1引言

   近年来，随着电力电子技术、微电子技术、电动机和控制理论的飞速发展，交流电动机调速系统有了很大的提高，变频调速技术已经趋于成熟，用晶闸管或全控型器件组成逆变器，容量从几十瓦到几十千瓦的异步电动机变频调速系统大量投入到工业、商业等领域中应用。有关矢量变换控制、直接转矩控制等新技术在高性能交流调速系统中也取得了根本性的突破，高性能交流调速系统已经能与直流调速系统媲美，交流调速系统正成为调速传动的主流。

    变频调速是通过改变电动机供电电源频率进行调速的一种方法，目前采用普通晶闸管、GTR、GTO、IGBT等电力电子器件组成的静止变频器对异步电动机进行调速已经广泛应用。

2变频器应用之选型

2．1负载类型和变频器的选择：

变频器不是在任何情况下都能正常使用，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多了解,电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。

（1）风机和水泵是最普通的负载：对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可，故选型时常以价廉为主要原则。但对于空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉等需加大一级容量。在这里需要说明，此类负载为长时间低流量运行可选变频器调速；若为高流量长时间运行，则最好选用串级调速或低效调速。

　　（2）起重机类负载：这类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放时，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。

　　（3）不均衡负载：此类负载有时轻，有时重，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等，其电动机是允许短时间过载的，对于这类负载应按照其运行过程中可能出现的最大工作电流值来选择变频器的原则。即变频器的额定电流要大于等于电动机的最大承载电流值。

　　（4）大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑、陶瓷厂的原料回转磨等，此类负载惯性很大，因此启动时可能会产生振荡，而且电动机减速时会有能量回馈，因此应该用容量稍大一级的变频器来加快启动，避免振荡，同时还要安装制动单元以配合消除回馈电能。

2．2对于长期低速运转情况，电机在非额定状态下长时间运转发热量会增高，风扇冷却能力有限，因此必须采用加大减速比的方式或改用6或8级电机，使电机运转在较高或额定频率附近。

2．3对于低速运行时要求有较硬的机械特性，要求有一定的调速精度，但在动态性能方面并无较高要求的负载，可选用无反馈矢量控制功能的变频器；对于某些对调速精度和动态性能都有较高要求的，以及要求高精度同步运行等场合，可采用带速度反馈的矢量控制功能的变频器。

3变频器应用之安装

3．1物理环境

（1）环境温度和湿度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到周围环境的影响，因此要求安装场所的温度应保持在-10～40℃之间，相对湿度90%以下，无结露状态。若安装在配电盘内，则必须采取必要的措施（如使用电风扇等），以保证工作温度不高于40℃。如果环境温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂。

　　（2）空气质量。变频器不能安装于有腐蚀性气体、导电尘埃和微粒的场所。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能，在这种情况下，应把控制箱制成封闭式结构，并进行换气。

　　（3）标高和振动。变频器应安装在海拔1000m以下，周围振动在0.5G以下。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。

    变频器安装地点还应注意避免阳光直射，要有防止铁屑、水滴等物落入变频器内的措施。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，必须垂直安装，而且必须保留变频器上下左右一定的散热空间。绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。此外，为了防止异物掉进或卡在变频器的出风口而阻塞风道，最好在变频器的出风口上方加装保护网罩。

3．2电气环境

（1）防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。

　　（2）防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护，但是，如果输入端高电压作用时间长，会使变频器输入端损坏。因此，在实际运用中，要核实输入变频器的电压（单相还是三相）和变频器的额定电压值。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备，否则会造成严重后果。

3．3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单独接地。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。

3．4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，单靠变频器的雷电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的远处做专用保护接地。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。

还要注意变频器与驱动电机之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则应降低载波频率或增加输出电抗器（选件）为佳。

4变频器应用之外部配置

4．1选择合适的外部常规配件

在输入电源侧选用相应的熔断器，以避免因内部短路对整流器件的损坏变频器的型号确定后，若变频器内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器，变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关。最好还要加装由交流接触器构成的电源通断控制，其好处是：当电源突然断电时，可以自动将变频器与电源脱开，以免来电时变频器自行投入工作；当变频器因故障而跳闸时，可通过接触器使变频器与电源脱开。

4．2选择变频器的引入和引出电缆

根据变频器的功率选择合适的导线截面（三或四芯）屏蔽动力电缆。尤其是从变频器到电机之间的动力电缆一定要选用屏蔽结构的电缆，且要尽可能短，这样可降低电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度超过变频器所允许的输出电缆长度时，电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作，为此要配置输出电抗器。对于控制电缆，尤其是I/0信号电缆也要用屏蔽结构的。对于变频器的外围元件与变频器之间的连接电缆其长度不得超过10m。

4．3在输入侧安装交流电抗器或EMC滤波器

根据变频器安装场所的其它设备对电网品质的要求，若变频器工作时已影响到这些设备的正常运行，可在变频器输入侧安装交流电抗器或EMC滤波器，抑制由功率器件通断引起的电磁干扰。若与变频器连接的电网的变压器中性点不接地，则不能选用EMC滤波器。当变频器用500V以上电压驱动电机时，需在输出侧配置du/dt滤波器，以抑制逆变输出电压尖峰和电压的变化，有利于保护电机，同时也降低了容性漏电流和电机电缆的高频辐射，还能削弱电动机中由于高次谐波电流引起的附加转矩，改善了电动机的运行特性。

5变频器应用之故障分析和处理

变频器在运行中会出现一些故障，其常见的故障原因分析如下：

5．1过电流跳闸的原因分析

（1）重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。主要原因有：负载侧短路；负载过重，工作机械卡住；逆变管损坏；电动机的启动转矩过小，拖动系统转不起来；电动机自由滑行时启动输出或恢复输出。

（2）重新启动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸。可能的原因有：同负载惯量（GD²）相比，升、降速时间设定太短；V/F曲线选择不当或转矩补偿设定值较大，引起低速时空载电流过大；电子热继电器整定值不当，动作电流设定值太小，引起误动作。

5．2电压跳闸的原因分析

（1）过电压跳闸，主要原因有：输入电源电压过高；同负载惯量（GD²）相比，降速时间设定太短；变频起负载侧能量回馈过大，降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想——如来不及放电，此情况可考虑增加外接制动电阻和制动单元；还有可能放电之路发生故障，实际不放电。

（2）欠电压跳闸，可能的原因有：输入电源电压过低；电源容量过小（接有焊机、大电机等）；电源缺相；电源侧接触器不良；变频器整流桥故障。

5．3电动机不转的原因分析

（1）功能预置不当：上限频率与最高频率或基本频率和最高频率设定矛盾；使用外接给定时，未对“键盘给定/外接给定”的选择进行预置。

（2）在使用外接给定时，无“启动”信号。

（3）存在其它原因：机械尤卡住现象；电动机的启动转矩不够；变频器的电路故障。

在实际应用中出现的问题还很多，只要将问题分析清楚，那么处理起来就很好解决了。

6变频器应用之维护

 现在通用的变频器，大多使用最新高技术半导体器件制成的控制生产动力用的电子产品。所以，或是受温度、湿度、振动等周围环境的影响，或是由于时间漂移等原因，很有可能发生各种故障。为了防患于未然保持使用效果最佳，日常维护是非常必要的。

6．1维护时注意事项

（1）进行维护时，操作者必须直接确认变频器的输入电源情况。

（2）切断电源后，变频器主电路的电解电容器里，仍有可能充有残留高压。

（3）必须等待和确认放净电容器里的残留电压后，才可以进行操作。参考步骤：切断电源——等待5～10分钟，充电指示灯熄灭——用万用表测量直流滤波电容电压<36V——对变频器进行维修、检查。

（4）直接测量变频器输出电压时，必须使用整流式交流电压表。使用其他一般电压表或数字电压表测量高脉冲电压时，容易产生误动作或显示不准确。

6．2日常检查

    使用变频器时，应每天注意观察如下事项：

（1）安装环境是否还适合？

（2）冷却系统是否工作正常？

（3）周围振动情况如何?

（4）变频器及周围发热情况如何?

6．3定期检查内容

（1）是否受环境影响发生螺丝松动或锈蚀现象？若有则立即拧紧或更换。

（2）变频器内部或散热板上是否落入异物？若有则立即用压缩空气吹掉异物。

（3）变频器印刷电路板上各插件是否良好接触？认真确认各插件连接情况。

（4）冷却风扇、电解电容器、接触器等性能是否良好？及时调换不良品。

表1  变频器主要易损件及维修

以上所列主要部件的使用寿命为变频器在额定状态下连续运行时的数据，由于使用环境不同，实际使用寿命有可能还要短一些。

7总结