怎么樣提高變頻調速系統的可靠性

1 將從三個(gè)方面來(lái)討論如何提高變頻調速系統的可靠性。

(1)提高變頻器本身質(zhì)量和可靠性。

　　變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)商如何根據用戶(hù)高可靠性的要求制造出性能穩定，運行可靠，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)能否持續發(fā)展的關(guān)鍵。

具體要求有下列幾項:

① 變頻器的電路結構應力求簡(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)。因為串聯(lián)系統的可靠度減小(N次冪)、而串聯(lián)系統的失效率增大(N倍)。雖然并聯(lián)系統有利于可靠性的提高，減少失效率，增長(cháng)裝置的平均壽命，但是目前電力電子器件的電流可達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，所選功率模塊參數接近計算值，沒(méi)有一定的余量，存在僥幸心理，結果會(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)所購進(jìn)的功率模塊是否正品？是否名牌廠(chǎng)商產(chǎn)品？目前國內IGBT功率模塊還無(wú)法滿(mǎn)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(gè)指標不合格而被篩選下來(lái)的產(chǎn)品。其二，國內一般不具備嚴格的動(dòng)態(tài)測試設備。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有充分的通風(fēng)量和冷卻措施。保證在允許結溫下運行，離允許結溫愈低，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，保持允許的結溫。

　　根據裝置的容量，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?？諝饽娣较蛄鬟^(guò)(自上而下)是不允許的。

2)、變頻器柜下部進(jìn)風(fēng)處應設置過(guò)濾網(wǎng)，防灰塵和油霧等雜質(zhì)進(jìn)入柜內。

　　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，變頻器柜內受潮，絕緣下降，影響順利開(kāi)車(chē)，變頻器柜內設有低壓電加熱器(電熱絲加熱，紅外線(xiàn)電加熱或遠紅外線(xiàn)電加熱裝置)。當變頻器停役時(shí)，自動(dòng)地將電加熱器投入工作，確保箱內去濕和干燥。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)獨特結構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led/' target='_blank'>光電隔離和采用光纜傳輸。

⑤ 變頻器出廠(chǎng)前應進(jìn)行嚴格地帶載試驗和48-72小時(shí)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(guò)測試篩選，清除不可靠的元器件外，出廠(chǎng)前必須使變頻器帶電運行考驗。一般要進(jìn)行48-72小時(shí)連續運行考驗，要求特別可靠的場(chǎng)合進(jìn)行7晝夜(24*7=168小時(shí))考驗，其考核條件為:

　　a.帶負載試驗(不是空載或輕載)

　　b.具備實(shí)際應用場(chǎng)合的溫度和相對濕度。

　　凡經(jīng)試驗檢測符合技術(shù)規范，并通過(guò)長(cháng)時(shí)間考核的變頻器出廠(chǎng)投運以后，都會(huì )有很高的可靠性。

2 根據生產(chǎn)機器負荷要求和電動(dòng)機規格參數，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，組成的變頻調速系統也不可能達到很高的可靠性，甚至無(wú)法運轉。

　　首先根據負荷性質(zhì)，正確選用變頻器類(lèi)型?？偟脑瓌t就是什么性質(zhì)負載特性配什么特性的變頻器。

　　(1) 恒轉矩生產(chǎn)設備--在調速范圍內，負載力矩基本恒定不變。應選具有恒轉矩性能的變頻器。其過(guò)載能力為150%額定電流維持1分鐘。

　　(2) 平方轉矩生產(chǎn)設備--在調速范圍內，負荷力矩與轉速的平方成正比，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(guò)載能力較小，110%-120%額定電流過(guò)載1分鐘。

　　(3) 恒功率負荷生產(chǎn)設備-在調速范圍內，轉速低力矩大;轉速高力矩小，即M?N C(常數)。典型設備如機床及卷繞機構。

　　當然有些變頻器廠(chǎng)商的產(chǎn)品不分恒轉矩和平方轉矩負載，是通用型的。兩種負荷都可選用。恒功率負荷特性是依靠V/F比來(lái)實(shí)現，并沒(méi)有恒功率性能的變頻器。

　　歸納起來(lái)，選用變頻器型號應與負載力矩相適應。恒轉矩特性的變頻器可以用于風(fēng)機水泵負載，反過(guò)來(lái)，平方轉矩特性的變頻器絕不能用于恒轉矩特性的負載。

　　其次根據電動(dòng)機名牌額定參數來(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，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(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)，結果造成電力電子功率模塊燒毀的故障。因此，應主要考慮電流指標。

　　變頻調速主電路結構應用形式多種多樣，如何選用匹配呢？

(1) 一對一單電動(dòng)機變頻調速方式。

　　因為變頻器具有軟起動(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)機變頻調速方式(多電機共用一臺大變頻器)

　　比如，有N臺相同參數的電動(dòng)機，同期起動(dòng)電動(dòng)機為K臺，最大電流狀況是當(N-K)臺電機已起動(dòng)完畢，處于高頻高壓運行之下，最后K臺電機直接起動(dòng)(直接起動(dòng)電流很大，異步電機5-7倍，永磁同步電機10-14倍，設為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選擇電流大的數值，再查產(chǎn)品目錄，確定變頻器的規格。

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

　　隨著(zhù)變頻技術(shù)的進(jìn)步，出現了小變頻器多電機方案(實(shí)質(zhì)類(lèi)同1對1變頻調速)和共用直流電源方案(多個(gè)逆變器共用一套直流電源，一個(gè)逆變器驅動(dòng)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