在由于选型不当或者疏忽而导致使用时出现故障的现象在行业时有发生。那么如何避免故障的出现,就需要对变频器的选型有一定的了解。下面随着小编来了解下变频器选型的注意事项吧。
(1)根据负载特性选择变频器,如负载为恒转矩负载需选择siemensMMV/MDV变频器,如负载为风机、泵类负载应选择siemensECO变频器。
(2)选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据,电机的额定功率只能作为参考。另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波,会造成的功率因数和效率都会变坏。因此,用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较,电动机的电流增加10%而温升增加约20%。所以在选择电动机和变频器时,应考虑到这中情况,适当留有裕量,以防止温升过高,影响电动机的使用寿命。
(3)变频器若要长电缆运行时,此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合的影响,避免变频器出力不够。所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
(4)当变频器用于控制并联的几台电机时,一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值,要放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下,变频器的控制方式只能为V/F控制方式,并且变频器无法保护电动机的过流、过载保护,此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。
(5)对于一些特殊的应用场合,如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等,此时会引起变频器的降容,变频器需放大一档选择。
(6)使用变频器控制高速电机时,由于高速电动机的电抗小,高次谐波亦增加输出电流值。因此,选择用于高速电动机的变频器时,应比普通电动机的变频器稍大一些。
(7)变频器用于变极电动机时,应充分注意选择变频器的容量,使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外,在运行中进行极数转换时,应先停止电动机工作,否则会造成电动机空转,恶劣时会造成变频器损坏。
(8)驱动防爆电动机时,变频器没有防爆构造,应将变频器设置在危险场所之外。
(9)使用变频器驱动齿轮减速电动机时,使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时,在低速范围内没有限制;在超过额定转速以上的高速范围内,有可能发生润滑油用光的危险。因此,不要超过最高转速容许值。
(10)变频器驱动绕线转子时,大多是利用已有的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比,绕线电动机绕组的阻抗小。因此,容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象,所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线电动机多用于飞轮力矩GD2较大的场合,在设定加减速时间时应多注意。
(11)变频器驱动时,与工频相比,降低输出容量10%~20%,变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。
(12)对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下,如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话,有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。因此,应了解工频运行情况,选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。变频器驱动潜水泵电动机时,因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大,所以选择变频器时,其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。
(13)当变频器控制罗茨风机时,由于其起动电流很大,所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。
(14)选择变频器时,一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。
(15)单相电动机不适用变频器驱动。
高压同步以其功率因数高、运行转速稳定、低转速设计简单等优点在高压大功率驱动领域有着大量的应用,如大功率风机、水泵、油泵等。对于大功率低速负载,如磨机、往复式压缩机等,使用多极不仅可以提高系统功率因数,更可以省去变速机构,如齿轮变速箱,降低系统故障率,简化系统维护。
由于同步电机物理过程复杂、控制难度高,以往的高压同步电机调速系统必须安装速度/位置,增加了故障率,系统的可靠性较低。
单元串联多电平型由于具有成本低,网侧功率因数高,网侧电流谐波小,输出电压波形正弦、基本无畸变,可靠性高等特点,在高压大容量异步电机变频调速领域取得了非常广泛的应用。将单元串联多电平型变频器应用于同步电动机将有效地提高同步电机变频调速系统的可靠性,降低同步电机变频改造的成本,提高节能改造带来的效益,同时也为单元串联多电平型变频器打开一个广阔的新市场。利德华福的技术人员经过大量的理论分析、计算机仿真和物理系统实验,解决了同步电机起动整步等关键问题,已于2006年4月底成功地将单元串联多电平型高压变频器应用于巨化股份公司合成氨厂的1000kw/6kv同步电动机上。以下将简要介绍实际应用中的主要技术问题。
1、同步电动机的工频起动投励过程
为了更好的说明同步电机的运行特点,先对同步电机的工频起动投励过程进行简要的介绍。
在电网电压直接驱动同步电机工频运行时,同步电动机的起动投励是一个比较复杂的过程。当同步电机电枢绕组高压合闸时,通过高压的辅助触点告知同步电机的励磁装置准备投励。此时,励磁装置自动在同步电机的励磁绕组上接入一个灭磁电阻,以防止励磁绕组上感应出高压,同时在起动时提供一部分起动转矩。同步电机电枢绕组上电后,在起动绕组和连有灭磁电阻的励磁绕组的共同作用下,电机开始加速。当速度到达95%的同步转速时,励磁装置根据励磁绕组上的感应电压选择合适的时机投入励磁,电机被牵入同步速运行。如果同步电机的凸极效应较强、起动负载较低,则在励磁装置找到合适的投励时机之前,同步电机已经进入同步运行状态。在这种情况下,励磁装置将按照延时投励的准则进行投励,即高压合闸后15s强行投励。
2、变频器驱动同步电动机时的起动整步过程
用变频器驱动同步电机运行时,使用与上述方式不同的起动方式:带励起动。
在变频器向同步电机定子输出电压之前,即启动前,先由励磁装置向同步电机的励磁绕组通以一定的励磁电流,然后变频器再向同步电机的电枢绕组输出适当的电压,起动电机。
同步电机与普通异步电机运行上主要的区别是同步电机在运行时,电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角必须在某一范围之内,否则将导致系统失步。在电机起动之初,这二者的夹角是任意的,必须经过适当的整步过程将这一夹角控制到一定的范围之内,然后电机进入稳定的同步运行状态。因此,起动整步问题是变频器驱动同步电动机运行的关键问题。
变频器驱动同步电动机的起动整步过程主要分为以下几个步骤:
(1)励磁装置投励。励磁系统向同步电机的励磁绕组通以一定的励磁电流,在同步电机转子上建立一定的磁场。
(2)变频器向同步电机的电枢绕组施加一定的直流电压,产生一定的定子电流。此时,在同步电机上产生一定的定子电流,并在定子上建立较强的磁场。转子在定、转子间电磁力的作用下开始转动,使转子磁极逐渐向定子磁极的异性端靠近。此时转子的转动方向可能与电机正常运行时的转向相同,也可能相反。
(3)变频器按照电机正常运行时的转动方向,缓慢旋转其施加在电枢绕组上的电压矢量。随着同步电机转子的转动和定子磁场的旋转,转子磁极将在某一时刻掠过定子的异性磁极,或者转子磁极加速追上旋转的定子磁极。此时,电机的转子磁极被较强的定子磁极可靠吸引,二者间的角度经过少量有阻尼的震荡后,逐渐趋于一个较小的常量。至此,同步电机进入同步运行状态,整步过程完成。
(4)变频器按照预先设定的加速度和v/f曲线(即磁通给定),调节输出电压,逐渐加速到给定频率。此时,同步电机的转子角逐渐拉大到某一常值,然后电机转子磁极在定子磁场的吸引下逐渐加速至期望转速,同步电机起动过程完成。
在同步电机的起动整步过程中,定、转子磁势大小的选择和各步骤间的切换是控制的关键问题。如果选择过低的定子磁场,则定子磁极无法在第一次经过转子的异性磁极时,将其可靠吸牢,此后转子经过同性磁极间斥力的反向加速作用,在下一次经过定子磁极时,二者将具有更大的相对速度,定子磁场更加无法有效牵引转子磁极,最终将导致起动整步失败。选择过大的定子磁场可能导致同步电机的定子铁心饱和,进一步导致变频器输出过电流,电机起动失败。
3、变频器驱动同步电动机的稳态运行与运行时的励磁调节
由于变频器驱动同步电机时使用无需安装速度/位置传感器的控制方法,而变频器输出波形为多电平pwm波形,与控制异步电机时的波形相同,因此在运行过程中,变频器可以完全等效于一个正弦电压源,无转矩脉动,具有较高的可靠性。
由于同步电机的无功电流仅在电机和变频器间流动,不进入电网,因而无须对电机的励磁电流进行精确的控制。一般可在电机运行的典型工况下,手动调节其励磁电流,使变频器的输出电流量小,输出功率因数近似为1,然后在先调速运行过程中维持该电流不变即可。对于需要在运行时实时调整励磁电流的工况,变频器可以实测其输出给同步电机的无功功率,向励磁装置下达励磁给定信号,调整励磁电流。
4、同步电动机的故障灭磁
在正常停机时,变频器先驱动同步电机减速至停机转速,然后停止向电机的电枢绕组输出电压。在该转速下,最大的励磁电流在同步电机定子侧感应的电压低于变频器输出侧的长时间耐受电压,因此在电机之后的自由滑行过程中,维持励磁电流不会对设备造成危害,不需要即时灭磁。
在遇到故障时,如果仅停止向其电枢绕组供电,而维持其励磁电流,则旋转中的同步电机将持续地向其定子侧发出三相交流电压,危害设备安全,并可能造成事故的扩大。因此在遇到严重故障需要停机时,变频器必须通知励磁装置进行灭磁。
同步电机灭磁的物理过程如下:
在灭磁之初,在励磁装置的作用下同步电机的励磁电流迅速下降,但由于同步电机的主磁通无法突变,在阻尼绕组(起动绕组)上随即感应出较大的电流,此时旋转中的同步电机向其定子机端(即变频器输出端)发出较高的三相交流电压。随后,阻尼绕组上的电流在阻尼绕组的内阻上逐步衰减为零,同步电机发出的定子电压也随之逐步衰减。这一衰减过程一般为数秒钟,因此变频器的输出端必须具有停机状态下承受短时过电压的能力。
变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变 交流)、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。它是一种控制交流电机运转的控制器,它把固定频率的交流电源变成频率电压可调的交流电源,从而控制电机的转速。
变频调整系统的原理框图
由处理器,按V/F恒定原则,产生PWM控制信号,令IGBT8了逆变模块逬行功率放大后输出,电路中还有电流检测等单元,组成保护。在开环变频调速系统中,速度指令可通过电位器,模拟电压等形式输入给DSP;将速度指令转换为频率,幅值,可变的电机定子电压与电流,以控制电机的转速。
1.频率给定
在使用一台变频器的时候,目的是通过改变变频器的输出频率。如何调节变频器的输出频率呢?关键是向变频器提供改变频率的命令信号,这个信号,就称为"频率给定信号"。所谓频率给定方式,就是调节变频器输出频率的具体方法,变频器常见的频率给定方式主要有操作器键盘给定,接点信号给定,模拟信号给定,脉冲信号给定和通信方式给定等。这些频率给定方式各有特点,必须按照实际的需要进行选择设置,同时也可以根据功能需要选择不同频率给定方式之间的叠加和切换。
2.V/F控制
在逬行电动机调速时,通常要考虑的一个重要因素是保持电动机中每极磁通量为额定值如果磁通量太小,则电动机的出力不够;如果过分增大磁通量,又会使铁心饱和,过大的励磁电流会使绕组过热,从而损坏电动机。V/F控制是使变频器的输出在改变频率的同时也改变电压,通常是使V/F为常数,这样可使电动机磁通保持一定,在较宽的调速范围内,电动机的转矩,功率,功率因数不下降。
3.PWM调制
变频器的调制方式为PWM。
PWM调制是保持整流得到的直流,电压幅值不变的条件下,以一定的规律,在改变输出频率的同时,通过改变输出脉冲的宽度,来达到改变等效输出电压的一种方式。PWM是一种调制方式来控制逆变模块的通断。
4.功率放大
目前功率放大的开关器件主要采用大功率晶体管IGBT,功率器件从整体上可以分为不可控器件,半可控器件和全可控器件。不可控器件导通和关断无法通过控制信号进行控制,完全由其在电路中所承受的电流,电压情况决定,属于自然导通和自然关断,包括功率二极管;半可控器件指能用控制信号控制导通J旦不能控制关断,关断只能由其在主电路中承受的电压,电流情况决定,属于自然关断,包括晶闸管和由其派生出来的可控双向晶闸管。全可控器件指能使用控制信号控制其导通和关断的器件,包括功率三极管,功率场效应管,可关断晶闸管,绝缘栅双极三极管,静电感应晶体管。静电感应晶闸管等等。
全可控器件从控制形式上还可以分为电流控制型和电压控制型两大类。属于电流控制型的有GTR(功率三极管),SCR(可控晶闸管),TRIAC(可控双向晶闸管),GTO(可关断晶体管)等;属于电压控制型的有功率MOSFET,IGBT,MCT和SIT。
5.电流检测
变频器电流信号可以用于电机的转矩和电流控制,以及过流保护。其检测方法主要有直接串联取样电阻法霍尔传感器法。直接串联取样电阻法,简单可靠不失真速度快,但是有损耗,不隔离,只适用于小电流且不需要隔离的情况,多用于小容量变频器中。霍尔传感器法具有精度高,线性好,频带款,相应快,过载能力强和不损失测量电路能量等优点。