讲座(三)通用变频器应用技术指南—正确处理变频器与周边设备的关系和变频器安装后的

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讲座(三)通用变频器应用技术指南—正确处理变频器与周边设备的关系和变频器安装后的调试

作 者 ：成都希望森兰变频器制造有限公司    蔡士齐

摘 要 ：本文面向变频器使用的用户、从事变频器应用和系统设计维护人员、销售人员、维修人员。文中介绍了变频器的原理、森兰变频器的基本系列、附加配套设备的选用、安装技术和禁忌、与周边设备的关系、安装后的调试、操作使用方法、日常维护保养、常见故障检查、判断处理、以及典型应用事例。

英文摘 要 ：This text face users that using inverter,device used and design to the attenbant,sales force, maintenance personal systematically frequently from incident. Also have introduced the principle of the inverter in the article, basic series of the Senlan inverter, exertion of the added corollary equipment, mounting technique and taboo, relation with peripheral equipment, debugging after the installation, operation operation method,regular maintenance maintain, common trouble shooting, is it punish to judge, and the model use the example.

关键词： 变频器   功率器件   控制   矢量   故障

6  如何正确处理变频器与周边设备的关系 6.1 无线电干扰 6.1.1 变频器本身对外界的无线电干扰通过以下措施减轻: (1) 如图6-1所示,在变频器的输入、输出侧加装FIL1和FIL2无线电干扰抑制电抗器。这一类电抗器属于共模抑制电抗器，或称零序电抗器，它对被穿过磁芯的几根导线上出现的瞬时相位和幅值不能抵消的干扰有抑制作用，而对被穿过磁芯的几根导线瞬时相加电磁场可完全抵消的干扰就不能抑制，也即对三相正弦波电流不起作用。就无线干扰而言，共模干扰占大多数，所以共模抑制电抗器经常对无线电干扰抑制有效。 图6-1    为降低无线电干扰在输出和输入功率线上 加装FIL1和FIL2磁环形成电抗器对共模干扰进行抑制 (2) 变频器的输入、输出功率电线的布局要防止对周边设备的控制线有电磁场耦合，即要防止这些功率电线与某条控制线平行捆扎在一起或过分靠近，如图6-2所示。 图6-2    变频器的控制线与功率输出线及电源 进线过分靠近或捆绑在一起的不良安装 (3) 数字式测量仪器仪表的输入阻抗高、频率响应好，很容易敏感变频器本体和输入输出线所发射出来的无线电干扰，造成数字式测量仪器仪表显示乱跳或完全不能测量。因此要求数字式测量仪器仪表远离变频器及变频器的输入输出线。如远离不可能，应对数字式仪器仪表的本体、测量线进行屏蔽。屏蔽线的外套金属网不能两端接地，只能一端接地，接地端设在数字式仪器仪表侧，由此形成静电屏蔽如图6-3所示，另外一种使用双绞线作为数字式仪器仪表的输入线，每绞间距不得大于1cm。干扰严重时可以综合采用多种措施:双绞线+屏蔽套、屏蔽箱、拉开距离、变频器输入输出线加磁环、加电抗器等。 图6-3     对数字式仪器或其他敏感仪器的抗干扰处理方法   6.1.2 外界干扰妨碍变频器正常运行时的对策 (1) 由电网引入的干扰和过电压 (a) 变压器原边电网因各类用电器切换、雷电等所引起的过电压及干扰会通过变压器分布电容和绕阻耦合传递到变压器付边、使付边电线上出现过电压及干扰。 (b) 与变频器同一付边电源线上有大功率的负载切换，特别是功率因数补偿柜之类的容性负载切换，会在电源线上引起过电压，这种过电压的大小与切换电流的大小、突变速率和电网导线电感值有关。例如:如图6-4所示的负载N经由断路器KM2突然断开时，因电网导线电感(La、Lb、Lc)的存在，会在接往变频器的导线上产生过电压或干扰 图6-4    过电压和干扰传输途径及为减弱过电压和干扰所附加的各种措施及元件 (c) 在变频器同一电源上接有强干扰负载或晶闸管器件，会造成电网电流严重畸变，引起在正弦波电压上叠加尖峰过电压和干扰。 (2) 由周边电器的无线电干扰引起变频器不能正常工作。变频器本身如果是全金属外壳就有良好的屏蔽辐射干扰的作用，如果是塑料外壳，变频器设计中又没有很好的抗干扰措施，此时就要另外采取措施; (3) 减轻外界干扰的对策: (a) 在变频器电源输入端加交流电抗器1ACL、无线电吸收电抗器FIL1。 (b) 过电压的减弱程度与变频器前端电源线长度、布局等有关。当电源线长时，由变压器来的过电压和干扰在电源线的电感上会衰减，此时由变频器内部的压敏电阻、电容吸收比较有效。但当变频器与配电用变压器靠近时，电源线阻抗太小，过电压发生时没有在电源线上得到衰减，因此强大的过电压到达变频器压敏电阻上，甚至会使压敏电阻爆炸。为此加入进线侧交流电抗器ACL1实有必要。 (d) 对于变频器外控端子上因外界干扰造成不能正常工作时可采用如下对策: l 使用继电器中继方式，使受干扰的线路完全隔离; l 如图6-5所示，在外控端上并电容，降低输入阻抗、使干扰衰减; l 在外控端子使用双绞线作控制(图6-5); l 对塑料外壳变频器考虑装在屏蔽箱内，但必需有良好通风冷却配合。 图6-5      减轻外控输入端上外来干扰的方法   6.2 变频器引起电网波形畸变，使部分设备工作不正常     通用变频器因都是采用整流桥→电容滤波→逆变方式、即交－直－交方式，整流和电容滤波的使用，会造成电网交流电压正弦波的顶端因电容吸收能量而变平，在电网内阻大的条件下，使电网电压波形畸变到足已使一部份电器工作不正常和发生保护动作。 例如:电梯、制冷机等，它们的电机都有对相位的要求，在设备中都使用了相序保护器，当电网波形畸变严重时，相序保护器因电压波形畸变而动作，使电机不能接通电源，因此，电梯和制冷机完全不能工作。 当线电压的波形顶端因变频器的整流和电容滤波使波形变成平顶波时，此时相电压波形恰变成尖顶波。一般整流式电压表都是测得峰值电压，再按正弦波比例折算成有效值而显示，波形的变坏使显示的“相电压有效值”偏高，“线电压有效值”偏低，这可以从图6-6的波形分析图上看出来。在这样的恶劣畸变下，不少用电器会因“电压过低”“电压过高”而报警，使现场某些设备不能工作。 图6-6    整流性电容滤波负载造成电网电压、电流波形的严重畸变 要解决这类因整流—电容滤波负载造成的电网波形畸变，有效方法是: (1) 在配电变压器(或发电机)后面的整流—电容滤波型变频器的总负载容量不要太大，一般小于配电变压器容量的1/10以下; （2) 变频器要配置直流电抗器和输入侧交流电抗器，而且选择电抗器的电感量大一些为好。直流电抗器电感量越大，电流连续性越好，对功率因数改善越有利。图6-7是不同电感量的直流电抗器在变频器中使用的功率因数趋向。图中THD是谐波总畸变，cosΦ是输入功率因数，使用大的直流电抗器可以大大降低谐波总畸变和提高功率因数。 图6-7     变频器在不同直流电抗器时的功率因数和总谐拨畸变 （3） 有条件的情况下要使用有PFC(功率因数校正)技术的三相和单相变换器作为变频器的输入或者采用经过移相变压器绕阻的12脉整流技术，以改善畸变，但这都涉及到变频器内部整流滤波级的改型设计。 7  变频器安装后的调试 7.1 通电前检查 （1） 察看变频器安装空间、通风情况、是否安全足够;铭牌是否同电机匹配;控制线是否布局合理，以避免干扰;进线与出线绝对不得接反，变频器的内部主回路负极端子N不得接到电网中线上(不少电工误认为N应接电网中线)，各控制线接线应正确无误。 （2） 当变频器与电机之间的导线长度超过约50m，当该导线布在铁管或蛇皮管内长度超过约30m，特别是一台变频器驱动多台电机等情况，存在变频器输出导线对地分布电容很大，应在变频器输出端子上先接交流电抗器，然后接到后面的导线上，最后是负载，以免过大的电容电流损坏逆变模块。在输出侧导线长的时候，还要将PWM的调制载频设置在低频率，以减少输出功率管的发热，以便降低损坏的概率。 （3) 确认变频器工作状态与工频工作状态的互相切换要有接触器的互锁，不能造成短路，并且两种使用状态时电机转向相同。 （4) 根据变频器容量等因素确认输入侧交流电抗器和滤波直流电抗器是否接入。一般对22kW以上要接直流电抗器，对45kW以上还要接交流电抗器。 （5) 电网供电不应有缺相，测定电网交流电压和电流值、控制电压值等是否在规定值，测量绝缘电阻应符合要求(注意因电源进线端压敏电阻的保护，用高电压兆欧计时要分辩是否压敏电阻已动作)。 7.2 通电和设定 (1) 通电     通电后首先观察显示器，并按产品使用手册变更显示内容，检查有否异常。听看风机运转否，有的变频器使用温控风机，一开机不一定转，等机内温度升高后风机才转。检查进线和出线电压，听电机运转声音是否正常，检查电机转向反了没有，反了首先要更换电机线校正。 (2) 设定     设定前先读懂产品使用手册，电机能脱离负载的先脱离负载。变频器在出厂时设定的功能不一定刚好符合实际使用要求，因此需进行符合现场所需功能的设定，一般设定内容有:频率、操作方法、最高频率、额定电压、加/减速时间、电子热过载继电器、转矩限制、电机极数等等。对矢量控制的变频器，要按手册设定或自动检测。并在检查设定完毕后进行验证和储存。 7.3 试运行 7.3.1 空载运行 将电机所带的负载脱离或减轻，作以下空载运行检查: (1) 检查电机转向; (2) 各频率点有否异常振动、共振、声音不正常，如有共振应设法使变频器频率设定点避开该点; (3) 按设定的程序从头到尾试一遍确认没有问题; (4) 模拟日常会发生的操作，将各种可能操作做一遍确认无误; (5) 听电机因调制频率产生的振动噪声是否在允许范围内，如不合适可更改调制频率，频率选高了振动噪音减小，但变频器温升增加，电机输出力矩有所下降，可能的话，调制频率低一些为好(见图3-2); (6) 测量输出电压和电流对称程度，对电机而言不得有10%以上不平衡。 7.3.2 负载试运行 (1) 按正常负载运行，用钳型电流表测各相输出电流是否在预定值之内(观察变频器自显示电流也可，两者略有差别)。 (2) 对有转速反馈的闭环系统要测量转速反馈是否有效。做一下人为断开和接入转速反馈，看一看对电机电压电流转速的影响程度。 (3) 检查电机旋转平稳性，加负载运行到稳定温升(一般3h以上)时，电机和变频器的温度有否太高，如有太高应调整，调整可从改变以下参数着手:负载、频率、V/f曲线、外部通风冷却、变频器调制频率等。 (4) 试验电动机的升降速时间有否过快过慢，不适合应重新设置。 (5) 试验各类保护显示的有效性，在允许范围内尽量多做一些非破坏性的各种保护的确认。 (6) 按现场工艺要求试运行一周，随时监控，并做好记录作为今后工况数据对照。 参考文献 [1] 张燕宾等. 实用变频调速技术培训教程. 机械工业出版社，2003 [2] 韩安荣. 通用变频器及其应用张2版. 北京:机械工业出版社,2000 [3] MTE corporation The International Power Quality Resource [4] 森兰变频调速器使用手册. BT40/BT12 SB20/SB60/SB61/SB40/SB12等系列 [5] 富士通用逆变器FVR-E9S系列使用说明书 [6] 株式会社东芝半导体公司. 东芝电力电子技术交流会资料 作者简介 蔡士齐  成都希望森兰变频器制造有限公司总工程师，1964年毕业于浙江大学，长期从事电机设计、电气控制、电力电子技术应用和变频器技术、质量、生产管理。

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谢谢了