變頻器基本知識

一、變頻器的工作原理

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，則負載上就獲得交變的輸出電壓u0，u0的幅值可以通過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。

2、交-直-交變頻器

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(dǎo)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來調(diào)節(jié),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

1、負載電流

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

2、低速運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩特性

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

3、短時轉(zhuǎn)矩

標準電動機在額定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右轉(zhuǎn)矩的能力，如果用變頻器運轉(zhuǎn)標準電動機，其轉(zhuǎn)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(shè)有限流功能和過流時中斷晶體管工作等功能，以防止超過耐量的電流流過，此過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)運轉(zhuǎn)時，電動機電阻在阻抗中占的比例增大，轉(zhuǎn)矩特性大幅度降低。

由以上兩個限制，電動機與變頻器組合時轉(zhuǎn)矩值的情況，在低頻區(qū)轉(zhuǎn)矩值變小。在負載變動大或需要啟動轉(zhuǎn)矩大的情況下，要注意容量的選擇，可使用上一級的電動機與變頻器。

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，但電動機是以工頻下運轉(zhuǎn)為前提制造的，因此在工頻以上頻率使用時，確認電動機允許最高頻率范圍，通常電動機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、端子等的強度；

3）轉(zhuǎn)子的危險速度；

4）其他特殊零件的強度。

5、噪聲

電動機用變頻器運轉(zhuǎn)時，與工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電動機在額定轉(zhuǎn)速以上運轉(zhuǎn)，通風(fēng)噪聲非常大，采用時充分考慮。另外，低速運轉(zhuǎn)同工頻運轉(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

電動機用變頻器運轉(zhuǎn)時，就電動機本身來說，同工頻電源相比，振動并沒有大幅度增加。但是把電動機安裝在機械上，由于機械系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生諧振，以及與所傳動機械的旋轉(zhuǎn)體不平衡量大時，往往發(fā)生異常振動，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)場條件

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

2）安裝場所的基礎(chǔ)、墻壁應(yīng)堅固無損傷、無振動。

3）安裝位置應(yīng)避免陽光直射。

4）驅(qū)動防爆電動機時，變頻器無防爆結(jié)構(gòu)，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險場所之外。

3、安裝方式

1）變頻器垂直安裝，若多臺變頻器安裝在同一裝置或控制箱里時，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，單臺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、變頻器的絕緣測量

1、主回路絕緣測量

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，不能只連接某一個主回路端子對地進行絕緣電阻的測量，也不能對變頻器的控制端子進行絕緣測量，否則可能會損壞變頻器?！?/p>

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(jié)束以后，要記住拆除所有上述短接主回路端子的連線。

2、控制回路絕緣測量

不能用兆歐表對控制電路進行測試，否則將燒損電路元件。可用萬用表的高阻擋在控制回路端子和接地端子之間進行測量，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，首先把外接電路從變頻器上拆下來，還要注意檢查兆歐表的高壓是否有可能通過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，之后方可進行測量。

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，電纜芯線連接無松動。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、模擬信號回路與反饋信號回路的配線應(yīng)分開，且保持的距離。

2）變頻器控制回路中的繼電器觸點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，長度宜控制在20m內(nèi)。

2）雷電活躍地區(qū)，電源進線側(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)埋鋼管保護接地裝置。

3）多臺變頻器接地時，變頻器應(yīng)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相連接。

4、變頻器的“EMC電磁兼容性”接線

1）傳動柜中所有電氣設(shè)備接地良好，接地線應(yīng)連接至公共接地點或接地母排上，宜用高頻時阻抗較低的扁平導(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)可通過高頻小電容接地。

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

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

6）低壓數(shù)字信號線應(yīng)采用雙屏蔽的雙絞線。

7）電機電纜應(yīng)單獨配線，其間距為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電纜和控制電纜屏蔽層固定到接地點。

六、變頻器的試運要求

1、空載試運

1）電動機的旋轉(zhuǎn)方向正確。

2）運轉(zhuǎn)至各頻率點電動機不得有異常振動、共振、振動噪聲。

3）參數(shù)設(shè)定程序重新檢查，確認參數(shù)設(shè)定值無誤。

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、帶負載試運

1）按正常負荷量運行，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)速反饋變化值應(yīng)符合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)文件要求。

3）電動機運行的平穩(wěn)性，電動機和變頻器運行溫度變化應(yīng)保持穩(wěn)定。

4）各類保護性參數(shù)值具備有效性。

5）按工藝要求試運行，隨時監(jiān)控并做好記錄。

七、變頻器的巡視檢查

1、巡視檢查的目的

對變頻器進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。在變頻器運行過程中，可以從設(shè)備外部目視檢查運行狀況有無異常。通過鍵盤面板轉(zhuǎn)換鍵查閱變頻器的運行參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)距、電機轉(zhuǎn)速等，掌握變頻器日常運行值的范圍，以便及時發(fā)現(xiàn)變頻器及電動機問題。