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时间:2019-06-18
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1、变频器典型故障分析异步电动机是采油厂最主要的动力设备。作为高能耗设备,其输出功率不能随负荷按比例变化,大部分只能通过挡板或阀门的开度来调节,而电动机消耗的能量变化不大,从而造成很大的能量损耗。近年来,随着变频器生产技术的成熟,变频器在各单位的应用范围的日益广泛,使用变频器对电动机电源进行技术改造成为采油厂节能降耗、提高效率的重要手段。采油四矿近几年,变频器的使用台数也在不断增加。2001年开始上第一台变频器到2008年才有19台,到2012年增加到了51台。在变频器大规模使用的同时,变频器和其他机械和电力设备的匹配问题也日益凸显出来。根据我矿现场遇到的实际情况,将变频器
2、使用过程中我们碰到的两个典型问题进行简单分析。一、变频器驱动的电机的过热问题。故障现象,我矿盘40-4站混输泵是2011年1月投产,电机110KW,匹配富110KW凌变频器。投产之初发现该电机发热严重,外壳温度近70度,并且啸声很大。当时判断是液量底电机运转频率低造成的,限定其运行频率不能低于20Hz,但未得到改善。今年4月该电机线圈烧坏。为解决这一问题,我们同变频修理人员进行了分析和探讨。初步确定造成这一故障的主要因为是,变频器驱动电机的电压中包含的高频成份所至。变频器驱动电机的电压波形并不是正弦波电压,而是脉宽调制(PWM)电压,如图1所示。根据分析,这种波形中包含
3、了丰富的高频成份,主要频率成分是PWM脉冲的重复频率,及其整倍数的频率,PWM脉冲的重复频率这叫做变频器的载波频率。不同的变频器的载波频率不同,一般为1~12kHz。对于载波频率为1kHz的PWM电压,流入电机的电流主要是1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz,等频率的电流。这些高频电流会增加电机绕组损耗和铁心损耗。绕组的损耗与频率的平方根成正比,铁心的损耗与频率的平方成正比,因此,当电机中流过这样高频的电流时,铁心的损耗急剧增加,导致过热。要解决电机过热就要减小电机驱动电压中的高频成份。实现这个目的方法是在变频器的输出端安装SWF正弦波滤波器。正弦波滤波器将
4、PWM电压波形变换成适应于电机的正弦波电压波形,如图2所示,从而消除了电机过热的现象。安装正弦波滤波器后会发出较大的噪声,并且会伴随着较高的温度,这些都是正常的现象。正是由于正弦波滤波器将导致电机发出噪声,升高温度的能量承担起来,才保护了电机。在选用正弦波滤波器时,一定要了解变频器的载波频率,否则可能会有不良的后果。盘40-4站混熟泵变频器在安装滤波器前,根据厂商提供的信息是,变频器载波频率为2kHz。但是安装后,发现噪声更大,电机温度更高。经过现场测试,发现变频器的实际载波频率为1kHz。需要重新修改正弦波滤波器的参数,修改参数后,电机的啸叫声基本消失,温度从原来的7
5、0℃降低为53℃。电机的温度降低,对于延长电机的寿命十分有益。另外,安装了正弦波滤波器后,还能够消除轴承电流,延长电机寿命。二、变频器造成输入端功率因数偏低的问题。故障现象,我矿唐7注水站今年8月份投产。一台110KW的变频器分别控制两台13m3/h,一台90KW的变频器控制一台10m3/h,使用一台630KVA变压器供电。该站投运后运转一台13m3/h泵和一台10m3/h泵,一段时间后电管部门一直反应该泵站功率因数很低仅为0.3-0.4左右。随后对站变压器进行了电容补偿,但作用不明显。经过和电力部门、变频维修人员的沟通研究。分析认为造成变频器输入侧功率因数偏低的原因有
6、两个。一是低压变频器工作时产生严重的谐波电流造成。与工频电动机的运行功率因数低有着重要的区别。由于电动机是感性负载,运行电流的相位滞后于电压,功率因数的高低取决于电流与电压之间的相位关系。而变频器功率因数低是由其电路结构造成的。变频器通常是“交一直一交”式结构,即三相交流电源经三相整流桥和滤波电容器变为直流,再经控制电路和逆变管转换为频率可调的交流电。在整流充电过程中,充电电流总是出现在电源峰值附近的有限时间内,呈不连续的脉冲波形。这种非正弦波具有很强的高次谐波成分。高次谐波的瞬时功率一部分为“+”,另一部分为“一”,属于无功功率。这种无功功率使得变频调速系统的功率因数
7、较低。二是 变频器的负载太轻。负载越轻,谐波电流发射和总谐波电流畸变率THID越大。该队因注水系统还不完善,投注水井较少。13m3/h泵一直小负载运行,运行压力一直在4-5MPa,排量只有10m3/h,变频器的负载率很低。由于变频器输入侧功率因数较低的原因,不是电流波形滞后于电压,而是高次谐波电流造成的,所以常规并联补偿电容器来提高功率因数是没有效果的。只有设法减小高次谐波电流。具体措施就是接入电抗器,一是交流电抗器,接在三相电源与整流桥之间。二是直流电抗器,接在整流桥与滤波电容器之间。使用其中一种就有明显效果,两种共同使用可将功率因数提
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