《变频调速技术的应用及常见故障分析》论文

变频调速技术的应用及常见故障分析

淮北矿业集团涡北煤矿 江 锋

摘要：电能消耗在煤矿作业综合能耗中占有很大部分比例，而这些电耗绝大部分消耗在各种交流异步电动机上，变频调速技术具有节能、自动化、提高运行效率和质量，减少维修量，降低劳动强度等优良性能及显著优势。 关键词：变频器，调速，技术，应用，分析

Frequency conversion velocity modulation technology application and common fault analysis

（Huaibei mining industry groupGuo Bei coal mine Jiang -Feng）

Abstract: The electrical energy consumption holds the very major partial proportions in the coal mine work synthesis energy consumption, but these electricity consume the major part consumption on each kind of exchange asynchronous motor, the frequency conversion velocity modulation technology has the energy conservation, automated, the enhancement operating efficiency and the quality, reduces the service quantity, reduces the labor intensity and so on the fine performance and the remarkable superiority.

Key word: Frequency changer, velocity modulation, technology, application, analysis 1. 引言

变频器是一种技术先进，性能优良的节能装置，在煤炭系统中的三相交流异步电动机调速中占据十分主导的地位，为使各种矿用大型机械具有先进性、合理性、节能和自动化，减少劳动力，降低劳动强度和提高生产效益，越来越多的矿用大型电动机采用变频器来进行调速，采用变频调速技术进行调速控制，不用串电阻或变阻调速，既可满足生产作业要求，减低作业人员数量和强度，又能获得理想的节能效果。

2. 交流异步电动机变频调速原理

改变供电电源频率f的调速方法，可得到很大的调速范围，很好的调速平滑性，足够硬的机械特性，基本不变的励磁电流和很高的功率因数。 异步电动机的机械特性可以用以下公式来描述：

n=60f1(1-s)/p ￠=k1u/f1 T=k2(u/f1)2

N=k3Tn

式中 n——转速 s——转差率

P——机对数 f1——电源频率 ￠——磁通 u—— 电压 T——转矩 N——输出频率

k1、 k2、 k3——常见系数

对于恒转矩变频调速，只要保持u/f1=定值，就能保证调速过程中的过载能力保持不变，同时可满足磁通￠和功率因数cosψ基本保持不变。

对于恒功率变频调速，只要保持u/f1=定值，则调速过程中电机的过载能力保持不变，但此时磁通￠将发生变化。若按恒转矩变频调速的条件，则磁通￠基本保

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持不变，但电机的过载能力将发生变化。但可以按Tmsx=C（常数）控制方式运行时的对u进行修正，使之可满足磁通￠和功率因数cosψ基本保持不变。 3. 变频器的分类和适用场合

我们异步将工频变换成任意频率、任意电压的逆变器称为变频器。变频器的类型很多，主要的一种为转矩变频器又称为AC-AC变频器，它是将50HZ的工频电源变换成低于50HZ的交流电源；另一种为间接变频器又称AC-DC-AC变频器，它是将工频交流电整流成交流电，经电容滤波后，再逆变为频率可调的交流电作为异步电动机的驱动电源。

直接变频器一般采用可控硅（SCR）组成，近期的发展可采用可关断晶闸管（GTO）组成甚至可编程控制器（PLC）组成。特别适用于大容量，要求低速传动的场合。 间接变频器（AC-DC-AC）一般有电压型与电流型，脉幅调制型（PAM）与脉宽调制型（PWM），晶闸管与可关断晶闸管（GTO）,电力晶体管（GTR）,电力场效应管，可编程序控制器（PLC）型等。

电压型变频器通常用于不经常起、制动和对快速型要求不高及多电机同步运转的场合。电流型变频器适用于频繁起、制动，对动态要求高调速范围宽的场合。

脉幅调制型（PAM）于脉宽调制型（PWM），晶闸管与可关断晶闸管（GTO）、电力晶闸管（GTR）、电力效应管、可编程序控制器（PLC）型等变频器也属于电压型变频器，与上述电压型变频器比较具有直流侧为不控整流，输出方波电压的宽度按正弦函数分布，谐波分量大为减少等特点，特别适用于高性能，宽调范围的主流传动系统。

4. 变频调速改造的目的和意义

在煤矿领域中，交流变频调速技术是人们长期研究攻克和追求的目标。变频器在煤矿大型绞车的应用具有以下特点：

1. 起动电流小，对电网冲击小，提高电源设备的负荷能力和利用率。 2. 额定电压小的全范围恒转矩输出，及良好的静态特性和动态特性。 3. 功率因数高，节能效果好。

4. 有完整和快速的故障诊断、保护和报警功能。

5. 可无极连续平滑调速，调速范围宽，精度高，机械特性硬，转速平稳，起动

力矩大。

6. 制动性能好，可采用最经济的回馈制动。

7. 系统的设计不因频率的不同而改变。变频调速改造一般可以适用原来的电动

机。鼠笼式异步电动机几乎不需要维修。

8. 可以实现高速化，小型化控制，防爆容易，低频噪音小。 9. 变频器的应用可能引发高次谐波，对电力系统和其它电子设备又一定的危害，

因此需要又充分的认识并设法予以解决。

5. 变频器常见故障分析

1）.变频器充电起动电路故障

通用变频器一般为电压型变压器，采用交-直-交工作方式，即输入为交流电源，变流电压三相整流桥后变为直流电压，然后直流电压经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相交流电输出到负极，当变频器刚上电时，由于电流侧的平波电容容量非常大，充电电流很大，通常采用一个起动电阻来限制充电电流。起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障。当变频器的交流输入电源频繁通时，或者旁路接触器的触点接触不良时，以及旁路晶闸管的导通阻值变大时，都会导致电阻烧坏。此时只需要更换通规格的电阻。如果故障是由输入侧

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电源频率开合引起的，必须消除此现象方可将变频器投入使用，如果故障是由旁路继电器触点或旁路晶闸管引起的，则必须更换这些器件。 2）.变频器无故障，但不能高速运行

一台变频器状态正常，但调不到高速运行，经检查，变频器无故障，参数设置正确，调速输入信号正常，此时可能是变频器缺一相输入，因为多数变频器的母线电压下限较低，只有当直流电压降至下限电压时，变频器才不高直流母线低电压故障。当变频器不运行时，由于平波电容的作用，直流电压也可达到正常值。新型的变频器都是采用PWM控制技术，调压调频的工作在逆变桥完成，所以在低频段输入缺相仍可以正常工作，但因为输入电压低于输出电压，造成异步电机转矩低，频率上不去。

3）.变频器显示过流

出现此种情况时，首先检查加速时间参数是否过短，力矩提升参数是否过大，然后检查负载是否太重，如果无这些现象，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点，复位后运行，看是否出现过流现象，如果出现的话，很可能时1PM模块出现故障，因为1PM模块内含有过压过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能，而这些故障信号都是经模块控制引脚的输出Fn引脚传送到微控器的，微控器接收到故障信息后，一方面封锁脉冲输出，另一方面将故障信息显示在面板上，，此时只需更换1PM模块即可。 4）.变频器显示过压故障

变频器出现过压故障，一种情况时雷雨天气由于雷电串入变频器的电源中，使变频器直流侧的电压检测器起动而跳闸，此种情况下，只须断开变频器1min左右，在合上电源，即可复位。另一种情况时变频器驱动大惯性负载，就出现过压现象，因为这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，此时负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，就会产生所谓的“泵升现象”，变频器直流侧的电压会超过直流母线的最大电压而跳闸，对于此种故障，一是只需将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元，二是将变频器的停止方式设置为自由停车。 5）.电机过热，变频器显示过载

对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况；对于新安装的变频器如果出现这种故障，很可能时V/F曲线设置不当或电机参数设置又问题，如一台新安装变频器，其驱动的时一台变频电机，电机额定参数为220V、50HZ，而变频器出厂时设置为380V/50Hz，由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，导致电机转速降低，发热而过载。所以在新变频器使用以前，必须设置好该参数，另外使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，没有正确的设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机过热，还有一种情况时设置的变频器载波率过高时，也会导致电机发热过载，最后一种情况时电气设计者设计变频器常常在低频段工作，而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题，导致电机工作一段时间后发热过载，对于这种，需加装散热装置。 6. 结束语

涡北矿目前地面矸石山绞车房与轨道绞车房所使用的均为变频绞车，从目前运行的情况看，效果非常好，特别时表现在占有空间小，综合节约电能及改善整机技术特征和安全操控方面，同时要相在生产过程中，使用好变频器，熟悉变频器的结构

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原理，了解常见故障，对技术人员尤为重要。

江 锋（1976-），男，汉族，安徽安庆人，助理工程师，从事煤炭系统工作。Tel:0561-4969796 13155670087

参考文献：

1. 王占奎.变频调速应用百例[M].科学出版社.1999 2. 胡宗岳.显得交流调速技术[M].机械出版社.1998

3. 满永奎.通用变频器及应用[M].机械工业出版社。1995

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