變頻器基本知識(shí)

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(zhuǎn)變成所需頻率的交流電源，故稱直接變頻，后者是把直流電能（一般經(jīng)交流電源整流而得）轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電源，故稱為逆變器。

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(dǎo)通，則負(fù)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(diào)節(jié)，u0的頻率則有正、反兩組變流器輪流導(dǎo)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(duì)晶閘管T1、T4與T2、T3輪流切換導(dǎo)通，則負(fù)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(diào)節(jié),u0的頻率則取決于兩對(duì)晶閘管的切換頻率。

二、變頻器的選用要點(diǎn)

1、負(fù)載電流

電動(dòng)機(jī)采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)同采用工頻電源運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)的效率、功率因數(shù)將降低，電流將增加（同一負(fù)載約增10%）。電動(dòng)機(jī)負(fù)載非常輕時(shí)，即使電動(dòng)機(jī)電流在變頻器額定電流以內(nèi)，也不能使用比電動(dòng)機(jī)容量小很多的變頻器，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電抗隨電動(dòng)機(jī)的容量不同，即使電動(dòng)機(jī)負(fù)載相同，電動(dòng)機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性

標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)采用變頻器低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于U/f一定的轉(zhuǎn)距控制，各頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)電流大體同電動(dòng)機(jī)額定頻率下的運(yùn)轉(zhuǎn)電流一樣，因此主要應(yīng)控制電動(dòng)機(jī)銅損造成的溫升。在這種低速情況下，即使電動(dòng)機(jī)的銅損大體與額定轉(zhuǎn)速時(shí)相同，但由于轉(zhuǎn)速變低，電動(dòng)機(jī)冷卻效果變差，電動(dòng)機(jī)定子繞組溫升就變大，所以必須與此溫升相應(yīng)地減小運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，降低銅損使用。

3、短時(shí)最大轉(zhuǎn)矩

標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右最大轉(zhuǎn)矩的能力，如果用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)矩特性有如下限制：

1）為了保護(hù)主電路電力電子元件等，變頻器設(shè)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(shù)赫茲的低頻區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電阻在阻抗中占的比例增大，轉(zhuǎn)矩特性大幅度降低。

由以上兩個(gè)限制，電動(dòng)機(jī)與變頻器組合時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值的情況，在低頻區(qū)最大轉(zhuǎn)矩值變小。在負(fù)載變動(dòng)大或需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的情況下，要注意容量的選擇，可使用上一級(jí)的電動(dòng)機(jī)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(jī)是以工頻下運(yùn)轉(zhuǎn)為前提制造的，因此在工頻以上頻率使用時(shí)，必須確認(rèn)電動(dòng)機(jī)允許最高頻率范圍，通常電動(dòng)機(jī)允許最高頻率范圍受以下因素限制：

1）軸承的極限轉(zhuǎn)速；

2）風(fēng)扇、端子等的強(qiáng)度；

3）轉(zhuǎn)子的危險(xiǎn)速度；

4）其他特殊零件的強(qiáng)度。

5、噪聲

電動(dòng)機(jī)用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)轉(zhuǎn)，通風(fēng)噪聲非常大，采用時(shí)必須充分考慮。另外，低速運(yùn)轉(zhuǎn)同工頻運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就電動(dòng)機(jī)本身來(lái)說(shuō)，同工頻電源相比，振動(dòng)并沒有大幅度增加。但是把電動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)械上，由于機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生諧振，以及與所傳動(dòng)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)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(jié)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(duì)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(yīng)降額5%使用。

2、現(xiàn)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(chǔ)、墻壁應(yīng)堅(jiān)固無(wú)損傷、無(wú)振動(dòng)。

3）安裝位置應(yīng)避免陽(yáng)光直射。

4）驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器無(wú)防爆結(jié)構(gòu)，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所之外。

3、安裝方式

1）變頻器必須垂直安裝，若多臺(tái)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(yīng)加裝隔熱板。

2）墻掛式安裝變頻器與周圍物體之間的距離，兩側(cè)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(tái)變頻器安裝宜采用柜外冷卻方式；若采用柜內(nèi)冷卻方式，應(yīng)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(cè)量

1、主回路絕緣測(cè)量

1）用合格的500V兆歐表。

2）斷開變頻器主回路和控制電路所有端子對(duì)外的連接。

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

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

5）兆歐表指示值達(dá)到5MΩ及以上為正常合格。

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

2、控制回路絕緣測(cè)量

不能用兆歐表對(duì)控制電路進(jìn)行測(cè)試，否則將燒損電路元件。可用萬(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(cè)量，達(dá)到1MΩ及以上為正常合格。

3、外接電路絕緣測(cè)量

為了防止兆歐表的高壓加到變頻器上，在測(cè)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(yīng)將有關(guān)的所有連線拆下，之后方可進(jìn)行測(cè)量。

五、變頻器的接線要求

1、變頻器主回路接線

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

2）變頻器輸入端（R、S、T），輸出端（U、V、W）接線應(yīng)正確，電纜芯線連接無(wú)松動(dòng)。端子接線裸露部分與其他端子帶電部分間應(yīng)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端子上。

2、變頻器控制回路接線

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

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

3）變頻器控制回路配線應(yīng)采用屏蔽線或屏蔽電纜。

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

5）開關(guān)量控制線未采用屏蔽線，同一信號(hào)兩根線應(yīng)絞結(jié)后分別連接。

3、變頻器接地和防雷接線

1）變頻器接地線截面不應(yīng)小于2mm2，長(zhǎng)度宜控制在20m內(nèi)。

2）雷電活躍地區(qū)，電源進(jìn)線側(cè)應(yīng)裝設(shè)變頻器專用避雷器，或按規(guī)范在變頻器安裝處20m的距離以外預(yù)埋鋼管保護(hù)接地裝置。

3）多臺(tái)變頻器接地時(shí)，變頻器應(yīng)分別與大地相連，不得一臺(tái)變頻器的接地端與另一臺(tái)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(jī)電纜的接地線相連接。

4、變頻器的“EMC電磁兼容性"接線

1）傳動(dòng)柜中所有電氣設(shè)備接地良好，接地線應(yīng)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(dǎo)體，例如金屬網(wǎng)編織線。

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

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

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

5）模擬信號(hào)的傳輸線應(yīng)采用雙屏蔽的雙絞線，不同的模擬信號(hào)線單獨(dú)配線，不同模擬信號(hào)不得置于同一對(duì)公共反饋回線中。

6）低壓數(shù)字信號(hào)線應(yīng)采用雙屏蔽的雙絞線。

7）電機(jī)電纜應(yīng)單獨(dú)配線，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若有交叉，應(yīng)按90°角交叉配線，采用專用夾子將電機(jī)電纜和控制電纜屏蔽層固定到接地點(diǎn)。

六、變頻器的試運(yùn)要求

1、空載試運(yùn)

1）電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向正確。

2）運(yùn)轉(zhuǎn)至各頻率點(diǎn)電動(dòng)機(jī)不得有異常振動(dòng)、共振、振動(dòng)噪聲。

3）參數(shù)設(shè)定程序重新檢查，確認(rèn)參數(shù)設(shè)定值無(wú)誤。

4）輸出電壓和電流值應(yīng)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(fù)載試運(yùn)

1）按正常負(fù)荷量運(yùn)行，三相輸出電流值應(yīng)符合預(yù)定值。

2）閉環(huán)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)兓祽?yīng)符合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)文件要求。

3）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，電動(dòng)機(jī)和變頻器運(yùn)行溫度變化應(yīng)保持穩(wěn)定。

4）各類保護(hù)性參數(shù)值具備有效性。

5）按工藝要求試運(yùn)行，隨時(shí)監(jiān)控并做好記錄。

七、變頻器的巡視檢查

1、巡視檢查的目的

對(duì)變頻器進(jìn)行巡視檢查的主要目的是盡早發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，清除塵埃，緊固配件，排除事故隱患等。在變頻器運(yùn)行過(guò)程中，可以從設(shè)備外部目視檢查運(yùn)行狀況有無(wú)異常。通過(guò)鍵盤面板轉(zhuǎn)換鍵查閱變頻器的運(yùn)行參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)距、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，掌握變頻器日常運(yùn)行值的范圍，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器及電動(dòng)機(jī)問(wèn)題。

2、巡視檢查的內(nèi)容

1）鍵盤面板顯示是否正常，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(xiàn)象。

2）冷卻風(fēng)扇部分是否運(yùn)轉(zhuǎn)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）變頻器周圍環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jī)電機(jī)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(tǒng)是否積聚塵埃、各連接線及外圍電氣元件是否有松動(dòng)等異常現(xiàn)象。

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

八、變頻器的維護(hù)檢查

1、綜合檢查

1）周圍環(huán)境

檢查周圍有無(wú)危險(xiǎn)品，檢測(cè)環(huán)境溫度，濕度，空氣清潔度。

2）電壓

測(cè)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(dǎo)體、電線

（1）導(dǎo)體是否變形或過(guò)熱變色；

（2）導(dǎo)線皮是否破損、裂口、變色。

3）電阻

（1）是否斷線；

（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(tǒng)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(yīng)用中是經(jīng)常出現(xiàn)的，此類故障首先要將負(fù)載斷開，確定是由于負(fù)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(jī)電纜脫離開進(jìn)行檢查，進(jìn)一步確認(rèn)是哪個(gè)環(huán)節(jié)的故障。

1）外部原因

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

（2）電動(dòng)機(jī)和電纜相間或相對(duì)地絕緣破壞，造成匝間或相間對(duì)地短路，因而導(dǎo)致過(guò)電流，一般遇到此類故障是先將電機(jī)不帶負(fù)載單試，如果仍出現(xiàn)過(guò)流則將出線電纜解開，對(duì)電機(jī)和電纜單獨(dú)進(jìn)行檢查。

（3）在電動(dòng)機(jī)繞組和外殼之間，電動(dòng)機(jī)電纜和大地之間存在著較大的寄生電容，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(jí)的變頻器。

2）變頻器本身原因

（1）參數(shù)設(shè)定不正確，如加減速設(shè)定的時(shí)間太短，變頻器的多數(shù)參數(shù)如果設(shè)置不當(dāng)，均有可能引起變頻器故障。

（2）變頻器主回路出現(xiàn)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(dǎo)致過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。控制觸發(fā)脈沖的卡件出現(xiàn)故障，也可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)電流故障。

（3）變頻器本身控制回路的檢測(cè)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(hù)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(shù)設(shè)置類故障

變頻器在使用中，如果參數(shù)設(shè)置不正確，會(huì)導(dǎo)致變頻器不工作、不能正常工作或頻繁發(fā)生保護(hù)動(dòng)作甚至損壞。一般變頻器都做了出廠設(shè)置，對(duì)每一個(gè)參數(shù)都有一個(gè)默認(rèn)值，這些參數(shù)叫缺省值。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要從以下幾方面進(jìn)行：

1）確認(rèn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)，在變頻器電動(dòng)機(jī)參數(shù)中設(shè)定功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率等，應(yīng)與電動(dòng)機(jī)銘牌中的數(shù)據(jù)一致。

2）變頻器控制方式的設(shè)定主要有頻率（速度）控制、轉(zhuǎn)矩控制、PID控制或其他控制方式。每一種控制方式對(duì)應(yīng)于一組數(shù)據(jù)范圍的設(shè)定，如果這些數(shù)據(jù)范圍設(shè)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(hù)動(dòng)作而跳閘，顯示故障類型代碼。

3）變頻器的啟動(dòng)方式在變頻器出廠時(shí)設(shè)定為面板啟動(dòng)，可以根據(jù)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(yīng)的給定參數(shù)及控制端子匹配，否則會(huì)引起變頻器不工作，工作不正常或頻繁發(fā)生保護(hù)動(dòng)作甚至損壞。

4）頻率給定參數(shù)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(hù)

變頻器的過(guò)熱保護(hù)，有電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)和變頻器過(guò)熱保護(hù)兩種，引起過(guò)熱的原因也是多方面的。一般的電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)檢查電動(dòng)機(jī)的散熱和通風(fēng)情況，變頻器的過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作，則應(yīng)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(yùn)行的過(guò)程中，很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)因電磁干擾而造成的故障，容易導(dǎo)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(hào)失真，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞變頻器。

3）開停機(jī)控制回路故障

此類故障排查，要確定是外部回路故障還是內(nèi)部故障，首先將外部的停車及連鎖信號(hào)摘除，然后短接啟動(dòng)信號(hào)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(qiáng)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(diào)的，可方便人們對(duì)噪聲的需求。變頻器的載波頻率出廠值往往與現(xiàn)場(chǎng)需要不符，需要調(diào)整。但在實(shí)際調(diào)整時(shí)，往往因載波頻率值設(shè)定不當(dāng)，造成各種異常現(xiàn)象甚至故障，損壞變頻器。一般在調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)試探性地調(diào)整載波頻率，電動(dòng)機(jī)功率大的相對(duì)選用載波頻率要低些，并從低端向高的一端調(diào)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。