通用變頻器應(yīng)用的常見錯(cuò)誤與對策

      交流變頻速以其節(jié)能顯著、保護(hù)完善、控制性能好、過載能力強(qiáng)、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，迅速發(fā)展起來，已成為電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主潮流。變頻調(diào)速在我國已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。然而由于認(rèn)識(shí)上的局限，人們在VVVF（變頻變壓）變頻器的實(shí)際應(yīng)用中還存在許多錯(cuò)誤。怎樣結(jié)合生產(chǎn)工藝要求正確使用變頻器并使其充分發(fā)揮效益，已成人們關(guān)注的焦點(diǎn)。現(xiàn)結(jié)合工程應(yīng)用中的故障實(shí)例，對變頻器在應(yīng)用中普遍存在的問題進(jìn)行分析。

一、故障實(shí)例

1. 誤操作故障

山東鋁業(yè)公司水泥廠7#水泥回轉(zhuǎn)窯篦式冷卻機(jī)設(shè)計(jì)選用兩臺(tái)Y250M-830kW電動(dòng)機(jī)分別傳動(dòng)兩級篦床，變頻調(diào)速控制，其控制原理如圖1所示。圖中VVVF是日產(chǎn)富士FRNO37P7-4EX57kVA通用變頻頻器，裝于低壓配電室內(nèi)，其電源接觸器及運(yùn)轉(zhuǎn)命令上冷卻機(jī)現(xiàn)場和控制室兩地操作，KA是篦冷機(jī)與破碎機(jī)聯(lián)鎖觸點(diǎn)。變頻器系統(tǒng)試車時(shí)，因工藝需要，操作人員在主控室操作SB4斷開變頻器電源接觸器KM，使處于集中控制的篦冷機(jī)停車。重新開車時(shí)，兩臺(tái)變頻器均進(jìn)入OH2（外部故障）閉鎖狀態(tài)，故障歷史查詢顯示OH2和LU（低電壓），檢查端子THR隨聯(lián)接良好，電源電壓正常，按RESET鍵復(fù)位無效，測量主電路直流電壓為518V。經(jīng)分析故障前篦冷機(jī)工作于集中控制狀態(tài)，參與系統(tǒng)聯(lián)鎖，操作員停變頻器電源實(shí)現(xiàn)停車時(shí)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)讀操作并獲取正轉(zhuǎn)指令，但此時(shí)主回路直流電壓尚未建立，CPU檢測后封鎖輸出，發(fā)出OH2故障信號(hào)，因此，導(dǎo)致故障的真正原因是錯(cuò)誤操作，而非現(xiàn)場技術(shù)人員認(rèn)為的由電源接觸器頻繁起動(dòng)變頻器所致。故障原因明確以后，針對現(xiàn)場情況規(guī)定了操作程序，開停車使用控制室內(nèi)的S2（集中控制時(shí)）或SB5、SB6開停車按鈕，將集中控制室內(nèi)變頻器電源接觸器控制按鈕SB3、SB4用膠帶貼封，僅當(dāng)停機(jī)檢修時(shí)啟用，以避免誤操作現(xiàn)象出現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行正常。

2. 使用條件造成的故障

一家油田某采區(qū)所用的九臺(tái)變頻器在短期內(nèi)燒毀三臺(tái)，故障都是變頻器控制的變壓器燒毀導(dǎo)致主板等部件損壞。據(jù)了解，該地區(qū)電網(wǎng)電壓有時(shí)高達(dá)480V，遠(yuǎn)超過手冊規(guī)定的+10%的電壓上限，使絕緣裕度較小的控制變壓器燒毀。這是一個(gè)變頻器用于嚴(yán)重過壓條件下而損壞的曲型事例。因此，使用變頻器時(shí)，應(yīng)對使用現(xiàn)場的電網(wǎng)質(zhì)量、環(huán)境溫度、粉塵、干擾等條件認(rèn)真調(diào)查，外部條件不能滿足要求時(shí)應(yīng)采取有效措施加以解決。

二、變頻器應(yīng)用中的常見問題及處理方法

1. 變頻器電源開關(guān)的設(shè)置與控制

變頻器用戶手冊規(guī)定，在電源與主電路端子之間，一定要接一個(gè)開關(guān)，這是為了確保檢修安全。對這一點(diǎn)，一般用戶能夠按手冊要求做。但容易忽視的是手冊還建議在開關(guān)后裝設(shè)電磁接觸器，其目的是在變頻器進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)時(shí)能及時(shí)切斷電源，防止故障擴(kuò)散。在實(shí)際使用中，有的用戶沒有安裝，有的使用不合理；如圖1方案中電源接觸器僅被用來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地停送電及變頻器的過負(fù)荷保護(hù)；有些方案則僅用于起、停電動(dòng)機(jī)。這都是不恰當(dāng)?shù)?。由于變頻器價(jià)格較高，使用時(shí)應(yīng)在電源接觸器控制回路中串接變頻器故障報(bào)警接觸器動(dòng)斷觸點(diǎn)控制回路中串接變頻器故障報(bào)警接鏈接觸器動(dòng)斷觸點(diǎn)（如富士P7/G7系列的B30、C30觸點(diǎn)），這對大容量變頻器尤為重要。

變頻器電源進(jìn)線端一定要裝設(shè)開關(guān)，使用中宜優(yōu)選刀熔開關(guān)，該開關(guān)有明顯的斷點(diǎn)，集電源開關(guān)、隔離開關(guān)、應(yīng)急開關(guān)和是路保護(hù)于一體，性能優(yōu)于目前采用較多的單一熔斷器、刀開關(guān)或自動(dòng)空氣開關(guān)等方案。對大容量變頻器應(yīng)選配快速熔斷器以保護(hù)整流模塊。

變頻器電源側(cè)設(shè)置接觸器應(yīng)選配快速熔斷器以保護(hù)整流模塊。變頻器電源側(cè)設(shè)置接觸器并參與故障聯(lián)鎖時(shí)，應(yīng)將控制電源輔助輸入端子接于接觸器前，以保證變頻器主電路斷電后，故障顯示和集中報(bào)警輸出信號(hào)得以保持，便于實(shí)現(xiàn)故障檢索及診斷。

2. 不應(yīng)用電源側(cè)接觸器頻繁起、停電動(dòng)機(jī)

實(shí)際應(yīng)用中，有許多控制方案設(shè)置外圍電路控制電源側(cè)接觸器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟起動(dòng)特性，圖2是某雜志一篇文章推薦的日產(chǎn)三墾（SANKEK）變頻器的控制方案。由圖可知，該方案電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)按SB2，其觸點(diǎn)閉合，KA1得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)分別發(fā)出變頻器運(yùn)行和時(shí)間繼電器KT的激勵(lì)命令，KT延時(shí)斷開動(dòng)合觸點(diǎn)提供繼電器KA2激勵(lì)命令，KA2動(dòng)合觸點(diǎn)控制KM吸合，變頻器得電起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。停車時(shí)按SB1發(fā)出停車命令，KA1斷電，其動(dòng)合觸點(diǎn)復(fù)位，取消運(yùn)行命令并使KT斷電，KT動(dòng)合觸點(diǎn)延時(shí)20s復(fù)位，電源接觸器KM斷電，，實(shí)現(xiàn)當(dāng)KM起動(dòng)時(shí)，先閉合KA1，停止時(shí)先斷開KA1的辦法，可達(dá)到起動(dòng)、停止軟特性，從而避免電動(dòng)機(jī)反饋電壓侵入變頻器。

上述方案建議利用電源接觸器直接起動(dòng)變頻器來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止的軟特性是錯(cuò)誤的。由圖3可知，當(dāng)電壓型交-直-交變頻器通電時(shí)，主電路將產(chǎn)生較大充電電流，頻繁重復(fù)通斷電，將產(chǎn)生熱積累效應(yīng)，引起元件的熱疲勞，縮短設(shè)備壽命。因此上述方案不適用于頻繁起動(dòng)的設(shè)備。對不頻繁起動(dòng)的設(shè)備也無優(yōu)越性（某些大容量變頻器根本無法起動(dòng)，如例1所述），因?yàn)樽冾l器本身具有優(yōu)越的控制性能，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)特性應(yīng)優(yōu)先考慮利用正、反轉(zhuǎn)命令和通過加、減速速時(shí)間設(shè)定實(shí)現(xiàn)，無謂地增加許多外圍電路器件，不但浪費(fèi)資金而且降低了系統(tǒng)的可靠性，大大降低了響應(yīng)速度，加大維護(hù)工作量，增加損耗，是不足取的。

3. 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)宜優(yōu)先選擇電子熱繼電器

一部分專業(yè)人員認(rèn)為，變頻器內(nèi)部的過載保護(hù)只是為保護(hù)其自身而設(shè)，對電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)不適用，為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)，必須另設(shè)熱繼電器。在實(shí)際應(yīng)用中，筆者所見各種變頻調(diào)速控制方案也絕大多數(shù)在電路的不同位置設(shè)置了熱繼電器，以完成所控單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)，這顯然又是一種誤解。對一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)四極電動(dòng)機(jī)的控制方案而言，使用變頻器電子熱過載繼電器保護(hù)電動(dòng)機(jī)過載，無疑要優(yōu)于外加熱繼電器，對普通電動(dòng)機(jī)可利用其矯正特性解決低速運(yùn)行時(shí)冷卻條件惡化的問題，使保護(hù)性能更可靠。尤其是新型高機(jī)能變頻器（如富士9S系列）現(xiàn)已在用戶手冊中給出設(shè)定曲線，用戶可根據(jù)工藝條件設(shè)定。通常，考慮到變頻器與電動(dòng)機(jī)的匹配，電子熱過載繼電器可在50%~105%額定電流范圍內(nèi)選擇設(shè)定。