變頻器畢業(yè)論文--變頻器的概述與應(yīng)用及其常見(jiàn)問(wèn)題的處理

1、<p>　　變頻器的概述與應(yīng)用及其常見(jiàn)問(wèn)題的處理</p><p>　　摘要：變頻器在交流拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用中呈現(xiàn)優(yōu)良的控制性，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速，進(jìn)行加減速控制，使電動(dòng)機(jī)獲得高性能，而且具有顯著的節(jié)能效果。所以應(yīng)用變頻調(diào)速可以提高生產(chǎn)機(jī)械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。因此變頻器近年來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　一、變頻器

2、的概念及組成</p><p><b>　　1、變頻器的概念</b></p><p>　　變頻器是一種用來(lái)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(guò)去，變頻器一般被包含在電動(dòng)發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨(dú)立的變頻器。2、變頻器主要是由主電路、控制電路組成。 1）、 主電路是給異步電動(dòng)

3、機(jī)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(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 </p><p>　?。?）整流器：最近大量使用的是二

4、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(jìn)行再生運(yùn)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(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，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(jiǎn)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，

5、以所確定的時(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)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(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形。 2）、控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電壓的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。

6、 </p><p>　　（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。（3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)

7、電路:檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。</p><p><b>　　二、變頻器的選型</b></p><p>　　選用變頻器要按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，決定選用那種控制方式的變頻器。通常負(fù)載有三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載和恒功率負(fù)載。因此選

8、用變頻器首先要搞清電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)。不同負(fù)載類型，選不同類型的變頻器。并且兩者功率要相互匹配。良好的選型是保證變頻器長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的前提。</p><p><b>　　三、變頻器推廣應(yīng)用</b></p><p>　　變頻器在交流電機(jī)拖動(dòng)應(yīng)用中，其優(yōu)勢(shì)有目共睹。但是一些企業(yè)在新上和改建項(xiàng)目過(guò)程中往往對(duì)變頻器的應(yīng)用不予考慮，其中設(shè)備投資高是主要原因，主觀認(rèn)為電動(dòng)機(jī)控制

9、采用傳統(tǒng)的控制方式能夠節(jié)省不小的投資，這種觀念實(shí)際上進(jìn)入了一個(gè)誤區(qū)。傳統(tǒng)控制方式一般采用星-角轉(zhuǎn)換和自藕變壓器啟動(dòng)，從控制端到電動(dòng)機(jī)之間需要兩條電纜，在中等規(guī)模以上企業(yè)由于電動(dòng)機(jī)的控制均是集中控制，那么電纜大都有一定的長(zhǎng)度。所以變頻器與傳統(tǒng)控制方式相比，雖然設(shè)備投資高，但是節(jié)約了一條電纜，而且近年來(lái)電纜的價(jià)格一直在走高，因此55KW以上電機(jī)采用變頻器控制的投資和傳統(tǒng)控制方式相近，且技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量都已成熟。另外其良好的節(jié)能性能，有很高投資回

10、報(bào)率。在風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載上使用兩年就能收回投資，直接經(jīng)濟(jì)效益明顯。還有變頻器的軟啟動(dòng)性能對(duì)泵類機(jī)械設(shè)備的沖擊磨損小，可延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的檢修周期及使用壽命，間接經(jīng)濟(jì)效益也是十分突出的。這方面的普及率還是非常低，應(yīng)用推廣緩慢，除了技術(shù)、觀念和意識(shí)保守，設(shè)計(jì)、技術(shù)改造理念上的延襲陳舊，是阻礙發(fā)展的主要原因。應(yīng)該采取措施打破阻礙發(fā)展的瓶頸，使變頻器優(yōu)良性能得到普遍應(yīng)用。</p><p>　　四、變頻器的運(yùn)行環(huán)境即安裝要點(diǎn)&

11、lt;/p><p>　　變頻器屬精密電子裝置，所以溫度、灰塵與潮濕也對(duì)其壽命影響較大。變頻器的環(huán)境運(yùn)行溫度一般要求－10℃~+50℃，良好的運(yùn)行工作環(huán)境，可降低變頻器的故障率，延長(zhǎng)變頻器的壽命。安裝接線，變頻器輸入端加裝空氣開(kāi)關(guān)，以防變頻器發(fā)生短路時(shí)起到保護(hù)作用。控制線盡量不要太長(zhǎng)，否則易受干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作?？刂凭€要選用屏蔽線，一端接地。接地地線應(yīng)保證良好以防止地線帶電而損壞變頻器。</p><p&

12、gt;　　五、變頻器基本參數(shù)的設(shè)定</p><p>　　1、出廠設(shè)置 </p><p>　　常用變頻器，一般出廠時(shí)，廠家對(duì)每一個(gè)參數(shù)都有一個(gè)默認(rèn)值，這些參數(shù)叫工廠值。在這些參數(shù)值的情況下，用戶能以面板操作方式正常運(yùn)行的。

13、 </p><p>　　2、頻率限制 </p><p>　　即設(shè)定變頻器輸出頻率的上、下限幅值。一般情況下電機(jī)散熱靠本身風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，因此下限頻率不能低于15HZ。如果工藝要求經(jīng)常低速運(yùn)行，則電機(jī)要另加散熱風(fēng)扇。上限頻率幅值不能超出50H

14、Z,否則損壞電機(jī)。如果工藝要求頻率大于50HZ，需配置專用電機(jī)。</p><p><b>　　3、電機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　在相應(yīng)參數(shù)組中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。 <

15、;/p><p><b>　　4、加減速時(shí)間 </b></p><p>　　加減速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率和從最大頻率下降到0所需時(shí)間。設(shè)定時(shí)要滿足在電動(dòng)機(jī)加速時(shí)防止過(guò)電流，減速時(shí)以防止過(guò)電壓。這需要根據(jù)負(fù)載特性定出最佳加減速時(shí)間。以使運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓報(bào)警為原則，將加減速時(shí)間縮短。 </p><p><b>　　5、控制

16、方式</b></p><p>　　變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。</p><p>　　6、變頻器啟動(dòng)方式 </p><p>　　一般變頻器在出廠時(shí)設(shè)定從面板啟動(dòng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇啟動(dòng)方式，可以用面板、外部端子、通訊方式等幾種。

17、 </p><p><b>　　7、信號(hào)給定方式</b></p><p>　　一般變頻器的頻率給定也可以有多種方式，面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通訊方式給定，當(dāng)然對(duì)于變頻器的頻率給定也可以是這幾種方式的一種或幾種方式之和。正確設(shè)置以上參數(shù)之后，變頻器基本上能正常工作，如要獲

18、得更好的控制效果則只能根據(jù)實(shí)際情況修改相關(guān)參數(shù)。 </p><p><b>　　8、保護(hù)參數(shù)設(shè)定 </b></p><p>　　變頻器提供了過(guò)壓、過(guò)流、斷相、接地等一系列保護(hù)功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況選取相應(yīng)功能。

19、 </p><p>　　六、變頻器常見(jiàn)故障及處理</p><p>　　變頻器由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動(dòng)及保護(hù)回路、冷卻風(fēng)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(dòng)作及發(fā)生故障，或

20、者無(wú)法滿足預(yù)期的運(yùn)行效果。為防患于未然，事先對(duì)故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析尤為重要。1、主回路常見(jiàn)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(jiàn)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(jì)時(shí)已經(jīng)選定了電容器的型號(hào)，所以內(nèi)部的溫度對(duì)電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會(huì)直接影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃

21、，壽命減半。因此一方面在安裝時(shí)要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動(dòng)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(dòng)電流，從而延長(zhǎng)電解電容器的壽命。在電容器維護(hù)時(shí)，通常以比較容易測(cè)量的靜電容量來(lái)判斷電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時(shí)，應(yīng)考慮更換電解電容器。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(yùn)行時(shí)</p><p>　　1）、

22、電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動(dòng)電路和表面操作顯示板以及風(fēng)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(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)電源部分損壞，風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過(guò)觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。</p><p>　　2）、邏輯控制電路板是變頻器的

23、核心，它集中了CPU、MPU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(shí)會(huì)因開(kāi)機(jī)而使全部控制端子同時(shí)閉合，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)EEPROM故障，這只要對(duì)EEPROM重新復(fù)位就可以了。</p><p>　　3）、電路板包含驅(qū)動(dòng)和緩沖電路，以及過(guò)電壓、缺相等保護(hù)電路。從邏輯控制板來(lái)的PWM信號(hào)，通過(guò)光耦合將電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入IPM模塊，因而在檢測(cè)?？斓耐瑫r(shí)，還應(yīng)測(cè)量IPM模塊上的光耦。</p>

24、;<p><b>　　4、冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風(fēng)扇。其中冷卻風(fēng)扇壽命較短，臨近使用壽命時(shí)，風(fēng)扇產(chǎn)生震動(dòng)，噪聲增大最后停轉(zhuǎn)，變頻器出現(xiàn)IPM過(guò)熱跳閘。冷卻風(fēng)扇的壽命受陷于軸承，大約為10000～35000 h。當(dāng)變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要2～3年更換一次風(fēng)扇或軸承。為了延長(zhǎng)風(fēng)扇的壽命，一些產(chǎn)品的風(fēng)扇只在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)而不是電源開(kāi)啟時(shí)運(yùn)行。

25、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(guò)輻射或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正常或停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)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(guò)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

26、離電動(dòng)機(jī)很遠(yuǎn)時(shí)，這時(shí)一方面可加大導(dǎo)線截面面積，保證線路壓降在2%以內(nèi)，同時(shí)應(yīng)加裝變頻器輸出電抗器，用來(lái)補(bǔ)償因長(zhǎng)距離導(dǎo)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(jìn)行接地，必須在專用接地點(diǎn)可靠接地，不能同電焊、動(dòng)力接地混用；變頻器輸入端安裝</p><p>　　七、變頻器的維護(hù)保養(yǎng)</p><p><b>　　1、維護(hù)保養(yǎng)</b></p><p

27、>　　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(shí)、增強(qiáng)。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?？偟膩?lái)講，其使用、維護(hù)保養(yǎng)及故障處理方法是基本相同的。在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器受周圍的溫度、濕度、振動(dòng)、粉塵、腐蝕性氣體等環(huán)境條件的影響，其性能會(huì)有一些變化。如使用合理、維護(hù)得當(dāng)，則能延長(zhǎng)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(dāng)，維護(hù)保養(yǎng)工

28、作跟不上去，就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行故障，導(dǎo)致變頻器不能正常工作，甚至造成變頻器過(guò)早的損壞，而影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。因此日常維護(hù)與定期檢查是必不可少的。</p><p><b>　　2、日常維護(hù)與檢查</b></p><p>　　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。</p><p>　　2、)變頻器在顯示面板上顯示的

29、輸出電流、電壓、頻率等各種數(shù)據(jù)是否正常。</p><p>　　3、)顯示面板上顯示的字符是否清楚，是否缺少字符。</p><p>　　4、)用測(cè)溫儀器檢測(cè)變頻器是否過(guò)熱，是否有異味。</p><p>　　5、)變頻器風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，有無(wú)異常，散熱風(fēng)道是否通暢。</p><p>　　6、)變頻器運(yùn)行中是否有故障報(bào)警顯示</p>

30、<p>　　7、)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過(guò)最大值。極限是418V，如果主電路外加輸入電壓超過(guò)極限，即使變頻器沒(méi)運(yùn)行，也會(huì)對(duì)變頻器線路板造成損壞。</p><p><b>　　3、定期檢查</b></p><p>　　利用每年一次的大修時(shí)間，將檢查重點(diǎn)放在變頻器日常運(yùn)行時(shí)無(wú)法巡視到的部位。</p><p>　　1）、作定期檢查時(shí)，

31、操作前必須切斷電源，變頻器停電后待操作面板電源指示燈熄滅后，等待一段時(shí)間使得主電路直流濾波電容器充分放電，用萬(wàn)用表確認(rèn)電容器放電完后，再進(jìn)行操作。</p><p>　　2）、將變頻器控制板、主板拆下，用毛刷、吸塵器清掃變頻器線路板及內(nèi)部IGBT模塊、輸入輸出電抗器等部位。線路板臟污的地方，應(yīng)用棉布沾上酒精或中性化學(xué)劑擦除。</p><p>　　3）、檢查變頻器內(nèi)部導(dǎo)線絕緣是否有腐蝕過(guò)熱的痕

32、跡及變色或破損等，如發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理或更換。</p><p>　　4）、變頻器由于振動(dòng)、溫度變化等影響，螺絲等緊固部件往往松動(dòng)，應(yīng)將所有螺絲全部緊固一遍。</p><p>　　5）、檢查輸入輸出電抗器、變壓器等是否過(guò)熱，變色燒焦或有異味。</p><p>　　6）、檢查中間直流回路濾波電解電容器小凸肩(安全閥)是否脹出，外表面是否有裂紋、漏液、膨脹等。一般情況下濾

33、波電容器使用周期大約為5年，檢查周期最長(zhǎng)為一年，接近壽命時(shí)，檢查周期最好為半年。電容器的容量可用數(shù)字電容表測(cè)量，當(dāng)容量下降到額定容量的80%以下時(shí)，應(yīng)予更換。</p><p>　　7）、檢查冷卻風(fēng)扇運(yùn)行是否完好，如有問(wèn)題則應(yīng)進(jìn)行更換。冷卻風(fēng)扇的壽命受限于軸承，根據(jù)變頻器運(yùn)行情況需要2－3年更換一次風(fēng)扇或軸承。檢查時(shí)如發(fā)現(xiàn)異常聲音、異常振動(dòng)，同樣需要更換。</p><p>　　8）、檢查變頻

34、器絕緣電阻是否在正常范圍內(nèi)(所有端子與接地端子)，注意不能用兆歐表對(duì)線路板進(jìn)行測(cè)量，否則會(huì)損壞線路板的電子元器件。</p><p>　　9）、將變頻器的R、S、T端子和電源端電纜斷開(kāi)，U、V、W端子和電機(jī)端電纜斷開(kāi)，用兆歐表測(cè)量電纜每相導(dǎo)線之間以及每相導(dǎo)線與保護(hù)接地之間的絕緣電阻是否符合要求，正常時(shí)應(yīng)大于1MΩ。</p><p>　　10）、變頻器在檢修完畢投入運(yùn)行前，應(yīng)帶電機(jī)空載試運(yùn)行幾

35、分鐘，并校對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。</p><p>　　4、變頻器本身的保護(hù)</p><p>　　變頻器本身具有各種保護(hù)功能，如：負(fù)載側(cè)接地保護(hù)、短路保護(hù)、電流限制、逆變器過(guò)熱、過(guò)載等，其自診斷功能、報(bào)警警告功能也特別完善。了解這些功能對(duì)于正確使用變頻器及故障查找是非常重要的。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><