變頻器基本知識

變頻器按能量變換的情況，可以分為交-交變頻器與交-直-交變頻器兩種，前者是將工頻電源轉變成所需頻率的交流電源，故稱(chēng)直接變頻，后者是把直流電能（一般經(jīng)交流電源整流而得）轉變?yōu)樗桀l率的交流電源，故稱(chēng)為逆變器。

1、交-交變頻器

簡(jiǎn)單的交-交變頻器，可用兩組反并聯(lián)的變流器組成，如下圖：如果讓正組變流器和反組變流器輪流導通，則負載上就獲得交變的輸出電壓u0，u0的幅值可以通過(guò)改變變流器的控制角α加以調節，u0的頻率則有正、反兩組變流器輪流導通的切換頻率所決定。

交-直-交變頻器是由整流器與逆變器組成，如下圖：如果讓兩對晶閘管T1、T4與T2、T3輪流切換導通，則負載上就得到交流輸出電壓u0，u0的幅值可以用改變直流電壓ud來(lái)調節,u0的頻率則取決于兩對晶閘管的切換頻率。

二、變頻器的選用要點(diǎn)

1、負載電流

電動(dòng)機采用變頻器運轉同采用工頻電源運轉相比，由于變頻器輸出電壓、電流中所含諧波的影響，電動(dòng)機的效率、功率因數將降低，電流將增加（同一負載約增10%）。電動(dòng)機負載非常輕時(shí)，即使電動(dòng)機電流在變頻器額定電流以?xún)?，也不能使用比電?dòng)機容量小很多的變頻器，這是因為電動(dòng)機的電抗隨電動(dòng)機的容量不同，即使電動(dòng)機負載相同，電動(dòng)機容量越大，其脈動(dòng)電流值也就越大，因而有可能超過(guò)變頻器的過(guò)流耐量。

2、低速運轉時(shí)的轉矩特性

標準電動(dòng)機采用變頻器低速運轉時(shí)，對于U/f一定的轉距控制，各頻率下運轉電流大體同電動(dòng)機額定頻率下的運轉電流一樣，因此主要應控制電動(dòng)機銅損造成的溫升。在這種低速情況下，即使電動(dòng)機的銅損大體與額定轉速時(shí)相同，但由于轉速變低，電動(dòng)機冷卻效果變差，電動(dòng)機定子繞組溫升就變大，所以必須與此溫升相應地減小運轉轉矩，降低銅損使用。

3、短時(shí)最大轉矩

標準電動(dòng)機在額定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右最大轉矩的能力，如果用變頻器運轉標準電動(dòng)機，其轉矩特性有如下限制：

1）為了保護主電路電力電子元件等，變頻器設有限流功能和過(guò)流時(shí)中斷晶體管工作等功能，以防止超過(guò)耐量的電流流過(guò)，此過(guò)電流耐量通常為變頻器額定電流的150%左右。

2）在數赫茲的低頻區運轉時(shí)，電動(dòng)機電阻在阻抗中占的比例增大，轉矩特性大幅度降低。

由以上兩個(gè)限制，電動(dòng)機與變頻器組合時(shí)最大轉矩值的情況，在低頻區最大轉矩值變小。在負載變動(dòng)大或需要啟動(dòng)轉矩大的情況下，要注意容量的選擇，可使用上一級的電動(dòng)機與變頻器。

4、容許最高頻率范圍

通用變頻器中，有的可以輸出工頻以上的頻率，但電動(dòng)機是以工頻下運轉為前提制造的，因此在工頻以上頻率使用時(shí)，必須確認電動(dòng)機允許最高頻率范圍，通常電動(dòng)機允許最高頻率范圍受以下因素限制：

1）軸承的極限轉速；

2）風(fēng)扇、端子等的強度；

3）轉子的危險速度；

4）其他特殊零件的強度。

5、噪聲

電動(dòng)機用變頻器運轉時(shí)，與工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電動(dòng)機在額定轉速以上運轉，通風(fēng)噪聲非常大，采用時(shí)必須充分考慮。另外，低速運轉同工頻運轉相比，也有刺耳的金屬聲（磁噪聲）發(fā)生，可以使用電抗器，以降低磁噪聲。

6、振動(dòng)

電動(dòng)機用變頻器運轉時(shí)，就電動(dòng)機本身來(lái)說(shuō)，同工頻電源相比，振動(dòng)并沒(méi)有大幅度增加。但是把電動(dòng)機安裝在機械上，由于機械系統的固有頻率發(fā)生諧振，以及與所傳動(dòng)機械的旋轉體不平衡量大時(shí)，往往發(fā)生異常振動(dòng)，為此需要考慮修正平衡，采用輪箍式聯(lián)軸節或防震橡膠等措施。

三、變頻器的安裝要求

1、環(huán)境溫度

變頻器一般適用于-10～40℃、海拔低于1000m、相對濕度不大于90%的環(huán)境中工作。環(huán)境溫度若高于40℃，每升高1℃，變頻器應降額5%使用。

2、現場(chǎng)條件

1）無(wú)腐蝕，無(wú)易燃、易爆氣體和液體；無(wú)灰塵、漂浮性的纖維及金屬顆粒；無(wú)電磁干擾。

2）安裝場(chǎng)所的基礎、墻壁應堅固無(wú)損傷、無(wú)振動(dòng)。

3）安裝位置應避免陽(yáng)光直射。

4）驅動(dòng)防爆電動(dòng)機時(shí)，變頻器無(wú)防爆結構，應將變頻器設置在危險場(chǎng)所之外。

3、安裝方式

1）變頻器必須垂直安裝，若多臺變頻器安裝在同一裝置或控制箱里時(shí)，宜橫向并列安裝。若采用縱向方式安裝，變頻器間應加裝隔熱板。

2）墻掛式安裝變頻器與周?chē)矬w之間的距離，兩側不小于100mm，上下不小于150mm。

3）環(huán)境比較潔凈，塵埃少時(shí)，單臺變頻器安裝宜采用柜外冷卻方式；若采用柜內冷卻方式，應在變頻器柜柜頂安裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇。

四、變頻器的絕緣測量

1、主回路絕緣測量

1）用合格的500V兆歐表。

2）斷開(kāi)變頻器主回路和控制電路所有端子對外的連接。

3）將主回路端子R、S、T、P1、P+、N和U、V、W等公用線(xiàn)進(jìn)行短接。

4）兆歐表電壓只能加于主回路公共端連接線(xiàn)和接地端子E（G）之間，絕對不能只連接某一個(gè)主回路端子對地進(jìn)行絕緣電阻的測量，也不能對變頻器的控制端子進(jìn)行絕緣測量，否則可能會(huì )損壞變頻器?！?/span>

5）兆歐表指示值達到5MΩ及以上為正常合格。

6）絕緣電阻測量結束以后，一定要記住拆除所有上述短接主回路端子的連線(xiàn)。

2、控制回路絕緣測量

不能用兆歐表對控制電路進(jìn)行測試，否則將燒損電路元件?？捎萌f(wàn)用表的高阻擋在控制回路端子和接地端子之間進(jìn)行測量，達到1MΩ及以上為正常合格。

3、外接電路絕緣測量

為了防止兆歐表的高壓加到變頻器上，在測量外接電路的絕緣電阻時(shí)，必須首先把外接電路從變頻器上拆下來(lái)，還要注意檢查兆歐表的高壓是否有可能通過(guò)其他回路加到變頻器上，如有，則應將有關(guān)的所有連線(xiàn)拆下，之后方可進(jìn)行測量。

五、變頻器的接線(xiàn)要求

1、變頻器主回路接線(xiàn)

1）電纜線(xiàn)屑、金屬屑、短斷頭及其螺桿、螺母等不得遺落在變頻器內部。

2）變頻器輸入端（R、S、T），輸出端（U、V、W）接線(xiàn)應正確，電纜芯線(xiàn)連接無(wú)松動(dòng)。端子接線(xiàn)裸露部分與其他端子帶電部分間應做好絕緣隔離。

3）變頻器輸出端子排上的N端子不得接至輸入電源中性線(xiàn)端子上。

2、變頻器控制回路接線(xiàn)

1）控制回路與主回路的配線(xiàn)、模擬信號回路與反饋信號回路的配線(xiàn)應分開(kāi)，且保持一定的距離。

2）變頻器控制回路中的繼電器觸點(diǎn)端子引線(xiàn)與其他控制回路端子的連線(xiàn)，應按區域配線(xiàn)。

3）變頻器控制回路配線(xiàn)應采用屏蔽線(xiàn)或屏蔽電纜。

4）模擬量控制線(xiàn)應采用屏蔽線(xiàn)或屏蔽電纜，屏蔽一端應接至控制電路的公共（COM）側，不得接至地端（E）或大地，另一端可懸空。

5）開(kāi)關(guān)量控制線(xiàn)未采用屏蔽線(xiàn)，同一信號兩根線(xiàn)應絞結后分別連接。

3、變頻器接地和防雷接線(xiàn)

1）變頻器接地線(xiàn)截面不應小于2mm2，長(cháng)度宜控制在20m內。

2）雷電活躍地區，電源進(jìn)線(xiàn)側應裝設變頻器專(zhuān)用避雷器，或按規范在變頻器安裝處20m的距離以外預埋鋼管保護接地裝置。

3）多臺變頻器接地時(shí)，變頻器應分別與大地相連，不得一臺變頻器的接地端與另一臺變頻器的接地端連接后再接地。

4）變頻器的接地端子（PE）可與電機電纜的接地線(xiàn)相連接。

4、變頻器的“EMC電磁兼容性"接線(xiàn)

1）傳動(dòng)柜中所有電氣設備接地良好，接地線(xiàn)應連接至公共接地點(diǎn)或接地母排上，宜用高頻時(shí)阻抗較低的扁平導體，例如金屬網(wǎng)編織線(xiàn)。

2）變頻器的電機電纜須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導截面積不小于每相導線(xiàn)芯截面積的1/10。

3）控制電纜應采用屏蔽電纜，屏蔽層應直接接至變頻器內部接地側，另一側可通過(guò)高頻小電容接地。

4）當屏蔽層兩端的差模電壓（信號線(xiàn)與信號線(xiàn)之間的電位差）較低和連接到同一接地線(xiàn)上時(shí)，可將屏蔽層的兩端直接接地。

5）模擬信號的傳輸線(xiàn)應采用雙屏蔽的雙絞線(xiàn)，不同的模擬信號線(xiàn)單獨配線(xiàn)，不同模擬信號不得置于同一對公共反饋回線(xiàn)中。

6）低壓數字信號線(xiàn)應采用雙屏蔽的雙絞線(xiàn)。

7）電機電纜應單獨配線(xiàn)，其最小間距為500mm。

8）變頻器控制電纜和電源電纜的安裝與接線(xiàn)若有交叉，應按90°角交叉配線(xiàn)，采用專(zhuān)用夾子將電機電纜和控制電纜屏蔽層固定到接地點(diǎn)。

六、變頻器的試運要求

1、空載試運

1）電動(dòng)機的旋轉方向正確。

2）運轉至各頻率點(diǎn)電動(dòng)機不得有異常振動(dòng)、共振、振動(dòng)噪聲。

3）參數設定程序重新檢查，確認參數設定值無(wú)誤。

4）輸出電壓和電流值應符合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)文件要求，三相平衡值不得大于10%。

2、帶負載試運

1）按正常負荷量運行，三相輸出電流值應符合預定值。

2）閉環(huán)控制系統的轉速反饋變化值應符合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)文件要求。

3）電動(dòng)機運行的平穩性，電動(dòng)機和變頻器運行溫度變化應保持穩定。

4）各類(lèi)保護性參數值具備有效性。

5）按工藝要求試運行，隨時(shí)監控并做好記錄。

七、變頻器的巡視檢查

1、巡視檢查的目的

對變頻器進(jìn)行巡視檢查的主要目的是盡早發(fā)現異?，F象，清除塵埃，緊固配件，排除事故隱患等。在變頻器運行過(guò)程中，可以從設備外部目視檢查運行狀況有無(wú)異常。通過(guò)鍵盤(pán)面板轉換鍵查閱變頻器的運行參數，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉距、電機轉速等，掌握變頻器日常運行值的范圍，以便及時(shí)發(fā)現變頻器及電動(dòng)機問(wèn)題。

2、巡視檢查的內容

1）鍵盤(pán)面板顯示是否正常，有無(wú)缺少字符，儀表指示是否正確，是否有震動(dòng)、震蕩等現象。

2）冷卻風(fēng)扇部分是否運轉正常，是否有異常聲音等。

3）變頻器及引出電纜是否有過(guò)熱、變色、變形、異味、噪聲、振動(dòng)等異常情況。

4）變頻器周?chē)h(huán)境是否符合標準規定，溫度與濕度是否正常。

5）變頻器的散熱器溫度是否正常。冷風(fēng)機電機是否有過(guò)熱、異味、噪聲、振動(dòng)等異常情況。

6）變頻器控制系統是否積聚塵埃、各連接線(xiàn)及外圍電氣元件是否有松動(dòng)等異?，F象。

7）變頻器的進(jìn)線(xiàn)電源是否正常，電源開(kāi)關(guān)是否有電火花、缺相，引線(xiàn)壓接螺栓是否松動(dòng)，電壓是否正常等。

八、變頻器的維護檢查

1、綜合檢查

1）周?chē)h(huán)境

檢查周?chē)袩o(wú)危險品，檢測環(huán)境溫度，濕度，空氣清潔度。

2）電壓

測量主回路、控制回路電壓是否正常。

3）觸摸面板

是否缺少字符，字符是否清楚。

4）框架、前面板

（1）是否沾有灰塵污損；

（2）是否因過(guò)熱變色；

（3）是否有異常聲音、異常振動(dòng)；

（4）螺栓是否松動(dòng)。

2、主回路檢查

1）公用

（1）是否附著(zhù)灰塵污損；

（2）螺栓是否松動(dòng)；

（3）是否有變形、裂紋、破損或過(guò)熱老化變色。

2）導體、電線(xiàn)

（1）導體是否變形或過(guò)熱變色；

（2）導線(xiàn)皮是否破損、裂口、變色。

3）電阻

（1）是否斷線(xiàn)；

（2）是否有過(guò)熱的怪味，絕緣體有無(wú)裂紋。

4）濾波電容器

（1）是否漏液、變色、裂紋、外殼膨脹；

（2）閥體是否明顯膨脹；安全閥是否出來(lái)。

5）變壓器、電抗器

是否有異常的聲音和怪味。

6）接觸器、繼電器

工作時(shí)是否振動(dòng)、聲音異常 。

3、控制回路檢查

印刷電路板連接器：

1）螺栓、螺釘是否松動(dòng)；

2）是否有裂紋、破損、變形；

3）電容器是否漏液、變形；

4、冷卻系統檢查

1）冷卻風(fēng)扇

（1）否有異常振動(dòng)、異常聲音；

（2）螺栓是否松動(dòng)。

2）通風(fēng)道

散熱片給氣排氣口的間隙是否有堵塞和附著(zhù)異物。

九、變頻器的故障處理

1、過(guò)流和過(guò)載故障

過(guò)流和過(guò)載在變壓器的應用中是經(jīng)常出現的，此類(lèi)故障首先要將負載斷開(kāi)，確定是由于負荷過(guò)載引起的故障，還是電氣主回路、控制回路問(wèn)題。如果是電氣方面的問(wèn)題，再將變頻器和電機電纜脫離開(kāi)進(jìn)行檢查，進(jìn)一步確認是哪個(gè)環(huán)節的故障。

1）外部原因

（1）由于電動(dòng)機負載突變，引起大的沖擊電流使過(guò)電流保護動(dòng)作。這類(lèi)故障一般是暫時(shí)的，重新啟動(dòng)后會(huì )恢復正常。如果經(jīng)常有負載突變的情況，則應采取限制負載突變或更換較大容量的變頻器。

（2）電動(dòng)機和電纜相間或相對地絕緣破壞，造成匝間或相間對地短路，因而導致過(guò)電流，一般遇到此類(lèi)故障是先將電機不帶負載單試，如果仍出現過(guò)流則將出線(xiàn)電纜解開(kāi)，對電機和電纜單獨進(jìn)行檢查。

（3）在電動(dòng)機繞組和外殼之間，電動(dòng)機電纜和大地之間存在著(zhù)較大的寄生電容，通過(guò)寄生電容會(huì )有高頻漏電電流流向大地，引起過(guò)電流和過(guò)電壓故障。解決問(wèn)題的辦法是加濾波器或選用容量大一級的變頻器。

2）變頻器本身原因

（1）參數設定不正確，如加減速設定的時(shí)間太短，變頻器的多數參數如果設置不當，均有可能引起變頻器故障。

（2）變頻器主回路出現問(wèn)題，如果變頻器的整流和逆變單元的元器件損壞，會(huì )直接導致過(guò)流保護動(dòng)作?？刂朴|發(fā)脈沖的卡件出現故障，也可能會(huì )導致過(guò)電流故障。

（3）變頻器本身控制回路的檢測元器件故障，引起逆變器不工作或工作不正常，甚至過(guò)電流保護動(dòng)作。

（4）變頻器本身遭到電磁干擾，引起變頻器誤動(dòng)作。

2、參數設置類(lèi)故障

變頻器在使用中，如果參數設置不正確，會(huì )導致變頻器不工作、不能正常工作或頻繁發(fā)生保護動(dòng)作甚至損壞。一般變頻器都做了出廠(chǎng)設置，對每一個(gè)參數都有一個(gè)默認值，這些參數叫缺省值。實(shí)際應用時(shí)要從以下幾方面進(jìn)行：

1）確認電動(dòng)機參數，在變頻器電動(dòng)機參數中設定功率、電流、電壓、轉速、最大頻率等，應與電動(dòng)機銘牌中的數據一致。

2）變頻器控制方式的設定主要有頻率（速度）控制、轉矩控制、PID控制或其他控制方式。每一種控制方式對應于一組數據范圍的設定，如果這些數據范圍設定的不正確，就會(huì )引起變頻器不工作或工作不正常，或發(fā)生故障保護動(dòng)作而跳閘，顯示故障類(lèi)型代碼。

3）變頻器的啟動(dòng)方式在變頻器出廠(chǎng)時(shí)設定為面板啟動(dòng)，可以根據實(shí)際情況選用面板、外部端子、通信方式等幾種，除面板啟動(dòng)外，其他需要與相應的給定參數及控制端子匹配，否則會(huì )引起變頻器不工作，工作不正?；蝾l繁發(fā)生保護動(dòng)作甚至損壞。

4）頻率給定參數的選擇，一般變頻器的頻率給定也有多種方式，如面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通信方式給定等，可以選擇其中的一種或幾種方式的組合。

3、其他故障

1）過(guò)熱保護

變頻器的過(guò)熱保護，有電動(dòng)機過(guò)熱保護和變頻器過(guò)熱保護兩種，引起過(guò)熱的原因也是多方面的。一般的電動(dòng)機過(guò)熱保護動(dòng)作，應檢查電動(dòng)機的散熱和通風(fēng)情況，變頻器的過(guò)熱保護動(dòng)作，則應檢查變頻器的冷卻風(fēng)扇和通風(fēng)情況。

2）電磁干擾

變頻器在生產(chǎn)運行的過(guò)程中，很多時(shí)候會(huì )出現因電磁干擾而造成的故障，容易導致變頻器產(chǎn)生誤動(dòng)作，不正常啟停工作，或者造成模擬控制信號失真，嚴重時(shí)會(huì )損壞變頻器。

3）開(kāi)停機控制回路故障

此類(lèi)故障排查，要確定是外部回路故障還是內部故障，首先將外部的停車(chē)及連鎖信號摘除，然后短接啟動(dòng)信號端口，如果能啟動(dòng)，則檢查外部電路。不行則在變頻器控制面板上強制啟動(dòng)，如啟動(dòng)成功則需檢查控制輸入輸出端口。

4）與變頻器載波頻率有關(guān)的故障

變頻器的載波頻率是可調的，可方便人們對噪聲的需求。變頻器的載波頻率出廠(chǎng)值往往與現場(chǎng)需要不符，需要調整。但在實(shí)際調整時(shí)，往往因載波頻率值設定不當，造成各種異?，F象甚至故障，損壞變頻器。一般在調試過(guò)程中，應試探性地調整載波頻率，電動(dòng)機功率大的相對選用載波頻率要低些，并從低端向高的一端調整。要確定合適的載波頻率值后，再考慮是否需要加裝濾波器或諧波抑制裝置。