制药设备变频器的使用经验总结.docx

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制药设备变频器的使用经验总结

工人技师专业论文

工种：

电工

题目：

制药设备变频器的使用经验总结

姓名：

黄金平

等级：

技师

培训单位:

西安技师学院

目录

内容摘要1

关键词1

一．变频器使用中的一些争议1

1.变频器前加接触器1

2.输出端加接触器1

3.电流表，速度表的显示1

4.检查变频器不宜用摇表2

5.变频器的调速范围2

7.变频器的保护2

8.电机的起动2

9.电机的停止2

二.变频器的设定3

（一）频率设定3

1.设定最高频率3

2.设定工作频率3

3.设定最低启动频率3

（二）U/F特性的设定4

1.恒转矩负载，且升速时转矩不很大的场合4

2.恒矩负载，低频段也要带相当大的负载启动或短时运行的场合5

3.低速时承担较大的负载转矩而高速时转矩反而有所下降5

4.电机始终处于轻载场合5

5.风机、泵类的拖动场合6

6.要求在额定频率上下均要调速的场合7

参考文献8

变频器的使用经验总结

内容摘要：

变频器投入运行，一般是按照说明书进行。

制药设备种类繁多，结构复杂，自动化程度高，其电机多用变频器控制驱动。

因此，只有设定一些限定值和适当的运行特性，才能做到正确合理使用。

关键词：

变频器设定使用争议

一．变频器使用中的一些争议

1.变频器前加接触器

有人喜欢在变频器前增加接触器，认为在出现故障时，可以把接触器断开，从而达到保护变频器的目的。

可问题的关键是变频器出现故障的信号，只能利用变频器本身故障时的接点输出，来切断接触器。

如果这样，变频器发出故障指示时，就同时封锁内部脉冲，停止工作，再来切断主接触器，完全是“事后诸葛亮”。

因此，不能将接触器作为变频器的启动或停止开关使用。

严重时可能造成变频器的损坏。

另外，这样做有几个弊病：

（1）切断主电源后，BOP上的故障代码看不见，不利于故障的分析和排除。

（2）接触器不得电，控制命令和功能都失效，无法施加。

这样，每次操作就得先送电，不然，先送了控制命令后，再送主接触器，变频器不会启动。

（3）多一个元件多一个故障点，还可能出现缺相的故障。

2.输出端加接触器

当变频器处于正常运行状态时，输出端的接触器突然掉电又瞬间合上，或者误操作停、开接触器一次，变频器的警报和故障两类信号均会出现。

因为变频器的捕捉再起动功能，是基于变频器本身电源也中断（电源消隐）又上电时，故障已确认，并且给定命令始终存在（ON命令一直存在），电动机才立即重新启动。

这时，变频器自动捕捉电动机自由旋转时的转速，并使电动机按常规斜坡函数曲线升速到原给定的频率点。

如当变频器处于启动运行状态时，即先启动了变频器，然后合上输出接触器，这种误操作，电动机几乎接近全压启动。

不是变频器报无负载，就是过流。

反而难以启动。

或者出现接触器接触不良的情况，即缺相。

此时，变频器报输出侧一相断线等诸多不利情况。

3.电流、速度表的显示

由于BOP操作面板安装在变频器上，要接到操作台上显示，就不容易实现了。

一般用电流表，速度表作显示。

若用指针式电流表，则需要配电流互感器。

如果电流互感器的接入方式不对，显示值就不是真实的。

因为变频器的出口端的电流值波形，含有丰富的谐波而不是正弦波，也不是50Hz的频率，而用指针式电流表，要求被测对象是50Hz的正弦波，才能显示正确的有效值，达到仪表的精度等级。

因此，将电流互感器接在变频器的出口端，是不对的，只有接在入口端。

实际变频器本身提供两路模拟量输出口，是标准的Ⅲ型信号配置，变频器出厂缺省设置为4-20mA。

外接DP3等型号的数码显示仪表，刚好匹配。

如果仪表的输入信号只能接收0-10V的电压信号，可修改程序，则模拟输出0-10V电压，和仪表对口。

（三菱Fr-500系列变频器AM端子只有DC0-10V输出和2端子DC4-20mA输入）。

在选择时，什么功能的仪表，就显示什么值（可通过Pr158,Pr55/56来改变输出功能电流、电压、频率等）。

4.检查变频器不宜用摇表

当变频器出现故障时，常用摇表对电动机进行绝缘测试，如果不拆除与变频器的连线，摇表的电压会损坏变频器中的电子元件，造成变频器的人为损坏。

或者变频器中储能元件里的能量没有泄放，会和摇表的输出电压叠加，危害更大，应予避免。

另外，检修变频器内部，也要等储能元件泄放干净方能进行，否则有触电危险。

5.变频器的调速范围

尽管变频器的调速范围很广，但不是无限制的。

有的人认为把速度降低，就可以取代齿轮减速箱的作用，这是不对的。

因为，变频器在低速时，输出电压较低，交流电机的力矩相应降低，继续带动原来的额定负载，就会出现过电流现象。

尽管修改参数提升力矩，但范围也是有限的。

把设定频率往上调的范围也是有限的，尽管变频器可以把频率设置很高，但因为普通异步交流电机的额定使用频率是50Hz（专用变频电机例外）。

当电机频率上升到60Hz时，电机磁通趋于饱和，电机出力不够，迫使电机电流增大，在成电机发热严重。

按照常理，速度上升功率对应增加。

但交流异步电机变频调速，是V/f方式，频率上升到拐点后，电流不再上升，进入恒功率调速。

对于变频电机来说，比普通电机的调速性能好的多。

因此，一般普通异步电机的过载因子只有选到110%才是安全的。

也即变频器的上限频率最多只在60Hz左右。

由此可知，变频器对异步电机的调速范围，一般下限值只能到20Hz，上限为60Hz。

6.电动机的冷却

由于交流电机的转速一般是从额定转速往下调节，对应交流电机尾部冷却风扇的转速，也跟随电机变化。

我们知道，风机的风量与转速成指数关系，转速只下降一点，风量就下降很多，以致达不到冷却效果，造成电机发热。

例如电机工作在25Hz时，电机尾部的冷却风扇风量，将下降到额定值风量的1/4以下，因为（1/2）²=1/4。

采用一般异步交流电动机进行变频调速，其冷却的问题容易忽略。

因此，在设计时就要考虑冷却效果，即适当放宽交流电机的额定功率。

在旧电机改造时，更要考虑冷却效果，必要时得另加外置风机。

7.变频器的保护

变频器保护功能完善，不用再增加一些“措施”。

如外接熔断器、热继电器、电动机综合保护装置等，避免画蛇添足。

我曾经遇到输入单相220v的变频器，误接双相380v,设备烧的一塌糊涂而变频器完好无损。

8.电机的启动

交流电机从静止到运转，启动电流是额定电流的五六倍甚至更高。

因而采用电抗器、星三角等降压启动方式，来降低或限制启动电流。

而用变频器交流电机，就方便很多只需修改软件，便可轻而易举的实现。

因此，使用变频调速就能充分降低交流电机启动电流，提高电机绕组承受力，延长电机寿命，减少对电网的冲击等。

9.电机的停止

电机的停止也不能被忽略，停机时，由于负载的惯性，电机无法马上停止。

因而常使用机械制动及在电气上的能耗制动、再生回馈制动、反接发电制动等。

一般的变频器有3种停止方式共选择:

（1）使变频器按照选定的斜坡下降速率减速并停车；

（2）使电动机依惯性滑行，最后停车；（3）使电动机快速地减速停车或者直流注入制动、复合制动方式。

假如采用电气制动。

三菱Fr-500系列的变频器，只能使用直流注入的方式。

因为，变频器的电气结构是电压型逆变器，整流桥式二极管，无法向电网回馈。

所以，只有按照一定斜率的方式停止（减速时间/停止方式Pr.8/250设定），若速度指令下降得稍快时，就会出现速度超调现象。

因而要快速停止，必须是能耗制动（直流制动Pr.10/11/12设定）。

不同负载形式，停止时的要求也不同。

位能（势能）负载，如天车的重物下降时，受重力的影响，产生回馈制动现象。

但三菱Fr-500系列的变频器没有这种方式，只能按照一定斜率方式停止，并且，斜率下降要长为好,以便逐渐消耗负载上的能量而停止，过快时要超调。

如果曾把下降时间缩短到2s，但电机并不能2s停止。

水泵停止时，未关断出口阀门的情况中，会产生“水锤现象”。

道理和解决措施同上。

总之，停止时负载上的能量，要么回馈，要么消耗，才能平稳停下来。

更不能直接拉闸或切断接触器，这也是前面强调变频器前后不宜装接触器的一个原因。

二．变频器使用前的设定

（一）频率设定

1.限定最高频率

这可根据工艺需要并按电机可以运行的最高转速范围来确定相应的最高频

率的限定值，以免操作不当而引起不能允许的电机或生产机械的超速运行。

2.设定工作频率

它是在最高频率的限定之内根据某一工艺需要设定的一个频率，或是对整个生产过程设置的多级分段的工作频率。

3.确定最低启动频率

目前市售变频器的启动频率一般都相当低。

在电压-频率（U1/F1）特性选定后，频率越低，电压也越低，启动电流相对就较小，也就越安全。

这在变频器出厂前一般已按常规整定好，但在使用前还要进行核对或根据实际情况另外重新考虑。

这里要分析工艺要求启动频率以多少为好。

如轧盖机为降低废品率，希望频率要低一些；电梯为求平稳启动，启动频率当然越低越好。

但是，启动频率选得过低，虽然安全平滑，但对有些经常反复起停的场合，就会使启动过程不适当地延长，降低了生产率。

所以，合理的启动频率应是在符合工艺要求的前提下，使启动电流在变频器电流过载能力的允许范围内适当提高的频率。

这样才能既复合工艺要求，又能充分发挥变频器潜力，缩短工时、提高功效。

几点注意事项

（1）零启动方式

当启动命令闭合后，电位器可能处在两个极端的位置，一个是最小位置，一个是最大位置。

在最小位置处，慢慢旋转电位器，到所需要的工作频率。

同时观察电机启动情况。

在较低频率情况下，电机首先建立定子磁通（低压建立磁通，电流不会很大），一旦磁通形成，频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载启动。

当电位器在最大位置时，相当于全压启动，变频器往往容易出现过流报警和故障现象。

这个现象要设法避免。

（2）电压缓启动方式

当启动命令闭合后，变频器以某一固定频率启动电机。

这个固定频率可能不是最低，或者在最大位置处，仍然达不到降低或限制启动电流的作用。

这时，适当延长斜坡上升时间（加速时间\基准频率Pr.7\20），或者再调整软启动参数（加减速曲线Pr.29），降低降低启动电流，使电机缓慢地顺利启动。

（3）启动提升问题

不管何种方式，通过变频器均能减少启动电流。

但是启动负载较重时，电机就不能顺利启动，会出现“憋轴”现象。

长时间持续的大电流会使变频器报警或故障。

这种情况，说明启动电压过低或斜坡上升时间过长，或者电位器在最小位置处。

改善方法有二：

1）电位器下端设置下偏置电阻，让电位器回到最小时，也保持一个最小给定值。

2）修改下限频率（Pr.2参数），最小频率等于5Hz，这样电位器关断到最小时，变频器还是有5Hz的输出。

电机可能出现“爬行”现像。

这样虽然解决了启，但对于必须完全停止，不能保持最低频率值的情况，此法就行不通了。

因此，按斜坡上升时间，且这种直线启动方式不行时，必须调整参数（Pr.13启动频率）。

这里提升和降低是一对矛盾，应当合理选择参数值。

在启动的初期，适当的提升启动电压，让电机形成启动转矩（而不是堵转），能够转动后，再按照V/F关系斜坡上升，达到设定值。

这样，把提升量叠加在斜坡上升直线上，得到一个合理的启动曲线。

优化这些参数，便可得到最佳效果。

（二）U1/F1特性的设定

要根据搜带动负载的性质、大小以及启动要求等来选取合适的U1/F1特性具大体可分以下几种情况（Pr.14适用负载）：

1.恒转矩负载，且升速时转矩不很大的场合

这时可采用图2-1的U1/F1特性

图2-1

这是一种通常称为恒转矩控制的U1/F1（既保持U1/F1=常数的特性）。

其实这是一种在一定条件下的近似。

其目的是企图近似地保持电机每极磁通不变，以便有一定的输出转矩能力。

2.恒矩负载，在低频段也要带相当大的负载启动或短时运行的场合

当低频低压且负载较重时，电压U1有相当一部分要消耗在电机定子绕组的降压I1R1上。

这样势必会减少应有的反电势E1，而E1得减少必然是每级磁通Φ的减少，相应地降低了电机输出转矩M的能力。

因此，在低频段中要采取电压提升（亦称转矩提升Pr.0）的措施。

如图2-2所示的AB或A＇B直线就是具有这种性质的所谓恒最大转矩控制的特性。

图2-2

这些具有不同斜率的特性可以根据电机性能及负载情况来选择。

这些特性的实质是在低速范围时，电机转矩不足等情况下，为了真正保持电机磁通不变，而使电机转矩适合负载并增大启动转矩（既不使电压随频率的降低而线性下降）。

直线在纵坐标上的截距即为I1R1，也就是说在F1=0时，外施电压U1只需与定子绕组上的降压I1R1相平衡就可以了。

设定值的过大，电机处于过热状态，可能引起过电流断路。

最大以10%左右为好。

3.低速时承担较大的负载转矩而高速时转矩反而有所下降

这时只要采取低频段电压提升而在较高频段仍按一段恒转矩控制（即U1/F1=常数）的特性即可。

例如我车间异VC酯化岗位，开始时原料浓度较大，化学反应较激烈，要求搅拌速度较高，以利于快速反应和降温，防止原料受热分解。

随着反应的进行，生成物（结晶）的粘度增大，负载转矩也增大，反而要求降低搅拌速度，以利于生成结晶，防止结晶中夹杂质。

这种场合宜采用图2-3的ＡＣＢ特性运行，不仅符合工艺要求而且还能提高功率因

图2-3

数和运行效率，节约用电开支。

如果采用ADB直线特性，则必然使处于ＤＢ段的运行不必要地提高了电压，造成功率因数降低、效率下降的后果。

4.电机始终处于轻载场合

在这种场合，为了节约电能，应适当降低电压，因为这样可提高功率因数，

从而提高运行效率。

图2-4可以来说明这个问题。

常规的恒转矩控制特性，应是额定电压U1N（如国内一般为380V）

0.5Uin

图2-4

对应于额定频率fIN,（一般为50Hz）的一点（B点）与坐标原点0的联线0B。

若在轻载下要降低电压，则可是特性向右倾斜，如直线0B＇所示，这条特性显示，当频率为额定时，其电压已比额定值的电压大大降低了。

若再往右倾斜，如OD线所示，则此特性在额定频率50Hz时，其电压已降至额定值的一半了。

这0BD三角阴影区，既是所谓一般变频器说明手册所表示经济运行区特性。

我们可根据轻载程度的不同，在此阴影三角区内选择不同斜率的特性。

关键是在任何情况下，都不应使其电流超过电机的电流额定值。

而要长期低速运行时，则还需参照第

（2）条所说的道理，电流还要按其规律适当的降低。

5.风机、泵类的拖动场合

风机、泵类负载转矩MFZ基本上与其转速的平方成正比，亦即与其供电频率

F1的平方成正比。

此时采用的U1/F1特性应如图2-5所示的呈二次方的指数曲线。

这条曲线的上端是额定电压对应于额定频率的一点，即电机在这一点达到额定运行。

在此点以下运行时，其所需转矩就随转速平方而降低。

就是说，此时变频器的输出电压U1也应随输出频率F1的平方而下降。

显然，额定转速一下的这种特性，如前述第（4）项所提的，其上个点都是在轻载运行区。

目前有好多工厂把变频器用于风机、泵类负载时，仍使用如图2-1所示的恒转矩控制特性（也即图2-5中的虚线所示）。

显然，使用这样的特性曲线电机必然不是处于最佳运行状态。

我们可以从图2-5看出，如电机在1/2FIN运行时，此时按风机、泵类负载的规律，供给电压应是UC或UC′，而不应是UA。

因为UA的电压就是不适当的提高了。

这样，无功电流增加，运行电流因数降低。

当然，有的变频器没有二次曲线可供选择，那末可以用几段直线来分段逼近这种二次曲线的U1/F1的特性。

另外，有的变频器有几条这类弧型的特性曲线可供选择，那末就要进行细致的测试选择。

因为不同的风机或泵，其负载转矩不是完全与转速平方呈正比的，有的不足二次，有的超过二次，这与旋转叶片的角度、机械传动系统的损耗等有关。

图2-5

6.要求在额定频率上下均要调速的场合

对于常规设计的交流电动机（国内以50Hz为额定频率），在50Hz以下可采用前面提到的按不同需要采用不同的U1/F1特性。

在额定频率以上的调速，我们一般采用保持其电压不变的恒功率调速控制，这可如图2-6所示。

图2-6

对于另一些专为变频器调速设计的交流电机（如在0~200Hz的频率范围内均可为恒转矩控制方式且电机本身具有相当高的转速机械承受能力）,则可采用如图2-7所示U/F特性。

图2-7

总而言之，合理选择U/f特性，需要细致的试验测定。

如果同时测出电压,电流和功率计算出功率因数。

通过试验测定，就能找出适合工艺要求，又能使电机安全运行，功率因数较高的运行特性。

参考文献：

1.赵国良.《职业技能培训鉴定教材》（维修电工）中国劳动社会保障出版社.2007

2.王建.《家职业资格鉴定考前辅导丛书》（维修电工）机械工业出版社.2009

3.杨钟逵.变频器使用基础讲座《电世界》.1995.10

4.邓想珍，赖寿宏，《电动机变频调速系统及其应用》.华中理工大学出版社

5.三菱变频调速器FR-A500《使用手册》

6.梁远峰.聚丙烯热水泵变频改造方案.《电工技术》2003.2

2009.09.29