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中低壓變頻器的安裝與調試分析

2014-06-21 22:25:30

標簽：技術文章

來源：上海能墾電氣有限公司

隨著變頻器在工業生產中的日益普及，變頻器作為一種調速節能的產品，已日益受到工礦企業的重視，成為工業生產及生活中不可或缺的工具。在石油、化工、建材、電力、礦山、塑料、冶金、水利等關系國計民生的各行業，變頻器正發揮著強大的作用。據統計，在當前及今后的幾年，變頻器將以10%～15%的銷售速度增長，即每年大約為500～900萬kw，各種功率等級、各種性能、各種用途的變頻器都將為用戶使用。所以如何讓用戶用好變頻器，真正發揮變頻器在調速方便、節能及提高生產工藝方面的優勢，作為變頻器的生產廠家，是首先應考慮的問題。
本文以風光牌變頻器在用戶當中的使用為例，結合筆者在用戶安裝調試過程中所遇到的一些問題，粗略的談一下變頻器的安裝與調試問題，以供廣大的變頻器用戶在使用時參考。
2變頻器的安裝及使用條件
正象其他的電器設備或裝置一樣，變頻器作為一種電力電子設備，同樣有其嚴格的使用條件和應用場合，任何違反產品使用規范的安裝及使用，都將是非法的，不可避免的會帶來設備及人、財、物的損失。
2.1變頻器的使用環境及注意事項
2.1.1變頻器要求的工作環境
(1)工作環境溫度-10℃～+40℃，工作環境的變化應不大于±5℃/h。
(2)相對濕度：空氣的最大相對濕度不超過90%，每小時相對濕度的變化率不超過5%且不得出現凝露。
(3)運行地點無導電或爆炸塵埃，無腐蝕金屬或破壞絕緣的氣體或蒸汽。
(4)變頻器安裝地點所允許的振動條件：
振動頻率10～150hz，振動加速度不大于5m/s2，當變頻器由于安裝臺基振動可能產生共振時，應對變頻器采取減振措施，以避開共振頻率。
(5)交流輸入電源
電壓持續波動不超過±20%。
頻率波動不超過±2%，頻率變化每秒不超過±1%。
三相電壓的不平衡度：負序分量不超過正序分量的5%;
電源諧波成分：電壓相對諧波含量的均方根值不超過10%。
(6)海拔高度：不超過1000m。
2.1.2注意事項
(1)非專業人員不可開蓋開柜門使用或檢測;
(2)變頻器出廠前已作過耐壓試驗，用戶不可也沒有必要再對變頻器進行耐壓試驗;
(3)電動機上不可并接改善功率因數用的大電容;
(4)外殼可靠接地;
(5)不可將三相輸入改成兩相輸入，否則會出現缺相保護;
(6)低頻運行時要考慮電動機自帶風扇效果，潤滑效果情況，高頻運行時要考慮軸承的承受能力。
這些闡述了變頻器安裝的最基本的規則。要深刻理解和熟悉這些規則。
2.2安裝前的準備工作
要安裝好一臺變頻器，使它能正常的運行，達到技術及工藝要求，除了滿足上述基本規則外，還應注意以下幾點：
(1)安裝前首先要熟悉和掌握生產工藝及技術要求，弄清楚其負載狀況，了解變頻器在系統中的作用和地位，是要求節能，還是改進生產工藝，還是二者兼之。某些場合并沒有節能空間，而硬要求變頻器節能，這是不妥當的。
(2)變頻器帶的負載從電氣方面而言首先是電機，因此安裝前首先要對現場的電機有比較清楚的理解，包括額定電壓、額定電流、電機極數、額定功率等，安裝的變頻器必須與之相匹配，有些特殊場合，如負荷較重、海拔超過1000m(即超過標準海拔高度)、煤礦提升機變頻器等，變頻器要比負載電機高出一個甚至兩個功率等級，一般不允許變頻器比負載電機功率等級低，以免變頻器超負荷運行而帶不動或經常過載保護，造成不必要的麻煩。
(3)電機的電氣絕緣安裝前必須進行檢測。絕緣不好的電機不能安裝變頻器。因為變頻器雖然設有短路保護，但瞬間的接地也可能造成某些變頻器的損壞。
(4)安裝前應仔細閱讀變頻器的使用說明書，結合現場工藝要設置哪幾個參數，參數的設置方法等，要熟練掌握。
(5)對于某些場合，特別是要求自動控制的而需要附屬配件的，如供水用的壓力表、傳感器、壓力變送器及一些配套設施，如pid調節儀、溫控儀、定時鐘等，有些還需要遠控裝置，也要熟練掌握。以期能快速的安裝、調試到位。
(6)要嚴格按照變頻器的使用說明書進行配線，包括主線和控制線，某些情況只能高于說明書要求的規格而不能低于。需要壓接接線鼻的地方，要嚴格按要求壓接，規格和工藝要符合標準。
(7)在現代工業控制比較復雜的情況下，還要考慮電磁兼容性問題，要考慮變頻器的干擾與抗干擾，必要時加裝電磁濾波裝置。有些場合電機距離變頻器可能較遠，要考慮加裝輸出電抗器及濾波器。
(8)對于位能負載，如煤礦主井絞車、提升機、電梯類，由于存在再生發電狀態，要考慮加裝制動單元和配套的制動電阻，防止變頻器過壓保護或損壞。
以上這些問題都是我們在安裝變頻器之前要了解和掌握的，不熟悉這些內容，就可能造成變頻器的安裝或調試不順利或根本不成功，造成設備損壞或不能正常使用，這是我們要切記的。
3中壓變頻器的安裝與調試
這里所說的中壓變頻器，是指電壓等級從750v～2300v的變頻器，分為兩個電壓級別，1140v和2300v兩種類型的變頻器。這種類型的變頻器負載一般都是油田上用的潛油電泵，1140v的還有用于抽油機的。我們簡要說一下安裝調試方法。
3.1安裝步驟
(1)接控制線
確認原工頻工作時的工作狀態，首先要了解潛油電泵的工作過程。
潛油電泵是一種深置于井下1000m—3000m的電泵，由于電纜線較長，地面上的供電設備要能補償這部分電纜損耗，因此原工頻裝置要提供比電機額定電壓高出100—300v的供電電壓。
電泵及電纜都是高溫、高壓的設備，在安裝前都要進行絕緣測試。用2500v的兆歐表測試，絕緣電阻不應低于50mω。
要檢測原來的工頻供電的電壓及工作電流，以便調試時參考。
由于油田上潛油電泵下泵的深度不同，潛油電泵供電的電壓就有所不同。因此對應于同一電壓等級的變頻器而言，就有不同的電壓輸入，變頻器的控制電壓就有所不同。為了解決這一問題，筆者在變頻器內部安裝了一個變壓器，對應于不同的電壓輸入，電壓輸出都是一樣的。對于這類變頻器，其輸出都只有220v、110v、380v三組電壓。220v是給控制電路供電的，110v是給電機保護儀供電的，380v是給電壓表供電的。其控制接線如圖2示。
因此要根據原來的供電電壓選擇合適的控制電源接線端子，將原出廠時空出的兩根接線或接在電壓最高端(出廠時按最高電壓試驗)的兩根線接在原電壓等級的端子上，因有兩個變壓器，都要進行改接。如圖3示。
(2)接主線
按配線規格，將電源線接在變頻器的三相輸入(或標記r、s、t)端子上，電機線接在變頻器的三相輸出(或標記u、v、w)端子上，地線接在變頻器上標有“⊥”的端子上。并將相應的羅栓擰緊。
3.2調試
(1)將柜門上的隔離開關拉下，并將柜門上的“變頻啟動”按扭旋開，使其呈斷開狀態。提示送電后，用mf—47型或500型萬用表的高壓擋“2500v”檔測量三相輸入電壓(一定注意安全)，應在規定的范圍內，并三相相互平衡，若不正確，應停電檢查供電電源。
(2)電源正常后，合上隔離開關閘刀，用萬用表檢測控制電源的220v電壓(測量里面的接線插盒即可)是否在規定的范圍內，按其±20%的波動，應在220v±20v范圍內，若超出此范圍，應拉下高壓隔離開關的閘刀，調整控制變壓器的接頭，直至滿足要求為止。
(3)用一個單相插頭取一根線接
控制端子排的“c”端子上，另一頭的兩相插在接線盒上(老機型一根線接在“c”上，另一根線接在“d”上)，合上隔離開關閘刀，變頻器應能送上控制電，面板上顯示“43.21”過幾秒鐘“pro”燈亮(新機型)，或只有“pro”燈亮(老機型)，若不顯示可將插頭反過來重新插一下即可。
(4)面板顯示正常后，可檢查變頻器的控制功能是否正常。用萬用表檢測延時可控硅兩端的電壓(即延時電阻上的電壓)，應在1.00v左右。將變頻器的“開/停機”開關打在“開機”位置，變頻器應能開機，調節“頻率調節”旋扭，變頻器頻率應從“2.00”升至“50.00”。用萬用表測量變頻器的三相輸出端子(這時應從變頻器一側測量，因柜子并沒有接通主電，變頻器的主接觸器沒有吸合)，三相電壓應相互平衡，對中線也應相互平衡。電壓大致是2300v等級的三相電壓為15v左右，對中線為10v左右;1140v等級的三相電壓為9v左右，對中線為5v左右。若不平衡，應檢查柜子在運輸過程中有無掉線或其他問題，直至電壓完全平衡為止。
(5)運行參數的設定。這包括變頻器參數和電機保護儀參數的設定兩步。
變頻器參數的設定。因變頻器出廠時一般是按2300v/125kw或1140v/75kw而設計的，因此應根據現場負載的要求重新設定，包括額定電流、過載保護電流，其他參數一般不需要修改。
電機保護儀的參數設定。電機保護儀的參數包括欠載電流、過載電流、欠壓設定、過壓設定等。這里說明一下。因潛油電泵是深置于油井下油層里的電泵，在運行中靠油的循環來散熱。一旦井供液不足，電機將脫離油層運轉，電機將干轉，這樣就很容易燒毀電泵。因此應設定欠載保護，當運行電流低于額定電流的80%時，就停止電機的運行，起到保護電機的作用。
參數的設定方法可參照相應的說明書進行，主要有兩種，bk-3型和bk—j1型。
bk—3型的方法是：在顯示器顯示“p”(剛送電或按四次“上檔”鍵)時，可對參數值進行修改。根據需要的數值，按相應的數字鍵，再按“上檔”或“下檔”鍵，最后按相應的功能鍵，即可完成參數值的修改。
bk—ji形的方法是：在就緒畫面(剛送電或按四次“上檔”鍵)狀態下，按一次“上檔”鍵，再按一次“整定值”鍵，屏幕顯示整定值操作畫面。畫面上有光標閃爍，在光標閃爍位置可輸入相應的數據。按“移動”鍵，光標可上下移動，屏幕右上角的箭頭(“↑”或“↓”)指出當前的移動方向。按“上檔”、“方向”鍵可以改變箭頭的方向。輸入完畢后，應按四次“上擋”鍵保存修改結果。如圖4、5所示。
有些井可能本身供液不足，需要降低頻率運行，因此可根據具體情況，在泵運行起來后，再根據實際運行電流重新設定參數。
(6)帶載運行
參數設定好后，就可將插盒上的插頭拔下，并將外接的“c”(或者“c”、“d”兩點)點上的線拆掉，就可以帶載運行了。
將柜門上的“變頻啟動”按扭按下，待設定的延時時間到后，機內接觸器吸合，變頻器顯示“43.21”并且“pro”亮(新機型)或只有“pro”亮(老機型)，將變頻器上的“開停機”開關打在“開機”位置，變頻器即可從最低頻率逐漸上升，調節“頻率調節”旋扭，使頻率先升至30hz，用卡流表測量三相輸出電流，應基本平衡，不平衡度不應超過20%。然后再升至用戶要求的頻率。再用卡流表測量輸入、輸出電流，三相都應基本平衡。
若在調節過程中出現頻率不上升的情況，即調整頻率調節旋扭時，頻率不上升，輸出電流持續增大，呈限速保護狀態，直至過流保護，這可能是低頻補償不足造成，可調節主控板上的補償電位器(老機型)或通過設定變頻器的參數“低頻補償”(新機型)予以解決。調整時注意只要輸出電流下來，頻率能升上去即可，也不可調整過大，以免過補償，在運行過程中電流過大而使電機及變頻器超電流而不正常運行。
正常運行后，可根據運行電流對電機保護儀的參數重新調整一下，以達到可靠保護又能正常運行的狀態。
對電機的正反轉要確認。根據經驗，一般情況下，正轉比反轉電流大，井口的壓力指示高。反轉一般壓力表指針不起。有的井上油慢，要等一段時間才能確定。
由于本變頻柜還設有工頻備用，以便在變頻出問題時能臨時投入工頻，不耽誤生產的進行，因此變頻正常后還應試一下工頻運行，其正反轉也應調試正常。正反轉調整時，變頻調輸出，工頻調輸入，即可使工變頻都正常運行。
調整完后，用變頻運行，正常后，啟動電機保護儀，保護儀顯示正常后，旋開“變頻啟動”旋扭(投入電機保護儀保護，不旋開不起作用)，柜子上的各種儀表指示都正常，調試即完畢。
4低壓變頻器的安裝調試
低壓變頻器由于所帶的負載種類繁多，類型千差萬別。因此安裝調試相應的也有較大的區別。
低壓負載從使用變頻器的角度來說大體可分為有慣量和無慣量兩種，有慣量負載最顯著的特征就是在快速停機時存在發電狀態，如何處理這部分能量將是關乎變頻器是否正常運行的關鍵。
4.1安裝
變頻器初次安裝或長期放置后使用，應先對其進行全面的檢查。方法如下：
(1)外觀檢查，檢查有無碰傷損壞，金屬部分有無銹蝕，有無結霜凝露。若有結霜凝露，則應烘干4小時(60℃)，或在室溫下通風放置24小時。
(2)對于小功率變頻器，輕輕翻動機箱，注意機箱內有無異常聲音，若有異常聲音，則應打開機箱，尋找并排除其中的異物。
(3)功率比較大的變頻器，則應打開外殼，檢查一下在運輸或儲存過程中有無掉下的線頭或顛簸松動的螺栓，若有應重新焊接或緊固。
這里要注意幾點：
變頻器的安裝應符合前面要求的工作環境。
變頻器有壁掛式的，有柜式的，一定要安裝穩固，保證工作過程中的安全性。為了通風散熱的需要，變頻器一定要垂直安裝。如圖6、7所示。
對于柜式結構，為了工作人員便于操作和散熱的要求，周邊要留有足夠的空間：前面間距不小于1.5m，后面和側面不小于1m。
對于壁掛式的，變頻器周圍也應留有足夠的散熱空間，變頻器的上部距離房間頂部至少1m，下部距地面也至少要1m的距離，才能使變頻器通風順暢，保證可靠的運行。
有的房間密封比較嚴，要配合用戶安裝排風扇或空調。有些場合環境比較臟、潮濕，要注意采取隔離措施，防塵、防潮。
當一臺控制柜內裝有兩臺或兩臺以上變頻器時，應盡量并排安裝(橫向排列)。如必須采用縱向排列時，則應在兩臺變頻器間加一塊擱板，以避免下面變頻器出來的熱風進入到上面的變頻器內。如圖8所示。
4.1.1主電路的接線
4.1.1.1基本接線
主線的安裝比較簡單。將電源線接在變頻器的輸入(或標記有r、s、t的)端子上，將電機線接在變頻器的輸出(或標記有u、v、w的)端子上，并將變頻器的接地端子通過地線可靠接地。如圖9所示。
注意：
(1)變頻器的輸入端和輸出端絕對不允許接錯。萬一將電源進線錯誤的接到了輸出端上，則不論哪個逆變管導通，都將引起兩相間的短路而將逆變管迅速燒壞。如圖10所示。
(2)前面的斷路器一般是需要安裝的，主要是分斷電路用。當變頻器出現故障時，尤其是整流電路或主電路損壞時，大電流能及時使斷路器跳閘，與網電的其他電路脫開，避免影響其他電路。
(3)線頭壓接要可靠。一般使用容量相當的接線鼻壓接。一定要壓緊，避免大電流長期運行出現過熱而燒毀接線或端子。
4.1.1.2線徑的選擇
一般按電動機的接線要求的線徑選擇，特殊場合要選大一規格的，尤其是電機距離變頻器較遠的，本著宜大不宜小的原則選配。
4.1.1.3接地
每臺變頻器都有一個專門的接地端子“e”或“⊥”，用戶應將此端子與大地可靠連接。
當變頻器和其他設備，或有多臺變頻器一起接地時，每臺設備都必須分別和地線相接，不允許將一臺設備的接地端與另一臺設備的接地端相接后再接地。如圖11所示。
4.1.2控制電路的接線
變頻器主接線完成后，變頻器可以運行。但一般情況下，由于控制及監測的方便，都需要將變頻器的操作及顯示部分引到方便的地方。有的是現場環境較差，變頻器不宜安裝，而安裝于環境較好的配電室內，而將控制部分引到現場。有的如提升機變頻器，控制部分需要與原系統對接，也需要將控制線引出。
控制線分模擬量和數字量。
4.1.2.1模擬量
主要包括：輸入側的給定信號線和反饋信號線;輸出側的頻率信號線和電流信號線。
模擬量信號線的抗干擾能力差，必須使用屏蔽線。屏蔽層的靠近變頻器的一端，應接控制電路的公共端，但不要接到變頻器的地端(e)或大地，屏蔽層的另一端應該懸空，如圖12所示。
布線的原則應當遵守：
(1)盡量遠離主電路100mm以上。
(2)盡量不和主電路交叉。必須交叉時，應采取垂直交叉的方式。
4.1.2.2開關量
如啟停、點動、多檔轉速控制等的控制線，都是開關量控制線。
一般說來，模擬量控制線的接線原則也都適用于開關量控制線。但開關量的抗干擾能力強，故在距離不很遠時，允許使用非屏蔽線，但同一信號的兩根線必須互相絞在一起。
4.2調試
變頻器的調試并沒有固定的模式，大體上可分為“先空載，繼輕載，再重載”幾個步驟。
4.2.1空載檢查及參數預置
風光變頻器可以在不接通主電源，而只接控制電源的情況下，檢查變頻器。而其他類變頻器則沒有這個方便。
小功率變頻器可以把主接線端子排上的短路片去掉，給三相輸入送380v的電源，大功率變頻器一般都有控制電壓輸入端子，可從這兒用一兩芯電纜接人380v單相電源檢查變頻器(注意：接之前應將兩端子上與三相輸入相連的兩根線去掉)，參照說明書，熟悉各個鍵盤的使用及參數的設置方法。
熟悉完后，變頻器開機，頻率升至50hz，用萬用表(最好用指針式)測量三相輸出，電壓應該完全平衡。
檢查完后，停電，小功率的將拆下的短路片上回原處(注意上之前主回路上短路片的兩個端子要放電)。大功率的應將控制端子的兩根外接線去掉，并將原來的接線恢復。
變頻器的三相輸出先不接電機線，給變頻器的三相輸入通入380v的電源，觀察變頻器空載運行情況。其他類變頻器也可按這個步驟進行。
(1)熟悉鍵盤，即了解鍵盤上各鍵的功能，進行試操作，并觀察顯示的變化情況。
(2)按說明書要求進行“啟動”、“停止”等基本操作，觀察變頻器的工作情況是否正常，同時進一步熟悉鍵盤的操作。
(3)進行參數予置。按照說明書介紹的方法對主要參數進行予置。就幾個較易觀察的項目如升速和降速時間、點動頻率、多檔轉速時的各檔頻率等檢查變頻器的執行情況是否與予置的相符合。
(4)將外接輸入控制線接好，逐項檢查各外接控制功能的執行情況。
(5)用萬用表(最好是指針式)檢查三相輸出電壓是否完全平衡。
4.2.2帶載運行
經以上測試，證明變頻器是正常的，即可以帶負載運行了。變頻器的負載運行包括輕載試運行和重載運行，即正常運行。若有條件，還可以先帶空電機試運轉，但一般情況都是直接帶載運行。
試運行前一般都應檢測一下電機的絕緣。對于低壓380—660v的電機，用1500v的兆歐表測試，絕緣電阻一般不能低于50兆歐。水泵類負載絕緣可能低一些，但也不能低于2兆歐。
還要了解一下負載的運行情況，以作到心中有數。低壓負載種類繁多，如風機、水泵、攪拌機、拉絲機、塑料機械、提升機、空壓機、皮帶輸送機、化纖機、機床機械等許多許多。不同的負載其工作狀態也有很大的不同，因此要根據不同的情況區別對待。有些特殊的機械，必須采用某類專用變頻器。如提升機，屬于位能負載，具有再生電能的處理問題，必須采用提升機專用變頻器。還有化纖及機床類，有的也要采用專用變頻器。這類變頻器都在硬件，特別是軟件上針對特殊負載作了特殊的處理，從而保證了變頻器的可靠運行。離心類負載，如離心風機、離心機等，運行慣性比較大，其升速和降速時間較長，若設置短了，變頻器升速時會過電流，降速時會過電壓，甚至可能會損壞。因此在不要求快速停機的情況下，可將時間適當放長，一般與設備的自由停機時間相當(根據經驗，一般在300s)。若要求快速停機，則應加制動回路。
明確了以上問題，就可以帶載運行了。將變頻器的輸出接上電動機線。送電。
(1)點動或在低頻下試運轉。觀察電機的正反轉方向。若是反轉，可利用變頻器的正反轉端子調整，或停電后調整變頻器的輸出接線進行調整。
有的機械可能不允許反轉，這時就應當先將電機與機械的聯軸器拆開，先電機空轉，調整好轉向后再將聯軸器聯結好。
對潛水泵之類的負載，在井上看不到轉向，可依據經驗，正轉時電流小，壓力表指示增大，上水量大。反轉時壓力表指示低，上水量小，電流大。即依據經驗判別。
(2)起轉試驗。使工作頻率從0hz開始漫漫增大，觀察拖動系統能否起轉。在多大頻率下起轉，如起轉比較困難，應設法加大啟動轉矩。具體方法有：加大啟動頻率，加大u/f比，以及采用矢量控制等。
有些負載，如潛水泵等電機引線較長的，可能存在長線效應，即由于變頻器輸出的諧波成分較大，到電機端電壓可能增大，因此調節時要注意觀察電機電流的變化，當發現電機電流有持續增大的情況時，應及時停機，這時應考慮加裝輸出電抗器。
(3)起動試驗。將給定信號加至最大，觀察：
起動電流的變化;
整個拖動系統在升速系統中，運行是否平穩。
如因起動電流過大而跳閘，則應適當延長升速時間。如在某一速度段起動電流偏大，則設法通過改變起動方式(s形、半s形等)來解決。
(4)停機試驗。將運行頻率調至最高工作頻率，按停止鍵，觀察拖動系統的停機過程。
停機過程中是否出現因過電壓或過電流而跳閘，如有。則應適當延長降速時間。
當輸出頻率為0hz時，拖動系統是否有爬行現象，如有，則應適當加入直流制動。
(5)拖動系統的負載試驗

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