一、變頻器的工作原理

變頻器按能量變換的情況，可以分為交-交變頻器與交-直-交變頻器兩種，前者是將工頻電源轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電源，故稱直接變頻，后者是把直流電能（一般經(jīng)交流電源整流而得）轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電源，故稱為逆變器。

1、交-交變頻器

簡(jiǎn)單的交-交變頻器，可用兩組反并聯(lián)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(dǎo)通，則負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓u0，u0的幅值可以通過(guò)改變變流器的控制角α加以調(diào)節(jié)，u0的頻率則有正、反兩組變流器輪流導(dǎo)通的切換頻率所決定。

2、交-直-交變頻器

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(duì)晶閘管T1、T4與T2、T3輪流切換導(dǎo)通，則負(fù)載上就得到交流輸出電壓u0，u0的幅值可以用改變直流電壓ud來(lái)調(diào)節(jié),u0的頻率則取決于兩對(duì)晶閘管的切換頻率。

二、變頻器的選用要點(diǎn)

1、負(fù)載電流

電動(dòng)機(jī)采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)同采用工頻電源運(yùn)轉(zhuǎn)相比，由于變頻器輸出電壓、電流中所含諧波的影響，電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)將降低，電流將增加（同一負(fù)載約增10%）。電動(dòng)機(jī)負(fù)載非常輕時(shí)，即使電動(dòng)機(jī)電流在變頻器額定電流以內(nèi)，也不能使用比電動(dòng)機(jī)容量小很多的變頻器，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電抗隨電動(dòng)機(jī)的容量不同，即使電動(dòng)機(jī)負(fù)載相同，電動(dòng)機(jī)容量越大，其脈動(dòng)電流值也就越大，因而有可能超過(guò)變頻器的過(guò)流耐量。

2、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性

標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)采用變頻器低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于U/f的轉(zhuǎn)距控制，各頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)電流大體同電動(dòng)機(jī)額定頻率下的運(yùn)轉(zhuǎn)電流一樣，因此主要應(yīng)控制電動(dòng)機(jī)銅損造成的溫升。在這種低速情況下，即使電動(dòng)機(jī)的銅損大體與額定轉(zhuǎn)速時(shí)相同，但由于轉(zhuǎn)速變低，電動(dòng)機(jī)冷卻效果變差，電動(dòng)機(jī)定子繞組溫升就變大，所以與此溫升相應(yīng)地減小運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，降低銅損使用。

3、短時(shí)轉(zhuǎn)矩

標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右轉(zhuǎn)矩的能力，如果用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)矩特性有如下限制：

1）為了保護(hù)主電路電力電子元件等，變頻器設(shè)有限流功能和過(guò)流時(shí)中斷晶體管工作等功能，以防止超過(guò)耐量的電流流過(guò)，此過(guò)電流耐量通常為變頻器額定電流的150%左右。

2）在數(shù)赫茲的低頻區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電阻在阻抗中占的比例增大，轉(zhuǎn)矩特性大幅度降低。

由以上兩個(gè)限制，電動(dòng)機(jī)與變頻器組合時(shí)轉(zhuǎn)矩值的情況，在低頻區(qū)轉(zhuǎn)矩值變小。在負(fù)載變動(dòng)大或需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的情況下，要注意容量的選擇，可使用上一級(jí)的電動(dòng)機(jī)與變頻器。

4、容許最高頻率范圍

通用變頻器中，有的可以輸出工頻以上的頻率，但電動(dòng)機(jī)是以工頻下運(yùn)轉(zhuǎn)為前提制造的，因此在工頻以上頻率使用時(shí)，確認(rèn)電動(dòng)機(jī)允許最高頻率范圍，通常電動(dòng)機(jī)允許最高頻率范圍受以下因素限制：

1）軸承的極限轉(zhuǎn)速；

2）風(fēng)扇、端子等的強(qiáng)度；

3）轉(zhuǎn)子的危險(xiǎn)速度；

4）其他特殊零件的強(qiáng)度。

5、噪聲

電動(dòng)機(jī)用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)轉(zhuǎn)，通風(fēng)噪聲非常大，采用時(shí)充分考慮。另外，低速運(yùn)轉(zhuǎn)同工頻運(yùn)轉(zhuǎn)相比，也有刺耳的金屬聲（磁噪聲）發(fā)生，可以使用電抗器，以降低磁噪聲。

6、振動(dòng)

電動(dòng)機(jī)用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就電動(dòng)機(jī)本身來(lái)說(shuō)，同工頻電源相比，振動(dòng)并沒(méi)有大幅度增加。但是把電動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)械上，由于機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生諧振，以及與所傳動(dòng)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)體不平衡量大時(shí)，往往發(fā)生異常振動(dòng)，為此需要考慮修正平衡，采用輪箍式聯(lián)軸節(jié)或防震橡膠等措施。

三、變頻器的安裝要求

1、環(huán)境溫度

變頻器一般適用于-10～40℃、海拔低于1000m、相對(duì)濕度不大于90%的環(huán)境中工作。環(huán)境溫度若高于40℃，每升高1℃，變頻器應(yīng)降額5%使用。

2、現(xiàn)場(chǎng)條件

1）無(wú)腐蝕，無(wú)易燃、易爆氣體和液體；無(wú)灰塵、漂浮性的纖維及金屬顆粒；無(wú)電磁干擾。

2）安裝場(chǎng)所的基礎(chǔ)、墻壁應(yīng)堅(jiān)固無(wú)損傷、無(wú)振動(dòng)。

3）安裝位置應(yīng)避免陽(yáng)光直射。

4）驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器無(wú)防爆結(jié)構(gòu)，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所之外。

3、安裝方式

1）變頻器垂直安裝，若多臺(tái)變頻器安裝在同一裝置或控制箱里時(shí)，宜橫向并列安裝。若采用縱向方式安裝，變頻器間應(yīng)加裝隔熱板。

2）墻掛式安裝變頻器與周圍物體之間的距離，兩側(cè)不小于100mm，上下不小于150mm。

3）環(huán)境比較潔凈，塵埃少時(shí)，單臺(tái)變頻器安裝宜采用柜外冷卻方式；若采用柜內(nèi)冷卻方式，應(yīng)在變頻器柜柜頂安裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇。

四、變頻器的絕緣測(cè)量

1、主回路絕緣測(cè)量

1）用合格的500V兆歐表。

2）斷開(kāi)變頻器主回路和控制電路所有端子對(duì)外的連接。

3）將主回路端子R、S、T、P1、P+、N和U、V、W等公用線進(jìn)行短接。

4）兆歐表電壓只能加于主回路公共端連接線和接地端子E（G）之間，不能只連接某一個(gè)主回路端子對(duì)地進(jìn)行絕緣電阻的測(cè)量，也不能對(duì)變頻器的控制端子進(jìn)行絕緣測(cè)量，否則可能會(huì)損壞變頻器?！?/p>

5）兆歐表指示值達(dá)到5MΩ及以上為正常合格。

6）絕緣電阻測(cè)量結(jié)束以后，要記住拆除所有上述短接主回路端子的連線。

2、控制回路絕緣測(cè)量

不能用兆歐表對(duì)控制電路進(jìn)行測(cè)試，否則將燒損電路元件?？捎萌f(wàn)用表的高阻擋在控制回路端子和接地端子之間進(jìn)行測(cè)量，達(dá)到1MΩ及以上為正常合格。

3、外接電路絕緣測(cè)量

為了防止兆歐表的高壓加到變頻器上，在測(cè)量外接電路的絕緣電阻時(shí)，首先把外接電路從變頻器上拆下來(lái)，還要注意檢查兆歐表的高壓是否有可能通過(guò)其他回路加到變頻器上，如有，則應(yīng)將有關(guān)的所有連線拆下，之后方可進(jìn)行測(cè)量。

五、變頻器的接線要求

1、變頻器主回路接線

1）電纜線屑、金屬屑、短斷頭及其螺桿、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(yīng)正確，電纜芯線連接無(wú)松動(dòng)。端子接線裸露部分與其他端子帶電部分間應(yīng)做好絕緣隔離。

3）變頻器輸出端子排上的N端子不得接至輸入電源中性線端子上。

2、變頻器控制回路接線

1）控制回路與主回路的配線、模擬信號(hào)回路與反饋信號(hào)回路的配線應(yīng)分開(kāi)，且保持的距離。

2）變頻器控制回路中的繼電器觸點(diǎn)端子引線與其他控制回路端子的連線，應(yīng)按區(qū)域配線。

3）變頻器控制回路配線應(yīng)采用屏蔽線或屏蔽電纜。

4）模擬量控制線應(yīng)采用屏蔽線或屏蔽電纜，屏蔽一端應(yīng)接至控制電路的公共（COM）側(cè)，不得接至地端（E）或大地，另一端可懸空。

5）開(kāi)關(guān)量控制線未采用屏蔽線，同一信號(hào)兩根線應(yīng)絞結(jié)后分別連接。

3、變頻器接地和防雷接線

1）變頻器接地線截面不應(yīng)小于2mm2，長(zhǎng)度宜控制在20m內(nèi)。

2）雷電活躍地區(qū)，電源進(jìn)線側(cè)應(yīng)裝設(shè)變頻器專用避雷器，或按規(guī)范在變頻器安裝處20m的距離以外預(yù)埋鋼管保護(hù)接地裝置。

3）多臺(tái)變頻器接地時(shí)，變頻器應(yīng)分別與大地相連，不得一臺(tái)變頻器的接地端與另一臺(tái)變頻器的接地端連接后再接地。

4）變頻器的接地端子（PE）可與電機(jī)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(dòng)柜中所有電氣設(shè)備接地良好，接地線應(yīng)連接至公共接地點(diǎn)或接地母排上，宜用高頻時(shí)阻抗較低的扁平導(dǎo)體，例如金屬網(wǎng)編織線。

2）變頻器的電機(jī)電纜須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導(dǎo)截面積不小于每相導(dǎo)線芯截面積的1/10。

3）控制電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層應(yīng)直接接至變頻器內(nèi)部接地側(cè)，另一側(cè)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(hào)線與信號(hào)線之間的電位差）較低和連接到同一接地線上時(shí)，可將屏蔽層的兩端直接接地。

5）模擬信號(hào)的傳輸線應(yīng)采用雙屏蔽的雙絞線，不同的模擬信號(hào)線單獨(dú)配線，不同模擬信號(hào)不得置于同一對(duì)公共反饋回線中。

6）低壓數(shù)字信號(hào)線應(yīng)采用雙屏蔽的雙絞線。

7）電機(jī)電纜應(yīng)單獨(dú)配線，其間距為500mm。

8）變頻器控制電纜和電源電纜的安裝與接線若有交叉，應(yīng)按90°角交叉配線，采用專用夾子將電機(jī)電纜和控制電纜屏蔽層固定到接地點(diǎn)。

六、變頻器的試運(yùn)要求

1、空載試運(yùn)

1）電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向正確。

2）運(yùn)轉(zhuǎn)至各頻率點(diǎn)電動(dòng)機(jī)不得有異常振動(dòng)、共振、振動(dòng)噪聲。

3）參數(shù)設(shè)定程序重新檢查，確認(rèn)參數(shù)設(shè)定值無(wú)誤。

4）輸出電壓和電流值應(yīng)符合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)文件要求，三相平衡值不得大于10%。

2、帶負(fù)載試運(yùn)

1）按正常負(fù)荷量運(yùn)行，三相輸出電流值應(yīng)符合預(yù)定值。

2）閉環(huán)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)兓祽?yīng)符合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)文件要求。

3）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，電動(dòng)機(jī)和變頻器運(yùn)行溫度變化應(yīng)保持穩(wěn)定。

4）各類保護(hù)性參數(shù)值具備有效性。

5）按工藝要求試運(yùn)行，隨時(shí)監(jiān)控并做好記錄。

七、變頻器的巡視檢查

1、巡視檢查的目的

對(duì)變頻器進(jìn)行巡視檢查的主要目的是盡早發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，清除塵埃，緊固配件，排除事故隱患等。在變頻器運(yùn)行過(guò)程中，可以從設(shè)備外部目視檢查運(yùn)行狀況有無(wú)異常。通過(guò)鍵盤面板轉(zhuǎn)換鍵查閱變頻器的運(yùn)行參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)距、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，掌握變頻器日常運(yùn)行值的范圍，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器及電動(dòng)機(jī)問(wèn)題。