變頻器的分類

1、任務(wù)2 變頻器的分類任務(wù)引入變頻器的種類很多，分類方法也很多。通過(guò)對(duì)變頻器分類方法的熟悉，達(dá)到對(duì)變頻器一個(gè)整體的了解。任務(wù)目標(biāo)1了解主流變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2熟悉變頻器的分類。相關(guān)知識(shí)1交-直-交變頻器交-直-交電壓型變頻器是通用變頻器的主要形式。圖2-3所示為電壓型交-直-交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)。圖2-3 電壓型交-直-交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)1）交-直部分（1）整流電路。整流電路由VD1VD6組成三相不可控整流橋，它們將電源的三相交流全波整流成直流。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。小功率的變頻器，其輸入電源多用單相220V，整流電路為單相全波整流橋；功率較大的變頻器則一般用三相380

2、V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。設(shè)電源的線電壓為UL，那么三相全波整流后平均直流電壓UD=1.35UL=1.35×380V=513V。（2）濾波電容器CF。整流電路輸出的整流電壓是脈動(dòng)的直流電壓，必須加以濾波。濾波電容CF的作用是：除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器之間起去耦作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無(wú)功功率。因而，中間直流電路電容器的電容量必須較大，起到儲(chǔ)能作用，所以中間直流電路的電容器又稱儲(chǔ)能電容器。（3）限流電阻RL與開(kāi)關(guān)SL。由于儲(chǔ)能電容大，同時(shí)在接入電源時(shí)電容器兩端的電壓為零，故當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器CF的

3、充電電流是很大的。過(guò)大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二極管損壞。為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時(shí)間里，電路內(nèi)串入限流電阻，其作用是將電容器CF的充電電流限制到允許的范圍以內(nèi)。開(kāi)關(guān)SL的功能是：當(dāng)CF充電到一定程度后令SL接通，將RL短路掉。（4）電源指示燈HL。HL除了表示電源是否接通以外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后顯示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以CF沒(méi)有快速放電的回路，其放電時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。又由于CF上的電壓較高，如電荷不放完，在維修變頻器時(shí)將對(duì)人身安全構(gòu)成威脅，所以HL完全

4、熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。2）直-交部分（1）逆變管V1V6。V1V6組成逆變橋，把VD1VD6整流后的直流電再“逆變”成頻率、幅值都可調(diào)的交流電。這是變頻器實(shí)現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。當(dāng)前常用的逆變管有絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、大功率晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）及功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）等。（2）續(xù)流二極管VD7VD12。續(xù)流二極管VD7VD12的主要功能有：電動(dòng)機(jī)的繞組是感性的，其電流具有無(wú)功分量，VD7VD12為無(wú)功電流返回直流電源提供“通道”。當(dāng)頻率下降、電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再生電流將通過(guò)VD7VD12返回直流電路。V1V6進(jìn)行逆

5、變的基本工作過(guò)程：同一橋臂的兩個(gè)逆變管處于不停的交替導(dǎo)通和截止的狀態(tài)，在這交替導(dǎo)通和截止的換相過(guò)程中，也不時(shí)地需要VD7VD12提供通路。（3）緩沖電路。在不同型號(hào)的變頻器中，緩沖電路的結(jié)構(gòu)也不盡相同。圖2-3所示是比較典型的一種，其功能如下所示。逆變管V1V6每次有導(dǎo)通狀態(tài)切換成截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極（C極）和發(fā)射極（E極）間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至直流電壓值UD。這過(guò)高的電壓增長(zhǎng)率將導(dǎo)致逆變管的損壞，因此，C01C06的功能便是降低V1V6在每次關(guān)斷時(shí)的電壓增長(zhǎng)率。V1V6每次有截止?fàn)顟B(tài)切換成導(dǎo)通狀態(tài)的接通瞬間，C01C06上所充的電壓（等于UD）將向V1V6放電。此放

6、電電流的初始值將是很大的，并且將疊加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致V1V6的損壞。因此，R01R06的功能是限制逆變管在接通瞬間C01C06的放電電流。R01R06的接入又會(huì)影響C01C06在V1V6關(guān)斷時(shí)降低電壓增長(zhǎng)率的效果。VD01VD06接入后，在V1V6的關(guān)斷過(guò)程中使R01R06不起作用；而在V1V6的接通過(guò)程中，又迫使C01C06的放電電流流經(jīng)R01R06。3）制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元（1）制動(dòng)電阻RB。電動(dòng)機(jī)在工作頻率下降過(guò)程中，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將超過(guò)此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要反饋的直流電路中，使直流電壓UD不斷上升，甚至可能達(dá)到危險(xiǎn)的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消

7、耗掉，使UD保持在允許范圍內(nèi)，制動(dòng)電阻RB就是用來(lái)消耗這部分能量的。（2）制動(dòng)單元VB。制動(dòng)單元VB由大功率晶體管GTR及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是控制流經(jīng)RB的放電電流IB。2交-交變頻器交-交變頻器又稱直接變頻裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。（a） （b）圖2-6 交-交變頻器單相電路及方波電壓波形（a）電路原理圖 （b）方波電壓波形它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)就可以把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源變換成VVVF電源，因此稱之為直接變頻器，或稱交-交變頻器。常用的交-交變頻器輸出的每一相都是一個(gè)兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，見(jiàn)圖2-6（a）所示。正反向兩組按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出

8、電壓u0。u0的幅值取決于各組整流裝置的控制角，u0的頻率取決于兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓就是方波，如圖2-6（b）所示。以上只是分析了交-交變頻器的單相輸出，對(duì)于三相負(fù)載，其它兩相也各用一套反并聯(lián)的可逆線路，輸出平均電壓相位依次相差1200。這樣，如果每個(gè)整流器都用橋式電路，三相交-交變頻器需用三套反并聯(lián)橋式線路，共需36個(gè)晶閘管。如圖2-7所示，使用多繞組整流變壓器是因?yàn)槿嘀g有星形聯(lián)接，需要隔斷相間的短路環(huán)流。這個(gè)電路因?yàn)闊o(wú)環(huán)流運(yùn)行，必須保證電流嚴(yán)格過(guò)零才能觸發(fā)反組工作，為可靠起見(jiàn)需要一個(gè)死區(qū)，因此最高輸出頻率大約允許在15Hz以下。如果采用有環(huán)流運(yùn)行，

9、則需要加裝6只環(huán)流電抗器，輸出頻率可以提高到2025Hz，再高則波形的畸變就嚴(yán)重了。圖2-7 六脈沖無(wú)環(huán)流交-交變頻器主電路交-交變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，但所用器件的數(shù)量更多，總設(shè)備投資巨大。交-交變頻器的最大輸出頻率為30Hz，使其應(yīng)用受到限制，一般只用于低速度、大容量的調(diào)速系統(tǒng)，例如軋鋼機(jī)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等。根據(jù)輸出電壓波形的不同，交-交變頻器克分為1200導(dǎo)通型的方波電流源變頻器和1800導(dǎo)通型的正弦波電壓源變頻器。交-交變頻器與交-直-交變頻器的性能比較如表2-1所示。表2-1 交-交變頻器與交-直-交變頻器的性能比較 類別比較項(xiàng)目交-直-交變頻器交

10、-交變頻器換能形式兩次換能，效率略低一次換能，效率較高換流方式強(qiáng)迫換流或負(fù)載諧振換流電源電壓換流裝置元器件數(shù)量元器件數(shù)量較少元器件數(shù)量較多調(diào)頻范圍頻率調(diào)節(jié)范圍寬一般情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)頻率的1/31/2電網(wǎng)功率因素用可控整流調(diào)壓時(shí)，功率因素在低壓時(shí)較低；用斬波器或PWM方式調(diào)壓時(shí)，功率因素高較低適用場(chǎng)合可用于各種電力拖動(dòng)裝置、穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源和不停電電源特別適用于低速大功率拖動(dòng)知識(shí)拓展變頻器的分類方法很多，下面簡(jiǎn)單介紹幾種主要的分類方法。1按變換環(huán)節(jié)分類1）交-交變頻器交-交變頻器的原理圖如圖2-6（a）所示。其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，變換效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍較窄，輸出頻率一般只有

11、額定頻率的1/2以下，電網(wǎng)功率因素較低，主要應(yīng)用于低速大功率的拖動(dòng)系統(tǒng)。2）交-直-交變頻器交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示。主要由整流電路、中間直流環(huán)節(jié)和逆變電路三部分組成。交-直-交變頻器按中間環(huán)節(jié)的濾波方式又可分為電壓型變頻器和電流型變頻器。（1）電壓型變頻器。電壓型變頻器的主電路典型結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。在電路中，中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，直流電壓波形比較平直，使施加于負(fù)載上的電壓值基本上不受負(fù)載的影響，基本保持恒定，類似于電壓源，因而稱之為電壓型變頻器。（2）電流型變頻器。電流型變頻器與電壓型變頻器在主電路結(jié)構(gòu)上基本相似，不同的是電流型變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，

12、如圖2-15所示，直流電流波形比較平直，使施加于負(fù)載上的電流基本不受負(fù)載的影響，其特性類似于電流源，所以稱之為電流型變頻器。圖2-14 電壓型變頻器主電路結(jié)構(gòu) 圖2-15 電流型變頻器主電路結(jié)構(gòu)2按逆變器開(kāi)關(guān)方式分類1）PAM(脈沖振幅調(diào)制)它是通過(guò)調(diào)節(jié)輸出脈沖的幅值來(lái)進(jìn)行輸出控制的一種方式。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，整流器部分負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電壓或電流，逆變器部分負(fù)責(zé)調(diào)頻。2）PWM(脈寬調(diào)制)它是通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻器輸出電壓的調(diào)節(jié)，因此，逆變器部分需要同時(shí)進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)頻。目前，普遍應(yīng)用的是脈寬按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制方式，即SPWM方式。3按逆變器控制方式分類1）控制變頻器控制是同時(shí)控制變

13、頻器輸出電壓和頻率，通過(guò)保持比值恒定，使得電動(dòng)機(jī)的主磁通不變，在基頻以下實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。它是一種轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路簡(jiǎn)單，多應(yīng)用于精度要求不高的場(chǎng)合。2）矢量控制變頻器矢量控制變頻器主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。模仿自然解耦的直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。3）直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器是一種新型的變頻器。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理。該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法。4按變頻器的用途分類1）通用變頻器通用變頻器其特點(diǎn)

14、是通用性，是變頻器家族中應(yīng)用最為廣泛的一種。通用變頻器主要包含兩大類：節(jié)能型變頻器和高性能通用變頻器。（1）節(jié)能型變頻器。是一種以節(jié)能為主要目的而簡(jiǎn)化了其他一些系統(tǒng)功能的通用變頻器，控制方式比較單一，一般為控制，主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，具有體積小、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)。（2）高性能通用變頻器。是一種在設(shè)計(jì)中充分考慮了變頻器應(yīng)用時(shí)可能出現(xiàn)的各種需要，并為這種需要在系統(tǒng)軟件和硬件方面都做了相應(yīng)的準(zhǔn)備，使其具有較豐富的功能。如：PID調(diào)節(jié)、PG閉環(huán)速度控制等。高性能通用變頻器除了可以應(yīng)用于節(jié)能型變頻器的所有應(yīng)用領(lǐng)域之外，還廣泛用于電梯、數(shù)控機(jī)床等調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合。2）專業(yè)變頻器是

15、一種針對(duì)某一種特定的應(yīng)用場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的變頻器，為滿足某種需要，這種變頻器在某一方面具有較為優(yōu)良的性能。如電梯及起重機(jī)用變頻器等，還包括一些高頻、大容量、高壓等變頻器。項(xiàng)目4 變頻器的使用與維護(hù)任務(wù)1 變頻器的安裝任務(wù)引入正確安裝變頻器是合理使用變頻器的基礎(chǔ)。因此，要了解變頻器的安裝環(huán)境、安裝方式及安裝規(guī)范。各種系列的變頻器都有其標(biāo)準(zhǔn)的接線方式，這些接線規(guī)定與變頻器功能的充分發(fā)揮有緊密的關(guān)系，用戶應(yīng)該熟悉變頻器的接線方式，并嚴(yán)格按照規(guī)定接線。任務(wù)目標(biāo)1了解變頻器安裝使用環(huán)境要求。2了解變頻器的發(fā)熱與散熱。3掌握變頻器安裝與接線。4了解變頻器的接地。相關(guān)知識(shí)1. 變頻器安裝使用環(huán)境要求變頻器是全晶體

16、管設(shè)備，屬于精密儀器。為了確保變頻器能長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定地工作，發(fā)揮其應(yīng)有的性能，必須確保變頻器的運(yùn)行環(huán)境滿足其所規(guī)定的要求。變頻器最好安裝在室內(nèi)，避免陽(yáng)光直接照射，如果必須安裝在室外，則要加裝防雨水、防冰雹、防霧和防高溫、低溫的裝置。如要在我國(guó)東北地區(qū)的室外安裝變頻器時(shí)，一定要考慮冬天的加熱，若變頻器是斷續(xù)運(yùn)行，應(yīng)該用恒溫裝置保持環(huán)境為恒溫；若變頻器長(zhǎng)期運(yùn)行，則恒溫裝置應(yīng)待機(jī)運(yùn)行。如果在南方比較潮濕的地區(qū)使用變頻器，必要時(shí)需要加裝除濕器；在野外運(yùn)行的變頻器還要加設(shè)避雷器，以免遭雷擊。要求所安裝的墻壁不受振動(dòng)，在不加裝控制柜時(shí)，要求變頻器安裝在牢固的墻壁上，墻面材料應(yīng)為鋼板或其他非易燃的堅(jiān)固材料

17、。變頻器長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的周圍條件如下所述。1）安裝設(shè)置場(chǎng)所的要求條件（1）結(jié)構(gòu)房或電氣室應(yīng)濕氣少，無(wú)水浸。（2）無(wú)爆炸性、燃燒性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少。（3）變頻裝置容易搬入安裝，并有足夠的空間便于維修檢查。（4）應(yīng)備有通風(fēng)口或換氣裝置，以排出變頻器產(chǎn)生的熱量。（5）應(yīng)與易受變頻器產(chǎn)生的高次諧波干擾和無(wú)線電干擾的裝置分離。（6）若安裝在室外，須單獨(dú)按照戶外配電裝置設(shè)置。2）周圍溫度條件變頻器周圍溫度是指變頻器端面附近的溫度，運(yùn)行中周圍溫度的容許值多為040或-1050，避免陽(yáng)光直射。（1）安裝環(huán)境上限溫度。單元型變頻器安裝柜使用時(shí)，要注意變頻器柜體的通風(fēng)性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，變頻器運(yùn)行時(shí)，安裝柜內(nèi)的

18、溫度將比周圍環(huán)境溫度高出10左右，所以上限溫度多定為50。全封閉結(jié)構(gòu)、上限溫度為40的壁掛型變頻器裝入安裝柜使用時(shí)，為了減少溫升，可以裝設(shè)廠家選用件，如裝設(shè)通風(fēng)板或者取掉單元外罩等。（2）安裝環(huán)境下限溫度。在不發(fā)生凍結(jié)的前提條件下，變頻器周圍溫度下限值多為0或-10。3）周圍濕度條件變頻器要注意防止水或水蒸氣直接進(jìn)入變頻器內(nèi)，以免引起漏電，甚至打火，擊穿。周圍濕度過(guò)高，會(huì)使電氣絕緣降低，金屬部分腐蝕，因此，周圍濕度的推薦值為40%80%。另外，變頻器柜安裝平面應(yīng)高出水平地面800mm以上。如果受安裝場(chǎng)所的限制，變頻器不得已安裝在濕度高的場(chǎng)所，變頻器的柜體應(yīng)盡量采用密封結(jié)構(gòu)。為防止變頻器停止時(shí)結(jié)

19、露，有時(shí)裝置需加對(duì)流加熱器。4）周圍氣體條件變頻器在室內(nèi)安裝時(shí)，其周圍不應(yīng)有腐蝕性、易燃、易爆的氣體以及粉塵和油霧。如有腐蝕性氣體時(shí)，很容易使金屬部分產(chǎn)生銹蝕，影響變頻器的長(zhǎng)期運(yùn)行。有易燃、易爆的氣體時(shí)，由于開(kāi)關(guān)、繼電器等在電流通斷過(guò)程中產(chǎn)生電火花而引燃、引爆氣體，發(fā)生事故。另外，還要選擇粉塵和油霧少的設(shè)置場(chǎng)所，以保證變頻器安全運(yùn)行。如果變頻器周圍存在粉塵和油霧時(shí)，這些氣體在變頻器內(nèi)附著、堆積將導(dǎo)致絕緣降低；對(duì)于強(qiáng)迫風(fēng)冷的變頻器，由于過(guò)濾器堵塞將引起變頻器內(nèi)溫度異常上升，致使變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行。5）海拔條件變頻器的安裝場(chǎng)所一般在海拔1000m以下，超高則氣壓降低，容易使絕緣破壞。對(duì)于進(jìn)口變頻器

20、，一般絕緣耐壓以海拔1000m為基準(zhǔn)，在1500m降低5%，在3000m降低20%。另外，海拔越高，冷卻效果下降越多，因此必須注意溫升。6）振動(dòng)條件變頻器的耐振性因機(jī)種的不同而不同，振動(dòng)超過(guò)變頻器的容許值時(shí)，將產(chǎn)生部件緊固部分松動(dòng)以及繼電器和接觸器等的可動(dòng)部分的器件誤動(dòng)作，往往導(dǎo)致變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行。因此，設(shè)置場(chǎng)所的振動(dòng)加速度多被限制在（0.30.6）g以下（即振動(dòng)強(qiáng)度，5.9m/s2）。對(duì)于機(jī)床、船舶等事先能預(yù)測(cè)振動(dòng)的場(chǎng)合，必須選擇有耐振措施的機(jī)種。也可以采取一些防振措施，如加裝隔振器或采用防振橡膠等。另外，在有振動(dòng)的場(chǎng)所安裝變頻器，必須定期進(jìn)行檢查和加固。2 變頻器的發(fā)熱與散熱變頻器的效率

21、一般為9798%，這就是說(shuō)大約有23%的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。變頻器在工作時(shí)，其散熱片的溫度可達(dá)90，故安裝底板與背面必須為耐熱材料，還要保證不會(huì)有雜物進(jìn)入變頻器，以免造成短路或更大的故障。幾種常用的安裝方式如圖4-1所示。圖4-1 變頻器的幾種常用安裝方式 (a) 橫排式 (b) 變頻器散熱片露在盤外冷卻安裝 (c) 變頻器散熱片露在盤內(nèi)冷卻安裝對(duì)于非水冷卻的變頻器，在安裝空間上，要保證變頻器與周圍墻壁留有15cm的距離，有通暢的氣流通道，如圖4-2所示。圖4-2 變頻器的安裝示意圖(a) 立式安裝 (b) 掛式安裝很多生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)將變頻器安裝于電氣安裝柜內(nèi)，這時(shí)應(yīng)注意散熱問(wèn)題。變頻器的最高允許溫度為

22、Ti50，如果安裝柜的周圍溫度Ta40（max），則必須使柜內(nèi)溫升在TiTa10以下。關(guān)于散熱問(wèn)題有以下兩種情況：1）電氣柜如果不采用強(qiáng)制換氣，變頻器發(fā)出的熱量經(jīng)過(guò)電氣柜內(nèi)部的空氣，由柜表面自然散熱，這時(shí)散熱所需要的電氣柜有效表面積A用下式計(jì)算 （4-1）式中 Q安裝柜總發(fā)熱量，W。 h傳熱系數(shù)（散熱系數(shù)）。 A安裝柜有效散熱面積，去掉靠近地面、墻壁及其他影響散熱的面積，m2。 Ts電氣柜的表面溫度，。 Ta周圍溫度，一般最高時(shí)為40。2）設(shè)置換氣扇，采用強(qiáng)制換氣時(shí)，散熱效果更好，是盤面自然對(duì)流散熱無(wú)法達(dá)到的。換氣流量P可用式（4-2）計(jì)算，該式也可用于計(jì)算風(fēng)扇容量。 （4-2）式中 Q電氣柜

23、內(nèi)總發(fā)熱量，W。 空氣密度，kg/m3,50時(shí)=1.057 kg/m3。 C空氣的比熱容，C1.0kJ/（kg·K）。 P流量，m3/s。 T0排氣口的空氣溫度，一般取50。 Ta周圍溫度，即在給氣口的空氣溫度，一般取40。使用強(qiáng)制換氣時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）從外部吸入空氣的同時(shí)也會(huì)吸入塵埃，所以在吸入口應(yīng)設(shè)置空氣過(guò)濾器。在門扉部設(shè)置屏蔽墊，在電纜引入口設(shè)置精梳板，當(dāng)電纜引入后，就會(huì)自動(dòng)密封起來(lái)。（2）當(dāng)有空氣過(guò)濾時(shí)，如果吸入口的面積太小，則風(fēng)速增高，過(guò)濾器會(huì)在短時(shí)間里堵塞；而且壓力損失增高，會(huì)降低風(fēng)扇的換氣能力。由于電源電壓的波動(dòng)，有可能使風(fēng)扇的能力降低，應(yīng)該選定約有20%余量的

24、風(fēng)扇。（3）因?yàn)闊峥諝鈺?huì)從下往上流動(dòng)，所以最好選擇從安裝柜下部供給空氣、向上部排氣的結(jié)構(gòu)，如圖4-3（a）所示。（4）當(dāng)需要在鄰近并排安裝兩臺(tái)或多臺(tái)變頻器時(shí)，臺(tái)與臺(tái)之間必須留有足夠的距離。當(dāng)豎排安裝時(shí)，變頻器間距至少為50cm，變頻器之間應(yīng)加裝隔板，以增加上部變頻器的散熱效果，如圖4-3（b）所示。圖4-3 安裝柜強(qiáng)制換氣安裝圖(a) 單臺(tái)安裝 (b) 多臺(tái)安裝3變頻器的安裝與接線1）安裝柜的設(shè)計(jì)及選擇變頻器安裝柜的設(shè)計(jì)是正確使用變頻器的重要環(huán)節(jié)，考慮到柜內(nèi)溫度的增加，不得將變頻器存放于密封的小盒之中或在其周圍堆置零件、熱源等。柜內(nèi)的溫度應(yīng)保持不超過(guò)50。在柜內(nèi)安裝冷卻（通風(fēng)）扇時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)成冷

25、卻空氣能通過(guò)熱源部分。如變頻器和風(fēng)扇安裝位置不正確，會(huì)導(dǎo)致變頻器周圍的溫度超過(guò)規(guī)定數(shù)值?？傊?，要計(jì)算柜內(nèi)所有電氣裝置的運(yùn)行功率和散熱功率、最大承受溫度，綜合考慮后得出柜子的體積、柜體材料、散熱方式、換流形式等。變頻器安裝柜的設(shè)計(jì)形式大致分為開(kāi)式和閉式兩種，其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表4-1，機(jī)柜安裝處的周圍條件（溫度、濕度、粉塵、有腐蝕性氣體、易燃易爆氣體等）決定了機(jī)柜所應(yīng)達(dá)到的保護(hù)等級(jí)IP××。表4-1 安裝柜設(shè)計(jì)形式的對(duì)比柜機(jī)形式開(kāi)式機(jī)柜閉式機(jī)柜通風(fēng)方式自然式通風(fēng)增強(qiáng)型自然通風(fēng)自然式通風(fēng)使用風(fēng)扇，增強(qiáng)內(nèi)循環(huán)，外部自然通風(fēng)使用熱交換器作強(qiáng)制循環(huán)，內(nèi)外流動(dòng)空氣效果主要通過(guò)自然對(duì)流進(jìn)行散

26、熱，機(jī)柜壁也有一點(diǎn)散熱作用通過(guò)加裝風(fēng)扇提高空氣的流動(dòng)，增強(qiáng)散熱效果只能通過(guò)機(jī)柜壁散熱，柜內(nèi)只允許有較低的功率消耗。在機(jī)柜內(nèi)常發(fā)生熱集聚現(xiàn)象只能通過(guò)機(jī)柜壁散熱，內(nèi)部空氣的強(qiáng)制流動(dòng)改善了散熱條件，并防止了熱集聚現(xiàn)象通過(guò)內(nèi)部的熱空氣和外部的冷空氣的交換來(lái)散熱，這就增大了熱交換的有效面積。此外，強(qiáng)制性的內(nèi)外循環(huán)可帶出更多的熱量保護(hù)級(jí)別IP20IP20IP54IP54IP54柜內(nèi)允許消耗的典型功率(條件：機(jī)柜尺寸，600mm×600mm×2000mm；機(jī)柜的內(nèi)外溫差為20，如果溫差不超過(guò)20，可參考機(jī)柜制造廠家提供的機(jī)柜溫度特性)最高700W最高2700W(在帶一個(gè)小型過(guò)濾器時(shí)為14

27、00W)最高260W最高360W最高1700W安裝柜內(nèi)允許消耗的功率取決于機(jī)柜的類型、機(jī)柜周圍環(huán)境的溫度和機(jī)柜內(nèi)各設(shè)備的布局。圖4-4所示為機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的功率消耗與周圍最高溫度之間的關(guān)系曲線。圖中的曲線、對(duì)應(yīng)的安裝柜類型分別如下：（1）曲線，對(duì)應(yīng)具有熱交換器的閉式機(jī)柜，熱交換器的尺寸為920mm×460mm×111mm。（2）曲線，對(duì)應(yīng)通過(guò)自然對(duì)流通風(fēng)的機(jī)柜。（3）曲線，對(duì)應(yīng)通過(guò)風(fēng)扇作強(qiáng)制循環(huán)和自然通風(fēng)的閉式機(jī)柜。圖4-4 柜內(nèi)功耗與周圍最高溫度關(guān)系曲線表4-2列出了變頻器安裝柜的參考尺寸，安裝條件為安裝柜的溫升為10，周圍溫度為40。表4-2 變頻器安裝柜參考尺寸變頻器裝置

28、損耗(額定時(shí))(W)密封型概略尺寸(mm)風(fēng)扇冷卻概略尺寸(mm)電壓(V)容量(kW)寬深高寬深高200/2200.4624002507000.7511840040011001.516950040016002.219060040016003.7273100040016005.54201300400210060040012007.552515004002300400/4400.751024004001.513040040014002.215060040016003.519560040016005.529070060019007.538510006001900600400120011580160

29、0600210060060016001579022006002300600600160022116025001000230060060019003014703500100023007006002100371700400010002300700600210045194040001000230070060021005522004000100023007006002100753000800550190011043008005501900150580090055021002208700100055023002）變頻器與電動(dòng)機(jī)的距離在使用現(xiàn)場(chǎng)，變頻器與電動(dòng)機(jī)安裝的距離可以分為三種情況：遠(yuǎn)距離、中距離和近

30、距離。100m以上為遠(yuǎn)距離；20100m為中距離；20m以內(nèi)為近距離。變頻器在運(yùn)行中，其輸出端電壓波形中含有大量諧波成分，這些諧波將產(chǎn)生極大的負(fù)作用，影響變頻器系統(tǒng)的功能。變頻器的安裝位置及變頻器與電動(dòng)機(jī)的連接距離恰當(dāng)，可減小諧波的影響。遠(yuǎn)距離的連接會(huì)在電動(dòng)機(jī)的繞組兩端產(chǎn)生浪涌電壓，疊加的浪涌電壓會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組的電流增大，電動(dòng)機(jī)的溫度升高，繞組絕緣損壞。因此，希望變頻器盡量安裝在被控電動(dòng)機(jī)的附近，但在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，變頻器和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有一定的距離，如果變頻器和電動(dòng)機(jī)之間的距離在20100m，需要調(diào)整變頻器的載波頻率來(lái)減少諧波和干擾；而當(dāng)變頻器和電動(dòng)機(jī)之間的連接距離在100m以上時(shí)，不但要適度

31、降低載波頻率，還要加裝浪涌電壓抑制器或輸出用交流電抗器。不同型號(hào)的變頻器在這方面的性能有所不同。在集散控制系統(tǒng)中，由于變頻器的高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)的電磁輻射會(huì)對(duì)電子控制信號(hào)產(chǎn)生干擾，因此，常常把大型變頻器放到中心控制室內(nèi)。而大多數(shù)中、小容量的變頻器則安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，這時(shí)可采用RS485串行通信方式連接。若還要加長(zhǎng)距離，可以利用通信中繼器，可達(dá)1km。如果采用光纖連接器，可以達(dá)到23km。采用通信電纜連接，可以很方便地構(gòu)成多級(jí)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主/從和同步控制等要求。當(dāng)前，較為流行的是現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，比較典型的現(xiàn)場(chǎng)總線有ProfiBus、LonWonks、FF等，其最大特點(diǎn)是用數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，模

32、擬現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜被高容量的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)取代，從而使數(shù)據(jù)傳輸速度大大提高，實(shí)現(xiàn)控制徹底分散化，這種分散有利于縮短變頻器到電動(dòng)機(jī)之間的距離，使系統(tǒng)布局更加合理。3）變頻器主電路接線一般型號(hào)的變頻器主電路接線應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）在電源和變頻器的輸入側(cè)應(yīng)安裝一個(gè)接地漏電保護(hù)的斷路器，它對(duì)變頻電流比較敏感。還要加裝一個(gè)斷路器和交流電磁接觸器，斷路器本身帶有過(guò)電流保護(hù)功能，并且能自動(dòng)復(fù)位，在故障條件下可以用手動(dòng)來(lái)操作。交流電磁接觸器由觸點(diǎn)輸入控制，可以連接變頻器的故障輸出和電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)繼電器的輸出，從而在故障時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)從輸入側(cè)切斷電源，實(shí)現(xiàn)及時(shí)保護(hù)。如果交流電磁接觸器和漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)同時(shí)出現(xiàn)故障，斷路器

33、也能提供可靠的保護(hù)。（2）應(yīng)在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間加裝熱繼電器，用變頻器拖動(dòng)大功率電動(dòng)機(jī)時(shí)尤為需要。雖然變頻器內(nèi)部帶有熱保護(hù)功能，但可能還不夠保護(hù)外部電動(dòng)機(jī)。由于用戶選擇變頻器的容量往往大于電動(dòng)機(jī)的額定容量，當(dāng)用戶設(shè)定的保護(hù)值不佳時(shí)，變頻器在電動(dòng)機(jī)燒毀之前可能還沒(méi)來(lái)得及動(dòng)作；或者變頻器保護(hù)失靈時(shí)，電動(dòng)機(jī)就需要外部熱繼電器提供保護(hù)。尤其是在驅(qū)動(dòng)一些舊電動(dòng)機(jī)時(shí)，還要考慮到生銹、老化帶來(lái)的負(fù)載能力降低等問(wèn)題。綜合這些因素，外部熱繼電器可以很直觀、便捷地設(shè)定保護(hù)值，特別是在有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或有工頻/變頻切換的系統(tǒng)中，熱繼電器的保護(hù)更加必要。（3）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的連接線太長(zhǎng)時(shí)，由于高次諧波的作用，會(huì)

34、使熱繼電器誤動(dòng)作。因此，需要在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間安裝交流電抗器或用電流傳感器配合繼電器作熱保護(hù)而代替熱繼電器。（4）為了增加傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，保護(hù)措施的設(shè)計(jì)原則一般是多重冗余，單一的保護(hù)設(shè)計(jì)雖然可以節(jié)省資金，但會(huì)降低系統(tǒng)的整體安全系數(shù)。對(duì)于主電路各端子的具體連接應(yīng)注意以下問(wèn)題： 主電路電源輸入端（L1/R、L2/S、L3/T）。主電路電源端子通過(guò)線路保護(hù)用斷路器和交流電磁接觸器連接到三相電源上，無(wú)需考慮連接相序。變頻器保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，使接觸器的主觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而及時(shí)切除電源，防止故障擴(kuò)大。不能采用主電路電源的開(kāi)/關(guān)方法來(lái)控制變頻器的運(yùn)行與停止，而應(yīng)使用變頻器本身的控制鍵來(lái)控制。還要注意變頻器的電

35、源三相與單相的區(qū)別，不能接錯(cuò)。 變頻器的輸出端子應(yīng)按正確相序連接到三相異步電動(dòng)機(jī)。如果電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)，則交換U、V、W中任意兩相接線。變頻器的輸出側(cè)一般不能安裝電磁接觸器，若必須安裝，則一定要注意滿足以下條件：變頻器若正在運(yùn)行中，嚴(yán)禁切換輸出側(cè)的電磁接觸器；要切換接觸器必須等到變頻器停止輸出后才可以。變頻器的輸出側(cè)不能連接電力電容器、浪涌抑制器和無(wú)線電噪聲濾波器，這將導(dǎo)致變頻器故障或電容器和浪涌抑制器的損壞。驅(qū)動(dòng)較大功率電動(dòng)機(jī)時(shí)，在變頻器輸出端與電動(dòng)機(jī)之間要加裝熱繼電器。主電路基本接線如圖4-5所示。圖4-5 主電路基本接線圖當(dāng)變頻器和電動(dòng)機(jī)之間的連接線很長(zhǎng)時(shí)，隨著變頻器輸出電纜的長(zhǎng)度增加

36、，其分布電容明顯增大，電線間的分布電容會(huì)產(chǎn)生較大的高頻電流，可能會(huì)導(dǎo)致變頻器過(guò)電流跳閘、漏電流增加、電流顯示精度變差等。因此，4kW以下的電動(dòng)機(jī)連線不要超過(guò)50m，5.5kW以上的不要超過(guò)100m。如果連線必須很長(zhǎng)，可使用外選件輸出電路濾波器（OFL濾波器）。由于變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的電壓降會(huì)隨導(dǎo)線距離長(zhǎng)度的增加而增加，特別是變頻器輸出頻率下降時(shí)，電壓也下降，在電流相等的情況下，線路的電壓降在輸出電壓中所占比例將上升，而電動(dòng)機(jī)得到的電壓的比例則下降，從而可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不足。所以，在選擇變頻器與電動(dòng)機(jī)之間導(dǎo)線的線徑時(shí)，最關(guān)鍵的因素是線路電壓降的影響。一般要求 （4-3）式中 UN電動(dòng)機(jī)的額定電

37、壓。的計(jì)算公式為 （4-4）式中 IMN電動(dòng)機(jī)的額定電流，A。 R0 單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的電阻，m/m。 L導(dǎo)線的長(zhǎng)度，m。實(shí)際進(jìn)行變頻器與電動(dòng)機(jī)之間連接時(shí)，須根據(jù)要求的距離計(jì)算出所需導(dǎo)線的R0值，從而選定合適線徑的導(dǎo)線。常用電動(dòng)機(jī)引出線的單位長(zhǎng)度電阻值見(jiàn)表4-3。表4-3 電動(dòng)機(jī)引出線的單位長(zhǎng)度電阻值標(biāo)稱截面積(mm2)1.01.52.54.06.010.01625.035.0R0(m/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.49設(shè)某電動(dòng)機(jī)的主要額定數(shù)據(jù)如下：PMN=30kW,UMN=380V，IMN=57.6A，nMN=1460r/min。變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的距離

38、為40m。要求在工作頻率為40Hz時(shí)，線路電壓降不超過(guò)2%。選擇線徑的方法如下：由式（4-3）允許的電壓降為由式（4-4）得則 R0=1.52m/m由表4-3可知，應(yīng)選擇截面積為16mm2的導(dǎo)線（材質(zhì)為銅）。 直流電抗器連接端子P1、P（）。這是為改善功率因數(shù)而設(shè)直流電抗器（選件）的連接端子，出廠時(shí)端子上連接有短路導(dǎo)體。使用直流電抗器時(shí)，先取掉此短路導(dǎo)體；不使用時(shí)，讓短路導(dǎo)體接在電抗器上（西門子MM440變頻器中是DC/R、B/DC兩個(gè)端子）。 外部制動(dòng)電阻連接端子P（）、DB。不同品牌的變頻器，外部制動(dòng)電阻的連接端子有所不同。對(duì)富士變頻器，G11S型7.5kW以下和P11S型11kW以下的變

39、頻器有這兩個(gè)端子。對(duì)前一種規(guī)格的變頻器，機(jī)器內(nèi)部裝有制動(dòng)電阻，且連接于P（）、DB端子上。如果內(nèi)裝的制動(dòng)電阻熱容量不足（當(dāng)高頻運(yùn)行或重力負(fù)載運(yùn)行時(shí)等）或?yàn)榱颂岣咧苿?dòng)力矩等，則必須外接制動(dòng)電阻（選件）。連接時(shí)，先從P（）、DB端子上卸下內(nèi)裝制動(dòng)電阻的連接線，并對(duì)其線端絕緣，然后將外部制動(dòng)電阻連接到變頻器的P（）、DB端子上。注意配線長(zhǎng)度應(yīng)小于5m，用雙絞線或雙線密繞并行配線。西門子MM440變頻器的外部制動(dòng)電阻的連接端子為B/DC和B，要求制動(dòng)電阻必須垂直安裝并緊固在隔熱的面板上。 變頻器接地端子（G）。為了安全和減少噪聲，變頻器的接地端子G（或PE）必須可靠接地。為了防止電擊和火災(zāi)事故，電氣設(shè)

40、備的金屬外殼和框架均應(yīng)按照國(guó)家要求設(shè)置。接地線要短而粗，變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極。4）變頻器控制電路的接線控制信號(hào)分為模擬量信號(hào)、頻率脈沖信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)三大類。對(duì)應(yīng)的模擬量控制主要包括輸入側(cè)的給定信號(hào)線和反饋信號(hào)線，輸出側(cè)的頻率信號(hào)線和電流信號(hào)線。開(kāi)關(guān)信號(hào)控制線有起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、多檔轉(zhuǎn)速控制等控制線。與主回路接線不同，控制線的選擇和配置要增加抗干擾措施。（1）輸入端的接線觸點(diǎn)或集電極開(kāi)路輸入端（與變頻器內(nèi)部線路隔離）的接線如圖4-6所示，圖中SD為公共端。圖4-6 輸入端的接線模擬信號(hào)輸入：主要包括輸入側(cè)的給定信號(hào)線和反饋信號(hào)線。模擬信號(hào)的抗干擾能力較低，因此必須使用屏蔽線。頻率設(shè)定電位器的接線

41、：頻率設(shè)定電位器必須根據(jù)其端子號(hào)進(jìn)行正確連接，如圖4-7所示，否則變頻器將不能正確工作。圖4-7 頻率設(shè)定電位器的接線（2）輸出端的接線I/O電纜長(zhǎng)度由于I/O端子的不同而受到限制，由于模擬輸入沒(méi)有隔離，因此頻率設(shè)定信號(hào)應(yīng)小心配線，且應(yīng)提供對(duì)應(yīng)測(cè)量，從而使配線最大限度地縮短，以使它們不受外部噪聲的影響。關(guān)于變頻器的接線，還應(yīng)注意以下問(wèn)題： 電線的種類。一般情況下，控制信號(hào)的傳送采用聚氯乙烯電線、聚氯乙烯護(hù)套屏蔽電線。 電纜的截面?？刂齐娎|導(dǎo)體的截面必須考慮機(jī)械強(qiáng)度、線路壓降及鋪設(shè)費(fèi)用等因素。推薦使用導(dǎo)體截面積為1.25mm2或2mm2的電纜。如果鋪設(shè)距離短，線路壓降在容許值以下時(shí)，使用0.75

42、mm2的電纜較為經(jīng)濟(jì)。 電纜的分離。變頻器的控制電纜與主回路電纜或其他電力電纜分開(kāi)鋪設(shè)，且盡量遠(yuǎn)離主電路100mm以上；盡量不和主電路電纜交叉，必須交叉時(shí)，應(yīng)采取垂直交叉的方式。 電纜的屏蔽。當(dāng)電纜不能分離或者即使分離也不會(huì)有抗干擾效果時(shí)，必須進(jìn)行有效的屏蔽。電纜的屏蔽可利用已接地的金屬管或金屬通道和帶屏蔽的電纜。屏蔽層靠近變頻器的一端，應(yīng)接控制電路的公共端（COM），而不要接到變頻器的地端（E）或大地，屏蔽層的另一端懸空，如圖4-8所示。 圖4-8 屏蔽線的接法 絞合電纜。信號(hào)電壓、電流回路（420mA，05V或15V）應(yīng)使用電纜。長(zhǎng)距離的控制回路電纜應(yīng)采用絞合線，且應(yīng)是屏蔽的鎧裝線，絞合線

43、的絞合間距應(yīng)盡可能小。 鋪設(shè)路線。由于電磁感應(yīng)干擾的大小與電纜的長(zhǎng)度成比例，所以應(yīng)盡可能以最短的路線鋪設(shè)。特別是與頻率表端子連接的電纜長(zhǎng)度應(yīng)在200m以下（電纜的容許長(zhǎng)度因機(jī)種不同而不同，可根據(jù)說(shuō)明書(shū)等確定）。鋪設(shè)距離越長(zhǎng)，頻率表的指示誤差越大。另外，大容量變壓器和電動(dòng)機(jī)的漏磁通會(huì)對(duì)控制電纜直接感應(yīng)，產(chǎn)生干擾，電纜線路要盡量遠(yuǎn)離這些設(shè)備。同時(shí)，信號(hào)電壓、電流回路使用的電纜，不要接近裝有很多斷路器和繼電器的控制柜。 大電感線圈的浪涌電壓吸收電路。接觸器、電磁繼電器的線圈及其他各類電磁鐵的線圈，都具有很大的電感。在與變頻器的控制端子連接時(shí)，在接通和斷開(kāi)的瞬間，由于電流的突變會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因而電路中會(huì)形成峰值很高的浪涌電壓，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部保護(hù)電路誤動(dòng)作。所以，在電感線圈的兩端，必須接入浪涌電壓吸收電路。在大多數(shù)情況下，可采用阻