变频器在调速系统中的应用浅谈

0 引言

随着变频器市场的日益繁荣，国内变频器年用量不断增长，变频器及其附属设备的安装，调试，日常维护及维修工作量也随之剧增。

1 变频器的选择问题

变频调速技术的通常意义是使用变频调速器(简称变频器)去拖动电动机。主要运行特点：实现电动机的无级调速;实现软起动，使电动机的启动电流小;方便地进行加减速控制;使异步电动机获得高性能却基本上不需对电机进行维护。主要用途：较大幅度地节约电能;使控制传动系统自动化、高性能化;提高生产效率，增加产量;改进产品质量等。变频器在系统中应用时，不是在任何情况下都能带动负载正常使用，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多的了解。

1.1 变频器的容量

大多数变频器的容量均以所适用的电动机的功率、变频器的输出功率和变频器的输出电流来表征。其中最重要的是额定电流，它是指变频器连续运行时允许输出的最大交流电流有效值。额定容量(kV·A)是指额定输出电流与额定输出电压

下的三相表观功率。变频器的输出电源电压通常允许在一定范围内变动，所以使用额定容量常会产生混乱，因此输出容量一般可以用作衡量变频器容量的一种辅助表现手段。至于变频器所适用的电动机的功率(kW)，是以标准的4 极电动机为对象，在变频器的额定电流限度内可以拖动的电动机的功率。如果是6 极以上的异步电动机，同样的功率下，其额定电流较4 极异步电动机大，所以变频器的容量应该相应扩大，以使变频器的电流不超出其允许值。

由此可见，选择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量。因此，采用4 极以上电动机或者多电动机并联时，应以不允许总电流超过变频器的额定电流为原则。通常应令变频器的额定输出电流逸(1.05耀1.1)电动机的额定电流(铭牌值)或电动机实际运行中的最大电流。

1.2 负载类型和变频器的选择

电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。

1)风机和水泵是最普通的变转矩负载对变频器的要求比较简单，只要变频器容量等于电动机容量即可(空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量)。

2)重机类型负载这类负载的特点是启动时冲击电流很大，因此要求变频器容量要有一定的裕量。同时，在重物下放时，会有能量回馈问题，因此要使用制动单元或采用共用母线方式来消耗回馈能量。

3)均衡负载有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器的容量，例如轧钢机机械、粉碎机、搅拌机等。

4)惯性负载如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此启动时可能会震荡，电动机减速时还有能量回馈。应该用容量稍大的变频器来加快启动，避免震荡，再配合制动单元消除回馈电能。

负载如果长期处于低速运转，电机的发热量就会较高，而风扇冷却能力却降低了，因此必须采用加大减速比的方式或改用6 级电机，使电机运转在较高频率附近。

2 变频器的工作环境问题

在变频器的实际应用中，由于国内客户除少数有专用机房外，大多为了降低成本，将变频器直接安装于工作现场。工作现场一般是灰尘大、温度高，在南方还有湿度大的问题。在线缆、陶瓷等行业金属粉尘大，在印染饮品、果汁行业还存在湿度大，在煤矿等场合还有防爆的要求等。因此必须根据现场情况做出相应的对策。

2.1 变频器安装设计的基本要求

1)变频器安装地点必须符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命;变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50 m，若需要更长的距离则需要降低载波频率或增加输出电抗器选件才能正常运转。

2)变频器应安装在控制柜内部，而且变频器最好安装在控制柜内的中部，变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大部件。

3)变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或者必须安装的大部件等的最小间距，应该跃300 mm。

4)如果特殊用户在使用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，要用胶带严格密封或者采用假面板替换，以防止粉尘大量进入变频器内部。

5)对变频器要进行定期维护，及时清理内部的粉尘等。其他的基本安装、使用要求必须遵守用户手册上的有关说明。

2.2 控制柜的防尘和防潮的设计要求

在多粉尘场所，特别是多金属粉尘、絮状物的场所使用变频器时，采取正确、合理的防护措施是十分必要的，防尘措施对保证变频器的正常工作非常重要。总体要求是控制密封柜整体，应该通过专门设计的进风口、出风口进行通风。在控制柜顶部设防护网和防护顶盖出风口，在控制柜底部应该有底板和进风口、进线孔，并安装防尘网。具体要求是：

1)控制柜的风道要设计合理，排风通畅，避免在柜内形成涡流，从而造成在固定的位置形成灰尘堆积。

2)控制柜顶部出风口上面要安装防护顶盖，防止杂物直接落入，防护顶盖高度要合理，不影响排风。防护顶盖的侧面出风口要安装防护网，防止絮状杂物直接落入。

3)一定要确保控制柜顶部的轴流风机旋转方向正确，保证向外抽风。如果风机安装在控制柜顶部的外部，必须确保防护顶盖与风机之间有足够的高度;如果风机安装在控制柜顶部的内部，安装所需的螺钉必须采用止逆弹件，防止风机脱落造成柜内元件和设备的损坏。建议在风机和柜体之间加装塑料或者橡胶减振垫圈，这样可以大大减小风机震动造成的噪音。

4)控制柜的前、后门和其他接缝处，要采用密封垫片或者密封胶进行密封处理，防止粉尘进入。

控制柜底部、侧板的所有进风口、进线孔，要安装粉尘网，阻隔絮状杂物进入。防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理、维护。

5)对控制柜一定要进行定期维护，及时清理内部、外部的粉尘、絮毛等杂物。维护周期可根据具体情况而定，但应该小于2~3 个月，对粉尘严重的场所，建议维护周期在1 个月左右或者是更短的时间。

6)在潮湿或有腐蚀气体的场合中，控制柜可以采用独立的进风口，单独的进风口可以设在控制柜的底部，通过独立密封的地沟与外部干净环境连接，此方法需要在进风口处安装一个防尘网，如果地沟超过2 m以上，可以考虑加装鼓风机来

加强通风速度。密封的控制柜要加装干燥剂或者吸附毒性气体的活性材料，并需要经常更换。

3 抗干扰问题

3.1 抗外来干扰

外来干扰的主要侵入渠道是变频器的控制电缆，故控制电缆的铺设必须采取充分的抗干扰措施。外界干扰的种类有电磁波干扰、静电耦合干扰、电源线传导干扰及控制回路接触不良产生的干扰，因此抗干扰可以采取以下几点。

1)抗电磁感应干扰为减轻干扰源电缆产生的磁通影响，将控制电缆与干扰源距离增大，分离距离必须在30 cm以上。如分离困难，则将控制电缆穿过铁管进线，进行电磁屏蔽。为最大限度地减小由控制电缆形成的等效环所围绕面积，以及使干扰源电缆和控制电缆间等效平面尽量正交，可把控制电缆导体绞合。导体绞合间距越小，耐干扰效果就越好。

2)抗电磁波干扰干扰源通过辐射，使变频器的控制电缆产生感应电动势，形成电磁波干扰。

干扰的大小决定于干扰源电缆产生的电磁辐射的强弱。可采用抗电磁感应干扰的方法抑制。如果电磁辐射对小型变频器影响较大，可将变频器置于金属壳体中，并将外壳接地即可。

3)抗接触不良的干扰这种干扰是由于电气连接或接触部分的接触状态不好而造成的。典型的接触不良干扰是继电器或接触器触点的接触不良和电缆线间连接点的接触不良。防止这些接触不良的方法是在控制信号产生侧或变频器侧采用并联触点，以保证触点的工作可靠。为了使继电器、接触器触点接触状态经常保持良好，可选用密闭式继电器或无腐蚀性气体的设置场所。对于电缆线连接点接触不良，可用定期拧紧加固连接点的方法。

4)抗电源线传导干扰对于电网上其他设备通过电源线窜入变频器及控制电路的干扰采用的消除措施有变频器的控制电源单独供电;在控制电源的输入侧装设线路滤波器，滤除外部设备产生的干扰电压及干扰电流;还可以装设抗干扰绝缘变压器，使用此设备时，须将绝缘变压器的屏蔽接地。

3.2 变频器产生的干扰和抑制

变频器内部的开关器件在通断工作时产生的高次谐波对于与其有电气连接的其他设备会产生影响，如：对周围的电子设备产生感应干扰;对附近的通信设备、无线电产生辐射干扰。

其干扰表现一是变频器是一个干扰源，通过电源线直接把干扰传播到其他电子设备;另一种是变频器主回路电缆与电子设备信号电缆间的电磁感应耦合辐射传播的。抑制这种干扰可将电子设备的电源系统与变频器主回路电源分离，即采用不同的电源，单独提供电源为电子设备供电，再配合使用隔离变压器、滤波器抑制电源侧的干扰。

还要加大电子设备的输入输出电缆与变频器的主回路电缆的距离。另外，电子设备要有自己的接地，不能与变频器主回路接地连一起。在采用外部开关量控制变频器时，要采用屏蔽电缆，防止变频器误动作。

要抑制变频器产生的干扰，还可通过给变频器加装交流和直流电抗器，这样能提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100 m的场合，需要在变频器输出侧添加交流输出电抗器，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。在采用外部通讯控制变频器时，建议采用屏蔽双绞线，并将变频器侧的屏蔽层接地(PE)，如果干扰非常严重，建议将屏蔽层接控制电源地(GND)。对于RS232通讯方式，注意使控制线路尽量不要超过15 m，对于采用现场总线的高速控制系统，通讯电缆必须采用专用电缆，并采用多点接地的方式，这样才能够提高可靠性。

4 结语

加强对变频调速系统设计的学习非常必要，只有合理选择变频器，并解决变频调速系统设计中的实际问题，才能使所设计的变频调速系统达到理想的使用效果，保证系统的性能指标良好。