變頻器知識(shí)大全：基礎(chǔ)篇

　　安裝環(huán)境

　　變頻器屬于電子器件裝置，在其規(guī)格書中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下，若確實(shí)無法滿足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，對(duì)于振動(dòng)沖擊較大的場合，應(yīng)采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應(yīng)對(duì)控制板進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。

　　除上述3點(diǎn)外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇也是非常必要的。對(duì)于特殊的高寒場合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應(yīng)采取設(shè)置空間加熱器等必要措施。

　　電源異常

　　電源異常表現(xiàn)為各種形式，但大致分以下3種，即缺相、低電壓、停電，有時(shí)也出現(xiàn)它們的混和形式。這些異?，F(xiàn)象的主要原因多半是輸電線路因風(fēng)、雪、雷擊造成的，有時(shí)也因?yàn)橥还╇娤到y(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)對(duì)地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節(jié)有很大差異。除電壓波動(dòng)外，有些電網(wǎng)或自行發(fā)電單位，也會(huì)出現(xiàn)頻率波動(dòng)，并且這些現(xiàn)象有時(shí)在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)變頻器供電電源也提出相應(yīng)要求。

　　如果附近有直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電磁爐等設(shè)備，為防止這些設(shè)備投入時(shí)造成的電壓降低，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響；對(duì)于要求瞬時(shí)停電后仍能繼續(xù)運(yùn)行的場合，除選擇合適價(jià)格的變頻器外，還因預(yù)先考慮負(fù)載電機(jī)的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補(bǔ)償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過速度追蹤和測速電機(jī)的檢測來防止在加速中的過電流；對(duì)于要求必須量需運(yùn)行的設(shè)備，要對(duì)變頻器加裝自動(dòng)切換的不停電電源裝置。

　　二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器，雖然在缺相狀態(tài)也能繼續(xù)工作，但整流器中個(gè)別器件電流過大及電容器的脈沖電流過大，若長期運(yùn)行將對(duì)變頻器的壽命及可靠性造成不良影響，應(yīng)及早檢查處理。

　　雷擊、感應(yīng)雷電

　　雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時(shí)也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時(shí)，短路器開閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開時(shí)，通過耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。

　　為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時(shí)，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制時(shí)序上保證真空斷路器動(dòng)作前先將變頻器斷開。

　　過去的晶體管變頻器主要有以下缺點(diǎn)：容易跳閘、不容易再起動(dòng)、過負(fù)載能力低。由于IGBT及CPU的迅速發(fā)展，變頻器內(nèi)部增加了完善的自診斷及故障防范功能，大幅度提高了變頻器的可靠性。

　　如果使用矢量控制變頻器中的“全領(lǐng)域自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能”，其中“起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足”、“環(huán)境條件變化造成出力下降”等故障原因，將得到很好的克服。該功能是利用變頻器內(nèi)部的微型計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻所需要的轉(zhuǎn)矩，迅速對(duì)輸出電壓進(jìn)行修正和補(bǔ)償，以抵消因外部條件變化而造成的變頻器輸出轉(zhuǎn)矩變化。

　　此外，由于變頻器的軟件開發(fā)更加完善，可以預(yù)先在變頻器的內(nèi)部設(shè)置各種故障防止措施，并使故障化解后仍能保持繼續(xù)運(yùn)行，例如：對(duì)自由停車過程中的電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)；對(duì)內(nèi)部故障自動(dòng)復(fù)位并保持連續(xù)運(yùn)行；負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大時(shí)能自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行曲線，避免Trip；能夠?qū)C(jī)械系統(tǒng)的異常轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測。

　　變頻器對(duì)周邊設(shè)備的影響及故障防范

　　變頻器的安裝使用也將對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至導(dǎo)致其他設(shè)備故障。因此，對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析探討，并研究應(yīng)該采取哪些措施時(shí)非常必要的。

　　電源高次諧波

　　由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運(yùn)行時(shí)在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，通常采用以下處理措施：采用專用變壓器對(duì)變頻器供電，與其它供電系統(tǒng)分離；在變頻器輸入側(cè)加裝濾波電抗器或多種整流橋回路，降低高次諧波分量，對(duì)于有進(jìn)相電容器的場合因高次諧波電流將電容電流增加造成發(fā)熱嚴(yán)重，必須在電容前串接電抗器，以減小諧波分量，對(duì)電抗器的電感應(yīng)合理分析計(jì)算，避免形成LC振蕩。

　　電動(dòng)機(jī)溫度過高及運(yùn)行范圍

　　對(duì)于現(xiàn)有電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造時(shí)，由于自冷電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)冷卻能力下降造成電機(jī)過熱。此外，因?yàn)樽冾l器輸出波形中所含有的高次諧波勢必增加電機(jī)的鐵損和銅損，因此在確認(rèn)電機(jī)的負(fù)載狀態(tài)和運(yùn)行范圍之后，采取以下的相應(yīng)措施：對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)冷通風(fēng)或提高電機(jī)規(guī)格等級(jí)；更換變頻專用電機(jī)；限定運(yùn)行范圍，避開低速區(qū)。

　　振動(dòng)、噪聲

　　振動(dòng)通常是由于電機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩及機(jī)械系統(tǒng)的共振引起的，特別是當(dāng)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械共振電恰好一致時(shí)更為嚴(yán)重。噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動(dòng)機(jī)噪聲，對(duì)于不同的安裝場所應(yīng)采取不同的處理措施：變頻器在調(diào)試過程中，在保證控制精度的前提下，應(yīng)盡量減小脈沖轉(zhuǎn)矩成分；調(diào)試確認(rèn)機(jī)械共振點(diǎn)，利用變頻器的頻率屏蔽功能，使這些共振點(diǎn)排除在運(yùn)行范圍之外；由于變頻器噪聲主要有冷卻風(fēng)扇機(jī)電抗器產(chǎn)生，因選用低噪聲器件；在電動(dòng)機(jī)與變頻器之間合理設(shè)置交流電抗器，減小因PWM調(diào)制方式造成的高次諧波。

　　高頻開關(guān)形成尖峰電壓對(duì)電機(jī)絕緣不利

　　在變頻器的輸出電壓中，含有高頻尖峰浪用電壓。這些高次諧波沖擊電壓將會(huì)降低電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度，尤其以PWM控制型變頻器更為明顯，應(yīng)采取以下措施：盡量縮短變頻器到電機(jī)的配線距離；采用阻斷二極管的浪涌電壓吸收裝置，對(duì)變頻器輸出電壓進(jìn)行處理；對(duì)PWM型變頻器應(yīng)盡量在電機(jī)輸入側(cè)加濾波器。

　　變頻器技術(shù)發(fā)展方向預(yù)測

　　變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器。當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動(dòng)的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。

　　隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實(shí)現(xiàn)變頻器的進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響；二要看對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)；三要看本身的能量損耗如何。這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發(fā)展趨勢：

　　主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化；開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。

　　變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面。變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對(duì)低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對(duì)中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對(duì)低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對(duì)中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對(duì)于四象限運(yùn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，同時(shí)出現(xiàn)了功率可雙向流動(dòng)的雙PWM變頻器，對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，減少對(duì)電網(wǎng)的公害。

　　脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。