怎么樣提高變頻調速系統的可靠性

怎么樣提高變頻調速系統的可靠性

1 將從三個方面來討論如何提高變頻調速系統的可靠性。

(1)提高變頻器本身質量和可靠性。

　　變頻器生產廠商如何根據用戶高可靠性的要求制造出性能穩定，運行可靠，價格合理的產品滿足市場需求也是這個產品或這個產業能否持續發展的關鍵。

具體要求有下列幾項:

① 變頻器的電路結構應力求簡單可靠

　　a.首選采用真正的高一高(交-直-交)直接變頻主電路。

　　b.功率單元愈少愈好，盡量避免功率單元和電力電子器件的串聯。因為串聯系統的可靠度減小(N次冪)、而串聯系統的失效率增大(N倍)。雖然并聯系統有利于可靠性的提高，減少失效率，增長裝置的平均壽命，但是目前電力電子器件的電流可達3KA--4KA水平，所以不并聯也可以使用了，目前主要問題是電力電子器件的耐壓水平進一步提高后，電力電子器件就可以不串不并，便會大大提高變頻器的可靠性。

② 變頻器中電力電子模塊的選用--耐壓和電流額定值必須具有充分的裕度。外國某變頻器制造商曾說:“功率模塊充分降額使用可以換來裝置的可靠性”。反之，所選功率模塊參數接近計算值，沒有一定的余量，存在僥幸心理，結果會造成變頻器功率模塊燒毀。

究其原因不外兩方面:

(1)功率模塊所選耐壓和電流額定太小。

(2)所購進的功率模塊是否正品？是否名牌廠商產品？目前國內IGBT功率模塊還無法滿足高壓變頻器的要求，但從國外購進IGBT，其質量又不盡如人意。其一，根本不可能購到軍需品(軍品)和一等品(正品)，大多屬于有某1-2個指標不合格而被篩選下來的產品。其二，國內一般不具備嚴格的動態測試設備。那些未經挑選的功率模塊，沒有通過電熱老化處理。不合格的功率模塊裝到整機上，發生故障甚至燒毀也在情理之中。

③ 變頻器中電力電子模塊應有充分的通風量和冷卻措施。保證在允許結溫下運行，離允許結溫愈低，變流裝置的可靠性愈高。

　　功率模塊冷卻方式可以風冷，水冷以及先進的熱管技術。不論何種方式，需將整流變壓器和變流裝置損耗產生的熱量帶走，保持允許的結溫。

　　根據裝置的容量，損耗大小，制造商提出必須的通風量。

[注] 1)、新鮮冷空氣，從變頻器柜底部送入，由箱體頂部排出?？諝饽娣较蛄鬟^(自上而下)是不允許的。

2)、變頻器柜下部進風處應設置過濾網，防灰塵和油霧等雜質進入柜內。

　　保證變頻器必需的通風量(米3/分或CFM)目的是為了散熱冷卻，使功率模塊正常工作，不致于超過允許結溫。另外有些工礦地處沿海、江和湖泊或是鹽霧，潮濕和腐蝕氣體環境，還應有防潮，防腐措施，例如，為了防止停役幾天或幾周后，變頻器柜內受潮，絕緣下降，影響順利開車，變頻器柜內設有低壓電加熱器(電熱絲加熱，紅外線電加熱或遠紅外線電加熱裝置)。當變頻器停役時，自動地將電加熱器投入工作，確保箱內去濕和干燥。④ 變頻器必須制作精良，連接牢靠。

具體要求:

　　a.連接件要少，盡量避免插件方式(易松動，不牢靠)，以焊接代替接線端子，盡量少用電位器。

　　b.采用大面積整塊印刷電路板。

　　c.采用無接線獨特結構的電力電子功率模塊，提高產品的可靠性。

　　d.合理布局。例如:整流變壓器與變流裝置之間的隔熱以及防電磁干擾措施;高壓與低壓之間的光電隔離和采用光纜傳輸。

⑤ 變頻器出廠前應進行嚴格地帶載試驗和48-72小時性能考核。一臺變頻器由大量電氣元器件組裝而成。除了選用名牌和正品的符合技術要求的器件，并經過測試篩選，清除不可靠的元器件外，出廠前必須使變頻器帶電運行考驗。一般要進行48-72小時連續運行考驗，要求特別可靠的場合進行7晝夜(24*7=168小時)考驗，其考核條件為:

　　a.帶負載試驗(不是空載或輕載)

　　b.具備實際應用場合的溫度和相對濕度。

　　凡經試驗檢測符合技術規范，并通過長時間考核的變頻器出廠投運以后，都會有很高的可靠性。

2 根據生產機器負荷要求和電動機規格參數，正確選擇變頻器形式及容量匹配

　　如果單有變頻器本體的高可靠性，而變頻器選型和容量匹配不適當，組成的變頻調速系統也不可能達到很高的可靠性，甚至無法運轉。

　　首先根據負荷性質，正確選用變頻器類型?？偟脑瓌t就是什么性質負載特性配什么特性的變頻器。

　　(1) 恒轉矩生產設備--在調速范圍內，負載力矩基本恒定不變。應選具有恒轉矩性能的變頻器。其過載能力為150%額定電流維持1分鐘。

　　(2) 平方轉矩生產設備--在調速范圍內，負荷力矩與轉速的平方成正比，即M∝n2，離心式風機，水泵為它的典型代表。具有M∝n2特性的變頻器其過載能力較小，110%-120%額定電流過載1分鐘。

　　(3) 恒功率負荷生產設備-在調速范圍內，轉速低力矩大;轉速高力矩小，即M?N C(常數)。典型設備如機床及卷繞機構。

　　當然有些變頻器廠商的產品不分恒轉矩和平方轉矩負載，是通用型的。兩種負荷都可選用。恒功率負荷特性是依靠V/F比來實現，并沒有恒功率性能的變頻器。

　　歸納起來，選用變頻器型號應與負載力矩相適應。恒轉矩特性的變頻器可以用于風機水泵負載，反過來，平方轉矩特性的變頻器絕不能用于恒轉矩特性的負載。

　　其次根據電動機名牌額定參數來匹配變頻器容量

　　通常匹配原則:PEINV≥PEmotor(kW)
　　IEINV≥1.1-1.2IEmotor(A)

　　重視電流這個參數，因為電力電子模塊的功耗是IX△U(電流與管壓降之積)，與變頻器的輸出電壓大小并沒有直接關系。而變頻器的輸出功率是它與輸出電壓、輸出電流之積成正比。實踐中往往發生輸出電流已超過，但輸出功率并未超過，結果造成電力電子功率模塊燒毀的故障。因此，應主要考慮電流指標。

　　變頻調速主電路結構應用形式多種多樣，如何選用匹配呢？

(1) 一對一單電動機變頻調速方式。

　　因為變頻器具有軟起動(低壓低頻起動--逐步升壓升頻升速)，不存在沖擊電流現象。

　　因此選用IEINV≥(1.1-1.2)IE motor 按確定的IEINV電流值，查產品目錄，可找到合適的變頻器

(2) 多電動機變頻調速方式(多電機共用一臺大變頻器)

　　比如，有N臺相同參數的電動機，同期起動電動機為K臺，最大電流狀況是當(N-K)臺電機已起動完畢，處于高頻高壓運行之下，最后K臺電機直接起動(直接起動電流很大，異步電機5-7倍，永磁同步電機10-14倍，設為IQ motor)。

　　選用變頻器的充分且必要的條件是:
　　a)IEINV a≥(1.1-1.2)[N?IE motor]
　　b)IEINV b≥(1.1-1.2)[(N-K)?IE motor +K?IQ motor]

　　在IEINV和IE INV選擇電流大的數值，再查產品目錄，確定變頻器的規格。

(3) 共用直流電源的多逆變器多電機變頻調速方式(逆變器與電機仍屬于1對1方式

　　隨著變頻技術的進步，出現了小變頻器多電機方案(實質類同1對1變頻調速)和共用直流電源方案(多個逆變器共用一套直流電源，一個逆變器驅動一臺電機。)

　　共用直流電源電流計算公式: IE con≥(1.1-1.2)[IE motor1+ ……+IE motorn]或(1.1-1.2)?N?IE motor

3 變頻器應有良好的運行環境和維護保養

　　盡管選用了高質量的變頻器，并且變頻驅動系統匹配也正確，如果希望獲得長周期安全穩定運行，還應有一個良好運行環境以及做好設備維護保養。

　　(1) 變頻器應有的運行環境

　　幾乎所有的變頻器制造廠商都說，可以在0-40℃溫度，相對濕度RH≤95%(不結露)環境下工作。但是，為了變頻器更有利的運行，希望變頻器置于空氣調節的環境里，溫度控制在25±3℃，相對濕度RH≤70%-75%。實踐證明，置于空調環境下變頻器的故障機率要比沒有空調環境變頻器少得多，系統的可靠性增加很多。

　　另外，變頻器的空調最好采用獨立專用空調，避免使用車間空調或中央空調，因為中央空調、車間空間會把空氣中的油污，灰塵和腐蝕性氣體進入變頻器柜內，引起變頻器電力電子、微電子(IC集成電路)元器件的損壞。

(2) 加強每天的巡檢及定期維修。

　?、?日常運行巡檢項目，主要檢查有無異?，F象。例如冷卻系統異常、過熱、變色、異味、異聲和異常振動。定時抄錄變頻器的輸入和輸出的電氣參數是否正常。

　?、?定期維修--變頻器停役后進行斷電維修。除了清掃和緊固接線端子外，重點維修項目(即變頻器薄弱環節)有:

　　a.電介電容器是否變形和滲漏電介液;是否腐蝕印刷電路板，造成絕緣電阻下降，引起IC軟故障。國外廠商規定3-5年運行后，應將電介電容器強制更換。

　　b. 冷卻風扇及過濾網清理。2-3年運行后，冷卻風扇也應強制更換。

　　c. 印刷電路板是否腐蝕損壞。最好進行噴膜處理，可以抗腐蝕性，增強絕緣性能。我們公司某化纖廠對安川變頻器印板進行清洗，燥干和噴膜處理，修復了幾十臺損壞的變頻器，并在東芝變頻器十多臺上推廣這個噴膜處理技術，取得良好的效果--修復后再也沒有發生類似故障。當然在進行噴膜處理時，特別要注意保護好各類接插件口，不要讓膜層保護劑噴入，以免引起接觸不良。具體做法，接插件口可先用遮蓋劑或塑料膠帶遮后再噴膜。

4 結 語

　　采用交流變頻調速的目的:一是生產上要求，提高產量和質量;另一是風機水泵調速節能。提高變頻調速系統的可靠性非常重要，一方面從提高變頻器本身的產品質量，把好設計、選元器件，制作、安裝，試驗等環節的質量關，另一方面如何匹配變頻器以及做好日常維護保養工作也不容忽視。