变频器在污泥脱水离心机上的应用
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摘要：通过变频器在污水工艺中的应用，阐述了离心机在变频器在实际使用环境条件下的合理使用，使用过程中常见的各种故障及问题的处理方法。
关键词：变频器、 离心机、制动、调试、干扰、故障
1 前言：离心机是通过离心力作用将固液体分离，是工业生产常用的设备。其机械结构过程一般分为以下几部分：加料、脱水（离心转鼓）、制动、刮刀、卸料。
基本工作原理为：待分离的物料通过进料口加到离心机转股后，离心机转股在外部电机的速动下起动，并逐渐加深到额定转速运行，依靠离心机转鼓高速运行时产生的强大离心力将物料通过滤布（滤网）分离，分离出的液体物质通过口进行排放或者回收，固态物质则留在离心机转鼓内部。当转鼓的滤饼打到机器规定的装料量时停止装料，对滤饼进行洗涤，并将洗涤液滤出。根据工艺的要求分离完毕后，给电机断电，离心机自由停机。
2 污泥脱水离心机控制系统的工作特点
因高速运行的离心机惯性太大，为了缩短停机时间，往往采用液压辅助和刹车片辅助机械制动。离心转鼓作为离心机的主要工作部分，通常由一台三相异步电机通过三角皮带传动运行，该部分本身负载惯性大，尤其是在加入负载后电机普遍存在起动电流大、起动时间长、起动困难等问题。而巨大的负载惯性同样也造成停机的困难。往往需要长时间才能完全停止。采用液压制动效果好，但成本太高。而且会造成设备结构过大。采用刹车片虽然结构简单，但工作损耗太快。维护费用太高。因此，现在很多离心机厂家力求采用变频技术，提高离心机的工作效率，减少维护成本。
3 变频器在离心机上使用的可行性分析
变频器一般都带有内置制动单元或外部制动单元；针对离心机在停车时因惯性大造成停车困难的问题，我们可以利用变频器所带有的制动单元配合刹车电阻实现能耗制动，有效解决采用液压制动和刹车片所带来得体积大，价格高，维护费用高的问题。针对整个工作过程中：加料、分离、刮料需要不同的工作速度，我们可以采用变频器具有的三（或多）段速功能来实现。
采用变频器控制离心机负载时都要求增加制动单元以满足停车要求。由于离心机负载惯性大，当离心机开始停机时变频器的输出频率开始按减速时间下降，由于负载惯性离心机此时转速变化不大，造成电机实际转速高于同步转速，电机处于发电机状态（当电机的实转速高于同步转速时，电机运行在发电机状态），此时电机侧反馈回的能量将通过逆变回路的续流二极管反馈到直流回路的滤波电容上，这时变频器的母线电压会迅速升高。如果不把这部分能量消耗掉，过高的电压将使用变频器出现过压保护，甚至会损坏变频器，为尽快把电机反馈的能量消耗掉必须加装制动组件。当制动单元控制回路检测到直流母线电压达到变频器的设定保护值时将控制其开关管IGBT开通，制动电阻R连接到回路中，并将电机反馈的能量消耗在电阻上。
4 变频器调试需注意的问题
了解了离心机负载特性，我们在安装调试时应注意以下问题：
（1）离心机负载起动转矩要求较高，可能出现起动困难的情况，需适当提升变频器的转矩补偿值，但起动转矩补偿不可太大，否则可能出现过流、过载等报警，若在加速中出现报警应适当延长加速时间。
（2）离心机惯性大，必须加装制动单元，其制动电阻的选择可参考操作手册。正常工作时制动电阻会因消耗能量而发热，减速时则会出现过压报警，可通过适当延长减速时间来解决此问题。
（3）一般离心机安装在操作现场，多台变频器集中置于控制室内，如果操作现场距变频器的距离过远（一般超过50m），则应采取相应的处理措施：可以加装输出电抗或滤波器以防变频器输出电压的衰减，或考虑加大变频器的容量。
5变频器使用过程中发生的问题及处理
5.1电源进线的干扰
当电源侧的补偿电容器投入电网时，在短暂时间，电源电压将出现很高的峰值，这可能使整流二极管因承受过高的反向电压而损坏。当电网有容量较大的晶闸管设备时，由于晶闸管总是在半个周的部分时间内导通，在其导通时容易使电网出线凹口，同样使整流二极管因承受过高的反向恢复电压而损坏。晶闸管主电源的电压容易波动,因特别注意与变频器低电压保护调整值相适应（出厂时一般设定为0.8～0.9UN）,因为在实际使用中，电网电压偏低的可能性较大；而且频率的波动和谐波干扰会增加变频器系统热损耗，导致噪声增加，输出降低。还要考虑变频器与电动机自身的功率损耗。
在变频器的输入端侧接入交流电抗器或隔离变压器。
实际工程中需要把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开布线，分走不同的桥架。变频器的控制线也最好与其主回路线路以垂直的方式布线。
5.2谐波干扰
通用变频器的主电路一般由整流、逆变和滤波三部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输入为PWM脉宽调制波形。输入输出电压中含有除基波意外的其他谐波。 较低次谐波通常对电动机负载影响较大，引起转矩脉动；容量较小的变频器，高次谐波的影响较小，较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足。
变频器输出的高低次谐波，可以采用以下方法抑制。
（1）当电机电缆长度大于50m或80m（非屏蔽）时，为了防止电机启动时的瞬时过电压，减少电机对地的泄漏电流和噪声，保护电动机，在变频器与电动机之间安装电抗器。
（2）增加变频器供电电源内阻抗。通常电源设备的内阻抗可以缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用，内阻抗越大，谐波含量越小，这内阻抗就是变压器的短路阻抗。应此选择变频器供电电源时，最好选择短路阻抗大的变压器。
（3）采用变压器多相运行。通用变频器为六脉波整流器，因此产生的谐波较大。如果采用变压器多项运行。使相位角互差30度，如Y―△、△―△组合的变压器构成12脉冲的效果，可减小低次谐波电流，很好抑制谐波。
（4）安装电抗器。在变频器的输入和输出端，串接合适的电抗器或安装LC型谐波滤波器，吸收谐波和增大电源或负载阻抗，达到抑制谐波的目的。在变频器的输出侧和电机之间串入电抗器，可削弱输出电流中的谐波成分，这种方法不仅起到了干扰的作用，还削弱了电机中由于谐波电流引起的附加转矩，改善了电机的运行特性。
（5）设置专用滤波器用来检测变频器和相位，并产生一个与谐波电流的幅值相同且相位正好相反的电流，通到变频器中，从而可以有效地吸收谐波电流。
5.3发热问题
变频器的发热是由于内部的损耗而产生的，主要电路约占98％，控制电路占2％每1KV.A的变频器容量，其功耗为40－50W.为保证变频器正常运行，必须对变频器进行散热。
（1）采用风扇散热。为了不使变频器内部的温度升高，使用变频器的内装风扇，可将变频器箱体内部散热带走。每带走1KW热量所需要的风量约为0.1m3/s.
（2）环境温度。变频器是电子装置，内含电子元件及电解电容等，所以温度对其寿命影响较大。通用变频器的环境温度一般要求-10～+50度，超过此温度，电子器件容易损坏，功能易失灵。所以变频器尽量安装在通风和环境温度较低的地方。
5.4过压类故障
对于过电压故障的处理，关键一是中间直流回路多余能量如何及时处理；二是如何避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内。下面是主要的对策：
(1) 在电源输入侧增加吸收装置，减少过电压因素
对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。
(2) 从变频器已设定的参数中寻找解决办法
在变频器可设定的参数中主要有两点：
1）减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能释放的太快，该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过压情况下可减至的频率值，暂缓后减速至零，减缓频率减少的速度。
2）是中间直流回路过电压倍数。
5.5过流故障
过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器。
5.6过载故障
过载故障包括变频过载和电机器过载。其可能是加速时间太短，直流制动量过大、电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。
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