一、變頻器的選型

變頻器的正確選擇對于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅(qū)動的負(fù)載特性。人們在實(shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械分為三種類型？恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。

1. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機(jī)，擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

變頻器拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動機(jī)的散熱能力，避免電動機(jī)的溫升過高。

2. 恒功率負(fù)載

機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，TL不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機(jī)在恒磁通調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時，即所謂"匹配"的情況下，電動機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。

3. 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載

在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)速按轉(zhuǎn)速的2次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的3次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時，利用變頻器通過調(diào)速的

方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。

西門子公司可以提供不同類型的變頻器，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

（1）根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器，如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載需選擇siemens MMV／MDV 變頻器，如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)選擇siemens ECO變頻器。

（2）選擇變頻器時應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動機(jī)的功率因數(shù)和效率都會變壞。因此，用變頻器給電動機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動機(jī)的電流增加10％而溫升增加約20％。所以在選擇電動機(jī)和變頻器時，應(yīng)考慮到這中情況，適當(dāng)留有裕量，以防止溫升過高，影響電動機(jī)的使用壽命。

（3）變頻器若要長電纜運(yùn)行時，此時應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

（4）當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機(jī)時，一定要考慮變頻器到電動機(jī)的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V／F控制方式，并且變頻器無法保護(hù)電動機(jī)的過流、過載保護(hù)，此時需在每臺電動機(jī)上加熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

（5）對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

（6）使用變頻器控制高速電機(jī)時，由于高速電動機(jī)的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動機(jī)的變頻器時，應(yīng)比普通電動機(jī)的變頻器稍大一些。

（7）變頻器用于變極電動機(jī)時，應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時，應(yīng)先停止電動機(jī)工作，否則會造成電動機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時會造成變頻器損壞。

（8）驅(qū)動防爆電動機(jī)時，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險場所之外。

（9）使用變頻器驅(qū)動齒輪減速電動機(jī)時，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。

（10）變頻器驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)時，大多是利用已有的電動機(jī)。

繞線電動機(jī)與普通的鼠籠電動機(jī)相比，繞線電動機(jī)繞組的阻抗小。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機(jī)多用于飛輪力矩GD2較大的場合，在設(shè)定加減速時間時應(yīng)多注意。

（11）變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)時，與工頻電源相比，降低輸出容量10％～20％，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。

（12）對于壓縮機(jī)、振動機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下，如果按照電動機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護(hù)動作現(xiàn)象。因此，應(yīng)了解工頻運(yùn)行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅(qū)動潛水泵電動機(jī)時，因?yàn)闈撍秒妱訖C(jī)的額定電流比通常電動機(jī)的額定電流大，所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機(jī)的額定電流。

（13）當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。

（14）選擇變頻器時，一定要注意其防護(hù)等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運(yùn)行。

（15）單相電動機(jī)不適用變頻器驅(qū)動。

二、變頻器的安裝與接線規(guī)范

1. 安裝環(huán)境

為了變頻器能穩(wěn)定地工作，必須確保變頻器的運(yùn)行環(huán)境滿足其所規(guī)定的容許環(huán)境。

安裝場所

電氣室應(yīng)濕汽少、無水浸；

無爆炸性、燃燒性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少；

維修檢查容易進(jìn)行；

應(yīng)備有通風(fēng)口或換氣裝置以排出變頻器產(chǎn)生的熱量。

2. 使用條件

變頻器的運(yùn)行溫度多為：0～40或－10～50，要注意變頻器柜體的通風(fēng)性。

變頻器的周圍濕度為90％以下。周圍濕度過高，存在電氣結(jié)緣降低和金屬部分的腐蝕問題。如果受安裝場所的限制，變頻器不得已安裝在濕度高的場所，變頻器的柜體應(yīng)盡量采用密封結(jié)構(gòu)。為防止變頻器停止時結(jié)露，有時裝置需加對流加熱器。

變頻器周圍不應(yīng)有腐蝕性、爆炸性或燃燒性氣體以及粉塵和油霧。變頻器的安裝周圍如有爆炸性和燃燒性氣體，由于變頻器內(nèi)有易產(chǎn)生火花的繼電器和接觸器，所以有時會引起火災(zāi)或爆炸事故。有腐蝕性氣體時，金屬部分產(chǎn)生腐蝕，影響變頻器的長期運(yùn)行。如果變頻器周圍存在粉塵和油霧時，這些氣體在變頻器內(nèi)附著、堆積將導(dǎo)致結(jié)緣降低；對于強(qiáng)迫風(fēng)冷的變頻器，由于過濾器堵塞將引起變頻器內(nèi)溫度異常上升，致使變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行。

變頻器的耐振性應(yīng)機(jī)種的而不同，振動超過變頻器的容許值時，將產(chǎn)生部件緊固部分松動以及繼電器和接觸器等的可動部分的器件誤動作，往往導(dǎo)致變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行。對于機(jī)床、船舶等事先能預(yù)見的振動場合，應(yīng)考慮變頻器的振動問題。

變頻器的標(biāo)高多規(guī)定在1000m以下。標(biāo)高高則氣壓下將，容易產(chǎn)生結(jié)緣破壞。另外標(biāo)高高冷卻效果也下降，必須注意溫升。

3. 變頻器接線

在各種工廠和設(shè)備采用變頻調(diào)速時，在變頻器的電源側(cè)和電機(jī)側(cè)都會產(chǎn)生諧波干擾，對供電電網(wǎng)和變頻器周圍的其他電氣設(shè)備要產(chǎn)生EMC干擾。另外為了確保變頻器長期可靠的運(yùn)行，變頻器的接線是非常重要的。

什么是EMC？

EMC即是"電磁兼容性"。它是指電氣設(shè)備在電磁環(huán)境中良好的工作能力，并且不能產(chǎn)生在此環(huán)境中工作的其他設(shè)備所不能接受的電磁干擾。

圖1

噪聲發(fā)射和抗擾度

EMC決定于與電氣設(shè)備有關(guān)的兩個特性－噪聲發(fā)射和抗擾度。規(guī)定噪聲發(fā)射和抗擾度的極限值取決于電氣設(shè)備應(yīng)用時所處的環(huán)境。一般分為第一類環(huán)境（民用環(huán)境）和第二類環(huán)境（工業(yè)環(huán)境）。民用環(huán)境即當(dāng)電氣設(shè)備接至公共電源系統(tǒng)時對噪聲發(fā)射具有嚴(yán)格規(guī)定，但可以要求有較低的抗擾度；相反，在工業(yè)環(huán)境中，對電氣備的抗擾度要求很高，但對噪聲發(fā)射要求卻較低。

圖2

如果電氣設(shè)備是系統(tǒng)的一個組成部分，它不要求一開始就滿足有關(guān)發(fā)射和抗擾度的任何要求，但是整個系統(tǒng)必須符合相關(guān)電磁兼容的要求。一般來說，電氣設(shè)備必須同時具有對高頻和低頻干擾的抑制能力。其中高頻干擾主要包括靜電放電（ESD）、脈沖干擾和發(fā)射性頻率的電磁場等；而低頻干擾主要是指電源電壓波動、欠壓和頻率不穩(wěn)定等。

圖3

變頻器及其電磁兼容性

通常變頻器能夠運(yùn)行在一個可能存在著較高電磁干擾（EMI）工業(yè)環(huán)境中，此時即是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器。

圖4 變頻器輸出電壓U和故障電流Is的波形圖

（1）變頻器作為噪聲發(fā)射源寄生電容Cp存在于電機(jī)電纜和電機(jī)內(nèi)部，因此變頻器的PWM輸出電壓波形的開關(guān)翼部通過寄生電容產(chǎn)生一個高頻脈沖噪聲電流 Is，使變頻器成為一個噪聲源。由于噪聲電流Is的源是變頻器，因此它一定要流回變頻器。圖中Ze為大地阻抗，Zn為動力電纜與地之間的阻抗。噪聲電流流過此二阻抗所造成的電壓降將影響到同一電網(wǎng)上的其他設(shè)備，造成干擾。此外，變頻器的整流部分也會產(chǎn)生低頻諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變。

圖5 帶有屏蔽電機(jī)電纜的噪聲電流流向

如果高頻噪聲電流Is有一條正確的通道，則高頻噪聲是可以得到抑的。如果使用非屏蔽電機(jī)電纜，則高頻噪聲電流Is以一個不確定的路線流回變頻器，并在此回路中產(chǎn)生高頻分量壓降，影響其他設(shè)備。為使高頻噪聲電流Is能沿確定路線流回變頻器，需要采用屏蔽電機(jī)電纜。電纜屏蔽層必須連接到變頻器外殼和電機(jī)外殼上。當(dāng)高頻噪聲電流Is必須流回變頻器時，屏蔽層形成一條最有效的通道。

雖然，噪聲電流不會在ZE上出現(xiàn)壓降，但是在電源阻抗ZN上還會出壓降影響其他電氣設(shè)備。

圖6

為此，無線電干擾抑制濾波器應(yīng)安裝在變頻器的輸入端。這樣一來流會電源的噪聲電流會大大減少。

圖7

（2）變頻器作為噪聲接受器

圖8 無屏蔽信號電纜的耦合電容

將EMC影響減為最小的措施

西門子公司所有變頻器設(shè)計為運(yùn)行在一個可能存在著較高的電磁干擾（EMI）工業(yè)環(huán)境中。通常，好的安裝經(jīng)驗(yàn)可以確保變頻器安全和無故運(yùn)行。然而，如果遇到問題，請參考以下的建議及相關(guān)措施。

（1）確保傳動柜中的所有設(shè)備接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點(diǎn)或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何控制設(shè)備（比如一臺PLC）要與其共地，同樣也要使用短和粗的導(dǎo)線接地。最好采用扁平導(dǎo)體（例如金屬網(wǎng)）因其在高頻時阻抗較低。
電機(jī)電纜的地線應(yīng)直接連接到相應(yīng)變頻器的接地端子（PE）。

（2）安裝變頻器時，建議安裝板使用無漆鍍鋅鋼板，以確保變頻器的散熱器和安裝板之間有良好的電氣連接。

（3）為有效的抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)，變頻器的電機(jī)電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導(dǎo)必須至少為每相導(dǎo)線芯的電導(dǎo)的1／10。

圖9

（4）控制電纜最好使用屏蔽電纜。一般來說，控制電纜的屏蔽層應(yīng)直接在變頻器的內(nèi)部接地，另一側(cè)通過一個高頻小電容（例如3.3nF／3000V）接地。當(dāng)屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號線和它的返回線絞合在一起，能減小感性耦合引起的干擾。絞合越靠近端子越好。模擬信號的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號線應(yīng)該獨(dú)立走線，有各自的屏蔽層，以減少線間的耦合。不要把不同的模擬信號置于同一個公共返回線。低壓數(shù)字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。#p#分頁標(biāo)題#e#

低壓數(shù)字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。

圖10

模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜應(yīng)該分別屏蔽和走線。不要將24VDC和115／230VAC信號共用同一條電纜！

（5）布線

電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其他電纜走線，其最小距離為500mm。同時應(yīng)避免電機(jī)電纜與其他電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。

圖11

同時必須用合適的夾子將電機(jī)電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。

圖12

（6）如果變頻器運(yùn)行在一個對噪聲敏感的環(huán)境中，可以采用RFI濾波器減小來自變頻器的傳導(dǎo)和輻射干擾。同時為達(dá)到最優(yōu)的效果，確保濾波器與安裝板之間應(yīng)有良好的接觸。

（7）進(jìn)線電抗器用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波，同時也可用于增加電源阻抗，并幫助吸收附近設(shè)備投入工作時產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰。進(jìn)線電抗器串接在電源和變頻器功率輸入端之間。如果還使用了RFI濾波器，則進(jìn)線電抗器應(yīng)串接在RFI濾波器和變頻器之間。

圖13

確保傳導(dǎo)柜中的接觸器有滅弧功能，交流接觸器采用R－C抑制器，直流接觸器采用"飛輪"二極管，裝入繞組中。壓敏電阻抑制器也是很有效的。

圖14

在開關(guān)感性元件時，產(chǎn)生的瞬變電壓有時可以高達(dá)4KV，頻率可達(dá)200MHZ 必須對通過變頻器上的繼電器控制的接觸器采取滅弧措施？

圖15

三、變頻器的測量方法

變頻器各部分的電壓、電流的測定方法：

圖16 測定位置和測定儀表的接線

變頻器的電源測、輸出測的電壓和電流因?yàn)楹兄C波成分，所以測量儀表和測定回路不同，所得的數(shù)據(jù)也不同。請用下表指定的儀表對下圖回路進(jìn)行測量。

四、變頻器日常的維護(hù)和檢修

變頻器是以半導(dǎo)體元件為中心構(gòu)成的靜止裝置。

由于溫度、濕度、灰塵、振動等使用環(huán)境的影響，以及其零部件常年累月的變化，為了確保變頻器的正常運(yùn)行，必須對變頻器進(jìn)行日常檢查和定期檢查。