安川三菱富士ABB低压变频器总介-扬辰

正弦脉宽调制（spwm）其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。但是此种控制方式也是目前变频器普遍使用的控制方式之一。也是目前国产品牌使用最多的控制方式之一。 

电压空间矢量（svpwm）它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。由于众多国产变频器在矢量控制上还与国外品牌有一定差距，因此svpwm控制方式在国内的变频器矢量控制方式中比较常见。 

矢量控制变频调速的做法是将 异步电动机在三相坐标系下的定子电流ia、ib、ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流ia1ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流im1、it1（im1相当于 直流电动机的励磁电流；it1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。使用矢量控制，可以使电机在低速,如（无速度传感器时）1hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150%）。对于常规的v/f控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。这个功能即为转矩提升。转矩提升功能提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。矢量控制则把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。矢量控制可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。矢量控制方式也因此成为国外品牌占领高端市场的一个重要的优势。 

直接转矩控制（dtc）方式该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 abb公司的acs800系列即采用这种控制方式。 

矩阵式交—交控制方式vvvf变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前尚未成熟，其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应（<2ms），很高的速度精度（±2%，无pg反馈），高转矩精度（<+3%）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150%～200%转矩。 低压变频器- 节能原理 变频节能 

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。 

由流体力学可知，p（功率）=q（流量）×h（压力），流量q与转速n的一次方成正比，压力h与转速n的平方成正比，功率p与转速n的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速n可成比例的下降，而此时轴输出功率p成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所队当所要求的流量q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率p将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40%一50%，从而达到节电的目的。 

例如：一台离心泵电机功率为55千瓦，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电48.8%，当转速下降到原转速的l/2时，其耗电量为6.875千瓦，省电87.5%。功率因数补偿节能 

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。软启动节能 

电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。 低压变频器- 应用领域 

在应用领域而言，变频器在我国各行各业均已得到应用，如冶金、化工、造纸、机械等行业。具体应用更广泛，小型的应用如各行各业的鼓风机、输送机、给料机、搅拌机、研磨机、粉碎机、切纸机、压延机、挤压机、阀门、压缩机、冷却踏、塑料机械、电梯、各种纺织行业等；大型的应用领域如造纸厂的造纸机、模具厂的注塑机、冶金厂的轧钢机、以及化工等行业的风机、水泵、起重机、输油管道等。 低压变频器- 应用情况 

目前孤东采油厂在用各种变频器达到480余台，其中三采中心270余台，采油一矿45台，采油二矿13台，采油三矿22台，采油四矿43台，新滩试采矿57台，集输大队27台。主要有美国的abb、罗宾康，日本的富士、安川、三肯、东芝和日立，德国的西门子。目前国产变频在控制技术和功能上，已取得了显著的进步和成就，所以近两年来油厂国产变频器的数量正逐步提高，主要有春日、森兰和烟台惠丰等品牌。 低压变频器- 主要问题 

孤东采油厂技术质量监督站自2005年开展了变频器维修工作，先后组织了现场维修150台次，总功率达到5800千瓦。从维修情况来看，变频器发生故障或损坏的特征，一般可分为两类：一种是在运行中频繁出现的自动停机现象，并伴随着一定的故障显示代码，其处理措施可根据随机说明书上提供的指导方法，进行处理和解决。这类故障一般是由于变频器运行参数设定不合适，或外部工况、条件不满足变频器使用要求所产生的一种保护动作现象；另一类是由于使用环境恶劣，高温、导电粉尘引起的短路、潮湿引起的绝缘降低或击穿等突发故障（严重时，会出现打火、爆炸等异常现象）。具体表现为：主控电路故障 

主要包括主板，电源板，逆变器、滤波电容等主控电路损坏。冷却直流风扇故障 

风扇属于易损件，工作寿命在2—5年，但是因为变频器种类繁多，功率大小不同所以内部直流风扇额定电流不同而不通用，部分风扇损坏后因为缺乏备件无法及时更换。外围控制器件故障 

变频柜内变频器本身无故障，但外部控制电路系统发生故障。由于使用年限较长，且控制电路又比较复杂，既没有电路图，又没有线号，线路多而且复杂，给维修造成不便。散热不良 

变频柜设计不合理，内部过于狭窄，散热通风效果差，导致散热不良。部分变频器工作环境比较恶劣，风沙及尘土集聚较多，严重影响了变频器的正常运行，甚至造成停机故障。变频柜散热导流风扇属于易损件，寿命一般在2年左右，但是大部分变频柜散热风扇损坏后，没有及时更换，造成散热不良，造成变频器工作稳定性差、老化加剧、过热报警频发等现象发生。日常维护工作跟不上 

变频器日常维护工作跟不上。操作人员对变频路基本操作及一些基本参数设置不了解，使用过程中不能及时发现问题。“小马拉大车”问题 

“小马拉大车”问题。由于当时投产设计时的工作条件下限制，设计安装时为节省资金，许多地方都有采用了变频功率小于电机额定功率，但随着工艺生产条件的变化，出现“小马拉大车”问题，造成变频器不能正常运行。如一号联水外输、三号联提升和kdl8号站注水等。 低压变频器- 故障原因 

由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。变频器在正常使用6—10年后，就进入故障的高发期，经常会出现元器件烧坏、失效、保护功能频繁动作等故障现象，严重影响其正常运行。 

外部的电磁感应干扰易造成故障 

如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得非常必要。具体解决办法有：一是尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；二是变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊、动力接地混用；三是变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。 

环境问题造成的故障 

变频器属于电子器件装置，在其规格书中有详细安装使用环境的要求。振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施；潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路；温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，特别是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。 

定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇是非常必要的。目前采油厂在用变频器的冷却风扇损坏比较严重，而且部分变频工作环境比较差，严重影响散热及空气流通，导致变频器在高温季节易跳闸、过热报警。 

参数设置及设备引起的故障 

故障主要发生在注聚泵用低压变频器，故障主要表现为起动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸。可能的原因有： 

（1）泵工作状态不稳定； 

（2）管线压力过大； 

（3）升速时间设定太短； 

（4）降速时间设定太短； 

（5）转矩补偿设定较大； 

（6）引起低速时空载电流过大； 

（7）电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小、引起误动作。 

主板及主电路的故障 

由于使用年限较长和一些突发原因，而造成主板及主电路损林，此类故障发生必然造成元器件的损坏和报废，是变频器维修费用的主要消耗部分。主要有： 

（1）整流块的损坏； 

（2）充电电阻损坏； 

（3）逆变器模块烧坏； 

（4）滤波电容的损坏； 

（5）主板、电源板损坏。 

维护不当造成的故障 

大部分变频器过热报警故障，除了冷却系统风扇损坏的原因外，还有一个主要原因，就是日常维护的缺乏，变频器散热器灰尘积攒严重，影响散热。 低压变频器- 几点建议 

l、规范变频设备进入渠道，建立准入制度。 

目前孤东采油厂变频器品种繁多，各种变频器之间器件并不通用，造成了备料困难，增加了成本利维修的难度，因此建议规范变频设备进入渠道，建立市场准入制度减少引进变频器的品牌种类，降低后期维护、维修成本。 

（1）限定品牌范围 

限定品牌范围，如近年来在孤东采油厂内出观故障率低，运行可靠的某些品牌。建议规范为富士、abb、森兰等品牌。 

（2）规范引入渠道 

规范引入渠道，对引入设备的厂家技术力量售后服务进行考察，对新引入变频设备验收时要求资料配备完整，包括线路图、说明书等，便于以后出现故障进行维护。 

2、建立变频器日常保养制度 

对变顺器的管理进行规范，由专人负责对变频设备进行日常维护保养。日常维护保养的具体内容可以分为： 

（1）运行数据记录，故障记录： 

定期测量变频器及电机的远行数据，包括变频器输出频率，输出电流，输出电压，变频器内部直流电压，散热器温度等参数。与合理数据对照比较，以利于早日发现故障隐患。变频器如发生故障跳闸，务必记录故障代码和跳闸时变频器的运行工况，以便具体分祈故障原因。 

（2）变频器日常检查： 

每两周进行一次，检查记录运行中的变频器输出三相电压，并注意比较它们之间的平衡度；检查记录变频器的三相输出电流，并注意比较它们之间的平衡度；检查记录环境温度，散热器温度；察看变频器有无异常振动，声响，风扇是否运转正常。 

（3）安川三菱富士a变频器保养： 

每台变频器每季度需要清灰保养1次。保养要清除变频器内部和风路内的积灰、脏物，将变频器表面擦拭干净，变频器面板要保持清洁光亮；在保养的同时要仔细检查变频器，察看变频器内有无发热变色部位，阻尼电阻有无开裂现象，电解电容有无膨胀漏液防爆孔突出等现象，pcb板有否异常，有没有发热烧黄部位。 

3、加强培训 

（1）对变频设备操作、管理人员进行基础培训，掌握变频器日常维护保养的知识以及了解基本参数的设置。

（2）对变频器维修人员进行系统的培训，以便今后更好地开展维修工作。 

 

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