變頻器供電下電機(jī)的參數(shù)設(shè)置及運(yùn)行故障分析

摘要隨著電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)和生活中的廣泛使用，變頻器在使用的過(guò)程中其特性令電機(jī)有新的變化。此外，變頻常會(huì)遇到因個(gè)別參數(shù)的設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致電機(jī)不能正常工作。因此要掌握變頻器的參數(shù)設(shè)置，了解變頻器常見故障，做好檢查防范工作保證電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞電動(dòng)機(jī) 變頻器 參數(shù)設(shè)置 運(yùn)行故障

中圖分類號(hào):TM3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1 電動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

電動(dòng)機(jī)是通過(guò)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作的機(jī)械。隨著電力自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用，在常見旋轉(zhuǎn)電機(jī)的理論基礎(chǔ)上研制出了很多種類不同的控制電機(jī)。控制電機(jī)具有可靠性高﹑精確度準(zhǔn)﹑快速響應(yīng)的特點(diǎn)，并且在電機(jī)學(xué)科已經(jīng)形成了一個(gè)獨(dú)立分支。電動(dòng)機(jī)的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，它是應(yīng)用最多的動(dòng)力機(jī)械，也是最主要的用電設(shè)備，可以作為拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力。根據(jù)電源電流的不同旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類，其中交流電機(jī)又有同步電機(jī)和異步電機(jī)之分。

從電力拖動(dòng)的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)大類。電動(dòng)機(jī)種類不同其類型也有區(qū)別，交、直流兩種拖動(dòng)方式在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。直流電力拖動(dòng)是在交流電出現(xiàn)之前，唯一的一種電力拖動(dòng)方式。在20世紀(jì)初期，交流電機(jī)投入使用，因其具有經(jīng)濟(jì)且適用的優(yōu)點(diǎn)，交流電力拖動(dòng)在各種工業(yè)活動(dòng)中得到了極為廣泛的應(yīng)用，同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，一些大型加工制造行業(yè)，特別是冶金工業(yè)和精密機(jī)械加工工業(yè)的生產(chǎn)流程和技術(shù)工業(yè)的進(jìn)步，對(duì)電力拖動(dòng)在制動(dòng)，調(diào)速精度及正反轉(zhuǎn)等方面提出了更高的要求。由于在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，交流電力拖動(dòng)比直流電力拖動(dòng)更難以達(dá)到這些要求，因此自上個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在高精度、可調(diào)速與可逆性的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)交流電力拖動(dòng)則僅僅用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，其他系統(tǒng)幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)的方式。

2 電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理

電機(jī)是利用磁場(chǎng)和帶電導(dǎo)體間的相互作用而把電能變?yōu)闄C(jī)械能。其結(jié)構(gòu)主要包括兩部分:轉(zhuǎn)子和定子。電機(jī)中固定的部分叫做定子，在其上面裝設(shè)了成對(duì)的直流勵(lì)磁的靜止的主磁極;而旋轉(zhuǎn)部分叫轉(zhuǎn)子即電樞鐵心，在上面要裝設(shè)電樞繞組，通電后產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，充當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。然后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。目前較常用的主要是交流電動(dòng)機(jī)，它可分為兩種:第一種是三相異步電動(dòng)機(jī);第二種是單相交流電動(dòng)機(jī)。異步電機(jī)多用在工業(yè)生產(chǎn)上，而交流電機(jī)多用在民用電器上。三相繞線式異步電機(jī)的特性是啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)扭矩大，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)速度。它適用于啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)和啟動(dòng)較頻繁的場(chǎng)合，被廣泛應(yīng)用于礦山、化工等各領(lǐng)域的球磨機(jī)、破碎機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備中。電機(jī)轉(zhuǎn)速公式:N=60f/p(1-s) (此公式適合所有的交流電機(jī)調(diào)速)P―電機(jī)極對(duì)數(shù);s―電機(jī)轉(zhuǎn)差率;f―電機(jī)工作電源頻率;N―電機(jī)同步轉(zhuǎn)速;根據(jù)公式可以得出要想改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以從以下三點(diǎn)入手:(1)改變電機(jī)的極對(duì)數(shù);(2)電機(jī)工作電源頻率;(3)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率;但是不同的調(diào)速方式除了改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速就是不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。

3 變頻器的運(yùn)行及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置

變頻器的每個(gè)參數(shù)都有一定的選擇范圍，因?yàn)樵O(shè)定參數(shù)非常多，故在使用的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因其個(gè)別參數(shù)的設(shè)置不當(dāng)，而導(dǎo)致變頻器無(wú)法進(jìn)行正常工作的現(xiàn)象。因此變頻器相關(guān)參數(shù)的設(shè)置主要有以下幾點(diǎn):一是電機(jī)的參數(shù)。變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、轉(zhuǎn)速、電壓、最大頻率，這些參數(shù)都可以在電機(jī)銘牌上直接得到;二是最高運(yùn)行頻率。變頻器一般運(yùn)行頻率最高到400 Hz，對(duì)一般的電機(jī)來(lái)說(shuō)，它的軸承是不能在超額定的轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行的，電機(jī)的轉(zhuǎn)子如果長(zhǎng)期承受這樣的離心力，將直接導(dǎo)致電機(jī)的燒毀;三是最低運(yùn)行頻率。即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速。電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很不好，電纜中的電流也會(huì)增大導(dǎo)致電纜發(fā)熱，且電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，最終會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀;四是控制方式。主要有轉(zhuǎn)距控制、PID控制、速度控制或其它方式。采取控制方式后，通常是根據(jù)控制精度來(lái)進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí);五是跳頻。調(diào)頻是在某個(gè)頻率點(diǎn)上發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個(gè)裝置參數(shù)都很高的情況下。在控制壓縮機(jī)時(shí)，要躲避開壓縮機(jī)的喘振點(diǎn);最后是載波頻率。載波頻率參數(shù)設(shè)置得越高其高次諧波分量越大，這和電機(jī)發(fā)熱，電纜的長(zhǎng)度，電纜發(fā)熱以及變頻器發(fā)熱等因素有密切的關(guān)系。

4 變頻器供電下的電機(jī)運(yùn)行條件及常見故障分析

變頻器是一種電能控制裝置，它利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率。目前使用最多的變頻器主要是采用VVVF變頻或矢量控制變頻，先通過(guò)整流器把工頻交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由中間直流環(huán)節(jié)、逆變、整流和控制4個(gè)部分組成。中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，整流部分為三相橋式不可控整流器。

4.1 變頻器供電下的電機(jī)運(yùn)行條件

在變頻器供電情況下，一般常規(guī)的異步電機(jī)的運(yùn)行條件都有非常大的變化，常規(guī)異步電機(jī)基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有三點(diǎn):第一是具有良好的穩(wěn)定運(yùn)行狀況;第二是滿足所需要的啟動(dòng)特性;第三制造簡(jiǎn)便。為了滿足啟動(dòng)的必要條件，通常將轉(zhuǎn)子槽設(shè)計(jì)成雙鼠籠槽或深槽，利用其集膚效應(yīng)增加啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子電阻，從而提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但這樣既增加了制造加工的難度，又降低了電機(jī)穩(wěn)定正常運(yùn)行時(shí)的特性(如降低了效率和功率因素)。對(duì)變頻器供電情況下的異步電機(jī)，當(dāng)頻率下降時(shí)，曲線左移;當(dāng)頻率上升時(shí)，曲線右移。由于可方便地調(diào)頻調(diào)壓，使其機(jī)械特性曲線可以有條件的平移。因此給電機(jī)運(yùn)行帶來(lái)新的變化，主要體現(xiàn)為:

(1)電源頻率變小，電機(jī)機(jī)械特性可隨之左移。這樣可利用調(diào)頻來(lái)直接利用其最大轉(zhuǎn)矩作為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子槽型可以在提高穩(wěn)定運(yùn)行性能的目標(biāo)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(2)變頻器適當(dāng)?shù)刈冾l變壓，從而可將異步電機(jī)調(diào)節(jié)在最佳運(yùn)行點(diǎn)上，即得到最小滑差、高功率因素和最大效率。這樣在保證出力不變的情況下，可用高功率因素和最大效率代替額定功率因素和額定效率，進(jìn)而減輕電機(jī)重量，減小其尺寸和降低成本。

(3)對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓，可對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行矢量控制，在保證足夠的氣隙磁場(chǎng)條件下，能得到最小勵(lì)磁電流，從而同時(shí)提高電機(jī)的功率因數(shù)和效率。

4.2 變頻器供電下常見電機(jī)運(yùn)行故障

(1)電機(jī)發(fā)熱，變頻器顯示過(guò)載:電機(jī)發(fā)熱，變頻器顯示過(guò)載。對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)行的變頻器如果出現(xiàn)這種故障，就必須全面檢查電網(wǎng)故障和負(fù)載的狀況;如果是新安裝的變頻器出現(xiàn)電機(jī)發(fā)熱，變頻器過(guò)載故障，很可能是電機(jī)參數(shù)設(shè)置或者是V/F曲線設(shè)置有問(wèn)題。

(2)變頻器顯示過(guò)流故障:過(guò)流故障可分為恒速、減速、加速過(guò)電流故障。造成該故障的原因可能是變頻器的負(fù)載發(fā)生突變、加減速時(shí)間太短、輸出短路、負(fù)荷分配不均等。這時(shí)一般可通過(guò)減少負(fù)荷的突變、延長(zhǎng)加減速時(shí)間、對(duì)線路進(jìn)行檢查、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)等各種手段減少產(chǎn)生該故障的風(fēng)險(xiǎn)。斷開負(fù)載變頻器之后如果仍舊產(chǎn)生過(guò)流故障，則變頻器的逆變電路已經(jīng)損壞，需要通過(guò)更換變頻器來(lái)處理該故障。

(3)欠壓故障:欠壓是在使用的過(guò)程中經(jīng)常碰到的問(wèn)題。主要是因?yàn)橹骰芈冯妷禾停锌赡苁请妷簷z測(cè)電路發(fā)生故障而出現(xiàn)欠壓?jiǎn)栴}，說(shuō)明變頻器電源輸入部分有問(wèn)題，需檢查后才可以運(yùn)行。

5 結(jié)論

由于電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，對(duì)電能的轉(zhuǎn)換、控制以及高效使用的要求也越來(lái)越高。未來(lái)電動(dòng)機(jī)將會(huì)沿著單位功率體積更小、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率更高、控制更靈活的方向繼續(xù)發(fā)展。變頻器也將呈現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)。

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