自动化控制系统中变频器应用于故障维修研究

游开强

（紫金矿业集团股份有限公司 福建省龙岩市 364200）

随着我国科学技术的不断发展，我国人民的总体生活水平也得到了相应的提高，科学技术的飞速发展，变频器技术也得到了创新，现在变频器的价格更加亲民，使用寿命得到了延长，混频器的功能也得到了提高，在自动控制系统中变频的应用也十分广泛。高压变频器的广泛应用，也减少了主供变压器的装机容量，有效降低企业用电成本。紫金山铜矿三选厂球磨机二台8500kW 高压电机，采用高压变频器控制运行效果显著。变频器的大量推广使用，解决了生产中产品的质量、生产效率等都得到了提高。但是，变频器作为近年来新生的电子产品，变频器还存在着很多的问题，经分析大部分问题都是由于变频器的设计考虑不够周全，或者是使用当中没有注意到注意事项以及使用不得当导致的，变频器在使用的过程中出现问题，这会造成一定的经济损失，严重的会使配电系统解列。

1 变频器控制原理以及特点

1.1 控制原理

泵、风机等一些设备采用变频器来对此进行控制，其根本主要为利用变频器来改变各设备之间的电源频率，以此来实现各项设备性能的改变。在进行不同的工作时，泵、风机等一些设备由于转速的不同，可以有效的实现变频的调动。通过变频的大小可以完美的控制电动机的转速。在实际的操作当中，应当合理使用，如把频率极低或者极高的状态，会导致机体饱和、电流量大，从而导致电机出现故障。

1.2 特点

设备结构、体积小都是变频器的特点，小型的空调室是最适合变频器设备的，整体的压力比较稳定，安全可以保证而且还有数字显示，变频器对压力以及温度的控制精度达到了极高，自动报警功能和强大的自我保护系统，还可以对变频器进行实时的监控，设计的范围也越来越广（如图1所示）。传统的热网络失调的问题也由变频器的热网络检测系统完美的解决。不仅可以根据室外温度自动态调节冷却水温度还有效的起到了节能降耗。热网监控系统中的数据跟现场的数据几乎同步。通过全新的智能模拟系统，可以计算式热网的控制以及运行的分析，从而对热网中的运行进行进一步的优化。还可以采取故障模拟来对自身内的各项指标进行分析，使其设备的损坏率达到最小，一经发现故障的出现，从而来进行实时的控制，来实现设备一直保持最安全的运行。

图1：变频器电气传动系统构成

2 变频器在控制系统中的应用价值

2.1 有助于增加电气设备产品的存储容量

变频器种的内部结构组织较为独立，因此大致在储存器的内容都是系统自带的一些软件。而用户内部的储存器中所包含的内容却是应用程序，这种玲珑小巧的结构在可以有效地提高储存的情况下，还可以把所使用的数据包保存，在以后的工作检修所提供查询，为以后的维修作出相应的分析。

2.2 有助于提高电气设备产品的智能化水平

变频器在自动化控制系统中最大的作用就是帮助自动化电气设备，使其反应速度更快，提升整体工作效率，把电气设备的发展推向智能化。在当下的科技时代，整个系统会被软件进行操控和控制，全部的工作流程以国家标准为准开展进行。与此同时CPU 会根据系统中含有的数据来进行详细分析和划分，对整个系统进行效率全方面的检测，并得出实时的评估要求。

3 变频器在控制系统中的应用

3.1 在顺序控制系统中的应用

目前大多数企业会利用变频器在电气化设备当中，使用变频器对整个自动化系统进行评估和实时监测，这不仅省去了人力，还在一方面保护了工作人员的生命安全。在电气工程自动化系统中进行现场传感，确保电气工程自动化的控制水平。对电气工程自动化系统主站级进行就地控制。

3.2 在开关控制中的应用

变频器受到广泛应用，变频器智能应用到逻辑控制当中，随着时代的发展，经济社会的引领，变频器的发展也迎来了春天并受到了广泛的应用。

3.3 在闭环控制中的应用

变频器在闭环控制当中的主要任务就是对其调节器进行速度测量并合理的控制，即通过速度测量、电子调节和电液执行来针对于此进行有效控制。最具体的控制方法为通过分析泵的主要运行时间，并选择合适的备用泵以及主要作用泵。在对此进行实际操作中，应把档位调制手动，将会使运行效率的提升，实现系统的可持续性。自动化控制系统中变频器的相互融合发展，可以完美的补足传统控制技术的不足，大力提高效率性。

4 变频器在自动化控制系统应用中的注意事项

4.1 散热

变频中最应注意的问题就是散热问题，变频器的运行对散热也有着较高要求，温度的把控直接决定着变频器的使用寿命，为了保持变频器一直处于最佳的运行当中，应优先解决变频器的散热问题。变频器内部装有冷却风扇而且必须是垂直安装，这样会使空气从下到上进行流通，多台变频器安装到同一控制箱内也是可以优化散热问题。

4.2 变频器和断路器配合控制

变频器的连接方式主要是接触器的连接方式不同，接触器连接在输入端或输出端。接触器的整体是由变频器的故障接触点来操控，变频器如果发生故障后，接触器就会自动断开连接以用来保护变频器防止损坏。连接形式适用于恒转矩负载，提升所处设备的传送带、电机等等可以在电磁自动吸合下进行长期运动或者让电机一直处于发电的状态。这两种状态的工作中，工作产生的大量能量会第一时间传输到变频器的直流母线，使得电流母线的电压直线上升。此时传感器会进行工作，把多余的能量反馈装置将其转化为交流电，在反馈回电网。例如，紫金山金矿三选厂5#皮带机，输送矿石下行采用110kW 变频器控制运行产生电能，并输入电网，电量通过本厂区域电网消纳方式节省了用电成本，实现清洁生产节能。如果交流器母线电压在很短的时间内迅速增加，可能会穿透交流器里面的电容，从而造成毁灭性的事故。这说明，如果电动机在发电的工作状态中，应及时利用进线接触器的方式，当母线中的电压增长到一定范围内，故障解除器会进行自我断开，保护交流器（图2）。

图2：变频器的两种接线形式

4.3 变频器的谐波干扰

变频器采用脉宽调制控制方式，使逆变器在供电侧产生谐波电流，使电压电流波形失真，造成电能质量问题，影响其他电子设备的正常运行。通常在变频器的输入端安装滤波电抗器，以减少谐波分量。另外，为了提高控制系统的灵敏度和抑制噪声，采用了在特殊接地点合理接地的方法。地端子E 接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2m2，长度应控制在20m 以内。

4.4 变频器至电机超长距离的补偿措施

变频器里的一般输出电压都为矩形脉冲du/dt，那么接地电容就为c，电抗值就为z，正因为两个电容间互相交换这才导致变换器在工作时会产生电压。U=zxdu/dt（变频器电压公式）。由于电机里面的电缆长度越长，那么分布电容也会越来越大，过电压也会随之变大。假设，把电机电缆作为屏蔽电缆的唯一办法，那么电缆里面的电容会远超于传统的电缆，那么电压也会因此变大。

4.5 变频器常见的故障

变频器在使用途中经常会遇到问题，可能是由于环境、电压、设备老化、除尘不及时造成的。当变频器工作负荷过大时，变频器的运行无法承载负荷，会出现逆变电故障、过流故障等问题。这些问题的存在影响到了变频机的工作效率，还会使变频器的使用寿命减少，因此，相关技术员工为了不让这些问题频繁的出现应必须采取有效的措施来使这些问题得到有效的解决。

5 变频器常见故障分析

5.1 短路故障

导致变频器引流的原因很多，最主要的是电路短路引起的，短路这个问题是需要重视起来，一旦电流短路可能会引发大事故。事态严重的情况下还可能会导致公司员工受到生命危害，对公司也会造成比较大的损失。为了公司员工的安全以及公司的经济方面考虑，应当解决变频器短路的问题，解决短路带来的安全隐患。为了使短路的问题得到有效的解决，企业应该把每次造成短路的原因以及短路前后的硬件问题详细的进行分析，根据问题的所在去进行研究，经过时间的沉淀并研制出过流保护装置。如果出现短路后，当电压复位后再次启动变频器的时候，技术人员可能会因为过流保护装置从而影响到对变频器电流的精准判断。短路后，如果操作工作人员及时的把负载变频器分断开，如果还是一直处于短路状态中，这就可以断定为是变频器里面的内部零件出现问题导致的短路，这时候就需要把变频器整体全部的电流全部断开后，进行深度检测，主要检查变频器里的每个电流交接单元是否正常，整体检查完以后在尝试进行恢复电流，如果还未出现过流的现象，那么就表明是变频器里面的零件损坏导致整个机器无法正常工作，这个时候就需要联系变频器厂的专业工作人员，让此人员进行专业的检测并第一时间找出问题所在，并及时解决问题。

5.2 功率单元IGBT

如今的功率单元模块朝着智能化方向发展。功率单元IGBT 模块作为变频器设备中正负极连接的最关键的接口。变频器无论在什么样的状态下进行工作都应保护好功率单元模块，来防止此模块承受不该承受的电流，简单来说，避免操作电源模块超出给定的安全操作区域。超出安全工作区会损坏电源模块，缩短其使用寿命。当情况严重时，会立即导致电源模块损坏。因此，在对临界电流状态和故障作出适当反应之前，检测它们是非常重要的。

5.3 重负荷过电流故障

如果变频器超负荷工作，负载量太大的话会导致电动机工作效率大大下降，当触动过载保护器的时候就会由于电流过大跳闸或者短路。

5.4 变频器的严格标准

变频器的检验内容非常重要，对于温度要求较高，要保持25摄氏度左右，温度是检验的最佳状态。变频器出现故障时，显示面板数据会发生变化，因此检查变频器显示面板数据的完整性，可以准确判断故障。变频器在正常运行时，风机运行正常，如果冷却风道堵塞，就会出现故障，所以要检查风机的运行情况。

6 结语

随着电力行业的飞速发展，变频器也被社会的各个领域所接受，各种建设厂与电厂等都需要变频器来进行工作，因此变频器的日常维护以及故障维修的问题也随之出现，生产工作人员也应加强对变频器的各项维护。变频器作为日常使用的机器，有效的维护工作也给变频器工作带来了保障，变频器的工作状态也受到了格外重视。不仅于此，变频器的生产人员以及维修人员要熟练掌握变频器的专业知识以及维修技术，还要持续加强维护。保养变频器，确保变频器永远保持高效率的进行工作。变频器的使用频率也越来越高，但在实际使用中不可避免地会出现各种各样的故障。要做好日常保养维修工作，做好定期检查工作，确保混频器的使用寿命，在日常保养工作中还应注重提高维修人员的专业素质。