變頻器應用技術三題

分類：技術教程日期：2009-06-22 08:37:10 來源：廠商

1 引言
隨著變頻器的大規模工程應用，有各個技術等級和其它相關技術層面的大量工程人員需要掌握變頻器應用技術。例如普通電氣工人；例如初級電氣工程師；例如機械工程師。同時，變頻器也越來越多地應用到各種復雜的工程環境中去，書本中各種常規的技術常常難以解決變頻器應用中的特殊問題。本文基于臺達品牌KG系列變頻器，針對3個變頻器應用問題給出原理性的分析設計技術。技術原理實際上也適用其它變頻器工程應用條件。

2 變頻器抗干擾技術
　　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常見干擾途徑
　　（1）空中輻射方式。以電磁波的方式在空中傳播。
　　（2）線路傳播方式。主要通過電源網絡傳播。
　　（3）線間感應方式。電感產生的電磁感應或電容產生的靜電感應通過線間感應的方式傳播。
2.2干擾源的排除
　　（1）高頻大功率的直流電焊機應遠離變頻器。電焊機自身的接地應良好。
　　（2）電磁鐵的通斷觸點應加裝RC突波吸收器。
　　（3）與變頻器裝在同一電柜中的接觸器，要剔除劣質品。要選擇開關低噪聲，滅弧效
果好的產品。必要時也要加裝RC突波吸收器。
　　（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生
過高的瞬間突變。
　　（5）供電電源的相電壓要平恒，以免導致220V單相輸入的變頻器在欠壓或過壓的狀態
下工作。
　　（6）對用戶廠的自發電系統，要求輸出電源電壓不要忽高忽低。要避免突變，要穩定。
2.3變頻器抗干擾的常用措施
　　（1）變頻器的E端要與控制柜及電機的外殼相連，要接保安地，接地電阻應小于100
Ω，可吸收突波干擾。
　　（2）變頻器的輸入或輸出端加裝電感式磁環濾波器。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格提供），平性并繞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標準的濾波裝置（臺達變頻器使用手冊有規格提供）。
　　（3）上述磁環濾波器還可根據現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。
　　（4）裝有變頻器的電控柜中，動力線和信號線應分開穿管走線，金屬軟管應接地良好。
　　（5）模擬信號線要選用屏蔽線，單端在變頻器處接仿真地。
　　（6）還可通過調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。
　　（7）RS485通訊口與上位機相連一定要采用光電隔離的傳輸方式，以提高通信系統的抗
干擾性能。
　　（8）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
部變壓器。
　　（9）在受干擾的儀表設備方面也要進行獨立屏蔽，市場上的溫控器、PID調節器、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濾波器。

3 防止變頻器漏電斷路器誤誤動作技術
　　我們在日常使用中踫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常會跳脫，原因又找不到，許多人都認為是變頻器品質出了問題，其實這里面是有原因的，就這個問題做一個分析。
3.1漏電斷路器額定電流設計
　　變頻器輸出是以PWM(脈寬調制，類似高速開關)方式控制，因此會發生高頻率的漏電電流，若要在變頻器一次側加裝一般漏電斷路開關時，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0.1秒以上的漏電斷路關開使用，但不保證該漏電斷路關開一定不會跳脫，必須考慮下列各因素才能決定系統漏電電流之大小，并選定適當的漏電斷路開關及必要措施來改善送電后漏電斷路器跳脫之現象。
　　一般漏電斷路開關之額定電流選擇計算公式如下（參見圖1）：
I△n ≧ 10*〔Ig1+Ign+3*(Ig2+Igm)〕
Ig1、Ig2：商業運轉時電纜線之漏電電流。
Ign：變頻器輸入側噪聲濾波器之漏電電流。
Igm：商業運轉時馬達之漏電電流。

　　由上述公式之相關變動參數得知，會影響漏電電流大小之因素有：
（1）電纜線的漏電電流(有二部分)

（2）濾波器的漏電電流 (包含變頻器在內)。
（3）馬達的漏電電流。
3.2各部分漏電電流值(單位：mA)
　　（1）電纜線的漏電電流=A*(實際電纜線長/1000m)；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 (包含變頻器在內)——變頻器供應廠商提供。例如：臺達VFD055B43B用濾波器為26TDT1W4B4其漏電電流最大值為70mA。
　　（3）馬達的漏電電流——馬達供應廠商提供。
3.2設計舉例
　　使用變頻器于圓盤針織機應用，前端使用了漏電保護，但是經常跳脫，分析如下：變頻
器功率5.5KW，漏電斷路器漏電電流75mA。以過去經驗來評估時，在一切正常的情況下其中因電纜線長及馬達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)及負載側是否依第3種接地(10Ω以下)施工，故建議如下：
　　（1）若電源側一定要裝漏電斷路開關，建議選擇200mA以上的感度電流且動作時間為0.1秒以上之漏電斷路關開，但不保證該漏電斷路關開一定不會跳脫，必須符合在其它對象(電纜線長及馬達)是正常的漏電流范圍內及負載側是依第3種接地(10Ω以下)施工下才有效。
　　（2）若電源側一定要裝現有漏電斷路器(75mA)，建議輸入電源不經現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)造成現有漏電斷路器(75mA)跳脫。
　　（3）將現有漏電斷路器(75mA)自電源系統脫離，將電源直接輸入濾波器再轉接到變頻器即可。

4變頻器輸入輸出保護技術
　　變頻器具有強大的保護功能，泛指的是輸出保護。從設計的角度來說，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：±10% 頻率：±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，在電源電壓不穩或者在自發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。絕不能將其作為變頻器的啟動或停止開關來使用。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
　　（1）多臺電機同步啟動和停止，同頻升降速。此種應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，應該放大變頻器的功率檔使用。注意﹗變頻器輸出應直接和電機相聯接，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，變頻器輸出側電壓則很高，此時，第二臺電機相當于全壓啟動，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，此時繼電器在開關電機時，電感性負載會產生很高的瞬間反向電壓，遠超過變頻器內部器件的額定電壓，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
　　（1）零線。零線是發電機輸出的中心線，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的線端，是變頻器內直流母線的負端，應接至煞車模塊。既不能把它當做接地線端，更不能錯接至電源零線。
　　（3）保安地。臺達變頻器的E接地線應接至保安地，也就是電機的外殼。避免高壓突波沖擊以及噪聲的干擾。