變頻器的控制電路及集中故障分析

變頻器的控制電路及集中故障分析1引言隨著變頻器在產(chǎn)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，及其常見故障越來越顯示出其重要性。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回路，稱為控制電路。控制電路由以下電路組成：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。在圖1點劃線內(nèi)，無速度檢測電路為開環(huán)控制。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控制更精確的閉環(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，它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。4）I/0輸進輸出電路為了變頻器更好人機交互，變頻用具有多種輸進信號的輸進（比如運行、多段速度運行等）信號，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸出“比如電流、頻率、保護動作驅(qū)動等）信號。5）速度檢測電路以裝在異步電動軸機上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號，送進運算回路，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(dāng)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。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，極易遭受其它裝置產(chǎn)生的干擾，造成變頻器自身和周邊設(shè)備無法正常的工作。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同外部進行信號交流的基本回路有模擬與數(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(dǎo)進變頻器，同時干擾源也在其回路上產(chǎn)生干擾電勢，以控制電纜為媒體進侵變頻器。>>>>2）干擾的基本類型及抗干擾措施。①靜電耦合干擾：指控制電纜與四周電氣回路的靜電容耦合，在電纜中產(chǎn)生的電勢。措施：加大與干擾源電纜的間隔，達到導(dǎo)體直徑40倍以上時，干擾程度就不大明顯。在兩電纜間設(shè)置屏蔽導(dǎo)體，再將屏蔽導(dǎo)體接地。②靜電感應(yīng)干擾：指四周電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢。干擾的大小取決干擾源電纜產(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。措施：一般將控制電纜與主回路電纜或其它動力電纜分離展設(shè)，分離間隔通常在750px以上（最低為250px），分離困難時，將控制電纜穿過鐵管展設(shè)。將控制導(dǎo)體絞合，絞合間距越小，展設(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。措施：同1和2所述。必要時將變頻器放進鐵箱內(nèi)進行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱要接地。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。措施：對繼電器觸點接觸不良，采用并聯(lián)觸點或鍍金觸點繼電器或選用密封式繼電器。對電纜連接點應(yīng)定期做擰緊加固處理。⑤電源線傳導(dǎo)干擾：指各種電氣設(shè)備從同一電源系統(tǒng)獲得供電時，由其它設(shè)備在電源系統(tǒng)直接產(chǎn)生電勢。措施：變頻器的控制電源由另外系統(tǒng)供電，在控制電源的輸進側(cè)裝設(shè)線路濾波器；裝設(shè)盡緣變壓器，且屏蔽接地。⑥接地干擾：指機體接地和信號接地。對于弱電壓電流回路及任何不公道的接地均可誘發(fā)的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。措施：速度給定的控制電纜取1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，不與其它接地端子共用，并盡量減少接地端子引接點的電阻，一般不大于100d。>>>>3）其它留意事項①裝有變頻器的控制柜，應(yīng)盡量闊別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)生電弧的斷路器和接觸器。③控制電纜建議采用1.25mm×2或2mm×2屏蔽絞合盡緣電纜。④屏蔽電纜的屏蔽要連續(xù)到電纜導(dǎo)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電壓型變頻器，采用交—直—交工作方式，即是輸進為交流電源，交流電壓三相整流橋整流后變?yōu)橹绷麟妷?，然后直流電壓?jīng)三相橋式逆變電路變換為調(diào)壓調(diào)頻的三相交流電輸出到負載。當(dāng)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，常見的變頻起動兩種電路，如圖1所示。充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點或晶閘管將電阻短路，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母線電壓故障，一般設(shè)計者在設(shè)計變頻器的起動電路時，為了減少變頻器的體積選擇起動電阻，都選擇小一些，電阻值在10～50Ω，功率為10～50W。當(dāng)變頻器的交流輸進電源頻繁通時，或者旁路接觸器的觸點接觸不良時，以及旁路晶閘管的導(dǎo)通阻值變大時，都會導(dǎo)致起動電阻燒壞。如遇此情況，可購買同規(guī)格的電阻換之，同時必須找出引出電阻燒壞的原因。假如故障是由輸進側(cè)電源頻率開合引起的，必須消除這種現(xiàn)象才能將變頻器投進使用；假如故障是由旁路繼電器觸點或旁路晶閘管引起，則必須更換這些器件。2）變頻器無故障顯示，但不能高速運行我廠一臺變頻器狀態(tài)正常，但調(diào)不到高速運行，經(jīng)檢查，變頻器并無故障，參數(shù)設(shè)置正確，調(diào)速輸進信號正常，上電運行時測試出現(xiàn)變頻器直流母線電壓只有450V左右，正常值為580～600V，再測輸進側(cè)，發(fā)現(xiàn)缺了一相，故障原因是輸進側(cè)的一個空氣開關(guān)的一相接觸不良造成的，為什么變頻器輸進缺相不報警仍能在低頻段工作呢?實際上變頻器缺一相輸進時，是可以工作的，多數(shù)變頻器的母線電壓下限為400V，即是當(dāng)直流母線電壓降至400V以下時，變頻器才報告直流母線低電壓故障。當(dāng)兩相輸進時，直流母線電壓為380＊1.2＝452V>400V。當(dāng)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，新型的變頻器都是采用PWM控制技術(shù)，調(diào)壓調(diào)頻的工作在逆變橋完成，所以在低頻段輸進缺相仍可以正常工作，但由于輸進電壓低輸出電壓低，造成異步電機轉(zhuǎn)矩低，頻率上不往。3）變頻器顯示過流出現(xiàn)這種故障顯示時，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。假如無這些現(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(fù)位后運行，看是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象，假如出現(xiàn)的話，很可能是1PM模塊出現(xiàn)故障，由于1PM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引腳傳送到微控器的，微控器接收到故障信息后，一方面封閉脈沖輸出，另一方面將故障信息顯示在面板上，一般更換1PM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，由于雷電串進變頻器的電源中，使變頻器直流側(cè)的電壓檢測器動作而跳閘，在這種情況下，通常只須斷開變頻器電源1min左右，再合上電源，即可復(fù)位；另一種情況是變頻器驅(qū)動大慣性負載，就出現(xiàn)過壓現(xiàn)象，由于這種情況下，變頻器的減速停止屬于再生制動，在停止過程中，變頻器的輸出頻率按線性下降，而負載電機的頻率高于變頻器的輸出頻率，負載電機處于發(fā)電狀態(tài)，機械能轉(zhuǎn)化為電能，并被變頻器直流側(cè)的平波電容吸收，當(dāng)這種能量足夠大時，就會產(chǎn)生所謂的“泵升現(xiàn)象”，變頻器直流側(cè)的電壓會超過直流母線的最大電壓而跳閘，對于這種故障，一是將減速時間參數(shù)設(shè)置長些或增大制動電阻或增加制動單元；二是將變頻器的停止方式設(shè)置為自由停車。5）電機發(fā)熱，變頻器顯示過載對于已經(jīng)投進運行的變頻器假如出現(xiàn)這種故障，就必須檢查負載的狀況；對于新安裝的變頻器假如出現(xiàn)這種故障，很可能是V/F曲線設(shè)置不當(dāng)或電機參數(shù)設(shè)置有題目，如一臺新裝變頻器，其驅(qū)動的是一臺變頻電機，電機額定參數(shù)為220V/50Hz，而變頻器出廠時設(shè)置為380V/50Hz，由于安裝職員沒有正確設(shè)定變頻器的V/F參數(shù)，導(dǎo)致電機運行一段時間后轉(zhuǎn)子出現(xiàn)磁飽和，致使電機轉(zhuǎn)速降低，發(fā)熱而過載。所以在新變頻器