變頻器的控制電路及幾種常見故障分析
發(fā)布時間:2015-01-31 08:50:23瀏覽次數(shù):1834
1、概述
隨著變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中日益廣泛的應(yīng)用,了解變頻器的結(jié)構(gòu),主要器件的電氣特性和一些常用參數(shù)的作用及其常見故障對于實際工作越來越重要。
2、變頻器控制電路
給異步電動機供電(電壓、頻率可調(diào))的主電路提供控制信號的網(wǎng)絡(luò),稱為控制回路,控制電路由頻率,電壓的運算電路,主電路的電壓,電流檢測電路,電動機的速度檢測電路,將運算電路的控制信號進行放大的驅(qū)動電路,以及逆變器和電動機的保護電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控;在控制電路增加了速度檢測電路,即增加速度指令,可以對異步電動機的速度進行更精確的閉環(huán)控制。
(1)運算電路將外部的速度,轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流,電壓信號進行比較運算,決定逆變器的輸出電壓、頻率。
(2)電壓、電流檢測電路為與主回路電位隔離檢測電壓,電流等。
(3)驅(qū)動電路為驅(qū)動主電路器件的電路,它與控制電路隔離,控制主電路器件的導通與關(guān)斷。
(4)I/O電路使變頻更好地人機交互,其具有多信號(比如運行多段速度運行等)的輸入,還有各種內(nèi)部參數(shù)(比如電流,頻率,保護動作驅(qū)動等)的輸入。
(5)速度檢測電路將裝在異步電動機軸上的速度檢測器(TG、PLG等)的信號設(shè)為速度信號,送入運算回路,根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。
(6)保護電路檢測主電路的電壓、電流等。當發(fā)生過載或過電壓等異常時,為了防止逆變器和異步電動機損壞,使逆變器停止工作或抑制電壓,電流值。
逆變器控制電路中的保護電路,可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種,保護功能如下:
(1)逆變器保護
①瞬時過電流保護,用于逆變電流負載側(cè)短路等,流過逆變電器回件的電流達到異常值(超過容許值)時,瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn),切斷電流,變流器的輸出電流達到異常值,也得同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。
②過載保護,逆變器輸出電流超過額定值,且持續(xù)流通超過規(guī)定時間,為防止逆變器器件、電線等損壞,要停止運轉(zhuǎn),恰當?shù)谋Wo需要反時限特性,采用熱繼電器或電子熱保護,過載是由于負載的GD2(慣性)過大或因負載過大使電動機堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。
③再生過電壓保護,應(yīng)用逆變器使電動機快速減速時,由于再生功率使直流電路電壓升高,有時超過容許值,可以采取停止逆變器運轉(zhuǎn)或停止快速的方法,防止過電壓。
④瞬時停電保護,對于毫秒級內(nèi)的瞬時斷電,控制電路工作正常。但瞬時停電如果達數(shù)10ms以上時,通常不僅控制電路誤動作,主電路也不供電,所以檢測出后使逆變器停止運轉(zhuǎn)。
⑤接地過電流保護,逆變器負載接地時,為了保護逆變器,要有接地過電流保護功能。但為了保證人身安全,需要裝設(shè)漏電保護斷路器。
⑥冷卻風機異常,有冷卻風機的裝置,當風機異常時裝置內(nèi)溫度將上升,因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器,檢測出異常后停止逆變電器工作。
(2)異步電動機的保護
①過載保護,過載檢測裝置與逆變器保護共用,但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時,在異步電動機內(nèi)埋入溫度檢出器,或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。動作過頻時,應(yīng)考慮減輕電動機負荷,增加電動機及逆變器的容量等。
②超速保護,逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時,停止逆變器運轉(zhuǎn)。
(3)其他保護
①防止失速過電流,加速時,如果異步電動機跟蹤遲緩,則過電流保護電路動作,運轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進行(失速)。所以,在負載電流減小之前要進行控制,抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過電流,有時也進行同樣的控制。
②防止失速再生過電壓,減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升,為防止再生過電壓電路保護動作,在直流電壓下降之前要進行控制,抑制頻率下降,防止不能運轉(zhuǎn)(失速)。
3、變頻器控制回路的抗干擾措施
由于主回路的非線性(進行開關(guān)動作),變頻器本身就是諧波干擾源,而其周邊控制回路卻是小能量,弱信號回路,極易遭受其他裝置產(chǎn)生的干擾,造成變頻器自身和周邊設(shè)備無法正常工作。因此,變頻器在安裝使用時,必須對控制回路采取抗干擾措施。
(1)變頻器的基本控制回路
一般而言,同外部進行信號交流的基本回籠路有模擬與數(shù)字兩種:
①4~20MA電流信號回路(模擬);1~5V/0~5V電壓信號回路(模擬)。
②開關(guān)信號回路,變頻器的開停指令,正反轉(zhuǎn)指令等(數(shù)字)。
外部控制,指令信號通過上述基本回路導入變頻器,同時干擾源也在其回路上產(chǎn)生干擾電勢,以控制電纜為媒介侵入變頻器。
(2)干擾的基本類型及抗干擾措施
①靜電耦合干擾,指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合在電纜中產(chǎn)生的電勢。當加大與干擾源電纜的距離,達到導體直徑40倍以上時,干擾程度就會不太明顯,也可在兩電纜間設(shè)置屏敝導體,再將屏蔽導體接地。
②靜電感應(yīng)干擾,指周圍電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢。其強度取決于干擾源電纜產(chǎn)生的磁通大小、控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對角度??蓪⒖刂齐娎|與主回路電纜或其他動力電纜分離鋪設(shè)。分離距離通常應(yīng)在30cm以上(最少不低于10cm)。分離困難時,將控制電纜穿過鐵管鋪設(shè),也可將控制導體絞合,絞合間距越小,鋪設(shè)的路線越短,抗干擾效果越好。
③電波干擾,指控制電纜成為天線,由外來電波在電纜中產(chǎn)生電勢。抗干擾措施同①②,必要時將變頻器放入鐵箱內(nèi)進行電波屏蔽,屏蔽用的鐵箱務(wù)必接地。
④接觸不良干擾,指變頻器控制電纜的電接點及繼電器觸點接觸不良,電阻發(fā)生變化在電纜中產(chǎn)生的干擾,對此,采用并聯(lián)觸點或提高電器件等級來解決。對于電纜連接點應(yīng)定期做擰緊加固處理。
⑤接地干擾,指機體接地或信號接地,對于弱電壓,電流回路,任何不合理的接地均可誘發(fā)各種意想不到的干擾,比如設(shè)置兩個以上接地點,接地處會產(chǎn)生電位差,產(chǎn)生干擾??蓪⑺俣冉o定的控制電纜取一點接地,接地線不作為信號的通路使用,電纜的接地在變頻器側(cè)進行,使用專設(shè)的接地端子,不與其他接地端子共用。
(3)其他注意事項
①裝有變頻器的控制柜,應(yīng)盡量遠離大容量變壓器和電動機。其控制電纜線路也應(yīng)避開這些漏磁通大的設(shè)備。
②弱電壓電流控制電纜不要接近易產(chǎn)生電弧的電器件。
③控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜。
④屏蔽電纜的屏蔽要連接到電纜導體同樣長。電纜在端子箱中連接時,屏蔽端子要互相連接。
4、變頻器的常見故障分析
(1)變頻器充電起動電路故障,通用變頻器一般為用壓型變頻器,采用交—直—交工作方式。當變頻器剛上電時,由于直流側(cè)的平波電容容量非常大,充電電流很大,通常采用一個起動電阻來限制充電電流,常見的兩種變頻起動電路如圖2所示。充電完成后,控制電路通過繼電器的觸點或昌閘管將電阻短路。起動電路故障一般表現(xiàn)為起動電阻燒壞,變頻器報警顯示為直流線線電壓故障。一般,變頻器的設(shè)計時,為了減小變頻器的體積而選擇較小起動電阻,其值多為10—50Ω,功率為10—50W;當變頻器的交流輸入電源頻繁接通,或者旁路觸器的觸點接觸不良時,都會導致起動電阻燒壞。因此在替換電阻的同時,必須找出原因,如果故障是由輸入側(cè)電源頻率開始引起的,必須消除這種現(xiàn)象才能將變頻器投入使用,如果故障只由旁路觸元件引起,則必須更換這些器件。
(2)變頻器無故障顯示,卻不能高速運行,經(jīng)檢查變頻器參數(shù)設(shè)置正確,調(diào)速輸入信號正常,經(jīng)上電運行測試,變頻器直流母線電壓只有450V左右(正常應(yīng)在580V-600V),再測輸入側(cè),發(fā)現(xiàn)缺了一相。故障原因是輸入側(cè)的一個空氣開關(guān)一相接觸不良造成的。造成變頻器輸入缺相不報警,仍能在低頻段工作,是因為多數(shù)變頻器的母線電壓下限為400V,只有當母線電壓降至400V以下時,變頻器才報告故障。而`當兩相輸入時,直流母線電壓為380V×1.2=452V>400V。當變頻器不運行時,由于平波電容的作用,直流電壓也可達到正常值,新型的變頻器都采用PWM控制技術(shù),調(diào)壓調(diào)頻的工作在逆變橋完成,所以在低頻段輸入缺相時仍可以正常工作,但因輸入電壓,輸出電壓低,造成異步電動機轉(zhuǎn)速低頻率上不去。
(3)變頻器顯示過流,出現(xiàn)這種顯示時,首先檢查加速時間參數(shù)是否太短,力矩提升參數(shù)是否太大,然后檢查負載是否太重。如果沒有這些現(xiàn)象,可以斷開輸出側(cè)的電流互感器和直流側(cè)的霍爾電流檢測點,復位后運行,看是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象。如果是,很可能是IPM模塊出現(xiàn)故障,因為IPM模塊內(nèi)含有過壓過流,欠壓,過載、過熱,缺相、短路等保護功能,而這些故障信號都是經(jīng)模塊控制引腳的輸出Fn引腳傳送到控制器的。微控制器接收到故障信息后,一方面封鎖脈沖輸出,另一方面將故障信息顯示在面板上。應(yīng)更換IPM模塊。
(4)變頻器顯示過壓故障,變頻器出現(xiàn)過壓故障,一般是雷雨天氣,由于雷電串入變頻器的電源中,使變頻器直流側(cè)的電壓檢測器動作而跳閘,這種情形,通常只需斷開變頻器電源1分鐘左右再上電即可,另一種情況是變頻器驅(qū)動大慣性負載,而出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。這種情況下,一是將減速時間參數(shù)加長或增大制動電阻(制動單元);二是將變頻器的停止方式設(shè)置為自由停車方式。
(5)電機發(fā)熱,變頻器顯示過載,對于已經(jīng)投入運行的變頻器,必須檢查負載狀況,對于新安裝的變頻器出現(xiàn)這種故障,很可能是V/F曲線設(shè)置不當或電機參數(shù)設(shè)置有問題,此時必須正確設(shè)置好各種參數(shù),另外,電機在低頻的工作時散熱性能變差,也會出現(xiàn)這種情況,這時就需加裝散熱裝置。
5、結(jié)束語
采用變頻器作為異步電動機驅(qū)動器,盡管其可靠性很高,但是如果使用不當或偶然事件,也會造成變頻器的損壞,要想在生產(chǎn)過程中,使用好變頻器,熟悉變頻器的結(jié)構(gòu)原理,了解常見故障,對于技術(shù)人員尤為重要
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