文/李兆坤

变频器在神东集团各选煤厂的应用及问题

文/李兆坤

随着工业自动化程度的不断提高，变频器得到了非常广泛的应用。选煤厂应用了大量的变频器，主要控制皮带、泵类、风机类负载。变频器有很多种品牌，每个品牌都有很多种系列，因此在选型时对技术性能和经济指标进行综合考虑，合理的选择相应的变频器规格容量变得尤为重要。同时变频器及其附属设备的调试、日常维护及维修工作量较大，给选煤厂日常维护造成一定难度。本文针对变频器的以上问题，对现有变频器各品牌分析利弊，选择合理的变频器类型；又对现场的实际应用情况进行分析，从变频原理、应用环境、电网质量、使用维护等方面，对选煤厂变频器的常见问题分析并提出合理解决方法，最大限度的提高设备使用效率。

变频器 问题分析 问题处理

1 变频器调速原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

2 变频器元件作用

整流电路：由六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流

为电机额定电流的1.414-2倍。

电容C1：是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加

以滤波。

变压器：一种常见的电气设备，可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。

压敏电阻：有三个作用,一过电压保护,二耐雷击要求,三安规测试需要。

热敏电阻：过热保护。

霍尔：安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。

充电电阻：是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容二端的电压为0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为：10-300Ω。

储能电容：又叫电解电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压电压工作范围一般在 430VDC～700VDC 之间，而一般的高压电容都在 400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择≥60uf/A

均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏 。

C2电容：吸收电容,主要作用为吸收IGBT的过流与过压能量。

直-交部分：VT1-VT6逆变管（IGBT绝缘栅双极型功率管）：构成逆变电路的主要器件，也是变频器的核心元件。把直流电逆变频率，幅值都可调的交流电。

续流二极管：作用是把在电动机在制动过程中将再生电流返回直流电提供通道并为逆变管VT1-VT6在交替导通和截止的换相过程中，提供通道。

控制部分:电源板、驱动板、控制板（CPU板）

电源板：开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源,开关电源提供的低压电源有：±5V、±15V、±24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。

驱动板：主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。控制板（CPU板）：也叫CPU板相当人的大脑，处理各种信号以及控制程序等。

3 变频器的种类

按供电电压分：低压变频器、中压变频器、高压变频器

按功能分：通用变频器、恒功率变频器、恒转矩变频器、平方转矩风机水泵节能型变频器、高频变频器、防爆型变频器等

按变频器的输出功率分：小功率变频器、中功率变频器、大功率变频器

变频器根据不同方面分为若干种类，中心选煤厂在使用过程中大致根据以上几个方面选择，其中主要应用中、低压通用类和恒转矩变频器，根据负载类型选择功率不同的轻、重载荷变频器。

4 变频器在中心选煤厂的应用

神东集团各选煤厂配备有大量变频器，主要控制皮带、泵类、风机类负载，比如输送带、入料泵、介质泵、压风机等，用于调节频率和设备需求，还有就是为大功率电机节能。由于选煤厂设备多种多样，所用电压各有不同，各选煤厂所用变频器以中、低压变频器为主。其中大部分又以ABB、施耐德、西门子品牌变频器为主要设备，其中ABB变频器多为ACS800系列变频器，施耐德变频器多为Altivar 71和Altivar 78系列变频器，西门子变频器多为6SE70系列变频器。ABB变频器对电机进行直接转矩控制，各个电压等级和功率等级齐全，内置简易PLC，变频器尺寸小、噪音低、发热量小，但是ABB变频器无中文操作界面，对于现有工人使用和维护造成了一定麻烦，且操作界面复杂；施耐德变频器专门生产了重载型的Altivar 71系列，且具有全中文的显示操作界面，使用和维护方便，但施耐德变频器体积相对较大，发热量较高，噪声较大；西门子变频器通讯较稳定，保护性能高，同功率等级基本负载电流相对小一些，但西门子启动性能较差，体积较大，内部元件较复杂，维护不方便，无中文显示界面。

5 变频器在生产中存在的问题分析

5.1 变频器没有实现变频调速功能，只起到软启动作用

各厂现有皮带类负载基本无自动调速功能；风机、水泵类设备调节措施主要为节流调节，即利用调节闸板或者阀门的开度而改变流量。这种方法虽然简单，但对设备运行的稳定性影响较大，容易发生“喘振”现象，而且这种方法根本谈不上节能，因为设备转速不变，风压（水流）特性不变，调节闸板或阀门减少流量，能量被闸板和阀门浪费了。变频器只起到了一个软启动的作用，并没有实现变频调速。

对于皮带类负载，比如矸石皮带，矸石的量是与煤质有关的，煤质好矸石就少，煤质差矸石就多，所以只要选煤，矸石皮带就不能停止，但皮带总保持同一种速度，又比较浪费。这时我们可以利用变频器实现变频调速，使皮带在矸石少时速度降低，矸石多时提高带速。利用现有的皮带秤的称重传感器输出的模拟信号，结合PLC程序，将模拟信号传递给变频器，变频器通过改变频率改变电机速度，从而调节带速。

对于风机、水泵类负载，比如介质泵，介质比重大，浓度高，扬程高，只靠调节入口闸门满足入口压力使介质泵工况极差，长期满负荷运行，运行振动大，启动时间长，功耗大，温升偏高，设备磨损加大，维修量加大。此时利用变频器实现变频调速，使旋流器始终处于合理的工作状态。通过在介质泵入口安装压力测量变送器，测量入口压力，并转换为模拟电流信号，传给PLC，由PLC控制变频器实现变频调速。其原理图如图1所示。

图1：介质泵变频调速过程

5.2 只需软启动的设备使用变频器

神东各选煤厂有些设备是不需要变频调速，且不需要保持连续运行，比如刮板输送机、上仓的胶带输送带等，但这些设备仍使用变频器进行启动，此时变频器只起到软启动器的作用，没有发挥变频器的功能，造成了资源的浪费。这些设备将变频器更换为软启动器更合理，将余下的变频器用到需要变频调速的场所。

变频器较启动器价格昂贵，且属于较精密设备，对环境的要求也较高，保养维护较软启动器麻烦，所以尽量不要使用变频器当软启动器使用。

5.3 过热造成变频器损坏现象严重

神东各选煤厂由于过热原因造成变频器损坏现象比较严重，尤其是在夏季。造成过热故障原因主要有以下几个方面：

（1）容量偏小，此时，需要增加容量；

（2）元器件损坏，包括功率器件和检测器件损坏，此时，要及时更换元器件；

（3）负载过负荷或者存在机械卡阻现象，此时，要及时处理负载部分；

（4）散热不良，包括灰尘多，风扇故障，风道堵塞，此时，要定期检查维护，对变频器定期除尘，在夏季应增加除尘次数。

另外，对于散热不良问题，应采取增加外置风扇和风道、空调的措施。通过加装温控器来自动调节外置风扇的启停，既能达到加强散热的效果，又可以减少不必要的浪费。对于配电室内温度较高的，增加外置风扇后散热效果也不是很理想，此时，应考虑增加额外的空调将室内温度排出。但有时增加空调成本较高且不利于自动调节，可以增加一外置风道，直接将变频器温度排至室外，这样既降低变频器温度，也不会是室内温度过高。

5.4 电网电压不稳造成变频器损坏现象严重

神东各选煤厂均存在电网电压不稳的现象，给生产带来了很大的影响。

电网电压过低，造成变频器失压，如果变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作，电动机将处于自由制动状态；逆变器件为IGBT时，在失压后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压时间to＜td，变频器将平稳过度运行；若失压时间to＞td ，变频器自我保护停止运行。所以尽量选用逆变器件为IGBT的变频器，尽量延长失压保护的延时，以减少失压对生产造成的影响。

电网电压过高，容易引起电动机磁路饱和，温升过高，损坏绝缘，影响变频器直流回路滤波电容器寿命，严重时引起电容器爆裂。引起此类故障时，应先检查变频器容量，若容量不足，应适当放大容量；检查变频器的减速时间是否设置过短，如过短，延长减速时间；检查电源电压是否在规定范围内，若由于供电引起电压过高切无法降低，在变频器的输入端的用空气开关和压敏电阻（380V用821K，660V用1410K）组合，在空气开关上加上压敏电阻，这样当有高压电时压敏电阻就会短路，空气开关跳闸，能有效保护变频器。此种方法在中心各选煤厂暂时还没有应用，我觉得可以利用此方法对变频器加以保护。

6 变频器的日常维护方法

（1）设专人每个季度对选煤厂变频器进行清扫、吹灰，保持变频器内部的清洁及风道畅通，同时维护变频器后，要认真检查有无遗漏的螺钉及导线等，防止小金属物品造成变频器短路事故，检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否松动，输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象。

（2）每月检查一次变频器周围环境，是否清洁、干燥，是否在变频器附近放置杂物，通过键盘面板查阅变频器的运行参数，掌握变频器日常运行中电流、电压、温度等数据。

（3）测量变频器（含电动机）绝缘时，应当使用500V兆欧表。如仅对变频器进行检测，要拆去所有与变频器端子连接的外部接线。清洁器件后，将主回路端子全部用导线短接起来，将其与地用兆欧表试验，如果兆欧表指示在5MΩ以上，说明是正常的，这样做的目的是减少摇测次数。

（4）每季度对于连续运行的变频器进行专业化点检，检查变频器运行时是否有异常现象。变频器的日常点检检查工作的内容主要包括：

1.环境温度是否正常，要求在-10～+40℃范围内，以25℃左右为好。湿度是否符合要求，门窗通风散热是否良好；变频器下进风口、上出风口是否积尘或因积尘过多而堵塞。

2.变频器显示面板显示的输出电流、电压、频率等各种数据是否正常，控制按键和调节旋钮是否失灵。

3.显示部分是否正常，显示面板显示的字符是否清楚，是否缺少字符。

4.用测温仪器检测变频器是否过热，是否有异味。

5.变频器风扇运转是否正常，有无异响，过热、变色、异味、异声和异常振动，散热风道是否通畅。

6.变频器运行中是否有故障报警显示。

（5）备用变频器及备件。备用变频器执行每半年进行上电一次，一次上电时间不少于3小时。

7 总结

变频器能达到节能、调速的目的，还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等，因而变频器在洗煤厂得到广泛的应用。根据工况和品牌对比合理的选择变频器类型，提高设备的利用率。通过对中心选煤厂变频器各种使用中存在问题分析，提出合理的处理问题方法，能够物尽其用，减少资源浪费，并能更快更好的处理设备故障，减少故障停机时间，更大的提高生产效率。

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作者单位神华杭锦能源有限责任公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017400

李兆坤（1982-），男，安徽省濉溪县人。硕士研究生。现为神华杭锦能源有限责任公司工程师。研究方向机电一体化。