變頻器供電下電機的參數(shù)設置及運行故障分析

1、變頻器供電下電機的參數(shù)設置及運行故障分析摘要隨著電動機在工業(yè)生產(chǎn)和生活中的廣泛使用 ,變 頻器在使用的過程中其特性令電機有新的變化。 此外 ,變頻常 會遇到因個別參數(shù)的設置不當 ,導致電機不能正常工作。 因此 要掌握變頻器的參數(shù)設置 ,了解變頻器常見故障 ,做好檢查防 范工作保證電動機的正常運行。關鍵詞電動機 變頻器 參數(shù)設置 運行故障 中圖分類號 :TM3 文獻標識碼 :A1 電動機技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀 電動機是通過電磁感應原理進行工作的機械。隨著電力 自動控制系統(tǒng)的發(fā)展及應用 ,在常見旋轉(zhuǎn)電機的理論基礎上 研制出了很多種類不同的控制電機。控制電機具有可靠性 高?p精確度準?p快速響應的特點，并且

2、在電機學科已經(jīng)形成 了一個獨立分支。 電動機的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機械能 ,它是 應用最多的動力機械 ,也是最主要的用電設備 ,可以作為拖動 各種生產(chǎn)機械的動力。根據(jù)電源電流的不同旋轉(zhuǎn)電機可以分 為直流電機和交流電機兩大類 ,其中交流電機又有同步電機 和異步電機之分。從電力拖動的發(fā)展過程來看 ,交流電力拖動系統(tǒng)和直流電力拖動系統(tǒng)是電力拖動系統(tǒng)兩個大類。電動機種類不同其 類型也有區(qū)別 ,交、直流兩種拖動方式在各個生產(chǎn)領域都發(fā)揮 著重要作用。 直流電力拖動是在交流電出現(xiàn)之前 , 唯一的一種 電力拖動方式。在 20 世紀初期 ,交流電機投入使用 ,因其具有 經(jīng)濟且適用的優(yōu)點 ,交流電力拖動在各種工業(yè)活

3、動中得到了 極為廣泛的應用 ,同時隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的進步,一些大型加工制造行業(yè) ,特別是冶金工業(yè)和精密機械加工工業(yè) 的生產(chǎn)流程和技術(shù)工業(yè)的進步 ,對電力拖動在制動 ,調(diào)速精度 及正反轉(zhuǎn)等方面提出了更高的要求。 由于在技術(shù)實現(xiàn)上 ,交流 電力拖動比直流電力拖動更難以達到這些要求,因此自上個世紀以來 ,在高精度、可調(diào)速與可逆性的拖動技術(shù)領域中,在很長一段時期內(nèi)交流電力拖動則僅僅用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng),其他系統(tǒng)幾乎都是采用直流電力拖動的方式。2 電機的結(jié)構(gòu)及原理 電機是利用磁場和帶電導體間的相互作用而把電能變 為機械能。 其結(jié)構(gòu)主要包括兩部分 :轉(zhuǎn)子和定子。 電機中固定 的部分叫做定子 ,在其上面裝

4、設了成對的直流勵磁的靜止的 主磁極 ;而旋轉(zhuǎn)部分叫轉(zhuǎn)子即電樞鐵心 ,在上面要裝設電樞繞 組 ,通電后產(chǎn)生感應電動勢 ,充當旋轉(zhuǎn)磁場。然后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn) 矩進行能量轉(zhuǎn)換。 目前較常用的主要是交流電動機 ,它可分為 兩種 :第一種是三相異步電動機 ; 第二種是單相交流電動機。 異步電機多用在工業(yè)生產(chǎn)上 ,而交流電機多用在民用電器上。三相繞線式異步電機的特性是啟動電流小,啟動扭矩大 ,并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)速度。它適用于啟動時間較長和啟動較頻 繁的場合 ,被廣泛應用于礦山、 化工等各領域的球磨機、 破碎 機、風機、空壓機等電機傳動設備中。電機轉(zhuǎn)速公式:N=60f/p(1-s)(此公式適合所有的交流電機調(diào)速

5、)P?D電機極對數(shù) ;s?D 電機轉(zhuǎn)差率 ;f?D 電機工作電源頻率 ;N?D 電機同 步轉(zhuǎn)速 ;根據(jù)公式可以得出要想改變電機的轉(zhuǎn)速可以從以下 三點入手 :(1)改變電機的極對數(shù) ;(2)電機工作電源頻率 ;(3)電 機的轉(zhuǎn)差率 ;但是不同的調(diào)速方式除了改變交流電動機的同 步轉(zhuǎn)速就是不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。3 變頻器的運行及相關參數(shù)的設置 變頻器的每個參數(shù)都有一定的選擇范圍,因為設定參數(shù)非常多 ,故在使用的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)因其個別參數(shù)的設置 不當 ,而導致變頻器無法進行正常工作的現(xiàn)象。因此變頻器相關參數(shù)的設置主要有以下幾點 :一是電機的參數(shù)。 變頻器在參 數(shù)中設定電機的功率、電流、轉(zhuǎn)速、電壓、最大

6、頻率,這些參數(shù)都可以在電機銘牌上直接得到;二是最高運行頻率。 變頻器一般運行頻率最高到400 Hz,對一般的電機來說，它的軸承是不能在超額定的轉(zhuǎn)速下長時間的運行的 ,電機的轉(zhuǎn)子如果長 期承受這樣的離心力 ,將直接導致電機的燒毀 ;三是最低運行 頻率。即電機運行的最小轉(zhuǎn)速。 電機在低轉(zhuǎn)速下運行時 ,其散 熱性能很不好 ,電纜中的電流也會增大導致電纜發(fā)熱,且電機長時間運行在低轉(zhuǎn)速下 ,最終會導致電機燒毀 ;四是控制方 式。主要有轉(zhuǎn)距控制、 PID 控制、速度控制或其它方式。采 取控制方式后 ,通常是根據(jù)控制精度來進行靜態(tài)或動態(tài)辨識;五是跳頻。 調(diào)頻是在某個頻率點上發(fā)生共振現(xiàn)象 , 特別在整個 裝置

7、參數(shù)都很高的情況下。 在控制壓縮機時 ,要躲避開壓縮機 的喘振點 ;最后是載波頻率。 載波頻率參數(shù)設置得越高其高次 諧波分量越大 ,這和電機發(fā)熱 ,電纜的長度 ,電纜發(fā)熱以及變頻 器發(fā)熱等因素有密切的關系。4 變頻器供電下的電機運行條件及常見故障分析 變頻器是一種電能控制裝置 ,它利用電力半導體器件的 通斷作用將工頻電源變換為另一頻率。目前使用最多的變頻 器主要是采用 VVVF 變頻或矢量控制變頻 ,先通過整流器把 工頻交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源 ,然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻 率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路 一般由中間直流環(huán)節(jié)、逆變、整流和控制4 個部分組成。中間直流環(huán)節(jié)為濾波

8、、直流儲能和緩沖無功功率,逆變部分為IGBT 三相橋式逆變器 ,且輸出為 PWM 波形 ,整流部分為三相 橋式不可控整流器。4.1 變頻器供電下的電機運行條件在變頻器供電情況下 ,一般常規(guī)的異步電機的運行條件 都有非常大的變化 ,常規(guī)異步電機基本設計要點主要有三點 : 第一是具有良好的穩(wěn)定運行狀況 ;第二是滿足所需要的啟動特性 ;第三制造簡便。為了滿足啟動的必要條件,通常將轉(zhuǎn)子槽設計成雙鼠籠槽或深槽 ,利用其集膚效應增加啟動時的轉(zhuǎn) 子電阻 ,從而提高啟動轉(zhuǎn)矩。 但這樣既增加了制造加工的難度 又降低了電機穩(wěn)定正常運行時的特性 (如降低了效率和功率 因素 )。對變頻器供電情況下的異步電機 ,當頻率

9、下降時 ,曲線 左移 ;當頻率上升時 ,曲線右移。由于可方便地調(diào)頻調(diào)壓 ,使其 機械特性曲線可以有條件的平移。因此給電機運行帶來新的 變化 ,主要體現(xiàn)為 :(1) 電源頻率變小 ,電機機械特性可隨之左移。 這樣可利用 調(diào)頻來直接利用其最大轉(zhuǎn)矩作為啟動轉(zhuǎn)矩,從而使轉(zhuǎn)子槽型可以在提高穩(wěn)定運行性能的目標上進行優(yōu)化設計。(2) 變頻器適當?shù)刈冾l變壓 ,從而可將異步電機調(diào)節(jié)在最 佳運行點上 ,即得到最小滑差、 高功率因素和最大效率。 這樣 在保證出力不變的情況下 ,可用高功率因素和最大效率代替 額定功率因素和額定效率 ,進而減輕電機重量 ,減小其尺寸和 降低成本。(3) 對變頻器進行調(diào)頻調(diào)壓 ,可對異步

10、電機進行矢量控制 , 在保證足夠的氣隙磁場條件下 ,能得到最小勵磁電流 ,從而同 時提高電機的功率因數(shù)和效率。4.2 變頻器供電下常見電機運行故障(1) 電機發(fā)熱 ,變頻器顯示過載 :電機發(fā)熱 ,變頻器顯示過 載。對于已經(jīng)投入運行的變頻器如果出現(xiàn)這種故障,就必須全 面檢查電網(wǎng)故障和負載的狀況 ;如果是新安裝的變頻器出現(xiàn) 電機發(fā)熱 ,變頻器過載故障 ,很可能是電機參數(shù)設置或者是 V/F 曲線設置有問題。(2) 變頻器顯示過流故障 :過流故障可分為恒速、 減速、加 速過電流故障。造成該故障的原因可能是變頻器的負載發(fā)生 突變、加減速時間太短、輸出短路、負荷分配不均等。這時 一般可通過減少負荷的突變、

11、延長加減速時間、對線路進行 檢查、進行負荷分配設計等各種手段減少產(chǎn)生該故障的風 險。斷開負載變頻器之后如果仍舊產(chǎn)生過流故障 ,則變頻器的 逆變電路已經(jīng)損壞 ,需要通過更換變頻器來處理該故障。(3) 欠壓故障 :欠壓是在使用的過程中經(jīng)常碰到的問題。 主 要是因為主回路電壓太低 ,有可能是電壓檢測電路發(fā)生故障 而出現(xiàn)欠壓問題 ,說明變頻器電源輸入部分有問題 ,需檢查后 才可以運行。5 結(jié)論由于電動機應用的范圍越來越廣 ,對電能的轉(zhuǎn)換、 控制以 及高效使用的要求也越來越高。未來電動機將會沿著單位功 率體積更小、機電能量轉(zhuǎn)換效率更高、控制更靈活的方向繼 續(xù)發(fā)展。 變頻器也將呈現(xiàn)驅(qū)動的交流化 ,功率變換器的高頻化 控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化的發(fā)展趨勢。參考文獻1 胡崇岳 .現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù) .北京:機械工業(yè)出版社,2003.