变频器的工作原理及使用注意事项（下）

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工作环境
　　在变频器实际应用中，由于国内客户除少数有专用机房外，大多为了降低成本，将变频器直接安装于工业现场。工作现场一般有灰尘大、温度高、湿度大的问题，还有如铝行业中有金属粉尘、腐蚀性气体等等。因此必须根据现场情况做出相应的对策，
　　1) 变频器应该安装在控制柜内部。
　　2) 变频器最好安装在控制柜内的中部；变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。
　　3) 变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或者必须安装的大元件等的最小间距，应该大于300 mm。
　　4) 如果特殊用户在使用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，一定要用胶带严格密封或者采用假面板替换，防止粉尘大量进入变频器内部。
　　5) 在多粉尘场所，特别是多金属粉尘、絮状物的场所使用变频器时，总体要求控制柜整体密封，专门设计进风口、出风口进行通风；控制柜顶部应该有防护网和防护顶盖出风口；控制柜底部应该有底板和进风口、进线孔，并且安装防尘网。
　　6) 多数变频器厂家内部的印制板、金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理，如果变频器长期处于恶劣工作环境下，金属结构件容易产生锈蚀。导电铜排在高温运行情况下，会更加剧锈蚀的过程,对于微机控制板和驱动电源板上的细小铜质导线，锈蚀将造成损坏。因此，对于应用于潮湿和和含有腐蚀性气体的场合，必须对所使用变频器的内部设计有基本要求，例如印刷电路板必须采用三防漆喷涂处理，对于结构件必须采用镀镍铬等处理工艺。除此之外，还需要采取其它积极、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。
　　变频器使用环境：
　　1、环境温度：R.T+5℃—+35℃
　　2、相对湿度：≤85%R.H
　　3、环境空气质量要求：不含高浓度粉尘及易燃、易爆气体或粉尘，附件没有强电磁辐射源。
　　4、注意事项：本设备不能放置含有易燃易爆或会产生挥发、腐蚀性气体的物品进行试验或存储。[1]
日常维护
　　操作人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作常识。在对变频器日常维护之前，必须保证设备总电源全部切断；并且在变频器显示完全消失的3-30分钟（根据变频器的功率）后再进行。应注意检查电网电压，改善变频器、电机及线路的周边环境，定期清除变频器内部灰尘，通过加强设备管理最大限度地降低变频器的故障率。
　　(1)冷却风扇
　　变频器的功率模块是发热最严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要及时排出，一般风扇的寿命大约为20kh～40kh。按变频器连续运行折算为3～5年就要更换一次风扇，避免因散热不良引发故障。
　　(2)滤波电容
　　中间电路滤波电容：又称电解电容，该电容的作用：滤除整流后的电压纹波，还在整流与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰，还为电动机提供必要的无功功率，要承受极大的脉冲电流，所以使用寿命短，因其要在工作中储能，所以必须长期通电，它连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加速其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。
　　(3)防腐剂的使用
　　因一些公司的生产特性，各电气室的腐蚀气体浓度过大，致使很多电气设备因腐蚀损坏（包括变频器）。 为了解决以上问题可安装一套空调系统，用正压新鲜风来改善环境条件。为减少腐蚀性气体对电路板上元器件的腐蚀，还可要求变频器生产厂家对线路板进行防腐加工，维修后也要喷涂防腐剂，有效地降低了变频器的故障率，提高了使用效率。
　　在保养的同时要仔细检查变频器，定期送电，带电机工作在2hz 的低频约10分钟，以确保变频器工作正常。
接地
　　变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共地。信号输入线的屏蔽层，应接至E(G)上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。
防雷
　　在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏 。但在实际工作中，特别是电源线架空引入的情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区，这一问题尤为重要，如果电源是架空进线，在进线处装设变频专用避雷器(选件)，或有按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。实践表明，这一方法基本上能够有效解决雷击问题。
供电系统
　　变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿：
　　随着变频器的广泛应用，变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿的意义逐渐被人们所认识。变频器供电电源按傅立叶级数可以分解为基波有功电流，基波无功电流，谐波和间谐波电流。
　　基波无功电流占用电网容量；导致网压波动；在供配电设施产生热损耗；降低了供配电设施运行可靠性。
　　谐波和间谐波的集肤效应使输电线等效截面积变小，线路损耗增加；铁芯中附加高频涡流损耗；谐波和间谐波电流导致网压波形畸变和辐射干扰，引起同一电网下其它负载出力减小，损耗增加，甚至误动作。
　　变频器用量较大的车间，用电容器直接进行无功力率补偿虽然可以大副度降低基波无功电流，但是必然出现谐波放大现象。这时，供电电流和电容器电流中谐波和间谐波电流大副度增加，电容器由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。为避免谐波电流大副度增加，电容器由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。为避免谐波放大，谐波治理与无功功率补偿必须同时进行。
　　从基波无功电流，谐波和间谐波电流的危害上可看出：采用就地谐波治理与无功功率补偿可以获得最大的效益。根据我们的经验，采用就地谐波治理与无功功率补尝，一年或一年半时间即可从节能中回收全部投资。
　　变频器供电系统的谐波治于是与无功功率补偿方法：
　　根据变频器分类，变频器供电系统的就地谐波治理与无功功率补偿装置分为：
　　含各次滤波器的TSC动态无功功率补偿装置；6%电抗的TSC动态无功功率补偿装置固定投入各次滤波器的装置，由于有源滤波器技术和价格的原因，目前还难在国内推广。
　　1、交-直-交电流型变频器
　　电网通过可控硅三相全控桥给变频器供电，功率因数角约等于控制角a。供电电流包含6±1次谐波(K=1、2、3…)，并且在直流电流无脉动的理想情况下，n次谐波电流含量是基波电流的1/n。实际上，直流电流脉动导致五次谐波和七次谐波含量增加，大于七次谐波的高次谐波含量减少。就地实现谐波治理和无功功率补尝是安装含各次滤波器的TSC动态无功功率补偿装置。装置中计算机根据基波无功功率投入一定数量的五次、七次、十一次和十三次滤波器。滤波器对基波呈容性，补偿基波无功功率；滤波器对谐波呈现很小的电感，滤除各次谐波无功功率。
　　2、交-交变频器
　　电网通过可控硅三相可逆整流桥给变频器供电，功率因数很低。从电电流不仅包含6K±1次谐波(K=1、2、3…)，还在谐波附近出现间隔为变频器输出频率的间谐波。用五次、七次、十一次和十三次滤波器可以滤除谐波，但是滤波器器对一些间谐波呈容性，必然产生间谐波放大现象。
　　就地实现谐波、间谐波治理和无功功率补偿是安装6%电抗的TSC动态无功功率补偿装置。特点是对五次和五次以上谐波和间谐波都呈感性，没有谐波放大现象。对五次、七次谐波和五次、七次谐波附近的间谐也有一定的滤波效果。
　　3、交-直-交电压型变频器
　　电网通过三相二极管整流桥给变频器供电，功率因数大于0.97。由于二极管整流桥仅在网压峰顶开通，对电容器充电，电流波形是导通角较窄的尖锋。供电电流包含6K±1次谐波(K=1、2、3…),谐波含量随进线电抗和直流滤波电抗的电感量增加而减少。一般来说，加电抗器后五次谐波、七次谐波十一次谐波和十三次谐波仍然占40%、35%、25%和20%。
　　对供电变压器还有其它感性负载的场合，可以安装含各次滤波器的TSC动态无功功率补偿装置；对几乎全是交-直-交电压型变频器的车间由于不需要补偿基波无功功率需要滤除谐波无功功率，应安装固定投入各次滤波器的装置。为了防止轻载过补偿对电网电压的提升，该滤波器应该具有提供的基波容性抗器应在设计时考虑谐波发热和过压问题。
维护检查
　　维护和检查时的注意事项有：
　　(1) 在关掉输入电源后，至少等5分钟才可以开始检查（还要正式充电发光二极管已经熄灭）否则会引起触电。
　　(2) 维修、检查和部件更换必须由胜任人员进行。（开始工作前，取下所有金属物品（手表、手镯等），使用带绝缘保护的工具）
　　(3) 不要擅自改装频频器，否则易引起触电和损坏产品。
　　(4) 变频器维修之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。
　　变频器主要由半导体元件构成，因此，必须进行日常的检查，防止不利的工作环境，如温度、湿度、粉尘和振动的影响，并防止因部件使用寿命所引起的其它故障。
　　检查项目：
　　(1) 日常检查：检查变频器是否按要求工作。用电压表在变频器工作时，检查其输入和输出电压。
　　(2) 定期检查：检查所有只能当变频器停机时才能检查的地方。
　　(3) 部件更换：部件的寿命很大程度上与安装条件有关。
控制电路故障分析
　　给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的网络，称为控制回路，控制电路由频率，电压的运算电路，主电路的电压，电流检测电路，电动机的速度检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路等组成。无速度检测电路为开环控；在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行更精确的闭环控制。
　　（1）运算电路将外部的速度，转矩等指令同检测电路的电流，电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
　　（2）电压、电流检测电路为与主回路电位隔离检测电压，电流等。
　　（3）驱动电路为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离，控制主电路器件的导通与关断。
　　（4）I/O电路使变频更好地人机交互，其具有多信号（比如运行多段速度运行等）的输入，还有各种内部参数（比如电流，频率，保护动作驱动等）的输入。
　　（5）速度检测电路将装在异步电动机轴上的速度检测器（TG、PLG等）的信号设为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
　　（6）保护电路检测主电路的电压、电流等。当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压，电流值。
　　逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，保护功能如下：
　　(1）逆变器保护
　　①瞬时过电流保护，用于逆变电流负载侧短路等，流过逆变电器回件的电流达到异常值（超过容许值）时，瞬时停止逆变器运转，切断电流，变流器的输出电流达到异常值，也得同样停止逆变器运转。
　　②过载保护，逆变器输出电流超过额定值，且持续流通超过规定时间，为防止逆变器器件、电线等损坏，要停止运转，恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或电子热保护，过载是由于负载的GD2（惯性）过大或因负载过大使电动机堵转而产生。
　　③再生过电压保护，应用逆变器使电动机快速减速时，由于再生功率使直流电路电压升高，有时超过容许值，可以采取停止逆变器运转或停止快速的方法，防止过电压。
　　④瞬时停电保护，对于毫秒级内的瞬时断电，控制电路工作正常。但瞬时停电如果达数10ms以上时，通常不仅控制电路误动作，主电路也不供电，所以检测出后使逆变器停止运转。
　　⑤接地过电流保护，逆变器负载接地时，为了保护逆变器，要有接地过电流保护功能。但为了保证人身安全，需要装设漏电保护断路器。
　　⑥冷却风机异常，有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上升，因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器，检测出异常后停止逆变电器工作。
　　（2）异步电动机的保护
　　①过载保护，过载检测装置与逆变器保护共用，但考虑低速运转的过热时，在异步电动机内埋入温度检出器，或者利用装在逆变器内的电子热保护来检出过热。动作过频时，应考虑减轻电动机负荷，增加电动机及逆变器的容量等。
　　②超速保护，逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停止逆变器运转
　　（3）其他保护
　　①防止失速过电流，加速时，如果异步电动机跟踪迟缓，则过电流保护电路动作，运转就不能继续进行（失速）。所以，在负载电流减小之前要进行控制，抑制频率上升或使频率下降。对于恒速运转中的过电流，有时也进行同样的控制。
　　②防止失速再生过电压，减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升，为防止再生过电压电路保护动作，在直流电压下降之前要进行控制，抑制频率下降，防止不能运转（失速）。
技术的发展过程
　　直流电动拖动和交流电动机拖动先后生于19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。由于当时的技术问题，在很长的一个时间内，需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的是直流电动机。
　　直流电动机存在以下缺点是由于结构上的原因：
　　1、由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境;
　　2、需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短;
　　3、结构复杂，难以制造大容量、高转速和高电压的直流电动机。
　　而与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点：
　　1、不存在换向火花，可以应用于存在易燃易火暴气体的恶劣环境;
　　2、容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机;
　　3、结构坚固，工作可靠，易于维护保养。
　　就是因为这样，限制了交流高速系统的推广应用。经过20世纪70年代中期的第二次石油危机之后和电子技术的发展，交流高速系统的变频器技术得到了高速的发展。