鄢偉

摘 要：在現(xiàn)階段石油化工的生產(chǎn)加工中，由于工藝方面的需求，經(jīng)常需要電機(jī)可以在不同的速度下運(yùn)行，而現(xiàn)階段研發(fā)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，就可以對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)速度方面的調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速工作是一種十分重要的控制環(huán)節(jié)，以此本文就基于變頻器的調(diào)速控制，以及出現(xiàn)的一些常見(jiàn)故障，進(jìn)行處理信息的分析。

關(guān)鍵詞：變頻器;無(wú)極調(diào)速;控制頻率;電動(dòng)機(jī)

引言：電動(dòng)機(jī)交流異步電動(dòng)機(jī)，在進(jìn)行變頻調(diào)速的過(guò)程中，主要是讓變頻器可以有效的利用電力半導(dǎo)體器件，進(jìn)行通斷之后，就可以讓電壓、頻率固定下去，以此讓其成為頻率、電壓都可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整的交流電源?，F(xiàn)階段所使用的變頻器，就是一種十分重要的元器件，出現(xiàn)故障會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成較大的影響。

1 變頻器以及控制方式

1.1 變頻器

變頻器是一種整流、濾波以及在此整流等諸多的味道處理單元構(gòu)成的機(jī)械裝置，其中使用的IGBT成為了重要的組成部分，幫助電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻操作。

1.2 變頻器控制方式

在低壓通用變頻輸出的電壓為380-650V，而輸出功率則在0.75-400kW，同時(shí)工作頻率控制在了 0-400Hz的標(biāo)準(zhǔn)，在其控制的過(guò)程中，就可以給五種不同的方式進(jìn)行處理。

1.2.1 正弦脈寬調(diào)制控制模式

在這種控制技術(shù)下，其內(nèi)部的電路機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)潔，同時(shí)成本方面也相對(duì)比較低，并具備著較高的機(jī)械硬度。在通常情況下，滿足一般性的傳動(dòng)平滑調(diào)速要求，同時(shí)已經(jīng)在諸多的產(chǎn)業(yè)當(dāng)中得到了應(yīng)用。但是，對(duì)于這種控制方式而言，在進(jìn)行的控制過(guò)程中，往往會(huì)在低頻的過(guò)程中，由于輸出電壓方面較低，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩hi受到電子電阻方面的影響，使得輸出的最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)降低的問(wèn)題。

1.2.2 電壓空間矢量控制模式

這種技術(shù)的使用中，是一種基于三相波形的方式，對(duì)其產(chǎn)生整體的效果，以此逐漸接近理想的電機(jī)氣隙狀態(tài)，這樣就可以對(duì)其軌跡依次產(chǎn)生三相調(diào)制波形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其形狀的控制。在這種技術(shù)的實(shí)踐過(guò)程中，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一定的調(diào)整與優(yōu)化，使得引入了頻率補(bǔ)償機(jī)制，可以消除控制區(qū)出現(xiàn)的一定誤差。而在反饋估算的過(guò)程中，確定出磁鏈幅值，以此避免低速的狀態(tài)中，對(duì)定子電阻所造成的嚴(yán)重影響。

1.2.3 矢量控制模式

在這樣的技術(shù)使用中，就是一種異步電動(dòng)機(jī)，可以在三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，形成定子電流，并通過(guò)三相-二相變換，以及等效電流的方式，對(duì)其實(shí)現(xiàn)良好的計(jì)算分析[1]。這樣的控制模式當(dāng)中，主要是仿照直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行控制量的估算，并之后利用坐標(biāo)反變換的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際控制。同時(shí)，在介質(zhì)的處理中，就是一種讓其交流電動(dòng)機(jī)，能夠利用坐標(biāo)的反變換，對(duì)其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制。

1.2.4 直接轉(zhuǎn)矩控制模式

對(duì)于這種技術(shù)而言，在控制的過(guò)程中，有效的解決傳統(tǒng)控制技術(shù)在使用的過(guò)程中，所存在著的矢量不足，并利用先進(jìn)的控制思想，保障其控制的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜態(tài)相互補(bǔ)的技術(shù)方式。對(duì)于這種技術(shù)而言，是一種在確定的定子坐標(biāo)系當(dāng)中，所構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)良好的針對(duì)性的控制預(yù)防分析。同時(shí)，在分析的過(guò)程中，也并不需要將交流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)做直流電動(dòng)機(jī)，因此就避免了在分析中所需要經(jīng)歷的諸多復(fù)雜計(jì)算流程。其次，這樣的控制模式，也并不需要對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制方式進(jìn)行模仿[2]。

1.2.5 矩陣式交一交控制模式

這種控制模式就是一種綜合性的控制模式，但是其控制方式的缺陷也較為的明顯，就是在實(shí)際的控制過(guò)程中，往往會(huì)存在著較大的諧波電流，因此就要保障直流電路當(dāng)中，有著較大的儲(chǔ)能電容，另外，其再生能量，也無(wú)法反饋到電網(wǎng)當(dāng)中。在當(dāng)下這種控制模式的使用中，其優(yōu)勢(shì)在于大大降低了處理的成本投入，并不需要使用體積大、價(jià)格貴的電解電容。同時(shí)提升系統(tǒng)化的功率密度值。

2 常見(jiàn)故障處理

2.1主回路跳閘

2.1.1 整流模塊損壞與處理

現(xiàn)階段對(duì)于出現(xiàn)的整流模塊，在出現(xiàn)故障問(wèn)題的時(shí)候，一定程度上是由于器件自身的質(zhì)量并不高，同時(shí)后級(jí)電路出現(xiàn)損害，而在逆變功率開(kāi)關(guān)的使用中，也相應(yīng)的會(huì)在整流橋出現(xiàn)一定的損壞問(wèn)題。在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，很多電網(wǎng)電壓較高，特別是在經(jīng)歷雷擊與電壓浪涌的影響下，就會(huì)出現(xiàn)整流模塊的損壞問(wèn)題。

當(dāng)下為了充分的保障整流模塊可以合理的使用，就需要在配電變壓器的變頻器使用中，往往需要保障總負(fù)載容量不會(huì)太大，一般情況下都需要控制在配電變壓器容量的十分之一以下標(biāo)準(zhǔn)。而在變頻器的配置過(guò)程中，也需要使用質(zhì)量較高的直流電抗器，以此確定使用的輸入側(cè)交流電抗器有著較高的適用性，盡可能的提升電抗器的電感數(shù)值。而在直流電抗器的電感量較高的情況下，就會(huì)使得電流連續(xù)性較高，因此對(duì)于功率因素的改善起到了良好的效果。

2.1.2 IGBT故障與處理

出現(xiàn)這樣的故障問(wèn)題，主要都是由于在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，由于一些特定電容的容量出現(xiàn)降低，以此導(dǎo)致在電容組位置，出現(xiàn)一些不均壓，并且在其分擔(dān)電壓出現(xiàn)較高程度之后，容易出現(xiàn)不同程度的炸裂問(wèn)題。當(dāng)前所出現(xiàn)的各種IGBT故障，都是由于在實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行中，其母線尖峰電壓過(guò)高，同時(shí)緩沖電路當(dāng)中無(wú)法發(fā)揮出吸收的效果，這樣就會(huì)使得出現(xiàn)故障問(wèn)題[3]。其次，在整個(gè)導(dǎo)通與關(guān)斷的過(guò)程中，所出現(xiàn)的較高程度電流變化率，都是由于在母線設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的不合理問(wèn)題導(dǎo)致的。因此，就會(huì)使得母線的電感過(guò)高，進(jìn)而造成了模塊的炸裂問(wèn)題。其次，在IGBT前級(jí)光電隔離器件的使用中，一旦出現(xiàn)擊穿的問(wèn)題，就會(huì)直接導(dǎo)致功率器也造成了相應(yīng)的擊穿問(wèn)題，或者在印制板位置，使得有關(guān)設(shè)備受到灰塵等方面的外界因素影響，而出現(xiàn)故障。因此在進(jìn)行處理的過(guò)程中，就需要針對(duì)這樣的器件，進(jìn)行針對(duì)性的處理，保證故障可被有效解決。以井隊(duì)VARCO頂驅(qū)所使用的ABB ACS800變頻器為例，中東沙漠地帶風(fēng)沙大，設(shè)備長(zhǎng)期存放后，變頻器內(nèi)部會(huì)沉積沙塵，再次使用時(shí)，很有可能造成IGBT損壞，因此現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)要注意做好防塵工作。

2.2 過(guò)電流存在著的故障問(wèn)題

現(xiàn)階段出現(xiàn)過(guò)電流故障，主要就是在其運(yùn)行的過(guò)程中，所出現(xiàn)的一些短路、接地、過(guò)負(fù)載以及負(fù)載突變問(wèn)題。其次，在運(yùn)行中的加減速時(shí)間設(shè)定的故障，也是導(dǎo)致變頻器內(nèi)部故障的主要因素之一。

以井隊(duì)VARCO頂驅(qū)所使用的ABB ACS800變頻器為例，當(dāng)頂驅(qū)卡死后，不合理的突然釋放扭矩，頂驅(qū)變頻電機(jī)會(huì)產(chǎn)生發(fā)電機(jī)效應(yīng)，產(chǎn)生高電壓，直接沖擊直流母線，造成故障。

因此，對(duì)于這種類型的故障問(wèn)題，在進(jìn)行處理中，往往需要首先區(qū)分出是否是分跳閘，同時(shí)也相應(yīng)的從負(fù)載的原因出發(fā)，對(duì)其變頻器的原因有效的分析。在具體的操作過(guò)程中，首先需要從外觀角度，對(duì)其故障問(wèn)題進(jìn)行判斷。之后將連接到變頻器當(dāng)中的電纜全部拆下，同時(shí)試驗(yàn)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的性能。一旦變頻器依然有著信號(hào)，就需要進(jìn)行斷開(kāi)處理，以此利用手動(dòng)的方式，明確出變頻器的運(yùn)行情況。另一方面，在使用試驗(yàn)控制信號(hào)，或者對(duì)其電位器可以接收到的外部信號(hào)控制端子的分析中，就可以對(duì)變頻器的外部信號(hào)進(jìn)行直接的分析。在正常的情況下，就可以表示變頻器的性能沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。因此，接下來(lái)就可以針對(duì)外部信號(hào)，以及電動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能檢測(cè)。最后，在試驗(yàn)都正常的情況下，往往就需要使用工頻帶能源啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)而保障全部都正常的情況下，可以對(duì)其異常問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

在進(jìn)行故障處理的過(guò)程中，也需要對(duì)變頻器的歷史故障記錄進(jìn)行查詢，以此可以了解到變頻器的額定電流，或者在出現(xiàn)電子熱繼電器的設(shè)定值，以此判斷出是否存在電動(dòng)機(jī)過(guò)載的問(wèn)題，或者出現(xiàn)了負(fù)載突變的問(wèn)題。當(dāng)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，或者在電動(dòng)機(jī)突然負(fù)載的時(shí)候，既可以得到準(zhǔn)確的判斷與分析

總結(jié)：綜上所述，在當(dāng)下的變頻器處理過(guò)程中，由于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)都起到了較為重要的作用，以此就需要在日常的變頻器處理中，可以針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此保障出現(xiàn)的故障問(wèn)題可以得到及時(shí)的處理與解決，避免對(duì)整個(gè)系統(tǒng)都造成較為嚴(yán)重的影響。

參考文獻(xiàn)：

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