第2講變頻器的安裝及接線

我國(guó)變頻器應(yīng)用始于20 世紀(jì)80 年代末，由于變頻器的應(yīng)用可節(jié)省電能、降低生產(chǎn)成本、減少維修工作量、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量有很大提高。因而變頻器的應(yīng)用已深入工業(yè)、交通乃至人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，以每年20%的遞增量迅速發(fā)展。

隨著變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展及數(shù)量的不斷增加，變頻器的相應(yīng)故障也增多了。因此廣大從業(yè)人員希望當(dāng)變頻器在應(yīng)用及發(fā)生故障時(shí)，能夠盡快診斷，即實(shí)現(xiàn)“有病就醫(yī)，醫(yī)后就好”的愿望。為此，我們特邀張選正高工撰寫“變頻器安裝調(diào)試及維修”系列講座，以饗讀者。

張選正高工是國(guó)內(nèi)最早從事變頻器應(yīng)用的專家，多年來在生產(chǎn)一線從事變頻器在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。他將實(shí)際中遇到的問題及解決方法予以總結(jié)，撰寫60余篇文章介紹了變頻器選型、安裝、調(diào)試、測(cè)試、維修及故障診斷的經(jīng)驗(yàn)。這一系列講座，就是他提取以往經(jīng)驗(yàn)的精華，深入淺出地介紹了這一方面的方法及經(jīng)驗(yàn)，分6 講刊出，希望得到讀者的歡迎。

本刊編輯部也將繼續(xù)秉承“關(guān)注變頻技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建和諧節(jié)能社會(huì)”的辦刊宗旨，為廣大讀者盡心盡力地服務(wù)。

1 變頻器的調(diào)試

變頻器在安裝好之后，必須進(jìn)行相關(guān)的檢查和調(diào)試，才能投入正式運(yùn)行。

1.1 通電前的檢果

變頻器通電之前，通常應(yīng)進(jìn)行下列檢查。

1.1.1 變頻器外觀接線檢查

對(duì)照變頻器使用說明書和系統(tǒng)設(shè)備圖，首先檢查變頻器的安裝空間和安裝連接是否符合要求，查看變頻器的銘牌數(shù)據(jù)是否與所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)相配合，然后檢查變頻器的主電路接線和控制電路接線是否符合要求。主要注意以下幾個(gè)方面的問題：

1)交流電源不要加到變頻器的輸出端;

2)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的接線不能超過允許的最大布線距離，否則應(yīng)加交流輸出電抗器;

3)交流電源線不能接到控制電路端子上;

4)主電路地線和控制電路地線、公共端、零線的接法應(yīng)符合要求;

5)在工頻與變頻工作相互切換的應(yīng)用中，電氣與機(jī)械的互鎖是否滿足要求。

1.1.2 電源電壓、電動(dòng)機(jī)和變頻器控制信號(hào)測(cè)試

檢查電源電壓是否在容許值以內(nèi)，測(cè)試變頻器的控制信號(hào)(模擬量和開關(guān)量)是否滿足工藝要求。

1.2 系統(tǒng)功能的設(shè)定

為了使變頻器和電動(dòng)機(jī)能在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，必須根據(jù)系統(tǒng)的要求對(duì)變頻器的運(yùn)行頻率和功能碼進(jìn)行設(shè)定。

1)控制模式的選擇變頻器的控制模式可參考其他資料。在正式運(yùn)行之前，為系統(tǒng)調(diào)試的方便，通常設(shè)定為外部控制模式。正式運(yùn)行時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工作的要求設(shè)定控制模式。這項(xiàng)設(shè)定可確定變頻器頻率信號(hào)的來源。

2)頻率的設(shè)定變頻器頻率的設(shè)定應(yīng)根據(jù)選擇的變頻器控制模式，進(jìn)行相應(yīng)的操作來實(shí)現(xiàn)。如果是面板控制模式，則通過操作面板上的鍵盤來設(shè)定;如果是外部控制模式，則通過外部電路直接輸入運(yùn)行頻率;如果是計(jì)算機(jī)通信控制模式，則通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)定。

3)可定義功能端子的設(shè)定各個(gè)制造商生產(chǎn)的變頻器都有一些可定義的功能端子。正確設(shè)定這些端子的功能是變頻器正常工作的重要保證，不應(yīng)忽視。

4)最高頻率變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)都有最高轉(zhuǎn)速的限制，按照變頻調(diào)速原理，變頻器的最高輸出頻率對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。

5)基本頻率本功能是通過設(shè)定變頻器U/f的曲線，來設(shè)定電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率控制區(qū)域。對(duì)不同的系統(tǒng)工藝要求，設(shè)定值相應(yīng)不同，一般按照電動(dòng)機(jī)的額定頻率進(jìn)行設(shè)定。

6)額定電壓額定電壓通常對(duì)應(yīng)基本頻率。

對(duì)于按照U/f=C控制的變頻器，其U/f曲線如圖1所示。

7)加速/ 減速時(shí)間加速/減速時(shí)間的選擇決定了調(diào)速系統(tǒng)的快速性。較短的加速/減速時(shí)間意味著生產(chǎn)率的提高，但可能引起電動(dòng)機(jī)頻率下降太快，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生制動(dòng)狀態(tài)，甚至可能發(fā)生過電壓跳閘現(xiàn)象。加速/減速時(shí)間的合理選擇與電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載大小和飛輪轉(zhuǎn)矩GD2 有關(guān)。一種方法是通過計(jì)算系統(tǒng)的GD2 來設(shè)定變頻器的加速/減速時(shí)間;另一種是實(shí)驗(yàn)的方法，在滿足工藝要求的時(shí)間內(nèi)，以變頻器不發(fā)生跳閘為依據(jù)來設(shè)定。當(dāng)變頻器的加速/減速時(shí)間滿足不了系統(tǒng)的工藝要求時(shí)，可采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻。

8)電子熱過載繼電器通過設(shè)定電子熱過載繼電器具體的保護(hù)值后，當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過電流或過載時(shí)，就能避免變頻器和電動(dòng)機(jī)的損壞。因電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)比較大，故該值一般均設(shè)定為變頻器額定值的105%，但當(dāng)變頻器和電動(dòng)機(jī)容量不匹配時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)定，如圖2所示。

9)轉(zhuǎn)矩限制對(duì)轉(zhuǎn)矩的限制實(shí)際上就是限制變頻器的過電流。設(shè)定的范圍為變頻器額定電流的120%~180%。該項(xiàng)功能有效時(shí)，為使轉(zhuǎn)矩不超過設(shè)定值，電動(dòng)狀態(tài)時(shí)可使輸出頻率下降，制動(dòng)狀態(tài)時(shí)可使輸出頻率上升，但最多只能相對(duì)于設(shè)定頻率下降或上升5Hz。

10)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向必須正確設(shè)定。

1.3 特殊功能的設(shè)定

變頻器在完成常規(guī)設(shè)定后，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工藝的要求完成某些特殊功能的設(shè)定。

1.3.1 轉(zhuǎn)矩提升的設(shè)定

通用變頻器都有轉(zhuǎn)矩提升的功能設(shè)定。轉(zhuǎn)矩提升的設(shè)定實(shí)際就是選定U/f控制曲線。從另一種意義上說，就是選擇電壓補(bǔ)償控制的補(bǔ)償程度。補(bǔ)償程度過高，系統(tǒng)的效率就會(huì)降低，電動(dòng)機(jī)容易發(fā)熱;補(bǔ)償程度不足，低頻轉(zhuǎn)矩就會(huì)偏小。選擇U/f控制曲線與轉(zhuǎn)矩提升的功能設(shè)定具有相同的意義。

1.3.2 跳躍頻率

用變頻器為交流電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，系統(tǒng)可能發(fā)生振蕩現(xiàn)象，使變頻器過電流保護(hù)裝置動(dòng)作或系統(tǒng)跳閘。發(fā)生振蕩的原因有兩個(gè)：一是電氣頻率與機(jī)械頻率發(fā)生共振;二是由電氣電路引起的，比如功率開關(guān)的死區(qū)控制時(shí)間、中間直流回路電容電壓的波動(dòng)及電動(dòng)機(jī)滯后電流的影響等。振蕩現(xiàn)象在如下的情況下容易發(fā)生：

1)輕負(fù)載或沒有負(fù)載;

2)系統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小;

3)變頻器PWM波形的載波頻率較高;

4)電動(dòng)機(jī)和負(fù)載連接松動(dòng)。

振蕩現(xiàn)象發(fā)生在某些頻率范圍內(nèi)，為了避免發(fā)生過載，通用變頻器都設(shè)有跳躍頻率，以避開那些振蕩頻率。跳躍頻率的設(shè)定如圖3所示，跳躍頻率寬度以設(shè)定值為中心，上下各允許波動(dòng)50%。

1.3.3 瞬時(shí)停電再起動(dòng)

由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，有時(shí)會(huì)發(fā)生瞬時(shí)停電或瞬時(shí)欠電壓情況。負(fù)載運(yùn)行時(shí)，發(fā)生瞬間停電或電壓下降時(shí)，變頻器一般在數(shù)秒內(nèi)即停止輸出。

當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正處于旋轉(zhuǎn)中，而變頻器卻起動(dòng)不起來。為避免這一現(xiàn)象，有效的方法是設(shè)定瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能。這樣，當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，變頻器瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能和電流限制功能同時(shí)起作用，使正在自由旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)平滑地再起動(dòng)。[!--empirenews.page--]

1.3.4 變頻器空載試運(yùn)行

變頻器在正式運(yùn)行前，應(yīng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)空載試運(yùn)行一段時(shí)間，并且這種試運(yùn)行可以在5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz 等幾個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行。試運(yùn)行時(shí)應(yīng)檢查以下幾點(diǎn)：

1)校對(duì)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向;

2)電動(dòng)機(jī)是否具有不正常的振動(dòng)和噪聲;

3)電動(dòng)機(jī)的溫升是否正常;

4)電動(dòng)機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)是否平穩(wěn);

5)電動(dòng)機(jī)的升降速是否平滑。

試運(yùn)行正常后，再進(jìn)行功能單元操作及控制端子操作，檢驗(yàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置是否正確。

1.3.5 外部控制方式下的運(yùn)行

實(shí)際系統(tǒng)中，變頻器往往有一些外部電路相連接，共同完成系統(tǒng)的變頻調(diào)速控制。在完成空載試運(yùn)行后，應(yīng)將這些外部電路與變頻器一起投入系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)合的系統(tǒng)空載調(diào)試。

在系統(tǒng)空載調(diào)試完成后，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)輕載時(shí)的調(diào)試，以后逐步增加負(fù)載，并擴(kuò)大系統(tǒng)工作的頻率范圍，使系統(tǒng)在額定負(fù)載下要求的全部頻率范圍內(nèi)正常運(yùn)行，滿足系統(tǒng)的工藝要求和控制要求。

在系統(tǒng)一開始投放正式運(yùn)行時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注系統(tǒng)的工作情況，甚至采取一些技術(shù)手段來保證系統(tǒng)能正常地投入正式運(yùn)行。

2 變頻器的維護(hù)

變頻器是一種精密的電子裝置，雖然在制造過程中，制造商進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)，但是如果使用不當(dāng)，仍可能發(fā)生故障或出現(xiàn)運(yùn)行不佳等情況，因此日常維護(hù)和檢查是必不可少的。

2.1 日常維護(hù)和檢查

由于長(zhǎng)期使用以及溫度、濕度、振動(dòng)、粉塵等環(huán)境的影響，再好的變頻器其性能都會(huì)有一些變化。如果使用合理、維護(hù)得當(dāng)，則能延長(zhǎng)使用壽命，并且能減少因突然故障造成的生產(chǎn)損失。變頻器的日常維護(hù)與定期檢查要注意以下幾個(gè)方面：

1)操作者必須熟悉變頻器的基本原理、功能特點(diǎn)、指標(biāo)等，并具有變頻器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn);

2)操作前必須切斷電源，注意主電路電容器是否充分放電，確認(rèn)放電完成后才可以繼續(xù)下一步作業(yè);

3)測(cè)量?jī)x表的選擇應(yīng)符合制造商的要求。

2.2 日常檢查項(xiàng)目

1)安裝地點(diǎn)的環(huán)境是否有異常;

2)冷卻系統(tǒng)是否正常;

3)變頻器、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電抗器等是否過熱、變色或有異味;

4)變頻器和電動(dòng)機(jī)是否有異常振動(dòng)以及異常聲音;

5)主電路電壓是否三相平衡，電壓是否正常，控制電路電壓是否正常;

6)導(dǎo)線連接是否牢固可靠;

7)濾波電容器是否有異味;

8)各種顯示是否正常。

變頻器運(yùn)行過程中，可以從設(shè)備外部目視檢查運(yùn)行狀況有無(wú)異常，通常檢查如下：

1)技術(shù)數(shù)據(jù)是否滿足要求;

2)周圍環(huán)境是否符合要求;

3)觸摸面板有無(wú)異常情況;

4)有無(wú)異常聲音、異常振動(dòng)、異常氣味;

5)有無(wú)過熱的跡象。

2.3 定期檢查項(xiàng)目

定期檢查的重點(diǎn)應(yīng)放在變頻器運(yùn)行時(shí)無(wú)法檢查的部位，主要包括：

1)清掃空氣過濾器，同時(shí)檢查冷卻系統(tǒng)是否正常;

2)檢查有關(guān)緊固件是否松動(dòng)，并進(jìn)行必要的緊固;

3) 導(dǎo)體絕緣物是否有腐蝕、過熱的痕跡、變色或破損;

4) 檢查絕緣電阻阻值是否在正常范圍內(nèi)，注意不要使用絕緣電阻表測(cè)試控制電路的絕緣電阻;

5) 檢查及更換冷卻風(fēng)扇、濾波電容器、接觸器等部件;

6) 檢查端子排是否有損傷，繼電器觸點(diǎn)是否粗糙;

7) 確認(rèn)控制電壓的正確性，進(jìn)行順序保護(hù)動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)保護(hù)、顯示回路有無(wú)異常;

8) 確認(rèn)變頻器在單體運(yùn)行時(shí)的輸出電壓的平衡度。

一般的定期檢查應(yīng)1 年進(jìn)行一次，絕緣電阻檢查可以3年進(jìn)行一次。

需作定期檢查時(shí)，待變頻器停止運(yùn)行后，切斷電源，打開機(jī)殼后進(jìn)行。但必須注意，即使切斷了電源，主電路直流部分濾波電容器放電也需要時(shí)間，須待充電指示燈熄滅后，用萬(wàn)用表等確認(rèn)直流電壓已降到安全電壓(DC 25V)以下，然后進(jìn)行檢查?？砂凑毡? 進(jìn)行定期檢查。

2.4 零部件的更換

變頻器由多種部件組裝而成，某些部件經(jīng)長(zhǎng)期使用后性能降低、劣化，這是故障發(fā)生的主要原因。為了安全生產(chǎn)，某些部件必須及時(shí)更換。

1)更換冷卻風(fēng)扇。冷卻風(fēng)扇的壽命受限于軸承，當(dāng)變頻器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，大約2~3 年更換一次風(fēng)扇或軸承。

2)更換濾波電容器。中間直流回路使用的是大容量電解電容器，由于受脈沖電流等因素的影響，其性能會(huì)逐漸劣化。一般情況下，使用周期大約為5 年，檢查周期最長(zhǎng)為1 年，接近壽命期時(shí)最好在半年以內(nèi)。

3)定時(shí)器在使用數(shù)年后，動(dòng)作時(shí)間會(huì)有很大變化，在檢查動(dòng)作時(shí)間之后應(yīng)考慮是否進(jìn)行更換;繼電器和接觸器經(jīng)過長(zhǎng)期使用會(huì)發(fā)生接觸不良現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)觸點(diǎn)壽命進(jìn)行更換。

4)熔斷器在正常使用條件下，壽命約為10年。