變頻器基本知識

變頻器（qì）按能量變換的情況，可以分為交（jiāo）-交變頻器與交-直-交變頻器兩種，前者是將工頻電源轉變成所需頻率的交流電源，故稱直接（jiē）變頻，後者是把直流電（diàn）能（一（yī）般經交流電源（yuán）整流（liú）而得）轉變為所需頻率的交流電源，故稱為逆變器。

1、交-交變頻器

簡單（dān）的交-交變頻器，可用兩組反並聯的（de）變流器組（zǔ）成，如下圖：如果讓正組變流器（qì）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（fú）值可以通（tōng）過改變變流器的（de）控製角α加以（yǐ）調節，u0的頻率則有正、反兩組變流器輪流導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（yā）u0，u0的（de）幅值可（kě）以（yǐ）用改變直流電壓ud來調節,u0的頻率則取（qǔ）決於兩對晶閘管的切換頻率。

二、變頻器的選（xuǎn）用要點

1、負載電流（liú）

電動機采用變頻器運轉同采（cǎi）用工頻電源運轉相比，由於變頻器（qì）輸出電壓、電流中所含諧波的影響，電（diàn）動機的效率、功率因數將降低（dī），電流將增加（同一負載約增10%）。電（diàn）動機負載非常輕時（shí），即使（shǐ）電動機電流在（zài）變頻（pín）器額定電流以內，也不能使用比電動機容量小很多的變頻器，這是因（yīn）為電（diàn）動機的電抗（kàng）隨電動機的容（róng）量（liàng）不同，即（jí）使電動機負載相同，電動機容量越大，其脈（mò）動電流值也（yě）就越大，因而有（yǒu）可能超過變頻器的過流耐量。

2、低速運轉時的轉矩特性

標準電動機采用變頻器低速運轉時，對於U/f一定的轉距控製，各頻（pín）率下運轉電流大體同電動機額定頻率下（xià）的運（yùn）轉電流一樣，因此主要應控製電動機銅損造成的溫升（shēng）。在這種低速情況下（xià），即使（shǐ）電動機的銅損大（dà）體與額定轉速時相同，但由於轉速變低，電動機冷卻效果（guǒ）變差，電動機定子繞組溫升就變大，所以必須與此溫升相應地減小運轉轉矩，降（jiàng）低銅損使用。

3、短時最大轉矩

標準電動（dòng）機在額定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右最大轉矩的能（néng）力，如果用變頻器運轉標準電動（dòng）機，其轉矩特性有如下限製（zhì）：

1）為了保護主（zhǔ）電（diàn）路電力電（diàn）子元件等，變頻器設有限流功能（néng）和過流（liú）時中斷晶體管（guǎn）工作等功能，以防止超（chāo）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）在數赫茲的低頻區運轉時，電動（dòng）機電阻在阻抗中（zhōng）占的比例增（zēng）大，轉矩特性大幅度降低。

由以上兩個（gè）限製，電動（dòng）機與變頻器（qì）組合時最大轉矩值的（de）情況（kuàng），在（zài）低頻區最大轉矩值（zhí）變小。在負載變動大或需要啟（qǐ）動轉矩大（dà）的情況下，要注意（yì）容量的選擇，可（kě）使用上一級的電動機與變頻器。

4、容（róng）許最高頻率範圍

通用變頻器中，有的可以輸出工（gōng）頻以上的頻率，但電動機是（shì）以工頻下運轉為前提製造的，因此在工頻以上頻率使（shǐ）用時，必須確認電動機允（yǔn）許最高頻率範圍，通常電動機允（yǔn）許最高頻率範圍受以下（xià）因素（sù）限製（zhì）：

1）軸承的極限轉速；

2）風扇、端子等的強度；

3）轉子的危險速度；

4）其他特殊零件的強度。

5、噪聲

電動機用變頻器運轉時，與工頻電源相比噪聲（shēng）有些增大（dà），特別是電動機在額定轉速（sù）以上運轉（zhuǎn），通風噪聲非常大（dà），采用時必須充分考慮。另（lìng）外，低速運轉（zhuǎn）同工（gōng）頻（pín）運轉相比，也有刺耳的金屬聲（磁噪（zào）聲）發生（shēng），可以使（shǐ）用電抗器，以降低磁噪聲。

6、振動

電動機用變頻器運轉時，就電動機本身來說，同工（gōng）頻電源相比，振動並沒有大幅度（dù）增加。但（dàn）是把電動機安（ān）裝在機械上，由於機械係統的固有頻率發生諧振，以及與所傳動（dòng）機械的旋轉體不平衡量（liàng）大時，往往發生異常振動，為此需要考慮（lǜ）修正平衡（héng），采用輪箍式（shì）聯軸節或防震橡膠等（děng）措施。

三、變頻器的安裝要求

1、環境溫度

變頻器一般（bān）適用於-10～40℃、海拔低於1000m、相對濕度不大於（yú）90%的環境中工作。環境溫度若高於（yú）40℃，每升高1℃，變頻器應降額5%使用。

2、現場條件

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

2）安裝場所的基（jī）礎、牆壁應（yīng）堅固無損傷、無振（zhèn）動。

3）安（ān）裝位置應避免陽光直射。

4）驅動（dòng）防爆電動機時，變頻器無防爆結構，應（yīng）將變（biàn）頻器設置在危險場所之外。

3、安裝（zhuāng）方式

1）變頻器必須垂直安（ān）裝，若多台（tái）變頻器安裝在（zài）同一裝置或控製箱裏時，宜橫向並列安裝。若采用縱向方式安（ān）裝，變頻（pín）器間應加裝隔熱板。

2）牆掛式安裝變頻器與（yǔ）周圍物體（tǐ）之間的距離，兩側不小（xiǎo）於100mm，上下不小於150mm。

3）環境比（bǐ）較潔淨，塵埃少時，單台變頻器（qì）安裝（zhuāng）宜采用櫃外冷卻方式；若采用櫃內（nèi）冷卻方（fāng）式，應在變頻器櫃櫃頂安裝抽風式冷卻風（fēng）扇。

四、變頻器（qì）的絕緣測量

1、主回路（lù）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製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（yòng）線進行短接。

4）兆歐表電壓隻能加於主回路公共端連接（jiē）線和接地端子E（G）之間，絕對不（bú）能（néng）隻連接（jiē）某一個主（zhǔ）回路（lù）端子對地進行絕緣電阻的測量，也不能對變（biàn）頻器的控製端子進行絕緣測量，否則可能（néng）會損壞變頻器。　

5）兆歐（ōu）表指示值達到5MΩ及以上為正常合格。

6）絕緣電（diàn）阻測量結束以後，一定要記住拆除所有上（shàng）述短接主回路端子的連線。

2、控製回路絕緣測量

不能用（yòng）兆歐表對控製（zhì）電路進行測試，否則將燒損電路元件。可用（yòng）萬用表的高阻擋在控製（zhì）回路端子和接地（dì）端子之間進行（háng）測量，達到1MΩ及以上為正常合格。

3、外接電（diàn）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（shí），必須首先把外接（jiē）電（diàn）路從變頻器上（shàng）拆下來，還要注意檢（jiǎn）查兆歐表的（de）高壓是否有可能通過其他回路加到變頻器上，如有，則應將有關（guān）的所有連線拆下，之後方可進行測量。

五（wǔ）、變頻器的接（jiē）線要求

1、變頻器主回路接線（xiàn）

1）電纜線屑、金屬屑、短斷頭及其螺杆、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）接線應正確，電纜芯線連接（jiē）無鬆動。端子接線裸露部分與其他端子帶電部分間應做好絕緣隔（gé）離。

3）變頻器輸出端（duān）子（zǐ）排上的N端子不得接至（zhì）輸入電源中性線端子上。

2、變頻（pín）器控製回路接線（xiàn）

1）控製回路與主回路（lù）的配線、模擬信號回路與反饋信號回路的配線應分開，且保持一定的距離（lí）。

2）變頻器控製回路（lù）中的繼電器觸點端子引線（xiàn）與其他控製回路端子的連線，應按區域配線。

3）變頻器控製回路（lù）配線應（yīng）采用屏蔽線或屏蔽電纜。

4）模擬量控製線應采用屏蔽線或屏蔽電纜，屏蔽一端應接至控製電路的公（gōng）共（COM）側，不得接至地端（E）或（huò）大地，另一（yī）端可懸空。

5）開（kāi）關量控製線未采用屏（píng）蔽線，同（tóng）一信號兩根線應絞結後分別（bié）連接。

3、變頻器接地和防雷接線

1）變頻器接地線截麵（miàn）不應小於（yú）2mm2，長（zhǎng）度宜控製在20m內（nèi）。

2）雷電活躍地區，電源進線側應裝設變頻器專（zhuān）用避雷器，或按規範（fàn）在變頻器安裝處（chù）20m的距離以外預埋鋼（gāng）管（guǎn）保護（hù）接地裝置。

3）多台變頻器接地時，變頻器應分別與大地（dì）相連，不得一台變頻器的（de）接地端與另一台變頻器的接（jiē）地端連接後再接地。

4）變頻器的接地端子（PE）可與電機電纜（lǎn）的接（jiē）地線相連接。

4、變頻器的“EMC電磁兼容性"接線

1）傳動櫃中所（suǒ）有電氣設備接地良好，接（jiē）地線應連接至公共接地點或接地母排上，宜用高（gāo）頻時阻抗較低的扁平導體，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，屏蔽層的電導截麵積不（bú）小於每相導線芯截麵（miàn）積的1/10。

3）控製電纜應采用屏（píng）蔽（bì）電纜，屏蔽層應直接接至變頻器（qì）內部接地側，另一側可通過（guò）高頻小電容接地。

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

5）模擬信（xìn）號（hào）的傳輸線應采用雙屏蔽的雙絞線，不同的模擬信號線單（dān）獨配線，不同模（mó）擬信號不得置於同一對公共反饋回線中。

6）低壓（yā）數（shù）字信號線（xiàn）應（yīng）采用雙屏蔽的雙絞線（xiàn）。

7）電機電纜應單獨配線，其最小（xiǎo）間距為500mm。

8）變頻器控製電纜和（hé）電（diàn）源電纜的安裝與接線若有交叉，應按90°角交（jiāo）叉配線，采用專用夾子將電機電纜和控製電纜屏蔽層固（gù）定到接（jiē）地（dì）點。

六、變頻器的試運要求

1、空載試運

1）電動機（jī）的旋轉方向正確。

2）運轉至各頻率點電動機不得有（yǒu）異常振動、共振、振動噪聲。

3）參數設定程序重新檢（jiǎn）查，確認參數設定值無誤。

4）輸出電壓和（hé）電流值應符合產品質量技術文件要求，三相平衡值不得大於10%。

2、帶負載試運

1）按正常負荷量運行，三相（xiàng）輸出電流值應符合預定值（zhí）。

2）閉環（huán）控製係統的轉速反饋變化值應符合產品質量技術文件要求。

3）電動機運行的平穩性，電動機和變（biàn）頻器運行（háng）溫（wēn）度變化應（yīng）保持穩定。

4）各（gè）類保護性參數值具備有效性。

5）按工藝要求試運行，隨時監控並做好（hǎo）記錄。

七、變頻器的巡視檢（jiǎn）查（chá）

1、巡視檢查的目的

對變（biàn）頻器進行巡視檢查的（de）主要目的是盡早發現異常現象，清除（chú）塵埃，緊固配件，排除事故隱患等。在變頻器（qì）運行過程中，可以從設備外部目視檢查運行狀況有無異常。通過鍵盤麵板轉換鍵（jiàn）查閱變頻器的運行參（cān）數，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉（zhuǎn）距、電機（jī）轉速等，掌握變頻器日常運行值的範圍，以便及時發（fā）現變頻器及電動機問題。

2、巡視（shì）檢查的內容

1）鍵盤（pán）麵板顯示是否正常（cháng），有（yǒu）無缺少（shǎo）字（zì）符，儀表指示是否正確，是（shì）否有震動、震蕩等現象（xiàng）。

2）冷卻風扇部分是否運轉正常，是否有異常聲音（yīn）等。

3）變頻器及引出電纜是否有過熱（rè）、變（biàn）色（sè）、變形、異味、噪（zào）聲、振動等異常情況。

4）變頻器周（zhōu）圍環境是否符合標準規定，溫度（dù）與濕（shī）度是否正（zhèng）常。

5）變頻器的散熱器溫度是否正常。冷風機電機是否有（yǒu）過熱、異味（wèi）、噪聲、振動等異常情況。

6）變頻器控製係統是（shì）否積聚塵埃、各連接線及外圍電氣元件是（shì）否有鬆動等異常現象。

7）變頻器的進線電源是否正常，電源開關是否有（yǒu）電火花、缺相，引（yǐn）線壓接螺栓是否鬆動，電壓是否正常（cháng）等（děng）。

八、變頻器的維護（hù）檢（jiǎn）查

1、綜合檢查

1）周圍環境

檢查周圍有無危險品，檢測環境溫度，濕度，空氣清潔度（dù）。

2）電（diàn）壓（yā）

測量主回（huí）路、控製回路電（diàn）壓（yā）是（shì）否正常。

3）觸（chù）摸麵板

是（shì）否缺少字符，字符是否清楚（chǔ）。

4）框（kuàng）架、前麵板

（1）是否沾有灰塵汙損；

（2）是否因過熱變色；

（3）是（shì）否有異常聲音、異常（cháng）振動；

（4）螺栓（shuān）是否鬆動。

2、主回路檢查

1）公（gōng）用

（1）是（shì）否附著灰塵汙損；

（2）螺栓是否鬆動；

（3）是否有變形、裂（liè）紋、破損或過熱老化變色。

2）導體、電線

（1）導體是否變形或過熱變（biàn）色（sè）；

（2）導線皮（pí）是否破損、裂口（kǒu）、變色。

3）電阻

（1）是否斷線；

（2）是否有過熱的（de）怪味，絕緣體有無裂紋。

4）濾波電容器

（1）是否漏液、變色、裂紋、外殼膨脹；

（2）閥（fá）體是否明顯膨脹；安全閥是否出來。

5）變壓器、電（diàn）抗器

是否有異常的聲音和怪味。

6）接觸器、繼電器

工作時是否（fǒu）振動、聲音（yīn）異常 。

3、控製回路檢查

印刷電路板連接器：

1）螺栓、螺釘是否（fǒu）鬆動；

2）是否有裂紋、破損、變形；

3）電容器是否漏液、變形；

4、冷卻（què）係統檢查

1）冷卻風（fēng）扇

（1）否有（yǒu）異常振動、異常聲音；

（2）螺栓是否鬆動。

2）通風道

散熱（rè）片給氣排氣口的間隙是否有堵塞和（hé）附著異（yì）物。

九、變頻器的故障處理

1、過流和過載故障（zhàng）

過流和過載在變壓器的應用中是經常出現的（de），此類故障首先（xiān）要將（jiāng）負載斷開，確（què）定是由於負（fù）荷過載引起的故障，還是電氣主（zhǔ）回路、控製回路問題（tí）。如果（guǒ）是電氣方麵的問題，再將變頻器和電機電纜脫離開進行檢查，進（jìn）一步確認（rèn）是（shì）哪個環節的故障。

1）外部原因

（1）由於電動機（jī）負載突變，引起大的衝擊電流使過電流保護動作。這類故障一般是暫時的，重新啟動後（hòu）會恢複正常。如果（guǒ）經常有負載突變的情（qíng）況，則應采取限製負（fù）載（zǎi）突變或更換較大容量的變頻器。

（2）電動機和（hé）電纜（lǎn）相間或相對地（dì）絕緣破（pò）壞，造成匝間或（huò）相間對地短路，因而（ér）導致過電流（liú），一般遇（yù）到此（cǐ）類故障是先將電機不帶負載單試，如果仍出現（xiàn）過（guò）流則將出線電纜解開，對電機和電纜單獨進行檢查。

（3）在電動機繞組和外殼（ké）之間，電動機電纜和大地之間存在著較大的寄（jì）生電容，通過寄生電容會有（yǒu）高頻漏電電流流向大地，引（yǐn）起過電流和過電壓故障。解決問題的辦法是加濾波器或選用容量大一級的變頻器（qì）。

2）變頻器本身原（yuán）因

（1）參數設（shè）定不正確，如（rú）加減速設（shè）定的時間太（tài）短，變頻器的（de）多數參（cān）數如果設置不當，均有可（kě）能引起變頻器故障（zhàng）。

（2）變頻器主回路出現（xiàn）問題，如果變（biàn）頻器的整流和逆變單元的元（yuán）器件損壞，會直接導致過流保護動作。控製觸發脈衝的（de）卡件出（chū）現故障，也可能會導致過電流故障。

（3）變頻器本身控製回路的檢測元器件故障，引起逆變器不工作或工作不正常，甚至過電流保護（hù）動作。

（4）變頻器本身遭到電磁幹（gàn）擾，引（yǐn）起變頻器誤動作。

2、參數設置類故障

變頻器在使用中，如果參數設置不正確（què），會導致（zhì）變頻器不工作、不能正常工作或頻繁發生保護動作甚至損壞。一般變頻器都做了出廠（chǎng）設置，對每（měi）一個參數都有一個（gè）默認值，這些參數叫缺省（shěng）值。實際應用時要從以下幾方麵進（jìn）行：

1）確認（rèn）電動機參（cān）數，在變頻器電動機參數中（zhōng）設定功率、電流、電壓、轉速、最大頻率等（děng），應與電動機銘牌中的數據一致。

2）變頻（pín）器控製方式的設定主要有頻率（速度）控製、轉（zhuǎn）矩控製、PID控製或其他控製方式。每一種控製方式對應於一組數據範（fàn）圍的設定，如果（guǒ）這些數據範圍設定的不正確，就會引（yǐn）起變頻器不工（gōng）作或工作不正常，或發生故障保護動（dòng）作而跳閘（zhá），顯示故障類型代（dài）碼。

3）變頻器的啟動（dòng）方式（shì）在變頻器出廠時設定（dìng）為（wéi）麵板（bǎn）啟動，可以根據實際情況選用麵板、外部端子、通（tōng）信方式（shì）等幾種，除麵板啟動外，其他需（xū）要與相應的給定參數及控製端子匹配，否則會引起變頻器不工作，工作不正常或（huò）頻繁（fán）發生保護動（dòng）作甚至（zhì）損壞。

4）頻率給定參數（shù）的選擇，一般變（biàn）頻（pín）器的頻率給定也有多種方式，如麵板給（gěi）定、外部（bù）給定、外部電（diàn）壓或（huò）電流給定、通信方式給定（dìng）等，可以選擇其中的一種或幾種（zhǒng）方式的組合。

3、其他故障（zhàng）

1）過熱保護

變頻器的過熱保（bǎo）護，有電（diàn）動機過熱保護和變頻器過（guò）熱保護兩種，引起過（guò）熱的原因也是多方（fāng）麵的。一般的電動機過熱保護動作，應檢查電動機的（de）散熱和通風（fēng）情況，變頻（pín）器的過熱保護動作，則應檢查變頻器的冷卻風扇（shàn）和通風情況。

2）電（diàn）磁幹擾

變頻（pín）器在生產（chǎn）運行的過程中（zhōng），很多時候會出現因電磁幹擾而造成的故障，容易導（dǎo）致變（biàn）頻器產生誤動作，不正常啟停工作，或者（zhě）造成（chéng）模擬控製信號失真，嚴重時（shí）會（huì）損壞（huài）變頻器。

3）開停機控製回路故障

此類（lèi）故障排查，要確定是外部回（huí）路故障還是（shì）內部故障，首先將外（wài）部的停車（chē）及連鎖信號摘除，然後短接啟動信（xìn）號端口，如果（guǒ）能啟（qǐ）動，則檢查外部電路。不行則在（zài）變（biàn）頻器控製麵板上強製（zhì）啟動，如啟動成功則需檢查控製輸（shū）入輸（shū）出端口。

4）與變頻器載（zǎi）波頻率有關（guān）的故障

變頻器的載波頻率是可調的，可方便人們對噪聲的（de）需求。變頻器（qì）的載波頻率出（chū）廠值往往與（yǔ）現場需要不符，需要調整（zhěng）。但在實際調整時，往往因載波（bō）頻率值設定不當，造成各種異常（cháng）現（xiàn）象甚至故障（zhàng），損壞變頻器。一（yī）般在調試過程中，應試探性地調整載波頻率，電動機功率大的相對選用載波頻（pín）率要低些，並從（cóng）低端向高的一端調整。要確定（dìng）合（hé）適的載波頻率值後，再（zài）考慮是否需要加裝濾波（bō）器或諧（xié）波抑製裝置。