1、任务 2 变频器的分类任务引入变频器的种类很多，分类方法也很多。通过对变频器分类方法的熟悉，达到对变频器一个整体的了解。任务目标1了解主流变频器的内部结构。2熟悉变频器的分类。相关知识1交-直- 交变频器交-直-交电压型变频器是通用变频器的主要形式。图 2-3 所示为电压型交-直- 交变频器主电路的基本结构。图 2-3 电压型交 -直-交变频器主电路的基本结构1）交-直部分（1）整流电路。整流电路由 VD1VD 6 组成三相不可控整流桥，它们将电源的三相交流全波整流成直流。整流电路因变频器输出功率大小不同而异。小功率的变频器，其输入电源多用单相 220V，整流电路为单相全波整流桥；功率较大的变
2、频器则一般用三相 380V电源，整流电路为三相桥式全波整流电路。设电源的线电压为 UL，那么三相全波整流后平均直流电压UD=1.35UL=1.35380V=513V。（2）滤波电容器 CF。整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，必须加以滤波。滤波电容 CF 的作用是：除了滤除整流后的电压纹波外，还在整流电路与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰，这就给作为感性负载的电动机提供必要的无功功率。因而，中间直流电路电容器的电容量必须较大，起到储能作用，所以中间直流电路的电容器又称储能电容器。（3）限流电阻 RL 与开关 SL。由于储能电容大，同时在接入电源时电容器两端的电压为零，故当变频器刚合上电
3、源的瞬间，滤波电容器 CF 的充电电流是很大的。过大的冲击电流将可能使三相整流桥的二极管损坏。为了保护整流桥，在变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入限流电阻，其作用是将电容器 CF 的充电电流限制到允许的范围以内。开关 SL 的功能是：当 CF 充电到一定程度后令 SL 接通，将 RL 短路掉。（4）电源指示灯 HL。HL 除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后显示滤波电容器 CF 上的电荷是否已经释放完毕。由于 CF 的容量较大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，所以 CF没有快速放电的回路，其放电时间往往长达数分钟。又由于 CF 上的电压
4、较高，如电荷不放完，在维修变频器时将对人身安全构成威胁，所以 HL 完全熄灭后才能接触变频器内部的导电部分。2）直-交部分（1）逆变管 V1V 6。V 1V 6 组成逆变桥，把 VD1VD 6 整流后的直流电再“逆变”成频率、幅值都可调的交流电。这是变频器实现变频的执行环节，因而是变频器的核心部分。当前常用的逆变管有绝缘栅双极晶体管（IGBT） 、大功率晶体管（GTR） 、可关断晶闸管（GTO ）及功率场效应晶体管（MOSFET ）等。（2）续流二极管 VD7VD 12。续流二极管 VD7VD 12 的主要功能有：电动机的绕组是感性的，其电流具有无功分量，VD 7 VD12 为无功电流返回直流
5、电源提供“通道” 。当频率下降、电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过 VD7VD 12 返回直流电路。V 1V 6 进行逆变的基本工作过程：同一桥臂的两个逆变管处于不停的交替导通和截止的状态，在这交替导通和截止的换相过程中，也不时地需要 VD7VD 12 提供通路。（3）缓冲电路。在不同型号的变频器中，缓冲电路的结构也不尽相同。图 2-3 所示是比较典型的一种，其功能如下所示。逆变管 V1V 6 每次有导通状态切换成截止状态的关断瞬间，集电极（ C 极）和发射极（E 极）间的电压 UCE 将极为迅速地由近乎 0V 上升至直流电压值 UD。这过高的电压增长率将导致逆变管的损坏，因此，C 01
6、C 06 的功能便是降低 V1V 6 在每次关断时的电压增长率。V1V 6 每次有截止状态切换成导通状态的接通瞬间，C 01C 06 上所充的电压（等于UD）将向 V1V 6 放电。此放电电流的初始值将是很大的，并且将叠加到负载电流上，导致 V1V 6 的损坏。因此，R 01R 06 的功能是限制逆变管在接通瞬间 C01C 06 的放电电流。R01R 06 的接入又会影响 C01C 06 在 V1V 6 关断时降低电压增长率的效果。VD01VD 06 接入后，在 V1 V6 的关断过程中使 R01R 06 不起作用；而在 V1V 6 的接通过程中，又迫使 C01C 06 的放电电流流经 R01
7、R 06。3）制动电阻和制动单元（1）制动电阻 RB。电动机在工作频率下降过程中，异步电机的转子转速将超过此时的同步转速处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈的直流电路中，使直流电压 UD 不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使 UD保持在允许范围内，制动电阻 RB 就是用来消耗这部分能量的。（2）制动单元 VB。制动单元 VB 由大功率晶体管 GTR 及其驱动电路构成，其功能是控制流经 RB 的放电电流 IB。2交-交变频器交-交变频器又称直接变频装置，其结构如图 2-6 所示。（a） （b）图 2-6 交- 交变频器单相电路及方波电压波形（a）电路原理
8、图 （b）方波电压波形它只有一个变换环节就可以把恒压恒频（CVCF）的交流电源变换成 VVVF 电源，因此称之为直接变频器，或称交- 交变频器。常用的交-交变频器输出的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路，见图 2-6（ a）所示。正反向两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压u0。u 0 的幅值取决于各组整流装置的控制角 ，u 0 的频率取决于两组整流装置的切换频率。如果控制角 一直不变，则输出平均电压就是方波，如图 2-6（b）所示。以上只是分析了交-交变频器的单相输出，对于三相负载，其它两相也各用一套反并联的可逆线路，输出平均电压相位依次相差 1200。这样，如果
9、每个整流器都用桥式电路，三相交- 交变频器需用三套反并联桥式线路，共需 36 个晶闸管。如图 2-7 所示，使用多绕组整流变压器是因为三相之间有星形联接，需要隔断相间的短路环流。这个电路因为无环流运行，必须保证电流严格过零才能触发反组工作，为可靠起见需要一个死区，因此最高输出频率大约允许在 15Hz 以下。如果采用有环流运行，则需要加装 6 只环流电抗器，输出频率可以提高到 2025Hz，再高则波形的畸变就严重了。图 2-7 六脉冲无环流交-交变频器主电路交-交变频器虽然在结构上只有一个变换环节，省去了中间直流环节，但所用器件的数量更多，总设备投资巨大。交- 交变频器的最大输出频率为 30Hz
10、，使其应用受到限制，一般只用于低速度、大容量的调速系统，例如轧钢机、球磨机、水泥回转窑等。根据输出电压波形的不同，交-交变频器克分为 1200 导通型的方波电流源变频器和 1800 导通型的正弦波电压源变频器。交-交变频器与交-直- 交变频器的性能比较如表 2-1 所示。表 2-1 交- 交变频器与交-直-交变频器的性能比较类别比较项目 交- 直-交变频器 交 -交变频器换能形式 两次换能，效率略低 一次换能，效率较高换流方式 强迫换流或负载谐振换流 电源电压换流装置元器件数量 元器件数量较少 元器件数量较多调频范围 频率调节范围宽 一般情况下，输出最高频率为电网频率的1/31/2电网功率因素
11、 用可控整流调压时，功率因素在低压 较低时较低；用斩波器或 PWM 方式调压时，功率因素高适用场合 可用于各种电力拖动装置、稳频稳压电源和不停电电源 特别适用于低速大功率拖动知识拓展变频器的分类方法很多，下面简单介绍几种主要的分类方法。1按变换环节分类1）交-交变频器交-交变频器的原理图如图 2-6（a）所示。其主要优点是没有中间环节，变换效率高，但其连续可调的频率范围较窄，输出频率一般只有额定频率的 1/2 以下，电网功率因素较低，主要应用于低速大功率的拖动系统。2）交-直- 交变频器交-直-交变频器的基本结构图如图 2-3 所示。主要由整流电路、中间直流环节和逆变电路三部分组成。交-直-交
12、变频器按中间环节的滤波方式又可分为电压型变频器和电流型变频器。（1）电压型变频器。电压型变频器的主电路典型结构如图 2-14 所示。在电路中，中间直流环节采用大电容滤波，直流电压波形比较平直，使施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响，基本保持恒定，类似于电压源，因而称之为电压型变频器。（2）电流型变频器。电流型变频器与电压型变频器在主电路结构上基本相似，不同的是电流型变频器的中间直流环节采用大电感滤波，如图 2-15 所示，直流电流波形比较平直，使施加于负载上的电流基本不受负载的影响，其特性类似于电流源，所以称之为电流型变频器。图 2-14 电压型变频器主电路结构 图 2-15 电流型变频器
13、主电路结构2按逆变器开关方式分类1）PAM( 脉冲振幅调制 )它是通过调节输出脉冲的幅值来进行输出控制的一种方式。在调节过程中，整流器部分负责调节电压或电流，逆变器部分负责调频。2）PWM(脉宽调制)它是通过改变输出脉冲的占空比来实现变频器输出电压的调节，因此，逆变器部分需要同时进行调压和调频。目前，普遍应用的是脉宽按正弦规律变化的正弦脉宽调制方式，即 SPWM 方式。3按逆变器控制方式分类1） 控制变频器/Uf控制是同时控制变频器输出电压和频率，通过保持 比值恒定，使得电动机/Uf的主磁通不变，在基频以下实现恒转矩调速，基频以上实现恒功率调速。它是一种转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简
14、单，多应用于精度要求不高的场合。2）矢量控制变频器矢量控制变频器主要是为了提高变频调速的动态性能。模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对异步电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。3）直接转矩控制变频器直接转矩控制变频器是一种新型的变频器。它省掉了复杂的矢量变换与电动机数学模型的简化处理。该系统的转矩响应迅速，无超调，是一种具有高静态和动态性能的交流调速方法。4按变频器的用途分类1）通用变频器通用变频器其特点是通用性，是变频器家族中应用最为广泛的一种。通用变频器主要包含两大类：节能型变频器和高性能通用变频器。（1）节能型变频器。是一种以节能为主要目的而简化了其他一些
15、系统功能的通用变频器，控制方式比较单一，一般为 控制，主要应用于风机、水泵等调速性能要求不高/Uf的场合，具有体积小、价格低等优势。（2）高性能通用变频器。是一种在设计中充分考虑了变频器应用时可能出现的各种需要，并为这种需要在系统软件和硬件方面都做了相应的准备，使其具有较丰富的功能。如：PID 调节、 PG 闭环速度控制等。高性能通用变频器除了可以应用于节能型变频器的所有应用领域之外，还广泛用于电梯、数控机床等调速性能要求较高的场合。2）专业变频器是一种针对某一种特定的应用场合而设计的变频器，为满足某种需要，这种变频器在某一方面具有较为优良的性能。如电梯及起重机用变频器等，还包括一些高频、大容
16、量、高压等变频器。项目 4 变频器的使用与维护任务 1 变频器的安装任务引入正确安装变频器是合理使用变频器的基础。因此，要了解变频器的安装环境、安装方式及安装规范。各种系列的变频器都有其标准的接线方式，这些接线规定与变频器功能的充分发挥有紧密的关系，用户应该熟悉变频器的接线方式，并严格按照规定接线。任务目标1了解变频器安装使用环境要求。2了解变频器的发热与散热。3掌握变频器安装与接线。4了解变频器的接地。相关知识1. 变频器安装使用环境要求变频器是全晶体管设备，属于精密仪器。为了确保变频器能长期、安全、稳定地工作，发挥其应有的性能，必须确保变频器的运行环境满足其所规定的要求。变频器最好安装在室
17、内，避免阳光直接照射，如果必须安装在室外，则要加装防雨水、防冰雹、防雾和防高温、低温的装置。如要在我国东北地区的室外安装变频器时，一定要考虑冬天的加热，若变频器是断续运行，应该用恒温装置保持环境为恒温；若变频器长期运行，则恒温装置应待机运行。如果在南方比较潮湿的地区使用变频器，必要时需要加装除湿器；在野外运行的变频器还要加设避雷器，以免遭雷击。要求所安装的墙壁不受振动，在不加装控制柜时，要求变频器安装在牢固的墙壁上，墙面材料应为钢板或其他非易燃的坚固材料。变频器长期可靠运行的周围条件如下所述。1）安装设置场所的要求条件（1）结构房或电气室应湿气少，无水浸。（2）无爆炸性、燃烧性或腐蚀性气体和液
18、体，粉尘少。（3）变频装置容易搬入安装，并有足够的空间便于维修检查。（4）应备有通风口或换气装置，以排出变频器产生的热量。（5）应与易受变频器产生的高次谐波干扰和无线电干扰的装置分离。（6）若安装在室外，须单独按照户外配电装置设置。2）周围温度条件变频器周围温度是指变频器端面附近的温度，运行中周围温度的容许值多为 040或-1050，避免阳光直射。（1）安装环境上限温度。单元型变频器安装柜使用时，要注意变频器柜体的通风性。根据经验，变频器运行时，安装柜内的温度将比周围环境温度高出 10左右，所以上限温度多定为 50。全封闭结构、上限温度为 40的壁挂型变频器装入安装柜使用时，为了减少温升，可以
19、装设厂家选用件，如装设通风板或者取掉单元外罩等。（2）安装环境下限温度。在不发生冻结的前提条件下，变频器周围温度下限值多为0或-10。3）周围湿度条件变频器要注意防止水或水蒸气直接进入变频器内，以免引起漏电，甚至打火，击穿。周围湿度过高，会使电气绝缘降低，金属部分腐蚀，因此，周围湿度的推荐值为 40%80% 。另外，变频器柜安装平面应高出水平地面 800mm 以上。如果受安装场所的限制，变频器不得已安装在湿度高的场所，变频器的柜体应尽量采用密封结构。为防止变频器停止时结露，有时装置需加对流加热器。4）周围气体条件变频器在室内安装时，其周围不应有腐蚀性、易燃、易爆的气体以及粉尘和油雾。如有腐蚀性
20、气体时，很容易使金属部分产生锈蚀，影响变频器的长期运行。有易燃、易爆的气体时，由于开关、继电器等在电流通断过程中产生电火花而引燃、引爆气体，发生事故。另外，还要选择粉尘和油雾少的设置场所，以保证变频器安全运行。如果变频器周围存在粉尘和油雾时，这些气体在变频器内附着、堆积将导致绝缘降低；对于强迫风冷的变频器，由于过滤器堵塞将引起变频器内温度异常上升，致使变频器不能稳定运行。5）海拔条件变频器的安装场所一般在海拔 1000m 以下，超高则气压降低，容易使绝缘破坏。对于进口变频器，一般绝缘耐压以海拔 1000m 为基准，在 1500m 降低 5%，在 3000m 降低20%。另外，海拔越高，冷却效果
21、下降越多，因此必须注意温升。6）振动条件变频器的耐振性因机种的不同而不同，振动超过变频器的容许值时，将产生部件紧固部分松动以及继电器和接触器等的可动部分的器件误动作，往往导致变频器不能稳定运行。因此，设置场所的振动加速度多被限制在（0.30.6）g 以下（即振动强度，5.9m/s 2） 。对于机床、船舶等事先能预测振动的场合，必须选择有耐振措施的机种。也可以采取一些防振措施，如加装隔振器或采用防振橡胶等。另外，在有振动的场所安装变频器，必须定期进行检查和加固。2 变频器的发热与散热变频器的效率一般为 9798%，这就是说大约有 23% 的电能转变为热能。变频器在工作时，其散热片的温度可达 90
22、，故安装底板与背面必须为耐热材料，还要保证不会有杂物进入变频器，以免造成短路或更大的故障。几种常用的安装方式如图 4-1 所示。图 4-1 变频器的几种常用安装方式 (a) 横排式 (b) 变频器散热片露在盘外冷却安装 (c) 变频器散热片露在盘内冷却安装对于非水冷却的变频器，在安装空间上，要保证变频器与周围墙壁留有 15cm 的距离，有通畅的气流通道，如图 4-2 所示。图 4-2 变频器的安装示意图(a) 立式安装 (b) 挂式安装很多生产现场将变频器安装于电气安装柜内，这时应注意散热问题。变频器的最高允许温度为 Ti50 ，如果安装柜的周围温度 Ta40（max） ，则必须使柜内温升在T
23、iT a 10以下。关于散热问题有以下两种情况：1）电气柜如果不采用强制换气，变频器发出的热量经过电气柜内部的空气，由柜表面自然散热，这时散热所需要的电气柜有效表面积 A 用下式计算（4-()saQhT1）式中 Q安装柜总发热量， W。h传热系数（散热系数） 。A安装柜有效散热面积，去掉靠近地面、墙壁及其他影响散热的面积，m 2。Ts电气柜的表面温度，。Ta周围温度，一般最高时为 40。2）设置换气扇，采用强制换气时，散热效果更好，是盘面自然对流散热无法达到的。换气流量 P 可用式（4-2）计算，该式也可用于计算风扇容量。（4-301()aQPCT2）式中 Q电气柜内总发热量， W。空气密度，
24、kg/m 3,50时 =1.057 kg/m3。C空气的比热容，C1.0kJ/（kgK ） 。P流量，m 3/s。T0排气口的空气温度，一般取 50。Ta周围温度，即在给气口的空气温度， ，一般取 40。使用强制换气时，应注意以下问题：（1）从外部吸入空气的同时也会吸入尘埃，所以在吸入口应设置空气过滤器。在门扉部设置屏蔽垫，在电缆引入口设置精梳板，当电缆引入后，就会自动密封起来。（2）当有空气过滤时，如果吸入口的面积太小，则风速增高，过滤器会在短时间里堵塞；而且压力损失增高，会降低风扇的换气能力。由于电源电压的波动，有可能使风扇的能力降低，应该选定约有 20%余量的风扇。（3）因为热空气会从下
25、往上流动，所以最好选择从安装柜下部供给空气、向上部排气的结构，如图 4-3（a）所示。（4）当需要在邻近并排安装两台或多台变频器时，台与台之间必须留有足够的距离。当竖排安装时，变频器间距至少为 50cm，变频器之间应加装隔板，以增加上部变频器的散热效果，如图 4-3（b）所示。图 4-3 安装柜强制换气安装图(a) 单台安装 (b) 多台安装3变频器的安装与接线1）安装柜的设计及选择变频器安装柜的设计是正确使用变频器的重要环节，考虑到柜内温度的增加，不得将变频器存放于密封的小盒之中或在其周围堆置零件、热源等。柜内的温度应保持不超过50。在柜内安装冷却（通风）扇时，应设计成冷却空气能通过热源部分
26、。如变频器和风扇安装位置不正确，会导致变频器周围的温度超过规定数值。总之，要计算柜内所有电气装置的运行功率和散热功率、最大承受温度，综合考虑后得出柜子的体积、柜体材料、散热方式、换流形式等。变频器安装柜的设计形式大致分为开式和闭式两种，其优缺点对比见表 4-1，机柜安装处的周围条件（温度、湿度、粉尘、有腐蚀性气体、易燃易爆气体等）决定了机柜所应达到的保护等级 IP。表 4-1 安装柜设计形式的对比柜机形式 开式机柜 闭式机柜通风方式 自然式通风 增强型自然通风 自然式通风使用风扇，增强内循环，外部自然通风使用热交换器作强制循环，内外流动空气效果主要通过自然对流进行散热，机柜壁也有一点散热作用通
27、过加装风扇提高空气的流动，增强散热效果只能通过机柜壁散热，柜内只允许有较低的功率消耗。在机柜内常发生热集聚现象只能通过机柜壁散热，内部空气的强制流动改善了散热条件，并防止了热集聚现象通过内部的热空气和外部的冷空气的交换来散热，这就增大了热交换的有效面积。此外，强制性的内外循环可带出更多的热量保护级别 IP20 IP20 IP54 IP54 IP54柜内允许消耗的典型功率(条件：机柜尺寸，600mm600mm2000mm；机柜的内外温差为 20，如果温差不超过20，可参考机柜制造厂家提供的机柜温度特性)最高 700W最高2700W(在带一个小型过滤器时为1400W)最高 260W 最高 360W
28、 最高 1700W安装柜内允许消耗的功率取决于机柜的类型、机柜周围环境的温度和机柜内各设备的布局。图 4-4 所示为机柜内设备的功率消耗与周围最高温度之间的关系曲线。图中的曲线、对应的安装柜类型分别如下：（1）曲线，对应具有热交换器的闭式机柜，热交换器的尺寸为920mm460mm111mm。（2）曲线，对应通过自然对流通风的机柜。（3）曲线，对应通过风扇作强制循环和自然通风的闭式机柜。图 4-4 柜内功耗与周围最高温度关系曲线表 4-2 列出了变频器安装柜的参考尺寸，安装条件为安装柜的温升为 10，周围温度为 40。表 4-2 变频器安装柜参考尺寸变频器装置 密封型概略尺寸(mm) 风扇冷却概
29、略尺寸(mm)电压(V) 容量(kW) 损耗(额定时)(W) 宽 深 高 宽 深 高0.4 62 400 250 700 0.75 118 400 400 1100 1.5 169 500 400 1600 2.2 190 600 400 1600 3.7 273 1000 400 1600 5.5 420 1300 400 2100 600 400 1200200/2207.5 525 1500 400 2300 0.75 102 400 400 1.5 130 400 400 1400 2.2 150 600 400 1600 3.5 195 600 400 1600 5.5 290 70
30、0 600 1900 7.5 385 1000 600 1900 600 400 120011 580 1600 600 2100 600 600 160015 790 2200 600 2300 600 600 160022 1160 2500 1000 2300 600 600 190030 1470 3500 1000 2300 700 600 210037 1700 4000 1000 2300 700 600 210045 1940 4000 1000 2300 700 600 210055 2200 4000 1000 2300 700 600 210075 3000 800 55
31、0 1900110 4300 800 550 1900150 5800 900 550 2100400/440220 8700 1000 550 23002）变频器与电动机的距离在使用现场，变频器与电动机安装的距离可以分为三种情况：远距离、中距离和近距离。100m 以上为远距离；20 100m 为中距离；20m 以内为近距离。变频器在运行中，其输出端电压波形中含有大量谐波成分，这些谐波将产生极大的负作用，影响变频器系统的功能。变频器的安装位置及变频器与电动机的连接距离恰当，可减小谐波的影响。远距离的连接会在电动机的绕组两端产生浪涌电压，叠加的浪涌电压会使电动机绕组的电流增大，电动机的温度升高，
32、绕组绝缘损坏。因此，希望变频器尽量安装在被控电动机的附近，但在实际生产现场，变频器和电动机之间总会有一定的距离，如果变频器和电动机之间的距离在 20100m ，需要调整变频器的载波频率来减少谐波和干扰；而当变频器和电动机之间的连接距离在 100m 以上时，不但要适度降低载波频率，还要加装浪涌电压抑制器或输出用交流电抗器。不同型号的变频器在这方面的性能有所不同。在集散控制系统中，由于变频器的高频开关信号的电磁辐射会对电子控制信号产生干扰，因此，常常把大型变频器放到中心控制室内。而大多数中、小容量的变频器则安装在生产现场，这时可采用 RS485 串行通信方式连接。若还要加长距离，可以利用通信中继器
33、，可达 1km。如果采用光纤连接器，可以达到 23km。采用通信电缆连接，可以很方便地构成多级驱动控制系统，实现主/从和同步控制等要求。当前，较为流行的是现场总线控制技术，比较典型的现场总线有 ProfiBus、LonWonks、FF 等，其最大特点是用数字信号取代模拟信号，模拟现场信号电缆被高容量的现场总线网络取代，从而使数据传输速度大大提高，实现控制彻底分散化，这种分散有利于缩短变频器到电动机之间的距离，使系统布局更加合理。3）变频器主电路接线一般型号的变频器主电路接线应注意以下问题：（1）在电源和变频器的输入侧应安装一个接地漏电保护的断路器，它对变频电流比较敏感。还要加装一个断路器和交流
34、电磁接触器，断路器本身带有过电流保护功能，并且能自动复位，在故障条件下可以用手动来操作。交流电磁接触器由触点输入控制，可以连接变频器的故障输出和电动机过热保护继电器的输出，从而在故障时使整个系统从输入侧切断电源，实现及时保护。如果交流电磁接触器和漏电保护开关同时出现故障，断路器也能提供可靠的保护。（2）应在变频器和电动机之间加装热继电器，用变频器拖动大功率电动机时尤为需要。虽然变频器内部带有热保护功能，但可能还不够保护外部电动机。由于用户选择变频器的容量往往大于电动机的额定容量，当用户设定的保护值不佳时，变频器在电动机烧毁之前可能还没来得及动作；或者变频器保护失灵时，电动机就需要外部热继电器提
35、供保护。尤其是在驱动一些旧电动机时，还要考虑到生锈、老化带来的负载能力降低等问题。综合这些因素，外部热继电器可以很直观、便捷地设定保护值，特别是在有多台电动机运行或有工频/变频切换的系统中，热继电器的保护更加必要。（3）当变频器与电动机之间的连接线太长时，由于高次谐波的作用，会使热继电器误动作。因此，需要在变频器和电动机之间安装交流电抗器或用电流传感器配合继电器作热保护而代替热继电器。（4）为了增加传动系统的可靠性，保护措施的设计原则一般是多重冗余，单一的保护设计虽然可以节省资金，但会降低系统的整体安全系数。对于主电路各端子的具体连接应注意以下问题： 主电路电源输入端（ L1/R、L2/S 、
36、L3/T ） 。主电路电源端子通过线路保护用断路器和交流电磁接触器连接到三相电源上，无需考虑连接相序。变频器保护功能动作时，使接触器的主触点断开，从而及时切除电源，防止故障扩大。不能采用主电路电源的开/关方法来控制变频器的运行与停止，而应使用变频器本身的控制键来控制。还要注意变频器的电源三相与单相的区别，不能接错。 变频器的输出端子应按正确相序连接到三相异步电动机。如果电动机旋转方向不对，则交换 U、V、W 中任意两相接线。变频器的输出侧一般不能安装电磁接触器，若必须安装，则一定要注意满足以下条件：变频器若正在运行中，严禁切换输出侧的电磁接触器；要切换接触器必须等到变频器停止输出后才可以。变频
37、器的输出侧不能连接电力电容器、浪涌抑制器和无线电噪声滤波器，这将导致变频器故障或电容器和浪涌抑制器的损坏。驱动较大功率电动机时，在变频器输出端与电动机之间要加装热继电器。主电路基本接线如图 4-5 所示。图 4-5 主电路基本接线图当变频器和电动机之间的连接线很长时，随着变频器输出电缆的长度增加，其分布电容明显增大，电线间的分布电容会产生较大的高频电流，可能会导致变频器过电流跳闸、漏电流增加、电流显示精度变差等。因此，4kW 以下的电动机连线不要超过 50m，5.5kW以上的不要超过 100m。如果连线必须很长，可使用外选件输出电路滤波器（OFL 滤波器） 。由于变频器与电动机之间的电压降会随
38、导线距离长度的增加而增加，特别是变频器输出频率下降时，电压也下降，在电流相等的情况下，线路的电压降 在输出电压中所占U比例将上升，而电动机得到的电压的比例则下降，从而可能导致电动机转矩不足。所以，在选择变频器与电动机之间导线的线径时，最关键的因素是线路电压降 的影响。一般要求 （4-U2%3N:3）式中 UN电动机的额定电压。的计算公式为（4-031MNIRL4）式中 I MN电动机的额定电流， A。R0 单位长度导线的电阻，m/m。L导线的长度，m 。实际进行变频器与电动机之间连接时，须根据要求的距离计算出所需导线的 R0 值，从而选定合适线径的导线。常用电动机引出线的单位长度电阻值见表 4
39、-3。表 4-3 电动机引出线的单位长度电阻值标称截面积(mm 2) 1.0 1.5 2.5 4.0 6.0 10.0 16 25.0 35.0R0(m/m) 17.8 11.9 6.92 4.40 2.92 1.73 1.10 0.69 0.49设某电动机的主要额定数据如下：PMN=30kW,UMN=380V，I MN=57.6A，n MN=1460r/min。变频器与电动机之间的距离为 40m。要求在工作频率为 40Hz 时，线路电压降不超过 2%。选择线径的方法如下：由式（4-3）允许的电压降为由式（4-4）得则 R 0=1.52m/m由表 4-3 可知，应选择截面积为 16mm2的导线
40、（材质为铜） 。 直流电抗器连接端子P1、P（）。这是为改善功率因数而设直流电抗器（选件）的连接端子，出厂时端子上连接有短路导体。使用直流电抗器时，先取掉此短路导体；不使用时，让短路导体接在电抗器上（西门子 MM440 变频器中是 DC/R、B /DC两个端子） 。 外部制动电阻连接端子P （） 、DB。不同品牌的变频器，外部制动电阻的连接端子有所不同。对富士变频器，G 11S 型 7.5kW 以下和 P11S 型 11kW 以下的变频器有这两个端子。对前一种规格的变频器，机器内部装有制动电阻，且连接于 P（） 、DB 端子上。如果内装的制动电阻热容量不足（当高频运行或重力负载运行时等）或为了
41、提高制动力矩等，则必须外接制动电阻（选件） 。连接时，先从 P（） 、DB 端子上卸下内装制动电阻的连接线，并对其线端绝缘，然后将外部制动电阻连接到变频器的 P（） 、DB 端子上。注意配线长度应小于 5m，用双绞线或双线密绕并行配线。西门子 MM440 变频器的外部制动电阻的连接端子为 B/DC和 B，要求制动电阻必须垂直安装并紧固在隔热的面板上。 变频器接地端子（G） 。为了安全和减少噪声，变频器的接地端子 G（或 PE）必须可靠接地。为了防止电击和火灾事故，电气设备的金属外壳和框架均应按照国家要求设置。接地线要短而粗，变频器系统应连接专用接地极。4）变频器控制电路的接线控制信号分为模拟量
42、信号、频率脉冲信号和开关信号三大类。对应的模拟量控制主要包括输入侧的给定信号线和反馈信号线，输出侧的频率信号线和电流信号线。开关信号控制线有起动、点动、多档转速控制等控制线。与主回路接线不同，控制线的选择和配置要增加抗干扰措施。（1）输入端的接线触点或集电极开路输入端（与变频器内部线路隔离）的接线如图 4-6 所示，图中 SD为公共端。图 4-6 输入端的接线模拟信号输入：主要包括输入侧的给定信号线和反馈信号线。模拟信号的抗干扰能力较低，因此必须使用屏蔽线。VmU08.65438.1670频率设定电位器的接线：频率设定电位器必须根据其端子号进行正确连接，如图 4-7 所示，否则变频器将不能正确
43、工作。图 4-7 频率设定电位器的接线（2）输出端的接线I/O 电缆长度由于 I/O 端子的不同而受到限制，由于模拟输入没有隔离，因此频率设定信号应小心配线，且应提供对应测量，从而使配线最大限度地缩短，以使它们不受外部噪声的影响。关于变频器的接线，还应注意以下问题： 电线的种类。一般情况下，控制信号的传送采用聚氯乙烯电线、聚氯乙烯护套屏蔽电线。 电缆的截面。控制电缆导体的截面必须考虑机械强度、线路压降及铺设费用等因素。推荐使用导体截面积为 1.25mm2或 2mm2的电缆。如果铺设距离短，线路压降在容许值以下时，使用 0.75mm2的电缆较为经济。 电缆的分离。变频器的控制电缆与主回路电缆或其
44、他电力电缆分开铺设，且尽量远离主电路 100mm 以上；尽量不和主电路电缆交叉，必须交叉时，应采取垂直交叉的方式。 电缆的屏蔽。当电缆不能分离或者即使分离也不会有抗干扰效果时，必须进行有效的屏蔽。电缆的屏蔽可利用已接地的金属管或金属通道和带屏蔽的电缆。屏蔽层靠近变频器的一端，应接控制电路的公共端（COM） ，而不要接到变频器的地端（E）或大地，屏蔽层的另一端悬空，如图 4-8 所示。 图 4-8 屏蔽线的接法 绞合电缆。信号电压、电流回路（420mA，05V 或 15V ）应使用电缆。长距离的控制回路电缆应采用绞合线，且应是屏蔽的铠装线，绞合线的绞合间距应尽可能小。 铺设路线。由于电磁感应干扰
45、的大小与电缆的长度成比例，所以应尽可能以最短的路线铺设。特别是与频率表端子连接的电缆长度应在 200m 以下（电缆的容许长度因机种不同而不同，可根据说明书等确定） 。铺设距离越长，频率表的指示误差越大。另外，大容量变压器和电动机的漏磁通会对控制电缆直接感应，产生干扰，电缆线路要尽量远离这些设备。同时，信号电压、电流回路使用的电缆，不要接近装有很多断路器和继电器的控制柜。 大电感线圈的浪涌电压吸收电路。接触器、电磁继电器的线圈及其他各类电磁铁的线圈，都具有很大的电感。在与变频器的控制端子连接时，在接通和断开的瞬间，由于电流的突变会产生很高的感应电动势，因而电路中会形成峰值很高的浪涌电压，导致系统
46、内部保护电路误动作。所以，在电感线圈的两端，必须接入浪涌电压吸收电路。在大多数情况下，可采用阻容吸收电路，如图 4-9（a）所示；在直流电路的电感线圈中，也可以只用一个二极管，如图 4-9（b）所示。图 4-9 浪涌电压吸收电路(a) 阻容吸收电路 (b) 直流吸收电路4 变频器的接地变频器系统接地的主要目的是为了防止漏电及干扰的侵入或对外辐射。回路必须按电气设备技术标准和规定接地，采用实用牢固的接地桩。变频器的接地方式如图 4-10 所示，图 4-10（a）所示方式最好，图 4-10（b）中其他机器的接地线未连到变频器上，可以采用，图 4-10（c）所示方式则不可采用。图 4-10 变频器接
47、地方法(a) 专用地线 (b) 公用地线(可用) (c) 共用地线(不可用)对于单元型变频器，接地线可直接与变频器的接地端子连接，当变频器安装在配电柜内时，则与配电柜的接地端子或接地母线连接，不管哪一种情况，都不能经过其他装置的接地端子或接地母线，而必须直接与接地电极或接地母线连接。根据电气设备技术标准，接地线必须用直径 1.6mm 以上的软铜线。变频器控制电路的接地应注意以下几点：（1）信号电压、电流回路（420mA，05V 或 15V）的电线取一点接地，接地线不作为传送信号的电路使用。（2）使用屏蔽电线时要使用绝缘屏蔽电线，以免屏蔽金属与被接地的通道金属管接触。（3）电路的接地在变频器侧进
48、行，应使用专设的接地端子，不与其他的接地端公用。（4）屏蔽电线的屏蔽层应与电线导体长度相同。电线在端子箱里进行中继时，应装设屏蔽端子，并互相连接。知识拓展变频器的防尘变频器在工作时产生的热量，靠自身的风扇强制制冷。空气通过散热通道时，空气中的尘埃容易附着或堆积在变频器内的电子元件上，从而影响散热。当温度超过允许工作点时，会造成跳闸，严重时会缩短变频器的寿命。在变频器内电子元件与风道无隔离的情况下，由尘埃引起的故障更为普遍。因此，变频器的防尘问题应引起重视，下面介绍几种常用的防尘措施。（1）设计专门的变频器室。当使用的变频器功率较大或数量较多时，可以设计专门的变频器室。房间的门窗和电缆穿墙孔要求密封，防止粉尘侵入；要设计空气过滤装置和循环通道，以保持室内空气正常流通；保证室内温度在 40以下。这样统一管理，有利于检查维护。（2）将变频器安装在设有风机和过滤装置的柜子里。当用户没有条件设立专门的变频器室时，可以考虑制作变频器防尘柜。设计的风机和过滤网要保证柜内有足够的空气流量。用户要定期检查风机，清除过滤网上的灰尘，防止因通风量不足而使温度增高以致超过规定值。（3）选用防尘能力较强的变频器。市场上变频器的规格型号很多，选择时，除了考虑价格和性能外，还应考虑变频器对环境的适应性。有些变
