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    提高變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性

    放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):137
    核心提示:

    下面將從三個(gè)方面來(lái)討論如何提高變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性。
    (1) 提高變頻器本身質(zhì)量和可靠性。
    變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)商如何根據(jù)用戶(hù)高可靠性的要求制造出性能穩(wěn)定,運(yùn)行可靠,價(jià)格合理的產(chǎn)品滿(mǎn)足市場(chǎng)需求也是這個(gè)產(chǎn)品或這個(gè)產(chǎn)業(yè)能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
    具體要求有下列幾項(xiàng):
    ① 變頻器的電路結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)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(lián)。因?yàn)榇?lián)系統(tǒng)的可靠度減小(N次冪)、而串聯(lián)系統(tǒng)的失效率增大(N倍)。雖然并聯(lián)系統(tǒng)有利于可靠性的提高,減少失效率,增長(zhǎng)裝置的平均壽命,但是目前電力電子器件的電流可達(dá)3KA--4KA水平,所以不并聯(lián)也可以使用了,目前主要問(wèn)題是電力電子器件的耐壓水平進(jìn)一步提高后,電力電子器件就可以不串不并,便會(huì)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(guó)某變頻器制造商曾說(shuō):“功率模塊充分降額使用可以換來(lái)裝置的可靠性”。反之,所選功率模塊參數(shù)接近計(jì)算值,沒(méi)有一定的余量,存在僥幸心理,結(jié)果會(huì)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(gòu)進(jìn)的功率模塊是否正品?是否名牌廠(chǎng)商產(chǎn)品?目前國(guó)內(nèi)IGBT功率模塊還無(wú)法滿(mǎn)足高壓變頻器的要求,但從國(guó)外購(gòu)進(jìn)IGBT,其質(zhì)量又不盡如人意。其一,根本不可能購(gòu)到軍需品(軍品)和一等品(正品),大多屬于有某1-2個(gè)指標(biāo)不合格而被篩選下來(lái)的產(chǎn)品。其二,國(guó)內(nèi)一般不具備嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備。那些未經(jīng)挑選的功率模塊,沒(méi)有通過(guò)電熱老化處理。不合格的功率模塊裝到整機(jī)上,發(fā)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(yīng)有充分的通風(fēng)量和冷卻措施。保證在允許結(jié)溫下運(yùn)行,離允許結(jié)溫愈低,變流裝置的可靠性愈高。
    功率模塊冷卻方式可以風(fēng)冷,水冷以及先進(jìn)的熱管技術(shù)。不論何種方式,需將整流變壓器和變流裝置損耗產(chǎn)生的熱量帶走,保持允許的結(jié)溫。
    根據(jù)裝置的容量,損耗大小,制造商提出必須的通風(fēng)量。

    [注] 1)、新鮮冷空氣,從變頻器柜底部送入,由箱體頂部排出。空氣逆方向流過(guò)(自上而下)是不允許的。
    2)、變頻器柜下部進(jìn)風(fēng)處應(yīng)設(shè)置過(guò)濾網(wǎng),防灰塵和油霧等雜質(zhì)進(jìn)入柜內(nèi)。
    保證變頻器必需的通風(fēng)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(guò)允許結(jié)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(huán)境,還應(yīng)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(nèi)受潮,絕緣下降,影響順利開(kāi)車(chē),變頻器柜內(nèi)設(shè)有低壓電加熱器(電熱絲加熱,紅外線(xiàn)電加熱或遠(yuǎn)紅外線(xiàn)電加熱裝置)。當(dāng)變頻器停役時(shí),自動(dòng)地將電加熱器投入工作,確保箱內(nèi)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(dòng),不牢靠),以焊接代替接線(xiàn)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(wú)接線(xiàn)獨(dú)特結(jié)構(gòu)的電力電子功率模塊,提高產(chǎn)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(chǎng)前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格地帶載試驗(yàn)和48-72小時(shí)性能考核。一臺(tái)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(shù)要求的器件,并經(jīng)過(guò)測(cè)試篩選,清除不可靠的元器件外,出廠(chǎng)前必須使變頻器帶電運(yùn)行考驗(yàn)。一般要進(jìn)行48-72小時(shí)連續(xù)運(yùn)行考驗(yàn),要求特別可靠的場(chǎng)合進(jìn)行7晝夜(24*7=168小時(shí))考驗(yàn),其考核條件為:
    a.帶負(fù)載試驗(yàn)(不是空載或輕載)
    b.具備實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的溫度和相對(duì)濕度。
    凡經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)符合技術(shù)規(guī)范,并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間考核的變頻器出廠(chǎng)投運(yùn)以后,都會(huì)有很高的可靠性。

    2 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)器負(fù)荷要求和電動(dòng)機(jī)規(guī)格參數(shù),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(dāng),組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)也不可能達(dá)到很高的可靠性,甚至無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn),為此,我們必須:
    首先根據(jù)負(fù)荷性質(zhì),正確選用變頻器類(lèi)型?偟脑瓌t就是什么性質(zhì)負(fù)載特性配什么特性的變頻器。
    (1) 恒轉(zhuǎn)矩生產(chǎn)設(shè)備--在調(diào)速范圍內(nèi),負(fù)載力矩基本恒定不變。應(yīng)選具有恒轉(zhuǎn)矩性能的變頻器。其過(guò)載能力為150%額定電流維持1分鐘。
    (2) 平方轉(zhuǎn)矩生產(chǎn)設(shè)備--在調(diào)速范圍內(nèi),負(fù)荷力矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比,即M∝n2,離心式風(fēng)機(jī),水泵為它的典型代表。具有M∝n2特性的變頻器其過(guò)載能力較小,110%-120%額定電流過(guò)載1分鐘,
    (3) 恒功率負(fù)荷生產(chǎn)設(shè)備-在調(diào)速范圍內(nèi),轉(zhuǎn)速低力矩大;轉(zhuǎn)速高力矩小,即M&#8226;N C(常數(shù))。典型設(shè)備如機(jī)床及卷繞機(jī)構(gòu)。
    當(dāng)然有些變頻器廠(chǎng)商的產(chǎn)品不分恒轉(zhuǎn)矩和平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,是通用型的。兩種負(fù)荷都可選用。恒功率負(fù)荷特性是依靠V/F比來(lái)實(shí)現(xiàn),并沒(méi)有恒功率性能的變頻器。

    歸納起來(lái),選用變頻器型號(hào)應(yīng)與負(fù)載力矩相適應(yīng)。恒轉(zhuǎn)矩特性的變頻器可以用于風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載,反過(guò)來(lái),平方轉(zhuǎn)矩特性的變頻器絕不能用于恒轉(zhuǎn)矩特性的負(fù)載。
    其次根據(jù)電動(dòng)機(jī)名牌額定參數(shù)來(lái)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(gè)參數(shù),因?yàn)殡娏﹄娮幽K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(méi)有直接關(guān)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(shí)踐中往往發(fā)生輸出電流已超過(guò),但輸出功率并未超過(guò),結(jié)果造成電力電子功率模塊燒毀的故障。因此,應(yīng)主要考慮電流指標(biāo)。
    變頻調(diào)速主電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式多種多樣,如何選用匹配呢?
    (1) 一對(duì)一單電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方式。
    因?yàn)樽冾l器具有軟起動(dòng)(低壓低頻起動(dòng)--逐步升壓升頻升速),不存在沖擊電流現(xiàn)象。
    因此選用IEINV≥(1.1-1.2)IE motor
    按確定的IEINV電流值,查產(chǎn)品目錄,可找到合適的變頻器
    (2) 多電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方式(多電機(jī)共用一臺(tái)大變頻器)
    比如,有N臺(tái)相同參數(shù)的電動(dòng)機(jī),同期起動(dòng)電動(dòng)機(jī)為K臺(tái),最大電流狀況是當(dāng)(N-K)臺(tái)電機(jī)已起動(dòng)完畢,處于高頻高壓運(yùn)行之下,最后K臺(tái)電機(jī)直接起動(dòng)(直接起動(dòng)電流很大,異步電機(jī)5-7倍,永磁同步電機(jī)10-14倍,設(shè)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&#8226;IE motor]
    b)IEINV b≥(1.1-1.2)[(N-K)&#8226;IE motor +K&#8226;IQ motor]
    在IEINV和IE INV選擇電流大的數(shù)值,再查產(chǎn)品

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