變頻器基本知識

變頻器按能量變換的（de）情況，可（kě）以分為交-交變（biàn）頻器與交-直-交變頻器（qì）兩種，前（qián）者是將工頻電源轉變成所需頻率的交流電源，故稱直接變（biàn）頻，後者是（shì）把直流電能（一般（bān）經交流電源整（zhěng）流而得）轉變為所需頻（pín）率（lǜ）的交流電源，故（gù）稱為逆變器。

1、交-交變頻器

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

交-直-交變（biàn）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（huàn）導通，則負載上就得到交流（liú）輸出電壓u0，u0的幅值可以用改變直（zhí）流電壓ud來調（diào）節（jiē）,u0的頻率則取決於兩對晶（jīng）閘管的切換（huàn）頻率（lǜ）。

二（èr）、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（pín）電源運（yùn）轉相比，由於變（biàn）頻器輸出電壓、電流中所含諧波（bō）的影響，電動機的效率、功率因（yīn）數將降低，電流將（jiāng）增加（同一負載約增10%）。電動機負載非常輕（qīng）時，即使電動機電流在變（biàn）頻器額定電流以內，也不（bú）能使（shǐ）用比電動機容量小很多的變頻器，這是因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，其脈動電流值也就越大，因而有可能超過變頻器的過流耐量。

2、低速運轉（zhuǎn）時的轉矩特性

標準電（diàn）動機采用變頻器低速運轉時，對於U/f一定的轉距控製，各頻率下運轉電流（liú）大體同電動機額定頻率下的運轉電流一樣（yàng），因（yīn）此（cǐ）主要應控製電（diàn）動機銅損造成的（de）溫升。在這種低（dī）速情況下，即使（shǐ）電動機的銅損大體與（yǔ）額定轉速時相同（tóng），但（dàn）由於轉速變低，電動機（jī）冷卻效果變差，電動機定子繞組溫升（shēng）就變大，所以（yǐ）必須與此（cǐ）溫（wēn）升相應地減小運轉（zhuǎn）轉矩，降低銅損（sǔn）使用。

3、短時最大轉矩

標準電動機在額（é）定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右最大轉矩的能力，如果（guǒ）用變頻器運轉標準電動（dòng）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，變頻器設有限流功能和過流時中斷晶體管工作等功能，以防止超過耐量的電流流過，此過電流（liú）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（zhuǎn）時，電動機電阻在阻抗中（zhōng）占的比例增大（dà），轉矩特性大（dà）幅度降低（dī）。

由以上兩個限製，電動機與變頻（pín）器組合時最大（dà）轉（zhuǎn）矩值的情況，在低頻區最（zuì）大轉矩值變小。在負（fù）載變動大（dà）或（huò）需（xū）要啟動轉矩大的情（qíng）況下，要注意容量的（de）選擇（zé），可使用上一級（jí）的電動機與變頻器。

4、容許（xǔ）最高頻（pín）率範圍

通用變頻器中，有的可以輸出工頻以上的頻率，但電動機是以工頻（pín）下運轉為前提（tí）製（zhì）造的，因此（cǐ）在工頻（pín）以上頻率使用時，必須確認電（diàn）動機允許最高頻率範圍，通常電動機允許最（zuì）高頻率範圍受以（yǐ）下（xià）因素限製：

1）軸承的（de）極限（xiàn）轉速；

2）風扇、端子等的強度；

3）轉子的危險速度；

4）其（qí）他特殊零件的強度。

5、噪聲（shēng）

電動機用變頻器運轉時，與工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電動（dòng）機（jī）在額定轉速以上運轉，通風噪聲非常大，采用時必須充分考慮。另外，低速運轉同工頻（pín）運轉相比（bǐ），也有刺耳的金屬聲（磁（cí）噪聲（shēng））發生，可以使用電（diàn）抗（kàng）器，以降低磁（cí）噪聲。

6、振動

電動機用變頻器運轉時，就電動機本身來說，同工頻電源相比，振動並沒有大幅度增加。但（dàn）是把電動機安裝在機械上，由於機械（xiè）係統的固有頻率發生諧振，以及與所傳動機械的旋轉體（tǐ）不平（píng）衡（héng）量大時，往往發生異常振動，為此需要考慮修正平（píng）衡，采（cǎi）用輪箍式（shì）聯軸節或防震橡膠等措施。

三（sān）、變頻器的（de）安裝要求

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（bú）大於90%的環境中工作。環境溫度若高於（yú）40℃，每升高1℃，變（biàn）頻器應降額5%使用。

2、現場條件（jiàn）

1）無腐蝕，無易燃、易（yì）爆氣體和（hé）液體；無灰塵、漂浮（fú）性的纖維及金屬顆粒；無電磁幹擾。

2）安裝場所的基礎、牆壁應堅固無損傷、無振動。

3）安裝位置應避免陽光直射。

4）驅（qū）動防爆電動機時，變頻器無防爆（bào）結（jié）構，應將變頻（pín）器（qì）設置在危險場所之外。

3、安裝方式

1）變頻器（qì）必須（xū）垂直安裝，若（ruò）多台變頻器安（ān）裝在同一裝置或控製箱裏時，宜橫向並列安裝（zhuāng）。若采用縱（zòng）向方式（shì）安裝，變頻器間應（yīng）加裝隔熱板（bǎn）。

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

3）環境比較潔淨，塵埃少時，單台變頻（pín）器安裝（zhuāng）宜采用櫃外冷卻方式；若采用櫃內冷卻方式，應（yīng）在變頻器櫃櫃頂安裝抽風式冷卻風扇。

四、變頻器的絕（jué）緣測量

1、主回路（lù）絕緣（yuán）測量（liàng）

1）用合格的500V兆歐表。

2）斷開變頻器主（zhǔ）回路和控製電路所有端子對外的連（lián）接。

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

4）兆（zhào）歐表電壓隻能加於（yú）主回路公共端（duān）連（lián）接線和接地端子（zǐ）E（G）之間，絕對不能隻連接某一（yī）個（gè）主回路端子對地進行絕緣電阻的測量，也不能對變頻器的控製端子進行絕緣（yuán）測量，否則可能會損壞變頻器。　

5）兆歐表指示值達到5MΩ及以上為（wéi）正常合格。

6）絕（jué）緣電（diàn）阻測量（liàng）結束以後，一定要記住拆（chāi）除所有上述短（duǎn）接（jiē）主回路端子的連線（xiàn）。

2、控製回（huí）路絕緣測量

不能用兆歐表對控（kòng）製電路進行測試，否則將燒損電路元件。可用萬用表（biǎo）的高阻擋在（zài）控製回路（lù）端子和接地端子之間進行測量，達到1MΩ及以上為正常（cháng）合（hé）格。

3、外接電路絕緣測量（liàng）

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（diàn）阻時，必須首先把外接電路從變頻器上拆下來，還要注意檢查（chá）兆歐表的高（gāo）壓是否有可能通過其他回路加到變頻器上，如有，則應將有關的所有連線拆下，之後方可進行測量。

五、變（biàn）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（duàn）頭（tóu）及其（qí）螺杆（gǎn）、螺母（mǔ）等不得遺落在變頻器內部。

2）變頻（pín）器輸入端（R、S、T），輸出端（U、V、W）接線應正確，電（diàn）纜芯線連接無鬆動。端子接線裸露部分與其他（tā）端子帶電部分間應做好絕（jué）緣隔（gé）離。

3）變頻（pín）器（qì）輸出端子（zǐ）排上的N端子不得（dé）接（jiē）至輸入電源（yuán）中性（xìng）線端子上。

2、變頻器控製（zhì）回路接線（xiàn）

1）控製回路與主（zhǔ）回路的配線（xiàn）、模擬信號回路與反饋信號回路的配線應分（fèn）開，且保持一定（dìng）的距離。

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

3）變頻器控製（zhì）回路配線應（yīng）采用（yòng）屏蔽線或屏蔽電（diàn）纜。

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

5）開關量控製線未采用屏蔽線，同一信號兩根線應絞結後分別連接。

3、變（biàn）頻器接地（dì）和防雷接線

1）變頻器接地線截麵不（bú）應小於2mm2，長度宜控製在20m內。

2）雷（léi）電活躍地區（qū），電源進線（xiàn）側應裝設變頻器專用（yòng）避雷器，或按規範在變頻器安裝處（chù）20m的距離以外預埋（mái）鋼管保護接地裝置。

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

4）變頻（pín）器（qì）的接地端子（PE）可與電機（jī）電纜的接地（dì）線相（xiàng）連接。

4、變頻器的“EMC電磁兼（jiān）容性"接線

1）傳動（dòng）櫃中所有電氣設備接地良（liáng）好，接地（dì）線應連接至公共接（jiē）地點或（huò）接地母排上，宜用高頻時阻抗較低的扁平導體，例如金屬網編織線。

2）變頻器的電機電纜須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電（diàn）導截麵積不小於每（měi）相導線芯截麵積的1/10。

3）控（kòng）製電纜應采用屏蔽電纜，屏蔽（bì）層應直接接至（zhì）變頻器內部接地側，另一側可通過高頻小電容接地。

4）當屏蔽層兩端的差模電壓（信號線與信號線之間的（de）電位差）較（jiào）低和連接到（dào）同一接地線上時，可將屏蔽層的兩端直接接地。

5）模擬信號（hào）的傳輸線應采用雙屏蔽的雙絞線，不同的模擬信號線單獨配線，不同模擬信號不（bú）得置於同一（yī）對公（gōng）共反饋回線中。

6）低壓數字信號線應采用雙屏蔽的雙絞線。

7）電機（jī）電纜應單獨配線（xiàn），其（qí）最小間（jiān）距為500mm。

8）變頻器控製電纜和電源（yuán）電纜的安裝與接線若（ruò）有（yǒu）交叉，應按90°角交叉配線，采用專用（yòng）夾子將電機電纜和控製電纜屏蔽層固定到接地點。

六、變頻（pín）器的試運要求

1、空載試運

1）電動機的旋轉方向正確。

2）運轉至各（gè）頻率點（diǎn）電動機不（bú）得有異常振動、共振（zhèn）、振動噪（zào）聲（shēng）。

3）參數設定程序重新（xīn）檢查，確認參數設定值（zhí）無（wú）誤。

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

2、帶負載試運

1）按正常負荷量運行，三相輸出電流值應符（fú）合預（yù）定值。

2）閉環控製係（xì）統的轉（zhuǎn）速反饋變化值（zhí）應符合產品質量技術文件要求。

3）電（diàn）動（dòng）機運行的（de）平（píng）穩性，電動機和變（biàn）頻器運行溫度變化應保持穩定。

4）各類保護性（xìng）參數值具備有效性。

5）按工藝要求試運行，隨時（shí）監控並做好記錄。

七、變（biàn）頻器的巡（xún）視檢查

1、巡視（shì）檢查的目的

對變頻器進行巡視檢查的主（zhǔ）要目的是（shì）盡早（zǎo）發（fā）現異常現象，清除塵埃（āi），緊固配件，排（pái）除事故隱患等（děng）。在變頻器運行過程中，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查閱變頻器的運行（háng）參數，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉距、電機轉速（sù）等，掌握變頻器日常運行值的範圍，以便及時發（fā）現變頻（pín）器及電動機問（wèn）題。

2、巡視檢查的內容

1）鍵盤（pán）麵板顯示是否正常，有無缺少字符，儀表指示是（shì）否正確（què），是否有震動、震蕩等現象。

2）冷卻風（fēng）扇部（bù）分是否（fǒu）運轉正常，是否有異常聲（shēng）音等。

3）變頻器及引出電纜是否有過熱、變色、變形、異味、噪聲（shēng）、振動等異（yì）常情況。

4）變頻器周圍環境是否符合標準規定，溫度與濕度是否正常。

5）變頻器的散熱器溫度是否正常。冷風（fēng）機電（diàn）機是否有過（guò）熱、異味、噪聲、振（zhèn）動等異常情況。

6）變頻器控製係統是否積（jī）聚（jù）塵埃、各連接線及外圍電氣元（yuán）件是否有鬆動等異常現象。

7）變頻器的進線電源是否正常，電源開關是否有電火花、缺相，引線（xiàn）壓接螺栓是否鬆動，電壓是否正常等。

八、變頻器的維護檢查

1、綜合檢查

1）周圍環境

檢查周圍有無（wú）危險品，檢測環境溫度（dù），濕度，空氣清潔度。

2）電壓

測量主回路、控製（zhì）回路電壓是否正常（cháng）。

3）觸摸麵板

是否缺少字符，字符是否清楚。

4）框架、前麵（miàn）板

（1）是否沾有灰塵汙損；

（2）是否因過熱變色；

（3）是否有異常聲音、異常振動；

（4）螺栓是否鬆動。

2、主回路檢查

1）公用

（1）是否附著灰塵汙損；

（2）螺栓是否鬆動；

（3）是否有變形、裂紋、破損或過熱老化變色（sè）。

2）導體、電線

（1）導體是否變形或（huò）過熱變（biàn）色；

（2）導線皮是否破損、裂口、變色。

3）電阻

（1）是否斷線；

（2）是否有過熱的怪味，絕（jué）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、電抗器

是否有異常的（de）聲音和怪味。

6）接觸器（qì）、繼電器（qì）

工（gōng）作時是否振動、聲音（yīn）異常 。

3、控製回路檢查

印刷電（diàn）路板連接器：

1）螺栓、螺釘是否鬆動；

2）是否有裂（liè）紋（wén）、破損、變形；

3）電容器是否（fǒu）漏液、變形；

4、冷卻係統檢查

1）冷卻風扇

（1）否有（yǒu）異常振動、異（yì）常聲（shēng）音；

（2）螺栓是否鬆動。

2）通風道

散熱片給氣排氣口的（de）間隙是否有堵塞和附（fù）著（zhe）異物。

九（jiǔ）、變頻器的故障處（chù）理

1、過流和過載故障

過流和過載在變壓器的應用中是經常出（chū）現的，此類故障首先要將負載（zǎi）斷（duàn）開，確定是由（yóu）於負荷過載引起的故障，還（hái）是電氣主回路、控製回（huí）路問題。如果是電氣（qì）方（fāng）麵的問題，再將變頻器和電機電纜脫離開進行檢（jiǎn）查，進一步確認是哪個環節的故障。

1）外部原因

（1）由於（yú）電動機負載突變，引起大的衝擊電流使過電流（liú）保護動作（zuò）。這類（lèi）故障一般是暫時的，重新啟動後會恢複正常。如果經常有負載突變的情況，則應采取限（xiàn）製負載突變或更換較大容量的變（biàn）頻器。

（2）電動機（jī）和電纜相間或相對地絕緣破壞，造成匝間（jiān）或相間對地（dì）短路，因而導致（zhì）過電流，一般遇到此類故障是先將電機不帶負載單試，如果（guǒ）仍出現（xiàn）過流則將出線電纜解開，對電機和電纜單獨（dú）進行檢查。

（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生電容，通過寄生電容會（huì）有（yǒu）高頻漏電電流流（liú）向大地，引起過電流和過電壓故障。解決（jué）問題的辦法是加濾波器（qì）或選（xuǎn）用容量大一級的變頻器。

2）變（biàn）頻（pín）器本身原因

（1）參數設定不正確，如（rú）加減（jiǎn）速設定的（de）時間太短，變頻器的多數參數如果設置不當，均有可能引起變（biàn）頻器故障。

（2）變（biàn）頻器主回路出現問（wèn）題，如果變頻器的整流和逆變單元的元器件損壞，會直接導致過流保護動作（zuò）。控製觸發脈（mò）衝的（de）卡件出現（xiàn）故障，也可能會導致過電（diàn）流故障。

（3）變頻器本身控製回路的檢測元器件故障，引起（qǐ）逆變器不工作或（huò）工作（zuò）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（qì）誤動作。

2、參數設置（zhì）類故障

變頻（pín）器在使用中，如果參數設置不（bú）正確，會導致變頻器不工作、不（bú）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設置，對每一個（gè）參數都有一個默認值，這些參數叫缺省值（zhí）。實際應用時要從以下幾方（fāng）麵進行：

1）確認電動機參數，在變頻器電動機參數中設定功率、電（diàn）流、電壓、轉速、最大頻率等，應與電動機（jī）銘牌中（zhōng）的數據一致。

2）變頻器控製方式（shì）的設定主要有頻率（速度）控製、轉矩控製、PID控（kòng）製或其他控製方式。每（měi）一種控製方（fāng）式對應於一組數據範圍的設定，如果這些數據範圍（wéi）設定的不正確，就會引起變頻器不（bú）工作或（huò）工作（zuò）不正常，或發生故障保（bǎo）護動作而跳閘，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（dìng）為麵板啟動，可以根據實際情況選用麵板、外部端子、通信方式（shì）等幾種，除麵板啟（qǐ）動外，其他需要與（yǔ）相應的給定參（cān）數及控製端子匹配，否則會引起變頻器不工作，工作不正常或頻繁發生（shēng）保護動作甚至損壞。

4）頻率給定參數的（de）選擇，一般變頻器的頻率（lǜ）給定也（yě）有多種方式，如麵板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通信方（fāng）式給定等，可以選擇其中的一種或幾種方式的組合。

3、其（qí）他故障

1）過（guò）熱保護

變頻器的過熱保護，有電動機過熱保護和變頻器過熱保護兩種，引起過熱的原因也（yě）是多方麵的（de）。一般的電動機過熱保護動（dòng）作，應檢查電動機（jī）的散熱和通風情況，變頻（pín）器的（de）過熱保（bǎo）護動作，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程中，很多時候會出現（xiàn）因電磁幹擾而（ér）造成的故障，容易導致變頻器產生誤動（dòng）作，不正常啟停（tíng）工作，或者造成（chéng）模擬控製信號失真（zhēn），嚴（yán）重時會損壞變頻（pín）器。

3）開（kāi）停機控製回路故障

此類故障排查，要確定是外（wài）部回路故障還是（shì）內（nèi）部故障，首先（xiān）將外部的停車及連鎖信號摘除，然後短接啟動信號端口，如果能啟動，則檢查外部（bù）電路。不行則在變（biàn）頻（pín）器控製麵板上強製啟動（dòng），如啟動成功則需檢查控製輸入輸出端口。

4）與變頻器載波頻率有關的（de）故障

變頻器的載波頻率是可調的，可方便人們對（duì）噪聲的（de）需求。變頻器的載波（bō）頻率出廠值往往與現場需要不符，需要調整。但在實際調整時，往往因載波頻率值設定不當，造成各種異常現象甚至故障，損壞變頻器。一般在調試（shì）過（guò）程中，應試探性（xìng）地調整載波頻（pín）率，電動機功率大的相對（duì）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（shì）的載波頻率（lǜ）值後，再考慮是否需要加裝濾波（bō）器或諧波抑製裝置。