怎么樣提高變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性

1 將從三個方面來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)廠商如何根據(jù)用戶高可靠性的要求制造出性能穩(wěn)定，運行可靠，價格合理的產(chǎn)品滿足市場需求也是這個產(chǎn)品或這個產(chǎn)業(yè)能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

具體要求有下列幾項:

① 變頻器的電路結(jié)構(gòu)應(yīng)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(lián)。因為串聯(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(shù)接近計算值，沒有一定的余量，存在僥幸心理，結(jié)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(jìn)的功率模塊是否正品？是否名牌廠商產(chǎn)品？目前國內(nèi)IGBT功率模塊還無法滿足高壓變頻器的要求，但從國外購進(jìn)IGBT，其質(zhì)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(biāo)不合格而被篩選下來的產(chǎn)品。其二，國內(nèi)一般不具備嚴(yán)格的動態(tài)測試設(shè)備。那些未經(jīng)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(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(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，影響順利開車，變頻器柜內(nèi)設(shè)有低壓電加熱器(電熱絲加熱，紅外線電加熱或遠(yuǎn)紅外線電加熱裝置)。當(dāng)變頻器停役時，自動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，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(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 變頻器出廠前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)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(shù)要求的器件，并經(jīng)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(jìn)行48-72小時連續(xù)運行考驗，要求特別可靠的場合進(jìn)行7晝夜(24*7=168小時)考驗，其考核條件為:

　　a.帶負(fù)載試驗(不是空載或輕載)

　　b.具備實際應(yīng)用場合的溫度和相對濕度。

　　凡經(jīng)試驗檢測符合技術(shù)規(guī)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(jù)生產(chǎn)機器負(fù)荷要求和電動機規(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，甚至無法運轉(zhuǎn)。

　　首先根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，正確選用變頻器類型。總的原則就是什么性質(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，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(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?N C(常數(shù))。典型設(shè)備如機床及卷繞機構(gòu)。

　　當(dāng)然有些變頻器廠商的產(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比來實現(xiàn)，并沒有恒功率性能的變頻器。

　　歸納起來，選用變頻器型號應(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)機水泵負(fù)載，反過來，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)電動機名牌額定參數(shù)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(shù)，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(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。實踐中往往發(fā)生輸出電流已超過，但輸出功率并未超過，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) 一對一單電動機變頻調(diào)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(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) 多電動機變頻調(diào)速方式(多電機共用一臺大變頻器)

　　比如，有N臺相同參數(shù)的電動機，同期起動電動機為K臺，最大電流狀況是當(dāng)(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(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?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(shù)值，再查產(chǎn)品目錄，確定變頻器的規(guī)格。

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

　　隨著變頻技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了小變頻器多電機方案(實質(zhì)類同1對1變頻調(diào)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(qū)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(yīng)有良好的運行環(huán)境和維護(hù)保養(yǎng)

　　盡管選用了高質(zhì)量的變頻器，并且變頻驅(qū)動系統(tǒng)匹配也正確，如果希望獲得長周期安全穩(wěn)定運行，還應(yīng)有一個良好運行環(huán)境以及做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。

　　(1) 變頻器應(yīng)有的運行環(huán)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(jié)露)環(huán)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(diào)節(jié)的環(huán)境里，溫度控制在25±3℃，相對濕度RH≤70%-75%。實踐證明，置于空調(diào)環(huán)境下變頻器的故障機率要比沒有空調(diào)環(huán)境變頻器少得多，系統(tǒng)的可靠性增加很多。

　　另外，變頻器的空調(diào)最好采用獨立專用空調(diào)，避免使用車間空調(diào)或中央空調(diào)，因為中央空調(diào)、車間空間會把空氣中的油污，灰塵和腐蝕性氣體進(jìn)入變頻器柜內(nèi)，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。

　　① 日常運行巡檢項目，主要檢查有無異常現(xiàn)象。例如冷卻系統(tǒng)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(shù)是否正常。

　　② 定期維修--變頻器停役后進(jìn)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(huán)節(jié))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(guī)定3-5年運行后，應(yīng)將電介電容器強制更換。

　　b. 冷卻風(fēng)扇及過濾網(wǎng)清理。2-3年運行后，冷卻風(fēng)扇也應(yīng)強制更換。

　　c. 印刷電路板是否腐蝕損壞。最好進(jìn)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(jìn)行清洗，燥干和噴膜處理，修復(fù)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(shù)，取得良好的效果--修復(fù)后再也沒有發(fā)生類似故障。當(dāng)然在進(jìn)行噴膜處理時，特別要注意保護(hù)好各類接插件口，不要讓膜層保護(hù)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(jié) 語

　　采用交流變頻調(diào)速的目的:一是生產(chǎn)上要求，提高產(chǎn)量和質(zhì)量;另一是風(fēng)機水泵調(diào)速節(jié)能。提高變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性非常重要，一方面從提高變頻器本身的產(chǎn)品質(zhì)量，把好設(shè)計、選元器件，制作、安裝，試驗等環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)，另一方面如何匹配變頻器以及做好日常維護(hù)保養(yǎng)工作也不容忽視。