建筑工程管理变频器在工程应用中需要注意的几个问题

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1、（建筑工程管理） 变频器在 工程应用中需要注意的几 个问题 （建筑工程管理） 变频器在 工程应用中需要注意的几 个问题 变频器在工程应用中需要注意的几个问题 关键词变频器工程电机电源 1 引言 随着通用变频器市场的日益繁荣，不包括 OEM 进口变频器，中国通用变频器年用量超过 25 亿元人民币，变频器及其附属设备的安装、调试、日常维护及维修工作量剧增，给用户造成 重大直接和间接损失。本文就针对造成之上问题的原因，根据大量用户的实际应用情况，从 应用环境、电磁干扰和抗干扰、电网质量、电机绝缘等方面进行了分析，提出了壹些改进的 建议。 2 工作环境问题 在变频器实际应用中，由于国内客户除少数有专用

2、机房外，大多为了降低成本，将变频器直 接安装于工业现场。工作现场壹般是灰尘大、温度高，在南方仍有湿度大的问题。对于线缆 行业仍有金属粉尘，在陶瓷、印染等行业仍有腐蚀性气体和粉尘，在煤矿等场合，仍有防爆 的要求等等。因此必须根据现场情况做出相应的对策。 2.1 变频器的安装设计基本要求 (1)变频器应该安装在控制柜内部。 (2)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、进风的大元件。 (3)变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或者必须安装的大元件等的最小 间距，应该大于 300mm。 柜内安装变频器的基本要求 (4)如果特殊用户在使

3、用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，壹定要用胶带严格密封或 者采用假面板替换，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。 (6)其它的基本安装、 使用要求必须遵守用户手册上的有关说明;如有疑问请及时联系相应厂家 技术支持人员。 2.2 防尘控制柜的设计要求 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，防尘措施得当对保证变频器正常工作非常重要。总体要求控制柜整体应该 密封，应该通过专门设计的进风口、出风口进行通风;控制柜顶部应该有防护网和防护顶盖出 风口;控制柜底部应该有底板和进风口、进线孔，且且安

4、装防尘网。 (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， 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)如果采用控制柜顶部侧面排风方式，出风口必须安装防护网。 (4)壹定要确保控制柜顶部的轴流风机旋转方向正确，向外抽风。如果风机安装在控制柜顶部 的外部，必须确保防护顶盖和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

5、圈，能够大大减小风机震动造成的噪音。 (5)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壹定的密封处理，防止 粉尘进入。 (6)控制柜底部、侧板的所有进风口、进线孔，壹定要安装防尘网。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。防尘网的网格要小，能够有效阻挡细小絮状物 (和壹般家用防蚊蝇纱窗的网格相仿);或者根据具体情况确定合适的网格尺寸。防尘网四周和 控制柜的结合处要处理严密。 (7)对控制柜壹定要进行定期维护，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 23 个月;对于粉尘严重的场所，建议维护周期在 1 个月左右。 防尘

6、控制柜的安装要求 2.3 防潮湿霉变的控制柜的设计要求 多数变频器厂家内部的印制板、金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理，如果变频器长 期处于这种状态，金属结构件容易产生锈蚀，对于导电铜排在高温运行情况下，更加剧了锈 蚀的过程。对于微机控制板和驱动电源板上的细小铜质导线，由于锈蚀将造成损坏，因此， 对于应用于潮湿和和含有腐蚀性气体的场合，必须对于使用变频器的内部设计有基本要求， 例如印刷电路板必须采用三防漆喷涂处理，对于结构件必须采用镀镍铬等处理工艺。除此之 外，仍需要采取其它积极、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。 (1)控制柜能够安装在单独的、密闭的采用空调的机房，此方法适用控制设备

7、较多，建立机房 的成本低于柜体单独密闭处理的场合， 此时控制柜能够采用如上防尘或者壹般环境设计即可。 (2)采用独立进风口。单独的进风口能够设在控制柜的底部，通过独立密闭地沟和外部干净环 境连接，此方法需要在进风口处安装壹个防尘网，如果地沟超过 5m 之上时，能够考虑加装 鼓风机。 (3)密闭控制柜内能够加装吸湿的干燥剂或者吸附毒性气体的活性材料，且近期更换。 3 干扰问题 3.1 变频器对微机控制板的干扰 在注塑机、电梯等的控制系统中，多采用微机或者 PLC 进行控制，在系统设计或者改造过程 中，壹定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板壹般工艺 水平差，不符合 E

8、MC 国际标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制 系统工作异常，因此需要采取必要措施。 (1)良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的 屏蔽地，最好单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O 接口屏蔽层和控制 板的控制地相连3。 (2)给微机控制板输入电源加装 EMI 滤波器、共模电感、高频磁环等，成本低。能够有效抑 制传导干扰。另外在辐射干扰严重的场合，如周围存在 GSM、或者小灵通机站时，能够对微 机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。 微机控制板的电源抗干扰措施 (3)给变频器输入加装 EMI 滤波器，能够有效抑制变频

9、器对电网的传导干扰，加装输入交流 和直流电抗器 L1、L2，能够提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机和变 频器之间距离超过 100m 的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器 L3，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。壹个行之有效的方法就是采用 钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，且将钢管外壳或者电缆屏蔽层和大地可靠连接。请注意，在 不添加交流输出电抗器 L3 时，如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，增大了输出对地的 分布电容，容易出现过流。当然在实际中壹般只采取其中的壹种或者几种方法。 减小变频器对外部控制设备的干扰措施 (4)对模拟传感器检测输入和模

10、拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。 在变频器组成的控制系统设 计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于 1M，跨控制柜安装的情况下。 因为变频器壹般都有多段速设定、开关频率量输入输出，能够满足要求。如果非要用模拟量 控制时，建议壹定采用屏蔽电缆，且在传感器侧或者变频器侧实现远端壹点接地。如果干扰 仍旧严重，需要实现 DC/DC 隔离措施。能够采用标准的 DC/DC 模块，或者采用 V/F 转换， 光藕隔离再采用频率设定输入的方法。 3.2 变频器本身抗干扰问题 当变频器的供电系统附近，存在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源或者采用滑环 供电的场合，变频器本身容易因为干扰而出现保

11、护。建议用户采用如下措施： (1)在变频器输入侧添加电感和电容，构成 LC 滤波网络。 (2)变频器的电源线直接从变压器侧供电。 (3)在条件许可的情况下，能够采用单独的变压器。 (4)在采用外部开关量控制端子控制时，连接线路较长时，建议采用屏蔽电缆。当控制线路和 主回路电源均在地沟中埋设时，除控制线必须采用屏蔽电缆外，主电路线路必须采用钢管屏 蔽穿线，减小彼此干扰，防止变频器的误动作。 (5)在采用外部模拟量控制端子控制时，如果连接线路在 1M 以内，采用屏蔽电缆连接，且实 施变频器侧壹点接地即可;如果线路较长， 现场干扰严重的场合， 建议在变频器侧加装 DC/DC 隔离模块或者采用经过 V

12、/F 转换，采用频率指令给定模式进行控制。 (6)在采用外部通信控制端子控制时， 建议采用屏蔽双绞线， 且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 通信方式，注意控制线 路尽量不要超过 15m，如果要加长，必须随之降低通信波特率，在 100m 左右时，能够正常 通信的波特率小于 600bps。对于 RS485 通信，仍必须考虑终端匹配电阻等。对于采用现场总 线的高速控制系统，通信电缆必须采用专用电缆，且采用多点接地的方式，才能够提高可靠 性。 4 电网质量问题 在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合，电压经常出现闪变;在

13、壹个车间中， 有几百台变频器等容性整流负载在工作时，电网的谐波非常大，对于电网质量有很严重的污 染，对设备本身也有相当的破坏作用，轻则不能够连续正常运行，重则造成设备输入回路的 损坏。能够采取以下的措施： 集中整流的直流共母线供电方式 (1)在高频冲击负载如电焊机、电镀电源、电解电源等场合建议用户增加无功静补装置，提高 电网功率因数和质量。 (2)在变频器比较集中的车间，建议采用集中整流，直流共母线供电方式。建议用户采用 12 脉冲整流模式。优点是，谐波小、节能，特别适用于频繁起制动、电动运行和发电运行同时 进行的场合。 (3)变频器输入侧加装无源 LC 滤波器，减小输入谐波，提高功率因数，成

14、本较低，可靠性高， 效果好。 (4)变频器输入侧加装有源 PFC 装置，效果最好，但成本较高。 5 电机的漏电、轴电压和轴承电流问题 变频器驱动感应电机的电机模型，Csf 为定子和机壳之间的等效电容，Csr 为定子和转子之间 的等效电容，Crf 为转子和机壳之间的等效电容，Rb 为轴承对轴的电阻;Cb 和 Zb 为轴承油膜 的电容和非线性阻抗。 高频 PWM 脉冲输入下，电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路，从而引起对地 漏电流、轴电压和轴承电流问题。 变频器驱动感应电机的电机模型 漏电流主要是 PWM 三相供电电压极其瞬时不平衡电压和大地之间通过 Csf 产生。其大小和 PWM 的

15、dv/dt 大小和开关频率大小有关，其直接结果将导致带有漏电保护装置动作。另外， 对于旧式电机，由于其绝缘材料差，又经过长期运行老化，有些在经过变频改造后造成绝缘 损坏。因此，建议在改造前，必须进行绝缘的测试。对于新的变频电机的绝缘，要求要比标 准电机高出壹个等级。 轴承电流主要以三种方式存在：dv/dt 电流、EDM(ElectricDischargeMachining)电流和环路电 流。轴电压的大小不仅和电机内各部分耦合电容参数有关，且和脉冲电压上升时间和幅值有 关。dv/dt 电流主要和 PWM 的上升时间 tr 有关，tr 越小，dv/dt 电流的幅值越大;逆变器载波 频率越高，轴承电

16、流中的 dv/dt 电流成分越多。EDM 电流出现存在壹定的偶然性，只有当轴 承润滑油层被击穿或者轴承内部发生接触时，存储在电子转子对地电容 Crf 上的电荷 (1/2CrfUrf)通过轴承等效回路 Rb、Cb 和 Zb 对地进行火花式放电，造成轴承光洁度下降， 降低使用寿命，严重地造成直接损坏。损坏程度主要取决于轴电压和存储在电子转子对地电 容 Crf 的大小。 环路电流发生在电网变压器地线、变频器地线、电机地线及电机负载和大地地线之间的回路 (如水泵类负载)中。环路电流主要造成传导干扰和地线干扰，对变频器和电机影响不大。避 免或者减小环流的方法就是尽可能减小地线回路的阻抗。由于变频器接地线(PE 变频器)壹般 和电机接地线(PE 电机 1)连接在壹个点，因此，必须尽可能加粗电机接地电缆线径，减小俩 者之间的电阻，同时变频器和电源之间的地线采用地线铜母排或者专用接地电缆，保证良好 接地。对于潜水深井泵这样的负载，接地阻抗 ZE 电机 2 可能小于 ZE 变压器和 ZE 变频器之 和，容易形成地环流，建议断开 ZE 变频器，抗干扰效果好。 在变频器输出端串由电感、RC 组