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浅析低压变频器的选型与主要问题

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分享到: 本站编辑:admin 日期: 2012-04-27 22:32 点击:

  摘要:低压变频器,是指电压等级低于690V的可调输出频率交流电机驱动装置。随着计算机技术和电力电子技术的发展,低压变频器的应用也得到了快速发展。
   关键词:低压变频器;工作原理;选型;问题
  Abstract: The low voltage inverter refers to the adjustable output frequency AC motor drives which the voltage level of less than 690 V. With the development of computer technology and power electronics technology, low-voltage inverter application has also been rapid developed.Key words: low-voltage inverter; works; selection; problem
  
  中图分类号:TN773 文献标识码:A 文章编号:
  
  低压变频器现状
   国内外比较有名的生产厂商如ABB、西门子、三菱、安川、台达等。变频器行业在我国已有20多年的历史,市场规模也逐年扩大,2008年高、中、低压变频器总的市场容量已接近150亿,内外资品牌约140余个,从事代理销售和二次开发的公司约有数千家。从品牌数量上看,内资品牌约占70%以上,但市场份额只有24%。大部分市场仍由欧、美、日品牌所占据。目前,该行业已初具规模,且发展潜力可观。未来10年,中国变频器市场才会逐渐达到饱和。
  2、低压变频器的特点
   低压变频器在各行各业得到广泛的应用,采用变频器构成的变频调速传动系统,其性能已经达到或是超过了直流调速系统。变频器具有体积小、噪声低的优点,可负载成本低、易维护的三相异步电动机,从而大大降低了成本,简化了工艺。总的来说,一方面使用变频器可以满足提高生产率、改善设备自动化水平、改善产品质量和改善生活环境等要求。另一方面也可以为企业节约能源、降低成本。随着我国经济的飞速发展,加上全球环境的逐渐恶劣和能源的日益短缺,国家和企业会更加重视能源、经济和环境之间的关系。而变频器具有优化工艺、节省电能,从而减少对环境的污染。因此变频器的应用前景也将更加广泛。
   就应用领域,变频器在我国各行业均已得到广泛的应用,如化工、冶金矿山、机械等行业。具体的应用范围更广,变频器的应用解决了很多工业上的难题,对于以前许多需要用直流电动机的场合,由于设备大,占用空间多,现在可以用交流电动机替代,节省了空间,免去了昂贵而又复杂的直流电动机,而且安装省时省力;以前直流调速系统设备复杂,特别是很多应用场所要求励磁电流和转矩电流分别调节,并且各种闭环控制相互影响,操作和维护都比较困难。应用变频器,只要根据所配套设备的特性,在变频器中设置好相应的参数,用户便可以很方便地使用数控系统控制设备的运行,通过显示屏监视变频器的运行状况及查看相关的故障情况,还可以通过工业总线和通信接口相连实现远程监控,以及通过总线组建DCS集散控制系统。
  3、变频器的分类
   对变频器的分类有不同的标准,如按变频器是否通用划分,变频器可分为通用型和专用
  型;按工作原理划分,可分为交-交变频器和交-直-交变频器;在交-直-交变频器中,按主回路工作方式分,可分为电流型和电压型变频器。按电压等级划分,可以分为低压变频器、中压变频器和高压变频器;另外,从变频器技术的发展来分,可分为VVVF变频器,矢量变频器,直接转矩控制变频器等。通用变频器通常采用交-直-交的工作方式,相对来讲,低压变频器应用得最为广泛,技术成熟、成本低、易维护是其得到大量应用的主要原因。
   4、变频器的工作原理
   变频器的工作原理,总体来说,变频器就是将工频交流电源转换成频率可调的电源设备,根据交流电动机同步转速N=60f/p(式中,N为电机同步转速,f为电源频率,p为电机极对数)这一公式,只要改变频率,就可以改变交流电动机的转速,变频器就是根据这一原理研制开发出来的电源变换装置。通用变频器和专用变频器的工作原理也相同,只是专用变频器是根据专业设备的特性研制出来的更具针对性的变频器,如在通用变频器的基础上,增加更符合专业应用的功能,或是增加某一特殊应用功能等。如冶金和起重应用,要求变频器的电机经常处于过载运行,因此要求变频器的容量要求足够大,过载能力强,纺织和冶金机械要求变频器的精度高等性能。交-交变频器的主要缺点是所用电力元件比交-直-交变频器多,并且只能运行在电网频率(工频)以下,但是其频率只能运行在工频以下,现在各国正在研制开发中的矩阵式交-交型变频器可以克服这一缺点。
   电流型变频器和电压型变频器的工作原理不大相同,电流型变频器整流和逆变单元的电子元件为可关断晶闸管,其主要特点是输出输入可逆,可以四象限运行,即电动机可以运行在电动、制动、发电状态。电压型变频器的主回路整流元件为二极管组成,逆变元件采用绝缘栅晶体管组成。该类变频器结构简单,技术成熟,在低压通用型变频器中被广泛采用,缺点是不能四象限运行。
   5、低压通用变频器的选型
   衡量通用变频器性能的主要指标有控制方式、起动转矩、转矩控制精度、控制信号种类、速度控制方式、多段速度设定、载波频率、频率跳跃功能、通信接口等。国内外通用变频器的操作、维护及应用方面均基本相似,差别在于不同品牌在功能、通信接口、变频器的质量、其特定的定义及其独特功能,但用户不一定全用到这些性能指标,而是根据需要选择能满足需要的功能及指标,并依此作为衡量选择通用变频器的标准。正确选择通用变频器对于传动控制系统的正常运行非常关键,首先要明确使用通用变频器的目的,按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、起动转矩等要求,充分了解变频器所驱动的负载特性,决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统,然后决定选用哪种控制方式最合适。所选择的通用变频器应要满足生产工业的要求和在技术指标上合理。另外,也应注意低压变频器的制造技术水平、寿命、谐波、效率、功率因数及销售服务等问题。另外,通用变频器长期可靠的运行,变频器的通信标准、输入输出接口、变频器的附件配套情况等也非常重要。具体来讲,低压通用变频器的选择包括低压通用变频器的型式选择和容量选择两个方面,选择的原则是:首先其功能特性能保证可靠地实现工艺要求,其次是获得较好的性价比。通用变频器类型的选择要根据负载特性进行。对于风机、泵类等平方转矩、低速下负载转矩较小,通常可选择专用或普通功能型低压变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械应选用具有转矩控制功能的高功能型低压变频器,这种变频器低速转矩、静态机械特性硬度大,不怕负载冲击,具有挖掘机特性。为了实现大调速比的恒转矩调速,常采用加大变频器容量的方法。对于要求精度高、动态性能好、速度响应快的生产机械,应采用矢量控制或直接转矩控制型通用变频器。容量方面,大多数通用变频器标出了额定电流、可配用电动机功率和额定容量等参数,其中后两项,通用变频器厂商通常是根据本国或是本公司生产的标准电动机给出的,不能确切表达变频器实际的带负载能力,只有额定电流是一个能反映通用变频器负载能力的关键参数。因此,以电动机的额定电流不超过通用变频器的额定电流为依据是选择变频器容量的基本原则,电动机的额定功率只能作为参考[3]。另外在确定通用变频器容量前应了解设备的工艺情况及电动机参数,并考虑电动机的类型和工作特性,留有一定的余量。例如潜水泵电动机的额定电流要大于普通异步电动机的额定电流;冶金工业常用的辊道用电动机不仅额定电流大很多,同时它允许短时处于堵转工作状态,且辊道传动大多是多电动机传动,应保证在无故障的状态下负载总电流均不允许超过通用变频器的额定电流。另外,应充分考虑通用变频器的输出含有丰富的谐波,会使电动机的功率因数和效率变坏。因此,用低压通用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较,电动机的电流会增加,一般为10%左右,而温升会增加20%左右。所以在选择变频器时,应适当留有余量,防止温升过高,影响电动机的使用寿命。在选择变频器时,可以按照以下七个步骤进行:
   (1)明确设备的工作方式、容量及负载类型;
   (2)明确设备的工艺、性能指标及控制要求;
   (3)确定系统的组建方式、I/O接口、通信接口等;
   (4)对各项性能指标和要求进行归纳;
   (5)按归纳的结果进行技术咨询或直接进行招标;
   (6)对性能、使用寿命、价格、服务进行综合对比;
   (7)确定变频器品牌、型号、规格以及供应商。
   选择变频器时,还应充分考虑环境对变频器的影响。
   (1)温度对变频器的影响:变频器的使用环境温度一般适用于-10℃~+40℃,环境温度若高于40℃时候,每升高1℃,变频器应降额5%使用。环境温度每上升10℃,则变频器寿命减半,所以周围环境温度及变频器散热的问题一定要解决好。
   (2)湿度对变频器的影响:变频器在湿度低于90%的环境中工作,空气的相对湿度≤90%,无结露。湿度太高且湿度变化较大时,变频器内部易出现结露现象,其绝缘性能就会大大降低,甚至可能引发短路事故。必要时,必须在箱中增加干燥剂和加热器。
   (3)海拔高度的影响:变频器安装在海拔高度1KM以下可以输出额定功率。当海拔高度超过1KM时,其输出功率就会下降。
   (4)粉尘对变频器的影响:在有金属导电性粉尘的场合,不宜安装变频器,导电性粉尘侵入变频器内部,会使变频器内部线路短路,严重时会烧毁变频器。
   6、低压变频器目前主要问题
   1)变频器主控电路故障。主要包括主板,电源板,逆变器、滤波电容等主控电路损坏。
   2)变频器冷却直流风扇故障。风扇属于易损件,工作寿命在2—5年,但是因为变频器种类繁多,功率大小不同所以内部直流风扇额定电流不同而不通用,部分风扇损坏后因为缺乏备件无法及时更换。
   3)变频器外围控制器件故障。变频柜内变频器本身无故障,但外部控制电路系统发生故障。由于使用年限较长,且控制电路又比较复杂,既没有电路图,又没有线号,线路多而且复杂,给维修造成不便。
   4)变频柜设计不合理,内部过于狭窄,散热通风效果差,导致散热不良。部分变频器工作环境比较恶劣,风沙及尘土集聚较多,严重影响了变频器的正常运行,甚至造成停机故障。变频柜散热导流风扇属于易损件,寿命一般在2年左右,但是大部分变频柜散热风扇损坏后,没有及时更换,造成散热不良,造成变频器工作稳定性差、老化加剧、过热报警频发等现象发生。
   5)变频器日常维护工作跟不上。操作人员对变频路基本操作及一些基本参数设置不了解,使用过程中不能及时发现问题。
   6)“小马拉大车”问题。由于当时投产设计时的工作条件下限制,设计安装时为节省资金,许多地方都有采用了变频功率小于电机额定功率,但随着工艺生产条件的变化,出现“小马拉大车”问题,造成变频器不能正常运行。如一号联水外输、三号联提升和KDl8号站注水等。
   7. 结束语
   如今变频器在各个领域得到广泛的应用,如何去选择和应用变频器是很多工程技术人员面临的问题,本文从理论和实践两个方面简要论述了低压变频器的应用选型。特别是在大型设备传动系统中,变频器的选型相当复杂和繁琐,每个细节都要仔细考虑,主要性能和参数都要认真仔细斟酌,才能确保整个系统的稳定可靠运行。希望我的一些简单的概述对大家以后在工作当中碰到相对应的问题,能起到建议性的帮助。
  

本文出自:http://www.starlunwen.net/gongcheng/165053.html

本文TAGS:主要 问题 浅析 变频器 通用 动机 低压 工作 应用 控制

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