电源第3讲变频器使用的注意事项

21ic电源：1 常规注意事项

使用变频器前，应仔细阅读使用说明书，然后依次进行安装、接线、设置参数、试车和正式使用。

下面将变频器使用的一些注意事项列出，以供读者借鉴。

1.1 物理环境注意事项

产品工作温度一般要求为0耀55益，但为保证工作安全可靠，使用时应考虑留有裕度，最好控制在40益以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，绝对不允许把发热元件或易发热元件紧靠变频器的底部安装。

1.2 电气环境注意事项

1.2.1 防止电磁波干扰

变频器在工作中，由于整流和变频，周围会产生很多的干扰电磁波。这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。如果处理不好，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。

1.2.2 防止输入端过电压

变频器电源输入端往往有过电压保护。但是，如果输入端高电压作用时间过长，会使变频器输入损坏。因此，在实际使用中，要核实变频器的输入电压以及变频器使用的额定电压。特别是电源电压极不稳定时，要设置稳压设备，否则会造成严重后果。

1.3 参数设置中的注意事项

使用变频器之前，将变频器输出电压设为380 V，基底频率设为50 Hz;对驱动泵类和风机负载最高频率和上限频率设为50 Hz，下限频率应设在15~20 Hz;加减速时间应根据电动机的容量及负载转动惯量确定。11 kW变频器可设置得小一

点(10 s之内);11 kW以上的变频器可设置得长一点(15~60 s)。对电源电压偏低的地方，可根据具体情况考虑是否将欠电压停机保护功能取消。

参数设置完毕，应设置禁止改写参数，以防止无关人员随意乱改。

1.4 接线过程中的注意事项

在安装、测试、维修过程中，常需要进行端子接线。切记不要将电源线接到变频器的输出端子上;也不要将变频器输出端子排上的“N”端子误认为电源中性线端子。控制回路接线应尽量远离主回路接线。

1.5 变频器的接地

变 频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2 mm2，长度应控制在20 m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共同接地。信号输入线的屏蔽层应接至E(G)上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动， 使系统振荡不止。

变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。

1.6 变频器的防雷

在变频器中，一 般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。但在实际工作中，特别是电源线架空引入的情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。 在雷电活跃地区，这一问题尤为重要。如果电源是架空进线，应在进线处装设变频专用避雷器(选件)，或按规范要求在离变频器20 m远处预埋钢管作专用接地保护。如果电源是电缆引入的，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。实践表明，这一方法基本上能够有效解决雷击问 题。

1.7 变频器运行中的注意事项

试运转时，最好选不带负载运行一次，然后带轻载运行，最后再带满载运行。

变频器的运行与停止操作不要采用通断变频器电源的方式，而应使用变频器控制端子排上的运行与停止端子，或使用操作键盘上的运行与停止按钮。

1.8 变频器的使用寿命、功率因数及谐波干扰

虽然用户购买和使用变频器首先是要满足使用目的的要求，但是除此之外，用户也关心其他一些问题，如寿命、谐波、效率及功率因数等。

1.8.1 变频器的寿命

对一台变频器来说，影响其寿命的元件大致有三种：自身的冷却风扇、将无电时的限流电阻短路的接触器、中间环节的大容量电解电容器。

前 两个元件是有机械磨损的元件，一般寿命为5年。但是5年后并不一定就要更换，只是需要清洗检查一下，如果能用还可继续使用。最后一个元件的寿命也是规定为 5 年，5 年后，测量一下电容值，如果小于额定值的80%就应更换。实际经验证明，如果变频器一直是连续使用，则电容器一般可使用10耀20年。如果长期不使用，则 电解电容器很易干枯。所以，如果变频器存放半年以上时间再使用时，就应当对变频器的大电容进行复能处理。

1.8.2 效率

变频器(包括电动机)的效率是指综合效率，即变频器本身的效率与电动机的效率的乘积。也就是从整体来看，电动机的输出机械功率与电网输入的有功功率之比。这里仅讨论变频器的效率。

变频器是电源变换设备，其本身要消耗一部分能量。变频器的综合效率与负载及运行频率有关，在电动机负载超过75%以上且运行频率在40 Hz 以上时，变频器本身的效率可达95%以上，综合效率也可达85%以上。对于高压大功率变频器，其系统效率可达96%以上。

1.8.3 功率因数

这 里的功率因数是指整个系统的功率因数，它不仅与电压和电流之间的相位差有关，还与电流的谐波含量有关。电动机本身的功率因数一般在0.71耀0.90 之间，小容量电动机要小一些，大容量电动机要大一些，双极电动机大一些，8 极、10极电动机小一些。整个系统的功率因数又与系统的负载情况有关，轻载时小，满载时大;低速时小，高速时大。可以说，变频调速系统(非相控整流)在

基 频和满载下运行时的功率因数一般不会小于电动机满载工频运行时的功率因数，所以一般可不予考虑。我们常提到加装改善功率因数电抗器，实际上是为了降低网侧 输入电流的畸变率，同时也在电动机轻载运行时提高了整个系统的功率因数。对于高压大功率变频器，其功率因数可达0.95以上。

1.8.4 谐波干扰

1.8.4.1 谐波产生的途径

1)整流部分变频器的整流部分接有大电容。

因而在轻载时网侧电流为双尖峰脉冲，电流畸变较大，对电网造成谐波污染，网侧功率因数较低。

2)逆变部分变频器的逆变部分输出的电压为脉宽调制波，除基波外含有大量高次谐波，其输出到电动机的电流畸变较大，含有大量高次谐波。

1.8.4.2 谐波的危害

1)对电网的危害使供电电压品质下降，影响接在同一供电变压器的其他设备、仪器及计算机的正常工作;使补偿电容漏电流增大、温度升高。[p]

2)对电动机的危害使电动机发热(低次电流谐波使铜损增大，高次谐波使铁损增大)，噪声增大，产生脉动转矩，电动机消耗的无功分量增大，中性点对地的高频漏电流增大;谐振电压影响电动机绝缘的寿命。

增加调制频率虽然可以降低电动机噪声，减少输出转矩的脉动，但却使变频器的开关损耗及射频干扰增大。前者降低了变频器的效率，后者会干扰通信设备和仪器仪表的正常工作。

1.8.4.3 谐波的消除方法

1) 主动方面使变频器本身不产生或少产生谐波。如在调制上采用较高调制频率、目标函数、多重化整流技术，在整流上采用多相(12 相或24相)整流技术、PWM 整流技术及有源功率因数校正电路(Active Power Factor Correction，APFC)。

2)被动方面采取措施，减少变频器产生的各次谐波对电网及其他设备的干扰。如加装进相和出相交流电抗器，加装射频噪声滤波器及加装浪涌吸收电路。

在变频器实际使用中，网侧电压谐波一般不会超标，但网侧电流谐波却超标很多。对于高压大功率变频器，网侧输入电流及电动机输入电流的THD(畸变率)均定小于3%。

1.9 变频器与负载的配置

不 少国家或地区都有变频器负载的标准，我国与国际电工委员会(IEC)也有相应的标准。例如，将变频器的工作制等级或运行种类分为6 级：第1级为100%额定输出电流，没有过负载的可能性。第2级允许输出基本负载电流，并在此基础上可有150%的短时过负载运行。要注意，由于有了此短 时的150%过负载，故较长时间的基本负载就只有额定输出电流的91%，150%过负载是对基本负载电流而言的，对额定电流而言则相对值=150%伊 91%越136%。

第3~6 级则过负载更大或时间更长。目前市售产品标准型或通用型一般只涉及第2 级。

变频器为什么必须有负载工作制种类和等级的国家标准，而变压器、通用电动机却没有 这是因为后者的发热时间常数大，如常用电力变压器是以小时计，短时过负载不致于使温升超过允许值，即使温升短时稍微超过，也不会使寿命立即终

止 和退出运行;但半导体器件及其装置的时间常数小，通常以分钟计，而且过负载超温对半导体器件的影响后果比较严重，所以通常都为半导体电力电子装置规定了严 格的负载条件，即基本负载电流、过负载电流及持续时间和频度(允许过电流再现的间隔时间)。在完全没有过负载可能的条件下，称输出电流为额定输出电流。根 据上述分析，变频器产品应该有符合国家有关标准的负载定额。

从变频器选用的观点出发，需考虑机械负载的性能。如机械转矩有正负之分，其定义如下： 凡电动机驱动生产机械即电动机输出机械功时转矩为正，绝大多数场合都是这种情况;反之则为负，即生产机械对电动机作功(机械能转换成电能)，如电动机车下 坡行驶。定义负转矩，这种情况不是大多数机械设备都有的。速度有正负之别，则是人为决定的。例如常用转向为正，偶尔用之的反向为

负;如果只有一个方向运行，则可无正负之别。

1.9.1 机械转矩时段

对于机械设备要求转矩的大小，可以分成几个时段来讨论。

1) 起动转矩使机械设备从静止状态开始转动的转矩通常都为正，而且一般比维持等速运动所需的转矩要大，例如大多数给料机、物料输送机、混料机、搅拌机等，它可 能达到额定转矩的员缘园豫耀员苑园豫，这就要求变频器有大的起动转矩。当然，也有很多通用机械设备的起动转矩小于员园园豫，如离心式风机和水泵，可能小于 圆缘豫。泥浆泵和往复式柱塞泵的起动转矩也可能达到员缘园豫耀员苑缘豫。

2)加速转矩将机械设备从刚开始转动使之加速到额定转速时所需的转矩，其值为机械静阻转矩与动转矩之和，动转矩则和其飞轮转矩GD2以及要求的加速度大小成正比。

一 般风机、水泵的加速转矩不大，可以不超过员园园豫。但也有一些特殊情况，如大功率风机的GD2很大，加速困难;离心式水泵开阀门时加速转矩可达到员园园 豫，而其他形式的泵可能达到员缘园豫或更大;轧钢机等在要求尽量缩短加速时间时，要求加速转矩越大越好，重物下放则可能使加速转矩为负。

3)等速运行中出现的尖峰负载转矩这是生产工艺中出现的不可避免的正常情况。例如矿石破碎机遇到较大的矿块时，电动机需输出大的功率(电流)以帮助破碎。因为这是正常情况，所以不能使电动机过电流跳闸，这就要求变频器输出大的电流。这种尖峰负载出现的频度事先很难估计。

等速运行时的速度可以是额定速度，也可以是很低的爬行速度，如载人索道在车厢接近站台时，就是以很低的爬行速度运行的。如果是重车厢上坡，则可能过负载，这就要求变频器在低速下输出大的电流。如果是重车厢下坡爬行，则为负转矩。

4)减速转矩大多数情况下，断开电动机电流就能减速停车，只是在对减速有严格要求的场合才需要电动机输出或输入能量，输出的能量或消耗在电阻中，或反馈给电网，这要根据反馈能量和频率的大小来决定。在重物下放且要求大的减

速时，会出现大的减速转矩，而且是负的。当然，要求正转矩减速的场合也是有的。

1.9.2 变频器的定额

市场上变频器的品种规格很多，本文仅限于讨论从欧美进口且是低压的(变频器的功率输入与输出端均为低压)产品，变频器的速度调节性能比较见表员。

1)美国AB 公司的1336PI.USI 玉型(无速度传感器矢量控制的标准型)变频器输出定额举例如下：

(1)电网电压为猿愿园耀源愿园V;

(2)恒转矩输出电流为苑缘A;

(3)变转矩输出电流为77 A;

(4)周期性过负载能力为变转矩员员缘豫、员min;

恒转矩员缘园豫、1 min。

2)瑞士ABB公司对ACS-600系列产品的规定

如下：

(1)泵类、风机应用(平方转矩负载)，无过载能力，额定输出电流有效值为I2NSq;

(2)一般应用是员园豫过载能力，额定输出电流有效值为2N;I2Nmax=1.1I2N，每10 min允许过载1 min;

(3)重载应用是缘园豫或员园园豫过载;额定输出电流有效值为I2Nd。

I2Ndmax=1.5I2Nd，每10 min 允许过载员min 或2I2Nd，每员缘s允许过载圆s。

三种电流的关系为I2Nsq跃I2N跃I2Nd。

3)德国西门子公司对其标准系列FC(频率控制)、VC (矢量控制)规定如下(按欧洲标准EN60146-1-1，负载等级为第员级)：[p]

(1)额定输出电流IUN 无过载可能，适用于风机、水泵;

(2)基本负载电流IB=0.9IUN，短时电流越员.36伊IUN，每缘min允许过载员min，适用于恒转矩的一般负载。

上述猿种产品定额中，AB 公司变频器变转矩员员缘豫、员min，员员缘豫只超负荷员缘豫(这在工程应用上其过载能力不明显)，而且没有规定过负载的频度，恒转矩员缘园豫、1 min，也没有过负载的频度;

ABB 公司和西门子公司产品也都规定明确，是根据欧洲标准中有关产品的输出定额制定的。

1.9.3 根据机械负载选择变频器

1) 变转矩负载泵类、风机类被称为平方转矩负载，实际上，转矩是近似地与速度的平方成正比。如果产品输出定额一点过负载能力都没有，则负载仅限于离心式水泵、 风机。对其他形式的泵和风机要分析其实际过负载的可能性，在确认没有过负载可能的前提下，当变频器产品输出电压为猿愿园V 时，产品数据标出的电动机功率P=3伊0.38INcos渍(IN为额定输出电流)，可以用来选择变频器的规格。为确保运行可靠，变频器的电流限幅也应该 在员园园豫。

如AB 公司的1336PL.US域型有员缘豫、员min的过载能力，由于没有规定频度，估计在起动和加速时可以利用，电流限幅也放宽到员员缘豫。特别是GD2比 较大的离心式风机，有可能要求较大的加速转矩，因而使电流确实达到员员缘豫、1 min。离心式水泵、风机在低速时功率小，要求的调速范围不大，故对变频器的性能要求不高。

2)恒转矩负载可理解为阻转矩与转速无关，而在实际运行负载中，因受许多条件影响，“恒定”是少见的。对确定变频器输出定额而言，要考虑的是机械 设备在整个运行时间内包括起动、加减速及等速运行时的负载大小以及过负载多少、持续时间与频度。如果过负载大小和持续时间及频度超过产品相应的允许值，则 应按尖峰电流并考虑富裕系数来选择装置的额定输出电流;如果负载不是特别重，则应该充分利用变频器的过负载能力。既做到这一点，又不至于在过负载运行时使 装置过热，这就是设计选型者的任务。某些制造厂如ABB 公司还备有确定装置定额的软件，只要用户提出明确的负载图，就可以确定装置的输出定额，

即订货号。目前，变频器市场上出现按电动机功率选择恒转矩条件下的变频器定额，只适用于完全没有过负载可能或只在起动时有少许过电流(过负载)的场合，不符合这些条件则是不严格的，有时是危险的，因而也是错误的。

1.9.4 恒转矩下的调速和转速范围

1) 调速范围调速范围是生产工艺要求所确定的，在最低速度下要求的力矩大小则是最关键的。这不但决定于变频器的性能，同时也决定于电动机在低频下的机械特性， 即低速稳定旋转下能够产生的最大转矩。用户若有要求，电动机制造厂应提供变频调速电动机的转矩速度特性曲线或数据。为了使电动机在各种速度下的输出转矩能 够大于生产机械所要求的，还要求变频器能够提供一个合适的接近理想的变频电源，即在不同频率下有大小合适的电压和足够的电流输出能力，而不会使变频器过 热。只有变频器和电动机合成一个变频调速系统，且两者均符合要求才能获得低速下的大转矩。ABB公司对ACS远园园产品提供了系统的转矩对频率的特性曲 线，电动机性能则应符合IEC34 标准。至于哪些机械对低速下的转矩

有特殊要求，用户或工程设计者应认真分析和对待。有人认为牵引传动对调速范 围要求不高，和风机、水泵同属一类，这是不符合事实的。牵引负载分为轻型、中等和重型牵引三类，就是轻型牵引也有员缘园豫过载运行圆min 和圆园园豫过载运行员园s的要求，这和水泵、风机是大不相同的。

2)转速范围转速精度和调速范围有密切关系。转速精度太差的产品在速度最低时就可能停止转动。用户有特殊的要求时，应该分析产品的技术数据。

2 恶劣环境中的对策

变频器在正常环境下能够正常使用，但在恶劣环境下能否正常运用，还是个问号。以下介绍一些变频器在恶劣环境中的对策，供读者参考。

2.1 高温环境下的对策

某厂一变频室有圆园多台变频器，夏季环境温度已到源圆益，变频器靠本身风扇冷却散热已失去了意义，此时，对策如下。

1)改风冷却为水冷却。变频器的散热器有一侧为平面(上面紧固着IGBT等发热器件)，其余部分形成较大的散热面积和风道，可将风道用铝板全封闭焊接密封，在上下两侧各开一孔(孔径随变频器功率的大小而异)，焊接铝管将其引出变频器外。冷却水流向为从下侧流入、上侧流出。

(1)冷却水流量为

(2)实际应用时冷却水的温度、压力：可在变频器进水管处串入一调节阀门，在进、出水管处检测水温。进水温度以圆园益左右为宜，调节阀门的开度尽 量使出水温度比变频器要求的最高环境温度低。由于水的比热容较大，所以冷却水的流量不太大，进、出水管的压差略大于进、出水管间水位高度所形成的压力，包 括调节阀门的进、出水管压差，以进、出水管内的水位高度所形成的压力的1.5 倍为宜。

(3)焊接密封一定要可靠，以防渗水引起变频器损坏。变频器内部涂圆耀猿层绝缘漆，以防热空气遇冷却部位形成水滴而造成变频器故障。

2)对有制冷设备的企业，可将变频器室密封后安装冷却器对变频器室降温。但此对策费用高、能耗大。有人曾试用过空调器，缺点是增加了能耗，又因连续运转，所以故障率较高。

2.2 气体腐蚀环境下的对策

例 如，短丝纺织车间由于H2S 的含量较高，变频器内部的铜排10 多天便腐蚀变黑，两个多月便有腐蚀层脱落，且腐蚀层为导体性质，致使变频器损坏率极高。对策：在新变频器进入生产线前对变频器内部(接线端、接插件、IC 座除外)涂刷绝缘漆三遍，以保证可腐蚀部分同腐蚀性气体隔离。从使用情况看，此法基本能消除由腐蚀性气体引起的各种故障。[p]

2.3 灰尘与潮气环境下的对策

变频器本身有风扇进行风冷散热，但在灰尘较多的环境中长时间运行时，变频器内部的元器件及导线上会挂满灰尘，这时若环境再有潮气，变频器内部就易形成短路或误发信号的故障。对策：

对变频器室进行良好的密封且定期对变频器解体进行灰尘清扫。

2.4 严重恶劣环境下的对策

有的环境十分恶劣，既有高温还有腐蚀性气体、灰尘、潮气等，变频器极易发生故障。

1)对策如同油浸变压器一样，对变频器进行全密封强迫循环冷却，具体办法如下。

(1)做一密闭容器，容器上安装好变频器的三相输入/输出、外接制动电阻、引出控制的接线柱，变频器内置，若有制动单元则制动单元也内置;容器上下两侧有进油孔和出油孔，油泵强迫油循环，油在外部进行交换散热。

(2)对变频器内部的元器件涂刷圆耀猿遍绝缘漆以保证变频器浸入油中时其元器件同油相隔离。

(3)冷却介质为变压器油。

(4)变频器的发热器件应尽量在油路通道上。

(5)拆除原散热风机。

2)冷却油量

3)实际应用时冷却油的温度和压力变频器流入油温度以圆缘益左右为宜，流出油最高温度要比变频器要求的最高环境温度低缘益。由于变频器的冷却油流量也不大，进油管和出油管的压差以略大于进油管和出油管间油的液位高度所形成压力的员.员耀1.2倍为宜。

以上分析的几种情况是变频器在不能移至较好的环境情况下采取的对策。若变频器能移至较好的环境且变频器至电动机的距离不超过变频器使用的要求，最好的办法还是对变频器移位，以保证变频器的可靠运行。

2.5 外来干扰的对策

外来干扰是指雷电、射频等无线电信号的干扰。对外来干扰的对策，通常采用如下方法。

1)如图员所示，将变频器的主回路与控制回路分离，且将控制回路进行可靠接地。

2)在控制回路电缆较长的使用场合，周围环境中所产生的干扰就有可能从控制回路的电缆中侵入，从而使变频器误动作。如图圆所示，将电缆线在数据线滤波器(DVOP031松下产品)上绕圆耀猿圈再使用，将可排除干扰(数据线滤波器尽可能装在变频器附近)。

2.6 变频器漏电及其对策

在变频器输入/输出布线和电动机中存在分布电容，漏电流流过时，其值由分布电容量和载波频率决定，可采用的对策见表2。

2.6.1 对大地的漏电流

漏电流不仅通过变频器的自身系统，有时会通过接地线等流向其他系统，故常采取如下措施抑制。

1)降低电动机的载波频率。注意这样会增加电动机噪声。选择柔性PWM将使

电动机噪声的增加不成为问题。

2)通过在变频器自身系统和其他系统使用为高谐波、浪涌的漏电流而设计的漏电断路器(如三菱Progressive、Super Series)，可以在低噪声下运行(提高载流频率的时候)。

3)注意布线长度的增加将引起漏电流的增加。减小变频器的载波频率以减小漏电流。

4)提高电动机容量将导致漏电流加大。

2.6.2 线间漏电流

由 于在变频器输出布线间的分布电容流过电流的高频部分，外接的热继电器有时会产生不必要的动作。源园园V系列的小容量机种(特别是苑.缘kW 以下)，在配线较长(缘0 m以上)时，对应于电动机额定电流的比例会变大，因此，在外部使用的热继电器容易发生不必要的动作。线间漏电流路径如图猿所示。

1)使用变频器的电子过电流保护。

2)降低载波频率。请注意此时电动机噪声将增大，选择柔性PWM将使电动机噪声的增加不会产生有害的影响。

为了保证电动机不受线间漏电流的影响，推荐使用一个温度传感器直接监测电动机温度。