本文介绍的变频器调速控制典型接线方式, 是在石油、石化、煤液( 气 化等装置中所接触到的, 各个厂商生产的中压、低压变频器类型比较多, 调速控制接线...
谈谈变频器的安装与接线
接线图
2023年10月06日 21:11 126
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20 世纪80 年代末，我国变频器始于应用，由于变频器的应用可节省电能、降低生产成本、减少维修工作量、实现生产自动化，对产品质量、产量有很大提高。因而变频器的应用已深入工业、交通乃至人民生活的各个领域，以每年20%的递增量迅速发展。
随着变频器的应用领域不断扩展及数量的不断增加，变频器的相应故障也增多了。因此广大从业人员希望当变频器在应用及发生故障时，能够尽快诊断，即实现“有病就医，医后就好”的愿望。为此，我们特邀张选正高工撰写“变频器安装调试及维修”系列讲座，以飨读者。
张选正高工是国内最早从事变频器应用的专家，多年来在生产一线从事变频器在工业自动化中的应用，积累了丰富的实践经验。他将实际中遇到的问题及解决方法予以总结，撰写60余篇文章介绍了变频器选型、安装、调试、测试、维修及故障诊断的经验。
1 变频器的调试
变频器在安装好之后，必须进行相关的检查和调试，才能投入正式运行。
1.1 通电前的检果
变频器通电之前，通常应进行下列检查。
1.1.1 变频器外观接线检查
对照变频器使用说明书和系统设备图，首先检查变频器的安装空间和安装连接是否符合要求，查看变频器的铭牌数据是否与所驱动的电动机相配合，然后检查变频器的主电路接线和控制电路接线是否符合要求。主要注意以下几个方面的问题：
1)交流电源不要加到变频器的输出端;
2)变频器与电动机之间的接线不能超过允许的最大布线距离，否则应加交流输出电抗器;
3)交流电源线不能接到控制电路端子上;
4)主电路地线和控制电路地线、公共端、零线的接法应符合要求;
5)在工频与变频工作相互切换的应用中，电气与机械的互锁是否满足要求。
1.1.2 电源电压、电动机和变频器控制信号测试
检查电源电压是否在容许值以内，测试变频器的控制信号(模拟量和开关量)是否满足工艺要求。
1.2 系统功能的设定
为了使变频器和电动机能在最佳状态下运行，必须根据系统的要求对变频器的运行频率和功能码进行设定。
1)控制模式的选择变频器的控制模式可参考其他资料。在正式运行之前，为系统调试的方便，通常设定为外部控制模式。正式运行时，应根据系统工作的要求设定控制模式。这项设定可确定变频器频率信号的来源。
2)频率的设定变频器频率的设定应根据选择的变频器控制模式，进行相应的操作来实现。如果是面板控制模式，则通过操作面板上的键盘来设定;如果是外部控制模式，则通过外部电路直接输入运行频率;如果是计算机通信控制模式，则通过计算机进行设定。
3)可定义功能端子的设定各个制造商生产的变频器都有一些可定义的功能端子。正确设定这些端子的功能是变频器正常工作的重要保证，不应忽视。
4)最高频率变频器驱动的电动机都有最高转速的限制，按照变频调速原理，变频器的最高输出频率对应电动机的最高转速。
5)基本频率本功能是通过设定变频器U/f的曲线，来设定电动机的恒转矩和恒功率控制区域。对不同的系统工艺要求，设定值相应不同，一般按照电动机的额定频率进行设定。
6)额定电压额定电压通常对应基本频率。
对于按照U/f=C控制的变频器，其U/f曲线如图1所示。
7)加速/ 减速时间加速/减速时间的选择决定了调速系统的快速性。较短的加速/减速时间意味着生产率的提高，但可能引起电动机频率下降太快，使电动机进入再生制动状态，甚至可能发生过电压跳闸现象。加速/减速时间的合理选择与电动机所带的负载大小和飞轮转矩GD2 有关。一种方法是通过计算系统的GD2 来设定变频器的加速/减速时间;另一种是实验的方法，在满足工艺要求的时间内，以变频器不发生跳闸为依据来设定。当变频器的加速/减速时间满足不了系统的工艺要求时，可采用适当的制动电阻。
8)电子热过载继电器通过设定电子热过载继电器具体的保护值后，当电动机出现过电流或过载时，就能避免变频器和电动机的损坏。因电动机的过载倍数比较大，故该值一般均设定为变频器额定值的105%，但当变频器和电动机容量不匹配时，应根据具体情况设定，如图2所示。
9)转矩限制对转矩的限制实际上就是限制变频器的过电流。设定的范围为变频器额定电流的120%~180%。该项功能有效时，为使转矩不超过设定值，电动状态时可使输出频率下降，制动状态时可使输出频率上升，但最多只能相对于设定频率下降或上升5Hz。
10)电动机的旋转方向电动机的旋转方向必须正确设定。
1.3 特殊功能的设定
变频器在完成常规设定后，应根据系统工艺的要求完成某些特殊功能的设定。
1.3.1 转矩提升的设定
通用变频器都有转矩提升的功能设定。转矩提升的设定实际就是选定U/f控制曲线。从另一种意义上说，就是选择电压补偿控制的补偿程度。补偿程度过高，系统的效率就会降低，电动机容易发热;补偿程度不足，低频转矩就会偏小。选择U/f控制曲线与转矩提升的功能设定具有相同的意义。
1.3.2 跳跃频率
用变频器为交流电动机供电时，系统可能发生振荡现象，使变频器过电流保护装置动作或系统跳闸。发生振荡的原因有两个：一是电气频率与机械频率发生共振;二是由电气电路引起的，比如功率开关的死区控制时间、中间直流回路电容电压的波动及电动机滞后电流的影响等。振荡现象在如下的情况下容易发生：
1)轻负载或没有负载;
2)系统机械转动惯量较小;
3)变频器PWM波形的载波频率较高;
4)电动机和负载连接松动。
振荡现象发生在某些频率范围内，为了避免发生过载，通用变频器都设有跳跃频率，以避开那些振荡频率。跳跃频率的设定如图3所示，跳跃频率宽度以设定值为中心，上下各允许波动50%。
1.3.3 瞬时停电再起动
由于工业现场比较复杂，有时会发生瞬时停电或瞬时欠电压情况。负载运行时，发生瞬间停电或电压下降时，变频器一般在数秒内即停止输出。
当电源恢复时，电动机正处于旋转中，而变频器却起动不起来。为避免这一现象，有效的方法是设定瞬时停电再起动功能。这样，当电源恢复时，变频器瞬时停电再起动功能和电流限制功能同时起作用，使正在自由旋转的电动机平滑地再起动。
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1.3.4 变频器空载试运行
变频器在正式运行前，应驱动电动机空载试运行一段时间，并且这种试运行可以在5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz 等几个频率点进行。试运行时应检查以下几点：
1)校对电动机的旋转方向;
2)电动机是否具有不正常的振动和噪声;
3)电动机的温升是否正常;
4)电动机的轴旋转是否平稳;
5)电动机的升降速是否平滑。
试运行正常后，再进行功能单元操作及控制端子操作，检验变频器的参数设置是否正确。
1.3.5 外部控制方式下的运行
实际系统中，变频器往往有一些外部电路相连接，共同完成系统的变频调速控制。在完成空载试运行后，应将这些外部电路与变频器一起投入系统，进行联合的系统空载调试。
在系统空载调试完成后，应进行系统轻载时的调试，以后逐步增加负载，并扩大系统工作的频率范围，使系统在额定负载下要求的全部频率范围内正常运行，满足系统的工艺要求和控制要求。
在系统一开始投放正式运行时，应密切关注系统的工作情况，甚至采取一些技术手段来保证系统能正常地投入正式运行。
2 变频器的维护
变频器是一种精密的电子装置，虽然在制造过程中，制造商进行了可靠性设计，但是如果使用不当，仍可能发生故障或出现运行不佳等情况，因此日常维护和检查是必不可少的。
2.1 日常维护和检查
由于长期使用以及温度、湿度、振动、粉尘等环境的影响，再好的变频器其性能都会有一些变化。如果使用合理、维护得当，则能延长使用寿命，并且能减少因突然故障造成的生产损失。变频器的日常维护与定期检查要注意以下几个方面：
1)操作者必须熟悉变频器的基本原理、功能特点、指标等，并具有变频器运行经验;
2)操作前必须切断电源，注意主电路电容器是否充分放电，确认放电完成后才可以继续下一步作业;
3)测量仪表的选择应符合制造商的要求。
2.2 日常检查项目
1)安装地点的环境是否有异常;
2)冷却系统是否正常;
3)变频器、电动机、变压器、电抗器等是否过热、变色或有异味;
4)变频器和电动机是否有异常振动以及异常声音;
5)主电路电压是否三相平衡，电压是否正常，控制电路电压是否正常;
6)导线连接是否牢固可靠;
7)滤波电容器是否有异味;
8)各种显示是否正常。
变频器运行过程中，可以从设备外部目视检查运行状况有无异常，通常检查如下：
1)技术数据是否满足要求;
2)周围环境是否符合要求;
3)触摸面板有无异常情况;
4)有无异常声音、异常振动、异常气味;
5)有无过热的迹象。
2.3 定期检查项目
定期检查的重点应放在变频器运行时无法检查的部位，主要包括：
1)清扫空气过滤器，同时检查冷却系统是否正常;
2)检查有关紧固件是否松动，并进行必要的紧固;
3) 导体绝缘物是否有腐蚀、过热的痕迹、变色或破损;
4) 检查绝缘电阻阻值是否在正常范围内，注意不要使用绝缘电阻表测试控制电路的绝缘电阻;
5) 检查及更换冷却风扇、滤波电容器、接触器等部件;
6) 检查端子排是否有损伤，继电器触点是否粗糙;
7) 确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作实验，确认保护、显示回路有无异常;
8) 确认变频器在单体运行时的输出电压的平衡度。
一般的定期检查应1 年进行一次，绝缘电阻检查可以3年进行一次。
需作定期检查时，待变频器停止运行后，切断电源，打开机壳后进行。但必须注意，即使切断了电源，主电路直流部分滤波电容器放电也需要时间，须待充电指示灯熄灭后，用万用表等确认直流电压已降到安全电压(DC 25V)以下，然后进行检查。可按照表1 进行定期检查。
2.4 零部件的更换
变频器由多种部件组装而成，某些部件经长期使用后性能降低、劣化，这是故障发生的主要原因。为了安全生产，某些部件必须及时更换。
1)更换冷却风扇。冷却风扇的寿命受限于轴承，当变频器连续运行时，大约2~3 年更换一次风扇或轴承。
2)更换滤波电容器。中间直流回路使用的是大容量电解电容器，由于受脉冲电流等因素的影响，其性能会逐渐劣化。一般情况下，使用周期大约为5 年，检查周期最长为1 年，接近寿命期时最好在半年以内。
3)定时器在使用数年后，动作时间会有很大变化，在检查动作时间之后应考虑是否进行更换;继电器和接触器经过长期使用会发生接触不良现象，应根据触点寿命进行更换。
4)熔断器在正常使用条件下，寿命约为10年。
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