浅谈变频器在冶金企业的应用及维护

311 编辑：中冶有色技术网来源：沈u3000勇

2024-03-12 10:43:25

[摘要]介绍变频器在冶金行业中的部分应用,分析变频器的故障原因及预防措施。

[关键词]变频器冶金故障预防措施

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0810081－02

一、引言

随着冶金企业改革的深化,提高机组自动化水平,降低冶金成本已成为冶金企业迫切需要解决的问题。作为以工艺控制和节能的产品,变频器在电力、冶金、石油、化工、纺织与化纤、食品饮料、建材、造纸、市政、中央空调等行业中得到广泛应用。世界工业发达国家,近期都都投入大量人力物力对变频器技术进行研究。在冶金行业,美国新建1000kW以上的轧机主传动,无论是初轧机,中板轧机还是热、冷连轧机,无一例外全部采用交流变频调速。在大功率轧钢机主传动领域已出现交流调速传动取代直流传动的趋势。资料显示,目前,我国高压变频行业以30％的速度发展,但因为行业本身填补空白的性质,行业的基数小,所以其反映的市场总量和规模还是较小。2006年高压变频器行业一年的销售量也就1000多台,即10多亿元左右。但高压变频器行业竞争激烈,仅电动机总装机容量就有4亿多千瓦,其中年用电量约为15000亿度电,约占当年全国总发电量的65％～70％。同时在2006年的中国电力消耗中,60％～70％为电动机所消耗,而在总容量为5.8亿千瓦的电动机总容量中,只有不到2000万千瓦的电动机是带变频器的,据市场研究报告分析,在中国,带变动负载、具有节能潜力的有1.8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施并着重推荐了变频调速技术。

二、变频器的基本结构和分类

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器,按照开关方式分类,可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器:按照工作原理分类,可以分为/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等:按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

三、变频器在冶金行业的应用

变频器在冶金行业中的典型应用有：

（1）轧机。

（2）卷取机。

（3）线材轧机。

（4）风机。

（5）处理线。

（6）料浆泵。

（一）冶金行业的工况以及伦茨变颇器的应用

1．冶金行业工作环境导电粉尘多,工作环境温度高、有腐蚀性气体等

LENZE公司研制的93E工程型矢量变频器具有良好的绝缘,在电路板表面有致密的防护涂层(涂层物质为伦茨公司专利),可有效防护水蒸气、腐蚀性气体、导电粉尘等对变频器主板的侵蚀和损害,保证变频器能在恶劣的环境中稳定工作。在安装方式上,具有三种形式:常规的导轨式安装、散热器推出式安装、冷板式安装。如采用冷板安装即能够保证散热的需要,同时又能保持控制柜的防护等级。灵活的安装方式能够适应各种环境、温度的要求。

2．在开环使用时,能够输出额定转矩以满足提升要求

93E变频器采用先进的矢量控制算法,快速的控制速度(电流环控制周期为62 .5微秒,速度环控制精度为250微秒),具有电机自识别功能,在内部建立完善的电机模型,从而保证在开环情况下能够输出额定转矩满足提升力矩的需要。

超强的过载能力:在与电机同功率时,在60s内可承受150%的过载,其中0.37一90k W的变频器可承受180%的过载,从而使变频器能够适应大启动转矩的负载。

另外,93E变频器内部集成了机械抱闸控制功能,利用该功能能够为提升应用提供完善的保护性措施,避免了溜钩现象的发生。同时降低了设计人员的工作难度。

冶金行业现场由于有大功率的设备经常启停,电源电压的波动比较大。93E变频器有较宽的电压输入范围(3×320一528AC)使变频器能够避免冶金行业电压波动带来的影响。

3．在现场应用时,天车的行走带来较大的震动

93E交频器内部电路板之间采用双排插针连接方式,能够适应现场较大的震动而不会出现排线松动。

（二）拉矫机的改造

我国现在大多数冶金企业的拉矫机为直流电机驱动,调速方式为模拟式电压、电流双闭环直流调速,主控器件采用U2板。存在的问题主要有:设备造价高,抗干扰能力差,保护功能少,参数调整复杂,控制精度差,故障率高,维护难度大。为Yw5TKivlF+nSpZvKa/c2g==此,我们建议将拉矫机电机改为价格低、易维护的Y系列交流电动机,调速系统改为抗干扰能力强、保护功能齐全、易于维护的高性能通用变频器。通过对拉矫系统的变频改造,可大大提高调速性能,彻底消除了以往制约生产的瓶颈。

（三）锅炉引风机上变频技术的应用

我国现在大多数锅炉引风机原采用入口挡板节流调节方式,存在耗电大、噪音大、节流损失大等缺点,另外,由于挡板可调性能差、反应速度慢和执行机构常出故障等原因,导致锅炉投自动运行时经常故障退出,造成自动投入率低,影响了锅炉的安全运行。广州智光电机有限公司研制生产的ZINERTA6H1000/06Y型高压变频调速系统在这方面有明显优势。ZINERT系列高压变频调速系统利用结构可互换的功率单元进行电压逆变,逆变后的电压通过特殊的叠加方式再生成三相高电压,直接带动高压电动机,无需更换原有电动机,适合发电厂的风机改造。ZINERT系列高压变频调速系统采用功率单元串联技术,解决了器件耐压的问题,级间正弦脉冲宽度调制(SPWM)信号移相叠加,提高了输出电压的稳定性,通过电流多重化技术降低输入侧谐波,减少了对电网的谐波污染。

通常,在选择锅炉配套风机时,要考虑短期的超负荷能力,并加以适当裕量来确定机型。而在选定锅炉时,又要根据工艺最大负荷和适当裕量来确定锅炉容量。鉴于上述两个环节的选定又受到产品规格分档的限制,因此最后的风机容量往往偏大,加之对锅炉鼓、引风机的调节,是靠调节闸板完成的,所以当风量变化时,就风机系统而言,会浪费大量的电能。要想改变这种情况,最好是采用变频调速技术。总之,变频调速作为一种新型的电力传动调速技术和节能技术。以其显著的优势已在冶金行业得到了一定的发展,同时,我国冶金行业控制水平普遍落后,运用变频调速新技术改造的空间很大,应用前景非常广阔。

四、变频器的故障原因及预防措施

任何设备在使用过程中,都免不了发生故障,变频器及其外配器件也不例外。变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护电路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。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尤为重要。

（一）主回路常见故障分析

主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。期中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定,在回路设计时已经选择了电容器的型号,所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命,一般温度每上升10摄氏度,寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度,另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因素的交流或直流电抗器可以减少脉动电流,从而延长电解电容器的寿命。

在电容器维护时,通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况,当静电容量低于额定值的80%,绝缘阻抗在5M欧姆以下时,应考虑更换电解电容器。

（二）冷却系统

冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短,临近使用寿命时,风扇产生震动,噪声增大最后停转,变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受限于轴承,大约为10000~35000h。当变频器连续运转时,需要2~3年更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命,一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。

（三）外部的电磁感应干扰

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,引起控制器回路误动作,造成工作不正常或停机,严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有：变频器周围所有继电器、接触器的控制圈上,加装防止冲击的吸收装置,如RC浪涌吸收器,其接线不能超过20cm,尽量缩短控制回路的配线距离,并使其主回路分离,变频器控制回路配线交合节距离应在15mm以上,与主回路保持10cm以上的间距,变频器距离电动机很远时（超过100m）,这时一方面可加大导线截面面积,保证线路压降在2%以内,同时应加装变频器输出电抗器,用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地,必须在专用接地点可靠接地,不能同电焊、动力接地混用,变频器输出端安装无线电噪声滤波器,减少杀人高次谐波,从而可降低从电源到电子设备的噪声影响,同时在变频器的输出端也安装无线电噪声滤波器,以降低其输出端的线路噪声。

（四）安装环境

变频器属于电子器件装置,在其说明书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下,若确实无法满足这些要求,必须尽量采用相应抑制措施,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锈蚀、接触不良、绝缘降低而形成短路,作为防范措施,应对控制进行防腐防尘处理,并采用封闭式结构,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,应根据装置的环境条件安装空调或避免日光直射。

参考文献：

[1]王廷才、王伟,《变频器原理及应用》,机械工业出版社,2005年7月1日出版.

[2]魏召刚,《工业变频器原理及应用》,电子工业出版社,2006年9月.

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