通用变频器应用的常见错误与对策.docx
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通用变频器应用的常见错误与对策
通用变频器应用的常见错误与对策
交流变频速以其节能显著、保护完善、控制性能好、过载能力强、使用维护方便等特点，迅速发展起来，已成为电动机调速的主潮流。
变频调速在我国已进入推广应用阶段。
然而由于认识上的局限，人们在VVVF（变频变压）变频器的实际应用中还存在许多错误。
怎样结合生产工艺要求正确使用变频器并使其充分发挥效益，已成人们关注的焦点。
现结合工程应用中的故障实例，对变频器在应用中普遍存在的问题进行分析。
一、故障实例
1、误操作故障
山东铝业公司水泥厂7#水泥回转窑篦式冷却机设计选用两台Y250M-830kW电动机分别传动两级篦床，变频调速控制，其控制原理如图1所示。
图中VVVF是日产富士FRNO37P7-4EX57kVA通用变频频器，装于低压配电室内，其电源接触器及运转命令上冷却机现场和控制室两地操作，KA是篦冷机与破碎机联锁触点。
变频器系统试车时，因工艺需要，操作人员在主控室操作SB4断开变频器电源接触器KM，使处于集中控制的篦冷机停车。
重新开车时，两台变频器均进入OH2（外部故障）闭锁状态，故障历史查询显示OH2和LU（低电压），检查端子THR随联接良好，电源电压正常，按RESET键复位无效，测量主电路直流电压为518V。
经分析故障前篦冷机工作于集中控制状态，参与系统联锁，操作员停变频器电源实现停车时，计算机进行内部数据读操作并获取正转指令，但此时主回路直流电压尚未建立，CPU检测后封锁输出，发出OH2故障信号，因此，导致故障的真正原因是错误操作，而非现场技术人员认为的由电源接触器频繁起动变频器所致。
故障原因明确以后，针对现场情况规定了操作程序，开停车使用控制室内的S2（集中控制时）或SB5、SB6开停车按钮，将集中控制室内变频器电源接触器控制按钮SB3、SB4用胶带贴封，仅当停机检修时启用，以避免误操作现象出现，系统运行正常。
图1
2、使用条件造成的故障
一家油田某采区所用的九台变频器在短期内烧毁三台，故障都是变频器控制的变压器烧毁导致主板等部件损坏。
据了解，该地区电网电压有时高达480V，远超过手册规定的+10%的电压上限，使绝缘裕度较小的控制变压器烧毁。
这是一个变频器用于严重过压条件下而损坏的曲型事例。
因此，使用变频器时，应对使用现场的电网质量、环境温度、粉尘、干扰等条件认真调查，外部条件不能满足要求时应采取有效措施加以解决。
二、变频器应用中的常见问题及处理方法
1、变频器电源开关的设置与控制
变频器用户手册规定，在电源与主电路端子之间，一定要接一个开关，这是为了确保检修安全。
对这一点，一般用户能够按手册要求做。
但容易忽视的是手册还建议在开关后装设电磁接触器，其目的是在变频器进入故障保护状态时能及时切断电源，防止故障扩散。
在实际使用中，有的用户没有安装，有的使用不合理；如图1方案中电源接触器仅被用来实现远地停送电及变频器的过负荷保护；有些方案则仅用于起、停电动机。
这都是不恰当的。
由于变频器价格较高，使用时应在电源接触器控制回路中串接变频器故障报警接触器动断触点控制回路中串接变频器故障报警接链接触器动断触点（如富士P7/G7系列的B30、C30触点），这对大容量变频器尤为重要。
变频器电源进线端一定要装设开关，使用中宜优选刀熔开关，该开关有明显的断点，集电源开关、隔离开关、应急开关和是路保护于一体，性能优于目前采用较多的单一熔断器、刀开关或自动空气开关等方案。
对大容量变频器应选配快速熔断器以保护整流模块。
变频器电源侧设置接触器应选配快速熔断器以保护整流模块。
变频器电源侧设置接触器并参与故障联锁时，应将控制电源辅助输入端子接于接触器前，以保证变频器主电路断电后，故障显示和集中报警输出信号得以保持，便于实现故障检索及诊断。
2、不应用电源侧接触器频繁起、停电动机
实际应用中，有许多控制方案设置外围电路控制电源侧接触器实现系统软起动特性，图2是某杂志一篇文章推荐的日产三垦（SANKEK）变频器的控制方案。
由图可知，该方案电动机起动时按SB2，其触点闭合，KA1得电，其动合触点分别发出变频器运行和时间继电器KT的激励命令，KT延时断开动合触点提供继电器KA2激励命令，KA2动合触点控制KM吸合，变频器得电起动电动机。
停车时按SB1发出停车命令，KA1断电，其动合触点复位，取消运行命令并使KT断电，KT动合触点延时20s复位，电源接触器KM断电，，实现当KM起动时，先闭合KA1，停止时先断开KA1的办法，可达到起动、停止软特性，从而避免电动机反馈电压侵入变频器。
图2
上述方案建议利用电源接触器直接起动变频器来实现电动机起动、停止的软特性是错误的。
由图3可知，当电压型交-直-交变频器通电时，主电路将产生较大充电电流，频繁重复通断电，将产生热积累效应，引起元件的热疲劳，缩短设备寿命。
因此上述方案不适用于频繁起动的设备。
对不频繁起动的设备也无优越性（某些大容量变频器根本无法起动，如例1所述），因为变频器本身具有优越的控制性能，实现软起动特性应优先考虑利用正、反转命令和通过加、减速速时间设定实现，无谓地增加许多外围电路器件，不但浪费资金而且降低了系统的可靠性，大大降低了响应速度，加大维护工作量，增加损耗，是不足取的。
图3
3、电动机过载保护宜优先选择电子热继电器
一部分专业人员认为，变频器内部的过载保护只是为保护其自身而设，对电动机过载保护不适用，为了保护电动机，必须另设热继电器。
在实际应用中，笔者所见各种变频调速控制方案也绝大多数在电路的不同位置设置了热继电器，以完成所控单台电动机的过负荷保护，这显然又是一种误解。
对一台变频器控制一台标准四极电动机的控制方案而言，使用变频器电子热过载继电器保护电动机过载，无疑要优于外加热继电器，对普通电动机可利用其矫正特性解决低速运行时冷却条件恶化的问题，使保护性能更可靠。
尤其是新型高机能变频器（如富士9S系列）现已在用户手册中给出设定曲线，用户可根据工艺条件设定。
通常，考虑到变频器与电动机的匹配，电子热过载继电器可在50%~105%额定电流范围内选择设定。
只有在下列情况时，才用常规热继电器代替电子热继电器：
∙所用电动机不是四极电动机。
∙使用特殊电动机（非标准通用电动机）
∙一台变频器控制多台电动机。
∙电动机频繁起动。
但是，如果用户有丰富的运行经验时，笔者仍建议通过电子热继电器的合理设定（引入校正系数）来完成单台电动机变频调速的过载保护。
当变步器选用外部热继电器进行电动机过载保护时，热继电器应装设于变频器输出侧，常见的装于输入侧的方案起不到保护作用（变频器的变频变压特性使其低频时输入电流远远小于输出电流）。
过载保护应根据设备工艺要求情况，采用变频器停止命令（断开CM）或空转停车（断开BX）命令实现停车，不宜通过电源接触器实现。
4、变频器与电动机间不宜装设接触器
装设于变频器和电动机间的接触器在电动机运行时通断，将产生操作过电压，对变频器造成损害，因此，用户手册要求原则上不要在变频器与电动机之间装设接触器。
但是，当变频器用于下列情况时，仍有必要设置：
∙当用于节能控制的变频调速系统时常工作于额定转速，为实现经济运行需切除变频器时。
∙参与重要工艺流程，不能长时间停运，需切换备用控制系统以提高系统可靠性时。
∙一台变频器控制多台电动机（包括互为备用的电动机）时。
变频器输出侧设置电磁时，设计外围电路应避免接触器在变频器有输出时动作，任何时候严禁将电源接入变频器输出端。
目前，有些用户为了方便测试负荷电缆和电动机绝缘，在变频器输出侧设置自动空气开关，用以在测试时切除变频器，该法弊大于利。
由于变频器输出电缆（线）要求选用屏蔽电缆或穿管敷设，缆线故障几率很小，通常情况下测量电动机及电缆绝缘时，可选用铅丝或软铜线将变频器输入、输出、直流电抗器和制动单元联接端子可靠短接后进行测试，仅在需要测量电缆相间绝缘时拆线检测，确无必要增加投资，否则还要采取可靠措施，防止在运行中误操作。
5、电流检测时电汉互感器的设置及电流表的选择
由于设计人员或用户容易忽视变频器输出频率的变化特性，在电流检测及仪表选型上经学出现错误。
变频器输出侧电流测量应使用电磁经系仪表，以获得所需的测量精度。
例如，某杂志刊登的《一起变频器不能复位的故障处理》一文，提出变频器输出侧不能使用普通电流互感器，这是错误的论点。
在变频器输出侧使用普通电流互感器是可以完成输出电流检测的。
由电流互感器铁心磁通密度计算公式Bmake=K2/4.44fSmW2可知，铁心的磁通密度与交流电流频率的变化成反比，忽略次要因素时，其电流误差（即变化误差）和相位误差可看作与电流频率变化成反比，只是当电流频率超过1kHz时，铁心温度会增高。
但是，由于互感器正常运行时激磁电流设计得很小（主要为了减小误差），因此，普通电流互感器用于50Hz频率附近时，其电流误差是很小的。
通过实际校验对比可知，当变频器输出频率在10~50Hz之间变化时，电磁系电流表指示误差很小，实测误差在1.27%以下，并与电流频率变化成反比（以变频器输出电流指示为基准），能够满足输出电流监视的要求。
此外，尤其是当变频调速系统驱动负载变化不太大的往复运动设备时，由于设备传动力矩的周期性变化，使变频器输出电流产生一定波动，变频器的LED数码显示电流值跳字严重，造成观察读数困难，采用模拟电流表可有效地解决这个问题。
应当注意的是，使用指针式电流表测量变频器输出侧电流时，必须选择电磁经系仪表（手册通常称作动铁式），使用时应严格按用户手册的规定选择安装，以保证应有的精度。
如选用整流系仪表（该错误非常普遍）时，经实测在19~50Hz区间，指示误差为69.7%~16.66%，且为负偏差。
此外，由于变频器的输入电流一般不大于输出电流，因此，输入侧设置电流监视意义不大，一般有信号灯指示电源即可，如电压不稳时可设电压表监视。
大容量变频器低频运行时，其输入侧电流表可能无指示。
如今，变频器已具有很强的功能，但是，国内的应用情况在很大程度上与录像机一样，其功能的开发与正确应用十分有限，许多地方仅限于能够开停车和调速的应用。
因此,迅速提高技术人员的应用水平，对发挥变频器的节能和优良的控制性能是十分重要的。
大型交流变频装置的节能效益分析
在矿山,冶金,石和轻纺工业中,使用着大量的风机,水泵,搅拌机和压缩机.这些机械一般都有用交流电机驱动,功率都在几百以上,有的高达数甚至上,其消耗的电能是非常可观的.
仔细观察这些机械的运行状况,可以以现他们大部分都不是常年工作在额定功率之上.而是经常只有50%-70%甚至更低的输出量.但目前这类机械大多使用恒速交流传动,面以挡板,阀门或空放回流的办法进行调节,白白损失掉大量的电能.越是大功率的风机水泵,情况越是严重.
使用的大型变频装置,可以在效率基本不变的情况下,通过改变驱动电源的电压和频率,平滑地调节电机转速,根据输出量的要求改变输出功率,从而节省大量的电能.
一,变频调速的节能原理
众所周知,风机和泵类的功率与转速的关系为:
P=KN
式中A值,风机约为3,泵类约为2.
以风机为例,设其额定速度为N1,而根据实际需要确定的转速为N2则:
P1=KN1,P2=KN2
所节约的功率为:
PH=K1N1（1-）
式中调速范围D=N1/N2
由于转速与输出流量成正比,所以,调速范围越大,节约电能越多,若不使用调速装置时,则D=1,PH=O,无节能可言.
考虑到调速装置的效率,上式可修正为:
由于变频调整装置的效率,在速度变化时可保持在高水平（0.85左右）所以其节约效果是显著的.
二,大功率变频驱动的节能效益分析.
变频驱动系统实际使用时,可通过实测或根据其静态特性,作出其转速对功率的特性曲线.由于转速与流量成正比,该曲线就是流量对功率的特性,如图一所示.与档板调节相比较,可见其节能是显著的.
在不同功率下消耗的电能费用为:
E=输出功率时间电费/度效率
根据驱动系统实际使用情况,列出表格,就可计算出其每年消耗电力的费用,从而计算出节能的经济效益.
例3500,850的鼓风机,用变频驱动和阀门控制相比较,其节能效果分析如下.
表一:
功率分析
负载特性
阀门控制
变频器控制
工况
流量
ACFM
功率
HP
装置
效率
电机
效率
功率
KW
转速
RPM
装置
效率
电机
效率
变频器效率
功率
KW
1
256
282
15.0
92.8
1510
319
91.7
85.8
82.4
325
2
398
1035
42.1
93.9
1950
492
91.6
92.2
93.0
982
3
502
2045
63.8
94.9
2528
619
91.6
93.9
96.6
1836
4
584
3184
78.4
94.9
3192
719
91.6
94.5
97.4
2818
表二,耗能分析
负载特性
阀门控制
ROSS变频控制
工况
流量
ACFM
功率
HP
时间小时/年
占空比%
耗能
耗能
节能
1
256
282
4380
50.0
6614
1424
5190
2
398
1035
876
10.0
1708
860
848
3
502
2045
1752
20.0
4428
3218
1212
4
584
3184
876
10.0
2796
2468
328
合计
7884
90.0
15548
7970
7578
表三,经济分析
负载特性
阀门控制
ROSSHI11变频控制
工况
流量
ACFM
功率
HP
时间小时/年
占空比%
费用
元\年
费用
元\年
节约开支
元\年
1
256
282
4380
50.0
1984200
427200
1577000
2
398
1035
876
10.0
512400
258000
254400
3
502
2045
1752
20.0
1328400
965400
363600
4
584
3184
876
10.0
888800
740400
98400
合计
7884
90.0
4664400
2391000
2273400
电费按每度（小时）0.30元计
设购置3500HP,3.3KV的ROSSHI11变频系统的费用为380000美金,人民币对美元汇率为8.6,则设备回收期为:
即一年半左右的时间可收回收投资,实际上,使用大型变频器还带来更多的好处,在上述分析中未考虑进去.如:
1,由于”软启动”可减少启动时的峰值功率损耗并减少马达启停对机构的冲击,延长使用寿命.
2.使用变频调速可使用权马达与负载直接连接,减少中间传动环节的费用.
3.完善的监控和可靠性措施提高了系统工程和工作效率.
变频器选型注意事项
变频器不是在任何情况下都能正常使用，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多了解。
1.负载类型和变频器的选择：
电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。
A:
风机和水泵是最普通的负载：
对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量）。
B:
起重机类负载：
这类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。
同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。
C:
不均行负载：
有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等。
D:
大惯性负载：
如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此启动时可能会振荡，电动机减速时有能量回馈。
应该用容量稍大的变频器来加快启动，避免振荡。
配合制动单元消除回馈电能。
2.长期低速动转，由于电机发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必须采用加大减速比的方式或改用6级电机，使电机运转在较高频率附近。
3.变频器安装地点必需符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件才能正常运转。
变频器频率设定的几种方法
新疆八钢股份公司小型棒材厂 石磊吕勇
摘要：
结合八钢小型厂实际使用情况，对变频器频率设定的几种方法做以简明分析比较。
关键词：
设定，模拟量，通讯
1．前言
小型棒材厂根据工艺要求，其连轧生产线，从加热炉第一段上料辊道开始，至精整区称重辊道，绝大多数交流辅助传动均采用变频器调速。
所有变频器控制的辊道，均分组后，由单台变频器驱动，夹送辊，收集料筐，传送链由单独变频器驱动。
变频器为AEG公司提供的Multiverter和Micoverter。
Multiverter为中型功率变频器，范围22~275kV.A，Micoverter为小功率变频器，范围1.4~10.5kV.A.Multiverter其频率设定，可通过开关量输入，模拟是输入，也可挂现场总线或局域网，通过网络输入。
而Micoverter频率设定，只能通过开关量输入和模拟量输入，无网络通迅能力。
2．Multiverte的各种频率设定方法
2.1固定频率设定
Multiverte共可设定4级频率，从固定频率1到4，这4个频率的数值通过面板输入设定。
通过两个开关量输入点DIN1，DIN2组成二进制编码，来选择这4个频率。
表1Multiverte二进制编码固定频率图表
DIN1
DIN2
速度
0
0
固定频率1
1
0
固定频率2
0
1
固定频率3
1
1
固定频率4
一般情况下，没有模拟量输出设备或网络设备时，选择开关量输入设定频率方便，简单，故障点少。
而且有4级速度一般可以满足速度调节。
所以只要速度调节不是一种跟随调节，或无级调节，选择固定频率输出，是一种很好的频率设定方法。
2.2模拟量输入
模拟量输入设定方法是一种控制精度较高的方法。
其A/D转换为20—29其中可供选择的模拟量输入。
1.0-----10v
2.0---20mA
3.4mA---20mA
4.–10v---+10v
图1模拟量输入
如图1，当跳线2、3相连时，输入信号为电压信号，当跳线1、2相连时，输入信号为电流信号。
当选择前3种输入时，必须通过端子输入，使能“左转”或“右转”，才能使电机正转或反转。
当选择-10V—+10V时，通过端子使能“右转”当正电压时，电机磁场正转，当负电压时，电机磁场反转，当通过端子使能“左转”时，将翻转以上方向。
Multiveter共有两个模拟量输入端子，一个主端子，一个附加端子，附加端子也可以输入以上各种模拟量，并且可以设定为主端子输入和附加端子输入叠加作为频率设定，附加端子模拟量输入也可单独控制变频器，这就使其控制方法具有多样性。
2.3通讯输入
Multiveter可挂现场总线或局域网，通过网络进行信息交换，主要有Bitbus、PROFIBUS、ModbusPlus、Modnet1/D等对应不同的网络及总线形式，必须配用专用接口卡。
其数据传送特征为：
其中PROFIBUS为2个实际值。
通过网络设定频率是一种高精度的频率设定，其具有通讯速率高，稳定可靠，接线简单等优点，而且在模拟量控制时，输出端经过一个数模转换器，经过导线，进入输入端（变频器）又经过一个模数转换器才能参与控制。
两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成一定误差，而通讯传递直接是数字量不需要转换，没有误差，在传输过程中不会造成损耗，而且响应速度率也会很高。
3．实际应用
3.1固定频率设定
八钢小型厂其中几段输送辊道，使用固定频率设定，实际使用为恒速，只有一级固定频率，选用变频器的原因是要精确定位，频繁起停，所以每台变频器都配用制动电阻，在实际使用中起到很好效果。
3.2模拟量输入
八钢小型厂采用模拟量输入设定这种方式的比较多，但在具体使用上又各不相同。
其中加热炉区入炉辊道和炉内出炉辊道由Modicon公司984型PLC的B872-200模块提供一个0~10V电压信号，其对应数字量为20~212，而冷床出口辊道，三段链，活套旁路辊等，由AEG公司Logidyn-D系统的DAU085.3（数模转换模块）提供（-10V~+10V）一个模拟量。
其二进制形式为12位，其中20~210为数值位，211为符号位，1为负，0为正。
而料筐，出炉辊道由CCU132（通用处理器模块）提供（-10~+10V）一个模拟量。
其二进制形式为16位。
20~214为数值位，215为符号位。
相对其精度也是最高的。
3.3通讯设定
穿水线旁路辊道和裙板辊道，1号轧机和3个剪子的入口夹送辊，都使用Modnet1/D网络通讯。
Modnet1/D网是一种高速现场总线，采用Bit-bus通讯协议，专门用于设计构成Logidyn-D系统与驱动级之间的高速数据通讯。
采用主从式通讯规则，每个站无论传递或接收最多只能有8个报文，每个报文含有8个32位字长的数，依据具体应用这些32位字长的数可以打包成二进制位序列长整形数或浮点数。
例如穿水线辊道通讯信息为：
TCS（工艺控制系统）做为主站，穿水线辊道变频器做为从站。
主要通讯信息有两种：
（1）浮点数主要为设定速度，实际速度，实际电流等；
（2）开关量主要是分合闸指令及状态，和一些故障报警的指示等。
参数含义：
EF:
模块使能
Err:
总线故障
BUS_NR:
总线断号
TIMEOUT:
总线超时
STAT_ADR:
站地址
T_NR:
报文序号
TIMEOUT_SOLL:
在指定时间内报文通讯必须启动
以上信息如果用普通导线传输，大约需要量18根导线，而用网络通讯，只使用一条同轴电缆就完全传递。
所以，通讯在防干扰，扩展及精确度上的优点非常明显。
4．结束语
小型厂大部分变频器的频率设定是通过MMI（人机界面）设定或是一种动态跟随速度。
在实际使用过程中变频器故障率非常低。
所以在满足工艺的前提下合理配置，才能使设备发挥最大效率。
关于变频器品牌
王健
近两年来我一直在搞变频器销售和维修，我所处地区化纤行业发展特快，因而几乎大多数的变频器品牌都能碰到，我的实际经验来看，国产变频器和国外的变频器还是有着较大的距离，从技术上和产品质量上比都这样，故障率较低的还是日本品牌，富士、松下、三垦等，我这里的应用数量达到几千台，很少有坏的，而台湾和国产的如台安、森兰、台达趋势故障率很高，经我更换的光去年就有几十台，由于推销商的大力推销原因，华为的变频器在这两年来得到很大推广，华为的故障率同样很高，不过在国货里面，华为的生产制作工艺确实不错，接近洋货，不过在功能上还是差了点，其专用的2100供水专用和3100力矩控制变频器倒是确实不错。
森兰之类的生产工艺实在差了点，虽然做变频器时间倒是较长。
目前在国货里面值得一提的我觉得还是康沃，其新出的数模g2系列无论在工艺上还是软件功能上应该是国
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