變頻器應(yīng)用中需要注意的三個問題

1　引言

　　隨著變頻器的大規(guī)模工程應(yīng)用，有各個技術(shù)等級和其它相關(guān)技術(shù)層面的大量工程人員需要掌握變頻器應(yīng)用技術(shù)。例如普通電氣工人，初級電氣工程師或機械工程師等。同時，變頻器也越來越多地應(yīng)用到各種復(fù)雜的工程環(huán)境中去，書本中各種常規(guī)的技術(shù)常常難以解決變頻器應(yīng)用中的特殊問題。本文基于臺達品牌kg系列變頻器，針對3個變頻器應(yīng)用問題給出原理性的分析設(shè)計技術(shù)。技術(shù)原理實際上也適用其它變頻器工程應(yīng)用條件。

2　變頻器抗干擾技術(shù)

　　變頻器的干擾問題，一直困擾很多客戶，在此將一些常見的干擾及排除方法，介紹給大家：

　　2.1　常見的干擾途徑

　?。?）空中輻射方式。以電磁波的方式在空中傳播;

　?。?）線路傳播方式。主要通過電源網(wǎng)絡(luò)傳播;

　?。?）線間感應(yīng)方式。電感產(chǎn)生的電磁感應(yīng)或電容產(chǎn)生的靜電感應(yīng)通過線間感應(yīng)的方式傳播。

　　2.2　干擾源的排除

　?。?）高頻大功率的直流電焊機應(yīng)遠離變頻器。電焊機自身的接地應(yīng)良好;

　?。?）電磁鐵的通斷觸點應(yīng)加裝rc濾波吸收器;

　?。?）與變頻器裝在同一電柜中的接觸器，要剔除劣質(zhì)品。要選擇開關(guān)低噪聲，滅弧效果好的產(chǎn)品。必要時也要加裝rc濾波吸收器;

　　（4）供電電源阻抗要低，以免附近有上百千瓦電器的啟停，造成變頻器輸入電壓產(chǎn)生過高的瞬間突變;

　?。?）供電電源的相電壓要平衡，以免導(dǎo)致220v單相輸入的變頻器在欠壓或過壓的狀態(tài)下工作;

　?。?）對用戶的廠自發(fā)電系統(tǒng)，要求輸出電源電壓不要忽高忽低，要避免突變，要穩(wěn)定。

　　2.3　變頻器抗干擾的常用措施

　?。?）變頻器的e端要與控制柜及電機的外殼相連，要接保安地，接地電阻應(yīng)小于100ω，可吸收突跳干擾;

　?。?）變頻器的輸入或輸出端加裝電感式磁環(huán)濾波器。以臺達kg系列變頻器為例（還有許多變頻器品牌使用手冊有規(guī)格提供），平行并繞3～4圈，有助于抑制高次諧波（此方法簡單易行，價格低廉）。若需進一步加強抗干擾效果，可選臺達變頻器專用的符合emc標(biāo)準(zhǔn)的濾波裝置（臺達變頻器使用手冊有規(guī)格提供）;

　　（3）上述磁環(huán)濾波器還可根據(jù)現(xiàn)場情況加繞在變頻器控制信號端或模擬信號給定端的進線上;

　?。?）裝有變頻器的電控柜中，動力線和信號線應(yīng)分開穿管走線，金屬軟管應(yīng)接地良好;

　?。?）模擬信號線要選用屏蔽線，單端在變頻器處接仿真地;

　?。?）還可通過調(diào)整變頻器的載頻來改善干擾。頻率越低，干擾越小，但電磁噪聲越大;

　?。?）rs－485通訊口與上位機相連一定要采用光電隔離的傳輸方式，以提高通信系統(tǒng)的抗干擾性能;

　?。?）外配計算機或儀表的供電要和變頻器的動力裝置供電分開，盡量避免共享一個內(nèi)部變壓器;

　　（9）在受干擾的儀表設(shè)備方面也要進行獨立屏蔽，市場上的溫控器、pid調(diào)節(jié)器、plc、傳感器或變送器等儀表，都要加裝金屬屏蔽外殼并與保安地相連。必要時，可在此類儀表的電源進線端加裝上述的電感式磁環(huán)濾波器。

3　防止變頻器漏電斷路器誤動作技術(shù)

　　在日常使用中碰到有在變頻器輸入電路中配置漏電保護器的，但是送電后漏電斷路器經(jīng)常會跳脫，原因又找不到，許多人都認為是變頻器品質(zhì)出了問題，其實這里面是有原因的，現(xiàn)就這個問題做一分析。

　　3.1　漏電斷路器額定電流設(shè)計

　　變頻器輸出是以pwm（脈寬調(diào)制，類似高速開關(guān)）方式控制，因此會發(fā)生高頻率的漏電電流，若要在變頻器一次側(cè)加裝一般漏電斷路開關(guān)時，建議請以每臺變頻器選擇200ma以上的感度電流且動作時間為0.1s以上的漏電斷路開關(guān)使用，但不保證該漏電斷路開關(guān)一定不會跳脫，必須考慮下列各因素才能決定系統(tǒng)漏電電流之大小，并選定適當(dāng)?shù)穆╇姅嗦烽_關(guān)及必要措施來改善送電后漏電斷路器跳脫之現(xiàn)象。

　　一般漏電斷路開關(guān)之額定電流選擇計算公式如下（參見附圖）：

　　i△n ≥ 10〔ig1＋ign＋3（ig2＋igm）〕

　　式中：ig1、ig2：工業(yè)運轉(zhuǎn)時電纜線之漏電電流;

　　ign：變頻器輸入側(cè)噪聲濾波器之漏電電流;

　　igm：工業(yè)運轉(zhuǎn)時電動機的漏電電流。

　　由上述公式之相關(guān)變動參數(shù)得知，會影響漏電電流大小的因素有：

　?。?）電纜線的漏電電流有兩部分

　　一是漏電斷路開關(guān)濾波器的電纜線長的漏電電流;

　　二是變頻器電動機的電纜線長的漏電電流。

　?。?）濾波器的漏電電流 （包含變頻器在內(nèi)）;

　　（3）電動機的漏電電流。

　　3.2　各部分漏電電流值

　?。?）電纜線的漏電電流=a（實際電纜線長/1000）;電纜廠商提供各線徑每1000m之漏電電流值a;

　　（2）濾波器的漏電電流

　?。ò冾l器在內(nèi)）—變頻器供應(yīng)廠商提供。例如：臺達vfd055b43b用濾波器為26tdt1w4b4其漏電電流最大值為70ma;

　?。?）電動機的漏電電流—電動機供應(yīng)廠商提供。

　　3.3　設(shè)計舉例

　　使用變頻器于圓盤針織機應(yīng)用，前端使用了漏電保護，但是經(jīng)常跳脫，分析如下：變頻器功率為5.5kw，漏電斷路器漏電電流75ma。以過去經(jīng)驗來評估時，在一切正常的情況下其中因電纜線長及電動機本體的漏電電流影響不大，主要影響因素有濾波器的漏電電流（含變頻器在內(nèi)）及負載側(cè)是否依第三種接地（10ω以下）施工，故建議如下：

　　（1）若電源側(cè)一定要裝漏電斷路開關(guān)，建議選擇200ma以上的感度電流且動作時間為0.1s以上之漏電斷路關(guān)開，但不保證該漏電斷路開關(guān)一定不會跳脫，必須符合在其它對象（電纜線長及電動機）是正常的漏電流范圍內(nèi)及負載側(cè)是依第3種接地（10ω以下）施工下才有效。

　?。?）若電源側(cè)一定要裝現(xiàn)有漏電斷路器（75ma）， 建議輸入電源不經(jīng)現(xiàn)有的濾波器而直接輸入到變頻器，減少因為濾波器的漏電電流（含變頻器在內(nèi)）造成現(xiàn)有漏電斷路器（75ma）跳脫。

　　（3）將現(xiàn)有漏電斷路器（75ma）自電源系統(tǒng)脫離，將電源直接輸入濾波器再轉(zhuǎn)接到變頻器即可。

4　變頻器輸入輸出保護技術(shù)

　　變頻器具有強大的保護功能，泛指的是輸出保護。從設(shè)計的角度來說，變頻器輸入端的保護，到目前為止還是一個難題。主要是沒有一種既能快速切斷高壓大電流，又具有較低成本的器件。因此，如何防止高電壓大電流對變頻器輸入端的沖擊是應(yīng)用中的重要問題。

　　4.1　變頻器的供電電壓條件

　　以臺達kg系列變頻器為例：

　　230v系列　　單相電源200/208/220/230　　　　　50/60hz;

　　460v系列　　三相電源380/400/415/440/460　　　50/60hz;

　　電壓波動范圍：±10% 頻率波動范圍：±5%。

　　臺達kg系列變頻器220v系列和440v系列的輸入電壓若過低，變頻器會出現(xiàn)欠壓保護，不會損壞變頻器。臺達變頻器220v系列的輸入電壓若高于265v或者440v系列的輸入電壓高于500v，變頻器的直流母線電壓將超過極限，可能會嚴重損壞變頻器。因此，在電源電壓不穩(wěn)或者在自發(fā)電供電源的場合使用變頻器，特別要注意變頻器的額定電壓是否滿足供電電源要求。

　　4.2　輸入接觸器

　　臺達變頻器說明書上的輸入接觸器，是給變頻器提供輸入電源的開關(guān)。絕不能將其作為變頻器的啟動或停止開關(guān)來使用。否則可能會造成變頻器的損壞。

　　4.3　一臺變頻器輸出控制多臺電機

　?。?）多臺電機同步啟動和停止，同頻升降速。此種應(yīng)用方式要注意功率匹配。不能簡單地選用變頻器的功率等于多臺電機功率之和，應(yīng)該放大變頻器的功率檔使用。

　　注意﹗變頻器輸出應(yīng)直接和電機相聯(lián)接，中間不能用繼電器。

　　（2）不允許多臺電機異步啟動和異步停止。因為這種控制方式，變頻器輸出要接繼電器。所以原則上是不允許的！異步啟動時，第一臺電機啟動是不會有問題的。但第二臺電機啟動時，變頻器輸出側(cè)電壓則很高，此時，第二臺電機相當(dāng)于全壓啟動，它的啟動電流約是自身額定電流的７－８倍，遠超過變頻器的額定電流。

　　第一臺電機在異步停止時，變頻器輸出電壓一定很高，此時繼電器在開關(guān)電機時，電感性負載會產(chǎn)生很高的瞬間反向電壓，遠超過變頻器內(nèi)部器件的額定電壓，變頻器不是過壓報警就是過壓損壞。

　　多臺電機異步切換是必須在前一臺變頻器停止后，才可以切換到下一臺變頻器的啟動。

　　4.4　臺達變頻器的e接地線

　?。?）零線。零線是發(fā)電機輸出的中心線，不論在客戶端是否為零電位，都不能把零線作為地線接在變頻器的e端！

　　（2）變頻器的n接線端。變頻器的n接線端，是變頻器內(nèi)直流母線的負端，應(yīng)接至煞車模塊。既不能把它當(dāng)做接地線端，更不能錯接至電源零線。

　　（3）保安地。臺達變頻器的e接地線應(yīng)接至保安地，也就是電機的外殼。避免高壓突變電壓波沖擊以及噪聲的干擾。

5　結(jié)束語

　　本文根針對變頻器工程應(yīng)用中3個比較特殊的技術(shù)問題，以臺達kg系列變頻器為例，給出解決實際問題的原理設(shè)計方法。其技術(shù)原理實際上也適用于一般的變頻器工程應(yīng)用條件。