变频器
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。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。
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V/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。
VVVF：改变电压、改变频率 CVCF：恒电压、恒频率。各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。
用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。
一、变频器在循环水泵中的应用与
冷凝器需按循环水温度的高低调节水流量的大小，以控制汽轮机排汽真空，因此循环水泵并非始终处于满负荷工作状态.而压力、流量都有一定的裕度。
水泵轴功率与其转速的立方成正比.因此转速略有降低功率即有较大幅度的下降。在多台水泵中，如其中一台采用变频器调节，可以根据气温及负荷的变化随时调节水流量，达到节能的目的。
循环水泵电机功率185kW.配置日立i300系列2200HF变频器，考虑到电机的软启动时间较长，因此作为长期运行泵，设计备用泵自投回路及报警回路。选择变频器故障报警输出触点AL0、AL1，作为备用泵自投触点，由于触点容量较小。直流耐压较低（AC250V、0.2A，DC30V、0.6A感性负载），因此在输出端口外置一个DZ-52／40型中间继电器ZJ，解决了触点容量小与数量不足的问题。ZJ的三副动合触点分别并接于三台备用泵出口保护继电器BCJ的动合触点。当变频器因过流、过压、过载等原因跳闸时，变频器的AL触点闭合，ZJ继电器闭合动合触点与投入的联锁开关BK触点形成闭合回路，备用泵自投。该接法“速断”光字牌不会掉牌，以区别于“速断”电流继电器动作的跳闸。
若因变频器运行指令、频率指令输入回路断线或控制开关、电位器损坏而使变频器中断输出，这类故障变频器无法识别。解决的办法是：可选择一块输入信号为DC0-1OV、对应显示0～50带开关量输出的智能显示仪表作为远方监视仪表（频率表），正常运行时作为频率监视。利用原控制电机的转换开关（LW5-15／B4815／5）触点（11）-（12），作为变频器运行指令的输入开关，触点（17）-（18）、（19）-（20）串接于监视仪表下限报警继电器ALM与热工闪光报警器.当变频器因上述原因而中断输出，频率降至5Hz（可设置）时，报警器发出声、光报警信号。在合闸的瞬间，虽然变频器频率低于5Hz频率表下限报警继电器ALM闭合，但是转换开关的触点（19）-（20）尚未闭合，热工闪光报警器不会发出报警信号。如果因变频器自身故障或电机故障而使原断路器速断、零序保护动作，保护出口继电器BCJ同样能自投备用泵.光字牌照样发信号.使原断路器继电保护与新安装的变频器保护装置融为一体。无论发生什么故障、都能自投备用泵或发出声光信号，做到节能运行与安全运行两不误。
二、变频器在国产平版印刷机改造中的应用
目前，电气控制新技术已经广泛应用于国产单张纸平版印刷机上，如PLC、触摸屏、变频器等。这些新型单张纸平版印刷机与若干年前旧型的设备相比，具有可靠性高、节能高效、功能完善等优点，而在当前许多印刷企业里，老旧型号的单张纸平版印刷机仍拥有相当大的数量。如果对它们改造，将PLC、触摸屏全部使用上，需更改大量的线路，几乎相当于重新制作电气控制系统。若只针对单张纸平版印刷机主传动部份使用变频器去改造，线路变动小，工作量少。既保留了原有继电接触控制简单、实用的特点，又充分发挥了变频器可靠、节能的优势，改造的性价比高。以下就变频器在国产单双色单张纸平版印刷机改造中的应用，谈一些体会。
印刷机运转控制的工艺特点
要使得变频器驱动变频电机能良好地应用于印刷机，满足生产工艺的要求，首先要清楚印刷机运转控制的工艺特点，它对变频器的功能提出什么样的要求，然后选择何种型号的变频器，以及如何具体地改造对接原有的线路。
单张纸平版印刷机的运转是由电机通过皮带传动、齿轮传动、链传动带动整机的，各滚筒、牙排、机构之间由机械的连接配合协调动作，所以控制了主传动的电动机就控制了全机的运行状态。在机械调节、检查、安装拆卸PS版和橡皮布、清洁机器时，都需要以手动点车方式控制机器正反向运转，大约4r/min的速度比较合适。在印刷暂停期间，为了保证PS版不损坏，墨不干燥，要使机器以相同的速度长车运转。机器开始正式印刷生产时，有一个初始速度，约3000转/小时。当输纸机开始输纸后可以加速，使机器以较高的速度生产，一般是6000～8000转/小时。为了适应不同的生产速度要求，可通过一个调速电位器对高速进行调节，速度的实际值可以通过速度表指示出来。从印刷的高速降到初始印刷速度，有两种情况。一是手动按钮降速，另一是印刷过程中检测到纸张故障，如歪张、无纸、双张等使印刷机自动减速运行，各部分相应地做出协调动作，如离压、停水、离墨、停止输纸等。在生产结束时，按下停车按钮，机器相应地以自由停车方式平缓地停止运转。此外，为了保证人身安全，在印刷机的危险部位安装有安全保护开关或急停按钮，只要这些开关动作，机器无论处于何种状态，都要立即停止，全机紧急制动。
对变频器的功能的要求
（1）要有三段速度控制、方向控制功能，以满足正反点车、正向低速、印刷初始速度、高速的要求；
（2）高速运转的速度值可变，最好是通过手调电位器方式进行无级调速，以适应不同工艺要求；
（3）机器运转要有速度指示，使操作者明确当前运转状态；
（4）机器的加、减速过程要平稳，快慢适当，做到速度变换时及时平滑无冲击，变频器本身有故障时也要使全机停止运转。
变频器的参数选择
根据这些要求可知，绝大多数变频器都可满足，针对所用的场合，选择通用型变频器。电压容量的选择根据所接电源和原机所用的电机。此处使用400V等级，单色机用5.5kW、双色机用11kW的变频器，市场上变频器的种类繁多，一般选择品质优良的主流产品，如三菱A540系列、安川G5、台达等，这些产品虽然价格较高，但质量有保证。
对于一台印刷机上电气核心部件来讲，宁肯一次性投入较大，避免日后经常故障带来的麻烦。当然，如果对变频器其它的品牌质量、性能指标有把握，也可以选择，这样可以节省一些。有了变频器硬件以后，要设定其内部参数。就速度方面的参数来讲，可将点动频率设为2.5Hz，初始印刷速度25Hz，高速60Hz左右。以下以三菱变频器A540系列400V、11kW产品为例，描述一下它的具体接线及与旧型印刷机的改造连接，两者线路如附图所示，相关的注意事项如下。
（1）原印刷机的主传动装置是电磁调速（滑差）电机、低速电机及离合器、制动器等机构都拆除不用，用一台上海通太电机公司生产的变频调速专用电机代替，该机11kW/380V自带三相断电制动器及冷却风扇。原电机的安装底座可以利用，原电机的皮带轮也可拆下装在新电机轴上。
（2）因原主电机、低速电机已拆，所以配电箱内的接触器KM1，KM2，KM3主触点的接线可以拆除。将其余的可用触点按照新线路加以利用，作为变频器控制信号的开关触点。因为原来继电器的触点可能会存在使用时间较长，接触不良的状况，最好予以换新。变频器正向输入端STF，反向输入端STR，中速端RM，低速端RL，复位端MRS，公共端SD接线需将相关触点串并联进行组合，以满足三段调速要求。
（3）原有的电磁调速器ZLK-11也拆除，正好可以利用其安装位置制作一个合适的调速显示盒，利用一个1K/ZW的绕线电位器接入模拟信号输入端口--10E，2.5，用一只满量程10V的直流电压表并联在2.5端，变换一下表盘内的指示单位，可指示变频器的指令速度。
（4）将变频器内部的报警常闭触点B、C连接端串入原控制线路KA1的串联回路，使其动作后具有整机急停的功能。
（5）控制主电机的接触器KMa并接在原线路KA1旁。若有报警即释放，断开主电机回路，同时KA1常闭触点闭合，复位变频器，禁止输出。冷却风扇，电磁刹车的接触器KMb线圈的连通有两条支路，一是串入KMa常开触点与KMa并联，另一路是与电源之间串入盘车安全开关的常闭触点。正常时该支路断开，在需要手动摇车时，电源经过安全开关也使KMb通电，刹车松开可摇车。
（6）变频器的安装位置有两种方式。一是另外制作一只控制箱，放置在飞达输纸板下部适当位置，另一种是如果控制柜离墙或柱子较近，可交将控制箱固定在墙或柱上，通过线束穿管与原控制柜连接。
三、变频器在塑料行业的应用
塑料是一种重要的基础材料，由于加工性能优越，在生活中的应用仅次于金属材料，广泛用于建筑材料、汽车、家电、包装、农业等行业。作为中国国民经济的支柱产业之一，塑料行业一直保持着快速的发展。
中国塑料机械起始于20世纪五十年代末期，随着中国石油化学工业的发展，中国塑料机械工业逐步形成了一个独立的工业部门，并初具规模。
塑料机械的三大类产品依次是注塑机、挤出机和吹塑机，它们占塑料机械总产值的80%以上，其中注塑机又占以上三大类品种总产值的50%以上。
随着中国塑料工业的迅速发展，塑料机械成为机械工业增速最快的产业之一。近年来增速都在30%左右，年制造能力达到了约20万台(套)，居世界第一，产量占到了世界总产量的25%，但产值却只占世界总产值的9%。中国塑料机械每年仍有百亿元的市场缺口，60% 的高端塑料机械产品需要进口。
近些年，塑料机械工业发展很快，全国塑料机械生产企业已发展到1,000家以上，但具有一定规模、实力的企业约400家左右，其中可提供塑机成型设备及重要的专业制造企业有250家左右。
中国的塑机生产能力主要集中在长江三角洲和珠江三角洲这两个经济发达的地区，其中产能最为集中的是宁波地区，其产能差不多为全国总产能的一半。
变频器在本行业的运用
变频器在该行业主要用于油泵驱动。以节能为主要目的，功能要求简单，是典型的泵类负载。功率从7.5-55KW居多。节能和工作效率的平衡是取决变频器在该行业能否成功应用的关键所在。
运用以改造为主，塑机产品在出厂的时候很少配备变频器。
市场前景
塑料加工工业良好的发展前景仍将是中国塑料机械制造工业高速发展的源动力，预计未来中国对塑料机械需求量至2010年为145亿元。预计中国塑机行业的发展潜力很大，后劲很足，尤其是一些科技含量高、性能好、价格相对适中的机型，如特大型、精密、专用注塑机，低温、大功率型单螺杆挤出机，用于生产高阻渗性和耐热性包装材料等的多层共挤吹塑机，生产工业制件（汽车配件等）吹塑机械等，都有很好的发展前景。
1、概述
随着自动化领域的不断发展，变频器的应用也深入到各行各业，变频器的发展也在不断地推陈出新，功能越来越大，可靠性也相应地提高。但是如果使用不当，操作有误，维护不及时，仍会发生故障或运行状况改变缩短设备的使用寿命。因此，日常的维护与检修工作显得尤为重要。
2、注意事项
操作人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作基本知识。在对变频器检查及保养之前，必须在设备总电源全部切断；并且等变频器Chang灯完全熄灭的情况下进行。
3、日常检查事项
变频器上电之前应先检测周围环境的温度及湿度，温度过高会导致变频器过热报警，严重时会直接导致变频器功率器件损坏、电路短路；空气过于潮湿会导致变频器内部直接短路。在变频器运行时要注意其冷却系统是否正产，如：风道排风是否流畅，风机是否有异常声音。一般防护等级比较高的变频器如：IP20以上的变频器可直接敞开安装，IP20以下的变频器一般应是柜式安装，所以变频柜散热效果如何将直接影响变频器的正常运行，变频器的排风系统如风扇旋转是否流畅，进风口是否有灰尘及阻塞物都是我们日常检查不可忽略的地方。电动机电抗器、变压器等是否过热，有异味；变频器及马达是否有异常响声；变频器面板电流显示是否偏大或电流变化幅度太大，输出UVW三相电压与电流是否平衡等。
4、定期保养
清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。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，正常应大于几十兆欧。导体及绝缘体是否有腐蚀现象，如有要及时用酒精擦拭干净。在条件允许的情况下，要用示波器测量开关电源输出各电路电压的平稳性，如：5V、12V、15V、24V等电压。测量驱动器电路各路波形的方法是否有畸变。UVW相间波形是否为正弦波。接触器的触点是否有打火痕迹，严重的要更换同型号或大于原容量的新品；确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作试验；确认保护显示回路无异常；确认变频器在单独运行时输出电压的平衡度。建议定期检查，应一年进行一次。
5、备件的更换
变频器由多种部件组成，其中一些部件经长期工作后其性能会逐渐降低、老化，这也是变频器发生故障的主要原因，为了保证设备长期的正常运转，下列器件应定期更换：
（1）冷却风扇
变频器的功率模块是是发热最严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要及时排出，一般风扇的寿命大约为10kh~40kh。按变频器连续运行折算为2~3年就要更换一次风扇，直接冷却风扇有二线和三线之分，二线风扇其中一线为正极，另一线为负线，更换时不要接错；三线风扇除了正、负极外还有一根检测线，更换时千万注意，否则会引起变频器过热报警。交流风扇一般为220V、380V之分，更换时电压等级不要搞错。
（2）滤波电容
中间直流回路滤波电容：又称电解电容，其主要作用就是平滑直流电压，吸收直流中的低频谐波，它的连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加快其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。
6、测试
6.1静态测试
（1）测试整流电路
找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。
（2）测试逆变电路
将红表棒接到P端，黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障。
6.2动态测试
在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点:
（1）上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。
（2）检查变频器各接播口是否已正确连接，连接是否有松动，连接异常有时可能导致变频器出现故障，严重时会出现炸机等情况。
（3）上电后检测故障显示内容，并初步断定故障及原因。
（4）如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归后，进行空载（不接电机）情况下启动变频器，并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。
（5）在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。
7、故障判断
（1）整流模块损坏
一般是由于电网电压或内部短路引起。在排除内部短路情况下，更换整流桥。在现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污染的设备等。
（2）逆变模块损坏
一般是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。在修复驱动电路之后，测驱动波形良好状态下，更换模块。在现场服务中换驱动板之后，还必须注意检查马达及连接电缆。在确定无任何故障下，运行变频器。
（3）上电无显示
一般是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起，如启动电阻损坏，也有可能是面板损坏。
（4）上电后显示过电压或欠电压
一般由于输入缺相，电路老化及电路板受潮引起。找出其电压检测电路及检测点，更换损坏的器件。
（5）上电后显示过电流或接地短路
一般是由于电流检测电路损坏。如霍尔元件、运放等。
（6）启动显示过电流
一般是由于驱动电路或逆变模块损坏引起。
（7）空载输出电压正常，带载后显示过载或过电流
该种情况一般是由于参数设置不当或驱动电路老化，模块损伤引起。
|
