变频器原理及应用.ppt

1、1,变频器原理及应用,2,第六章 工业变频器的维护和安装,本章主要讲解以下四个内容：,6.1 工业变频器的环境要求,6.2 工业变频器的安装和运行,6.3 工业变频器的常见故障及处理,6.4 工业变频器的干扰及对策,3,本章要点： 本章对变频器安装维护方面应注意的问题作了较详细的说明，同时对变频器运行中的故障作简要解释，并比较全面地分析了干扰产生的方式、途径以及应对方案。希望大家能从中认识到作为一个电子产品的变频器在使用方面与常规低压电器的区别，从而在实际应用中能规范地使用，发挥变频器良好的应用效果。,4,6.1 工业变频器的环境要求,变频器作为一个工业应用的产品设计，从产品的结构、元器件的选

2、择、防护措施、抗干扰措施等多方面都有严格的要求，设计者力图使之适应恶劣的工业环境应用。但变领器始终是一个电子产品，总有电子产品所存在的某些缺陷，因而变领器对应用环境的要求要高于般的低压电器产品。 变频器在安装使用之前，不可避免地要进行一段时间的放置。放置环境的要求根据其存放期的长短而定。,5,1短期存放 存放期不超过3个月时可认为是短期存放，其存放条件如下： （1）环境温度：一10十50。 （2）相对湿度：595。 （3）外部条件：不受阳光直射，无灰尘、腐蚀性气体、可燃气体、油雾、蒸汽、滴水或振动，应避免含盐分较多的环境。 （4）即使温湿度符合以上条件，也许注意不要放置于温度会急剧变化的环境中

3、，可能会造成变频器内部结露。 （5）不要直接放置于地面，应置于合适的台架上。 （6）应用塑料薄膜等包装完好后存放，如环境潮湿，还需要在包装袋内放置干燥剂。,6,2长期存放,存放期超过3个月时即认为是长期存放，其存放条件如下。 满足短期存放的所有条件。 周围环境温度不高于30。因为变频器的滤波电容器均为电解电容，如温度过高，会使电容器的特性变坏。 必须严格封装，使包装袋内的相对湿度约在70以下。 如果变频器已安装于柜内，在长期不用时，应将变频器拆下，放置于符合条件的场所。 电解电容器长期不道电存放通常会变坏，如果保管时间超过一年，必须要通电老化，至少要保证一年老化一次。,7,3安装环境,变频器的

4、安装环境也主要是环境温度、湿度等方面，具体如下： 安装场所：室内。 周围温度：一10十50。 相对湿度：595(不结露)。 外部条件：不受阳光直射，无灰尘、腐蚀性气体、可燃气体、油雾、蒸气、滴水或振动，应避免含盐分较多的环境，不会因温度急剧变化而结露。 海拔高度：低于1000m。表6.1给出了海拔高度与输出电流的关系。 振动：3mm。29Hz，9.8米每秒方：920Hz，2米每秒方：2055Hz，1米每秒方。,8,9,6.2 工业变频器的安装与运行,变频器的安装和使用场合首先应满足其安装环境要求，另外对安装场所以及运行环境也有一定要求。,6.2.1 安装场所 装设变频控制装置的电气室须注意几个

5、问题：要有足够的空间，方便装置的拆装和检查维护；有通风口或换气装置，以排出变频器产生的热量；与易受高次谐波干扰和无线电干扰的设备分开。如室内为了降温装设空调，必须注意不要使装置结露，必要时必须装设干燥装置。,10,6.2.2 安装方向与空间,变频器在运行中会产生较多的热量，为了保证良好的散热，变频器必须垂直安装。变频器运行时，其背面散热板的温度能达到接近90。所以，变频器背面的安装面必须要用能耐受较高温度的材质，比如金属。为了保证散热效果，其上下左右必须要有一定的空间。从运行考虑，变频器向上散热，不要将对温度敏感的元器件置于变频器上方。要保证控制箱内的通风条件，不能将变频器安装于密闭的控制箱内

6、，必要时须装设通风装置，如轴流风机。,11,在同一个安装箱内安装多台变频器时，为了减小相互间的热影响，应横向并排安装。如必须上下安装，须装设分隔板，以减小下部产生的热量对下部的影响，如图6.2所示。,图6.2 多台变频器的安装方式,12,6.2.3 连接,正确连接变频器的主回路和控制回路的电缆是非常重要的。如果主回路或者控制回路接线错误，可能不能完成所设计的工作，甚至会烧毁变频器。尤其是主回路的连接尤其重要，对电源和电机的接线须非常慎重，必须确认不能接错。另外，有许多变频器的接地端与电源端靠得很近，也须防止错接。,连接时主要注意以下四点： 1主回路接线 2主回路导线选择 3控制回路接线 4线路

7、敷设,13,1主回路接线,（1）电源必须连接到R、S、T端子，如果错接可能会烧毁变频器。 （2）在采用制动单元或制动电阻时也须注意，两种情况的接线是不同的。制动单元因为内部有投入控制的主回路开关元件，其输入端直接接到变频器的直流母线上。在采用制动电阻时，需要使用变频器内置的制动单元，需要将制动电阻接到DB和直流母线上。 （3）变频器的接地端于必须可靠接地。 （4）所有接线应使用压接端于连接，以保证变频器的连接牢固可靠，也可最大限度地降低接触电阻，防止引接线电阻过大而发热造成变频器损坏。,14,2主回路导线选择,选择主回路电缆须考虑几个方面的问题，包括：电流容量、短路保护、电缆压降等。 变频器与

8、电机之间的连接电缆要尽可能短，因为电缆的增长，会造成电缆的电压降增大，使电动机转矩不足。尤其是变频器输出频率降低时，其输出电压本来较低，这样电缆压降所占比例就相当大。原则上，变频器与电动机之间的线路压降不应超过额定电压的2，可据此选择电缆。另外，电缆的增长会使三相输出的等效耦合电容增大，造成交频器输出的负载增大。所以，在电缆长度超过一定值后，需要选择使用输出电抗器以抑制输出侧的高次谐波。,15,3控制回路接线,变频器的控制回路接线相对简单，主要根据设计功能正确配线即可。需要注意的是，变频器一般会提供开关量操作的DC24V电源和模拟量给定的DC10V电源，使用时须注意电源的容量，正确选择合适阻值

9、和功率的电位器。两个电源的公共地是不同的，需要注意区分。在接线时须十分注意，防止将电源短路，否则会造成变频器输入回路的损坏。,16,4线路敷设,因为变频器主回路的高频谐波的存在，会对电网产生影响，同时也会对主回路电缆经过的地方产生射频干扰，因而变频器主回路电细及控制回路电细的合理敷设尤其重要。综合考虑，线路敷设主要有几个方面的问题。 主、控电线分离。 电缆的屏蔽。屏蔽的措施有：采用屏蔽电缆，将电线的屏蔽层良好接地；将电缆封入接地的金属管内；将电缆置入接地的金属通道内。,17,铺设电路。 射频干扰的大小与电缆的长度相关，应以尽可能短的线路敷设线路。控制电缆，尤其是传输模拟信号的控制电缆，其传输信

10、号极其微弱，除屏蔽外应尽可能采用绞合电缆，以最大限度地消除外部的共模干扰。在外部干扰极强的情况下，可以考虑将传输模拟信号的电缆的屏蔽层接到变频器的模拟信号公共端，这样在抑制干扰方面可能会有更好的效果。,18,6.2.4 运行,1、运行前的检查和准备 核对接线是否正确。尤其注意：主回路端子的连接正确、电源和电动机接线正确、接地端子已牢固连接、直流电抗器连接正确、制动单元或制动电阻连接正确。 确认各端子间或各暴露的带电部分没有短路或对地短路情况。 检查变频器各连接板的连接件、接插式连接器、螺钉无松动。 确认各操作开关均处于断开位置，保证电源投入时变频器不会启动或发生异常动作。 确认电动机未接入。,

11、19,2试运行 从安全考虑，试运行的步骤基本是从空载到负载逐步进行，具体可按以下步骤操作： 静态检查。 空载运行。 带电机空载运行。 带负载运行。,20,6.2.5 运行维护 变频器的工作环境相对恶劣，为了使变频器能长期可靠地、连续地运行，使事故防患于末然，必须进行必要的日常检查和定期检查。 （1）日常检查。日常检查是须经常进行的内容，在运行中进行，不需停电和取下外盖。检查方式为外部目检，检查结果应确保：运行性能符合标准规范、周围环境符合标准规范、键盘面板显示正常、没有异常的噪声和气味、没有过热或变色等异常情况。 （2）定期检查。定期检查的频率根据变频器的工作环境和使用条件决定。,21,6.3

12、 工业变频器常见故障及处理,变频器故障的产生可能是产品质量问题、运行环境问题、应用方式问题，也可能是参数设置问题。以下对变频器应用中常见的故障现象作简单分析。,本节主要分两个方面来分析故障现象： 6.3.1 运行性能方面的报警及原因 6.3.2 因外部条件产生的损毁,22,6.3.1 运行性能方面的报警及原因,变频器均提供了较强的故障诊断功能，根据其报警信息可以判断故障原因及修正方案。以下故障产生的原因可能是运行条件、参数设置、设备本身故障等造成的。 1过电流 过电流故障分为加速中过电流、运行中过电流和减速中过电流，其产生的原因可能是：过电流保护值设置过低，与负载不相适应；负载过重，电动机过电

13、流；输出电路相间或对地短路；加速时间过短；电动机在运转中变频器投入，而启动模式不相适应；变频器本身故障等。 当发生过电流故障时，首先须查看相关参数、检查故障发生时的实际电流，然后根据装置及负载状况判断故障发生的原因。,23,2对地短路 变频器在检测到输出电路对地短路时该保护功能动作。该报警发生的原因可能是电动机或电缆对地短路，须断开电线与变频器的连接，用合适电压等级的绝缘表检查电动机及电缆的对地绝缘。,3过电压 变频器的过电压保护也分为加速中过电压、运行中过电压和减速中过电压。通常过电压产生的原因是电动机的再生制动电流回馈到变频器的直流母线，使变频器直流母线电压升高到设定的过电压检出值而动作。

14、解决的方法是：根据负载惯性适当延长变频器的减速时间。,24,4欠电压 当外部电源降低或变频器内部故障使直流母线电压降至保护值以下时，欠电压保护动作。欠电压动作值在一定范围内可以设定，动作方式也可通过参数设定。在许多情况下需要根据现场状态设定该保护模式。,5电源缺相 当输入的三相交流电源中的任一相缺相时，该保护动作。因为电源缺相可能造成主滤波电容的损坏。在变频器前面的短路保护采用快速熔断器时，可能容易因过载或熔断器本身品质问题造成一相熔断，进而产生电源缺相故障。,25,6散热片过热 产生该故障的原因可能是冷却风扇故障而造成散热不良、散热片脏堵等原因造成的实际散热片温度过高，也可能是变频器的模拟输

15、入电流过大或者模拟辅助电源的电流过大所致。判断的方法可以检查维护信息里的散热片温度，正常情况下其温度界限为：不超过22kw的产品为20，大容量产品为50。,7变频器内过热 变频器内部通风散热条件差造成内部温度上升是产生该报警的可能情况之一，模拟电流的超限也会产生该报警，还有就是控制回路的冷却风扇故障可能会产生该报警。,26,8外部报警 当定义使用外部热继电器时，如果相关输入端子无效则产生该报警。外部热继电器的使用一般可作如下考虑：当变频器只带一台电动机时，因为变频器本身具有可靠的过流和过载保护；可以可靠地保护电动机，一般不考虑再附加热继电器保护：但当一台变频器拖动多台电动机时，因变频器的保护定

16、值远高于每一台电动机的额定电流，不能对每一台电动机进行保护，则需要在每一个电动机回路中使用热继电器，然后将所有触点串联后接入变频器。,9电动机过教 当设定电子热继电器功能时，如果运行电流达到动作值并持续设定时间，该报警产生其动作参数可通过参数设置，须根据电动机及变频器的容量和运行状况合理设置。,27,10制动电阻过热 当选择制动电阻热保护功能时，如果制动电流达到动作值并持续设定时间，该报警产生。在报警时须检查相关参数及实际运行电流和制动电阻以及制动单元的允许电流合理设置相关参数，包括直流制动力和制动时间的设定。,11自整定不良 主电路提供的工作电源异常或工作接触器接触不良时产生。通常，当该接触

17、器接触不良时将不能很好地短接其充电限流电阻，则负载电流将通过充电电阻提供。当负载电流达到一定程度后，会使直流母线电压下降到很低的值产生该报警。许多情况下，可能会因短时电流过大而使充电电阻挠毁。,28,6.3.2 因外部条件产生的损毁,与以上报警相比，本部分故障不是因参数设置或负载状况引起的，是因为其运行环境不符合变频器的要求工作条件所致。这些状况的产生，基本都会造成变频器的损坏。,1异物混入 变频器在安装、使用过程中如果防护不当，可能会造成某些导电的材料混入到变频器内部，这很容易造成交频器内部短路。为防止该类状况的发生，可从几个方面注意：变频器在装入后，不要再进行控制柜的追加加工，如果必须要进

18、行，首先要对变频器进行严密的防护；实施合适的控制柜加工，比如对导线的进出口使用合适的填充或垫层：定期清扫控制柜并保养过滤器。,29,2结露、湿气 结露和湿气的产生会造成变频器内部绝缘变差，容易造成主回路的短路和击穿事故。对这类状况，需要从环境方面予以处理，可采取的措施有：在控制柜内安装空间加热器；电气室降温空调的温度必须随季节的变化而调节，防止因温差过大而造成结露状况；许多生产场所配有加湿器，以及南方地区的气候相对湿热，更应当注意这方面的防护问题。,30,3腐蚀性气体 腐蚀性气体的存在会造成装置内导电材料的锈蚀，最终因接触不良造成装置的损坏。对存在腐蚀性气体的应用场合，尽量采取以下措施： 采用

19、耐腐蚀规格的变频器，但也并不能保证万无一失； 变更控制柜的安装场所，尽量使变频器远离具有腐蚀性气体的场所； 使用密封控制柜安装，但需加装空气过滤器和热交换器。,31,4粉尘混入 粉尘尤其是导电粉尘的存在对变频器是一个极大的威胁，因变频器采用强制通风散热，粉尘很容易被吸入到变频器内部，造成交频器内的短路事故发生。其应对措施有： 配合使用环境设计控制柜； 控制柜施工过程中注意进行防尘处理，如加装垫层、密封导线进出口； 切实进行定期清扫维护、定期保养过滤器。,32,5雷击损坏 雷击是电子产品的致命损坏，这会造成产品大面积的损坏产生。变频器控制回路雷击产生的途径示例，如图6.5所示。根据这一点，我们可

20、采用一定的措施改变其电流回路来防止雷击故障的发生，如图6.6所示。 主回路的雷击主要有进线电源进入，采取的防护措施有：在变频器输入侧加装避雷器，将控制柜可靠接地。加装合适的避雷器可大大降低累计发生的可能。实验证实：在变频器输入侧加装2kV的避雷器，基本可以完全吸收所加5kV脉冲输入的所有能量。,33,图6.5 雷击的电流回路示意图,34,图6.6 改变雷击电流回路示意图,35,6.4 工业变频器的干扰及对策,相控整流设备和变频器的大规模应用使得电网污染问题成为大家关注的一个严重问题。尤其在该类设备集中应用的场所，如何解决干扰问题几乎成了自动化系统能否正常工作的决定因素。另外，电网本身的其他状况

21、也是干扰产生的重要因素。变频器作为电子器件，如何消除电网对变频器的干扰也是一个需要处理的问题。本节从干扰产生的原因出发，分析变频器干扰产生的原因及其解决方案。,36,6.4.1 干扰的方式及对策,1、从干扰信号的频率范围考虑对策 不同的干扰信号在不同的频率范围内产生，相应地会对不同的设备产生影响。 根据频率的不同，可采取不同的措施加以抑制。 （1）高频谐波的频率较低，其干扰要通过供电线路起作用，通常可通过在设备电源侧使用谐波抑制电抗器或高频干扰抑制装置实现。 （2）射频干扰其频率极高，而功率较小，主要通过电耦合产生，其对抗方案是采用LC电子滤波器。,37,（3）电动机绝缘破坏的原因是变频器的出

22、侧的高频谐波，可以通过加装输出电抗器抑制。 （4）负载端产生的瞬间浪涌电压，因其作用时间很短，可以采用变频器输入侧的浪涌吸收装置吸收。 （5）大容量电容器投入所产生的浪涌电压，采用浪涌吸收装置的效果则不理想，需要通过变频器的直流电抗器加以抑制。 （6）使漏电开关误动作的干扰信号，其频率作用范围内高频或低频的抑制装置效果均不理想，只有通过漏电开关自身抗干扰能力的提高来加以抵御。,38,2从干扰信号的传播途径考虑对策,干扰的传播途径如图6.8所示，根据其路径须采用不同的措施处理。 由图可以看出，变频器产生的干扰可以影响同一个供电电源下的其他电子设备、附近的无线电接收设备和与其电动机线路并行的弱信号

23、线路。根据其传播途径，对这些干扰须采用不同的处理措施。图6.8中干扰是通过供电线路的高频谐波干扰，抑制措施是在变频器输入侧和用电设备的输入侧加装滤波器。但是如前所述，漏电保护器的干扰时因为频率为几千赫兹的信号的作用，一般的LC滤波器作用不明显。只有通过改善设备本身的抗干扰能力实现。,39,图6.8 各种不同干扰的传播途径,40,干扰的产生是因为用电设备与变频器共同接地，通过接地线引入的干扰。采用滤波器等方案不能起到良好的作用，解决途径可采用将接地分开，从而切断干扰路径。干扰的产生是因为变频器产生的高频信号经传感器传输电缆的屏蔽线引入，在此情况下应考虑将传感器及其放大器绝缘安装。路径是因为变频器的主回路电缆与传感器的信号电缆并行敷设，经相互间的辊合电容引入。解决方案是尽量将主回路电缆与信号电缆分隔配线，并对各电缆采用屏蔽措施。干扰的产生与受干扰的装置无关，只有尽量减少线路的射频辐射。,41,3几种干扰的作用原理及其解决方案 不同的干扰其作用机理不同，可以根据其作用方式采用相应的处理方案。 (1)电磁感应干扰的传播原理及解决对策。 如图6.9所示，电磁感应干扰对信号系统的影响形式有：对两条信号线共同作用的共态干扰和实际作用于信号系统的常态干