使用變頻器要注意的一些問題1引言
近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、電動機和控制理論的飛速發(fā)展，交流電動機調(diào)速系統(tǒng)有了很大的提高，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，用晶閘管或全控型器件組成逆變器，容量從幾十瓦到幾十千瓦的異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)大量投入到工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域中應(yīng)用。有關(guān)矢量變換控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等新技術(shù)在高性能交流調(diào)速系統(tǒng)中也取得了根本性的突破，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)能與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美，交流調(diào)速系統(tǒng)正成為調(diào)速傳動的主流。
變頻調(diào)速是通過改變電動機供電電源頻率進(jìn)行調(diào)速的一種方法，目前采用普通晶閘管、GTR、GTO、IGBT等電力電子器件組成的靜止變頻器對異步電動機進(jìn)行調(diào)速已經(jīng)廣泛應(yīng)用。
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2變頻器應(yīng)用之選型
2．1負(fù)載類型和變頻器的選擇：
變頻器不是在任何情況下都能正常使用，因此用戶有必要對負(fù)載、環(huán)境要求和變頻器有更多了解,電動機所帶動的負(fù)載不一樣，對變頻器的要求也不一樣。
（1）風(fēng)機和水泵是*普通的負(fù)載：對變頻器的要求*為簡單，只要變頻器容量等于電動機容量即可，故選型時常以價廉為主要原則。但對于空壓機、深水泵、泥沙泵、快速變化的音樂噴泉等需加大**容量。在這里需要說明，此類負(fù)載為長時間低流量運行可選變頻器調(diào)速；若為高流量長時間運行，則*好選用串級調(diào)速或低效調(diào)速。
（2）起重機類負(fù)載：這類負(fù)載的特點是啟動時沖擊很大，因此要求變頻器有一定余量。同時，在重物下放時，會有能量回饋，因此要使用制動單元或采用共用母線方式。
?。?）不均衡負(fù)載：此類負(fù)載有時輕，有時重，例如軋鋼機機械、粉碎機械、攪拌機等，其電動機是允許短時間過載的，對于這類負(fù)載應(yīng)按照其運行過程中可能出現(xiàn)的*大工作電流值來選擇變頻器的原則。即變頻器的額定電流要大于等于電動機的*大承載電流值。
?。?）大慣性負(fù)載：如離心機、沖床、水泥廠的旋轉(zhuǎn)窯、陶瓷廠的原料回轉(zhuǎn)磨等，此類負(fù)載慣性很大，因此啟動時可能會產(chǎn)生振蕩，而且電動機減速時會有能量回饋，因此應(yīng)該用容量稍大**的變頻器來加快啟動，避免振蕩，同時還要安裝制動單元以配合消除回饋電能。
2．2對于長期低速運轉(zhuǎn)情況，電機在非額定狀態(tài)下長時間運轉(zhuǎn)發(fā)熱量會增高，風(fēng)扇冷卻能力有限，因此必須采用加大減速比的方式或改用6或8級電機，使電機運轉(zhuǎn)在較高或額定頻率附近。
2．3對于低速運行時要求有較硬的機械特性，要求有一定的調(diào)速精度，但在動態(tài)性能方面并無較高要求的負(fù)載，可選用無反饋矢量控制功能的變頻器；對于某些對調(diào)速精度和動態(tài)性能都有較高要求的，以及要求高精度同步運行等場合，可采用帶速度反饋的矢量控制功能的變頻器。
3變頻器應(yīng)用之安裝
3．1物理環(huán)境
（1）環(huán)境溫度和濕度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到周圍環(huán)境的影響，因此要求安裝場所的溫度應(yīng)保持在-10～40℃之間，相對濕度90%以下，無結(jié)露狀態(tài)。若安裝在配電盤內(nèi)，則必須采取必要的措施（如使用電風(fēng)扇等），以保證工作溫度不高于40℃。如果環(huán)境溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑。
?。?）空氣質(zhì)量。變頻器不能安裝于有腐蝕性氣體、導(dǎo)電塵埃和微粒的場所。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能，在這種情況下，應(yīng)把控制箱制成封閉式結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行換氣。
（3）標(biāo)高和振動。變頻器應(yīng)安裝在海拔1000m以下，周圍振動在0.5G以下。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸**。這時除了提高控制柜的機械強度、遠(yuǎn)離振動源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動的元器件。
變頻器安裝地點還應(yīng)注意避免陽光直射，要有防止鐵屑、水滴等物落入變頻器內(nèi)的措施。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，必須垂直安裝，而且必須保留變頻器上下左右一定的散熱空間。**不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。此外，為了防止異物掉進(jìn)或卡在變頻器的出風(fēng)口而阻塞風(fēng)道，*好在變頻器的出風(fēng)口上方加裝保護(hù)網(wǎng)罩。
3．2電氣環(huán)境
（1）防止電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。
?。?）防止輸入端過電壓。變頻器電源輸入端往往有過電壓保護(hù)，但是，如果輸入端高電壓作用時間長，會使變頻器輸入端損壞。因此，在實際運用中，要核實輸入變頻器的電壓（單相還是三相）和變頻器的額定電壓值。特別是電源電壓極不穩(wěn)定時要有穩(wěn)壓設(shè)備，否則會造成嚴(yán)重后果。
3．3接地
變頻器正確接地是提高控制系統(tǒng)靈敏度、抑制噪聲能力的重要手段，變頻器接地端子E(G)接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線截面積應(yīng)不小于2mm2，長度應(yīng)控制在20m以內(nèi)。變頻器的接地必須與動力設(shè)備接地點分開單獨接地。信號輸入線的屏蔽層，應(yīng)接至E(G)上，其另一端絕不能接于地端，否則會引起信號變化波動，使系統(tǒng)振蕩不止。
3．4防雷
在變頻器中，一般都設(shè)有雷電吸收網(wǎng)絡(luò)，主要防止瞬間的雷電侵入，使變頻器損壞。但在實際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，單靠變頻器的雷電吸收網(wǎng)絡(luò)是不能滿足要求的。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要，如果電源是架空進(jìn)線，在進(jìn)線處裝設(shè)變頻專用避雷器(選件)，或有按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠(yuǎn)處做專用保護(hù)接地。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備。
還要注意變頻器與驅(qū)動電機之間的距離一般不超過50米，若需更長的距離則應(yīng)降低載波頻率或增加輸出電抗器（選件）為佳。
4變頻器應(yīng)用之外部配置
4．1選擇合適的外部常規(guī)配件
在輸入電源側(cè)選用相應(yīng)的熔斷器，以避免因內(nèi)部短路對整流器件的損壞變頻器的型號確定后，若變頻器內(nèi)部整流電路前沒有保護(hù)硅器件的快速熔斷器，變頻器與電源之間應(yīng)配置符合要求的熔斷器和隔離開關(guān)。*好還要加裝由交流接觸器構(gòu)成的電源通斷控制，其好處是：當(dāng)電源突然斷電時，可以自動將變頻器與電源脫開，以免來電時變頻器自行投入工作；當(dāng)變頻器因故障而跳閘時，可通過接觸器使變頻器與電源脫開。
4．2選擇變頻器的引入和引出電纜
根據(jù)變頻器的功率選擇合適的導(dǎo)線截面（三或四芯）屏蔽動力電纜。尤其是從變頻器到電機之間的動力電纜一定要選用屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜，且要盡可能短，這樣可降低電磁輻射和容性漏電流。當(dāng)電纜長度超過變頻器所允許的輸出電纜長度時，電纜的雜散電容將影響變頻器的正常工作，為此要配置輸出電抗器。對于控制電纜，尤其是I/0信號電纜也要用屏蔽結(jié)構(gòu)的。對于變頻器的外圍元件與變頻器之間的連接電纜其長度不得超過10m。
4．3在輸入側(cè)安裝交流電抗器或EMC濾波器
根據(jù)變頻器安裝場所的其它設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)的要求，若變頻器工作時已影響到這些設(shè)備的正常運行，可在變頻器輸入側(cè)安裝交流電抗器或EMC濾波器，抑制由功率器件通斷引起的電磁干擾。若與變頻器連接的電網(wǎng)的變壓器中性點不接地，則不能選用EMC濾波器。當(dāng)變頻器用500V以上電壓驅(qū)動電機時，需在輸出側(cè)配置du/dt濾波器，以抑制逆變輸出電壓尖峰和電壓的變化，有利于保護(hù)電機，同時也降低了容性漏電流和電機電纜的高頻輻射，還能削弱電動機中由于高次諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩，改善了電動機的運行特性。
5變頻器應(yīng)用之故障分析和處理
變頻器在運行中會出現(xiàn)一些故障，其常見的故障原因分析如下：
5．1過電流跳閘的原因分析
（1）重新啟動時，一升速就跳閘。這是過電流十分嚴(yán)重的表現(xiàn)。主要原因有：負(fù)載側(cè)短路；負(fù)載過重，工作機械卡住；逆變管損壞；電動機的啟動轉(zhuǎn)矩過小，拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來；電動機自由滑行時啟動輸出或恢復(fù)輸出。
（2）重新啟動時并不立即跳閘，而是在運行過程中跳閘。可能的原因有：同負(fù)載慣量（GD2）相比，升、降速時間設(shè)定太短；V/F曲線選擇不當(dāng)或轉(zhuǎn)矩補償設(shè)定值較大，引起低速時空載電流過大；電子熱繼電器整定值不當(dāng)，動作電流設(shè)定值太小，引起誤動作。
5．2電壓跳閘的原因分析
（1）過電壓跳閘，主要原因有：輸入電源電壓過高；同負(fù)載慣量（GD2）相比，降速時間設(shè)定太短；變頻起負(fù)載側(cè)能量回饋過大，降速過程中，再生制動的放電單元工作不理想——如來不及放電，此情況可考慮增加外接制動電阻和制動單元；還有可能放電之路發(fā)生故障，實際不放電。
（2）欠電壓跳閘，可能的原因有：輸入電源電壓過低；電源容量過?。ń佑泻笝C、大電機等）；電源缺相；電源側(cè)接觸器**；變頻器整流橋故障。
5．3電動機不轉(zhuǎn)的原因分析
（1）功能預(yù)置不當(dāng)：上限頻率與*高頻率或基本頻率和*高頻率設(shè)定矛盾；使用外接給定時，未對“鍵盤給定/外接給定”的選擇進(jìn)行預(yù)置。
（2）在使用外接給定時，無“啟動”信號。
（3）存在其它原因：機械尤卡住現(xiàn)象；電動機的啟動轉(zhuǎn)矩不夠；變頻器的電路故障。
在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題還很多，只要將問題分析清楚，那么處理起來就很好解決了。
6變頻器應(yīng)用之維護(hù)
現(xiàn)在通用的變頻器，大多使用*新高技術(shù)半導(dǎo)體器件制成的控制生產(chǎn)動力用的電子產(chǎn)品。所以，或是受溫度、濕度、振動等周圍環(huán)境的影響，或是由于時間漂移等原因，很有可能發(fā)生各種故障。為了防患于未然保持使用效果*佳，日常維護(hù)是非常必要的。
6．1維護(hù)時注意事項
（1）進(jìn)行維護(hù)時，操作者必須直接確認(rèn)變頻器的輸入電源情況。
（2）切斷電源后，變頻器主電路的電解電容器里，仍有可能充有殘留高壓。
（3）必須等待和確認(rèn)放凈電容器里的殘留電壓后，才可以進(jìn)行操作。參考步驟：切斷電源——等待5～10分鐘，充電指示燈熄滅——用萬用表測量直流濾波電容電壓<36V——對變頻器進(jìn)行維修、檢查。
（4）直接測量變頻器輸出電壓時，必須使用整流式交流電壓表。使用其他一般電壓表或數(shù)字電壓表測量高脈沖電壓時，容易產(chǎn)生誤動作或顯示不準(zhǔn)確。
6．2日常檢查
使用變頻器時，應(yīng)每天注意觀察如下事項：
（1）安裝環(huán)境是否還適合？
（2）冷卻系統(tǒng)是否工作正常？
（3）周圍振動情況如何?
（4）變頻器及周圍發(fā)熱情況如何?
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6．3定期檢查內(nèi)容
（1）是否受環(huán)境影響發(fā)生螺絲松動或銹蝕現(xiàn)象？若有則立即擰緊或更換。
（2）變頻器內(nèi)部或散熱板上是否落入異物？若有則立即用壓縮空氣吹掉異物。
（3）變頻器印刷電路板上各插件是否良好接觸？認(rèn)真確認(rèn)各插件連接情況。
（4）冷卻風(fēng)扇、電解電容器、接觸器等性能是否良好？及時調(diào)換**品。
表1 變頻器主要易損件及維修
主 要 部件 | 壽 命 | 現(xiàn) 象 | 處 理 辦法 |
電解電容器 | 2年 | 容量減小 | 更換 |
冷卻風(fēng)扇 | 1年 | 旋轉(zhuǎn)不靈 | 更換 |
功率模塊 | — | 燒壞 | 更換 |
整流塊 | — | 燒壞 | 更換 |
吸收電容器 | 1年 | 容量減小 | 更換 |
控制電路板 | 3年 | 工作** | 更換 |
制動電阻器 | 1年 | 阻值變化 | 更換 |
以上所列主要部件的使用壽命為變頻器在額定狀態(tài)下連續(xù)運行時的數(shù)據(jù)，由于使用環(huán)境不同，實際使用壽命有可能還要短一些。
7總結(jié)
變頻器在實際的使用中出現(xiàn)的問題還是很多的，需要我們不斷地分析、處理和總結(jié)。本文探討了一些實際應(yīng)用中的個人見解，由于經(jīng)歷和經(jīng)驗上的不足難免有欠缺，因此僅供那些想要使用和正在使用變頻器的工礦企業(yè)工程技術(shù)人員參考。