正確高效使用變頻器應注意的基本問題

變頻器是運動控制系統中的功率變換器。隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，變頻器的性能價格比越來越高。變頻器出現故障，多數是由于外部給定信號、參數設定、使用方法不當引起。要使用好變頻器，應熟悉其基本結構、明確其外部環境要求、清楚其外部接線、從而將其故障降低到最小程度。

一、使用變頻器對外部環境的要求

1.物理環境

（1）工作溫度。變頻器內部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40℃以下。

（2）環境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內部易出現結露現象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。

（3）腐蝕性氣體。使用環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，應把控制箱制成封閉式結構，并進行換氣。

（4）振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內電磁開關之類產生振動的元器件。設備運行一段時間后，應對其進行檢查和維護。

2.電氣環境

（1）防止電磁波干擾。變頻器柜內儀表和電子系統，應該選用金屬外殼屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統無法工作，導致控制單元失靈或損壞。

（2）防止輸入端過電壓。變頻器電源輸入端往往有過電壓保護，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，要核實變頻器的輸入電壓，特別是電源電壓極不穩定時要有穩壓設備，否則會造成嚴重后果。

3.接地

（1）正確接地

變頻器正確接地是提高控制系統靈敏度、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，接地導線截面積應不小于2mm2，長度應控制在20m以內。變頻器的接地必須與動力設備接地點分開，不能共地。信號輸入線的屏蔽層，應接至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，使系統振蕩不止。

（2）防雷

在變頻器中，一般都設有雷電吸收網絡，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，單靠變頻器的吸收網絡是不能滿足要求的。在雷電活躍地區，這一問題尤為重要，如果電源是架空進線，在進線處裝設變頻專用避雷器（選件），或有按規范要求在距離變頻器20m的遠處預埋鋼管做專用接地保護。如果電源是電纜引入，則應做好控制室的防雷系統，以防雷電竄入破壞設備。實踐表明，這一方法基本上能夠有效解決雷擊問題。

二、變頻器外部接線應注意的方面

1.在電源和變頻器之間，通常要接入低壓斷路器與接觸器，以便在發生故障時能迅速切斷電源，進行安裝修理。

2.在變頻器與電動機之間原則上不要裝設接觸器。但是，當變頻器用于下列情況時，仍有必要設置：①當用于節能控制的變頻調速系統時常工作于額定轉速，為實現經濟運行需切除變頻器時。②參與重要工藝流程，不能長時間停運，需切換備用控制系統以提高系統可靠性時。③一臺變頻器控制多臺電動機（包括互為備用的電動機）時。

3.由于變頻器具有電子熱保護功能，一般情況下可以不接熱繼電器。使用變頻器電子熱過載繼電器保護電動機過載，無疑要優于外加熱繼電器；對普通電動機可利用其矯正特性解決低速運行時冷卻條件惡化的問題，使保護性能更可靠，尤其是新型高機能變頻器（如富士9S系列）現已在用戶手冊中給出設定曲線，用戶可根據工藝條件設定；通常，考慮到變頻器與電動機的匹配，電子熱過載繼電器可在50%～105%額定電流范圍內選擇設定。只有在下列情況時，才用常規熱繼電器代替電子熱繼電器：①所用電動機不是四極電動機。②使用特殊電動機（非標準通用電動機）③一臺變頻器控制多臺電動機。④電動機頻繁起動。但是，如果用戶有豐富的運行經驗時，仍建議通過電子熱繼電器的合理設定（引入校正系數）來完成單臺電動機變頻調速的過載保護。

4.任何時候嚴禁將電源接入變頻器輸出端。

5.變頻器輸出側不允許接電容器，也不允許接電容式單相電動機。

三、變頻器常見故障分析

1.參數設置類故障

常用變頻器在使用中，是否能滿足傳動系統的要求，變頻器的參數設置非常重要，如果參數設置不正確，會導致變頻器不能正常工作。

常用變頻器，一般出廠時，廠家對每一個參數都有一個默認值，這些參數叫工廠值。在這些參數值的情況下，操作并不滿足大多數傳動系統的要求，所以，用戶在正確使用變頻器之前，要對變頻器參數時從以下幾個方面進行：確認電機參數；變頻器采取控制方式；設定變頻器的啟動方式；選擇給定信號。

根據電機銘牌，在參數中設定電機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率。

一旦發生了參數設置類故障后，變頻器都不能正常運行，一般可根據說明書進行修改參數。如果不行，最好是能夠把所有參數恢復為出廠值，然后按上述步驟重新設置。

2.過壓類故障

變頻器的過電壓集中表現在直流母線的支流電壓上。在過電壓發生時，直流母線的儲能電容將被充電，當電壓上至760V左右時，變頻器過電壓保護動作。因此，對變頻器來說，都有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過這個范圍時很可能損壞變頻器，常見的過電壓有兩類。

（1）輸入交流電源過壓。這種情況是指輸入電壓超過正常范圍，一般發生在節假日負載較輕，電壓升高或降低而線路出現故障，此時最好斷開電源，檢查、處理。

（2）發電類過電壓。這種情況出現的概率較高，主要是電機的同步轉速比實際轉速還高，使電動機處于發電狀態，而變頻器又沒有安裝制動單元，有兩起情況可以引起這一故障：第一，當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設的比較小，在減速過程中，變頻器輸出的速度比較快，而負載靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉速比變頻器輸出的頻率所對應的轉速還要高，電動機處于發電狀態，而變頻器沒有能量回饋單元。因而變頻器支流直流回路電壓升高，超出保護值，出現故障。而紙機中經常發生在干燥部分，處理這種故障可以增加再生制動單元，或者修改變頻器參數，把變頻器減速時間設的長一些。增加再生制動單元功能包括能量消耗型、并聯直流母線吸收型、能量回饋型。第二，多個電動拖動同一個負載時，也可能出現這一故障，主要由于沒有負荷分配引起的。以2臺電動機拖動一個負載為例，當一臺電動機的實際轉速大于另一臺電動機的同步轉速時，則轉速高的電動機相當于原動機，轉速低的處于發電狀態，引起故障。紙機經常發生在榨部及網部，處理時需加負荷分配控制。可以把處于紙機傳動速度鏈分支的變頻器特性調節軟一些。

3.過流故障

過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時間太短、負載發生突變、負荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這種情況一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設計、對線路進行檢查。如果斷開負載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已壞，需要更換變頻器。

4.過載故障

過載故障包括變頻過載和電機器過載。其可能是加速時間太短，直流制動量過大、電網電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網電壓等。負載過重，所選的電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由于機械潤滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機和變頻器；如后者則要對生產機械進行檢修。

（作者單位：陜西工業職業技術學院電氣工程系）