变频器在门机上的应用与故障分析_艾默生变频器设置参数
时间：2019-05-17 03:24:40 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：伴随变频技术的大量应用，港口设备的科技含量越来越高，本文就变频调速及矢量控制技术在港口门机上应用作出了分析研究，并结合实例，介绍门机用变频器的故障类型和处理方法。
关键词：门机； 变频控制 ； 矢量控制； 故障
Abstract: along with the application of frequency conversion technology, port equipment the content of science and technology is more and more high, this paper variable frequency speed regulation and vector control technology in port on the door machine made analysis application, and based on examples, this paper describes the door machine in transducer fault type and the treatment method.
Keywords: door machine; Frequency conversion control; Vector control; fault
中图分类号： TN77 文献标识码：A文章编号：
一、变频调速及矢量控制技术的原理
1、变频调速技术。变频调速的基本原理是：交流电动机的速度与频率成正比，但必须维持V/f恒定。如果能准确地调整电压的幅值和频率.就可得到理想的调速特性。变频调速技术的控制量是交流电动机的定子电压幅值和频率，称为标量控制系统。在标量控制系统中，只能按电动机稳态运行规律进行控制，不能控制任意两个磁势矢量的相对位置，转矩控制性能差。欲改善转矩控制性能，必须对定子电压和电流实施矢量控制，既控制大小又控制方向。
2、矢量控制技术。矢量控制技术的基本原理是：电机的转矩与电机产生的定、转子磁势矢量有关，通过控制任意两磁势矢量的大小和相对位置，即可控制转矩的大小。由于交流电机的所有矢量都在空间以同步速度旋转，因此实施旋转与静止坐标系之间的变换是矢量控制的关键，而实现坐标变换的关键是找出两坐标系之间的夹角。根据这个夹角的获得方式，可将矢量控制系统分成2种：一是按转子位置定向的矢量控制系统，坐标夹角通过装在电机轴上的位置检测器直接获得，系统简单可靠，适用于永磁同步电动机和无换向器的电动机。二是按磁通定向的矢量控制系统，坐标夹角需通过计算获得，系统复杂，但易维持磁链恒定，使电动机运行经济合理，适用于同步电动机与异步电动机的矢量控制。
二、门机上变频器的选择与注意事项分析
1、变幅与旋转机构
1.1选型及控制方式。这两个机构对转矩控制的要求不高，只对调速性能及机构起制动的迅速、平稳有较高的要求。选择额定功率比电动机额定功率大一级的变频器。电机使用三相异步电动机。在控制方式上选用V/f的变频控制方式。
1.2使用时应注意的问题
①变幅机构。参数配备时着重注意设定起动时间、制动时间在保证机构起制动平稳的条件下尽量小，电气制动采用能耗制动方式，以适应港口生产的需要。
②旋转机构。起动时间要符合实际需要，起动迅速而平稳。电气制动方式对不同的工况，选择自由制动方式与强制制动方式。在旋转机构正常停止时，选用自由停止方式，其停止时间可按实际生产中的运行情况设定，以尽量满足司机操作门机的需要为主；强制制动方式是能耗制动与机械上的旋转抱带同时使用，其制动迅速、准确，使旋转机构在紧急状态时迅速停车。
2、起升机构
2.1选型与控制方式。该机构不但要求高的转速及起制动的控制精度，而且对转矩控制要求严格。变频器的选择以变频器的额定电流为基准，以电动机的额定电流、负载率、变频器运行的效率为依据。通过计算，变频器的额定输出电流为电动机额定电流的1.2倍以上。电动机选用变频器专用三相异步电动机，其具有调速范围广、转速精度高、耐高温、运行可靠等优点。控制方式选用矢量控制中的按磁通定向的矢量控制方式。考虑到变频器功率大，运行时间长的特点，制动方式采用回馈制动，其特点是可使制动时能量回馈到电网，可节约大量的能源。
2.2使用时应注意的问题。变频器内部参数的设定要保证机构具有良好的调速精度及起制动性能，并应注意以下几个问题。
①两机构的同步问题。由于起升机构两主电机运行必须保证同步，需使用脉冲编码器作为速度反馈装置，通过测量脉冲编码器的脉冲数，利用二者之差来控制两电机的速度。选择脉冲编码器及其安装时，必须当考虑周全。
②起动转矩问题。为保证起升机构起动时具有足够大的起动转矩，通过设定机械制动器的打开时间、变频器的最低运行频率、运行电流之间的关系，以满足机构负载特性的要求。
三、门机运行过程中出现的故障及处理
我单位使用的门机采用的是西门子SIMATIC S7-300型PLC 控制，驱动部分采用的西门子MASTERDRIVES VC系列变频器。它们之间采用PROFIBUS总线进行通讯。成熟的电控是门机稳定运行的基础，但是在门机的使用过程中由于各种各样的因素，还是会遇到各种各样的故障。现列举几个在门机运行过程中出现的故障及具体的处理方法。
1、各变频器显示F006，查阅手册为直流母线过电压故障。经过多次送电后故障依旧，经测量直流母线电压发现在峰值的时候瞬间能达800多伏，因此初步怀疑是整流单元发生了故障，随后对该单元的整流和回馈晶闸管进行了测量，经过测量及对比，没有发现故障，但是基本已经意识到是回馈部分出了问题，不能把能量回馈到电网中去，致使直流母线电压升高，最后想到难道是触发部分出了问题？带和这个想法找到并拆下了触发板，发现上面灰尘累积比较严重，有的原件的管脚甚至都被灰尘连到了一起，经过测量该触发板，其中有一个触发部分的原件损坏。换上新的触发板后试验，门机恢复正常。
2、旋转机构F027故障，经查阅手册为L3相存在UCE关机。仔细观察变频器外观发现逆变器输出部分的三相铝排，其中有两相有烧熔现象，确定这两相发生过放电。经过检测直流母线部分的熔断器没有损坏，随后拆下CU板和电容组，发现CU板有被烧黑的痕迹，连接电容组的铜板被铝排之间放电形成的烧熔物质破坏，绝缘层也被破坏。接下来的工作就是更换CU板，清理铝排和铜排上面的杂质，并用云母纸为铜排做绝缘。这系列工作结束后，还原并送电故障依旧。经过查阅相关资料，怀疑为触发板或者IGBT损坏，当拆下触发板后，其中有两组电阻已经烧坏，更换触然发板并恢复，故障依然没有变化。最后可能的只剩IGBT，调换了2组合3组IGBT后故障变成了F026，故障找到，确定是第3组IGBT损坏，更换后逆变器恢复正常。最后总结元器件损坏的过程应该是由于外部原因致使铝排短路，产生的弧光烧坏了绝缘层和触发板，使得IGBT损坏。
3．变频器显示F023，经查阅手册该故障为过温故障停机。其主要原因为变频器在工作过程中有一部分能量要转化为热量损耗，所以要求变频器所在电气室要有相匹配的温度冷却设备。原冷却空调没有经过可靠计算设计制冷量不够，导致变频器过温停机。查阅产品手册后计算：
产品额定输出W*损耗系数K*工作系数K1*效率η功率因数cosΦ=产品发热量。根据发热量选型合适工业级制冷空调后，故障消失。同时也增加了设备的使用寿命。
4、变频器运行过程中报F082故障停机。查阅手册F082故障为通讯故障，在报文故障时间内，TB/CB收不到新的过程数据。现场检查并采取替换的方式查找故障源，替换CB/TB板、profibus总线连接器均未解决问题。后根据实际作业时的故障现象分析为旋转驱动器工作时故障发生。怀疑旋转驱动器相关的通讯总线存在干扰所致。将其profibus总线避开电力电缆铺设后故障消失。
四、结语
伴随电力拖动技术的不断发展, 作为交流电动机变频调速的高新技术产品¬¬¬¬¬¬---变频器,得到了越来越广泛的应用。目前我港所使用的岸边起重机械的驱动系统也都采用了变频器控制。结合技术的应用, 使整个电气控制系统的结构大为简化，降低了系统的故障率，提高了岸边起重机械的可靠性和可维护性。变频调速系统的应用为企业带来巨大的经济及社会效益。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
