淺談變頻器應(yīng)用注意事項(xiàng)

摘要：目前變頻器在生產(chǎn)裝置使用日益廣泛，但是由于用戶經(jīng)驗(yàn)不足引發(fā)很多故障造成損失，在此就變頻器的設(shè)計(jì)選型、參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行維護(hù)等幾個(gè)方面容易出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：變頻器；應(yīng)用；注意事項(xiàng)

1、變頻器的原理

變頻器按能量變換的情況可以分為交流一交流變頻器與交流一直流一交流變頻器兩種。前者是直接將工頻電源轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電源，所以也稱直接變頻。后者則是把直流電能

（一般是經(jīng)交流電源整流而得）轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電。

圖1a交一交變頻器原理圖 圖1b交一直一交變頻器原理圖

（1）、交一交變頻器

簡(jiǎn)單的交一交變頻器的原理，可用兩組反并聯(lián)的變流器組成；如圖1a所示。如果令正組變流器和反組變流器輪流地導(dǎo)通，則在負(fù)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的頻率則由正、反兩組變流器輪流導(dǎo)通的切換頻率所決定。

（2）、交一直一交變頻器

交一直一交變頻器是由整流器與逆變器兩者所組成，如圖1b所示。如果令兩對(duì)晶閘管T1、T4，與T2、T3 輪流地切換導(dǎo)通，則負(fù)載上使得到交流輸出電壓u0。u0的幅值可以用改變直流電壓Ud來調(diào)節(jié)，u。的頻率則取決于兩對(duì)晶閘管的切換頻率。

2、設(shè)計(jì)選型方面、技術(shù)協(xié)議中需要注意的事項(xiàng)

（1）變頻器設(shè)計(jì)選型要注意電纜線路較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)加輸出電抗器，因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)繞組和外殼之間、電動(dòng)機(jī)電纜和大地之間存在較大的寄生電容，通過寄生電容就會(huì)有高頻漏電流流向大地，引起過電流和過電壓故障；如果加電抗器還是不滿足要求，可以將設(shè)備選型的額定容量增加一檔；正弦濾波器雖然能夠更好的抑制諧波并且輸出波形平滑，但是考慮到費(fèi)用較高并且需要定期更換內(nèi)部電容，所以不建議使用；大容量變頻器考慮選用12脈沖變頻，可以通過專用整流變壓器供電，同一母線上有著多臺(tái)整流變注意在變壓器接線組別的選擇。

（2）、在與供貨商進(jìn)行技術(shù)交流前一定要充分了解工藝運(yùn)行條件，首先是工藝能否直接由變頻切換到工頻，工藝負(fù)載的特性容量等，必須調(diào)整好切換時(shí)間，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)造成裝置波動(dòng)，切換時(shí)間太短電機(jī)殘壓與工頻電壓不同期容易導(dǎo)致過流保護(hù)動(dòng)作。變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電機(jī)在長(zhǎng)期低速運(yùn)轉(zhuǎn)（20Hz以下）時(shí)，一定要選用變頻電機(jī)。高頻運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)要注意電抗器的額定頻率滿足要求，CO裝置設(shè)計(jì)審查時(shí)沒有考慮到設(shè)備實(shí)際工況，分別工作在低速時(shí)頻率38.5HZ、高速時(shí)頻率118.5HZ，而該變頻器電抗器的額定頻率為最大60HZ，當(dāng)設(shè)備高速運(yùn)行時(shí)頻率超出了其實(shí)際最大允許值很多，從而造成電抗器電磁雜音大且溫度很高，電抗器芯最高溫度為157℃，后來采購(gòu)了頻率范圍達(dá)到0～120HZ的ABB電抗器，溫度下降到56.2℃，接線端和連接電纜的溫度也大為下降，并且電磁雜音也大為降低。此外，一定要避免將變頻器安裝在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的情況，由于現(xiàn)在變頻器都是由IGBT功率元件組成，對(duì)工作環(huán)境要求較高，高溫灰塵將嚴(yán)重影響變頻器使用壽命。

（3）、技術(shù)協(xié)議附件配置方面，一些可選件必須完備，包括電抗器、顯示屏、防護(hù)等級(jí)等；大容量變頻電機(jī)很多采取強(qiáng)制風(fēng)冷，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)漏項(xiàng)，鑒于風(fēng)扇電機(jī)無法巡檢，必須將風(fēng)扇電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)遠(yuǎn)傳報(bào)警或者直接跳閘；在變頻器的輸出側(cè)，嚴(yán)禁連接功率因數(shù)補(bǔ)償器、電容、防雷壓敏電阻；變頻器在海拔1000米以上地區(qū)使用時(shí)，須降容使用，主要是因?yàn)楦吆０慰諝庀”〔焕谂棚L(fēng)扇散熱；變頻器輸入側(cè)與電源之間應(yīng)安裝空氣斷路器和熔斷器，主要是用于整流回路短路故障保護(hù)作用；關(guān)鍵電機(jī)變頻器控制回路電源采用直流或者UPS電源，避免接觸器、、繼電器PLC等在電源波動(dòng)時(shí)非正常動(dòng)作導(dǎo)致停車。

3、變頻器參數(shù)設(shè)置方面要注意的事項(xiàng)

很多用戶對(duì)于一般性的參數(shù)設(shè)置比較清楚，包括銘牌、開停車、加減速時(shí)間等，還有幾個(gè)重要參數(shù)雖然不會(huì)影響變頻器開車試車，但是會(huì)對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

（1）、載波頻率：

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。一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)都是變頻器的載波頻率不做調(diào)整直接使用缺省值，但在實(shí)際應(yīng)用中是需要酌情而定的。一些用戶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。當(dāng)通用變頻器運(yùn)行在載波頻率高時(shí)，輸出電流波形好，但載波頻率過高時(shí)，變頻器自身?yè)p耗加大，IGBT溫度上升，同時(shí)輸出電壓的變化率du/dt亦增大，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電纜較長(zhǎng)時(shí)，對(duì)地寄生電容也迅速增大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣造成威脅。當(dāng)載波頻率過低時(shí)，電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩減小，損耗加大，電動(dòng)機(jī)溫度增高。一般在調(diào)試過程中應(yīng)試探性地調(diào)整載波頻率，首先一般情況下在產(chǎn)品使用手冊(cè)上會(huì)有建議設(shè)置，這與變頻器的品牌和容量有關(guān)；其次，遵循電動(dòng)機(jī)功率大的，相對(duì)選用載波頻率要低些，并從低端向高端調(diào)整；第三、電纜越長(zhǎng)，載波頻率設(shè)置就要往下調(diào)整；首先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，一般情況下都要遵守這個(gè)原則。

（2）、直流母線欠壓補(bǔ)償參數(shù)

當(dāng)輸入電源正常時(shí)，380V三相交流輸入電源經(jīng)過三相半控橋整流電路的整流和中間電路電容的濾波，轉(zhuǎn)換為直流電源，然后通過逆變電路將直流電壓逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電源。當(dāng)交流輸入電源出現(xiàn)短暫的停電時(shí)，整流器會(huì)停止工作，中間電路的直流電壓就會(huì)下降，這時(shí)電機(jī)在慣性的作用下處于自由旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，相當(dāng)于一臺(tái)異步發(fā)電機(jī)，向變頻器反送電能，變頻器逆變電路的三對(duì)續(xù)流二極管組成三相橋式整流器，將電機(jī)反饋的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)整流為直流電源，向中間電路的電容補(bǔ)充能量，在一段時(shí)間內(nèi)維持中間電路電壓不低于變頻器的低電壓跳閘閥值340VDC，如果在中間電路電壓下降到低電壓跳閘閥值前，電源電壓恢復(fù)正常，變頻器就會(huì)自動(dòng)跟蹤電機(jī)的轉(zhuǎn)速自起動(dòng)，這就是變頻器能實(shí)現(xiàn)抗晃電功能的重要依據(jù)。如果中間電路電壓下降超過了低電壓跳閘閥值，變頻器就會(huì)報(bào)低電壓故障跳閘，不能再起動(dòng)。在以往使用變頻器時(shí)，人們對(duì)其調(diào)速和節(jié)能功能比較熟悉，而對(duì)它的抗晃電能力認(rèn)識(shí)不足，我們可以通過啟用直流母線欠壓補(bǔ)償這一功能實(shí)現(xiàn)。

（3）轉(zhuǎn)速信號(hào)丟失參數(shù)

變頻器調(diào)速給定方式可以通過電壓、電流、通訊等不同方式，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)丟失是可能發(fā)生的，可以通過參數(shù)設(shè)置確保信號(hào)故障時(shí)變頻器工作在預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速，一般情況下轉(zhuǎn)速信號(hào)丟失可以設(shè)置為保持最低轉(zhuǎn)速參數(shù)運(yùn)行或者最后轉(zhuǎn)速信號(hào)運(yùn)行，該參數(shù)的合理設(shè)置，可以確保生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）跳躍頻率

如遇到負(fù)載裝置在某一特定轉(zhuǎn)速下的機(jī)械共振點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置跳躍頻率避開共振點(diǎn)。

4、工作環(huán)境、溫度注意事項(xiàng)

（1）工作溫度：變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40℃以下，如果能降低變頻器運(yùn)行溫度，就延長(zhǎng)了變頻器的使用壽命，性能也穩(wěn)定。在控制柜中，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，絕對(duì)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。保持變頻器風(fēng)扇的完好是變頻器長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要條件，在加強(qiáng)巡檢的基礎(chǔ)上可以在每只風(fēng)扇上方系上紅色飄帶，便于觀察。溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故，必要時(shí)可以在控制柜中增加干燥劑和加熱器。

（2）工作環(huán)境：變頻器室盡量安裝空調(diào)，除了降溫外，同時(shí)很好地起到了除濕、清潔的效果。電子元件對(duì)濕度的要求也很高，特別要注意的是梅雨季節(jié)濕度很大，停運(yùn)一段時(shí)間的變頻器，運(yùn)行前必須做好檢查維護(hù)工作。但是，要求空調(diào)風(fēng)不能對(duì)著變頻器直吹，以免空調(diào)停運(yùn)間隙溫差過大，反而吸入潮氣，甚至造成凝露，這點(diǎn)應(yīng)引起我們的特別注意。粉塵對(duì)變頻器的影響也很大，聚乙烯裝置齒輪泵變頻器短路放炮，檢查確認(rèn)就是內(nèi)部晶閘管上面吸附的灰塵導(dǎo)致短路；因此，必須提高變頻器室的清潔度，空調(diào)可以隔絕室內(nèi)外空氣交換，減小灰塵，但是仍然需要定期清掃維護(hù)，清掃維護(hù)的人員要采取防靜電措施。

5、其它注意事項(xiàng)

（1）變頻器長(zhǎng)期存放：1年以內(nèi)直接加全壓；1-2年全壓通電一小時(shí)；2年以上，通電時(shí)應(yīng)先用調(diào)壓器并逐漸升高電壓25%-50%-75%-100%四檔，時(shí)間分別為30分鐘-30分鐘- 30分鐘-210分鐘。電機(jī)首次使用或長(zhǎng)期放置后使用，必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行絕緣檢測(cè)，對(duì)電機(jī)絕緣檢測(cè)時(shí)必須將變頻器與電機(jī)連線斷開。

（2）變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)期超過50Hz運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證電機(jī)軸承等機(jī)械裝置在使用的速度范圍內(nèi)，注意電機(jī)和設(shè)備的震動(dòng)、噪音。變頻器驅(qū)動(dòng)減速箱、齒輪等需要潤(rùn)滑機(jī)械裝置，在長(zhǎng)期低速運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意潤(rùn)滑效果。

（3）嚴(yán)禁在變頻器的輸入側(cè)使用接觸器等開關(guān)器件進(jìn)行頻繁啟停操作。變頻器斷開電源后，等待變頻器充電指示燈熄滅后且直流母線電壓（PA+，PC-）應(yīng)在45V以下，方可進(jìn)行維護(hù)操作。（4）影響變頻器壽命的元件大致有四種：自身冷卻風(fēng)扇，上電時(shí)限流電阻短路接觸器，中間環(huán)節(jié)大容量電解電容，大容量變頻器電源板。要注意前兩個(gè)元件是機(jī)械磨損元件，一般壽命為4年以上，第三個(gè)元件規(guī)定為6～12年，一般情況下6年后檢測(cè)一下電容值，如果小于額定值的80%就應(yīng)更換，第四個(gè)元件建議8年進(jìn)行更換。

6、抗干擾方面

（1）變頻器本身對(duì)電網(wǎng)及電機(jī)、變壓器等設(shè)備的干擾：

由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運(yùn)行時(shí)在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響；在變頻器的輸出電壓中，含有高頻尖峰浪涌電壓，這些高次諧波沖擊電壓將會(huì)降低電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度，尤其以PWM控制型變頻器更為明顯；電流諧波將增加變壓器銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小，諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間共振，及引起鐵心磁通飽和而產(chǎn)生噪聲；電力電子設(shè)備在多種場(chǎng)合是產(chǎn)生諧波的諧波源，但他自身也很容易感受諧波失真而誤動(dòng)作，這些設(shè)備靠著電壓的過零點(diǎn)或電壓波形來控制或操作，若電壓有諧波成分時(shí)，零點(diǎn)移動(dòng)、波形改變，造成許多誤動(dòng)作。

（2）變頻器及控制部分受到干擾：

如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正常或停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器；變頻器由主回路和控制回路兩大部分組成，由于主回路的非線性（進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作），變頻器本身就是諧波干擾源，所以對(duì)電源側(cè)和輸出側(cè)的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生影響；與主回路相比，變頻器的控制回路是小能量、弱信號(hào)回路，極易遭受其它裝置產(chǎn)生的干擾。因此，變頻器在安裝使用時(shí)，必須對(duì)控制回路采取抗干擾措施。

（3）抗干擾措施：

一、加大與干擾源電纜的距離，達(dá)到導(dǎo)體直徑40倍以上時(shí)，干擾程度就不大明顯，也可以在兩電纜間設(shè)置屏蔽導(dǎo)體，再將屏蔽導(dǎo)體接地，一般將控制電纜與主回路電纜或其它動(dòng)力電纜分離鋪設(shè)，分離距離通常在30cm以上（最低為10cm），分離困難時(shí)，將控制電纜穿過鐵管鋪設(shè)。二、控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜，絞合間距越小，鋪設(shè)的路線越短，抗干擾效果越好，屏蔽電纜的屏蔽要連續(xù)到電纜導(dǎo)體同樣長(zhǎng)，電纜在端子箱中連接時(shí)，屏蔽端子要互相連接。三、裝有變頻器的控制柜，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大容量變壓器和電動(dòng)機(jī)，以及易產(chǎn)生電弧的斷路器和接觸器，其控制電纜線路也應(yīng)避開這些設(shè)備。四、變頻器要正確接地，接地電阻小于1Ω。五、變頻器與電機(jī)之間的控制電纜過長(zhǎng)，要注意開停信號(hào)隔離繼電器的抗干擾性能。

7、結(jié)束語

變頻器的應(yīng)用維護(hù)，不僅僅要從電氣安穩(wěn)運(yùn)行角度出發(fā)，還要考慮到經(jīng)濟(jì)性、工藝設(shè)備特性、以及相關(guān)負(fù)荷的重要性，不同情況下的選型、設(shè)置、維護(hù)策略都是相應(yīng)變化的，這就需要用戶根據(jù)需求做好設(shè)計(jì)審查、技術(shù)交流、安裝調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作。

作者簡(jiǎn)介：

章新，1975年11月出生，男，漢族，籍貫江蘇省南京市，1997年湖南大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)本科畢業(yè)，電氣工程師，現(xiàn)就職于揚(yáng)子石化公司電儀分公司，主要從事電氣專業(yè)工作。