變頻器畢業(yè)論文--變頻器的概述與應(yīng)用及其常見問題的處理

1、<p>　　變頻器的概述與應(yīng)用及其常見問題的處理</p><p>　　摘要：變頻器在交流拖動系統(tǒng)應(yīng)用中呈現(xiàn)優(yōu)良的控制性，可以實現(xiàn)軟起動和無級調(diào)速，進(jìn)行加減速控制，使電動機獲得高性能，而且具有顯著的節(jié)能效果。所以應(yīng)用變頻調(diào)速可以提高生產(chǎn)機械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。因此變頻器近年來在工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　一、變頻器

2、的概念及組成</p><p><b>　　1、變頻器的概念</b></p><p>　　變頻器是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。過去，變頻器一般被包含在電動發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨立的變頻器。2、變頻器主要是由主電路、控制電路組成。 1）、 主電路是給異步電動

3、機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 </p><p>　　（1）整流器：最近大量使用的是二

4、極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，

5、以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。 2）、控制電路是給異步電動機供電壓的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、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(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。

6、 </p><p>　?。?）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(jìn)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：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）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器的信號為速度信號，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)。（5）保護

7、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。</p><p><b>　　二、變頻器的選型</b></p><p>　　選用變頻器要按照生產(chǎn)機械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩的要求，決定選用那種控制方式的變頻器。通常負(fù)載有三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機泵類負(fù)載和恒功率負(fù)載。因此選

8、用變頻器首先要搞清電動機所帶負(fù)載的性質(zhì)。不同負(fù)載類型，選不同類型的變頻器。并且兩者功率要相互匹配。良好的選型是保證變頻器長周期安全運行的前提。</p><p><b>　　三、變頻器推廣應(yīng)用</b></p><p>　　變頻器在交流電機拖動應(yīng)用中，其優(yōu)勢有目共睹。但是一些企業(yè)在新上和改建項目過程中往往對變頻器的應(yīng)用不予考慮，其中設(shè)備投資高是主要原因，主觀認(rèn)為電動機控制

9、采用傳統(tǒng)的控制方式能夠節(jié)省不小的投資，這種觀念實際上進(jìn)入了一個誤區(qū)。傳統(tǒng)控制方式一般采用星-角轉(zhuǎn)換和自藕變壓器啟動，從控制端到電動機之間需要兩條電纜，在中等規(guī)模以上企業(yè)由于電動機的控制均是集中控制，那么電纜大都有一定的長度。所以變頻器與傳統(tǒng)控制方式相比，雖然設(shè)備投資高，但是節(jié)約了一條電纜，而且近年來電纜的價格一直在走高，因此55KW以上電機采用變頻器控制的投資和傳統(tǒng)控制方式相近，且技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量都已成熟。另外其良好的節(jié)能性能，有很高投資回

10、報率。在風(fēng)機、水泵等負(fù)載上使用兩年就能收回投資，直接經(jīng)濟效益明顯。還有變頻器的軟啟動性能對泵類機械設(shè)備的沖擊磨損小，可延長機械設(shè)備的檢修周期及使用壽命，間接經(jīng)濟效益也是十分突出的。這方面的普及率還是非常低，應(yīng)用推廣緩慢，除了技術(shù)、觀念和意識保守，設(shè)計、技術(shù)改造理念上的延襲陳舊，是阻礙發(fā)展的主要原因。應(yīng)該采取措施打破阻礙發(fā)展的瓶頸，使變頻器優(yōu)良性能得到普遍應(yīng)用。</p><p>　　四、變頻器的運行環(huán)境即安裝要點&

11、lt;/p><p>　　變頻器屬精密電子裝置，所以溫度、灰塵與潮濕也對其壽命影響較大。變頻器的環(huán)境運行溫度一般要求－10℃~+50℃，良好的運行工作環(huán)境，可降低變頻器的故障率，延長變頻器的壽命。安裝接線，變頻器輸入端加裝空氣開關(guān)，以防變頻器發(fā)生短路時起到保護作用?？刂凭€盡量不要太長，否則易受干擾產(chǎn)生誤動作?？刂凭€要選用屏蔽線，一端接地。接地地線應(yīng)保證良好以防止地線帶電而損壞變頻器。</p><p&

12、gt;　　五、變頻器基本參數(shù)的設(shè)定</p><p>　　1、出廠設(shè)置 </p><p>　　常用變頻器，一般出廠時，廠家對每一個參數(shù)都有一個默認(rèn)值，這些參數(shù)叫工廠值。在這些參數(shù)值的情況下，用戶能以面板操作方式正常運行的。

13、 </p><p>　　2、頻率限制 </p><p>　　即設(shè)定變頻器輸出頻率的上、下限幅值。一般情況下電機散熱靠本身風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，因此下限頻率不能低于15HZ。如果工藝要求經(jīng)常低速運行，則電機要另加散熱風(fēng)扇。上限頻率幅值不能超出50H

14、Z,否則損壞電機。如果工藝要求頻率大于50HZ，需配置專用電機。</p><p><b>　　3、電機參數(shù)</b></p><p>　　在相應(yīng)參數(shù)組中設(shè)定電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。 <

15、;/p><p><b>　　4、加減速時間 </b></p><p>　　加減速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率和從最大頻率下降到0所需時間。設(shè)定時要滿足在電動機加速時防止過電流，減速時以防止過電壓。這需要根據(jù)負(fù)載特性定出最佳加減速時間。以使運轉(zhuǎn)中不發(fā)生過電流、過電壓報警為原則，將加減速時間縮短。 </p><p><b>　　5、控制

16、方式</b></p><p>　　變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)辨識。</p><p>　　6、變頻器啟動方式 </p><p>　　一般變頻器在出廠時設(shè)定從面板啟動，用戶可以根據(jù)實際情況選擇啟動方式，可以用面板、外部端子、通訊方式等幾種。

17、 </p><p><b>　　7、信號給定方式</b></p><p>　　一般變頻器的頻率給定也可以有多種方式，面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通訊方式給定，當(dāng)然對于變頻器的頻率給定也可以是這幾種方式的一種或幾種方式之和。正確設(shè)置以上參數(shù)之后，變頻器基本上能正常工作，如要獲

18、得更好的控制效果則只能根據(jù)實際情況修改相關(guān)參數(shù)。 </p><p><b>　　8、保護參數(shù)設(shè)定 </b></p><p>　　變頻器提供了過壓、過流、斷相、接地等一系列保護功能，用戶可根據(jù)實際情況選取相應(yīng)功能。

19、 </p><p>　　六、變頻器常見故障及處理</p><p>　　變頻器由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動及保護回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發(fā)生故障，或

20、者無法滿足預(yù)期的運行效果。為防患于未然，事先對故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析尤為重要。1、主回路常見故障分析 主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定，在回路設(shè)計時已經(jīng)選定了電容器的型號，所以內(nèi)部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃

21、，壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數(shù)的交流或直流電抗器可以減少脈動電流，從而延長電解電容器的壽命。在電容器維護時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應(yīng)考慮更換電解電容器。2、主回路典型故障分析 故障現(xiàn)象：變頻器在加速、減速或正常運行時</p><p>　　1）、

22、電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動電路和表面操作顯示板以及風(fēng)扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過開關(guān)電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開關(guān)電源部分損壞，風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。</p><p>　　2）、邏輯控制電路板是變頻器的

23、核心，它集中了CPU、MPU等大規(guī)模集成電路，具有很高的可靠性，本身出現(xiàn)故障的概率很小，但有時會因開機而使全部控制端子同時閉合，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)EEPROM故障，這只要對EEPROM重新復(fù)位就可以了。</p><p>　　3）、電路板包含驅(qū)動和緩沖電路，以及過電壓、缺相等保護電路。從邏輯控制板來的PWM信號，通過光耦合將電壓驅(qū)動信號輸入IPM模塊，因而在檢測模快的同時，還應(yīng)測量IPM模塊上的光耦。</p>

24、;<p><b>　　4、冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風(fēng)扇。其中冷卻風(fēng)扇壽命較短，臨近使用壽命時，風(fēng)扇產(chǎn)生震動，噪聲增大最后停轉(zhuǎn)，變頻器出現(xiàn)IPM過熱跳閘。冷卻風(fēng)扇的壽命受陷于軸承，大約為10000～35000 h。當(dāng)變頻器連續(xù)運轉(zhuǎn)時，需要2～3年更換一次風(fēng)扇或軸承。為了延長風(fēng)扇的壽命，一些產(chǎn)品的風(fēng)扇只在變頻器運轉(zhuǎn)時而不是電源開啟時運行。

25、5、外部的電磁感應(yīng)干擾 如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動作，造成工作不正?；蛲C，嚴(yán)重時甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有：變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過20 cm；盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主回路分離；變頻器控制回路配線絞合節(jié)距離應(yīng)在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距；變頻器距

26、離電動機很遠(yuǎn)時，這時一方面可加大導(dǎo)線截面面積，保證線路壓降在2%以內(nèi)，同時應(yīng)加裝變頻器輸出電抗器，用來補償因長距離導(dǎo)線產(chǎn)生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行接地，必須在專用接地點可靠接地，不能同電焊、動力接地混用；變頻器輸入端安裝</p><p>　　七、變頻器的維護保養(yǎng)</p><p><b>　　1、維護保養(yǎng)</b></p><p

27、>　　由于電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，變頻器改型換代速度也比較快，不斷推出新型產(chǎn)品，性能不斷提高，功能不斷充實、增強。變頻器品牌比較多，雖然種類繁多，但功能及使用上卻基本類似?？偟膩碇v，其使用、維護保養(yǎng)及故障處理方法是基本相同的。在實際應(yīng)用中，變頻器受周圍的溫度、濕度、振動、粉塵、腐蝕性氣體等環(huán)境條件的影響，其性能會有一些變化。如使用合理、維護得當(dāng)，則能延長使用壽命，并減少因突然故障造成的生產(chǎn)損失。如果使用不當(dāng)，維護保養(yǎng)工

28、作跟不上去，就會出現(xiàn)運行故障，導(dǎo)致變頻器不能正常工作，甚至造成變頻器過早的損壞，而影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運行。因此日常維護與定期檢查是必不可少的。</p><p><b>　　2、日常維護與檢查</b></p><p>　　1、)環(huán)境溫度是否正常，要求在-10℃～+40℃范圍內(nèi)，以25℃左右為好。</p><p>　　2、)變頻器在顯示面板上顯示的

29、輸出電流、電壓、頻率等各種數(shù)據(jù)是否正常。</p><p>　　3、)顯示面板上顯示的字符是否清楚，是否缺少字符。</p><p>　　4、)用測溫儀器檢測變頻器是否過熱，是否有異味。</p><p>　　5、)變頻器風(fēng)扇運轉(zhuǎn)是否正常，有無異常，散熱風(fēng)道是否通暢。</p><p>　　6、)變頻器運行中是否有故障報警顯示</p>

30、<p>　　7、)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過最大值。極限是418V，如果主電路外加輸入電壓超過極限，即使變頻器沒運行，也會對變頻器線路板造成損壞。</p><p><b>　　3、定期檢查</b></p><p>　　利用每年一次的大修時間，將檢查重點放在變頻器日常運行時無法巡視到的部位。</p><p>　　1）、作定期檢查時，

31、操作前必須切斷電源，變頻器停電后待操作面板電源指示燈熄滅后，等待一段時間使得主電路直流濾波電容器充分放電，用萬用表確認(rèn)電容器放電完后，再進(jìn)行操作。</p><p>　　2）、將變頻器控制板、主板拆下，用毛刷、吸塵器清掃變頻器線路板及內(nèi)部IGBT模塊、輸入輸出電抗器等部位。線路板臟污的地方，應(yīng)用棉布沾上酒精或中性化學(xué)劑擦除。</p><p>　　3）、檢查變頻器內(nèi)部導(dǎo)線絕緣是否有腐蝕過熱的痕

32、跡及變色或破損等，如發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時進(jìn)行處理或更換。</p><p>　　4）、變頻器由于振動、溫度變化等影響，螺絲等緊固部件往往松動，應(yīng)將所有螺絲全部緊固一遍。</p><p>　　5）、檢查輸入輸出電抗器、變壓器等是否過熱，變色燒焦或有異味。</p><p>　　6）、檢查中間直流回路濾波電解電容器小凸肩(安全閥)是否脹出，外表面是否有裂紋、漏液、膨脹等。一般情況下濾

33、波電容器使用周期大約為5年，檢查周期最長為一年，接近壽命時，檢查周期最好為半年。電容器的容量可用數(shù)字電容表測量，當(dāng)容量下降到額定容量的80%以下時，應(yīng)予更換。</p><p>　　7）、檢查冷卻風(fēng)扇運行是否完好，如有問題則應(yīng)進(jìn)行更換。冷卻風(fēng)扇的壽命受限于軸承，根據(jù)變頻器運行情況需要2－3年更換一次風(fēng)扇或軸承。檢查時如發(fā)現(xiàn)異常聲音、異常振動，同樣需要更換。</p><p>　　8）、檢查變頻

34、器絕緣電阻是否在正常范圍內(nèi)(所有端子與接地端子)，注意不能用兆歐表對線路板進(jìn)行測量，否則會損壞線路板的電子元器件。</p><p>　　9）、將變頻器的R、S、T端子和電源端電纜斷開，U、V、W端子和電機端電纜斷開，用兆歐表測量電纜每相導(dǎo)線之間以及每相導(dǎo)線與保護接地之間的絕緣電阻是否符合要求，正常時應(yīng)大于1MΩ。</p><p>　　10）、變頻器在檢修完畢投入運行前，應(yīng)帶電機空載試運行幾

35、分鐘，并校對電機的旋轉(zhuǎn)方向。</p><p>　　4、變頻器本身的保護</p><p>　　變頻器本身具有各種保護功能，如：負(fù)載側(cè)接地保護、短路保護、電流限制、逆變器過熱、過載等，其自診斷功能、報警警告功能也特別完善。了解這些功能對于正確使用變頻器及故障查找是非常重要的。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><