變頻器控制回路抗干擾措施及調試故障處理

趙宏超

變頻器控制回路抗干擾措施及調試故障處理

趙宏超

本文探究了變頻器的構成、與PLC的接口、控制回路產生干擾的原因以及抗干擾措施，同時分析了調試變頻器過程容易產生的幾種常見故障及處理對策和方法。

變頻器 控制回路 抗干擾 調試變頻器 故障分析

現代建設中的工業生產都在廣泛應用變頻器。因此，全面、正確地了解變頻器的結構、控制回路的組成、抗干擾措施及常見故障，對于現場操作人員和維修人員具有非常重要的意義。

一、簡介變頻器的構成及其與PLC的接口部分

通用變頻器的主回路包括整流部分、直流環節、逆變部分、制動和回饋環節等。整流部分通常又被稱為電網側交流部分，把三相或單相交流電整流成直流電。直流環節，由于逆變器的負載是異步電動機，屬于感性負載，因此在中間直流環節部分與電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量的交換—般都需要中間直流環節的儲能元件來緩沖。逆變部分通常又被稱為負載側交流部分，它通過不通的拓撲結構實現逆變元件的規律性關斷和導通，從而得到任意頻率的三相交流電輸出。制動和回饋環節，由于制動形成的再生能量在電動機側聚集到變頻器的直流環節形成直流母線電壓的升高，需要及時通過制動環節將能量以熱能形式釋放或者通過回饋環節轉換到交流電網中去。變頻器控制系統最重要的就是接口音盼。根據不同的信號連接，其接口部分也有相應的改變。接口部分主要有以下幾個類型，即開關指令信號的輸入、模擬量信號的輸入、RS-485通訊方式。

二、分析變頻器控制回路產生干擾的幾種主要原因

（一）變頻器本身產生的干擾

變頻器輸入和輸出電流中具有高次諧波成分，這是變頻器產生干擾信號的根本原因。變頻器的輸入電流中的高次諧波成分除了影響功率因數外，也可能對其他設備形成干擾。

（二）電路傳播方式

a通過電網傳播是變頻器輸入電流干擾信號的主要傳播方式。b通過漏電流傳播是變頻器輸出側電流干擾信號的主要傳播方式。

（三）感應耦合方式

當變頻器的輸入或輸出電路與其他設備的電路挨得很近時，變頻器的高次諧波信號將通過感應的方式耦合到其他設備中去。

三、關于抗干擾的幾種主要措施

（一）對線路進行屏蔽

屏蔽的主要作用是吸收和削弱高頻電磁場。屏蔽的主要方式有：變頻器到電機之間的電纜，應盡量穿入金屬管，金屬管應接地。動力電纜選擇以夠用為主，如果量太大，將會加大干擾信號，導致變頻器保護誤動作。控制電路的屏蔽主要是防止外來的干擾信號竄入控制電路，常用的方法是采用屏蔽線。

（二）隔離干擾信號

隔離技術主要用于把已經竄入線路的干擾信號阻隔掉，主要的方式有：第一，電源隔離。對于一些耗電量小的儀表設備，其電源可通過隔離變壓器和電網進行隔離，以防止入電網的干擾信號進入儀器。第二，信號隔離。信號隔離是設法使已經竄入控制線的干擾信號不進入儀器，隔離器件是采用線性光電耦合管。

（三）準確接地

設備接地的主要目的是安全，但一些具有高頻干擾信號的設備，也具有把高頻干擾信號引入大地的功能，接地時，應注意以下幾點：第一，接地線應盡量粗—些，接地點應盡量靠近變頻器。第二，接地線應盡量遠離電源線。第三，變頻器所用的接地線，必須和其他設備的接地線分開，必須避免把所有設備的接地線連接在—起后再接地。第四，變頻器的接地端子不能和電源的“零線”相接。

四、對變頻器調試中容易出現的各種故障的分析

（一）參數設置故障

變頻器在使用中是否滿足傳動系統的要求，變頻器的參數設置非常重要。如果參數設置得不正確，則會導致變頻器不能正常工作。參數設置：常用的變頻器在出廠時，廠家對每一個參數均有一個默認值。這些參數被稱為工程值。但在實際工作中，以面板操作并不能滿足大多數傳動系統的需要，因此用戶在正確使用變頻器之前，要對變頻器參數進行設置。第一，確認電動機參數，變頻器在參數中設定電動機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率。第二，變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉矩控制、PID控制或其他方式。第三，設定變頻器的啟動方式，一般變頻器在出廠時設定從面板啟動，用戶可以根據實際情況進行選擇，可以采用面板、外部端子及通訊方式等幾種。第四，給定信號的選擇，—般變頻器的頻率給定也可以有多種方式，即面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通訊方式給定。第五，參數設置類故障的處理。一旦發生了參數設置類故障，變頻器就不能正常運行，—般可以根據說明書進行參數的修改。如果不行，則最好把所有的參數恢復到出廠值，然后按上述步驟重新設置。

（二）過壓類故障

變頻器的過壓集中表現在直流母線的直流電壓上。正常情況下，變頻器直流電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計算，則平均直流電壓Ud=135U線=513V。在過電壓發生時，直流母線的儲能電容將被充電，當電壓上升至760V左右時，變頻器過電壓保護動作。變頻器都有—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：一種是輸入交流電源過壓。這種情況是指輸入電壓超過正常范圍，一般反映在節假日負載較輕，電壓升高或降低而線路出現故障，此時最好斷開電源，檢查并處理。另一種是發電類過電壓。這種情況出現的概率較高，主要是電動機的同步轉速比實際轉速高，使電動機處于發電狀態，而變頻器又沒有安裝制動單元，有兩種情況可以引起這一故障。第一，當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間往往會設置得比較小。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，變頻器直流回路電壓升高，超出保護值，出現故障。第二，多個電動機拖動同—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。以兩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，則轉速高的電動機處于電動狀態，轉速低的電動機處于發電狀態，這就會引起過電壓故障。

（三）過流故障

過流故障可分為加速、減速、恒速過流，產生的原因可能是變頻器的加減速時間太短、負載發生突變、負荷分配不均及輸出短路等。這時，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、進行負荷分配設計及對線路進行檢查來處理。如果斷開負載變頻器還有過流故障，則說明變頻器逆變電路已壞，需要更換變頻器。

（四）過載故障

過載故障包括變頻過載和電動機過載，產生的原因可能是加速時間太短、直流制動量過大、電網電壓太低及負載過重等。一般可通過延長加速時間、延長制動時間及檢查電網電壓等來處理。負載過重，所選的電動機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由機械潤滑不好引起。如為前者，則必須更換大功率的電動機和變頻器。如為后者，則要對生產機械進行檢修。

（五）其他故障

第一，欠壓：說明變頻器電源輸入部分有問題，需檢查后才可以運行。第二，溫度過高：如電動機有溫度檢測裝置，則檢查電動機的散熱情況；如變頻器溫度過高，則檢查變頻器的通風情況。

隨著科技的進步和現代工業的蓬勃發展，變頻器的調速范圍和調速性能在不斷提高，已經應用到了工業的方方面面。因此，科學而又全面地掌握變頻器的工作原理，正確使用變頻器，了解常見故障的處理方法，對于現場的操作人員和檢修人員是非常有意義的。

（作者單位為吉林市園林管理處）