變頻器日常維護知識分享

1、變頻器知識隨著通用變頻器市場的日益繁榮，中國通用 變頻器年用量超過 25 億元人民幣，變頻器及其附屬設(shè)備的安裝、調(diào)試、日常維護及維修工作 量劇增，給用戶造成重大直接和間接損失。 本文就針對造成以上問題的 原因，根據(jù)大量用戶的實際應(yīng)用情況，從應(yīng)用環(huán)境、電磁干擾與抗干擾、 電網(wǎng)質(zhì)量、電機絕緣等方面進行了分析，提出了一些改進的建議。工作環(huán)境問題 在變頻器實際應(yīng)用中，由于國內(nèi)客戶除少數(shù)有專用機 房外， 大多為了 降低成本，將變頻器直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場。工作現(xiàn)場一 般是灰塵大、 溫度高，在南方還有濕度大的問題。對于線纜行業(yè)還有金 屬粉塵，在陶瓷、印染等行業(yè)還有腐蝕性氣體和粉塵，在煤礦等場合， 還有防爆的要

2、求等等。因此必須根據(jù)現(xiàn)場情況做出相應(yīng)的對策。變頻器的安裝設(shè)計基本要求： (1) 變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部。(2) 變頻器最好安裝在控制柜內(nèi)的中部 ;變頻器要垂直安裝，正上方 和正 下方要避免安裝可能阻擋排風、進風的大元件。(3) 變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部、底部、或者隔板、或者必須安 裝的大元件等的最小間距，應(yīng)該大于 300mm 。柜內(nèi)安裝變頻器的基本要 求(4) 如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤，則變頻器面板的鍵盤孔， 一定 要用膠帶嚴格密封或者采用假面板替換， 防止粉塵大量進入變頻 器內(nèi)部(5) 對變頻器要進行定期維護，及時清理內(nèi)部的粉塵等。(6) 其它的基本安裝、使用要求必須遵守

3、用戶手冊上的有關(guān)說明 ; 如 有疑 問請及時聯(lián)系相應(yīng)廠家技術(shù)支持人員。防塵控制柜的設(shè)計要求 ：在多粉塵場所，特別是多金屬粉塵、絮狀 物的場所使用變頻器時，采取正確、合理的防護措施是十分必要的， 防 塵措施得當對保證變頻器 正常工作非常重要。總體要求控制柜整體應(yīng)該 密封，應(yīng)該通過專門設(shè) 計的進風口、出風口進行通風 ; 控制柜頂部應(yīng)該有 防護網(wǎng)和防護頂蓋 出風口 ;控制柜底部應(yīng)該有底板和進風口、 進線孔， 并且安裝防塵網(wǎng)。(1) 控制柜的風道要設(shè)計合理，排風通暢，避免在柜內(nèi)形成渦流，在固定 的位置形成灰塵堆積。(2) 控制柜頂部出風口上面要安裝防護頂蓋，防止雜物直接落入；防 護頂 蓋高度要合理，不

4、影響排風。 防護頂蓋的側(cè)面出風口要安裝防護 網(wǎng)，防 止絮狀雜物直接落入。(3) 如果采用控制柜頂部側(cè)面排風方式，出風口必須安裝防護網(wǎng)。(4) 一定要確?？刂乒耥敳康妮S流風機旋轉(zhuǎn)方向正確， 向外抽風。如 果 風機安裝在控制柜頂部的外部， 必須確保防護頂蓋與風機之間有足 夠的 高度； 如果風機安裝在控制柜頂部的內(nèi)部， 安裝所需螺釘必須采 用止逆 彈件， 防止風機脫落造成柜內(nèi)元件和設(shè)備的損壞。建議在風機 和柜體之 間加裝塑料或者橡膠減振墊圈， 可以大大減小風機震動造成 的噪音。(5) 控制柜的前、后門和其他接縫處，要采用密封墊片或者密封膠進 行一 定的密封處理，防止粉塵進入。(6) 控制柜底部、側(cè)板

5、的所有進風口、進線孔，一定要安裝防塵網(wǎng)。阻隔 絮狀雜物進入。 防塵網(wǎng)應(yīng)該設(shè)計為可拆卸式， 以方便清理、 維護。防塵 網(wǎng)的網(wǎng)格要小，能夠有效阻擋細小絮狀物 (與一般家用防蚊蠅紗 窗的網(wǎng)格 相仿); 或者根據(jù)具體情況確定合適的網(wǎng)格尺寸。防塵網(wǎng)四周 與控制柜的結(jié)合處要處理嚴密。(7) 對控制柜一定要進行定期維護，及時清理內(nèi)部、外部的粉塵、絮 毛等 雜物。維護周期可根據(jù)具體情況而定，但應(yīng)該小于23個月；對于粉塵嚴重的場所，建議維護周期在 1 個月左右。防塵控制柜的安裝要求：防潮濕霉變的控制柜的設(shè)計要求多數(shù)變頻器廠 家內(nèi)部的印制板、 金屬結(jié)構(gòu)件均未進行防潮濕霉變的特 殊處理，如果變 頻器長期處于這種狀態(tài)

6、，金屬結(jié)構(gòu)件容易產(chǎn)生銹蝕， 對于導電銅排在高 溫運行情況下， 更加劇了銹蝕的過程。對于微機控 制板和驅(qū)動電源板上 的細小銅質(zhì)導線，由于銹蝕將造成損壞，因此， 對于應(yīng)用于潮濕和和含 有腐蝕性氣體的場合， 必須對于使用變頻器的 內(nèi)部設(shè)計有基本要求， 例 如印刷電路板必須采用三防漆噴涂處理，對 于結(jié)構(gòu)件必須采用鍍鎳鉻等 處理工藝。除此之外，還需要采取其它積 極、有效、合理的防潮濕、防 腐蝕氣體的措施。(1) 控制柜可以安裝在單獨的、密閉的采用空調(diào)的機房，此方法適用 控制 設(shè)備較多， 建立機房的成本低于柜體單獨密閉處理的場合，此時 控制柜 可以采用如上防塵或者一般環(huán)境設(shè)計即可。(2) 采用獨立進風口。

7、單獨的進風口可以設(shè)在控制柜的底部，通過獨 立密 閉地溝與外部干凈環(huán)境連接， 此方法需要在進風口處安裝一個防 塵網(wǎng)， 如果地溝超過 5m 以上時，可以考慮加裝鼓風機。(3) 密閉控制柜內(nèi)可以加裝吸濕的干燥劑或者吸附毒性氣體的活性 材料， 并近期更換。干擾問題： 變頻器對微機控制板的干擾 在注塑機、電梯等的控制系統(tǒng)中， 多采用微機或者 PLC 進行控制，在 系統(tǒng)設(shè)計或者改造過程中， 一定要注 意變頻器對微機控制板的干擾問題。 由于用戶自己設(shè)計的微機控制板一 般工藝水平差，不符合 EMC 國際標準，在采用變頻器后，產(chǎn)生的傳導和 輻射干擾，往往導致控制系 統(tǒng)工作異常，因此需要采取必要措施。(1) 良好

8、的接地。 電機等強電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排 可 靠接地，微機控制板的屏蔽地，最好單獨接地。對于某些干擾嚴重 的場 合，建議將傳感器、 I/O 接口屏蔽層與控制板的控制地相連 3 。(2) 給微機控制板輸入電源加裝 EMI 濾波器、 共模電感、 高頻磁環(huán)等， 成本低?？梢杂行б种苽鲗Ц蓴_。另外在輻射干擾嚴重的場合，如周 圍存在GSM、或者小靈通機站時，可以對微機控制板添加金屬網(wǎng)狀屏 蔽罩進行屏蔽處理。微機控制板的電源抗干擾措施(3) 給變頻器輸入加裝 EMI 濾波器， 可以有效抑制變頻器對電網(wǎng)的傳導 干擾，加裝輸入交流和直流電抗器 L1、L2,可以提高功率因數(shù)，減小諧 波污染， 綜合

9、效果好。在某些電機與變頻器之間距離超過 100m 的場合， 需要在變頻器側(cè)添加交流輸出電抗器 L3 ,解決因為輸出導線對地分布參 數(shù)造成的漏電流保護和減少對外部的輻射干擾。一個行 之有效的方法就 是采用鋼管穿線或者屏蔽電纜的方法， 并將鋼管外殼 或者電纜屏蔽層與 大地可靠連接。 請注意， 在不添加交流輸出電抗器 L3 時，如果采用鋼 管穿線或者屏蔽電纜的方法，增大了輸出對地的 分布電容， 容易出現(xiàn)過流。 當然在實際中一般只 采取其中的一種或者 幾種方法。減小變頻器對外部控制設(shè)備的干擾措施(4) 對模擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號進行電氣屏蔽和隔離。 在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計過程中， 建議盡量

10、不要采用模擬控制， 特 別是控制距離大于 1M ，跨控制柜安裝的情況下。因為變頻器 一般都 有多段速設(shè)定、開關(guān)頻率量輸入輸出，可以滿足要求。如果 非要用模 擬量控制時， 建議一定采用屏蔽電纜， 并在傳感器側(cè)或者 變頻器側(cè)實 現(xiàn)遠端一點接地。如果干擾仍舊嚴重，需要實現(xiàn) DC/DC 隔離措施?？?以采用標準的 DC/DC 模塊，或者采用 V/F 轉(zhuǎn)換， 光藕隔 離再采用頻率 設(shè)定輸入的方法。變頻器本身抗干擾問題： 當變頻器的供電系統(tǒng)附近， 存在高頻沖 擊負載如電焊機、電鍍電源、 電解電源或者采用滑環(huán)供電的場合， 變頻器本身容易因為干擾而出現(xiàn) 保護。建議用戶采用如下措施：(1) 在變頻器輸入側(cè)添加電

11、感和電容，構(gòu)成 LC 濾波網(wǎng)絡(luò)。(2) 變頻器的電源線直接從變壓器側(cè)供電。(3) 在條件許可的情況下， 可以采用單獨的變壓器。(4) 在采用外部開關(guān)量控制端子控制時，連接線路較長時，建議采用 屏蔽電纜。 當控制線路與主回路電源均在地溝中埋設(shè)時， 除控制 線必 須采用屏蔽電纜外， 主電路線路必須采用鋼管屏蔽穿線， 減小 彼此干 擾，防止變頻器的誤動作。(5) 在采用外部模擬量控制端子控制時，如果連接線路在 1M 以內(nèi)， 采用屏蔽電纜連接，并實施變頻器側(cè)一點接地即可 ;如果線路較長， 現(xiàn)場干擾嚴重的場合， 建議在變頻器側(cè)加裝 DC/DC 隔離模塊或者采用 經(jīng)過 V/F 轉(zhuǎn)換，采用頻率指令給定模式進

12、行控制。(6) 在采用外部通信控制端子控制時， 建議采用屏蔽雙絞線， 并將變 頻器側(cè)的屏蔽層接地 (PE) ， 如果干擾非常嚴重， 建議將屏蔽層接控制 電源地 (GND)。 對于 RS232 通信方式， 注意控制線路盡量不要超過 15m ， 如果要加長， 必須隨之降低通信波特率，在 100m 左右時， 能夠正常 通信的波特率小于 600bps 。對于 RS485 通信，還必須考慮終端匹配 電 阻等。 對于采用現(xiàn)場總線的高速控制系統(tǒng)，通信電纜必須采用專用 電纜，并采用多點接地的方式，才能夠提高可靠性。電網(wǎng)質(zhì)量問題 ：在高頻沖擊負載如電焊機、電鍍電源、電解電源 等場合， 電壓經(jīng)常出 現(xiàn)閃變 ; 在

13、一個車間中，有幾百臺變頻器等容 性整流負載在工作時， 電網(wǎng)的諧波非常大，對于電網(wǎng)質(zhì)量有很嚴 重的污染， 對設(shè)備本身也有 相當?shù)钠茐淖饔茫?輕則不能夠連續(xù)正常運行，重則造成設(shè)備輸入回路 的損壞?？梢圆扇∫韵碌拇胧?集中整流的直流共母線供電方式(1) 在高頻沖擊負載如電焊機、 電鍍電源、 電解電源等場合建議用 戶 增加無功靜補裝置，提高電網(wǎng)功率因數(shù)和質(zhì)量。(2) 在變頻器比較集中的車間，建議采用集中整流，直流共母線供 電 方式。建議用戶采用 12 脈沖整流模式。優(yōu)點是，諧波小、節(jié)能， 特 別適用于頻繁起制動、電動運行與發(fā)電運行同時進行的場合。(3) 變頻器輸入側(cè)加裝無源 LC 濾波器，減小輸入諧

14、波，提高功率因 數(shù)，成本較低，可靠性高，效果好。(4) 變頻器輸入側(cè)加裝有源 PFC 裝置，效果最好，但成本較高。 電機的漏電、軸電壓與軸承電流問題：變頻器驅(qū)動感應(yīng)電機的電機 模型， Csf 為定子與機殼之間的等效電容， Csr 為定子與轉(zhuǎn)子之間的 等效電容， Crf 為轉(zhuǎn)子與機殼之間的等效電 容， Rb 為軸承對軸的電 阻Qb和Zb為軸承油膜的電容和非線性阻抗。高頻PWM脈沖輸入下，電機內(nèi)分布電容的電壓耦合作用構(gòu)成系統(tǒng)共模 回路， 從而引起對地 漏電流、軸電壓與軸承電流問題。漏電流主要是 PWM 三相供電電壓極其瞬時不平衡電壓與大地之間 通 過 Csf 產(chǎn)生。其大小與 PWM 的 dv/dt

15、 大小與開關(guān)頻率大小有關(guān)，其直 接結(jié)果將導致帶有漏電保護裝置動作。另外，對于舊式電機，由于其 絕緣材料差， 又經(jīng)過長期運行老化，有些在經(jīng)過變頻改造后造成絕緣 損壞。因此，建議在改造前，必須進行絕緣的測試。對于新的變頻電 機的絕緣，要求要比標準電機高出一個等級。 軸承電流主要以三種方式 存在： dv/dt 電流、 EDM(Electric Discharge Machining) 電流和環(huán) 路電流。 軸電壓的大小不僅與電機內(nèi)各部分耦合 電容參數(shù)有關(guān)， 且與 脈沖電壓上升時間和幅值有關(guān)。dv/dt電流主要與PWM的上升時間tr 有關(guān)， tr 越小， dv/dt 電流的幅值越大 ;逆變器 載波頻率越

16、高，軸承電 流中的 dv/dt 電流成分越多。 EDM 電流出現(xiàn)存 在一定的偶然性， 只有 當 軸承潤滑油層被擊穿或者軸承內(nèi)部發(fā)生接觸 時，存儲在電子轉(zhuǎn)子對 地電容Crf上的電荷(1/2Crf ×Urf)通過軸承 等效回路Rb、Cb和Zb對 地進行火花式放電，造成軸承光潔度下降，降低使用壽命， 嚴重地造成直接損壞。 損壞程度主要取決于軸電壓和 存儲在電子轉(zhuǎn)子對地電容 Crf 的大小。 環(huán)路電流發(fā)生在電網(wǎng)變壓器地線、變頻器地線、 電機地線及電機負 載 與大地地線之間的回路 （ 如水泵類負載 ） 中。 環(huán)路電流主要造成傳 導干 擾和地線干擾， 對變頻器和電機影響不大。 避免或者減小環(huán)流 的方法 就是盡可能減小地線回路的阻抗。由