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變頻器 (frequency changer / frequency converter)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。 變頻器通常包含2個組成部分:整流器(rectifier)和逆變器(inverter)。其中,整流器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電,逆變器將直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電。除了這2個部分之外,變頻器還有可能包含變壓器和電池。其中,變壓器用來改變電壓并可以隔離輸入/輸出的電路,電池用來補償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失。 不同的變頻器能夠處理的電源功率是不一樣的,從幾瓦到幾兆瓦都有。 [編輯本段]變頻器的應(yīng)用 變頻器除了可以用來改變交流電源的頻率之外,還可以用來改變交流電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩。在該應(yīng)用環(huán)境下,最典型的變頻器結(jié)構(gòu)是三相二級電壓源變頻器。該變頻器通過半導體開關(guān)和脈沖寬度調(diào)制(pwm)來控制各相電壓。 另外,變頻器還可以在航空航天業(yè)中。例如:飛機上的電力設(shè)備通常需要400hz的交流電,而地面上使用的交流電一般為50hz或60hz。因此,當飛機停在地面上時,需要使用變頻器將地面上的50hz或60hz的交流電變?yōu)?00hz的交流電供飛機使用。 [編輯本段]變頻器的故障原因及預(yù)防措施 變頻器由主回路、電源回路、ipm驅(qū)動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。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,事先對故障原因進行認真分析尤為重要。 1.1 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 ℃,壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當?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。 1.2 主回路典型故障分析 故障現(xiàn)象:變頻器在加速、減速或正常運行時出現(xiàn)過電流跳閘。 首先應(yīng)區(qū)分是由于負載原因,還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障,可通過歷史記錄查詢在跳閘時的電流,超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設(shè)定值,而三相電壓和電流是平衡的,則應(yīng)考慮是否有過載或突變,如電機堵轉(zhuǎn)等。在負載慣性較大時,可適當延長加速時間,此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流,在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設(shè)定范圍內(nèi),可判斷是ipm模塊或相關(guān)部分發(fā)生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子u、v、w, 分別與直流側(cè)的p、n端子之間的正反向電阻,來判斷ipm模塊是否損壞。如模塊未損壞,則是驅(qū)動電路出了故障。如果減速時ipm模塊過流或變頻器對地短路跳閘,一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動電路故障;而加速時ipm模塊過流,則是下半橋的模塊或其驅(qū)動電路部分故障,發(fā)生這些故障的原因,多是由于外部灰塵進入變頻器內(nèi)部或環(huán)境潮濕引起。 1.3 控制回路故障分析 控制回路影響變頻器壽命的是電源部分,是平滑電容器和ipm電路板中的緩沖電容器,其原理與前述相同,但這里的電容器中通過的脈動電流,是基本不受主回路負載影響的定值,故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上,通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難,一般根據(jù)電容器環(huán)境溫度以及使用時間,來推算是否接近其使用壽命。 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,風扇電源的短路導致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。 邏輯控制電路板是變頻器的核心,它集中了cpu、mpu、ram、eeprom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,導致變頻器出現(xiàn)eeprom故障,這只要對eeprom重新復位就可以了。 ipm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。 1.4 冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短,臨近使用壽命時,風扇產(chǎn)生震動,噪聲增大最后停轉(zhuǎn),變頻器出現(xiàn)ipm過熱跳閘。冷卻風扇的壽命受陷于軸承,大約為10000~35000 h。當變頻器連續(xù)運轉(zhuǎn)時,需要2~3年更換一次風扇或軸承。為了延長風扇的壽命,一些產(chǎn)品的風扇只在變頻器運轉(zhuǎn)時而不是電源開啟時運行。 1.5 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;變頻器距離電動機很遠時(超過100 m),這時一方面可加大導線截面面積,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;變頻器輸入端安裝無線電噪聲濾波器,減少輸入高次諧波,從而可降低從電源線到電子設(shè)備的噪聲影響;同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器,以降低其輸出端的線路噪聲。 1.6 安裝環(huán)境 變頻器屬于電子器件裝置,對安裝環(huán)境要求比較嚴格,在其說明書中有詳細安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下,若確實無法滿足這些要求,必須盡量采用相應(yīng)抑制措施:振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因,對于振動沖擊較大的場合,應(yīng)采用橡膠等避振措施;潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件銹蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路,作為防范措施,應(yīng)對控制板進行防腐防塵處理,并采用封閉式結(jié)構(gòu);溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素,特別是半導體器件,應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。 除上述幾點外,定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇也是非常必要的。對于特殊的高寒場合,為防止微處理器因溫度過低不能正常工作,應(yīng)采取設(shè)置空氣加熱器等必要措施。 1.7 電源異常 電源異常大致分以下3種,即缺相、低電壓、停電,有時也出現(xiàn)它們的混合形式。這些異?,F(xiàn)象的主要原因,多半是輸電線路因風、雪、雷擊造成的,有時也因為同一供電系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)對地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節(jié)有很大差異。除電壓波動外,有些電網(wǎng)或自行發(fā)電的單位,也會出現(xiàn)頻率波動,并且這些現(xiàn)象有時在短時間內(nèi)重復出現(xiàn),為保證設(shè)備的正常運行,對變頻器供電電源也提出相應(yīng)要求。 如果附近有直接啟動的電動機和電磁爐等設(shè)備,為防止這些設(shè)備投入時造成的電壓降低,其電源應(yīng)和變頻器的電源分離,減小相互影響。 對于要求瞬時停電后仍能繼續(xù)運行的設(shè)備,除選擇合適價格的變頻器外,還應(yīng)預(yù)先考慮電機負載的降速比例。當變頻器和外部控制回路都采用瞬間停電補償方式時,失壓回復后,通過測速電機測速來防止在加速中的過電流。 對于要求必須連續(xù)運行的設(shè)備,應(yīng)對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。像帶有二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器,雖然在缺相狀態(tài),但也能繼續(xù)工作,但整流器中個別器件電流過大,及電容器的脈沖電流過大,若長期運行將對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響,應(yīng)及早檢查處理。 1.8 雷擊、感應(yīng)雷電 雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓,有時也會造成變頻器的損壞。此外,當電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時,短路開閉會產(chǎn)生較高的沖擊電壓。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞,通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件。真空斷路器應(yīng)增加rc浪涌吸收器。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器,應(yīng)在控制時序上,保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。 2 變頻器本身的故障自診斷及預(yù)防功能 老型號的晶體管變頻器主要有以下缺點:容易跳閘、不容易再啟動、過負載能力低。由于igbt及cpu的迅速發(fā)展,變頻器內(nèi)部增加了完善的自診斷及故障防范功能,大幅度提高了變頻器的可靠性。 如果使用矢量控制變頻器中的“全領(lǐng)域自動轉(zhuǎn)矩補償功能”,其中的“啟動轉(zhuǎn)矩不足”、“環(huán)境條件變化造成出力下降”等故障原因,將得到很好的克服。該功能是利用變頻器內(nèi)部的微型計算機的高速運算,計算出當前時刻所需要的轉(zhuǎn)矩,迅速對輸出電壓進行修正和補償,以抵消因外部條件變化而造成的變頻器輸出轉(zhuǎn)矩變化。 此外,由于變頻器的軟件開發(fā)更加完善,可以預(yù)先在變頻器的內(nèi)部設(shè)置各種故障防止措施,并使故障化解后,仍能保持繼續(xù)運行,例如:對自由停車過程中的電機進行再啟動;對內(nèi)部故障自動復位并保持連續(xù)運行;負載轉(zhuǎn)矩過大時,能自動調(diào)整運行曲線,能夠?qū)C械系統(tǒng)的異常轉(zhuǎn)矩進行檢測。 造成變頻器故障的原因是多方面的,只有在實踐中,不斷摸索總結(jié),才能及時消除各種各樣的故障。 [編輯本段]變頻器的構(gòu)成 變頻器主要是由主電路、控制電路組成。 主電路是給異步電動機提供調(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”。 (1)整流器:最近大量使用的是二極管的變流器,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,以所確定的時間使6個開關(guān)器件導通、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。 控制電路是給異步電動機供電(電壓、頻率可調(diào))的主電路提供控制信號的回路,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。 (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: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(tg、plg等)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)保護電路:檢測主電路的電壓、電流等,當發(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。 [編輯本段]變頻器應(yīng)用維護保養(yǎng) 由于變頻器能適應(yīng)生產(chǎn)工藝的多方面要求,尤其是在工業(yè)自動化控制應(yīng)用上,交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)上升為工業(yè)自動化控制的主流。交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵,甚至可以超過直流系統(tǒng)。它采用的全數(shù)字控制方式,使信息處理能力大幅度地增強。同時它將實用經(jīng)驗和技巧不斷地融入軟件功能中,采用模擬控制方式無法實現(xiàn)的復雜控制在今天都已成為可能,使變頻器的可靠性、可使用性、可維護性功能得以充實。由于變頻器具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍寬和運行效率高,使用操作方便,且宜于同其它設(shè)備接口等一系列優(yōu)點,所以應(yīng)用越來越廣泛。多年來,我們在生產(chǎn)實際應(yīng)用中不斷學習,積累了一些變頻器的維護保養(yǎng)和維修的經(jīng)驗。 2、維護保養(yǎng) 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?,F(xiàn)在國內(nèi)市場銷售的變頻器品牌比較多,如danfoss、abb、siemens、ge、schneider等等,國產(chǎn)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。總的來講,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,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,維護保養(yǎng)工作跟不上去,就會出現(xiàn)運行故障,導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。 2.1日常維護與檢查 對于連續(xù)運行的變頻器,可以從外部目視檢查運行狀態(tài)。定期對變頻器進行巡視檢查,檢查變頻器運行時是否有異?,F(xiàn)象。通常應(yīng)作如下檢查: (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; (2)變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數(shù)據(jù)是否正常; (3)顯示面板上顯示的字符是否清楚,是否缺少字符; (4)用測溫儀器檢測變頻器是否過熱,是否有異味; (5)變頻器風扇運轉(zhuǎn)是否正常,有無異常,散熱風道是否通暢; (6)變頻器運行中是否有故障報警顯示; (7)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過最大值。極限是418v(380v×1.1),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。
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2009-08-06·ta獲得超過1764個贊
知道小有建樹答主
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調(diào)速
所有的工業(yè)項目上都用的到
民用恒壓供水也用的到
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2009-08-06
知道答主
回答量:30
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上面的講得很詳細了
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