变频器的抗干扰措施及常见故障分析

学术论文 2007-10-19 17:23:28

杨广才

    摘  要  论述了变频器干扰的基本类型及抗干扰措施;常见故障的原因分析及排除方法。
    关键词  变频器  抗干扰措施  故障分析
    中图分类号  TM4  文献标识码  B

    一、变频器控制回路的抗干扰措施
    由于主回路的非线性(进行开关动作),变频器本身就是谐波干扰源,而其周边控制回路却是小能量、弱信号回路,极易遭受其他装置产生的干扰,造成变频器自身和周边设备无法正常的工作。因此,变频器在安装使用时,必须对控制回路采取抗干扰措施。
    1.变频器的基本控制回路
    变频器同外部进行信号交流的基本回路有模拟与数字两种:①4~20mA电流信号回路(模拟);1~5V/0~5V电压信号回路,(模拟)。②开关信号回路,变频器的开停指令、正反转指令等(数字)。外部控制指令信落通过上述基本回路导入变频器,同时干扰源也在其回路上产生干扰电势,以控制电缆为媒体入侵变频器。
    2.干扰的基本类型及抗干扰措施
    (1)静电耦合干扰指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合,在电缆中产生的电势。
    措施:加大与干扰源电缆的距离,达到导体直径40倍以上时,干扰程度就不大明显。
    在两电缆间设置屏蔽导体,再将屏蔽导体接地。
    (2)静电感应干扰指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。干扰的大小取决干扰源电缆产生的磁通大小,控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相对角度。
    措施:一般将控制电缆与主回路电缆或其他动力电缆分离铺设,分离距离通常在30cm以上(最低为10cm),分离困难时,将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合,绞合间距越小,铺设的路线越短,抗干扰效果越好。
    (3)电波干扰指控制电缆成为天线,由外来电波在电缆中产生电势。
    措施:同(1)和(2)所述。必要时将变频器放入铁箱内进行电波屏蔽,屏蔽用的铁箱要接地。
    (4)接触不良干扰指变频器控制电缆的电接点及继电器触点接触不良,电阻发生变化在电缆中产生的干扰。
    措施:对继电器采用并联触点或镀金触点继电器或选用密封式继电器。对电缆应定期做拧紧加固处理。
    (5)电源线传导干扰指各种电气设备从同一电源系统获得供电时,由其他设备在电源系统直接产生电势。
    措施:变频器的控制电源由另外系统供电,在控制电源的输入侧装设线路滤波器或隔离变压器,且屏蔽接地。
    (6)接地干扰指机体接地和信号接地。对于弱电压电流回路及任何不合理的接地均可诱发干扰,比如设置两个以上接地点,接地处会产生电位差,产生干扰。
    措施:速度给定的控制电缆取一点接地,接地线不作为信号的通路使用。电缆的接地在变频器侧进行,使用专设的接地端子,不与其他接地端子共用,并尽量减少接地端子引接点的电阻,一般不大于100Ω。
    3.其他注意事项
    (1)装有变频器的控制柜,应尽量远离大容量变压器和电动机。其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。
    (2)弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的断路器和接触器。
    (3)控制电缆建议采用1.25mm×2或2mm×2屏蔽绞合绝缘电缆。
    (4)屏蔽电缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长。电缆在端子箱中连接时,屏蔽端子要互相连接。
    二、变频器常见故障分析
    1.变频器充电启动电路故障
    通用变频器一般为电压型变频器,采用交一直一交工作方式,即是输入为交流电源,经三相整流桥整流后变为直流电压,然后再经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相交流电输出到负载。当变频器刚上电时,由于直流侧的平波电容容量非常大,充电电流很大,通常采用一个启动电阻来限制充电电流,常见的变频启动两种电路,如图1所示。充电完成后,控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路,启动电路故障一般表现为启动电阻烧坏,变频器报警显示为直流母线电压故障,一般在设计变频器时,为了减少变频器的体积,启动电阻值选择在10~50Ω,功率为10~50Ω。

    当变频器的交流输入电源频繁通断,或者旁路接触器的触点接触不良时,以及旁路晶闸管的导通阻值变大时,都会导致启动电阻烧坏。如遇此情况,可购买同规格的电阻换之,同时必须找出引出电阻烧坏的原因,才能将变频器投入使用。
    2.变频器无故障显示,但不能高速运行
    某厂一台变频器状态正常,但调不到高速运行,经检查,变频器并无故障,参数设置正确,调速输入信号正常,上电运行时测试出现变频器直流母线电压只有450V左右,正常值为580~600V,再测输入侧,发现缺了一相,原因是输入侧的一个空气开关的一相接触不良造成的。实际上变频器缺一相输入时,是可以工作的,因多数变频器的母线电压下限为400V,只有当直流母线电压降至400V以下时,变频器才报告直流母线低电压故障。当两相输入时,直流母线电压为380×1.2=456V>400V。当变频器不运行时,由于平波电容的作用,直流电压也可达到正常值。新型的变频器都是采用PWM控制技术,调压调频的工作在逆变桥完成,虽然在低频段输入缺相时仍可以正常工作,但因为输入电压低使输出电压低,造成异步电机转矩低,频率上不去,所以不能高速运行。
    3.变频器显示过流故障
    出现这种故障显示时,首先检查加速时间参数是否太短,力矩提升参数是否太大,然后检查负载是否太重。如果无这些现象,可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点,复位后运行,看是否出现过流现象,如果出现的话,很可能是含有过压过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能的1PM模块出现故障,一般更换1PM模块即可。
    4.变频器显示过压故障
    这种故障一般是雷雨天气出现,由于雷电串入变频器的电源中,使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸,在这种情况下,通常只须断开变频器电源1 min左右,再合上电源,即可复位;另一种情况是变频器驱动大惯性负载,就出现过压现象,这时变频器的减速停止属于再生制动,在停止过程中,变频器的输出频率按线性下降,而负载电机的频率高于变频器的输出频率,负载电机处于发电状态,机械能转化为电能,并被变频器直流侧的平波电容吸收,当这种能量足够大时,就会产生所谓的“泵升现象”,变频器直流侧的电压会超过直流母线的最大电压而跳闸,对于这种故障,一是将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元;二是将变频器的停止方式设置为自由停车。
    5.电机发热,变频器显示过载
    对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障,就必须检查负载的状况。新安装的变频器可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题,如一台新装变频器,其驱动的是一台变频电机,电机额定参数为220V/50Hz,而变频器出厂时设置为380V/50Hz,由于安装人员没有正确设定变频器的V/F,参数,导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和,致使电机转速降低,发热而过载。在使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时,没有正确的设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数及设置的变频器载波率过高时,均会导致电机发热过载,另外设计者设计变频器常常在低频段工作,而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题,致使电机工作一段时间后发热过载,对于这种情况,需加装散热装置。

参考文献
1  张选正,张金远编著.变频器应用经验.中国电力出版社,2006
2  周志敏等编著.变频器工程应用•电磁兼容•故障诊断,电子工业出版社,2005
3  张兴华,催桂梅,王洪希.交直流传动技术实训教材科学出版社,2005
4  通用变频器选型•应用与维护.人民邮电出版社,2005
5  李良仁主编.变频调速技术与应用.电子工业出版社,2004
6  石秋洁主编.变频器应用基础机械工业出版社,2005
7  变频技术.中国劳动社会保障出版社,2004      

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