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中低压变频器的安装与调试分析

2014-06-21 22:25:30

标签：技术文章

来源：上海能垦电气有限公司

随着变频器在工业生产中的日益普及，变频器作为一种调速节能的产品，已日益受到工矿企业的重视，成为工业生产及生活中不可或缺的工具。在石油、化工、建材、电力、矿山、塑料、冶金、水利等关系国计民生的各行业，变频器正发挥着强大的作用。据统计，在当前及今后的几年，变频器将以10%～15%的销售速度增长，即每年大约为500～900万kw，各种功率等级、各种性能、各种用途的变频器都将为用户使用。所以如何让用户用好变频器，真正发挥变频器在调速方便、节能及提高生产工艺方面的优势，作为变频器的生产厂家，是首先应考虑的问题。
本文以风光牌变频器在用户当中的使用为例，结合笔者在用户安装调试过程中所遇到的一些问题，粗略的谈一下变频器的安装与调试问题，以供广大的变频器用户在使用时参考。
2变频器的安装及使用条件
正象其他的电器设备或装置一样，变频器作为一种电力电子设备，同样有其严格的使用条件和应用场合，任何违反产品使用规范的安装及使用，都将是非法的，不可避免的会带来设备及人、财、物的损失。
2.1变频器的使用环境及注意事项
2.1.1变频器要求的工作环境
(1)工作环境温度-10℃～+40℃，工作环境的变化应不大于±5℃/h。
(2)相对湿度：空气的最大相对湿度不超过90%，每小时相对湿度的变化率不超过5%且不得出现凝露。
(3)运行地点无导电或爆炸尘埃，无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸汽。
(4)变频器安装地点所允许的振动条件：
振动频率10～150hz，振动加速度不大于5m/s2，当变频器由于安装台基振动可能产生共振时，应对变频器采取减振措施，以避开共振频率。
(5)交流输入电源
电压持续波动不超过±20%。
频率波动不超过±2%，频率变化每秒不超过±1%。
三相电压的不平衡度：负序分量不超过正序分量的5%;
电源谐波成分：电压相对谐波含量的均方根值不超过10%。
(6)海拔高度：不超过1000m。
2.1.2注意事项
(1)非专业人员不可开盖开柜门使用或检测;
(2)变频器出厂前已作过耐压试验，用户不可也没有必要再对变频器进行耐压试验;
(3)电动机上不可并接改善功率因数用的大电容;
(4)外壳可靠接地;
(5)不可将三相输入改成两相输入，否则会出现缺相保护;
(6)低频运行时要考虑电动机自带风扇效果，润滑效果情况，高频运行时要考虑轴承的承受能力。
这些阐述了变频器安装的最基本的规则。要深刻理解和熟悉这些规则。
2.2安装前的准备工作
要安装好一台变频器，使它能正常的运行，达到技术及工艺要求，除了满足上述基本规则外，还应注意以下几点：
(1)安装前首先要熟悉和掌握生产工艺及技术要求，弄清楚其负载状况，了解变频器在系统中的作用和地位，是要求节能，还是改进生产工艺，还是二者兼之。某些场合并没有节能空间，而硬要求变频器节能，这是不妥当的。
(2)变频器带的负载从电气方面而言首先是电机，因此安装前首先要对现场的电机有比较清楚的理解，包括额定电压、额定电流、电机极数、额定功率等，安装的变频器必须与之相匹配，有些特殊场合，如负荷较重、海拔超过1000m(即超过标准海拔高度)、煤矿提升机变频器等，变频器要比负载电机高出一个甚至两个功率等级，一般不允许变频器比负载电机功率等级低，以免变频器超负荷运行而带不动或经常过载保护，造成不必要的麻烦。
(3)电机的电气绝缘安装前必须进行检测。绝缘不好的电机不能安装变频器。因为变频器虽然设有短路保护，但瞬间的接地也可能造成某些变频器的损坏。
(4)安装前应仔细阅读变频器的使用说明书，结合现场工艺要设置哪几个参数，参数的设置方法等，要熟练掌握。
(5)对于某些场合，特别是要求自动控制的而需要附属配件的，如供水用的压力表、传感器、压力变送器及一些配套设施，如pid调节仪、温控仪、定时钟等，有些还需要远控装置，也要熟练掌握。以期能快速的安装、调试到位。
(6)要严格按照变频器的使用说明书进行配线，包括主线和控制线，某些情况只能高于说明书要求的规格而不能低于。需要压接接线鼻的地方，要严格按要求压接，规格和工艺要符合标准。
(7)在现代工业控制比较复杂的情况下，还要考虑电磁兼容性问题，要考虑变频器的干扰与抗干扰，必要时加装电磁滤波装置。有些场合电机距离变频器可能较远，要考虑加装输出电抗器及滤波器。
(8)对于位能负载，如煤矿主井绞车、提升机、电梯类，由于存在再生发电状态，要考虑加装制动单元和配套的制动电阻，防止变频器过压保护或损坏。
以上这些问题都是我们在安装变频器之前要了解和掌握的，不熟悉这些内容，就可能造成变频器的安装或调试不顺利或根本不成功，造成设备损坏或不能正常使用，这是我们要切记的。
3中压变频器的安装与调试
这里所说的中压变频器，是指电压等级从750v～2300v的变频器，分为两个电压级别，1140v和2300v两种类型的变频器。这种类型的变频器负载一般都是油田上用的潜油电泵，1140v的还有用于抽油机的。我们简要说一下安装调试方法。
3.1安装步骤
(1)接控制线
确认原工频工作时的工作状态，首先要了解潜油电泵的工作过程。
潜油电泵是一种深置于井下1000m—3000m的电泵，由于电缆线较长，地面上的供电设备要能补偿这部分电缆损耗，因此原工频装置要提供比电机额定电压高出100—300v的供电电压。
电泵及电缆都是高温、高压的设备，在安装前都要进行绝缘测试。用2500v的兆欧表测试，绝缘电阻不应低于50mω。
要检测原来的工频供电的电压及工作电流，以便调试时参考。
由于油田上潜油电泵下泵的深度不同，潜油电泵供电的电压就有所不同。因此对应于同一电压等级的变频器而言，就有不同的电压输入，变频器的控制电压就有所不同。为了解决这一问题，笔者在变频器内部安装了一个变压器，对应于不同的电压输入，电压输出都是一样的。对于这类变频器，其输出都只有220v、110v、380v三组电压。220v是给控制电路供电的，110v是给电机保护仪供电的，380v是给电压表供电的。其控制接线如图2示。
因此要根据原来的供电电压选择合适的控制电源接线端子，将原出厂时空出的两根接线或接在电压最高端(出厂时按最高电压试验)的两根线接在原电压等级的端子上，因有两个变压器，都要进行改接。如图3示。
(2)接主线
按配线规格，将电源线接在变频器的三相输入(或标记r、s、t)端子上，电机线接在变频器的三相输出(或标记u、v、w)端子上，地线接在变频器上标有“⊥”的端子上。并将相应的罗栓拧紧。
3.2调试
(1)将柜门上的隔离开关拉下，并将柜门上的“变频启动”按扭旋开，使其呈断开状态。提示送电后，用mf—47型或500型万用表的高压挡“2500v”档测量三相输入电压(一定注意安全)，应在规定的范围内，并三相相互平衡，若不正确，应停电检查供电电源。
(2)电源正常后，合上隔离开关闸刀，用万用表检测控制电源的220v电压(测量里面的接线插盒即可)是否在规定的范围内，按其±20%的波动，应在220v±20v范围内，若超出此范围，应拉下高压隔离开关的闸刀，调整控制变压器的接头，直至满足要求为止。
(3)用一个单相插头取一根线接
控制端子排的“c”端子上，另一头的两相插在接线盒上(老机型一根线接在“c”上，另一根线接在“d”上)，合上隔离开关闸刀，变频器应能送上控制电，面板上显示“43.21”过几秒钟“pro”灯亮(新机型)，或只有“pro”灯亮(老机型)，若不显示可将插头反过来重新插一下即可。
(4)面板显示正常后，可检查变频器的控制功能是否正常。用万用表检测延时可控硅两端的电压(即延时电阻上的电压)，应在1.00v左右。将变频器的“开/停机”开关打在“开机”位置，变频器应能开机，调节“频率调节”旋扭，变频器频率应从“2.00”升至“50.00”。用万用表测量变频器的三相输出端子(这时应从变频器一侧测量，因柜子并没有接通主电，变频器的主接触器没有吸合)，三相电压应相互平衡，对中线也应相互平衡。电压大致是2300v等级的三相电压为15v左右，对中线为10v左右;1140v等级的三相电压为9v左右，对中线为5v左右。若不平衡，应检查柜子在运输过程中有无掉线或其他问题，直至电压完全平衡为止。
(5)运行参数的设定。这包括变频器参数和电机保护仪参数的设定两步。
变频器参数的设定。因变频器出厂时一般是按2300v/125kw或1140v/75kw而设计的，因此应根据现场负载的要求重新设定，包括额定电流、过载保护电流，其他参数一般不需要修改。
电机保护仪的参数设定。电机保护仪的参数包括欠载电流、过载电流、欠压设定、过压设定等。这里说明一下。因潜油电泵是深置于油井下油层里的电泵，在运行中靠油的循环来散热。一旦井供液不足，电机将脱离油层运转，电机将干转，这样就很容易烧毁电泵。因此应设定欠载保护，当运行电流低于额定电流的80%时，就停止电机的运行，起到保护电机的作用。
参数的设定方法可参照相应的说明书进行，主要有两种，bk-3型和bk—j1型。
bk—3型的方法是：在显示器显示“p”(刚送电或按四次“上档”键)时，可对参数值进行修改。根据需要的数值，按相应的数字键，再按“上档”或“下档”键，最后按相应的功能键，即可完成参数值的修改。
bk—ji形的方法是：在就绪画面(刚送电或按四次“上档”键)状态下，按一次“上档”键，再按一次“整定值”键，屏幕显示整定值操作画面。画面上有光标闪烁，在光标闪烁位置可输入相应的数据。按“移动”键，光标可上下移动，屏幕右上角的箭头(“↑”或“↓”)指出当前的移动方向。按“上档”、“方向”键可以改变箭头的方向。输入完毕后，应按四次“上挡”键保存修改结果。如图4、5所示。
有些井可能本身供液不足，需要降低频率运行，因此可根据具体情况，在泵运行起来后，再根据实际运行电流重新设定参数。
(6)带载运行
参数设定好后，就可将插盒上的插头拔下，并将外接的“c”(或者“c”、“d”两点)点上的线拆掉，就可以带载运行了。
将柜门上的“变频启动”按扭按下，待设定的延时时间到后，机内接触器吸合，变频器显示“43.21”并且“pro”亮(新机型)或只有“pro”亮(老机型)，将变频器上的“开停机”开关打在“开机”位置，变频器即可从最低频率逐渐上升，调节“频率调节”旋扭，使频率先升至30hz，用卡流表测量三相输出电流，应基本平衡，不平衡度不应超过20%。然后再升至用户要求的频率。再用卡流表测量输入、输出电流，三相都应基本平衡。
若在调节过程中出现频率不上升的情况，即调整频率调节旋扭时，频率不上升，输出电流持续增大，呈限速保护状态，直至过流保护，这可能是低频补偿不足造成，可调节主控板上的补偿电位器(老机型)或通过设定变频器的参数“低频补偿”(新机型)予以解决。调整时注意只要输出电流下来，频率能升上去即可，也不可调整过大，以免过补偿，在运行过程中电流过大而使电机及变频器超电流而不正常运行。
正常运行后，可根据运行电流对电机保护仪的参数重新调整一下，以达到可靠保护又能正常运行的状态。
对电机的正反转要确认。根据经验，一般情况下，正转比反转电流大，井口的压力指示高。反转一般压力表指针不起。有的井上油慢，要等一段时间才能确定。
由于本变频柜还设有工频备用，以便在变频出问题时能临时投入工频，不耽误生产的进行，因此变频正常后还应试一下工频运行，其正反转也应调试正常。正反转调整时，变频调输出，工频调输入，即可使工变频都正常运行。
调整完后，用变频运行，正常后，启动电机保护仪，保护仪显示正常后，旋开“变频启动”旋扭(投入电机保护仪保护，不旋开不起作用)，柜子上的各种仪表指示都正常，调试即完毕。
4低压变频器的安装调试
低压变频器由于所带的负载种类繁多，类型千差万别。因此安装调试相应的也有较大的区别。
低压负载从使用变频器的角度来说大体可分为有惯量和无惯量两种，有惯量负载最显著的特征就是在快速停机时存在发电状态，如何处理这部分能量将是关乎变频器是否正常运行的关键。
4.1安装
变频器初次安装或长期放置后使用，应先对其进行全面的检查。方法如下：
(1)外观检查，检查有无碰伤损坏，金属部分有无锈蚀，有无结霜凝露。若有结霜凝露，则应烘干4小时(60℃)，或在室温下通风放置24小时。
(2)对于小功率变频器，轻轻翻动机箱，注意机箱内有无异常声音，若有异常声音，则应打开机箱，寻找并排除其中的异物。
(3)功率比较大的变频器，则应打开外壳，检查一下在运输或储存过程中有无掉下的线头或颠簸松动的螺栓，若有应重新焊接或紧固。
这里要注意几点：
变频器的安装应符合前面要求的工作环境。
变频器有壁挂式的，有柜式的，一定要安装稳固，保证工作过程中的安全性。为了通风散热的需要，变频器一定要垂直安装。如图6、7所示。
对于柜式结构，为了工作人员便于操作和散热的要求，周边要留有足够的空间：前面间距不小于1.5m，后面和侧面不小于1m。
对于壁挂式的，变频器周围也应留有足够的散热空间，变频器的上部距离房间顶部至少1m，下部距地面也至少要1m的距离，才能使变频器通风顺畅，保证可靠的运行。
有的房间密封比较严，要配合用户安装排风扇或空调。有些场合环境比较脏、潮湿，要注意采取隔离措施，防尘、防潮。
当一台控制柜内装有两台或两台以上变频器时，应尽量并排安装(横向排列)。如必须采用纵向排列时，则应在两台变频器间加一块搁板，以避免下面变频器出来的热风进入到上面的变频器内。如图8所示。
4.1.1主电路的接线
4.1.1.1基本接线
主线的安装比较简单。将电源线接在变频器的输入(或标记有r、s、t的)端子上，将电机线接在变频器的输出(或标记有u、v、w的)端子上，并将变频器的接地端子通过地线可靠接地。如图9所示。
注意：
(1)变频器的输入端和输出端绝对不允许接错。万一将电源进线错误的接到了输出端上，则不论哪个逆变管导通，都将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏。如图10所示。
(2)前面的断路器一般是需要安装的，主要是分断电路用。当变频器出现故障时，尤其是整流电路或主电路损坏时，大电流能及时使断路器跳闸，与网电的其他电路脱开，避免影响其他电路。
(3)线头压接要可靠。一般使用容量相当的接线鼻压接。一定要压紧，避免大电流长期运行出现过热而烧毁接线或端子。
4.1.1.2线径的选择
一般按电动机的接线要求的线径选择，特殊场合要选大一规格的，尤其是电机距离变频器较远的，本着宜大不宜小的原则选配。
4.1.1.3接地
每台变频器都有一个专门的接地端子“e”或“⊥”，用户应将此端子与大地可靠连接。
当变频器和其他设备，或有多台变频器一起接地时，每台设备都必须分别和地线相接，不允许将一台设备的接地端与另一台设备的接地端相接后再接地。如图11所示。
4.1.2控制电路的接线
变频器主接线完成后，变频器可以运行。但一般情况下，由于控制及监测的方便，都需要将变频器的操作及显示部分引到方便的地方。有的是现场环境较差，变频器不宜安装，而安装于环境较好的配电室内，而将控制部分引到现场。有的如提升机变频器，控制部分需要与原系统对接，也需要将控制线引出。
控制线分模拟量和数字量。
4.1.2.1模拟量
主要包括：输入侧的给定信号线和反馈信号线;输出侧的频率信号线和电流信号线。
模拟量信号线的抗干扰能力差，必须使用屏蔽线。屏蔽层的靠近变频器的一端，应接控制电路的公共端，但不要接到变频器的地端(e)或大地，屏蔽层的另一端应该悬空，如图12所示。
布线的原则应当遵守：
(1)尽量远离主电路100mm以上。
(2)尽量不和主电路交叉。必须交叉时，应采取垂直交叉的方式。
4.1.2.2开关量
如启停、点动、多档转速控制等的控制线，都是开关量控制线。
一般说来，模拟量控制线的接线原则也都适用于开关量控制线。但开关量的抗干扰能力强，故在距离不很远时，允许使用非屏蔽线，但同一信号的两根线必须互相绞在一起。
4.2调试
变频器的调试并没有固定的模式，大体上可分为“先空载，继轻载，再重载”几个步骤。
4.2.1空载检查及参数预置
风光变频器可以在不接通主电源，而只接控制电源的情况下，检查变频器。而其他类变频器则没有这个方便。
小功率变频器可以把主接线端子排上的短路片去掉，给三相输入送380v的电源，大功率变频器一般都有控制电压输入端子，可从这儿用一两芯电缆接人380v单相电源检查变频器(注意：接之前应将两端子上与三相输入相连的两根线去掉)，参照说明书，熟悉各个键盘的使用及参数的设置方法。
熟悉完后，变频器开机，频率升至50hz，用万用表(最好用指针式)测量三相输出，电压应该完全平衡。
检查完后，停电，小功率的将拆下的短路片上回原处(注意上之前主回路上短路片的两个端子要放电)。大功率的应将控制端子的两根外接线去掉，并将原来的接线恢复。
变频器的三相输出先不接电机线，给变频器的三相输入通入380v的电源，观察变频器空载运行情况。其他类变频器也可按这个步骤进行。
(1)熟悉键盘，即了解键盘上各键的功能，进行试操作，并观察显示的变化情况。
(2)按说明书要求进行“启动”、“停止”等基本操作，观察变频器的工作情况是否正常，同时进一步熟悉键盘的操作。
(3)进行参数予置。按照说明书介绍的方法对主要参数进行予置。就几个较易观察的项目如升速和降速时间、点动频率、多档转速时的各档频率等检查变频器的执行情况是否与予置的相符合。
(4)将外接输入控制线接好，逐项检查各外接控制功能的执行情况。
(5)用万用表(最好是指针式)检查三相输出电压是否完全平衡。
4.2.2带载运行
经以上测试，证明变频器是正常的，即可以带负载运行了。变频器的负载运行包括轻载试运行和重载运行，即正常运行。若有条件，还可以先带空电机试运转，但一般情况都是直接带载运行。
试运行前一般都应检测一下电机的绝缘。对于低压380—660v的电机，用1500v的兆欧表测试，绝缘电阻一般不能低于50兆欧。水泵类负载绝缘可能低一些，但也不能低于2兆欧。
还要了解一下负载的运行情况，以作到心中有数。低压负载种类繁多，如风机、水泵、搅拌机、拉丝机、塑料机械、提升机、空压机、皮带输送机、化纤机、机床机械等许多许多。不同的负载其工作状态也有很大的不同，因此要根据不同的情况区别对待。有些特殊的机械，必须采用某类专用变频器。如提升机，属于位能负载，具有再生电能的处理问题，必须采用提升机专用变频器。还有化纤及机床类，有的也要采用专用变频器。这类变频器都在硬件，特别是软件上针对特殊负载作了特殊的处理，从而保证了变频器的可靠运行。离心类负载，如离心风机、离心机等，运行惯性比较大，其升速和降速时间较长，若设置短了，变频器升速时会过电流，降速时会过电压，甚至可能会损坏。因此在不要求快速停机的情况下，可将时间适当放长，一般与设备的自由停机时间相当(根据经验，一般在300s)。若要求快速停机，则应加制动回路。
明确了以上问题，就可以带载运行了。将变频器的输出接上电动机线。送电。
(1)点动或在低频下试运转。观察电机的正反转方向。若是反转，可利用变频器的正反转端子调整，或停电后调整变频器的输出接线进行调整。
有的机械可能不允许反转，这时就应当先将电机与机械的联轴器拆开，先电机空转，调整好转向后再将联轴器联结好。
对潜水泵之类的负载，在井上看不到转向，可依据经验，正转时电流小，压力表指示增大，上水量大。反转时压力表指示低，上水量小，电流大。即依据经验判别。
(2)起转试验。使工作频率从0hz开始漫漫增大，观察拖动系统能否起转。在多大频率下起转，如起转比较困难，应设法加大启动转矩。具体方法有：加大启动频率，加大u/f比，以及采用矢量控制等。
有些负载，如潜水泵等电机引线较长的，可能存在长线效应，即由于变频器输出的谐波成分较大，到电机端电压可能增大，因此调节时要注意观察电机电流的变化，当发现电机电流有持续增大的情况时，应及时停机，这时应考虑加装输出电抗器。
(3)起动试验。将给定信号加至最大，观察：
起动电流的变化;
整个拖动系统在升速系统中，运行是否平稳。
如因起动电流过大而跳闸，则应适当延长升速时间。如在某一速度段起动电流偏大，则设法通过改变起动方式(s形、半s形等)来解决。
(4)停机试验。将运行频率调至最高工作频率，按停止键，观察拖动系统的停机过程。
停机过程中是否出现因过电压或过电流而跳闸，如有。则应适当延长降速时间。
当输出频率为0hz时，拖动系统是否有爬行现象，如有，则应适当加入直流制动。
(5)拖动系统的负载试验

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