变频器的安装

第7章变频的安装于维护本章要点：变频器安装过程中的各种要求。变频调速系统的调试方法。变频器的一般维护和常见故障的处理方法。技能目标：能安装与调试变频调速系统。能进行简单的维护、保养与故障处理。根据工程需正确选择变频器。7.1变频器的安装7.1.1主电路控制开关及导线线径选择1．电源控制开关及导线线径选择2．变频器输出线径选择决定输出导线线径时主要是低压输出时线路的电压降ΔU影响，一般要求为式中：UX为电动机的最高工作电压，V；IN为电动机的额定电流，A；R0为单位长度导线电阻，/m；L为导线长度，m。3．控制电路导线线径选择小信号控制电路通过的电流很小，一般不进行线径计算。考虑到导线的强度和连接要求，一般选用0.75mm2及以下的屏蔽线或绞合在一起的聚乙烯线。接触器、按钮开关等强电控制电路导线线径可取1mm2的独股或多股聚乙烯铜导线。7.1.2变频器的安装环境变频器装设的电气室应湿气少、无水浸入；无爆炸性、可燃性或腐蚀性气体或液体，粉尘少；装置容易搬入安装；有足够的空间，便于维修检查；备有通风口或换气装置，以排出变频器产生的热量；与易受变频器产生的高次谐波和无线电干扰影响的装置分离。若安装在室外，必须单独按照户外配电装置设置。1．周围温度、湿度周围温度：变频器的工作环境温度范围一般为-10～+40℃，当环境温度大于变频器规定的温度时，变频器要降额使用或采取相应的通风冷却措施。2．周围环境变频器应安装在不受阳光直射、无灰尘、无腐蚀性气体、无可燃性气体；无油污、无蒸汽滴水等环境中。安装场所的周围振动加速度应小于0.6g(g=9.8m/s2)。3．海拔高度变频器应用的海拔高度应低于1000m。海拔高度大于1000m的场合，变频器要降额使用。7.1.3安装方向和空间裸露安装：用螺栓垂直安装在坚固的物体上。正面是变频器文字键盘，请勿上下颠倒或平放安装。周围要留有一定空间，上下10cm以上、左右5cm以上。因变频器在运行过程中会产生热量，必须保持冷风畅通，如图7.1所示。图7.1变频器周围空间控制柜中安装多台：要横向安装，且排风扇安装位置要正确，如图7.2和图7.3所示。图7.2变频器柜内安装方法图7.3通风口开设位置7.1.4变频器在多粉尘现场的安装1．安装设计要求在控制柜中安装变频器，最好安装在控制柜的中部或下部。要求垂直安装，其正上方和正下方要避免安装可能阻挡进风、出风的大部件；变频器四周距控制柜顶部、底部、隔板或其他部件的距离不应小于300mm，如图7.4中的H1、H2间距所示。图7.4变频器安装示意图2．控制柜通风、防尘、维护要求(1)总体要求：控制柜应密封，使用专门设计的进风和出风口进行通风散热。控制柜顶部应设有出风口、防风网和防护盖；底部应设有底板、进线孔、进风口和防尘网。(2)风道要设计合理，使排风通畅，不易产生积尘。(3)控制柜内的轴流风机的风口需设防尘网，并在运行时向外抽风。(4)对控制柜要定期维护，及时清理内部和外部的粉尘、絮毛等杂物。对于粉尘严重的场所，维护周期在1个月左右。7.1.5安装布线1．布线原则变频器与外围设备之间布线时应采取以下措施。(1)当外围设备与变频器共用一供电系统时，要在输入端安装噪声滤波器，或将其他设备用隔离变压器或电源滤波器进行噪声隔离。(2)当外围设备与变频器装入同一控制柜中且布线又很接近变频器时，可采取方法抑制变频器的干扰。2．变频器安装注意事项(1)电动机电缆的地线应在变频器侧接地，但最好电动机与变频器分别接地。在处理接地时，如采用公共接地端，不能经过其他装置的接地线接地，要独立走线，如图7.5所示。(a)正确接法(b)错误接法图7.5变频器接地方法(2)电动机电缆和控制电缆应使用屏蔽电缆，机柜内为强制要求，将屏蔽金属丝网与地线两端连接起来，连接方法如图7.6所示。(3)如果现场只有个别敏感设备，可单独在敏感设备侧安装电磁滤波器，这样可降低成本。图7.6屏蔽电缆连接方法7.2变频器的抗干扰及抑制7.2.1对变频器的干扰(1)输入电流波形的畸变。(2)配电网络三相电压不平衡使变频器输入电流波形发生畸变。(3)配电网络同时接有功率补偿电容器及晶闸管整流器时，变频器输入电流波形的畸变常由于配电网络中接有功率因数补偿前容器及晶闸管整流装置等，当变频器同时接入网络中，在晶闸管换向时，将造成变频器输入电压波形发生畸变，如图7.7所示。图7.7换相作用造成电源电压波形7.2.2变频器产生的干扰变频器的输出电压波形为SPWM波，由于变频器产生SPWM波的逆变部分是电力半导体开关来产生控制信号，这种具有陡变沿的脉冲信号产生很强的电磁干扰信号，尤其是输出电流，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。变频器对外产生干扰的方式有以下几种。(1)通过电磁波的方式向空中辐射。(2)通过线间电感向周围线路产生电磁感应。(3)通过线间电容向周围线路及器件产生静电感应。(4)通过电源网络向电网传播。7.2.3抑制变频器干扰的措施1.抑制变频器输入侧干扰的措施(1)配电变压器容量非常大的情况。当变频器使用在配电变压器容量大于500kVA或变压器容量大于变频器容量10倍以上时，在变频器输入侧加装交流电抗器XL，如图7.8所示。图7.8变频器接入交流电抗器XL(2)当配电变压器输出电压三相不平衡，且其不平衡率大于3时，变频器输入电流的峰值就很大，则会造成连接变频器的电线过热，或者变频器过电压或过电流，或者损坏二极管及电解电容。此时，需要加装交流电抗器。特别是变压器是Y形连接时更为严重，除在变频器交流侧加装电抗器外，还需在直流侧加装直流电抗器，如图7.8中的DL所示。(3)配电变压器接有功率因数补偿电容的情况。当配电网络接有功率因数补偿电容或晶闸管整流装置时，此时变频器输入电流峰值变大，加重了变频器中整流二极管负担。若在变频器交流侧连接交流电抗器，其等效电路如图7.9所示。为了防止谐振现象发生，在补偿电容器前串联一个电抗器，对5次以上的高次谐波来说就可以使电路呈现感性，避免谐振现象的产生。图7.9配电系统有功率因数补偿电容的等效电路2．抑制变频器输出侧干扰的措施变频器的输出侧亦存在波形畸变，即亦存在高次谐波，且高次谐波的功率较大，这样变频器就成为一个强有力的干扰源，其干扰途径与一般电磁干扰是一致的，分为辐射、传导、电磁耦合、二次辐射等，如图7.10所示。图7.10谐波干扰途径(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源尽量相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。(2)为了减少对电源的干扰，可以在输入侧安装交流电抗器和输入滤波器(要求高时)或零序电抗器(要求低时)。(3)为了减少电磁噪声，可以在输出侧安装输出电抗器，可以单独配置或同时配置输出滤波器。(4)变频器本身用铁壳屏蔽为好，电动机与变频器之间的电缆应穿钢管或用铠装电缆，电缆尺寸应保证在输出侧最大电流时电压降为额定电压的2%以下。(5)控制线距离主电路配线至少在100mm以上，绝对不能与主回路放在同一行线槽内，以避免辐射干扰；相交时要成直角。(6)控制回路的配线，特别是长距离的控制回路的配线，应该采用双绞线，双绞线的绞合间距应在15mm以下。(7)为防止各路信号的相互干扰，信号线以分别绞合为宜。(8)如果操作指令来自远方，需要的控制线路配线较长时，可采用中间继电器。(9)接地线除了可以防止触电外，对防止噪声干扰也很有效，所以务必可靠接地。如图7.11所示。(10)模拟信号的控制线必须使用屏蔽线，屏蔽线的屏蔽层一端接在变频器的公共端(如COM)上，另一端必须悬空。图7.11变频器的接地方式7.3变频调速系统的调试7.3.1通电前的检查变频器系统安装、接线完成后，通电前应进行下列检查。1．外观、构造检查它包括检查变频器的型号是否有误、安装环境有无问题、装置有无脱落或破损、电缆直径和种类是否合适、电气连接有无松动、接线有无错误、接地是否可靠等。2．绝缘电阻的检查一般在产品出厂时已经进行了绝缘试验，因而尽量不要用绝缘电阻表测试；万不得已用绝缘电阻表测试时，要按以下要领进行测试，若违反测试要领，接入时会损坏设备。1)主电路图7.12用兆欧表测试主电路的绝缘电阻(1)准备500V绝缘电阻表。(2)全部卸开主电路、控制电路等端子座和外部电路的连接线。(3)用公共线连接主电路端子R、S、T、P1、P、N、DB、U、V、W。(4)用绝缘电阻表测试，仅在主电路公用线盒与大地(接地端子PE)之间进行。(5)绝缘电阻表若指示5M以上，就属正常。2)控制电路不能用兆欧表对控制电路进行测试，否则会损坏电路的零、部件。只能用高阻量程万用表。(1)全部卸开控制电路端子的外部连接。(2)进行对地之间电路测试，测量值若在1M以上，就属正常。(3)用万用表测试接触器、继电器等控制电路的连接是否正确。7.3.2通电检查1．观察显示情况2．观察风机3．测量进线电压4．进行功能预置5．观察显示内容7.3.3空载试验将变频器的输出端与电动机相接，电动机不带负载，主要测试以下项目。1．测试电动机的运转对照说明书在操作面板上进行一些简单的操作，如启动、升速、降速、停止、点动等。观察电动机的旋转方向是否与所要求的一致。控制电路工作是否正常。通过逐渐升高运行频率，观察电动机在运行过程中运转是否灵活、有无杂音、运转时有无振动现象及是否平稳等。2．电动机参数的自动检测对于应用矢量控制功能的变频器，应根据说明书的指导，在电动机的空转状态下测定电动机的参数。有的新型系列变频器也可以在静止状态下进行自动检测。7.3.4带负载测试1．低速运行试验(1)生产机械的运转是否正常。(2)电动机在满负荷运行时温升是否超过额定值。2．全速启动试验将给定频率设定在最大值，按“启动”按钮，使电动机的转速上升至生产机械所要求的最大转速，测试内容如下。(1)启动是否顺利。(2)启动电流是否过大。将显示内容切换至电流显示，观察在启动全过程中的电流变化。(3)观察整个启动过程是否平稳。(4)停机状态下是否旋转3．全速停机试验(1)直流电压是否过高。把显示内容切换至直流电压显示，观察在整个降速过程中直流电压的变化情况。(2)拖动系统能否停住。当频率降至0Hz时，机械是否有“蠕动”现象，并了解机械是否允许“蠕动”，如需要制动“蠕动”时，应考虑预置直流制动功能。4．高速运行试验(1)电动机的带负载能力。电动机带负载高速运行时，注意观察当变频器的工作频率超过额定频率时，电动机是否能带动该转速下的额定负载。(2)机械运转是否平稳。注意观察生产机械在高速运行时是否有振动。7.4变频器的维护、保养与故障处理7.4.1维护和检查时的注意事项(1)只有受过专业训练的人才能拆卸变频器并进行维修和器件更换。(2)维修变频器后不要将金属等导电物遗漏在变频器内；否则有可能造成变频器损坏。(3)断开电源后不久，是否电容上仍然剩余有高压电。当进行检查时，断开电源，过10min后用万用表等确认变频器主回路+、-端子两端电压在直流30V以下后进行。(4)对长期不使用的变频器，通电时应使用调压器慢慢升高变频器的输入电压直至额定电压，否则有触电和爆炸的危险。7.4.2变频器的日常巡视包括耳听、目测、触感和气味等。一般巡视内容如下。(1)周围环境、温度、湿度是否符合要求。(2)变频器的进风口和出风口有无积尘，是否被积尘堵死。(3)变频器的噪声、振动、气味是否在正常范围之内。(4)变频器运行参数及面板显示是否正常。(5)是否出现过热和变色。7.4.3变频器的定期维护与保养1．低压小型变频器的维护和保养(1)定期检查除尘。(2)定期检查电路的主要参数。(3)定期检查变频器的外围电路和设施。(4)根据维护信息判断元器件的寿命。2．高压柜式变频器的定期维护与保养(1)母线排的定期维护。(2)对主电路整流、逆变部分定期检查。(3)对接线排的检查。7.4.4变频器的常见故障及处理变频器控制系统常见的故障类型主要有过电流、短路、接地、过电压、电源缺相、变频器内部过热、变频器过载、电动机过载、CPU异常、通信异常等。当发生这些故障时，变