论文部分内容阅读
摘要：随着自动化技术的发展，控制与调速精度不断提开，变频器以其卓越的调速控制性能，显著的节能效果以广泛应用于电机的驱动控制领域。多数设备依靠变频器自身设备随机编程手册调试既可满足控制需要，特殊应用环境按常规安装调试方法不能满足控制要求，设备故障率高发，一些应用问题逐渐暴漏出来，本文对一些特殊应用环境容易忽视的问题进行分析并提出解决措施。
关键词：变频器;技术探讨;解决措施
变频器是集电力电子技术、计算机技术和自动化于一体的电力电子产品，能够同时改变电源的频率与电压而自动或手动控制电动机定子实现转子的无极调速。变频器由整流、滤波、控制电路和逆变四部分组成，变频器有V/F电压频率控制，矢量控制，直接转矩控制多种控制方式。但其硬件结构多为交流输入一整流一滤波一开关调制一交流输出，是一种电力电子器件。因其软件和硬件的特性在一些特殊情况下常常会出现损坏和故障。下面就变频器在实际应用中容易忽视的问题进分析和探讨。
1 标量开环控制用于起升设备坠落事故
由于变频器开环控制时v/f给定曲线是恒定的，变频器并不能实时知道电机转差和位置，而电机转矩和电机转差是非线性的，如图：电机转矩T随电机转差S达到SMAX时达到最大值TMAX，当转差继续增加时转矩T便会减小。应用时负
载转矩小于TMAX时，变频器表现为运行正常。如参数设置不当（如加速时间等）或过重的负载，易导致电机速度不能跟随频率给定，而转差超过SMAX时，电机转矩T会随输出给定的增加而减小，电机转矩不能拉升重物，造成起升负载空中坠落事故。
2 电缆过长击穿电机绝缘和损坏IGBT模块。
变频器是一种电力电子器件，他的输出是同过IGBT模块调制来实现的，开关频率达2-20KH。因此他的电压波形是非线性的，电磁波在导体传导遇到截面变化会产生反射，长电缆的寄生电感和寄生电容极易形成LC谐振，由于两者的共同作用会在电缆两端（特别是电机端）产生高于额定电压两倍以上的峰值电压。从而使电机绝缘受到严酷考验。半导体电力电子器件的开通和管断并非理想的通或断，而是有一个开通关断时间，过高的峰值电压意味着在IGBT模块上的消散
功率变大，从而影响IGBT和续流二极管的寿命。
解决方案：
在使用长电缆时（一般大于100米，具体数据和变频器开关频率，电机功率有关，请参考相应技术数据）使用du/dt滤波器或正玄波滤波器，可有效抑制变频器对电网的传到干扰，加装交流和直流电抗器，可以提高功率因数，减少谐波污染。
3 两台驱动设备协同工作（主从控制）不同步问题
主从控制是一种负载分配应用，系统中运行两台变频器并且电机轴通过齿轮箱、导轨或轴耦合应用，主机通过主从总线将命令和给定值（速度和转矩规定）发给从机，同时也可读取从机返回的状态信息，确认设备是否运行正常。两台电机同步运行时，其传动部分彼此在运动速度、转矩等参数方面常常需要配合协调，要求控制的变频器与各台电机之间建立速度控制的计算关系，参数设置不当，易造成电动机运行不同步，造成电机振动加大，严重时造成连接轴或电机损坏。
解决方案：
①主机和从机的电机轴通过齿轮、链条等进行刚性连接，从机采用转矩控制模式，以使传动单元之间平均分配负载转矩，此时是由机械结构保证转速同步。机械加工误差和电机性能误差等微小的误差将导致电机负载的严重不均衡，此时应选用主机速度控制，从机转矩控制，从机接收主机的转矩指令。
②当主机和从机的电机轴采用柔性连接时，从机应该采用速度控制方式，如果出现打滑，负载不均匀等，在这种情况下，机械结构已经不能保证同步运行的要求，此时主机从机均选用速度控制，并使用速度降落或速度下垂功能保证负载的均衡，速度下垂即设置速度随转矩增加而有一定比例下降，无此功能的变频器可使用PID调节功能实现给定速度修正。
4 减速或下降过程中的过压或烧毁变频器故障
在变频器的使用过程中，多数变频器没有能量回馈电源功能，减速或起升设备下降时是一个发电过程，会导致中间回路直流母线电压升高。因硬件或软件设置问题易造成过压故障或变频器损坏，这一过程是应用中容易忽略的。
解決方案：
1.使用带有能量回馈的变频器。
2.使用制动单元和制动电阻器。
制动电阻的选择
制动单元的连续功率应大于最大制动功率。制动电阻的制动功率Pmax应大于
最大制动功率。
Pmax=Udc[2]/R Pmax制动电阻最大功率，Udc制动时制动电阻端电压，R制动
电阻阻值。Udc=变频器电压等级
以上可以看出制动电阻阻值过大，将不能满足制动功率要求;过小将导致制
动单元过流故障，因此选用时应参考制动单元技术资料，制动电阻电流应小于制动单元允许电流（制动电阻电流I=Ude/R）。
5 长期储存变频器使用时烧毁
变频器长期储存（2～3年），电解电容会恶化，会导致漏电流增大，额定电压下降。通电时内部温度上升，电容裂开。
解决措施：保存时间（2～3年）的变频器，通过外加电压可以起到电解电容自身的修复作用，对某种程度的恶化，就可以使其恢复到正常状态，长期保管时，应定期（6个月左右）通电，通电时间至少5H，输入电压用调压器缓升至额定值（最差的方法，先通单相220V一小时，再加三相380V），储存时间如果超过10年，电解电容的密封橡胶失效，必须更换新品。
6 结束语
变频器已广泛应用与工业领域的各个方面，应用过程中的问题越来越多的引起关注，优化变频器运行参数，改善运行条件，可大幅度的提高变频器的运行效率，提高设备的安全性能。
参考文献
[1]王兆安，刘进军.电力电子技术第5版[M].机械工业出版社，2009.
[2]ACS800变频器固件手册.
[3]董慧敏，程贵生.变频器应用技术[M].清华大学出版社.2017.
关键词：变频器;技术探讨;解决措施
变频器是集电力电子技术、计算机技术和自动化于一体的电力电子产品，能够同时改变电源的频率与电压而自动或手动控制电动机定子实现转子的无极调速。变频器由整流、滤波、控制电路和逆变四部分组成，变频器有V/F电压频率控制，矢量控制，直接转矩控制多种控制方式。但其硬件结构多为交流输入一整流一滤波一开关调制一交流输出，是一种电力电子器件。因其软件和硬件的特性在一些特殊情况下常常会出现损坏和故障。下面就变频器在实际应用中容易忽视的问题进分析和探讨。
1 标量开环控制用于起升设备坠落事故
由于变频器开环控制时v/f给定曲线是恒定的，变频器并不能实时知道电机转差和位置，而电机转矩和电机转差是非线性的，如图：电机转矩T随电机转差S达到SMAX时达到最大值TMAX，当转差继续增加时转矩T便会减小。应用时负
载转矩小于TMAX时，变频器表现为运行正常。如参数设置不当（如加速时间等）或过重的负载，易导致电机速度不能跟随频率给定，而转差超过SMAX时，电机转矩T会随输出给定的增加而减小，电机转矩不能拉升重物，造成起升负载空中坠落事故。
2 电缆过长击穿电机绝缘和损坏IGBT模块。
变频器是一种电力电子器件，他的输出是同过IGBT模块调制来实现的，开关频率达2-20KH。因此他的电压波形是非线性的，电磁波在导体传导遇到截面变化会产生反射，长电缆的寄生电感和寄生电容极易形成LC谐振，由于两者的共同作用会在电缆两端（特别是电机端）产生高于额定电压两倍以上的峰值电压。从而使电机绝缘受到严酷考验。半导体电力电子器件的开通和管断并非理想的通或断，而是有一个开通关断时间，过高的峰值电压意味着在IGBT模块上的消散
功率变大，从而影响IGBT和续流二极管的寿命。
解决方案：
在使用长电缆时（一般大于100米，具体数据和变频器开关频率，电机功率有关，请参考相应技术数据）使用du/dt滤波器或正玄波滤波器，可有效抑制变频器对电网的传到干扰，加装交流和直流电抗器，可以提高功率因数，减少谐波污染。
3 两台驱动设备协同工作（主从控制）不同步问题
主从控制是一种负载分配应用，系统中运行两台变频器并且电机轴通过齿轮箱、导轨或轴耦合应用，主机通过主从总线将命令和给定值（速度和转矩规定）发给从机，同时也可读取从机返回的状态信息，确认设备是否运行正常。两台电机同步运行时，其传动部分彼此在运动速度、转矩等参数方面常常需要配合协调，要求控制的变频器与各台电机之间建立速度控制的计算关系，参数设置不当，易造成电动机运行不同步，造成电机振动加大，严重时造成连接轴或电机损坏。
解决方案：
①主机和从机的电机轴通过齿轮、链条等进行刚性连接，从机采用转矩控制模式，以使传动单元之间平均分配负载转矩，此时是由机械结构保证转速同步。机械加工误差和电机性能误差等微小的误差将导致电机负载的严重不均衡，此时应选用主机速度控制，从机转矩控制，从机接收主机的转矩指令。
②当主机和从机的电机轴采用柔性连接时，从机应该采用速度控制方式，如果出现打滑，负载不均匀等，在这种情况下，机械结构已经不能保证同步运行的要求，此时主机从机均选用速度控制，并使用速度降落或速度下垂功能保证负载的均衡，速度下垂即设置速度随转矩增加而有一定比例下降，无此功能的变频器可使用PID调节功能实现给定速度修正。
4 减速或下降过程中的过压或烧毁变频器故障
在变频器的使用过程中，多数变频器没有能量回馈电源功能，减速或起升设备下降时是一个发电过程，会导致中间回路直流母线电压升高。因硬件或软件设置问题易造成过压故障或变频器损坏，这一过程是应用中容易忽略的。
解決方案：
1.使用带有能量回馈的变频器。
2.使用制动单元和制动电阻器。
制动电阻的选择
制动单元的连续功率应大于最大制动功率。制动电阻的制动功率Pmax应大于
最大制动功率。
Pmax=Udc[2]/R Pmax制动电阻最大功率，Udc制动时制动电阻端电压，R制动
电阻阻值。Udc=变频器电压等级
以上可以看出制动电阻阻值过大，将不能满足制动功率要求;过小将导致制
动单元过流故障，因此选用时应参考制动单元技术资料，制动电阻电流应小于制动单元允许电流（制动电阻电流I=Ude/R）。
5 长期储存变频器使用时烧毁
变频器长期储存（2～3年），电解电容会恶化，会导致漏电流增大，额定电压下降。通电时内部温度上升，电容裂开。
解决措施：保存时间（2～3年）的变频器，通过外加电压可以起到电解电容自身的修复作用，对某种程度的恶化，就可以使其恢复到正常状态，长期保管时，应定期（6个月左右）通电，通电时间至少5H，输入电压用调压器缓升至额定值（最差的方法，先通单相220V一小时，再加三相380V），储存时间如果超过10年，电解电容的密封橡胶失效，必须更换新品。
6 结束语
变频器已广泛应用与工业领域的各个方面，应用过程中的问题越来越多的引起关注，优化变频器运行参数，改善运行条件，可大幅度的提高变频器的运行效率，提高设备的安全性能。
参考文献
[1]王兆安，刘进军.电力电子技术第5版[M].机械工业出版社，2009.
[2]ACS800变频器固件手册.
[3]董慧敏，程贵生.变频器应用技术[M].清华大学出版社.2017.