变频柜.docx

1、变频柜变频柜一、产品概述微机控制恒压供水设备，采用最新型微机控制器，结合变频调速技术，研制开发出的高科技产品，由于它直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，是当前供水行业更新换代产品，从而为加压供水提供了新的途径，将现代高科技引入了供水领域，是对我国供水技术及设备的革新与改造的创造性贡献。变频柜的作用是主要是使电机变频工作,这样一来可以节约电能,同时可以避免电机启动时的瞬间强电流,里面主要由变频器等组成二、应用范围1广泛应用于城乡各种类型自来水供水系统2高层建筑供水、生活用水及消防用水、工业生产工况闭环用水的恒压控制3锅炉补水泵、热力供暖循环泵自动控制4农田灌溉、喷泉控制5空调系统及冷却

2、循环水控制6水厂、泵站及石油化工待业的流量系统二次加压控制三、主要特点高效节能由电机学公式可知，系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时，水泵出水量与电机转速成正比。本设备采用恒压量工作方式，当用水量减小时，系统保持管网恒压，通过降低水泵转数来减少供水量，耗电量按立方特性降低。例如，供水量为额定值的80%，电机能耗为额定值的51.2%(0.83)节电量为48.8%,考虑到实际系统节电率较理论值要低一些,但仍很可观。四 大功率变频柜可以最大限度减少大功率水泵风机对电网的冲击和大副的压降,节电效果显著.通用变频器作为早个商品开始在国内上市，是近十年的事，销售额逐年增加，于今全年有超过数十亿元

3、（RMB）的市场。其中各种进口品牌居多，功率小至百瓦大至数千千瓦；功能简易或复杂；精度低或高；响应慢或快：有PG（测速机）或无PG;有噪音或无噪音等等。对于许多用户来说,这十年中经历了多次更新，现所使用的变频器大都属于目前最为先进的机型如果从应用的角度来说，我们的水准与发达国家没有什么两样。作为国内制造商,通过这十年来对国外的先进技术进行销化，也正在积极地进行国产变频器的自主开发努力追赶世界发达国家的水平。回顾近十年来国外通用变频器技术的发展对于深入了解交流传动与控制技术的走向，以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品应该说具有十分积极的意义.变频恒压供水的基本原理目前，变频调速生活

4、给水在建筑给水中应用越来越广，其主要原因是：1、变频调速给水的供水压力可调，可以方便地满足各种供水 压力的需要。在设计阶段可以降低对供水压力计算准确度的要求，因为随时可以方便地改变供水压力。但在选泵时应注意 ，泵的扬程宜大一些，因为变频调速其最大压力受水泵限制 。最低使用压力也不应太小，因为水泵不允许在低扬程大流量下长期超负荷工作，否则应加大变频器和水泵电机的容量， 以防止发生过载。2、目前，变频器技术已很成熟，在市场上有很多国内外品牌 的变频器，这为变频调速供水提供了充份的技术和物质基础。变频器已在国民经济各部门广泛使用。任何品牌的变频器与 变频供水控制器配合，即可实现多泵并联恒压供水。因为

5、建 筑供水的应用广泛，有些变频器设计生产厂家把变频供水控制器直接做在供水专用变频器中；这种变频器具有可靠性好， 使用方便的优点。 3、变频调速恒压供水具有优良的节能效果。 由水泵管道供水原理可知，调节供水流量，原则上有二 种方法；一是节流调节，开大供水阀，流量上升；关小供水阀 ，流量下降。调节流量的第二种方法是调速调节，水泵转速升高，供水流量增加；转速下降，流量降低，对于用水流量经 常变化的场合（例如生活用水），采用调速调节流量，具有优良 的节能效果。我国国家科委和国家经贸委在中国节能技术 政策大纲中把泵和风机的调速技术列为国家九五计划重点推广的节能技术项目。应当指出，变频恒压供水节能的效果主

6、 要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配，为了使变频 恒压供水具有优良的节能效果，变频恒压供水宜采用多泵并联的供水模式。由多泵并联恒压变频供水理论可知多泵并联恒 压供水，只要其中一台泵是变频泵，其余全是工频泵，可以实现恒压变量供水 。在变频恒压变量供水当中，变频泵的流量是变化的，当变频泵是各并联泵中最大，即可保证恒压供水。多泵并联恒压供 水，在设计上可做到在恒压条件下各工频泵的效率不变（因工况不变），并使之处于高效率区工作，变频泵的流量是变化的 ，其工作效率随流量而改变。因为采用多泵并联恒压供水，变频泵的功率降低，从而可以降低多泵并联变频恒压供水系统 的能耗，改善节能状况。 当多泵并联恒压

7、供水系统采用具有自动睡眠功能的变频器 ，当用水流量接近于零，变频泵能自动睡眠停泵，从而可以做 到不用水时自动停泵而没有能量损耗，具有最佳的节能效果。 多泵并联变频恒压变量供水的工作模式通常是这样的：当 用水流量小于一台泵在工频恒压条件下的流量，由一台变频泵 调速恒压供水；当用水流量增大，变频泵的转速自动上升；当变频泵的转速上升到工频转速，为用水流量进一步增大，由 变频供水控制器控制，自动启动一台工频泵投入，该工频泵 提供的流量是恒定的（工频转速恒压下的流量），其余各并联工 频泵按相同的原理投入。 在多泵并联变频恒压变量的供水情况下，当用水流量下降 ，变频调速泵的转速下降（变频器供电频率下降）；

8、当频率下降 到零流量的时候，变频供水控制器发出一个指令，自动关闭一 台工频泵使之超出并联供水。为了减少工频泵自动投入或超出时的冲击（水力的或电流的冲击）。在投入时，变频泵的转速 自动下降，然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。在超出时，变频泵的转速应自动上升，然后慢慢下降以满足恒压供水的 要求。上述频率自动上升，下降由供水变频控制器控制。 另一种变频供水模式通常叫做恒压变量循环状启动并先开 先停的工作模式。在这种供水模式中，当供水流量少于变频泵 在恒压工频下的流量时，由变频泵自动调速供水，当用水流量增大，变频泵的转速升高。当变频泵的转速升高到工频转速 ，由变频供水控制器控制把该台水泵切换到由工频电

9、网直接 供电（不通过变频器供电）。变频器则另外启动一台并联泵投入 工作。随用水流量增大，其余各并联泵均按上述相同的方式软 启动投入。这就是循环软启动投入方式。当用水流量减少，各并联工频泵按次序关泵超出，并泵超 出的顺序按先投入先关泵超出的原则由变频控制器单板计算机 控制。 由上述可见，对于变频恒压变量给水通常有两种工作模式 ，一是变频泵固定方式，二是变频循环软启动工作方式。在变 频泵固定方式中，各并联水泵是按工频方式自动投入或超出的。因为变频泵固定不变，当用水流量变化，变频泵始终处于 运行状态，因此变频泵的运行时间最长。为了均衡各水泵的 运行时间，对于变频泵固定运行方式，可以设计成变频泵定时轮

10、换运行方式。即当某一台变频泵运行一定时间后，由变频 控制器控制变频泵自动进行轮换。例如：开始时1泵变频，2 3泵工频，当1泵变频运行T时间后（T可按序设定）自动轮换为2泵 变频，31泵工频；在此状态下运行T时间后自动轮换为3泵变 频，12工频，。如此反覆进行定时轮换。 显然，具有变频泵自动轮换控制的变频恒压变量供水系统 ，变频泵是定时改变的，即任何一台并联泵都有可能成为变频 泵。由变频恒压变量供水理论可知，为了保证恒压供水，变频泵必须是各并联泵中的最大者。为此，对于变频恒压供水并 变频泵自动定时轮换的水机，各并联水泵的大小应相同以保 证恒压供水。 按变频器工作原理，在运行中的变频器不允许在其输

11、出端 进行切换；否则在切换过程中会使变频器中的某些电子器件受 到大电流冲击而降低其寿命。在变频泵自动轮换过程中，要在变频器的输出端进行切换；为了保护变频器，在进行自动切 换之前应使变频器停止运行。在变频器停止运行的条件下， 在其输出端进行切换。在切换好后再重新启动变频器而恢复正常运行。因此，自动轮换控制的电路比较复杂，会增加变频 控制柜的造价并降低其使用可靠性。 当变频恒压变量供水系统具有变频泵自动轮换功能，其优 点是各并联泵可定时轮换到变频运行，使各并联泵的磨损均衡 。但是，在任一台泵变频运行时，万一水泵故障有可能使变频器保护跳闸而停止工作。各并联水泵是由变频器控制运行的 ；当变频器跳闸，必

12、然使所有并联水泵停机而中断供水。 因此，当水泵的可靠性一定，具有自动轮换控制功能的变 频恒压供水机的供水可靠性将低于不具备自动轮换控制功能的 变频恒压供水机。笔者认为，供水可靠性是主要矛盾。因此我们不主张采用具有自动轮换控制功能的变频恒压给水系统。 多泵并联，循环软启动的变频恒压给水系统，同样存在上 述变频恒压自动轮换工作模式的缺点。为了保证恒压供水，同样要求各并联泵的大小相同。 综上可述，为保证供水可靠性，笔者不主张采用自动轮换 和变频循环软启动的工作模式。清华紫光集团自动化工程部在 其ABB恒压供水系统用户手册中说，“循环软启动!这是一 个危险的诱惑，很多搞恒压供水的人热衷于发展此项技术，

13、但我们的建议是否定的。”我们赞同清华紫光集团自动化 工程部的上述学术见解，不热衷于搞变频循环软启动供水。 由水泵管路供水原理可知，当节流损耗等于零，则供水 系统具有最佳的节能效果，此时水泵的供水扬程完全消耗在供 水高度和供水流阻损失上。这种变频调整供水称为理态的变压变量供水，这种供水系统的扬程流量曲线和管路系统的流 阻流量曲线重合。在理想的变压变量供水系统中，在用水 点，其扬程恒定，属于恒压供水。在实际建筑中，用水点是多处，不是一处，因此很难确定何处是恒压用水点。变压变量 供水系统没有通用性，在工程上很少应用。一种实用的变压变 量供水系统叫做准变压变量供水系统；在准变压变量供水系统中，其恒压值

14、随用水流量增加而跃阶上升。例如多泵并联恒 压供水，当一台泵工作，其恒压值为P1；当投入一台泵，其恒压值自动变为P1P1；当二、三、四台泵投入，其恒压值分 别自动变为P1P1P2，P1P1P2P3，P1P1 P2P3P4，。其中P1，P1，P2，P3，P4， 可按需要设定；因此，准变压变量系统（设备）的供水特性可以 十分接近理想的变压变量供水特性，具有优良的节能效果，这种供水系统（设备）具有通用性。例如国际上著名的ABB供水专用 变频器就具有上述的准变压变量供水控制功能。 事实上，在建筑供水当中，准变压变量供水模式也很少应 用，因为在实际使用当中，很难给出P1，P2，P3等等 的具体参数。 1、

15、什么是变频器？ 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 变频器常见故障及预防措施1 引言随着自动化控制技术和电力电子技术的创新发展，以及节能减排已成为时代共识的大形势下，变频控制技术作为目前世界上最有效的节能技术之一，变频器等节能产品在电气应用领域得到了快速发展，尤其是近几年来发展速度更加快速，每年的增长速度均超过10%以上。以胜利油田孤东采油厂为例，2005年全厂在用各种变频控制设备仅为210台，到2008年初，油田各种变频控制设备应用数量已达到480余台，变频器应用总数增长了130%。如何保证在用的各种变频器的工作运行质量，减少变频器的故障时间，保持节

16、能设备的长效性，已越来越成为采油厂的一项重要研究课题。笔者结合我厂在用变频器的现场运行情况和变频器维修实际工作，谈一谈变频器常见故障及预防措施，与同行们作一交流探讨。2 变频器目前应用情况目前胜利油田孤东采油厂在用各种变频器480余台，其中6kv高压变频器1台，660v中压变频器约20台，其余460余台为低压变频器，约总全厂总数的95%左右。从变频器应用生产方面来看，用途非常广泛，几乎覆盖了油田生产的各个领域。6kv高压变频器主要用于2300kw的大功率离心注水泵，660v中压变频器主要用于油井的大功率电潜泵和电潜螺杆泵，低压变频器的应用几乎涉及到油田低压电气系统各个方面，如注聚泵（往复泵和离

17、心泵）站、注水泵（柱塞泵）站、注汽站（柱塞泵）、掺水泵（离心泵）站、输油泵（离心泵、单螺杆泵和双螺杆泵）站、供水泵（离心泵）站、排涝站（离心泵）、污水泵（离心泵）站、压缩机、鼓风机、游梁式抽油机、螺杆泵油井、水力喷射泵油井、油电加热管、油电加热杆以及中央空调系统等，其中注聚泵站达到270余台，约占低压变频器总数的58%。我厂早期使用的变频器以国外品牌的为主，主要有abb、罗宾康，日本的富士、安川、三垦、东芝和日立，德国的西门子、施耐德，但近两年来随着国产变频器在控制技术、功能、可靠性等方面的提高，国产变频器的应用数量得到逐步提高，主要有春日、西子、惠丰、安邦信、佳灵、森兰、华为等品牌。3 变频

18、器的节能特征变频器节能特征主要表现在调速节能、提高功率因数节能和软启动节能三个方面。3.1 变频调速节能变频器变频节能主要体现在泵、风机、压缩机等用电设备降低功率运行，减少有功功率上。为了保证生产的可靠运行，各生产设备在设计配用动力驱动时，都留有一定的富裕量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成了电能的浪费。风机、泵类等设备的传统调节方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给流量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的节流过程中，而变频器是当今最好的电机调速控制设备，调节流量是通过控制泵或风机的转速来完成。由液体力学可知，p

19、（功率）=q（流量）h（压力），流量q与转速n的一次方成正比，压力h与转速n的平方成比例下降，而此时电机轴输出功率p与n的立方关系下降，即电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所以当所要求的流量q减少时，可调节变频器输出频率使电机转速n按比例降低。这时，电机功率p将按n的三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门的开度节能40%-60%。3.2 提高功率因数节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率供电能力的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部有滤波电容的作用，得到了有效的无功补偿，从而减少了无功

20、损耗，提高了电网的功率因数，增加了电网的供配电能力。3.3 实现电机软启动节能绝大多数电机为直接启动或y/d启动，启动电流为4到7倍的额定电流，这样对机电设备和供电电网造成严重的冲击，启动时产生的大电流和震动对挡板、阀门的损害极大，对管线、设备的使用寿命极为不利，而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流最大值也不会超过电机的额定电流值，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备的使用寿命，既节省了设备的维护费用，又实现了节能降耗。4 变频器常见故障胜利油田孤东采油厂自2005年开展变频控制设备维修工作以来，已累计完成各种变频控制设备达到220余台次，维修设备总功率达到近1

21、0000kw。从维修情况来看，变频控制设备发生故障或器件损坏的特征，主要表现为两大类：一类是在生产连续运行过程中，变频器突然出现自动停机现象，变频器控制面板的液晶显示器随即显示出相应的设备故障代码，维修技术人员可以根据设备故障显示代码，严格按照变频器使用说明书上提供的故障原因指倒查找方法，进行一步一步地查找和分析，找出故障真正原因，然后采取相对的对策措施加以解决。这类故障一般是由于变频器运行参数不合理、或者是变频器生产运行工况发生改变、现有工况条件已不适合原变频器调试运行设置参数，不能满足变频器正常使用要求所产生的一种变频器自动保护停机现象，在故障排除前有的变频器出于设备安全运行考虑不能重新启

22、动，有的变频器可以重新开机，但会出现频繁自动停机现象；另一类是由于使用环境恶劣，高温、导电粉尘引起的短路、潮湿引起的绝缘性能降低或击穿，变频器因使用年限较长造成元件老化损坏、电网系统工作不正常造成变频器主板电路、电源电路故障等问题，严重时可能会出现打火、爆炸等异常现象发生。具体表现为以下几个方面：4.1 变频器控制电路故障主要包括主控制电路板、开关电源板、功率变换器、滤波电容等控制电路的故障。该故障主要表现为+5v、+12v直流开关电源电路烧坏、整流桥滤波电容击穿、中间直流回路故障、igbt功率变换器因过热烧坏、控制电路板输出继电器烧坏、驱动电路故障、充放电电路故障等。4.2 变频器冷却直流风

23、扇的故障风扇属于易损件，对连续工作的场合，其工作寿命一般为25年，但由于油田生产场合多数在野外，受风沙、盐碱等不良环境影响，直流风扇的故障是油田应用变频器故障最频繁的一个。同时，由于变频器品牌和型号较多，各种变频器所选择的直流风扇的额定电流和大小也各不相同，不能实现相互通用，这给现场维修工作带来较大不便。4.3 大容量滤波电容故障对长期连续运行的变频器一般情况下，应25年更换维护一次大容量滤波电容，否则就容易出现电容故障。电容故障主要因击穿产生漏液、鼓包等现象，达不到平滑直流的工作要求。4.4 控制器操作面板故障该故障多数故障特征为操作面板无显示或操作键失灵故障，现场变频器故障维修主要有操作面

24、板与主机连接线断路、操作面板接头松动、操作键老化以及操作键操作锁定等原因引起。4.5 变频器外围控制电路器件的故障变频器本身无故障，但外部控制电路发生故障。主要表现有交流接触器、各种继电器、空气开关、plc、谐波抑制器、变频柜散热交流风扇、保险熔断丝、现场显示仪表和报警电路器件等控制电路器件的故障。4.6 变频器安装位置不合理、变频柜整机设计不合理主要表现在变频柜整机内部过于狭窄，散热通风效果差，导致散热不良；部分变频器工作环境恶劣，变频柜内风沙和尘土集聚较多，严重影响变频器正常运行，甚至造成停机故障；变频柜散热导流交流风扇属于易损件，使用寿命一般为2年左右，尤其在夏天，由于部分变频柜安装在野

25、外或者室内的周围环境温度较高的场所，通风散热系统一旦不畅，就会引起变频器过热停机报警频发等现象的发生。4.7 功率不匹配，造成“小马拉大车”问题而产生的变频器故障由于变频器节能改造投入时生产工艺条件要求，变频器在低功率下运行，考虑到投入资金成本，当时选择了变频器功率小于电机额定功率，但随着生产运行参数的变化，需要在较高频率下运行，就出现了“小马拉大车”问题，最终导致变频器长时间在过负荷下运行，而产生主控电路故障，不能正常运行。如用于孤东油田一号联合站的污水外输泵和三号联合站污水提升泵的3台变频器，以及新滩油田kd18号油气水处理站用于注水泵的1台abb变频器等。4.8 变频器驱动电路故障造成驱

26、动电路损坏的原因有各种各样的，一般来说出现的问题也无非是u、v、w三相无输出，或者输出不平衡，再或者是输出平衡，但在低频运行的时候出现抖动，还有启动报警等故障现象。5 变频器主要故障原因及预防措施由于使用方法不正确或调试运行参数设置不合理，将容易造成变频器误动作及停机故障报警，不能满足现场生产工作要求，为确保变频节能控制设备的良好运行，做好对变频器故障原因分析和预防工作非常必要。变频器在正常使用6-10年后，就进入故障频率的高发期，经常出现元器件烧坏、失效、保护停机功能频繁动作等故障现象，严重影响其正常运行。5.1 外部的电磁感应干扰易造成的故障如果变频器周围存在干扰，它们将通过辐射或电源线侵

27、入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得尤其必要。具体解决办法有：一是尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；二是变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊、大功率动力设备接地混用；三是变频器输入安装噪声滤波器，避免由电源线引入干扰。5.2安装工作环境问题造成的故障变频器属于电子控制器件装置，在其规格使用说明书中有详细安装使用环境的要求，实际使用中应尽量按要求进行。振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施；潮湿、腐蚀性气体及灰尘等将造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而

28、形成短路；温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，特别是半导体器件，过热将直接导致器件损坏，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇，加强日常维护保养，确保通风导流器件的良好运行。目前油田在用变频器由于多数工作环境条件较差，冷却风扇损坏的比较多，应加强及时更新和维护，尤其高温季节应提前制定预防措施，避免因散热扩空气流通不畅而导致变频器过热报警停机等现象的发生。5.3 变频器运行参数设置不合理引起的故障该类故障主要表现为起动时并不立即发生故障跳闸，而是在生产运行过程中发生故障跳闸。分析产生故障的原因可能有：(1) 泵工作状态不稳定；(2) 管线压力过

29、大；(3) 升速时间设定太短；(4) 减速时间设定太短；(5) 转矩补偿设定较大；(6) 引起低速时空载电流过大；(7) 电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起误动作；(8) 对供电电源电压的要求设定太高。预防措施及解决办法：根据生产工艺参数的变化，及时进行变频器的重新调试，调整变频器的各个相应生产运行参数。5.4 主板及主控制电路的故障(1) 整流桥电路故障；(2) 逆变桥电路故障；(3) 中间直流电路故障；(4) 充电电路故障；(5) 控制电路故障；(6) 驱动电路故障；(7) 滤波电容故障；(8) 主板、电源板的其它故障。预防措施及解决办法：加强主板及主控制电路日常维护和保养，定

30、期清扫灰尘，保持主板及主控制电路良好的通风能力。当发生故障时，及时更换相应元器件，甚至主控电路板，确保变频器正常运行。5.5 维护不当或不及时造成的故障部分变频器故障是由设备操作管理人员维护不当或维护不及时引起的，有些变频器长期缺乏正常日常维护，造成变频器内灰尘多、元器件老化加速，故障频发。预防措施及解决办法有：(1) 加强变频器的规范化使用管理，建立变频器的日常保养维护制度设立专人负责保养，具体内容有做好运行数据记录和故障记录，定期测量变频器及电机的运行数据，包括变频器输出频率，输出电流，输出电压，变频器内部直流电压，散热器温度，工作环境温度、湿度等参数，与合理数据对照比较，以利于提早发现故

31、障隐患；变频器如发生故障跳闸，务必记录故障代码和跳闸时变频器的运行工况，以便于具体分析故障原因。(2) 加强日常检查最好每半月检查一次，检查、记录运行中的变频器输出三相电压，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录变频器的三相输出电流，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录散热器温度，工作环境温度；察看变频器有无异常振动、声响，风扇是否运转正常。(3) 加强变频器的日常保养做到变频器每季度保养一次，要及时清除变频器内部的积灰、脏物，将变频器保持清洁，操作面板清洁光亮；在保养的同时要仔细检查变频器内有无发热变色部分，阻尼电阻有无开裂，电解电容有无膨胀、漏液、防爆孔突出等现象，pcb板有无异常，有没有发热烧黄部位等。(4) 加强对变频器操作、管理人员的变频器维护知识培训提高他们的现场维护能力，避免因维护不当或不及时而造成故障的发生。6 结束语变频器是一种集电力电子、微电子技术、电气传动技术、计算机技术等于一体的高科技产品，但它也和其它产品一样，也有一定的使用寿命。使用、维护好变频器是延长其寿命的主要措施。为此，加强对变频器操作、管理、维护人员的变频器知识培训，提高他们的现场操作、维护水平是十分必要的。