變頻器基本知識

變頻器按能量變換的情況，可以分（fèn）為交-交變頻（pín）器與交-直-交變頻器兩種，前者是將工（gōng）頻電源轉變成所需（xū）頻率的（de）交（jiāo）流電源，故稱直接變頻，後者是把直流電能（一般經交流電源整流而得）轉變為所需（xū）頻率的交流電源，故稱為逆變器。

1、交（jiāo）-交變頻器

簡單的（de）交-交變頻器，可用兩組反（fǎn）並聯的變流器組成，如下圖：如果讓正組變流器和反組變流器輪流導通，則負載上就獲得交變的（de）輸出電壓（yā）u0，u0的幅（fú）值可以通過改變變流器的控製角α加以調節，u0的頻率則（zé）有正（zhèng）、反兩組（zǔ）變流（liú）器輪流導通（tōng）的切換頻率所決定。

交-直-交（jiāo）變頻器是由整流器與逆變器組（zǔ）成，如下圖：如果讓兩對晶閘（zhá）管T1、T4與T2、T3輪流切換導（dǎo）通，則負（fù）載上就得到交流輸出（chū）電壓u0，u0的幅值可以用（yòng）改變（biàn）直流電壓ud來（lái）調節,u0的（de）頻率則取決於兩對晶閘管的切（qiē）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同采用工頻電源運轉相比，由於變（biàn）頻器輸（shū）出電壓、電（diàn）流中所含諧波的影響，電動機的效率、功率因（yīn）數將降低，電流將增加（同一負載約增10%）。電動機負載非常輕時，即使（shǐ）電動機電流在變頻器額定電流以內，也不能使用比（bǐ）電動機容量小很多的變頻器，這（zhè）是因（yīn）為電動機的電抗隨電（diàn）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（mò）動電（diàn）流值也就越（yuè）大，因而有可能超過變頻器的過流耐量。

2、低速運轉時（shí）的轉矩（jǔ）特（tè）性

標準電動機（jī）采（cǎi）用變頻器低速運轉時，對於U/f一定的轉距控製，各頻率下運轉電流大體同電動機額定頻率（lǜ）下的（de）運轉電流一樣，因（yīn）此主要應控製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速時相同，但由於轉速變（biàn）低（dī），電動機冷卻效果變差，電動機定子（zǐ）繞組溫升就變大，所以必須與此溫升相（xiàng）應地減小運轉轉矩，降低銅（tóng）損使用。

3、短時最大轉矩

標（biāo）準電動機在額定電壓（yā）、額定頻率下，通常具有輸出200%左右最大轉矩的能力，如果用變頻器（qì）運轉標準電動機，其轉矩特性（xìng）有如下（xià）限（xiàn）製：

1）為了保護主電路電力電子元件等，變（biàn）頻器設有限（xiàn）流功（gōng）能和過流時中斷（duàn）晶體管工作等（děng）功能，以防止（zhǐ）超過耐量的電流流過，此（cǐ）過電流耐量通常為變頻（pín）器額定（dìng）電流的150%左右。

2）在數赫茲的低頻區運轉時，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（dī）。

由以上兩個限製，電動機與變頻器組合時最大轉矩值的情況，在低頻區最大轉矩值變小。在負（fù）載變（biàn）動大（dà）或需要啟動轉矩大的（de）情（qíng）況下，要注意容量的選擇，可使用上一級的（de）電動機與變頻器。

4、容許最高頻率範圍

通用變頻器（qì）中，有的可以（yǐ）輸（shū）出工（gōng）頻以上的頻率，但電（diàn）動機（jī）是以工頻下運轉（zhuǎn）為前（qián）提製造的，因此在工頻以（yǐ）上頻率使用時，必須確認電動機允許最高頻率範圍，通常電（diàn）動機允許最高（gāo）頻率範圍（wéi）受以下因素限製：

1）軸承（chéng）的極限轉速；

2）風扇、端子等的強度；

3）轉子（zǐ）的危險速度；

4）其他特殊零件（jiàn）的強度。

5、噪聲

電動機用變頻器運（yùn）轉時，與（yǔ）工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電（diàn）動機在額定（dìng）轉速以上運轉，通風噪聲非常大（dà），采用時必（bì）須充分考慮。另外，低速運轉同工頻運轉（zhuǎn）相比，也有刺耳的金屬聲（磁噪聲）發生，可以使用電抗器，以降低磁噪聲。

6、振動

電動機用變頻器（qì）運轉時，就電動機（jī）本身來說，同工頻電源相比，振動（dòng）並沒有大幅度增加。但是把電動機安裝在機械上，由於機械係統（tǒng）的固有（yǒu）頻率發生諧振（zhèn），以及與（yǔ）所傳動機械的旋轉體不平衡量大時，往往發生異常（cháng）振動，為此需要考慮修正平衡，采用輪箍式聯軸節或防震橡膠等措施。

三、變頻器（qì）的安裝要（yào）求

1、環境溫度

變頻器一般適用於-10～40℃、海拔低於1000m、相對濕度不大於（yú）90%的環境中工作。環境（jìng）溫度若高於40℃，每（měi）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（yì）爆氣體和液體；無灰（huī）塵、漂（piāo）浮性的纖維及（jí）金屬顆粒；無電（diàn）磁（cí）幹擾。

2）安裝場所的基礎、牆壁應堅固（gù）無損傷、無振動（dòng）。

3）安裝位置應避免陽光直（zhí）射。

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

3、安裝方式（shì）

1）變頻（pín）器（qì）必須垂直安裝，若多台變頻（pín）器安裝在同一裝置或（huò）控（kòng）製箱（xiāng）裏時，宜橫向（xiàng）並列安裝。若采用縱向方式安裝，變頻器間應加裝（zhuāng）隔熱板。

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

3）環境比較潔淨（jìng），塵埃少時，單台變頻器安裝宜（yí）采用櫃外（wài）冷卻方式；若（ruò）采用櫃內冷卻方式（shì），應在（zài）變頻器（qì）櫃櫃頂（dǐng）安裝抽風式冷卻風扇。

四、變頻器的（de）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（qì）主（zhǔ）回路和（hé）控製電路所有端子對外（wài）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（duǎn）接。

4）兆歐表電壓隻能加於主回路公共端連（lián）接線和接地端子E（G）之間，絕對不能隻連（lián）接某一個主回（huí）路端子對地進行（háng）絕緣電阻的測量，也不能（néng）對變頻器的控製（zhì）端子進行絕（jué）緣測量，否（fǒu）則可能會損壞變頻器。　

5）兆歐表指示（shì）值達到5MΩ及以上為正常合格。

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

2、控製回路絕緣測量

不能用兆（zhào）歐表對控製電路進行測試（shì），否則將燒損電路元件。可用萬用表的高阻擋在控製回路端子和（hé）接地端子之間進行（háng）測量，達到1MΩ及以上為正常合格。

3、外接（jiē）電路絕緣測量

為了防止兆（zhào）歐表的高壓加到變頻器上，在測量外接電路的絕緣電阻時，必須首先把外接電路（lù）從變頻器上拆（chāi）下來，還要注意檢查兆歐表的高壓是否有可能（néng）通過其他回路加（jiā）到變頻器上，如有（yǒu），則應將有關的所有連線拆下，之後方可進行（háng）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（xiè）、金屬屑、短斷頭及其螺杆、螺（luó）母等不得（dé）遺落在變（biàn）頻器內部。

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（xiàn）連接無鬆動。端子（zǐ）接（jiē）線裸露部分與其他端子帶電部分間應做好絕緣隔離。

3）變頻器輸出端子排上的N端子不得接至（zhì）輸入電源中性線（xiàn）端子（zǐ）上。

2、變頻器控製回路接線（xiàn）

1）控製回（huí）路（lù）與主回路的配線（xiàn）、模擬信號回路與反饋信號回路（lù）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（qì）觸（chù）點端子引線與其（qí）他控製（zhì）回路端子的連線，應按區域配線。

3）變頻器控製回路配線應采用屏蔽線（xiàn）或屏蔽電（diàn）纜。

4）模擬量控（kòng）製線應采（cǎi）用屏蔽線或屏蔽電纜（lǎn），屏蔽一端應接至控製電路的公共（gòng）（COM）側，不得接至地（dì）端（E）或大（dà）地，另一端可懸空。

5）開關量（liàng）控製線未（wèi）采用屏（píng）蔽線（xiàn），同一信號（hào）兩根線（xiàn）應（yīng）絞結後分別連接。

3、變頻器（qì）接地和防雷接線

1）變頻（pín）器接地線截麵不應小（xiǎo）於2mm2，長度宜控製在20m內。

2）雷電活躍地區，電源進線側應裝設（shè）變頻器專用避雷（léi）器，或按規（guī）範在變頻器（qì）安裝處20m的距離以外預埋（mái）鋼管保護接地裝（zhuāng）置。

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

4）變頻器（qì）的接地端（duān）子（zǐ）（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）傳動櫃中所有電氣設（shè）備接地良好，接（jiē）地線（xiàn）應連（lián）接至公共接地點（diǎn）或接地母排上，宜用高頻時阻（zǔ）抗較低（dī）的扁平導體，例如金屬網編（biān）織線。

2）變頻（pín）器（qì）的電機電纜須（xū）采（cǎi）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積的1/10。

3）控製電纜（lǎn）應采用屏蔽電纜，屏（píng）蔽層（céng）應（yīng）直接接至變頻器內部接地側，另一側可通過高頻小電容接地。

4）當屏蔽層（céng）兩端的差模電壓（信號線與信號（hào）線之間的（de）電位差（chà））較低和連（lián）接（jiē）到同一接地線上時，可將屏蔽層的兩（liǎng）端（duān）直接接地。

5）模擬信號（hào）的傳輸線應（yīng）采用（yòng）雙屏蔽（bì）的雙絞線，不同（tóng）的模擬（nǐ）信號線單獨配線，不同模擬信號不得置於同一對公共反饋回線中。

6）低壓數字信號（hào）線應采用雙屏蔽（bì）的雙絞線。

7）電機電纜應單獨配線，其最小間距為500mm。

8）變頻器控製電纜和電源電纜的（de）安裝與接線若有交（jiāo）叉，應按（àn）90°角交叉配線，采用專用夾子將電（diàn）機電纜和控製電纜屏蔽層固定（dìng）到接地點。

六、變頻器的試運要求

1、空載試運

1）電動機的旋轉方向正確。

2）運（yùn）轉至各頻率點電動機不得有異常振動、共振、振動噪聲。

3）參數設定（dìng）程序重新檢查，確認參數設定值無誤。

4）輸出電壓和（hé）電流值（zhí）應符合（hé）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（yùn）

1）按正常負荷量運行，三相輸出電（diàn）流值應符合預定值。

2）閉環控製係統的轉速反饋變化值應（yīng）符合產品質量技術文件（jiàn）要求。

3）電動機運行的平（píng）穩性，電動機和變（biàn）頻器運行溫度變化應（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，隨時監控並做好記錄。

七、變頻器的巡視檢查

1、巡視檢（jiǎn）查的目的

對變頻器進行巡視檢查的主要目的是盡早發現異常現象，清（qīng）除塵埃（āi），緊固配（pèi）件，排除事故隱患等。在變頻器運行過程中，可以從設備外部目視檢（jiǎn）查運行狀況有無異常。通過（guò）鍵盤麵板轉換鍵（jiàn）查閱變頻器的（de）運行參數，如輸出電壓（yā）、輸出電流、輸出轉距、電機轉速等，掌握變頻器日常運行值（zhí）的範圍，以便（biàn）及時發現變頻器及電動機問題。

2、巡（xún）視檢查的內容

1）鍵盤麵板顯示是（shì）否正常，有無缺少（shǎo）字符（fú），儀表指示（shì）是否正確，是否有震動、震蕩（dàng）等現象。

2）冷卻風扇（shàn）部分是否運轉正（zhèng）常，是（shì）否有異常聲音等。

3）變（biàn）頻（pín）器及引出電纜是否有過熱、變色（sè）、變形（xíng）、異味、噪聲、振動等異常情況。

4）變（biàn）頻器周圍環（huán）境是否符合標準規（guī）定，溫度（dù）與濕度是否正常。

5）變頻器的散熱器（qì）溫（wēn）度是否正常。冷風機電機是否有（yǒu）過熱、異味、噪聲、振動等異（yì）常情況（kuàng）。

6）變頻器控製係統（tǒng）是（shì）否積聚塵埃、各連接線及外圍電（diàn）氣元件是否（fǒu）有（yǒu）鬆動等（děng）異常現象。

7）變頻器的進線電源是否正常，電源開關是否有電火花、缺相，引線壓接螺栓是否鬆（sōng）動，電（diàn）壓（yā）是否正常等。

八（bā）、變頻器的維護檢查（chá）

1、綜合（hé）檢（jiǎn）查

1）周圍環境

檢查周圍有（yǒu）無（wú）危險品，檢測環境溫度，濕度，空氣清（qīng）潔度。

2）電壓

測量主回路、控製回路電壓是否正常。

3）觸摸（mō）麵（miàn）板

是否缺少字符，字符是否清楚。

4）框架、前麵板

（1）是否沾有灰塵汙損；

（2）是否因過熱變（biàn）色；

（3）是否有異常聲音、異常（cháng）振動（dòng）；

（4）螺栓是否鬆動。

2、主回（huí）路檢查

1）公用

（1）是否附（fù）著灰塵汙損；

（2）螺栓是否（fǒu）鬆動；

（3）是否有變形、裂紋、破損或過熱老化變色。

2）導體（tǐ）、電線

（1）導體是否變（biàn）形（xíng）或過熱變色；

（2）導線皮是否破損、裂口、變色（sè）。

3）電阻

（1）是否斷線；

（2）是否有過（guò）熱的怪味，絕緣體有無裂紋。

4）濾波（bō）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（fǒu）出來。

5）變壓器（qì）、電抗器

是否有異常的聲音和怪味。

6）接觸器、繼電器

工作時是否振動、聲（shēng）音異常 。

3、控製回路檢查

印刷電路板連接器：

1）螺栓、螺釘（dìng）是否鬆動；

2）是否有裂（liè）紋、破損、變形；

3）電容器是否漏液、變形（xíng）；

4、冷卻（què）係統檢查（chá）

1）冷卻風扇

（1）否有異常振動、異常聲音；

（2）螺栓是否鬆（sōng）動。

2）通風道

散熱片（piàn）給氣排氣口的（de）間隙是（shì）否有堵塞和附著異物。

九、變頻器的故障處理

1、過流和過（guò）載故障

過流和過載在變壓器的應用中是經常出現的，此類故障首先要將負載斷開，確定是由於負荷過（guò）載引起的故障，還是電（diàn）氣主回路、控製回路問題。如果是電氣方（fāng）麵的問題，再將變（biàn）頻器和電機電纜脫離開進行檢查，進一步確認是（shì）哪個環節的故障。

1）外部原（yuán）因

（1）由於電動機負載（zǎi）突變（biàn），引起（qǐ）大的衝擊電流（liú）使過電流保護（hù）動作。這類故障一般是暫時的，重新啟動後會（huì）恢複正常。如果經常有（yǒu）負載突變的情況，則應采（cǎi）取限（xiàn）製負載突變或更換較大容量的變頻器。

（2）電動機（jī）和電纜相（xiàng）間或相對地絕緣破壞，造成（chéng）匝間或相間對地短路，因而導致過電流，一般遇（yù）到此類故障是先將電機不帶負載單試，如果仍出現過流則（zé）將出線電纜解開，對電機（jī）和電纜單獨進行（háng）檢查（chá）。

（3）在電動機繞組和外殼之間，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（liú）流向大地，引起過電（diàn）流和過（guò）電壓故障。解決問題的辦法是加濾波（bō）器或選用容量大（dà）一級的變頻器。

2）變頻器本身原因

（1）參數（shù）設（shè）定不正確，如加減速設定的時（shí）間太短，變頻器的多數（shù）參數如果設置不當，均有可能引起變（biàn）頻（pín）器（qì）故障。

（2）變頻器主（zhǔ）回路（lù）出現問題（tí），如果變頻器的整流和逆變（biàn）單元的元器（qì）件損壞，會直接導致過流保護動作。控（kòng）製觸發脈衝的卡件出現故障，也可能會導致過電流故障。

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

（4）變頻器本身遭到電磁幹擾，引起變頻器誤動作。

2、參數設置類故（gù）障

變頻器在使用（yòng）中，如果參數設置（zhì）不正確，會導（dǎo）致變頻（pín）器不工作（zuò）、不能正常（cháng）工作或頻繁發生（shēng）保護動作甚至損壞。一般變頻器都做了出廠設置，對每一個參數都有一個默認值，這些參數叫缺省值。實際應（yīng）用時要從以下幾方麵進行：

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

2）變頻器控製方式的設定主要有頻率（速度）控製、轉矩控製、PID控製或其他控製方式。每一種控製方式（shì）對應於一組數據範圍的設定，如果這些數據範圍設定的不正確，就（jiù）會引起變頻器不工作或工（gōng）作不正常，或發生故障保護（hù）動作而跳閘，顯示故障類型代碼。

3）變頻器的啟動方式在變頻器出廠時設定為麵板啟動，可以（yǐ）根據實（shí）際情（qíng）況選用麵板、外部端子、通信方式等（děng）幾種，除麵板啟動外，其他（tā）需要與相應的給（gěi）定參數及控製端子匹配，否則會引起變（biàn）頻器（qì）不工作，工作不正常或頻繁發生保護動作甚至損壞。

4）頻率給定參數的選擇，一般變頻器的頻（pín）率給（gěi）定也有多種方式，如麵板（bǎn）給定、外部給（gěi）定、外部電壓或電流給定、通信方式（shì）給定等，可以選擇其中的一種或幾種方式的組合。

3、其他故障

1）過熱保護

變頻器的過熱保護（hù），有（yǒu）電動（dòng）機過熱保護和（hé）變頻器過熱保護兩種，引起過熱的原因也是多方麵（miàn）的。一般的電動機過熱保護動作，應檢查電動機的散熱和通（tōng）風情況，變頻器的過熱保（bǎo）護（hù）動作，則應檢查變頻器的冷卻風扇和通風情況。

2）電磁幹擾

變頻器在生產運行的過（guò）程中，很多時候會出現因電磁（cí）幹擾（rǎo）而造成的故障（zhàng），容易導致變頻器產生誤動作，不正常啟停工作，或者造成模擬控製信號失（shī）真（zhēn），嚴重時會損壞變頻器。

3）開停機控製回路故障

此類故障排查，要確定是外部（bù）回路故（gù）障還是內部（bù）故障，首先將外部（bù）的停車及連（lián）鎖信號摘除，然（rán）後短接啟動（dòng）信號端口，如果能啟動，則檢查（chá）外部電路。不行則在變頻器控製麵（miàn）板上強製啟動，如啟動成功則需檢查（chá）控製輸入輸出端口。

4）與變頻器載（zǎi）波頻率有關的故障

變頻器的載波頻率是可調的，可方便人們對噪聲的需求。變頻器的載（zǎi）波頻率出廠值往往與現場需要不符，需要調（diào）整。但在實際（jì）調整時，往往因載波頻率值設定不當，造成各種異常（cháng）現象甚（shèn）至故障，損壞變頻器。一般在調試過程中，應試探性地調整載波頻率，電動機（jī）功率大的相對選用載波頻率要低些，並從低端向高的一端調整。要確定合適的載波頻率（lǜ）值後，再考慮是否需要加裝濾波器或諧波抑製裝置。