一、變頻器的選型

變頻器的正確選擇對(duì)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(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性。人們?cè)趯?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(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，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(dòng)機(jī)的散熱能力，避免電動(dòng)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(shí)，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(duì)傳動(dòng)方案的選擇有很大的影響。電動(dòng)機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，即所謂"匹配"的情況下，電動(dòng)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(dòng)，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(shí)，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(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)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(chǎng)合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時(shí)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(shí)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(huì)造成電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率都會(huì)變壞。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流增加10％而溫升增加約20％。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，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(dòng)機(jī)的使用壽命。

（3）變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)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(tái)電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)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(dòng)機(jī)的過流、過載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

（5）對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)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(shí)，由于高速電動(dòng)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(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。

（7）變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)，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(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞。

（8）驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所之外。

（9）使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤(rùn)滑方式的制約。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，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(rùn)滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。

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

繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)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(dòng)機(jī)多用于飛輪力矩GD2較大的場(chǎng)合，在設(shè)定加減速時(shí)間時(shí)應(yīng)多注意。

（11）變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，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(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。

（12）對(duì)于壓縮機(jī)、振動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)潛水泵電動(dòng)機(jī)時(shí)，因?yàn)闈撍秒妱?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流大，所以選擇變頻器時(shí)，其額定電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流。

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

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

（15）單相電動(dòng)機(jī)不適用變頻器驅(qū)動(dòng)。

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(chǎng)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(chǎng)所的限制，變頻器不得已安裝在濕度高的場(chǎng)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(shí)結(jié)露，有時(shí)裝置需加對(duì)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(shí)會(huì)引起火災(zāi)或爆炸事故。有腐蝕性氣體時(shí)，金屬部分產(chǎn)生腐蝕，影響變頻器的長(zhǎng)期運(yùn)行。如果變頻器周圍存在粉塵和油霧時(shí)，這些氣體在變頻器內(nèi)附著、堆積將導(dǎo)致結(jié)緣降低；對(duì)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(dòng)超過變頻器的容許值時(shí)，將產(chǎn)生部件緊固部分松動(dòng)以及繼電器和接觸器等的可動(dòng)部分的器件誤動(dòng)作，往往導(dǎo)致變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于機(jī)床、船舶等事先能預(yù)見的振動(dòng)場(chǎng)合，應(yīng)考慮變頻器的振動(dòng)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(shí)，在變頻器的電源側(cè)和電機(jī)側(cè)都會(huì)產(chǎn)生諧波干擾，對(duì)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(zhǎng)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(gè)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(shí)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(shí)對(duì)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(duì)電氣備的抗擾度要求很高，但對(duì)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(gè)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(gè)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(shí)具有對(duì)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(chǎng)等；而低頻干擾主要是指電源電壓波動(dòng)、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(gè)可能存在著較高電磁干擾（EMI）工業(yè)環(huán)境中，此時(shí)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(gè)高頻脈沖噪聲電流 Is，使變頻器成為一個(gè)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(dòng)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(huì)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(gè)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(shí)，屏蔽層形成一條最有效的通道。

雖然，噪聲電流不會(huì)在ZE上出現(xiàn)壓降，但是在電源阻抗ZN上還會(huì)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(huì)電源的噪聲電流會(huì)大大減少。

圖7

（2）變頻器作為噪聲接受器

圖8 無屏蔽信號(hào)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(jì)為運(yùn)行在一個(gè)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(qǐng)參考以下的建議及相關(guān)措施。

（1）確保傳動(dòng)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(tái)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(shí)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(shí)，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(gè)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(shí)，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號(hào)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(hào)的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號(hào)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(hào)置于同一個(gè)公共返回線。低壓數(shù)字信號(hào)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(hào)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(hào)和數(shù)字信號(hào)的傳輸電纜應(yīng)該分別屏蔽和走線。不要將24VDC和115／230VAC信號(hào)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(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其他電纜長(zhǎng)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(shí)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(gè)對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，產(chǎn)生的瞬變電壓有時(shí)可以高達(dá)4KV，頻率可達(dá)200MHZ 必須對(duì)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(cè)量方法

變頻器各部分的電壓、電流的測(cè)定方法：

圖16 測(cè)定位置和測(cè)定儀表的接線

變頻器的電源測(cè)、輸出測(cè)的電壓和電流因?yàn)楹兄C波成分，所以測(cè)量?jī)x表和測(cè)定回路不同，所得的數(shù)據(jù)也不同。請(qǐng)用下表指定的儀表對(duì)下圖回路進(jìn)行測(cè)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(dòng)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(duì)變頻器進(jìn)行日常檢查和定期檢查。