變頻器的工作原理是什么？變頻器的選用要點有哪些？

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來調(diào)節(jié),u0的頻率則取決于兩對晶閘管的切換頻率。

二、變頻器的選用要點

1、負(fù)載電流

電動機(jī)采用變頻器運轉(zhuǎn)同采用工頻電源運轉(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%）。電動機(jī)負(fù)載非常輕時，即使電動機(jī)電流在變頻器額定電流以內(nèi)，也不能使用比電動機(jī)容量小很多的變頻器，這是因為電動機(jī)的電抗隨電動機(jī)的容量不同，即使電動機(jī)負(fù)載相同，電動機(jī)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(zhuǎn)矩特性

標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)采用變頻器低速運轉(zhuǎn)時，對于U/f一定的轉(zhuǎn)距控制，各頻率下運轉(zhuǎn)電流大體同電動機(jī)額定頻率下的運轉(zhuǎn)電流一樣，因此主要應(yīng)控制電動機(jī)銅損造成的溫升。在這種低速情況下，即使電動機(jī)的銅損大體與額定轉(zhuǎn)速時相同，但由于轉(zhuǎn)速變低，電動機(jī)冷卻效果變差，電動機(jī)定子繞組溫升就變大，所以必須與此溫升相應(yīng)地減小運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，降低銅損使用。

3、短時最大轉(zhuǎn)矩

標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)在額定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右最大轉(zhuǎn)矩的能力，如果用變頻器運轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)電動機(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)運轉(zhuǎn)時，電動機(jī)電阻在阻抗中占的比例增大，轉(zhuǎn)矩特性大幅度降低。

由以上兩個限制，電動機(jī)與變頻器組合時最大轉(zhuǎn)矩值的情況，在低頻區(qū)最大轉(zhuǎn)矩值變小。在負(fù)載變動大或需要啟動轉(zhuǎn)矩大的情況下，要注意容量的選擇，可使用上一級的電動機(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，但電動機(jī)是以工頻下運轉(zhuǎn)為前提制造的，因此在工頻以上頻率使用時，必須確認(rèn)電動機(jī)允許最高頻率范圍，通常電動機(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)子的危險速度；

4）其他特殊零件的強(qiáng)度。

5、噪聲

電動機(jī)用變頻器運轉(zhuǎn)時，與工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上運轉(zhuǎn)，通風(fēng)噪聲非常大，采用時必須充分考慮。另外，低速運轉(zhuǎn)同工頻運轉(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

電動機(jī)用變頻器運轉(zhuǎn)時，就電動機(jī)本身來說，同工頻電源相比，振動并沒有大幅度增加。但是把電動機(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，以及與所傳動機(jī)械的旋轉(zhuǎn)體不平衡量大時，往往發(fā)生異常振動，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、漂浮性的纖維及金屬顆粒；無電磁干擾。

2）安裝場所的基礎(chǔ)、墻壁應(yīng)堅固無損傷、無振動。

3）安裝位置應(yīng)避免陽光直射。

4）驅(qū)動防爆電動機(jī)時，變頻器無防爆結(jié)構(gòu)，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險場所之外。

3、安裝方式

1）變頻器必須垂直安裝，若多臺變頻器安裝在同一裝置或控制箱里時，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，單臺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、變頻器的絕緣測量

1、主回路絕緣測量

1）用合格的500V兆歐表。

2）斷開變頻器主回路和控制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，絕對不能只連接某一個主回路端子對地進(jìn)行絕緣電阻的測量，也不能對變頻器的控制端子進(jìn)行絕緣測量，否則可能會損壞變頻器。 **

5）兆歐表指示值達(dá)到5MΩ及以上為正常合格。

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

2、控制回路絕緣測量

不能用兆歐表對控制電路進(jìn)行測試，否則將燒損電路元件?？捎?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/796/" target="_blank">萬用表的高阻擋在控制回路端子和接地端子之間進(jìn)行測量，達(dá)到1MΩ及以上為正常合格。

3、外接電路絕緣測量

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，必須首先把外接電路從變頻器上拆下來，還要注意檢查兆歐表的高壓是否有可能通過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，電纜芯線連接無松動。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、模擬信號回路與反饋信號回路的配線應(yīng)分開，且保持一定的距離。

2）變頻器控制回路中的繼電器觸點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）開關(guān)量控制線未采用屏蔽線，同一信號兩根線應(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）多臺變頻器接地時，變頻器應(yīng)分別與大地相連，不得一臺變頻器的接地端與另一臺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)連接至公共接地點或接地母排上，宜用高頻時阻抗較低的扁平導(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（信號線與信號線之間的電位差）較低和連接到同一接地線上時，可將屏蔽層的兩端直接接地。

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

6）低壓數(shù)字信號線應(yīng)采用雙屏蔽的雙絞線。

7）電機(jī)電纜應(yīng)單獨配線，其最小間距為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。

六、變頻器的試運要求

1、空載試運

1）電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向正確。

2）運轉(zhuǎn)至各頻率點電動機(jī)不得有異常振動、共振、振動噪聲。

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

1）按正常負(fù)荷量運行，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)速反饋變化值應(yīng)符合產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)文件要求。

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

4）各類保護(hù)性參數(shù)值具備有效性。

5）按工藝要求試運行，隨時監(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。在變頻器運行過程中，可以從設(shè)備外部目視檢查運行狀況有無異常。通過鍵盤面板轉(zhuǎn)換鍵查閱變頻器的運行參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)距、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，掌握變頻器日常運行值的范圍，以便及時發(fā)現(xiàn)變頻器及電動機(jī)問題。

2、巡視檢查的內(nèi)容

1）鍵盤面板顯示是否正常，有無缺少字符，儀表指示是否正確，是否有震動、震蕩等現(xiàn)象。

2）冷卻風(fēng)扇部分是否運轉(zhuǎn)正常，是否有異常聲音等。

3）變頻器及引出電纜是否有過熱、變色、變形、異味、噪聲、振動等異常情況。

4）變頻器周圍環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jī)電機(jī)是否有過熱、異味、噪聲、振動等異常情況。

6）變頻器控制系統(tǒng)是否積聚塵埃、各連接線及外圍電氣元件是否有松動等異常現(xiàn)象。

7）變頻器的進(jìn)線電源是否正常，電源開關(guān)是否有電火花、缺相，引線壓接螺栓是否松動，電壓是否正常等。

八、變頻器的維護(hù)檢查

1、綜合檢查

1）周圍環(huán)境

檢查周圍有無危險品，檢測環(huán)境溫度，濕度，空氣清潔度。

2）電壓

測量主回路、控制回路電壓是否正常。

3）觸摸面板

是否缺少字符，字符是否清楚。

4）框架、前面板

（1）是否沾有灰塵污損；

（2）是否因過熱變色；

（3）是否有異常聲音、異常振動；

（4）螺栓是否松動。

2、主回路檢查

1）公用

（1）是否附著灰塵污損；

（2）螺栓是否松動；

（3）是否有變形、裂紋、破損或過熱老化變色。

2）導(dǎo)體、電線

（1）導(dǎo)體是否變形或過熱變色；

（2）導(dǎo)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

是否有異常的聲音和怪味。

6）接觸器、繼電器

工作時是否振動、聲音異常 。

3、控制回路檢查

印刷電路板連接器：

1）螺栓、螺釘是否松動；

2）是否有裂紋、破損、變形；

3）電容器是否漏液、變形；

4、冷卻系統(tǒng)檢查

1）冷卻風(fēng)扇

（1）否有異常振動、異常聲音；

（2）螺栓是否松動。

2）通風(fēng)道

散熱片給氣排氣口的間隙是否有堵塞和附著異物。

九、變頻器的故障處理

1、過流和過載故障

過流和過載在變壓器的應(yīng)用中是經(jīng)常出現(xiàn)的，此類故障首先要將負(fù)載斷開，確定是由于負(fù)荷過載引起的故障，還是電氣主回路、控制回路問題。如果是電氣方面的問題，再將變頻器和電機(jī)電纜脫離開進(jìn)行檢查，進(jìn)一步確認(rèn)是哪個環(huán)節(jié)的故障。

1）外部原因

（1）由于電動機(jī)負(fù)載突變，引起大的沖擊電流使過電流保護(hù)動作。這類故障一般是暫時的，重新啟動后會恢復(fù)正常。如果經(jīng)常有負(fù)載突變的情況，則應(yīng)采取限制負(fù)載突變或更換較大容量的變頻器。

（2）電動機(jī)和電纜相間或相對地絕緣破壞，造成匝間或相間對地短路，因而導(dǎo)致過電流，一般遇到此類故障是先將電機(jī)不帶負(fù)載單試，如果仍出現(xiàn)過流則將出線電纜解開，對電機(jī)和電纜單獨進(jìn)行檢查。

（3）在電動機(jī)繞組和外殼之間，電動機(jī)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。

2）變頻器本身原因

（1）參數(shù)設(shè)定不正確，如加減速設(shè)定的時間太短，變頻器的多數(shù)參數(shù)如果設(shè)置不當(dāng)，均有可能引起變頻器故障。

（2）變頻器主回路出現(xiàn)問題，如果變頻器的整流和逆變單元的元器件損壞，會直接導(dǎo)致過流保護(hù)動作?？刂朴|發(fā)脈沖的卡件出現(xiàn)故障，也可能會導(dǎo)致過電流故障。

（3）變頻器本身控制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干擾，引起變頻器誤動作。

2、參數(shù)設(shè)置類故障

變頻器在使用中，如果參數(shù)設(shè)置不正確，會導(dǎo)致變頻器不工作、不能正常工作或頻繁發(fā)生保護(hù)動作甚至損壞。一般變頻器都做了出廠設(shè)置，對每一個參數(shù)都有一個默認(rèn)值，這些參數(shù)叫缺省值。實際應(yīng)用時要從以下幾方面進(jìn)行：

1）確認(rèn)電動機(jī)參數(shù)，在變頻器電動機(jī)參數(shù)中設(shè)定功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率等，應(yīng)與電動機(jī)銘牌中的數(shù)據(jù)一致。

2）變頻器控制方式的設(shè)定主要有頻率（速度）控制、轉(zhuǎn)矩控制、PID控制或其他控制方式。每一種控制方式對應(yīng)于一組數(shù)據(jù)范圍的設(shè)定，如果這些數(shù)據(jù)范圍設(shè)定的不正確，就會引起變頻器不工作或工作不正常，或發(fā)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(shè)定為面板啟動，可以根據(jù)實際情況選用面板、外部端子、通信方式等幾種，除面板啟動外，其他需要與相應(yīng)的給定參數(shù)及控制端子匹配，否則會引起變頻器不工作，工作不正?；蝾l繁發(fā)生保護(hù)動作甚至損壞。

4）頻率給定參數(shù)的選擇，一般變頻器的頻率給定也有多種方式，如面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通信方式給定等，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(hù)

變頻器的過熱保護(hù)，有電動機(jī)過熱保護(hù)和變頻器過熱保護(hù)兩種，引起過熱的原因也是多方面的。一般的電動機(jī)過熱保護(hù)動作，應(yīng)檢查電動機(jī)的散熱和通風(fēng)情況，變頻器的過熱保護(hù)動作，則應(yīng)檢查變頻器的冷卻風(fēng)扇和通風(fēng)情況。

2）電磁干擾

變頻器在生產(chǎn)運行的過程中，很多時候會出現(xiàn)因電磁干擾而造成的故障，容易導(dǎo)致變頻器產(chǎn)生誤動作，不正常啟停工作，或者造成模擬控制信號失真，嚴(yán)重時會損壞變頻器。

3）開停機(jī)控制回路故障

此類故障排查，要確定是外部回路故障還是內(nèi)部故障，首先將外部的停車及連鎖信號摘除，然后短接啟動信號端口，如果能啟動，則檢查外部電路。不行則在變頻器控制面板上強(qiáng)制啟動，如啟動成功則需檢查控制輸入輸出端口。

4）與變頻器載波頻率有關(guān)的故障

變頻器的載波頻率是可調(diào)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(diào)整。但在實際調(diào)整時，往往因載波頻率值設(shè)定不當(dāng)，造成各種異常現(xiàn)象甚至故障，損壞變頻器。一般在調(diào)試過程中，應(yīng)試探性地調(diào)整載波頻率，電動機(jī)功率大的相對選用載波頻率要低些，并從低端向高端調(diào)整。要確定合適的載波頻率值后，再考慮是否需要加裝濾波器或諧波抑制裝置。