VFD300F43A变频器与电磁调速在风机上不同应用及维护
日期：2009-5-12 23:15:18 来源：中国工控网
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摘要：本文介绍了变频器的工作原理、节能分析。结合实际应用，通过对热引风机技改，得出变频器的高效节能，优化操作等特点。
关键词：电磁滑差 变频器 节能分析 风机
Abstract: This paper introduces the structure of frequency converter ,and the work principle, the energy conservation principle. Combining with the practical application, it comes to the conclusion that frequency converter is be characterized by highly efficient energy-saving, optimizing the operation.
Key words: frequency converter selection motor fan energy conservation
前言：随着科技的不断发展，单片机、电磁滑差调速电机等逐渐被变频器所取代，变频器应用越来越广，也越来越多的被人们接触，它的应用及维护也将被所重视，这就要求大家多学习变频器知识，注意应用和维护，希望能和大家在此共同探讨。
一、工艺需求及分析：
1.1工艺生产时，在不同配方、不同环境下对电机转速要求不同，有时要求高速运转，有时需要低速运转，调节频繁，而电磁离合器本身滑差大，最高输出转速仅为电动机的80%-90%，低速时效率低下，电能损耗大，并且调速范围小。
1.2电磁调速电机对周围环境要求高，必须为粉尘较小且干燥的环境，否则很容易因粉尘进入，把磁极和电枢部分粘死，无法调速甚至烧坏测速电机。 如下图
1.3我厂经常出现类似的情况，多次都是因为磁极和电枢部分粘死，无法调速，不得不停车处理，严重影响生产。
1.4针对以上现象，我们对此做了技改，决定选用变频器。
二、变频器的选型：
根据变频器选用的原则，变频器的功率应略大于等于电机输出功率的原则，再结合我厂的实际情况，生产环境粉尘大，腐蚀性强，风机调节、电机启动停车频繁等特点，结合我们电机型号Y200L-4,功率30KW和风机型号及风量的要求，进行选配。按照变频器选用说明要求，同时我们又对各个厂家变频器做一对比，在售后上和价位上，以及性能上，我们选择了台达变频器VFD300F43A型号。
三、 电磁调速电机和变频器调速的在工作原理上的不同及区别
3.1 VFD300F43A变频器结构及工作原理：
VFD300F43A变频器为交-直-交形式，它是先把工频交流电通过整流变成直流，然后再把直流电变换成频率电压均可控的交流电。变频器内部的核心原件，是大功率可控开关管，他与可控硅不同之处是以0压导通，而可控硅则不能。自动控制方面：①触摸屏、PLC可编程序控制器和控制软件。②智能自检测：有压力变送器、风流量变送器、PID、PID隔离模板、隔离变压器、直流供电电源及信号电缆；③可视化操作界面：实现人机对话，故障信息自动记录方便检修。变频调速的原理是根据异步电动机的转速:N=60F( 1- S) /P 式中F 为电源频率, P 为极对数, S 为电机的转差率。由上式可知，之所以能够用变频器方式调速，因为异步电动机的同步转速改变定子的供电频率，即可改变电动机的转速，改变工段f时，定子的感应电动势近似等于定子上的端电压，只要转差率不太大，可以近似的认为转速n与f成正比，改变电源频率就可实现交流电动机连续平滑调速。
3.2电磁调速电动机的结构和工作原理
电磁调速电机主要由三相异步电机、电磁转差离合器和测速发电机三部分组成。电磁调速原理：电磁调速电动机由不调速的鼠龙型异步电动机和靠励磁电流调速的电磁滑差离合器组成，电磁滑差离合器由直流电源励磁改变磁场的强度，即可改变电磁滑差离合器磁极的转速，因而与磁极相连风机的转速也得到调节。但是它的最高输出转速仅为电动机的80%-90%，低速时效率低下，热能损耗高，并且调速范围不大。
四、 安装调试过程中出现的问题及处理方法
a) 在原设备不变的情况下，电枢和磁极连接处需要焊接在一起，形成一个整体，如下图。
b)电动机散热系统改造：在调试过程中发现由于电动机不是专用变频电机，故在低速下运行时，易引起电动机发热。为了保证电动机在低速下稳定运行，特对电机进行散热系统进行改造。增加电动机的散热风扇有源控制，风扇的运行取决于断路器闭合后辅助节点，即电动机无论是在高速还是在低速下运行时，散热风扇都能保证电动机散热。
c)不正确的操作引起”过电流”报警：在开停电动机时，有时变频器报“过电流”故障，但又立即消失，检测系统输入电流正常。后咨询厂家工程师，风机开起来需要一个时间段，变频器有一个加速过程，才能完全启动。故我们对工艺人员开车时做了详细说明，以后再没有出现此类问题。
五、变频器和电磁调速比较节能效果分析：
热引风机工作频率在40HZ左右，转速在980转/分，理论上采用变频调速的方法取代电磁调速平均节能30%左右。因为电磁调速有调速范围，像此热引风机最大调速只能调到1200r/min，其他能量就损失在励磁上面，而变频调速是直接调节，没有能量损失。
1.电磁调速主电机轴输出功率
P0=T0*N0
式中P0表示主电机轴输出功率；T0表示负载转矩；N0表示主电机转速。
2.电磁调速转子输出功率
P1=T0*N1
式中P1表示电磁调速转子输出功率； N1电磁调速转子转速。
3.损耗功率ΔP
ΔP=P0-P1=T0*(N0-N1)=(1440-980)T0
于电磁转差离合器的输出转速的降低，其转差损耗增大。由此可见，具有恒转矩负载特性的生产机械，采用电磁转差离合器进行调速，其调节速转越低，运行效率就越低，转差损耗就越大。
理论上节能：
(P0-P1)/P0=（1440-980）T0/1440T0=31.9%
显然，对于恒转矩负载，采用变频调速，其转速越低，节电效果越显著。由于变频调速为无转差调速，所以与电磁转差离合器调速相比，其运行效率高。采用变频器有高效节能的特点，值得推广。
六、变频器的安全注意事项及维护保养：
随着变频器的大量应用，变频器的维护保养尤显重要。使用变频器，不但要了解变频器的结构、原理和性能，而且还要注意日常维护和定期检查，及时查明情况，及时查明原因，及早清除故障，减少事故的发生，以延长使用寿命。我们通常作如下检查：
1. 变频器环境温度是否正常，要求在—10——+40摄氏度范围内，以25摄氏度左右为好。
2. 变频器在显示面板上显示的输出电压、电流频率等各种数据是否正常。
3. 显示面板上显示的字符是否清楚，是否缺少字符。
4. 用测温仪器检测变频器是否过热，是否有异味。
5. 变频器风扇运转是否正常，有无异常，散热风道是否畅通。
6. 变频器运行中是否有故障显示。
7. 检查变频器交流输入电压是否超过最大值，极限是418V(380V*1.1)，如果主电路外加输入电压超过极限，即使变频器没有运行，也会对变频器线路造成损坏。
8. 若必须对变频器进行绝缘测试，注意必须将所有的输入、输出端子（R、S、T、U、V、W、P、P-、PB）全部可靠短接，严禁对单个单个端子做绝缘测试，测试请用500V兆欧表。
9. 控制回路注意不可用兆欧表测量。
10. 对电机进行绝缘测试，注意必须将电机与变频器之间的连接线拆除。
11. 对变频器还要定期检查，检查时必须切断电源，变频器停电后待操作面板电源指示灯熄灭后，等待4分钟（变频器容量越大，等待时间越长，最长为15分钟），使得主电路直流滤波电容器充分放电，用万用表确认电容器放电完后，再进行操作。
12. 将变频器控制模板、主板拆下，用毛刷、吸尘器清扫变频器线路板及内部IGBT模块、输入输出电抗器等部位。线路板脏的地方，应用棉布沾上酒精或中性化学剂擦除。
13. 检查变频器内部导线绝缘是否有腐蚀过热的痕迹及变色损坏等，如发现应及时进行处理或更换。
14. 变频器由于震动、温度变化等影响，螺丝等紧固部件往往松动，应将所有螺丝全部紧固一遍。
15. 检查输入输出电抗器、变压器等是否过热、变色烧焦或有异味。
16. 检查中间直流回路滤波电解电容器小凸肩（安全阀）是否涨出，外表面是否有裂纹、漏液、膨胀等。一般情况下，滤波电容器使用周期大约为5年，检查周期最长为一年，接近寿命时，检查周期最好为半年，电容器的容量可用数字电容表测量，当容量下降到额定容量的80%以下时，应予更换。
17. 将变频器R、S、T端子和电源端电缆断开，U、V、W端子和电机端电缆断开，用兆欧表测量电缆每相导线之间以及每相导线与保护接地之间的绝缘电阻是否符合要求，正常适应大于1兆欧。
18. 变频器在检修完毕投入运行前，应带电空载试运行几分钟，并校对电机旋转方向。
七、结束语：
随着科技的发展，变频器会越来越普及，因为变频器调速性能好，调速范围大，静态运行好，运行效率高，使用方便。在风机使用变频器后不仅明显的节能，同时减少设备的振动及损坏，延长机械寿命，降低设备的故障率等优点，值得大家推广使用。但也必须提高技术水平，加强学习，做好维护。
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摘要：本文介绍了变频器的工作原理、节能分析。结合实际应用，通过对热引风机技改，得出变频器的高效节能，优化操作等特点。
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关键词：电磁滑差 变频器 节能分析 风机
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Abstract: This paper introduces the structure of frequency converter ,and the work principle, the energy conservation principle. Combining with the practical application, it comes to the conclusion that frequency converter is be characterized by highly efficient energy-saving, optimizing the operation.
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Key words: frequency converter selection motor fan energy conservation
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前言：随着科技的不断发展，单片机、电磁滑差调速电机等逐渐被变频器所取代，变频器应用越来越广，也越来越多的被人们接触，它的应用及维护也将被所重视，这就要求大家多学习变频器知识，注意应用和维护，希望能和大家在此共同探讨。
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一、工艺需求及分析：
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1.1工艺生产时，在不同配方、不同环境下对电机转速要求不同，有时要求高速运转，有时需要低速运转，调节频繁，而电磁离合器本身滑差大，最高输出转速仅为电动机的80%-90%，低速时效率低下，电能损耗大，并且调速范围小。
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1.2电磁调速电机对周围环境要求高，必须为粉尘较小且干燥的环境，否则很容易因粉尘进入，把磁极和电枢部分粘死，无法调速甚至烧坏测速电机。 如下图
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1.3我厂经常出现类似的情况，多次都是因为磁极和电枢部分粘死，无法调速，不得不停车处理，严重影响生产。
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1.4针对以上现象，我们对此做了技改，决定选用变频器。
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二、变频器的选型：
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根据变频器选用的原则，变频器的功率应略大于等于电机输出功率的原则，再结合我厂的实际情况，生产环境粉尘大，腐蚀性强，风机调节、电机启动停车频繁等特点，结合我们电机型号Y200L-4,功率30KW和风机型号及风量的要求，进行选配。按照变频器选用说明要求，同时我们又对各个厂家变频器做一对比，在售后上和价位上，以及性能上，我们选择了台达变频器VFD300F43A型号。
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三、 电磁调速电机和变频器调速的在工作原理上的不同及区别
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3.1 VFD300F43A变频器结构及工作原理：
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VFD300F43A变频器为交-直-交形式，它是先把工频交流电通过整流变成直流，然后再把直流电变换成频率电压均可控的交流电。变频器内部的核心原件，是大功率可控开关管，他与可控硅不同之处是以0压导通，而可控硅则不能。自动控制方面：①触摸屏、PLC可编程序控制器和控制软件。②智能自检测：有压力变送器、风流量变送器、PID、PID隔离模板、隔离变压器、直流供电电源及信号电缆；③可视化操作界面：实现人机对话，故障信息自动记录方便检修。变频调速的原理是根据异步电动机的转速:N=60F( 1- S) /P 式中F 为电源频率, P 为极对数, S 为电机的转差率。由上式可知，之所以能够用变频器方式调速，因为异步电动机的同步转速改变定子的供电频率，即可改变电动机的转速，改变工段f时，定子的感应电动势近似等于定子上的端电压，只要转差率不太大，可以近似的认为转速n与f成正比，改变电源频率就可实现交流电动机连续平滑调速。
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3.2电磁调速电动机的结构和工作原理
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电磁调速电机主要由三相异步电机、电磁转差离合器和测速发电机三部分组成。电磁调速原理：电磁调速电动机由不调速的鼠龙型异步电动机和靠励磁电流调速的电磁滑差离合器组成，电磁滑差离合器由直流电源励磁改变磁场的强度，即可改变电磁滑差离合器磁极的转速，因而与磁极相连风机的转速也得到调节。但是它的最高输出转速仅为电动机的80%-90%，低速时效率低下，热能损耗高，并且调速范围不大。
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四、 安装调试过程中出现的问题及处理方法
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a) 在原设备不变的情况下，电枢和磁极连接处需要焊接在一起，形成一个整体，如下图。
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b)电动机散热系统改造：在调试过程中发现由于电动机不是专用变频电机，故在低速下运行时，易引起电动机发热。为了保证电动机在低速下稳定运行，特对电机进行散热系统进行改造。增加电动机的散热风扇有源控制，风扇的运行取决于断路器闭合后辅助节点，即电动机无论是在高速还是在低速下运行时，散热风扇都能保证电动机散热。
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c)不正确的操作引起”过电流”报警：在开停电动机时，有时变频器报“过电流”故障，但又立即消失，检测系统输入电流正常。后咨询厂家工程师，风机开起来需要一个时间段，变频器有一个加速过程，才能完全启动。故我们对工艺人员开车时做了详细说明，以后再没有出现此类问题。
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五、变频器和电磁调速比较节能效果分析：
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热引风机工作频率在40HZ左右，转速在980转/分，理论上采用变频调速的方法取代电磁调速平均节能30%左右。因为电磁调速有调速范围，像此热引风机最大调速只能调到1200r/min，其他能量就损失在励磁上面，而变频调速是直接调节，没有能量损失。
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1.电磁调速主电机轴输出功率
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P0=T0*N0
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式中P0表示主电机轴输出功率；T0表示负载转矩；N0表示主电机转速。
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2.电磁调速转子输出功率
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P1=T0*N1
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式中P1表示电磁调速转子输出功率； N1电磁调速转子转速。
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3.损耗功率ΔP
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于电磁转差离合器的输出转速的降低，其转差损耗增大。由此可见，具有恒转矩负载特性的生产机械，采用电磁转差离合器进行调速，其调节速转越低，运行效率就越低，转差损耗就越大。
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理论上节能：
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(P0-P1)/P0=（1440-980）T0/1440T0=31.9%
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显然，对于恒转矩负载，采用变频调速，其转速越低，节电效果越显著。由于变频调速为无转差调速，所以与电磁转差离合器调速相比，其运行效率高。采用变频器有高效节能的特点，值得推广。
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六、变频器的安全注意事项及维护保养：
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随着变频器的大量应用，变频器的维护保养尤显重要。使用变频器，不但要了解变频器的结构、原理和性能，而且还要注意日常维护和定期检查，及时查明情况，及时查明原因，及早清除故障，减少事故的发生，以延长使用寿命。我们通常作如下检查：
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1. 变频器环境温度是否正常，要求在—10——+40摄氏度范围内，以25摄氏度左右为好。
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2. 变频器在显示面板上显示的输出电压、电流频率等各种数据是否正常。
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3. 显示面板上显示的字符是否清楚，是否缺少字符。
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4. 用测温仪器检测变频器是否过热，是否有异味。
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5. 变频器风扇运转是否正常，有无异常，散热风道是否畅通。
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6. 变频器运行中是否有故障显示。
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7. 检查变频器交流输入电压是否超过最大值，极限是418V(380V*1.1)，如果主电路外加输入电压超过极限，即使变频器没有运行，也会对变频器线路造成损坏。
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8. 若必须对变频器进行绝缘测试，注意必须将所有的输入、输出端子（R、S、T、U、V、W、P、P-、PB）全部可靠短接，严禁对单个单个端子做绝缘测试，测试请用500V兆欧表。
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9. 控制回路注意不可用兆欧表测量。
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10. 对电机进行绝缘测试，注意必须将电机与变频器之间的连接线拆除。
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11. 对变频器还要定期检查，检查时必须切断电源，变频器停电后待操作面板电源指示灯熄灭后，等待4分钟（变频器容量越大，等待时间越长，最长为15分钟），使得主电路直流滤波电容器充分放电，用万用表确认电容器放电完后，再进行操作。
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12. 将变频器控制模板、主板拆下，用毛刷、吸尘器清扫变频器线路板及内部IGBT模块、输入输出电抗器等部位。线路板脏的地方，应用棉布沾上酒精或中性化学剂擦除。
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13. 检查变频器内部导线绝缘是否有腐蚀过热的痕迹及变色损坏等，如发现应及时进行处理或更换。
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14. 变频器由于震动、温度变化等影响，螺丝等紧固部件往往松动，应将所有螺丝全部紧固一遍。
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15. 检查输入输出电抗器、变压器等是否过热、变色烧焦或有异味。
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16. 检查中间直流回路滤波电解电容器小凸肩（安全阀）是否涨出，外表面是否有裂纹、漏液、膨胀等。一般情况下，滤波电容器使用周期大约为5年，检查周期最长为一年，接近寿命时，检查周期最好为半年，电容器的容量可用数字电容表测量，当容量下降到额定容量的80%以下时，应予更换。
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17. 将变频器R、S、T端子和电源端电缆断开，U、V、W端子和电机端电缆断开，用兆欧表测量电缆每相导线之间以及每相导线与保护接地之间的绝缘电阻是否符合要求，正常适应大于1兆欧。
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18. 变频器在检修完毕投入运行前，应带电空载试运行几分钟，并校对电机旋转方向。
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