钢机传动均采用ABB变频器控制。在变频器的使用中, 由于对变频器的选型参数设定及使用不当, 往往会引起变频器不能正常运行、甚至引发设备故障, 不能满足生产的需要，导致起动、制动的失败，或工作时常跳闸，严重时会烧毁功率模块IGBT或整流桥等器件。本文以生产中使用的ABB变频器论述变频器使用中应注意的几个问题。

1.选型

变频器的选型应满足以下几个条件: ①电压等级与控制电动机相符。②额定电流为控制电动机额定电流的1～1.5 倍。③根据被控设备的负载特性选择变频器的类型。选型时最好选用驱动转矩极限范围宽的变频器。

2.安装环境

2.1物理环境

2.1.1工作温度

变频器内部是大功率的电子元件, 极易受到工作温度的影响, 产品一般要求为0～45°, 但为了保证工作安全、可靠, 使用时应考虑留有余地, 最好控制在40 ℃以下。在控制箱中,变频器一般应安装在箱体上部, 并严格遵守产品说明书中的安装要求, 绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。

2.1.2环境温度

温度太高且温度变化较大时,变频器内部易出现结露现象, 其绝缘性能就会大大降低, 甚至可能引发短路事故。必要时, 需在箱中增加干燥剂和加热器。

2.1.3振动和冲击

装有变频器的控制柜受到振动和冲击时, 会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外,还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后, 应对其进行检查和维护。

2.2电气环境

2.2.1防止电磁波干扰

变频器在工作中由于整流和变频, 周围产生了很多的干扰电磁波, 这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此, 柜内仪表和电子系统, 应该选用金属外壳, 屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地, 除此之外, 各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆, 且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰, 往往会使整个系统无法工作, 导致控制单元失灵或损坏。

2.2.2防止输入端过电压

变频器电源输入端往往有过电压保护, 但是如果输入端高电压作用时间长, 会使变频器输入端损坏。因此, 在实际运用中, 要核实变频器的输入电压、相数和变频器使用额定电压。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备, 否则会造成严重后果。

3.接地

变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段, 变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好, 接地导线截面积应不小于2mm2,长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开, 不能共地。信号输入线的屏蔽层, 应接至E(G)上, 其另一端绝不能接于地端,否则会引起信号变化波动, 使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通, 如果实际安装有困难, 可利用铜芯导线跨接。

4.参数设置

变频器的参数设定在调试过程中是十分重要的。由于参数设定不当，不能满足生产的需要，导致起动、制动的失败，或工作时常跳闸，严重时会烧毁功率模块IGBT或整流桥等器件。逆变器采用IGBT功率元件，采用V/f频率控制和磁场定向闭环控制（矢量控制）两种控制型式。

（1）压/频控制又称V/F控制，原理是正弦脉宽调制，SPWM。为保持主磁通恒定、必须在变频同时变压，满足V/F=C这一原则。它具有简单价低，使用调试方便等优点，适用于各种水泵、风机的节能，节电率高，使用效果好。主要问题是，当低频工作时(≤5～10Hz)，会产生转矩减小、转矩脉动、谐波加大等毛病，因此不适宜在低频时运行。

（2）直接转矩控制又称DTC控制，其基本原理是通过对磁链和转矩的直接控制来确定逆变器的开关状态，这样不需要复杂数学模型及中间变换环节，就能有效地控制力矩值，现产品可在0.50Hz时，应大于150%～200%MN的起动力矩值，非常适用于重载、起重、力牵引、大惯量(GD)和电梯等设备的拖动要求，但精度不如矢量控制好，精度为0.1%，电路较矢量控制简单得多，调试容易，价格亦低。但尚存在低速时精度不高的缺点。通过检测定子电流和电压，即可得磁链和转矩模型，判断磁链在矢量空间位置，再经速度调节器、转矩调器、磁链调节器和开关模式电路来控制逆变器开关状态。

参数分别如下: 99.08CONTROL MODE 中选择SCALAR 可以使标量控制有效。当选择了DTC 控制模式时，此参数组不可见。

注意: 在标量控制中，下面的启动参数不起作用：

99.06 MOTOR NOM CURRENT

99.08 MOTOR NOM SPEED

99.09 MOTOR NOM POWER

其他调试参数如下：起动/停止/方向控制10组；给定选择-11组；恒定速度12组；模拟输入输出13组15组；故障设置30,31组；速度测量50组；主从功能70…组；加减速斜坡功能22组；速度控制功能23组；转矩控制功能24组；制动斩波器27组；机械抱闸控制42组。

变频器的设置参数多,每个参数均有一定的选择范围,使用中有时会遇到因个别参数设置不当,导致变频器不能正常工作的现象,这时应找到故障原因所在,修改相应的参数,使变频器正常运行。

5.故障诊断

变频器拥有较强的故障诊断功能, 对变频器内部整流、逆变部分, CPU 及通信与电动机等故障进行保护。变频器在保护跳闸后故障复位前,将一直显示故障代码。根据故障指示代码确定故障原因,可缩小故障查找范围,大大减少故障查找时间。下面略举几例较常见的故障。

（1）夏季如果变频器操作室的制冷、通风效果不良,环境温度升高,则经常发生“报警29”,即散热装置温度过高保护跳停。这时应检查变频器内部的风扇是否损坏,操作室温度是否偏高,应采取措施进行强制冷却,保证变频器安全过夏。

（2）变频器一起动就跳停,故障指示为“报警16”,即电机端子或电动机本身发生短路, 将变频器与电动机连接线断开,检查电动机绕组匝间短路。更换电动机后变频器运行正常。

6.维护

变频器运行过程中,可以从设备外部目视检查运行状况有无异常,巡检时可以通过键盘面板转换键查阅变频器的运行参数,如输出电压、输出电流、输出转矩、电动机转速等,掌握变频器日常运行值的范围, 以便及时发现变频器及电动机问题。

此外,还要注意以下几点:(1)设专人定期对变频器进行清扫、吸尘,保持变频器内部的清洁及风道的畅通。(2)保持变频器周围环境清洁、干燥,严禁在变频器附近放置杂物。(3)每次维护变频器后,要认真检查有无遗漏的螺丝及导线等,防止小金属物品造成变频器短路事故。(4)测量变频器(含电动机) 绝缘时,应当使用500V兆欧表。如仅对变频器进行检测, 要拆去所有与变频器端子连接的外部接线。清洁器件后,将主回路端子全部用导线短接起来, 将其与地用兆欧表试验,如果兆欧表指示在5MΩ以上,说明是正常的, 这样做的目的是减少摇测次数。

【参考文献】

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［２］张承慧，李爱文，张庆范. 感应电动机新型最小损耗控制策略[J].电工技术学报，1998.

［３］赵跃进，秦和. 中国电动机能效标准制定[J].中小型电机，2002.

［４］中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C].深圳：2001.