變頻器基本知識

變頻器按（àn）能量變（biàn）換的情況，可以分為交-交變頻（pín）器與（yǔ）交-直-交變頻器兩種，前（qián）者是將（jiāng）工頻電源轉變成所需（xū）頻率的交流電源，故（gù）稱直接變頻，後（hòu）者是把直流電能（一般經（jīng）交流電源整流而（ér）得）轉（zhuǎn）變為（wéi）所需頻率的交流電源，故稱為逆變器。

1、交-交變頻器

簡單的交-交變頻器，可用兩組反並聯的變（biàn）流器組成，如（rú）下圖：如果讓正組變流器和（hé）反組變流（liú）器輪流導通，則負載上（shàng）就獲得交變的輸出電壓（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的頻率則有正、反兩組變流器輪流導通（tōng）的切換頻率所決定（dìng）。

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輪流切換導通（tōng），則負（fù）載（zǎi）上就得到交流輸出電壓u0，u0的幅值可以用改（gǎi）變直流（liú）電壓ud來調節,u0的頻（pín）率則取決於兩（liǎng）對晶閘管的切換頻率（lǜ）。

二、變頻器的選用要點

1、負載電流

電（diàn）動機采用變頻（pín）器運轉同采用工（gōng）頻電源運轉相比，由於變頻器輸出電壓、電流中所（suǒ）含諧波的影響，電動機的效率、功率因數將降低，電流將增加（jiā）（同（tóng）一負載約增10%）。電動機負載（zǎi）非常輕時（shí），即使電動機電（diàn）流在變頻器額（é）定電流以內，也不能（néng）使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動機的容量不同，即使電（diàn）動機（jī）負載相同，電動機容量越大，其脈（mò）動電流值也就越大，因而有可能超過變頻器的過流（liú）耐量（liàng）。

2、低速運轉時的轉矩特性（xìng）

標準電動機采用變頻器低速運（yùn）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（dòng）機額定頻率下的運轉電流一樣，因此主要應控製電動（dòng）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，但由於轉速變低，電（diàn）動機冷卻效果（guǒ）變差，電動（dòng）機定子繞組溫升就變大，所以必須與此溫升相應地（dì）減小運轉轉矩，降低銅損使用。

3、短時最大轉矩

標準電動機在額定電壓、額定頻率（lǜ）下，通常具有輸出200%左右最大轉矩的能（néng）力，如果用變頻（pín）器運（yùn）轉標準電動機，其（qí）轉矩特性有如下（xià）限製：

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

2）在數赫茲（zī）的低頻區（qū）運轉時，電動機電阻在阻抗（kàng）中占的比例增大，轉矩特性大幅度降低。

由以（yǐ）上兩個限製，電動機與變頻器組合時最大轉矩值的情況（kuàng），在低頻（pín）區最大轉矩值變小。在負載變動大或需要啟動轉矩大的情況下，要注意容量的選擇，可使用上一級的電動機與（yǔ）變頻器。

4、容許最高頻率範圍

通用變頻器中，有的可以輸出（chū）工頻以上的頻率（lǜ），但電動機是以工頻下運轉為前（qián）提（tí）製造（zào）的，因此在工頻以上頻率使用時，必須確認電動（dòng）機允許最高頻率範圍，通常（cháng）電動機允許最高頻率範圍受以（yǐ）下因素限製（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（dù）；

4）其（qí）他（tā）特殊零件的強度。

5、噪聲

電動機用變頻器運轉時，與（yǔ）工頻電源相比噪（zào）聲有些增大，特別是（shì）電動機在（zài）額定轉速以上（shàng）運轉，通風噪聲（shēng）非常大，采用時必須充分考慮。另外，低速運轉同工頻運轉相比，也有刺耳的金屬聲（磁噪聲）發生，可以使（shǐ）用電抗器，以降低磁噪聲。

6、振動（dòng）

電動機用變頻器運轉時（shí），就電動機本身來說，同工頻（pín）電源（yuán）相比，振動並（bìng）沒有大幅（fú）度增加。但是把電動機安裝在機械上，由於機械係統（tǒng）的固有頻率發生諧振，以及與所傳（chuán）動機械的旋轉（zhuǎn）體不平衡量大時，往（wǎng）往（wǎng）發生異常振動，為（wéi）此需要考慮修正平衡，采用輪箍式聯軸（zhóu）節或防震橡膠等措施。

三（sān）、變頻器的安裝要求

1、環境溫（wēn）度

變頻器一般適（shì）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（qì）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（tǐ）；無灰塵、漂浮性的纖維及金屬顆粒；無電磁幹（gàn）擾。

2）安裝（zhuāng）場（chǎng）所的基礎、牆壁應堅（jiān）固無損傷（shāng）、無振動。

3）安裝位置應（yīng）避免陽光直射。

4）驅動防爆電動機時（shí），變頻器無防爆（bào）結構，應將（jiāng）變頻器設置在危險（xiǎn）場所之外。

3、安裝方式

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

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

3）環境比較潔淨，塵埃少時，單台變頻器安裝宜（yí）采用櫃（guì）外冷卻方式；若采用櫃內冷卻方式，應在變頻器櫃櫃頂安裝抽風式冷卻（què）風扇。

四、變頻器的絕緣測（cè）量

1、主回路絕緣測量

1）用合格的500V兆歐表。

2）斷開變（biàn）頻器主回路和控製電路所有端子對外（wài）的連接（jiē）。

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（ōu）表電壓隻能（néng）加於主回路公共端連接線和接地端子E（G）之間，絕對不能隻連接某一個主回路端子（zǐ）對（duì）地進行絕緣電阻的測量，也不能對變頻器的控（kòng）製端子進行絕（jué）緣測量，否則可能會損壞變頻器。　

5）兆歐表指（zhǐ）示值達（dá）到5MΩ及以上為正（zhèng）常合格。

6）絕緣電阻測量結束以後，一定要（yào）記住拆除所有上述（shù）短接主回路端（duān）子的連線。

2、控製回路絕緣測量

不能用兆歐表對控製電路進（jìn）行（háng）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（zǐ）和接（jiē）地端子（zǐ）之間進行測量，達到1MΩ及以上為正常合格。

3、外接電路（lù）絕緣測量

為了防止兆歐（ōu）表的高壓加到變頻器（qì）上，在測量外接電路的絕緣電阻時，必（bì）須（xū）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（rú）有，則應將有關的所有連線拆下，之後方可進行測量。

五、變頻器的接線要求

1、變頻器主回路接線

1）電（diàn）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部。

2）變頻器輸入端（R、S、T），輸出端（U、V、W）接（jiē）線（xiàn）應（yīng）正確，電纜芯線連接無鬆動。端子接（jiē）線裸（luǒ）露部分（fèn）與其他端子帶電部（bù）分間應做好絕緣隔離。

3）變（biàn）頻器輸（shū）出（chū）端子排上的N端（duān）子不得接至輸入電源中性（xìng）線端子上。

2、變頻器控製回路接線

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

2）變頻器控製回路中（zhōng）的繼電器觸點端子（zǐ）引線與其他控製回路端子的連線，應按區域配線。

3）變頻器控製回路配線應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共（COM）側，不得接至地端（duān）（E）或大地，另一端可懸空。

5）開關量控製線未采用屏（píng）蔽線，同一信（xìn）號兩根線應絞結後分別連接。

3、變頻器接地和防雷接線

1）變頻器接地線（xiàn）截麵不（bú）應小於2mm2，長度宜（yí）控製在20m內。

2）雷電活躍地區（qū），電源進線側應裝設（shè）變頻器專用避（bì）雷器，或按規範（fàn）在變頻器安裝處（chù）20m的距離以外預埋鋼管保護接地裝置。

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

4）變頻器的接地端（duān）子（PE）可與電機電纜（lǎn）的接地線相（xiàng）連接。

4、變（biàn）頻器的“EMC電磁兼容性"接線

1）傳動櫃中（zhōng）所（suǒ）有（yǒu）電氣設備接地良（liáng）好，接地線應連接至公共接地點或接（jiē）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（pín）器的電機電纜須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導截麵積不小於每相（xiàng）導（dǎo）線芯截麵積的1/10。

3）控（kòng）製電纜應采用屏蔽電纜（lǎn），屏蔽層應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（dì）。

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

5）模擬信號的傳輸線應采用雙屏蔽的（de）雙絞線，不同的模擬（nǐ）信號線單獨配線，不同模擬信號不得置於同一對公（gōng）共反（fǎn）饋回線中。

6）低壓數字信號線（xiàn）應采用雙屏蔽的雙絞線。

7）電機電纜應單獨配線，其最小間距為500mm。

8）變（biàn）頻器控製電纜和電源電纜的安裝與接線（xiàn）若有交叉，應按90°角交叉（chā）配線，采用專用夾子將電機（jī）電纜和控（kòng）製電纜屏蔽層固定到接地（dì）點。

六、變頻器的試運要求

1、空載試運

1）電（diàn）動機（jī）的旋轉方向正確。

2）運轉至各（gè）頻率點電動機不得有異常振動（dòng）、共振、振動（dòng）噪聲。

3）參數設定程序重（chóng）新檢查，確認參數設定值無誤（wù）。

4）輸出電壓和電流值應符合產品質量技術文（wén）件（jiàn）要求，三相平（píng）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（shū）出電流值應（yīng）符合預（yù）定值。

2）閉環控製係統的轉速反饋變化值應符合產品（pǐn）質量（liàng）技術文（wén）件要求。

3）電動機運行的平穩性，電動機和變頻器運行溫度變化應保持穩定。

4）各類保護性參數值具備有效性。

5）按工（gōng）藝要求試運行，隨時監控並做好記錄。

七、變（biàn）頻器的巡視檢查

1、巡視檢查的目的

對變頻器進行（háng）巡視檢查的主要目的是盡早發現異常現象，清（qīng）除塵埃，緊固配件，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查運行狀況有無異（yì）常（cháng）。通過鍵（jiàn）盤麵（miàn）板轉換鍵查閱（yuè）變頻器的（de）運行參數，如輸出電壓、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（yǐ）便及時發（fā）現（xiàn）變頻器及電動機問題。

2、巡視檢查的內容

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

2）冷卻風扇部分是否運轉正常，是否有異常聲音等。

3）變頻（pín）器及（jí）引出電纜是（shì）否有過熱、變色、變形、異（yì）味、噪聲（shēng）、振動等異（yì）常情況。

4）變（biàn）頻（pín）器（qì）周圍環境（jìng）是否符合標準規（guī）定（dìng），溫度與濕度是否正常。

5）變頻器的散熱器溫度是否（fǒu）正常。冷風機電（diàn）機是否有過（guò）熱、異味（wèi）、噪聲、振動（dòng）等異常情（qíng）況。

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

7）變頻器（qì）的進線電源是否正常，電源開關是否有電火（huǒ）花、缺（quē）相，引線壓接螺栓是否鬆動，電壓是否正常等。

八、變頻（pín）器的維護檢查

1、綜合檢查

1）周圍環境

檢查周圍有無危險品，檢測（cè）環境溫度，濕度（dù），空氣清潔度。

2）電壓

測量主回路、控製回路電壓是否正常。

3）觸摸麵板

是否缺少字符，字符是（shì）否清楚。

4）框架、前麵（miàn）板

（1）是否沾有（yǒu）灰塵（chén）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（dòng）。

2、主回路檢查

1）公用

（1）是否附著灰塵汙損；

（2）螺（luó）栓是否（fǒu）鬆（sōng）動；

（3）是否有（yǒu）變形、裂紋、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色；

（2）導線皮（pí）是否破損、裂口、變（biàn）色。

3）電阻（zǔ）

（1）是（shì）否斷（duàn）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（wài）殼膨脹；

（2）閥體是否明顯膨脹；安全（quán）閥是否出來。

5）變壓器、電抗器（qì）

是否有異常（cháng）的聲音和怪味。

6）接觸器（qì）、繼電器（qì）

工作時（shí）是否（fǒu）振動（dòng）、聲音異常 。

3、控製回路檢查

印刷電路板連接器：

1）螺栓、螺釘（dìng）是（shì）否鬆動；

2）是否有裂紋、破損、變形；

3）電容器是否漏液（yè）、變形；

4、冷卻係統（tǒng）檢查

1）冷卻風扇

（1）否有異常振動、異常聲音；

（2）螺栓是（shì）否鬆動。

2）通風（fēng）道

散熱片（piàn）給氣排氣口的間隙是否（fǒu）有（yǒu）堵塞（sāi）和（hé）附著異物。

九、變頻器的故障處理

1、過（guò）流和過載故障

過流和過載在變壓器的應用中（zhōng）是經常出現的，此類故障首先要將（jiāng）負載（zǎi）斷開，確定（dìng）是由於負荷（hé）過載引起的故（gù）障，還是電氣主回路、控製回（huí）路問題（tí）。如果是電氣方麵的（de）問題，再將（jiāng）變頻器和電機電纜脫（tuō）離開進（jìn）行檢查，進一步確認是哪個環節的（de）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（shǐ）過電流保（bǎo）護動作。這類故障一般是暫（zàn）時的，重新啟動後會恢複正（zhèng）常。如果經常有負載（zǎi）突變的（de）情況，則應采取限製負載突變或更換較大容（róng）量的變頻器。

（2）電動機和電纜相間或（huò）相對地絕緣破壞，造成匝間或（huò）相間對地短路，因而導致（zhì）過電流，一般遇到此類故障是（shì）先將電機不帶負（fù）載單（dān）試，如果仍出現過流則將（jiāng）出線電纜（lǎn）解開，對電機和電纜單獨進行檢查。

（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，通過寄生電容會有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（jiā）濾波器或選用容量大一級的變頻器。

2）變頻器本身（shēn）原因

（1）參數設定不正確，如加（jiā）減速設（shè）定的時間太短，變（biàn）頻器的多數參數如果設置不當，均有可能引起（qǐ）變頻器故障。

（2）變頻器主回路出現問題，如果變頻器的整流（liú）和逆變單（dān）元的元器（qì）件損壞，會直接（jiē）導致過流保護動作。控製觸發脈衝的（de）卡件出現故障，也可能會（huì）導致過電流（liú）故障。

（3）變頻器本身控製（zhì）回（huí）路的檢測元器件故障（zhàng），引起逆變器不工作或工作不正（zhèng）常，甚至過電流保護動（dòng）作。

（4）變（biàn）頻器本身遭到電磁幹擾，引起變頻器誤動作。

2、參數設置類故障

變（biàn）頻器在使用中，如果參數設（shè）置不正確，會導致變頻器不工作、不能正常工作或頻繁發（fā）生保護動作甚至（zhì）損壞。一般變（biàn）頻器都做了出廠設置，對每一個參數都有一個（gè）默認值，這些參數叫缺省值。實際應用時要（yào）從（cóng）以下幾方麵進行（háng）：

1）確（què）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（yīng）與電動機銘牌（pái）中的（de）數據一致。

2）變（biàn）頻器控（kòng）製方式的設定主要有頻率（lǜ）（速度）控（kòng）製、轉矩控製、PID控製或（huò）其他控製方式。每一種控製方（fāng）式對應於一組數（shù）據範圍的設定，如果這些數據範（fàn）圍（wéi）設定的不正確，就會引起變頻（pín）器不工作或工作不正（zhèng）常，或發生故障保（bǎo）護動作而跳閘（zhá），顯示故障類型（xíng）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，可以根據實際情況選用麵板、外部端子、通信方式等幾種，除麵板啟動外，其（qí）他需要與相（xiàng）應的給（gěi）定參數及控製端子匹配，否則會引起變頻（pín）器不工作，工作不正常或頻繁發生保護動作甚至損壞。

4）頻（pín）率給定參數的選擇，一般變頻器的頻率給定也有多種方式，如麵板給定、外部給（gěi）定、外部電壓或電流給定、通信方式給定等，可以選擇其中（zhōng）的一（yī）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，有電動機（jī）過熱保護和變頻器過熱保護兩種，引（yǐn）起過熱的原因也是多方（fāng）麵的。一般（bān）的電動機（jī）過熱保護動（dòng）作，應檢查電動機的散熱和通風情況，變頻器的過熱保護動作，則應檢查變頻器的冷卻風扇和通風情（qíng）況。

2）電磁幹（gàn）擾

變頻（pín）器在生產運行的過程中，很多時候會出現因電磁幹擾而造成（chéng）的故障（zhàng），容易導致變頻器產生（shēng）誤動作，不（bú）正常啟停工作，或（huò）者造成模擬（nǐ）控製信號失真，嚴重時（shí）會損壞變頻器。

3）開停機控製回（huí）路故障

此類故（gù）障排查，要確定是外（wài）部（bù）回路（lù）故障還是內部（bù）故障，首（shǒu）先將外部的停車及（jí）連鎖信號（hào）摘（zhāi）除，然後短接啟動信號端口（kǒu），如果能啟動，則檢查外部電路。不行則在變頻器（qì）控製麵板（bǎn）上強製啟動，如啟動成功則需檢（jiǎn）查控製輸入輸出端（duān）口。

4）與變頻器載波（bō）頻率有關的（de）故障

變頻器的載波頻率是可調的，可方便人們對噪聲的需求。變頻器的載波頻率出廠值往往與現（xiàn）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（shè）定不當，造成各種異常（cháng）現象甚至故障，損壞（huài）變（biàn）頻器。一般在（zài）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（xuǎn）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值後，再考慮是否需要加裝濾（lǜ）波器或諧波抑製裝置。