分析變頻器在門(mén)機(jī)上的應(yīng)用與故障.doc

1、分析變頻器在門(mén)機(jī)上的應(yīng)用與故障一、變頻調(diào)速及矢量控制技術(shù)的原理1 、變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速的基本原理是 : 交流電動(dòng)機(jī)的速度與頻率成正比, 但必須維持 V/f 恒定。如果能準(zhǔn)確地調(diào)整電壓的幅值和頻率 . 就可得到理想的調(diào)速特性。變頻調(diào)速技術(shù)的控制量是交流電動(dòng)機(jī)的定子電壓幅值和頻率, 稱(chēng)為標(biāo)量控制系統(tǒng)。 在標(biāo)量控制系統(tǒng)中 , 只能按電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行控制, 不能控制任意兩個(gè)磁勢(shì)矢量的相對(duì)位置 , 轉(zhuǎn)矩控制性能差。欲改善轉(zhuǎn)矩控制性能 , 必須對(duì)定子電壓和電流實(shí)施矢量控制 , 既控制大小又控制方向。2 、矢量控制技術(shù)。矢量控制技術(shù)的基本原理是: 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電機(jī)產(chǎn)生的定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)矢量有關(guān) , 通

2、過(guò)控制任意兩磁勢(shì)矢量的大小和相對(duì)位置, 即可控制轉(zhuǎn)矩的大小。由于交流電機(jī)的所有矢量都在空間以同步速度旋轉(zhuǎn) , 因此實(shí)施旋轉(zhuǎn)與靜止坐標(biāo)系之間的變換是矢量控制的關(guān)鍵 , 而實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換的關(guān)鍵是找出兩坐標(biāo)系之間的夾角。根據(jù)這個(gè)夾角的獲得方式 , 可將矢量控制系統(tǒng)分成 2 種: 一是按轉(zhuǎn)子位置定向的矢量控制系統(tǒng) , 坐標(biāo)夾角通過(guò)裝在電機(jī)軸上的位置檢測(cè)器直接獲得 , 系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠 , 適用于永磁同步電動(dòng)機(jī)和無(wú)換向器的電動(dòng)機(jī)。 二是按磁通定向的矢量控制系統(tǒng) , 坐標(biāo)夾角需通過(guò)計(jì)算獲得 , 系統(tǒng)復(fù)雜 , 但易維持磁鏈恒定 , 使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理 , 適用于同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制。二、門(mén)機(jī)上變頻器

3、的選擇與注意事項(xiàng)分析 1 、變幅與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型及控制方式。這兩個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)矩控制的要求不高 , 只對(duì)調(diào)速性能及機(jī)構(gòu)起制動(dòng)的迅速、 平穩(wěn)有較高的要求。 選擇額定功率比電動(dòng)機(jī)額定功率大一級(jí)的變頻器。電機(jī)使用三相異步電動(dòng)機(jī)。在控制方式上選用V/f 的變頻控制方式。使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題變幅機(jī)構(gòu)。參數(shù)配備時(shí)著重注意設(shè)定起動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)時(shí)間在保證機(jī)構(gòu)起制動(dòng)平穩(wěn)的條件下盡量小 , 電氣制動(dòng)采用能耗制動(dòng)方式 , 以適應(yīng)港口生產(chǎn)的需要。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 起動(dòng)時(shí)間要符合實(shí)際需要 , 起動(dòng)迅速而平穩(wěn)。 電氣制動(dòng)方式對(duì)不同的工況 , 選擇自由制動(dòng)方式與強(qiáng)制制動(dòng)方式。 在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)正常停止時(shí) , 選用自由停止方式 , 其停止時(shí)間可按

4、實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行情況設(shè)定 , 以盡量滿(mǎn)足司機(jī)操作門(mén)機(jī)的需要為主 ; 強(qiáng)制制動(dòng)方式是能耗制動(dòng)與機(jī)械上的旋轉(zhuǎn)抱帶同時(shí)使用, 其制動(dòng)迅速、準(zhǔn)確 , 使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在緊急狀態(tài)時(shí)迅速停車(chē)。2 、起升機(jī)構(gòu)選型與控制方式。該機(jī)構(gòu)不但要求高的轉(zhuǎn)速及起制動(dòng)的控制精度, 而且對(duì)轉(zhuǎn)矩控制要求嚴(yán)格。變頻器的選擇以變頻器的額定電流為基準(zhǔn) , 以電動(dòng)機(jī)的額定電流、負(fù)載率、變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)。通過(guò)計(jì)算 , 變頻器的額定輸出電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的倍以上。電動(dòng)機(jī)選用變頻器專(zhuān)用三相異步電動(dòng)機(jī), 其具有調(diào)速范圍廣、轉(zhuǎn)速精度高、耐高溫、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)?？刂品绞竭x用矢量控制中的按磁通定向的矢量控制方式。 考慮到變頻器功率大 , 運(yùn)行時(shí)

5、間長(zhǎng)的特點(diǎn) , 制動(dòng)方式采用回饋制動(dòng) , 其特點(diǎn)是可使制動(dòng)時(shí)能量回饋到電, 可節(jié)約大量的能源。使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定要保證機(jī)構(gòu)具有良好的調(diào)速精度及起制動(dòng)性能 , 并應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。兩機(jī)構(gòu)的同步問(wèn)題。 由于起升機(jī)構(gòu)兩主電機(jī)運(yùn)行必須保證同步 , 需使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置 , 通過(guò)測(cè)量脈沖編碼器的脈沖數(shù) , 利用二者之差來(lái)控制兩電機(jī)的速度。選擇脈沖編碼器及其安裝時(shí) , 必須當(dāng)考慮周全。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。 為保證起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 通過(guò)設(shè)定機(jī)械制動(dòng)器的打開(kāi)時(shí)間、變頻器的最低運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流之間的關(guān)系 , 以滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)負(fù)載特性的要求。三、門(mén)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故

6、障及處理我單位使用的門(mén)機(jī)采用的是西門(mén)子 SIMATIC S7-300 型 PLC控制 , 驅(qū)動(dòng)部分采用的西門(mén)子 MASTERDRIVES VC系列變頻器。它們之間采用 PROFIBUS總線(xiàn)進(jìn)行通訊。成熟的電控是門(mén)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ) , 但是在門(mén)機(jī)的使用過(guò)程中由于各種各樣的因素 , 還是會(huì)遇到各種各樣的故障。現(xiàn)列舉幾個(gè)在門(mén)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障及具體的處理方法。1 、各變頻器顯示 F006, 查閱手冊(cè)為直流母線(xiàn)過(guò)電壓故障。經(jīng)過(guò)多次送電后故障依舊 , 經(jīng)測(cè)量直流母線(xiàn)電壓發(fā)現(xiàn)在峰值的時(shí)候瞬間能達(dá)800 多伏 , 因此初步懷疑是整流單元發(fā)生了故障 , 隨后對(duì)該單元的整流和回饋晶閘管進(jìn)行了測(cè)量 , 經(jīng)過(guò)測(cè)

7、量及對(duì)比 , 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障 , 但是基本已經(jīng)意識(shí)到是回饋部分出了問(wèn)題 , 不能把能量回饋到電中去 , 致使直流母線(xiàn)電壓升高 , 最后想到難道是觸發(fā)部分出了問(wèn)題 ?帶和這個(gè)想法找到并拆下了觸發(fā)板 , 發(fā)現(xiàn)上面灰塵累積比較嚴(yán)重 , 有的原件的管腳甚至都被灰塵連到了一起 , 經(jīng)過(guò)測(cè)量該觸發(fā)板 , 其中 有一個(gè)觸發(fā)部分的原件損壞。換上新的觸發(fā)板后試驗(yàn) , 門(mén)機(jī)恢復(fù)正常。 2 、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) F027 故障 , 經(jīng)查閱手冊(cè)為 L3 相存在 UCE關(guān)機(jī)。仔細(xì)觀察變頻器外觀發(fā)現(xiàn)逆變器輸出部分的三相鋁排 , 其中有兩相有燒熔現(xiàn)象 , 確定這兩相發(fā)生過(guò)放電。 經(jīng)過(guò)檢測(cè)直流母線(xiàn)部分的熔斷器沒(méi)有損壞 , 隨后拆下 CU

8、板和電容組 , 發(fā)現(xiàn) CU板有被燒黑的痕跡 , 連接電容組的銅板被鋁排之間放電形成的燒熔物質(zhì)破壞 , 絕緣層也被破壞。接下來(lái)的工作就是更換 CU板, 清理鋁排和銅排上面的雜質(zhì) , 并用云母紙為銅排做絕緣。這系列工作結(jié)束后 , 還原并送電故障依舊。經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料 , 懷疑為觸發(fā)板或者 IGBT 損壞 , 當(dāng)拆下觸發(fā)板后 , 其中有兩組電阻已經(jīng)燒壞 , 更換觸然發(fā)板并恢復(fù) , 故障依然沒(méi)有變化。最后可能的只剩 IGBT, 調(diào)換了 2 組合 3 組 IGBT 后故障變成了 F026, 故障找到 , 確定是第 3 組 IGBT 損壞 , 更換后逆變器恢復(fù)正常。 最后總結(jié)元器件損壞的過(guò)程應(yīng)該是由于外部

9、原因致使鋁排短路 , 產(chǎn)生的弧光燒壞了絕緣層和觸發(fā)板 , 使得 IGBT 損壞。3. 變頻器顯示 F023, 經(jīng)查閱手冊(cè)該故障為過(guò)溫故障停機(jī)。其主要原因?yàn)樽冾l器在工作過(guò)程中有一部分能量要轉(zhuǎn)化為熱量損耗 , 所以要求變頻器所在電氣室要有相匹配的溫度冷卻設(shè)備。原冷卻空調(diào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)可靠計(jì)算設(shè)計(jì)制冷量不夠,導(dǎo)致變頻器過(guò)溫停機(jī)。查閱產(chǎn)品手冊(cè)后計(jì)算:產(chǎn)品額定輸出 W*損耗系數(shù) K*工作系數(shù) K1*效率 功率因數(shù) cos=產(chǎn)品發(fā)熱量。根據(jù)發(fā)熱量選型合適工業(yè)級(jí)制冷空調(diào)后 , 故障消失。同時(shí)也增加了設(shè)備的使用壽命。4 、變頻器運(yùn)行過(guò)程中報(bào) F082 故障停機(jī)。查閱手冊(cè) F082 故障為通訊故障 , 在報(bào)文故障時(shí)間內(nèi) ,TB/CB 收不到新的過(guò)程數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查并采取替換的方式查找故障源 , 替換 CB/TB板、profibus 總線(xiàn)連接器均未解決問(wèn)題。后根據(jù)實(shí)際作業(yè)時(shí)的故障現(xiàn)象分析為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)故障發(fā)生。 懷疑旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的通訊總線(xiàn)存在干擾所致。將其 profibus 總線(xiàn)避開(kāi)電力電纜鋪設(shè)后故障消失。四、結(jié)語(yǔ)伴隨電力拖動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展,作為交流