变频器在使用中遇到的问题和防范措施

作者:吴明德 来源:中国黄金集团江西金山矿业有限公司 点击:  评论: 更新日期:2017年04月19日

摘要:作者在实际工作中,遇到了很多由于变频器使用方法不正确而产生的问题,例如安装环境的不正常而影响工作。作者经查阅相关资料与自己的实际经验相结合,本文中介绍了变频器在使用中应该注意的事项,接入电源的异常,雷击或感应雷电给变频器造成的影响,外部设备造成的变频器故障等原因使变频器不能正常工作以及介绍故障的防范措施,做到如何减少对周边设备的干扰,做到设备安全运行。
关键词:变频器;使用问题;防范措施

1   前  言
任何设备在使用过程中,都免不了发生故障,变频器及其外配器件也不例外。变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护电路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理,将容易造成变频器误动作及发生故障,或者无法满足预期的运行效果。为了防患于未然,事先对故障原因进行认真分析并规避显得尤为重要。下面就变频器在安装过程中应注意的问题及设备的安装使用中应该注意之问题及变频器本身在使用时对周围设备的影响做一个概括性论述,以减少损失,提高效率,做到安全作业。

2  变频器的使用及故障防范措施                                                                                2.1  安装环境对变频器影响
变频器属于电子器件装置,在其规格说明书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下,若确实无法满足这些要求,必须尽量采用相应抑制措施:1)潮湿和尘埃:使用环境如果潮湿、有尘埃等会造成电子器件生锈、接触不良或短路,作为防范措施,应保持环境干燥并采用封闭式结构防尘;2)腐蚀性气体:使用环境如果腐蚀性气体浓度大,不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等,而且还会加速塑料器件的老化,降低绝缘性能,所以,应避免安装在有腐蚀性气体的地方;3)温度是影响电子器件寿命及稳定性的重要因素,特别是半导体器件。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,必须在箱中增加干燥剂和加热器。对于特殊的高寒场合,为防止微处理器因温度过低不能正常工作,应采取设置空间加热器等必要措施;4)振动和冲击:装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时,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之外,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;5)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  接入电源异常
 接入电源异常表现为各种形式,但大致分为以下3种,即缺相、低电压与停电,有时也出现它们的混合形式。这些异常现象的主要原因多半是输电线路因风、雪、雷击造成的,有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。对接入输电线路的检查和巡视是查找电源异常的办法。电压波动也是接入电源异常的一种,有些电网或自行发电单位,会出现频率波动,并且这些现象有时在短时间内重复出现,为保证设备的正常运行,对变频器供电电源也提出相应要求。如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备,这些设备投入时造成的电压降低也会造成频率波动,这些设备应和变频器供电系统分离,减小相互影响;对于要求瞬时停电后仍能继续运行的设备,除选择合适价格的变频器外,还应预先考虑电机负载的降速比例。当变频器和外部控制回路都采用瞬间停电补偿方式时,失压回复后,通过测速电机测速来防止在加速中的过电流。对于要求必须连续运行的设备,应对变频器加装自动切换的不停电电源装置。像带有二极管 <http://www.diangon.com/wenku/rd/yuanqijian/>输入及使用单相控制电源的变频器,虽然在缺相状态,但也能继续工作,但整流器中个别器件电流过大,及电容器的脉冲电流过大,若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响,应及早检查处理。【1】
2.3   雷击或感应雷电
雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外,当电源系统一次侧带有真空断路器时,断路器开闭也能产生较高的冲击电压。变压器一次侧真空断路器断开时,通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。为防止因冲击电压造成过电压损坏,通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件,保证输入电压不高于变频器主回路所允许的最大电压。当使用真空断路器时,应尽量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器,应在控制时序上保证真空断路器动作前先将变频器断开。【2】
2.4   电动机温度过高及运行范围
对于现有电机进行变频调速改造时,由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外,因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损,因此在确认电机的负载状态和运行范围之后,采取以下的相应措施:对电机进行强冷通风或提高电机规格等级;更换变频专用电机;限定运行范围,避开低速区。【3】

3   变频器的故障原因及预防措施
任何设备在使用过程中,都免不了发生故障,变频器及其外配器件也不例外。变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护电路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理,将容易造成变频器误动作及发生故障,或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然,事先对故障原因进行认真分析尤为重要。【4】
3.1   主回路常见故障分析
  主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定,在回路设计时已经选择了电容器的型号,所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命,一般温度每上升10摄氏度,寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度,另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因素的交流或直流电抗器可以减少脉动电流,从而延长电解电容器的寿命。在电容器维护时,通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况,当静电容量低于额定值的80%,绝缘阻抗在5M欧姆以下时,应考虑更换电解电容器。【5】
3.2   冷却系统
  冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短,临近使用寿命时,风扇产生震动,噪声增大最后停转,变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受限于轴承,大约为10 000~35 000h。当变频器连续运转时,需要2~3a更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命,一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。【6】
3.3   外部的电磁感应干扰
   如果变频器周围存在干扰源,它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部,引起控制器回路误动作,造成工作不正常或停机,严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有:变频器周围所有继电器、接触器的控制圈上,加装防止冲击的吸收装置,如RC浪涌吸收器,其接线不能超过20cm;尽量缩短控制回路的配线距离,并使其主回路分离;变频器控制回路配线交合节距离应在15mm以上,与主回路保持10cm以上的间距;变频器距离电动机很远时(超过100m),这时一方面可加大导线截面面积,保证线路压降在2%以内,同时应加装变频器输出电抗器,用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地,必须在专用接地点可靠接地,不能同电焊、动力接地混用;变频器输出端安装无线电噪声滤波器,减少输入高次谐波,从而可降低从电源到电子设备的噪声影响;同时在变频器的输出端也安装无线电噪声滤波器,以降低其输出端的线路噪声。【7】

4   结  语
变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。科技含量较高,因此,其故障多种多样。我们只能用理论与实践相结合的方法,探索出一套快速有效处理变频器故障的办法。以上只是本人在实践中的一点心得,如有不足,敬请指教。作者以后还会继续努力学习,不断的实践,不断的总结经验,将高科技产品技术更好地应用到我们周围的生产实际中来,以减少变频器的故障,提高应用变频技术与微电子技术水平,为矿山生产顺利进行,也为企业提高经济效益多做贡献。

参考文献:
1 王兆义·变频器应用[M]·北京:机械工业出版社,2010年。
2 苏陈云·中高压变频器楷波分析[D]·广东广州,华南理工大学硕士论文,2010年5月。
3 王廷才,王伟·变频器原理及应用[M]·北京:机械工业出版社,2005年7月1日出版。
4 魏召刚,《工业变频器原理及应用》,电子工业出版社,2006年9月。
5 王兆义·变频器应用[M]·北京:机械工业出版社,2010年。
6 白金锋,董锋斌·变频器输入与输出滤波保护[J]·自动化技术与应用,2006年9月:20~23。
7 董锋斌·变频器的输入与输出保护[J]·电器时代,2006年11月:15~18。

作者简介:吴明德 (1984- ),男,汉族,江西景德镇人,电气助理工程师,现从事矿山电气设备管理工作。通信地址:江西省德兴市花桥镇江西金山矿业有限公司,邮编:334213,联系电话:15979366062。
 

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