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      變頻調(diào)速系統(tǒng)常見故障

      2015-03-04 05:28:00王殿友
      防爆電機(jī) 2015年3期
      關(guān)鍵詞:變頻繞組變頻器

      王殿友

      (佳木斯電機(jī)股份有限公司,黑龍江佳木斯154002)

      0 引言

      電動機(jī)繞組燒壞通常為電擊穿,熱擊穿,化學(xué)腐蝕擊穿等。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生電動機(jī)繞組燒壞,應(yīng)先從上述三方面查找原因,確定是某種擊穿原因后,再從變頻調(diào)速系統(tǒng)中,具體查出是哪個環(huán)節(jié)引起的故障。當(dāng)電動機(jī)發(fā)生故障時(shí),用戶首先想到的是找制造廠來處理,并認(rèn)為是電動機(jī)的問題,但現(xiàn)實(shí)中引起故障的原因有很多,造成電動機(jī)繞組損壞的原因有電動機(jī)自身原因,控制方案及方法選擇的原因,用戶安裝使用原因等。本文就電控方案不合理、使用安裝不合理、電功機(jī)功率不夠等問題造成的故障進(jìn)行探討。

      1 變頻調(diào)速電動機(jī)運(yùn)行原理

      變頻調(diào)速電動機(jī)(以下簡稱電動機(jī)),此類電動機(jī)的供電電源不是工頻電源,而是采用變頻器做電源(簡稱變頻電源)由此對電動機(jī)產(chǎn)生的影響如下。

      1.1 諧波含量大,電動機(jī)溫升比工頻電源要高些,比中小型電動機(jī)通常額定電流要高10%左右。

      1.2 電動機(jī)磁負(fù)荷要有裕度,在整個調(diào)頻范圍內(nèi),電動機(jī)磁路不能過于飽和。

      1.3 軸電流,當(dāng)產(chǎn)生軸電壓超出潤滑脂的絕緣能力形成軸電流時(shí),將電蝕軸承工作面。

      1.4 浪涌電壓,高脈沖電壓變頻器產(chǎn)生不同寬度和頻率的固定振幅矩形脈沖電壓,電動機(jī)端子處電壓突增,與變頻器輸出脈沖電壓上升時(shí)間,電纜長度及電機(jī)電阻有關(guān),在變頻器輸出端,電動機(jī)端子處產(chǎn)生浪涌電壓,當(dāng)變頻器設(shè)計(jì)上沒有吸收裝置(阻容電路)時(shí),會產(chǎn)生脈沖高電壓。

      1.5 峰值電壓,電壓變化率dv/dt,變頻器若沒有最小脈沖時(shí)間控制,且兩脈沖之間與電纜時(shí)間常數(shù)相匹配,在電機(jī)端子處出現(xiàn)大于2 倍的過電壓,變頻器型號不同,dv/dt 大小也不同。

      1.6 絕緣介電應(yīng)力要高于工頻電源,還應(yīng)承受PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)的應(yīng)力。

      以上對電動機(jī)的影響,體現(xiàn)在電動機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)能否滿足要求,如果不能滿足要求電動機(jī)而損壞,應(yīng)該說明的是如高脈沖電壓,dv/dt 值,浪涌電壓,變頻器有能力降低應(yīng)協(xié)商解決。

      2 控制系統(tǒng)

      控制系統(tǒng)的涉及面比較廣,情況也非常復(fù)雜,控制方案也呈多樣化,本文只對典型的環(huán)節(jié)予以敘述。

      2.1 當(dāng)采用v/f 控制時(shí),v/f 線予置的不合理,會出現(xiàn)輕載時(shí),電動機(jī)的電流大甚至跳閘,隨負(fù)載增加電流減小到最小值,而電流再增,電流變化呈“V”形狀曲線。

      2.2 變頻器輸入數(shù)據(jù)錯誤,會產(chǎn)生嚴(yán)重振動,跳閘。

      2.3 電動機(jī)在運(yùn)行中有時(shí)處于發(fā)電狀態(tài),如電動機(jī)減速機(jī)時(shí),位能負(fù)載,發(fā)電制動,控制多臺電動機(jī),功率或轉(zhuǎn)矩平衡問題,如果處理不好就會燒壞電機(jī)。電控設(shè)計(jì)時(shí)宜忽略,在變頻器中加制動電阻和制動電路,如果制動單元打開的時(shí)間不合理,會導(dǎo)致變頻器直流電壓升高,輸出交流電壓也升高,對電動機(jī)易產(chǎn)生過電壓。

      2.4 大部分煤礦井下用波帶輸送機(jī)于2013 年—2014 年均改為變頻調(diào)速控制,但幾乎都出現(xiàn)了電動機(jī)繞組燒壞。波帶輸送機(jī)一般由2 ~3 臺電動機(jī)拖動,必須同步運(yùn)行,而且功率要平衡(或轉(zhuǎn)矩平衡),否則會發(fā)生電機(jī)過載燒壞。有的用戶采用監(jiān)測物料重量來控制功率平衡問題,實(shí)踐證明,比較有效的辦法是采用主-從控制方案,為抑制電壓脈沖尖峰,變頻器輸出,安裝輸出電抗器,電機(jī)就不易損壞了。

      2.5 電動機(jī)軸伸端安裝的編碼器如果沒安裝好,也沒調(diào)試合格,就投入使用,就會引起電動機(jī)嚴(yán)重振動,無法正常工作,國內(nèi)至少有三個鋼鐵廠出現(xiàn)過此類問題。

      2.6 當(dāng)采用PID 控制(P 為比例增益,I 為積分運(yùn)行,D 為微分運(yùn)行)予置不當(dāng)會產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩,閉環(huán)控制時(shí)起動電流過大,出現(xiàn)跳閘等問題。

      2.7 可編程控制器PLM 的接地端十分重要,必須良好接地,尤其和變頻器一起使用時(shí),如果接地不符合要求,可能受變頻器的干擾而無法工作。

      2.8 變頻電源和工頻電源的切換

      當(dāng)變頻電源發(fā)生故障時(shí),如果控制兩臺以上設(shè)備,根據(jù)工藝的需要切換成工頻電源,要選好關(guān)鍵的切換時(shí)間和頻率以及轉(zhuǎn)向,否則會出現(xiàn)過電流或過電壓。同時(shí),切換頻率不能過低,過低電流相當(dāng)起動電流,最好在50Hz 下切換或暫時(shí)停機(jī)后進(jìn)行切換。

      2.9 電動機(jī)功率選小,這是設(shè)計(jì)院選擇的原因,常有發(fā)生,國外知名企業(yè)也會出現(xiàn)這一問題,電動機(jī)自然要燒壞。

      2.10 電動機(jī)的基準(zhǔn)頻率選錯,電動機(jī)就不能正常使用,會發(fā)生燒毀電機(jī)的故障,國內(nèi)外的公司,均有此情況發(fā)生。

      3 使用及安裝

      變頻調(diào)速系統(tǒng)在正式工作之前,要進(jìn)行調(diào)試,只有調(diào)試合格方可投入使用,如果調(diào)試未完成就投入使用,會出現(xiàn)電動機(jī)劇烈振動而導(dǎo)致電流增大,跳閘,造成電動機(jī)不能正常工作,甚至?xí)霈F(xiàn)電動機(jī)繞組燒壞。

      3.1 載波頻率的設(shè)定,應(yīng)當(dāng)按變頻器使用說明書中給出的范圍,進(jìn)行予置,如果設(shè)置的不正確,電機(jī)振動,如電動機(jī)放地面上不固定會走路的。

      3.2 v/f 線設(shè)定,在變頻器中已經(jīng)予置一定數(shù)量v/f 線,沒有電壓補(bǔ)償及有電壓補(bǔ)償(有幾種不同補(bǔ)償值)兩種,選錯會造成過電流跳閘,甚至產(chǎn)生振動。

      3.3 最低起動頻率的設(shè)定,一般情況是從0Hz 開始,但沒有足夠的轉(zhuǎn)矩,最低起動頻率應(yīng)近似等于轉(zhuǎn)差率,必要時(shí)可在5Hz 下起動,再高起動電流過大。

      3.4 加減速時(shí)間設(shè)置要合理,加速過快電流大,應(yīng)注意減速時(shí),電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。

      3.5 有的負(fù)載如大型風(fēng)機(jī)已停機(jī),但由于風(fēng)的作用,風(fēng)葉仍然在動,此時(shí)起動會出現(xiàn)問題,不是過電流就是過電壓。系統(tǒng)應(yīng)有能耗制動,使風(fēng)葉固定不動。

      3.6 矢量控制時(shí)需要電動機(jī)等值電路參數(shù),但有些工程上不需要這些參數(shù),因?yàn)樽冾l器出廠時(shí),已予置了電動機(jī)通用的功率和極數(shù),一般為4 極。變頻器可檢測實(shí)際電動機(jī)參數(shù)并與之進(jìn)行調(diào)整,如果誤差大,調(diào)整精度差電動機(jī)就會出現(xiàn)問題。

      3.7 直接轉(zhuǎn)矩控制,只需安裝定子電阻,情況與

      3.6 相似。

      3.8 回避頻率設(shè)定,因?yàn)闊o級調(diào)速,有可能在某轉(zhuǎn)速或某幾個轉(zhuǎn)速下,頻率與機(jī)械固有頻率發(fā)生諧振,振動非常大,在調(diào)頻時(shí)可將其跳過。

      3.9 點(diǎn)動頻率設(shè)定,如果每次點(diǎn)動前后,都要進(jìn)行頻率調(diào)整會比較麻煩,如果不調(diào)會出現(xiàn)問題。

      3.10 有時(shí)為了確定電動機(jī)是否處于發(fā)電狀態(tài),但不知電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速,而將變頻器顯示的頻率折算出的電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速誤認(rèn)為是電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速應(yīng)引起注意。

      3.11 布線接線方法

      3.11.1 主電路接線即變頻器與電動機(jī)間接線,電纜截面積,確定必須考慮電壓降:ΔU

      式中,IH─額定電流(A);L─電纜長(m),R─單位長(m)導(dǎo)線電阻(MΩ/m)。

      3.11.2 控制線接線

      (1)模擬量控制線指輸入側(cè)給定信號和反饋信號輸出側(cè)頻率和電流信號模擬信號抗干擾能力低,必須用屏蔽線。

      (2)開關(guān)量,如起動、點(diǎn)動、多檔轉(zhuǎn)速控制等,抗干擾能力強(qiáng),可不用屏蔽線。

      (3)布線盡量不與主電路線交叉,垂直可以,遠(yuǎn)離主電路100mm 以上,兩根同一信號線絞在一起好。

      3.12 接地 電動機(jī)應(yīng)該單獨(dú)接地,原則上是不能共用一個接線,但可以共用一個接地點(diǎn),主要是防止接地電流返回變頻器,增加直流電壓,供給電動機(jī)交流電壓也增加了。

      3.13 變頻器與電動機(jī)之間連接電纜長度應(yīng)該不超過變頻器說明書中的規(guī)定。

      3.14 采用軟起動時(shí),發(fā)生起動不了的現(xiàn)象,并不是電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩不夠,而是起動電流倍數(shù)(至少在3.5 倍以上)不夠,也就是起動功率不夠,有時(shí)會發(fā)現(xiàn)變壓器容量不夠。

      4 結(jié)語

      變頻調(diào)速技術(shù)是目前國內(nèi)外較普遍采用的新技術(shù),并逐漸發(fā)展成熟。這種新技術(shù)好處很多,但也帶來許多新問題,那就是變頻器和電動機(jī)損壞,其中,電動機(jī)損壞最多。在實(shí)踐運(yùn)行中,用戶總認(rèn)為發(fā)生了故障就是電動機(jī)滿足不了需求的原因造成的,但這個觀點(diǎn)是片面的,如果控制系統(tǒng)使用安裝不合理,也能導(dǎo)致電動機(jī)損壞。本文列出部分導(dǎo)致電動機(jī)損壞的環(huán)節(jié)供借鑒,同時(shí)為技術(shù)人員要維修故障電動機(jī)時(shí)提供理論依據(jù)。

      [1] 沈燕賓.SPWM 變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù). 第3 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1.

      [2] 于淑華,王君實(shí).變頻調(diào)速電動機(jī)繞組損壞原因分析.防爆電機(jī),2013.2.

      [3] 李錄強(qiáng),李海霞.電機(jī)試驗(yàn)站電源用變頻器的選型.防爆電機(jī),2014.1.

      [4] 蘇顏利,富婷.變頻電源進(jìn)行感應(yīng)電機(jī)疊頻試驗(yàn)的分析.防爆電機(jī),2015.1.

      [5] 李吉貴,胡佳奇.變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)的試驗(yàn).防爆電機(jī),2013.5.

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