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漫谈变频器现场调试
作 者:武汉理工大学 自动化学院 李中年 王保国 刘 琦

1 引言
随着科技不断进步,变频器不断更新、换代、升级、演变,并且其应用亦日益广泛。尤其是变频器的优良调速、节能、软启动等性能,倍受广大用户青睐。作为变频器的使用者,掌握和熟悉变频器的正确现场调试方法与技术要领,这对变频器正常运作,减少故障,延长使用寿命,至关重要。笔者根据多年从事变频器理论研究和实际应用的实践工作体会,提供了下列一些点滴调试经验,与同仁们进行交流,以期抛砖引玉。

2 调试主要步序
调试变频器,主要有下列五大步骤。
2.1变频器系统功用考察
在调试变频之前,必须认真仔细阅读所要调试变频器的使用说明书和相关资料信息,熟悉其使用环境和注意事项。尤其在变频器通电前,要仔细观察和检查变频器是否有明显故障迹象,如它的输入、输出端是否符合说明书要求。特别要注意是否有新的内容增加。
2.2变频器无机空载运行调试
变频器无机(即不连接电动机)空载(即电动机不带负载)运行调试,下列三步是最基本的、亦是最重要的调试操作内容:
(1) 把变频器的接地端子接地以及将其电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上;
(2) 察看变频器显示窗的出厂显示是否正常,若不正确,应复位,否则要求供应商退换;
(3) 熟悉变频器的操作键。
一般的变频器均有run(运行)、 stop(停止)、 prog(编程)、 data/enter(数据/确认)、up▲(增加)、 down▼(减少)等6个键,不同变频器操作键的定义基本相同。此外有的变频器还有monitor/display(监视)、reset(复位)、jog(寸动)、 shift(移位)等功能键,对这些键要进行调试操作。
2.3变频器带机空载运行调试
变频器带机(即接上电动机)空载(即电动机不带负载)调试,下列四步至关重要。
(1) 设置电动机的功率、极对数,以及确定变频器的工作电流。
(2) 设定变频器的最大输出频率与基底频率以及设置电动机转矩特性。压/频(v/f)工作方式的选择包括最高工作频率、基本工作频率(即基底频率)和转矩类型等项目。
●最高频率是指变频器电动机系统可以运行的最高频率,由于变频器自身的最高工作频率可能比较高,当电动机容许的最高工作频率低于变频器的最高工作频率时,应按电动机及其负载的要求进行设定工作的频率。
●基本工作频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线,应按电动机的额定电压进行设定。
●转矩类型指负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的v/f工作方式图和负载特点,选择其中的一种工作方式。通用变频器均备有多条v/f曲线供用户选择,使用时应根据负载性质选择合适的v/f曲线。如果是风机和泵类负载,要将变频器的转矩运行代码设定成变转矩和降转矩运行特性。为了改善变频器启动时的低速性能,使电动机输出转矩能满足生产负载启动要求,要调整启动转矩。在三相异步电动机变频调速系统中,转距的控制比较复杂。在低频段,由于电阻和漏电抗的影响不容忽略,若仍保持v/f为常数,则磁通将减小,从而减小了电动机的输出转矩。因此在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩。一般变频器均由用户进行人工设定补偿。
(3) 将变频器设置为自带键盘操作模式,分别按运行键、停止键,观察电动机能否正常启、停。
(4) 按照变频器使用说明书对其电子热继电器功能进行设定。
电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者额定电流的比值,常用百分数表示。当变频器输出电流超过其容许电流时,过流保护设施将切断变频器的输出。因此,变频器电子热继电器的门限最大值不超过变频器的最大容许输出电流。变频器过载保护设置值可以修改。
2.4变频器负载运行调试
变频器负载(即变频器接上电动机并且电动机带上负载)运行调试,下列五步必须进行。
(1) 手动操作变频器面板上的运行停止键,观察电动机运行停止过程及变频器的显示窗,看是否有异常现象。
(2) 如果启/停电动机过程中变频器出现过流保护动作,则应重新设定加速/减速时间。电动机在加速、减速时的加速度取决于加速转矩,而变频器在启/制动过程中的频率变化率由用户设定。若电动机转动惯量或负载变化按预先设定频率变化率升速或减速时,有可能出现加速转矩不够,从而造成电动机失速,即电动机转速与变频器输出频率不协调,从而造成过电流或过电压。因此需要根据电动机转动惯量和负载合理设定加、减速时间,使变频器的频率变化率能与电动机转速变化率相协调。调试此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定,若在启动过程中出现过流,则可适当延长加速时间;若在制动过程中出现过流,则适当延长减速时间。
(3) 如果变频器在限定的时间内仍然出现过流保护动作,应改变启/停的运行曲线,如从直线改为s形、u形线或反s形、反u形线。当电动机负载惯性较大时,则应采用更长的启/停时间,并且根据其负载特性设定运行曲线类型。
(4) 如果变频器还出现过流保护动作,则应尝试增加最大电流的保护值,但是不能取消保护,应留有至少10%~20%的保护余量。如果此动作依然发生,则应更换较大一级功率的变频器。
(5) 如果变频器带动电动机在启动过程中达不到预设速度,可能有两种原因:
●系统发生机电共振,可从电动机运转的声音进行判断。采用设定频率跳跃值(一般变频器能设定三级跳跃点)的方法,可以避开共振点。v/f控制方式的变频器驱动三相异步电动机时,在某些频率段,电动机的电流、转速会发生振荡,严重时系统无法运行,甚至在加速过程中出现过电流保护,使得电动机不能正常启动,在电动机轻载或转动惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能,用户可根据系统出现振荡的频率点,在v/f曲线上设定跨跳点及跨跳宽度。当电动机加速时可以自动跳过这些频率段,保证系统能够正常运行。
●电动机的转矩输出能力不够,不同品牌的变频器出厂参数设定不同,在相同条件下负载能力不同,也可能因变频器控制方式不同,造成电动机的负载能力不同;或因系统的输出效率不同;造成负载能力会有所差异。对此种情况,可以增加转矩提升量的值。如果达不到,可用手动转矩提升功能,但不要设置过大,电动机这时的温升会增加。如果仍然不行,应改用新的控制方式。
2.5变频器连接上位机的系统调试
在手动的基本设定调试完成后,如果系统中有上位机,将变频器的控制线直接与上位机控制线相连,并将变频器的操作模式改为端子控制。根据上位机系统的需要,调定变频器接收频率信号端子的量程0~5v或0~10v,以及变频器对模拟频率信号采样的响应速度。
2.6变频器控制方式的选择与试用
这里只论述变频器通常采用的两种典型控制方式,即磁通矢量控制方式和压/频(即v/f)控制方式。
(1) 变频器磁通矢量控制方式
三相异步电动机与直流电动机理论上具有相同的转矩产生机理,从磁场与同其垂直的电流相乘积等于转矩这一原理出发,将供给电动机的定子电流分为两个部分,即产生磁场的磁场电流与产生力矩的转矩电流。矢量控制方式就是将定子电流分解成磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将二者合成的电流供给电动机,因此得到与直流电动机相同的控制特性。采用这种控制方式,可以提供足够的启动转矩和充足的低速转矩,特别适用于负荷变化较大的场合。但其运行条件有下列四方面的局限性:
●要求变频器容量的余量一般要比电动机容量大出一个等级;
●对电动机的级数要求较多;
●只能用于单机运行;
●电动机电源线的长度不能过长。
当上述条件不能满足时,就会带来转矩不足或电动机转速波动等一系列问题,所以除非是负荷变化较大的场合,否则推荐使用v/f控制方式。
(2) 变频器的压/频(v/f)控制方式
所谓压/频(v/f),即电压/频率,就是指变频器在控制可变范围内的输出电压和输出频率的比率要保持协调。基底频率是电动机恒转矩特性运转和恒功率特性运转的分界点,因此可根据负载对转矩、功率大小的要求来设定压/频控制方式及特性,从而达到所需控制目的。

3 调试时的注意事项
对变频器进行现场调试时,要注意下列事项:
(1) 注意输出频率范围的设定
变频器输出频率范围的设定,亦就是变频器输出频率的上、下限位值,其设置的目的是为了防止误操作或外界频率设定信号源出故障而引起输出频率过高或过低,以防止损坏机械设备。此设定一般以被控电动机的最大转速或经验值设定。
(2) 注意加速时间的设定
加速时间即输出频率从零上升到最大频率时所需要的时间,减速时间是指从最大频率下降到零所需要的时间。常用频率设定信号的上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时限制频率给定的上升率以防止过电流,减速时设定下降率防止过电压。加速时间设定时还应注意将加速电流限制在变频器过电流容量以下,防止变频器过电流跳闸;减速时间设定时还应注意防止平滑电路的电压过大,不使变频器因再生过电压失速而跳闸。加减速时间可根据负载计算,但是比较繁琐,其简易方法为:根据负载大小,凭经验先设定较长的加减速时间,然后通过运行观察有否过流、过压报警,逐渐缩短设定的时间,以运行中不发出报警为原则,重复操作,确定最佳值。
(3) 注意电动机保护功能的设定
在实际工程中,应将电动机的额定电流作为设定值,此值为电动机过载的基准值。但应注意:用一台变频器控制多台电动机时,此功能设置无效。
(4) 注意igbt关联快速熔断器的选定
igbt是变频器中最重要的器件,它是大功率场效应复合管,生产厂家对它采用半导体快速熔断器进行保护,其熔断时间小于igbt的击穿时间。如果它的性能改变,就会烧毁igbt,因此对快速熔断器型号的选定至关重要。
(5) 注意故障自动复位次数及复位时间的设定
这项设定很重要,在实际运行中,难免会有偶然出现的一些故障,但瞬间就能自动克服,可保障变频器平稳工作而无需寻找故障点。

4 结束语
文中对变频器现场调试具体步骤、方法、技术、要点以及注意事项进行了浅略的论述,虽然实际变频器品种繁多,可能遇到的调试问题亦举不胜举。但是变频器的调试原理和相关技术要点是大同小异的,这就是本文的意图。

作者简介
李中年(1949-) 男 教授 主要研究方向为电力电子技术与电气工程。

参考文献
[1]高永熊. 智能变频器的研制. 武汉理工大学硕士学位论文,2006,5
[2] 熊晶. 智能变频器理论方法与关键技术的研究. 武汉理工大学硕士学位论文,2007,5
[3] 何超. 数字式智能变频器的研究. 武汉理工大学硕士学位论文,2008,5
[4] 丁红剑. 变频器调试要点. 山东煤炭科技,2006
[5] 腾峰,张春玲. 变频器调试的基本步骤. 维护与修理,2003

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