淺談變頻器在工業生產中的應用與維護

藍桃生

（紫金礦業集團股份有限公司，福建 龍巖 364200）

根據三相異步交流電動機轉速公式n=60f/p(1-s) ，在電動機磁極對數、轉差率一定的情況下，三相交流電動機工作頻率和電動機轉速呈正比，通過改變電動機的工作頻率從而改變電動機轉速。正基于此，變頻器就是通過改變電源頻率方式來控制電動機轉速的電力控制設備，并根據實際負荷或生產工藝需要進行調整輸出功率大小，避免大馬拉小車現象。變頻器內部整流濾波電路結構特點，其功率因數可達0.95 以上，提高了節能效果，同時也提高了負載設備工作穩定性和使用壽命的作用，且變頻器與PLC、工控軟件等能靈活組成自動化控制系統，在工業自動化生產中得到了廣泛應用。本文立足于此，首先淺談變頻器在工業生產中的應用，之后就變頻器在日常運行過程出現的故障與維護措施進行闡述。下圖為變頻器基本原理圖

圖1 變頻器維護系統

1 變頻器在工業生產中的應用

近年來，隨著我國自動化技術的迅速發展，工業自動化取得了長足的進步。變頻器由于性能穩定、節能環保、性價比高，在工業各個領域得到了廣泛的應用，它為交流異步電動機驅動的設備大范圍、高質量地調速提供了全新的方案[1]。大規模應用變頻器，提高了供電電網的功率因數、減少無功功率，更多的節約了能源。

1.1 變頻器在工業水泵中的應用

在企業生產中，由于工藝流程設計需要工業用水，水泵成為工業生產中不可缺少的設備。水泵的電能消耗也是日漸增加，水泵運行是否穩定、節能也成了企業降本增效的另一途徑。早期水泵配套啟動設備采用自耦降壓啟動柜，由于自耦降壓啟動柜自身的特點，在啟動過程中容易出現電流過大、啟動時間過長造成燒壞自耦降壓變壓器和電動機，給工業正常生產帶來影響，需對水泵啟動電氣控制設備進行技術升級改造。

在我礦保障車間一級水站技術改造中充分考慮了選用設備技術先進性、穩定性與節能等因素，成功完成泵站技術改造。原水泵站設計采用二用二備的方式進行抽水，采用自耦降壓柜啟動，在實際運行中，易出現啟動困難，啟動電流大、對電網沖擊大等現象，造成電網供電質量下降，功率因數低，甚至燒壞水泵電機等不利情況。采用變頻器替換原自耦降壓啟動柜，同時充分考慮到變頻器輸出波形中含有較多的高次諧波，高次諧波會增加原Y 系列異步電動機運行電流，將其更換為YE3－315L2-2超高效率電動機（二級能耗，相比Y 系列電機節能6%以上），其本身功率因數可達0.91，效率為95.5%，且Y 系列電動機是國家強制淘汰機電目錄產品，屬于高耗能落后機電設備，這樣既響應了國家節能政策，同時也為企業增加運行經濟效益。泵站經采用變頻器啟動新技術升級改造，提高了低壓配電系統功率因數，功率因數由原先的0.85 提高到0.95 以上，同時減少了對電網沖擊，提高了供電質量，電動機運行平穩高效、電機溫升降低，長期運行經濟效果明顯。

由于礦區生活用水需要，泵站新增第二水源取水點，距離原水泵值班室3 公里多，操作人員無法在控制室集中控制水泵啟動，迫切需要對泵站進行自動化改造，以適應生產生活用水需求，同時增強變頻器實際應用效果。考慮控制系統技術可行，經濟適用原則，結合實際，采用西門子S7-200 系列小型PLC 與昆侖通態TPC7062觸摸屏實現變頻器遠程控制啟停水泵控制方案。操作人員直接通過操作觸摸屏就可對變頻器運行頻率、水泵起停時間、周期等進行設定，按生產工藝要求適時降低變頻器運行頻率，優化運行參數，合理選擇水泵開停機時間，避峰填谷，進一步增強節能效果。同時在高位水池安裝高低液位傳感器，通過設定高低液位報警閥值，其開關量信號經光收發器轉換經光纖傳輸到集中控制室，通過PLC 自動控制水泵啟停，實現泵站自動抽水，大大增強了變頻器在工業生產中的作用。

1.2 變頻器在半自磨機中的應用

變頻器啟動、調速的性能優良，使其在工業生產中得到了廣泛應用。在我礦銅礦第三選礦廠磨礦用的6500KW 半自磨機電機由于需要調速運行且根據不同的礦脈，不同的礦石，調節磨機的轉速，達到最佳磨合效果的要求，同時提高生產效率。如果轉速過快，礦石會因為離心力緊貼著磨機的外壁不會墜落，與磨機壁發生粘連，無法達到破碎的目的。如果轉速太低，墜落時的高度低，或者墜落的礦石量過小，破碎效果不好，會影響產量。為了能對半自磨機速度進行調整，使礦石能夠在較合適的位置自由墜落，達到最佳破碎的效果，同時還可以提高生產率，考慮到半自磨機電機功率較大，如果電機直接啟動，顯然會對電網和機械設備產生沖擊影響，采用了東芝三菱TMdrive-MVG2 系列高壓變頻器的最佳方案，實現了半自磨機的重載啟動，在實際生產中保證了生產穩定正常運行，產生了實際應用效益。

表1 變頻器主要電路檢查周期及檢查方法

1.3 變頻器在磨礦生產工藝流程中的應用

變頻器在選礦廠磨礦生產工藝流程中扮演了重要角色，隨處可見其身影。磨浮系統有兩個系列、兩臺球磨機和兩臺旋流器。磨礦工藝流程為磨浮車間粉礦倉通過振動放礦機放礦，通過8#、11#皮帶輸送機轉運到球磨機進行磨礦，其中球磨機磨礦后的物料進入渣漿池，然后通過底流的渣漿泵輸送至旋流器分級，旋流器溢流進入浮選，旋流器沉砂返回球磨機再磨。任一環節必須連貫正常運行，否則易造成系統停機停產，給生產造成損失。變頻器的應用很好解決流程是否順暢問題。粉礦倉的振動放礦機采用變頻器對激振電機進行調速，調整放礦機振動幅值，從而控制放礦量。通過改變變頻器的運行頻率調整皮帶運輸機運行速度，達到適量給礦的目的，以滿足工藝要求。渣漿池底流通過安裝液位計可實時顯示液位，并經設定的液位值控制變頻器啟停渣漿泵。

變頻器具備良好的擴展性、接口通用性，通過增加通訊板卡，將其通訊接口與現場DCS 系統建立通訊，設備網與現場通訊總線組成完整的自動控制系統，在中控室即可起停變頻器，同時可實時在中控室電腦屏幕上顯示電機電流、流體流量、變頻器運行狀態以及故障報警信息等，增強了變頻器在自動控制系統中的應用價值。

2 變頻器的常見故障及檢查維護

隨著變頻器在現代化企業生產中大規模應用，為確保變頻器正常穩定運行，變頻器初期安裝、敷設電纜線路規范性以及日常的維護保養必不可少。如變頻器正確的接地，既可以使系統有效地抑制外來干擾，又能降低變頻器本身對外界的干擾，電動機和變頻器之間電纜穿鋼管敷設或用鎧裝電纜，信號線屏蔽層不接到電機或變頻器的地，而應該接到控制線路的公共端的地。電機電源線和控制信號線單獨敷設，避免交叉，當不能避免時，必須垂直交叉，以減少互相間干擾影響。日常生產中，掌握變頻器運行故障解決方法及日常檢查維護方法顯得尤為重要，同時對電氣技術人員的技術水平提出了更高的要求，下面對變頻器使用過程出現的故障以及檢查維護方法方面進行闡述。

（1）變頻器運行一段時間后，啟動或運行過程中易出現過流故障，導致變頻器停機。首先檢查電機是否有故障，檢測電機線圈對地電阻是否正常，然后檢查變頻器輸出端電力電纜絕緣電阻、長度等。一般情況下，如果電纜絕緣降低會造成對地有泄漏電流，可能會引起變頻器檢測電路保護，同時電機電纜的長度過長也會造成變頻器運行過程中出現過流現象。原因是由于電纜越長，電纜之間或電纜對地之間的電容也越大，變頻器的輸出電壓含有豐富的高次諧波，所以會形成高頻電容接地電流，對變頻器的運行產生影響。按實際應用經驗，電纜長度超過200 米時，可在變頻器與電動機之間增加功率匹配的交流電抗器，吸收諧波和增大電源或負載的阻抗，達到抑制諧波的目的，以減少傳輸過程中的電磁輻射，減少電纜對地漏電流。所以在安裝變頻器時，應充分考慮變頻器與電機間的電纜長度，以保證電纜的總長度在變頻器允許的范圍內，以減少對變頻器運行造成影響。

（2）變頻器運行出現超溫報警停機故障。首先檢查柜頂風機是否工作正常以及變頻器本身內部散風扇是否正常運行，過濾網是否堵塞，環境溫度是否過高等。散熱風扇的葉片積塵、雜物卡塞等都會導致風扇運行不正常，散熱回路不暢引起整流模塊、IGBT 大功率管本身熱量無法及時排出，導致散熱片局部溫升過高，內部檢測電路動作進行報警停機。日常做好變頻器控制柜、周圍環境整潔，保持環境溫度適宜，長期運行的變頻器，通常需要3 年一次的周期更換散熱風扇，另外檢查時如發現變頻器散熱風扇有異常聲音、振動，需及時更換散熱風扇，以保證變頻器散熱良好。

（3）為使變頻器正常穩定運行，需定期進行維護保養。如定期清掃空氣過濾器冷卻風道及內部灰塵，控制主板除塵，檢查螺絲釘、螺栓以及接插件等是否松動，以及檢測輸入輸出電抗器的對地及相間電阻是否有短路現象（正常阻值應幾十兆歐以上），導體及絕緣體是否有腐蝕現象等。為維護好變頻器，應了解并掌握變頻器主電路的檢查方法，下面表格列出了變頻器主要電路檢查周期及檢查方法。

3 總結

隨著變頻器技術的高速發展，其應用已滲透到各行各業，提高了工業生產自動化程度，給企業生產帶來便捷與效益，掌握變頻器的維護技術以及做好變頻器的日常維護保養顯得尤為重要，這樣才能管好、用好設備，為企業的平穩發展增添動力。