变频器应用中需要注意的三个问题

2019-05-26 11:25

1 引言

  随着变频器的大规模工程应用,有各个技术等级和其它相关技术层面的大量工程人员需要掌握变频器应用技术。例如普通电气工人,初级电气工程师或机械工程师等。同时,变频器也越来越多地应用到各种复杂的工程环境中去,书本中各种常规的技术常常难以解决变频器应用中的特殊问题。本文基于台达品牌kg系列变频器,针对3个变频器应用问题给出原理性的分析设计技术。技术原理实际上也适用其它变频器工程应用条件。

2 变频器抗干扰技术

  变频器的干扰问题,一直困扰很多客户,在此将一些常见的干扰及排除方法,介绍给大家:

  2.1 常见的干扰途径

  (1)空中辐射方式。以电磁波的方式在空中传播;

  (2)线路传播方式。主要通过电源网络传播;

  (3)线间感应方式。电感产生的电磁感应或电容产生的静电感应通过线间感应的方式传播。

  2.2 干扰源的排除

  (1)高频大功率的直流电焊机应远离变频器。电焊机自身的接地应良好;

  (2)电磁铁的通断触点应加装rc滤波吸收器;

  (3)与变频器装在同一电柜中的接触器,要剔除劣质品。要选择开关低噪声,灭弧效果好的产品。必要时也要加装rc滤波吸收器;

  (4)供电电源阻抗要低,以免附近有上百千瓦电器的启停,造成变频器输入电压产生过高的瞬间突变;

  (5)供电电源的相电压要平衡,以免导致220v单相输入的变频器在欠压或过压的状态下工作;

  (6)对用户的厂自发电系统,要求输出电源电压不要忽高忽低,要避免突变,要稳定。

  2.3 变频器抗干扰的常用措施

  (1)变频器的e端要与控制柜及电机的外壳相连,要接保安地,接地电阻应小于100,可吸收突跳干扰;

  (2)变频器的输入或输出端加装电感式磁环滤波器。以台达kg系列变频器为例(还有许多变频器品牌使用手册有规格提供),平行并绕3~4圈,有助于抑制高次谐波(此方法简单易行,价格低廉)。若需进一步加强抗干扰效果,可选台达变频器专用的符合emc标准的滤波装置(台达变频器使用手册有规格提供);

  (3)上述磁环滤波器还可根据现场情况加绕在变频器控制信号端或模拟信号给定端的进线上;

  (4)装有变频器的电控柜中,动力线和信号线应分开穿管走线,金属软管应接地良好;

  (5)模拟信号线要选用屏蔽线,单端在变频器处接仿真地;

  (6)还可通过调整变频器的载频来改善干扰。频率越低,干扰越小,但电磁噪声越大;

  (7)rs-485通讯口与上位机相连一定要采用光电隔离的传输方式,以提高通信系统的抗干扰性能;

  (8)外配计算机或仪表的供电要和变频器的动力装置供电分开,尽量避免共享一个内部变压器;

  (9)在受干扰的仪表设备方面也要进行独立屏蔽,市场上的温控器、pid调节器、plc、传感器或变送器等仪表,都要加装金属屏蔽外壳并与保安地相连。必要时,可在此类仪表的电源进线端加装上述的电感式磁环滤波器。

3 防止变频器漏电断路器误动作技术

  在日常使用中碰到有在变频器输入电路中配置漏电保护器的,但是送电后漏电断路器经常会跳脱,原因又找不到,许多人都认为是变频器品质出了问题,其实这里面是有原因的,现就这个问题做一分析。

  3.1 漏电断路器额定电流设计

  变频器输出是以pwm(脉宽调制,类似高速开关)方式控制,因此会发生高频率的漏电电流,若要在变频器一次侧加装一般漏电断路开关时,建议请以每台变频器选择200ma以上的感度电流且动作时间为0.1s以上的漏电断路开关使用,但不保证该漏电断路开关一定不会跳脱,必须考虑下列各因素才能决定系统漏电电流之大小,并选定适当的漏电断路开关及必要措施来改善送电后漏电断路器跳脱之现象。

  一般漏电断路开关之额定电流选择计算公式如下(参见附图):

  i△n 10〔ig1+ign+3(ig2+igm)〕

  式中:ig1、ig2:工业运转时电缆线之漏电电流;

  ign:变频器输入侧噪声滤波器之漏电电流;

  igm:工业运转时电动机的漏电电流。

  由上述公式之相关变动参数得知,会影响漏电电流大小的因素有:

  (1)电缆线的漏电电流有两部分

  一是漏电断路开关滤波器的电缆线长的漏电电流;

  二是变频器电动机的电缆线长的漏电电流。

  (2)滤波器的漏电电流 (包含变频器在内);

  (3)电动机的漏电电流。

  3.2 各部分漏电电流值

  (1)电缆线的漏电电流=a(实际电缆线长/1000);电缆厂商提供各线径每1000m之漏电电流值a;

  (2)滤波器的漏电电流

  (包含变频器在内)变频器供应厂商提供。例如:台达vfd055b43b用滤波器为26tdt1w4b4其漏电电流最大值为70ma;

  (3)电动机的漏电电流电动机供应厂商提供。

  3.3 设计举例

  使用变频器于圆盘针织机应用,前端使用了漏电保护,但是经常跳脱,分析如下:变频器功率为5.5kw,漏电断路器漏电电流75ma。以过去经验来评估时,在一切正常的情况下其中因电缆线长及电动机本体的漏电电流影响不大,主要影响因素有滤波器的漏电电流(含变频器在内)及负载侧是否依第三种接地(10以下)施工,故建议如下:

  (1)若电源侧一定要装漏电断路开关,建议选择200ma以上的感度电流且动作时间为0.1s以上之漏电断路关开,但不保证该漏电断路开关一定不会跳脱,必须符合在其它对象(电缆线长及电动机)是正常的漏电流范围内及负载侧是依第3种接地(10以下)施工下才有效。

  (2)若电源侧一定要装现有漏电断路器(75ma), 建议输入电源不经现有的滤波器而直接输入到变频器,减少因为滤波器的漏电电流(含变频器在内)造成现有漏电断路器(75ma)跳脱。

  (3)将现有漏电断路器(75ma)自电源系统脱离,将电源直接输入滤波器再转接到变频器即可。

4 变频器输入输出保护技术

  变频器具有强大的保护功能,泛指的是输出保护。从设计的角度来说,变频器输入端的保护,到目前为止还是一个难题。主要是没有一种既能快速切断高压大电流,又具有较低成本的器件。因此,如何防止高电压大电流对变频器输入端的冲击是应用中的重要问题。

  4.1 变频器的供电电压条件

  以台达kg系列变频器为例:

  230v系列  单相电源200/208/220/230     50/60hz;

  460v系列  三相电源380/400/415/440/460   50/60hz;

  电压波动范围:10% 频率波动范围:5%。

  台达kg系列变频器220v系列和440v系列的输入电压若过低,变频器会出现欠压保护,不会损坏变频器。台达变频器220v系列的输入电压若高于265v或者440v系列的输入电压高于500v,变频器的直流母线电压将超过极限,可能会严重损坏变频器。因此,在电源电压不稳或者在自发电供电源的场合使用变频器,特别要注意变频器的额定电压是否满足供电电源要求。

  4.2 输入接触器

  台达变频器说明书上的输入接触器,是给变频器提供输入电源的开关。绝不能将其作为变频器的启动或停止开关来使用。否则可能会造成变频器的损坏。

  4.3 一台变频器输出控制多台电机

  (1)多台电机同步启动和停止,同频升降速。此种应用方式要注意功率匹配。不能简单地选用变频器的功率等于多台电机功率之和,应该放大变频器的功率档使用。

  注意﹗变频器输出应直接和电机相联接,中间不能用继电器。

  (2)不允许多台电机异步启动和异步停止。因为这种控制方式,变频器输出要接继电器。所以原则上是不允许的!异步启动时,第一台电机启动是不会有问题的。但第二台电机启动时,变频器输出侧电压则很高,此时,第二台电机相当于全压启动,它的启动电流约是自身额定电流的7-8倍,远超过变频器的额定电流。

  第一台电机在异步停止时,变频器输出电压一定很高,此时继电器在开关电机时,电感性负载会产生很高的瞬间反向电压,远超过变频器内部器件的额定电压,变频器不是过压报警就是过压损坏。

  多台电机异步切换是必须在前一台变频器停止后,才可以切换到下一台变频器的启动。

  4.4 台达变频器的e接地线

  (1)零线。零线是发电机输出的中心线,不论在客户端是否为零电位,都不能把零线作为地线接在变频器的e端!

  (2)变频器的n接线端。变频器的n接线端,是变频器内直流母线的负端,应接至煞车模块。既不能把它当做接地线端,更不能错接至电源零线。

  (3)保安地。台达变频器的e接地线应接至保安地,也就是电机的外壳。避免高压突变电压波冲击以及噪声的干扰。

5 结束语

  本文根针对变频器工程应用中3个比较特殊的技术问题,以台达kg系列变频器为例,给出解决实际问题的原理设计方法。其技术原理实际上也适用于一般的变频器工程应用条件。

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