1、 應用篇變頻器在工程應用中需要注意的幾個問題引言隨著通用變頻器市場的日益繁榮,不包括O EM進口變頻器,中國通用變頻器年用量超過25 億元人民幣,變頻器及其附屬設備的安裝、調試、日常維護及維修工作量劇增,給用戶造成重大直接和間接損失。本文就針對造成以上問題的原因,根據大量用戶的實際應用情況,從應用環境、電磁干擾與抗干擾、電網質量、電機絕緣等方面進行了分析,提出了一些改進的建議。2 工作環境問題在變頻器實際應用中,由于國內客戶除少數有專用機房外,大多為了降低成本,將變頻器直接安裝于工業現場。工作現場一般是灰塵大、溫度高,在南方還有濕度大的問題。對于線纜行業還有金屬粉塵,在陶瓷、印染等行業還有腐蝕

2、性氣體和粉塵,在煤礦等場合,還有防爆的要求等等。因此必須根據現場情況做出相應的對策。2.1 變頻器的安裝設計基本要求(1 變頻器應該安裝在控制柜內部。(2 變頻器最好安裝在控制柜內的中部;變頻器要垂直安裝,正上方和正下方要避免安裝可能阻擋排風、進風的大元件。(3 變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部、底部、或者隔板、或者必須安裝的大元件等的最小間距,應該大于300mm。柜內安裝變頻器的基本要求(4 如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤,則變頻器面板的鍵盤孔,一定要用膠帶嚴格密封或者采用假面板替換,防止粉塵大量進入變頻器內部。(5 對變頻器要進行定期維護,及時清理內部的粉塵等。(6 其它的基本安裝、使用

3、要求必須遵守用戶手冊上的有關說明;如有疑問請及時聯系相應廠家技術支持人員。2.2 防塵控制柜的設計要求在多粉塵場所,特別是多金屬粉塵、絮狀物的場所使用變頻器時,采取正確、合理的防護措施是十分必要的,防塵措施得當對保證變頻器正常工作非常重要。總體要求控制柜整體應該密封,應該通過專門設計的進風口、出風口進行通風;控制柜頂部應該有防護網和防護頂蓋出風口;控制柜底部應該有底板和進風口、進線孔,并且安裝防塵網。 (1 控制柜的風道要設計合理,排風通暢,避免在柜內形成渦流,在固定的位置形成灰塵堆積。(2 控制柜頂部出風口上面要安裝防護頂蓋,防止雜物直接落入;防護頂蓋高度要合理,不影響排風。防護頂蓋的側面出

4、風口要安裝防護網,防止絮狀雜物直接落入。(3 如果采用控制柜頂部側面排風方式,出風口必須安裝防護網。(4 一定要確保控制柜頂部的軸流風機旋轉方向正確,向外抽風。如果風機安裝在控制柜頂部的外部,必須確保防護頂蓋與風機之間有足夠的高度;如果風機安裝在控制柜頂部的內部,安裝所需螺釘必須采用止逆彈件,防止風機脫落造成柜內元件和設備的損壞。建議在風機和柜體之間加裝塑料或者橡膠減振墊圈,可以大大減小風機震動造成的噪音。(5 控制柜的前、后門和其他接縫處,要采用密封墊片或者密封膠進行一定的密封處理,防止粉塵進入。(6 控制柜底部、側板的所有進風口、進線孔,一定要安裝防塵網。阻隔絮狀雜物進入。防塵網應該設計為

5、可拆卸式,以方便清理、維護。防塵網的網格要小,能夠有效阻擋細小絮狀物(與一般家用防蚊蠅紗窗的網格相仿;或者根據具體情況確定合適的網格尺寸。防塵網四周與控制柜的結合處要處理嚴密。(7 對控制柜一定要進行定期維護,及時清理內部、外部的粉塵、絮毛等雜物。維護周期可根據具體情況而定,但應該小于23 個月; 對于粉塵嚴重的場所,建議維護周期在1個月左右。防塵控制柜的安裝要求2.3 防潮濕霉變的控制柜的設計要求多數變頻器廠家內部的印制板、金屬結構件均未進行防潮濕霉變的特殊處理,如果變頻器長期處于這種狀態,金屬結構件容易產生銹蝕,對于導電銅排在高溫運行情況下,更加劇了銹蝕的過程。對于微機控制板和驅動電源板上

6、的細小銅質導線,由于銹蝕將造成損壞,因此,對于應用于潮濕和和含有腐蝕性氣體的場合,必須對于使用變頻器的內部設計有基本要求,例如印刷電路板必須采用三防漆噴涂處理,對于結構件必須采用鍍鎳鉻等處理工藝。除此之外,還需要采取其它積極、有效、合理的防潮濕、防腐蝕氣體的措施。(1 控制柜可以安裝在單獨的、密閉的采用空調的機房,此方法適用控制設備較多,建立機房的成本低于柜體單獨密閉處理的場合,此時控制柜可以采用如上防塵或者一般環境設計即可。(2 采用獨立進風口。單獨的進風口可以設在控制柜的底部,通過獨立密閉地溝與外部干凈環境連接,此方法需要在進風口處安裝一個防塵網,如果地溝超過5m以上時,可以考慮加裝鼓風機

7、。(3 密閉控制柜內可以加裝吸濕的干燥劑或者吸附毒性氣體的活性材料,并近期更換。3 干擾問題3.1 變頻器對微機控制板的干擾在注塑機、電梯等的控制系統中,多采用微機或者 PLC進行控制,在系統設計或者改造過程中,一定要注意變頻器對微機控制板的干擾問題。由于用戶自己設計的微機控制板一般工藝水平差,不符合 EMC國際標準,在采用變頻器后,產生的傳導和輻射干擾,往往導致控制系統工作異常,因此需要采取必要措施。(1 良好的接地。電機等強電控制系統的接地線必須通過接地匯流排可靠接地,微機控制板的屏蔽地,最好單獨接地。對于某些干擾嚴重的場合,建議將傳感器、I/O 接口屏蔽層與控制板的控制地相連3。(2 給

8、微機控制板輸入電源加裝E MI濾波器、共模電感、高頻磁環等,成本低。可以有效抑制傳導干擾。另外在輻射干擾嚴重的場合,如周圍存在G SM、或者小靈通機站時,可以對微機控制板添加金屬網狀屏蔽罩進行屏蔽處理。微機控制板的電源抗干擾措施(3 給變頻器輸入加裝E MI濾波器,可以有效抑制變頻器對電網的傳導干擾,加裝輸入交流和直流電抗器L1、L2,可以提高功率因數,減小諧波污染,綜合效果好。在某些電機與變頻器之間距離超過100m 的場合,需要在變頻器側添加交流輸出電抗器L3,解決因為輸出導線對地分布參數造成的漏電流保護和減少對外部的輻射干擾。一個行之有效的方法就是采用鋼管穿線或者屏蔽電纜的方法,并將鋼管外

9、殼或者電纜屏蔽層與大地可靠連接。請注意,在不添加交流輸出電抗器 L3 時,如果采用鋼管穿線或者屏蔽電纜的方法,增大了輸出對地的分布電容,容易出現過流。當然在實際中一般只采取其中的一種或者幾種方法。減小變頻器對外部控制設備的干擾措施(4 對模擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號進行電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統設計過程中,建議盡量不要采用模擬控制,特別是控制距離大于 1M,跨控制柜安裝的情況下。因為變頻器一般都有多段速設定、開關頻率量輸入輸出,可以滿足要求。如果非要用模擬量控制時,建議一定采用屏蔽電纜,并在傳感器側或者變頻器側實現遠端一點接地。如果干擾仍舊嚴重,需要實現 DC/DC 隔離措施。

10、可以采用標準的D C/DC模塊,或者采用V/F轉換,光藕隔離再采用頻率設定輸入的方法。3.2 變頻器本身抗干擾問題當變頻器的供電系統附近,存在高頻沖擊負載如電焊機、電鍍電源、電解電源或者采用滑環供電的場合,變頻器本身容易因為干擾而出現保護。建議用戶采用如下措施:(1 在變頻器輸入側添加電感和電容,構成L C濾波網絡。(2 變頻器的電源線直接從變壓器側供電。(3 在條件許可的情況下,可以采用單獨的變壓器。(4 在采用外部開關量控制端子控制時,連接線路較長時,建議采用屏蔽電纜。當控制線路與主回路電源均在地溝中埋設時,除控制線必須采用屏蔽電纜外,主電路線路必須采用鋼管屏蔽穿線,減小彼此干擾,防止變頻

11、器的誤動作。(5 在采用外部模擬量控制端子控制時,如果連接線路在1M 以內,采用屏蔽電纜連接,并實施變頻器側一點接地即可;如果線路較長,現場干擾嚴重的場合,建議在變頻器側加裝 DC/DC隔離模塊或者采用經過V/F轉換,采用頻率指令給定模式進行控制。(6 在采用外部通信控制端子控制時,建議采用屏蔽雙絞線,并將變頻器側的屏蔽層接地(PE,如果干擾非常嚴重,建議將屏蔽層接控制對于R S232通信方式,注意控制線路盡量不要超過15m,電源地(GND。如果要加長,必須隨之降低通信波特率,在100m 左右時,能夠正常通信的波特率小于600bps。對于RS485 通信,還必須考慮終端匹配電阻等。對于采用現場

12、總線的高速控制系統,通信電纜必須采用專用電纜,并采用多點接地的方式,才能夠提高可靠性。4 電網質量問題在高頻沖擊負載如電焊機、電鍍電源、電解電源等場合,電壓經常出現閃變;在一個車間中,有幾百臺變頻器等容性整流負載在工作時,電網的諧波非常大,對于電網質量有很嚴重的污染,對設備本身也有相當的破壞作用,輕則不能夠連續正常運行,重則造成設備輸入回路的損壞。可以采取以下的措施:集中整流的直流共母線供電方式(1 在高頻沖擊負載如電焊機、電鍍電源、電解電源等場合建議用戶增加無功靜補裝置,提高電網功率因數和質量。(2 在變頻器比較集中的車間,建議采用集中整流,直流共母線供電方式。建議用戶采用12 脈沖整流模式

13、。優點是,諧波小、節能,特別適用于頻繁起制動、電動運行與發電運行同時進行的場合。(3 變頻器輸入側加裝無源LC 濾波器,減小輸入諧波,提高功率因數,成本較低,可靠性高,效果好。(4 變頻器輸入側加裝有源P FC裝置,效果最好,但成本較高。5 電機的漏電、軸電壓與軸承電流問題變頻器驅動感應電機的電機模型,C sf 為定子與機殼之間的等效電容, Csr 為定子與轉子之間的等效電容,Crf 為轉子與機殼之間的等效電容,Rb 為軸承對軸的電阻;Cb和Z b為軸承油膜的電容和非線性阻抗。高頻P WM脈沖輸入下,電機內分布電容的電壓耦合作用構成系統共模回路,從而引起對地漏電流、軸電壓與軸承電流問題。漏電流

14、主要是 PWM 三相供電電壓極其瞬時不平衡電壓與大地之間通過C sf產生。其大小與PWM的d v/dt大小與開關頻率大小有關,其直接結果將導致帶有漏電保護裝置動作。另外,對于舊式電機,由于其絕緣材料差,又經過長期運行老化,有些在經過變頻改造后造成絕緣損壞。因此,建議在改造前,必須進行絕緣的測試。對于新的變頻電機的絕緣,要求要比標準電機高出一個等級。軸承電流主要以三種方式存在:dv/dt 電流、EDM(Electric Discharge Machining電流和環路電流。軸電壓的大小不僅與電機內各部分耦合電容參數有關,且與脈沖電壓上升時間和幅值有關。dv/dt 電流主要與P WM的上升時間t

15、r 有關,tr越小,dv/dt 電流的幅值越大;逆變器載波頻率越高,軸承電流中的d v/dt電流成分越多。EDM電流出現存在一定的偶然性,只有當軸承潤滑油層被擊穿或者軸承內部發生接觸時,存儲在電子轉子對地電容C rf上的電荷(1/2Crf×Urf通過軸承等效回路R b、Cb和Z b對地進行火花式放電,造成軸承光潔度下降,降低使用壽命,嚴重地造成直接損壞。損壞程度主要取決于軸電壓和存儲在電子轉子對地電容C rf的大小。環路電流發生在電網變壓器地線、變頻器地線、電機地線及電機負載與大地地線之間的回路(如水泵類負載中。環路電流主要造成傳導干擾和地線干擾,對變頻器和電機影響不大。避免或者減小

16、環流的方法就是盡可能減小地線回路的阻抗。由于變頻器接地線(PE 變頻器一般與電機接地線(PE 電機1連接在一個點,因此,必須盡可能加粗電機接地電纜線徑,減小兩者之間的電阻,同時變頻器與電源之間的地線采用地線銅母排或者專用接地電纜,保證良好接地。對于潛水深井泵這樣的負載,接地阻抗Z E電機2可能小于Z E變壓器與Z E變頻器之和,容易形成地環流,建議斷開Z E變頻器,抗干擾效果好。在變頻器輸出端串由電感、RC 組成的正弦波濾波器是抑制軸電壓與軸承電流的有效途徑。目前有多家廠家可提供標準濾波器。MicroMaster 440變頻器在電梯控制系統中的應用一、系統概述電梯行業是一個特種行業,國家對電梯

17、的設計、制造、安裝以及使用都有詳細的國家標準。電梯的主要部分有土建、機械和電氣等組成,機械部分有導軌、轎廂、對重、鋼絲繩以及其他機械部分。電氣部分有主控制板,變頻器、曳引機等部分構成。電梯的運行在主控制板的指令控制變頻器,有變頻器驅動曳引機帶動轎廂運行。變頻器作為電梯中系統的核心部件,對電梯的安全可靠的運行是非常重要的。同時系統也對變頻器有一些特殊的要求。許多公司針對電梯的特殊要求,推出了電梯專用變頻器來滿足電梯的特殊要求。而西門子的通用多功能變頻器M M440采用具有現代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT作為功率輸出器件,具有很高的運行可靠性和功能的多樣性,采用脈沖頻率可選的專用脈寬

18、調制技術,可使曳引機在低噪聲下運行,系統更加平穩。全面而完善的保護功能為系統提供了可靠而良好的保護性能,高性能的矢量控制技術,有多種控制方式靈活選用,適用不同的領域。在電梯控制系統中,采用的是閉環矢量控制。具有快速的動態響應特性和超強的過載能力。眾多的自由功能模塊通過 BICO(二進制互聯連接組成了大量資源供用戶使用,從而完成復雜的多種控制。正是MM440強大而靈活的功能可以勝任電梯控制系統的要求。通過M M440驅動異步曳引機構成的電梯系統完全滿足國標GB7588-2003電梯制造與安裝規范,GB/T10058-1997電梯技術條件的要求。二、系統的組成和基本原理電梯是一個復雜的系統,本文就

19、針對由MM440和曳引機主控板組成的電氣控制系統進行介紹。如圖1所示。電源經空氣開關Q接電源接觸器K MC之后連接到變頻器的進線端R ST,變頻器出線端UVW經接觸器KMY連接到曳引機構成了系統的主供電回路。在上電后主控制板閉合KMC一直帶電,為變頻器自身提供電源和系統動力。并且使變頻器初始化,并把初始化的結果通過G Z節點輸出給主控制板,而運行接觸器KMY平時是斷開的,在電梯需要啟動時在啟動K MY使曳引機帶電。在曳引機的驅動軸上安裝有旋轉編碼器,經過屏蔽線接到變頻器的信號輸入端P GP、PGM、PFA、PFB構成閉環控制,同時也把輸出信號也經過屏蔽線接到主控制板A PCR的型號輸入端,以便

20、主控制板控制電梯的正常運行。 圖1電氣系統原理圖MM440變頻器采用多段速控制方式,主控制板A PCR根據內選以及外呼等命令,計算出要去的目的樓層,此時首先閉合K MY,根據上行或者下行命令接通F WD或者R EV,使變頻器建立勵磁,輸出轉矩。變頻器輸出運行信號R UN,之后經過一定的時間打開抱閘YB。再根據啟動設置不同的段速輸出到多段速端子SS1、SS2、SS3。變頻器就會按照預先設定的速度曲線控制曳引機運行。停止時主控制板APCR首先在預定的減速距離把運行多段速改為爬行速度輸出給變頻器數字輸入端子S S1、SS2、SS3,變頻器就會按設定的速度曲線控制曳引機到爬行速度,到將要平層時首先去掉

21、多段速信號,然后下閘,最后去掉方向信號,完成一次啟停過程。下面就分析變頻器是如何根據A PCR的命令完成電梯的控制的。三、MM440變頻器的設置和應用根據電梯的速度、曳引比以及電梯的載重來確定曳引機的轉速和功率,當曳引機的功率和電壓確定之后,變頻器的選型要和曳引機想匹配,一般是選取大于曳引機功率的上一個檔次的數據來選擇。不能小也不能太大,太大不但造成成本的上升,而且導致控制精度的降低。使整個系統的性能下降。直接按圖1接好線后,變頻器是不能運行的,必須對變頻器進行正確的設置。首先是變頻器的快速調試,這是變頻器"能轉起來"的基本步驟。快速調試的目的是完成變頻器最基本的設置,決定

22、變頻器的基本工作方式的選擇,對曳引機的參數進行"學習",使變頻器和曳引機匹配起來,更加精確的完成控制控制任務。在快速調試中,要輸入曳引機的基本參數,包括電壓、 電流、功率、功率因數、額定頻率等參數,根據 MM440的數據手冊要求按曳引機名牌上的數據輸入,其他的幾個重要參數 P0300要選擇異步電機,命令源P0700選用數字量輸入方式,選擇2,并且在之后的調試中使P0701P0708設置為17,各個數字量輸入按照設定功能進行參數化。P1300 控制方式選擇23,帶傳感器的矢量轉矩控制,這樣才能滿足電梯控制的要求。按照步驟最后在 P3900中輸入3快速調試結束并進行電動機的數據

23、計算。變頻器的快速調試完成之后,這只是第一步,還不能控制電梯的運行還要進行多段速的設置,RUN信號的輸出設置,以及閉環控制的PI 制設置、S 速度曲線的各個時間的設置等等。變頻器每次上電后要進行本身的初始化工作,由于所選用的功能模塊不同,很可能在沒有完全初始化完成后前輸出變頻器準備好,可以工作的信號,這時若有呼梯信號主板就會輸出給變頻器信號驅動電梯運行,這就造成系統的不正常工作,給安全運行帶來危害。為確保變頻器完全初始化好,對信號經過一個定時器延時輸出,同時主板要求變頻器輸出的信號為保持型的,為此在把信號經一個R S觸發器保持,如圖2所示。此時,真正的"Ready"信號就是RS-觸發器的輸出r2841了,將r2841連接到輸出端子上即可(例如,P0733=2841。 圖3多段速輸出選定多段速的選擇與實現是利用參數P0722.0P0722.7存放了數字輸入17的狀態,如圖3所示當把P701P703設置為17后,變頻器會自動把圖3種的參數設置為如下的值:P1020=722.0,P1021=722.1,P1022=722.2。當輸入狀態變化時,會選擇 P1001P10016中的速度值防御參數r1024中,再把r1024的值連接到主給定通道上作為多段速的輸出值。當主控制板通過端子輸入