變頻器的分類

1、任務(wù)2 變頻器的分類任務(wù)引入變頻器的種類很多，分類方法也很多。通過對變頻器分類方法的熟悉，達(dá)到對變頻器一個整體的了解。任務(wù)目標(biāo)1了解主流變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2熟悉變頻器的分類。相關(guān)知識1交-直-交變頻器交-直-交電壓型變頻器是通用變頻器的主要形式。圖2-3所示為電壓型交-直-交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)。圖2-3 電壓型交-直-交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)1）交-直部分（1）整流電路。整流電路由VD1VD6組成三相不可控整流橋，它們將電源的三相交流全波整流成直流。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。小功率的變頻器，其輸入電源多用單相220V，整流電路為單相全波整流橋；功率較大的變頻器則一般用三相380

2、V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。設(shè)電源的線電壓為UL，那么三相全波整流后平均直流電壓UD=1.35UL=1.35×380V=513V。（2）濾波電容器CF。整流電路輸出的整流電壓是脈動的直流電壓，必須加以濾波。濾波電容CF的作用是：除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器之間起去耦作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負(fù)載的電動機(jī)提供必要的無功功率。因而，中間直流電路電容器的電容量必須較大，起到儲能作用，所以中間直流電路的電容器又稱儲能電容器。（3）限流電阻RL與開關(guān)SL。由于儲能電容大，同時在接入電源時電容器兩端的電壓為零，故當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器CF的

3、充電電流是很大的。過大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二極管損壞。為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時間里，電路內(nèi)串入限流電阻，其作用是將電容器CF的充電電流限制到允許的范圍以內(nèi)。開關(guān)SL的功能是：當(dāng)CF充電到一定程度后令SL接通，將RL短路掉。（4）電源指示燈HL。HL除了表示電源是否接通以外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后顯示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以CF沒有快速放電的回路，其放電時間往往長達(dá)數(shù)分鐘。又由于CF上的電壓較高，如電荷不放完，在維修變頻器時將對人身安全構(gòu)成威脅，所以HL完全

4、熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。2）直-交部分（1）逆變管V1V6。V1V6組成逆變橋，把VD1VD6整流后的直流電再“逆變”成頻率、幅值都可調(diào)的交流電。這是變頻器實現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。當(dāng)前常用的逆變管有絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、大功率晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）及功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）等。（2）續(xù)流二極管VD7VD12。續(xù)流二極管VD7VD12的主要功能有：電動機(jī)的繞組是感性的，其電流具有無功分量，VD7VD12為無功電流返回直流電源提供“通道”。當(dāng)頻率下降、電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)時，再生電流將通過VD7VD12返回直流電路。V1V6進(jìn)行逆

5、變的基本工作過程：同一橋臂的兩個逆變管處于不停的交替導(dǎo)通和截止的狀態(tài)，在這交替導(dǎo)通和截止的換相過程中，也不時地需要VD7VD12提供通路。（3）緩沖電路。在不同型號的變頻器中，緩沖電路的結(jié)構(gòu)也不盡相同。圖2-3所示是比較典型的一種，其功能如下所示。逆變管V1V6每次有導(dǎo)通狀態(tài)切換成截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極（C極）和發(fā)射極（E極）間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至直流電壓值UD。這過高的電壓增長率將導(dǎo)致逆變管的損壞，因此，C01C06的功能便是降低V1V6在每次關(guān)斷時的電壓增長率。V1V6每次有截止?fàn)顟B(tài)切換成導(dǎo)通狀態(tài)的接通瞬間，C01C06上所充的電壓（等于UD）將向V1V6放電。此放

6、電電流的初始值將是很大的，并且將疊加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致V1V6的損壞。因此，R01R06的功能是限制逆變管在接通瞬間C01C06的放電電流。R01R06的接入又會影響C01C06在V1V6關(guān)斷時降低電壓增長率的效果。VD01VD06接入后，在V1V6的關(guān)斷過程中使R01R06不起作用；而在V1V6的接通過程中，又迫使C01C06的放電電流流經(jīng)R01R06。3）制動電阻和制動單元（1）制動電阻RB。電動機(jī)在工作頻率下降過程中，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將超過此時的同步轉(zhuǎn)速處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋的直流電路中，使直流電壓UD不斷上升，甚至可能達(dá)到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消

7、耗掉，使UD保持在允許范圍內(nèi)，制動電阻RB就是用來消耗這部分能量的。（2）制動單元VB。制動單元VB由大功率晶體管GTR及其驅(qū)動電路構(gòu)成，其功能是控制流經(jīng)RB的放電電流IB。2交-交變頻器交-交變頻器又稱直接變頻裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。（a） （b）圖2-6 交-交變頻器單相電路及方波電壓波形（a）電路原理圖 （b）方波電壓波形它只有一個變換環(huán)節(jié)就可以把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源變換成VVVF電源，因此稱之為直接變頻器，或稱交-交變頻器。常用的交-交變頻器輸出的每一相都是一個兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，見圖2-6（a）所示。正反向兩組按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出

8、電壓u0。u0的幅值取決于各組整流裝置的控制角，u0的頻率取決于兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓就是方波，如圖2-6（b）所示。以上只是分析了交-交變頻器的單相輸出，對于三相負(fù)載，其它兩相也各用一套反并聯(lián)的可逆線路，輸出平均電壓相位依次相差1200。這樣，如果每個整流器都用橋式電路，三相交-交變頻器需用三套反并聯(lián)橋式線路，共需36個晶閘管。如圖2-7所示，使用多繞組整流變壓器是因為三相之間有星形聯(lián)接，需要隔斷相間的短路環(huán)流。這個電路因為無環(huán)流運(yùn)行，必須保證電流嚴(yán)格過零才能觸發(fā)反組工作，為可靠起見需要一個死區(qū)，因此最高輸出頻率大約允許在15Hz以下。如果采用有環(huán)流運(yùn)行，

9、則需要加裝6只環(huán)流電抗器，輸出頻率可以提高到2025Hz，再高則波形的畸變就嚴(yán)重了。圖2-7 六脈沖無環(huán)流交-交變頻器主電路交-交變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，但所用器件的數(shù)量更多，總設(shè)備投資巨大。交-交變頻器的最大輸出頻率為30Hz，使其應(yīng)用受到限制，一般只用于低速度、大容量的調(diào)速系統(tǒng)，例如軋鋼機(jī)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等。根據(jù)輸出電壓波形的不同，交-交變頻器克分為1200導(dǎo)通型的方波電流源變頻器和1800導(dǎo)通型的正弦波電壓源變頻器。交-交變頻器與交-直-交變頻器的性能比較如表2-1所示。表2-1 交-交變頻器與交-直-交變頻器的性能比較 類別比較項目交-直-交變頻器交

10、-交變頻器換能形式兩次換能，效率略低一次換能，效率較高換流方式強(qiáng)迫換流或負(fù)載諧振換流電源電壓換流裝置元器件數(shù)量元器件數(shù)量較少元器件數(shù)量較多調(diào)頻范圍頻率調(diào)節(jié)范圍寬一般情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)頻率的1/31/2電網(wǎng)功率因素用可控整流調(diào)壓時，功率因素在低壓時較低；用斬波器或PWM方式調(diào)壓時，功率因素高較低適用場合可用于各種電力拖動裝置、穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源和不停電電源特別適用于低速大功率拖動知識拓展變頻器的分類方法很多，下面簡單介紹幾種主要的分類方法。1按變換環(huán)節(jié)分類1）交-交變頻器交-交變頻器的原理圖如圖2-6（a）所示。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，變換效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍較窄，輸出頻率一般只有

11、額定頻率的1/2以下，電網(wǎng)功率因素較低，主要應(yīng)用于低速大功率的拖動系統(tǒng)。2）交-直-交變頻器交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示。主要由整流電路、中間直流環(huán)節(jié)和逆變電路三部分組成。交-直-交變頻器按中間環(huán)節(jié)的濾波方式又可分為電壓型變頻器和電流型變頻器。（1）電壓型變頻器。電壓型變頻器的主電路典型結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。在電路中，中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，直流電壓波形比較平直，使施加于負(fù)載上的電壓值基本上不受負(fù)載的影響，基本保持恒定，類似于電壓源，因而稱之為電壓型變頻器。（2）電流型變頻器。電流型變頻器與電壓型變頻器在主電路結(jié)構(gòu)上基本相似，不同的是電流型變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，

12、如圖2-15所示，直流電流波形比較平直，使施加于負(fù)載上的電流基本不受負(fù)載的影響，其特性類似于電流源，所以稱之為電流型變頻器。圖2-14 電壓型變頻器主電路結(jié)構(gòu) 圖2-15 電流型變頻器主電路結(jié)構(gòu)2按逆變器開關(guān)方式分類1）PAM(脈沖振幅調(diào)制)它是通過調(diào)節(jié)輸出脈沖的幅值來進(jìn)行輸出控制的一種方式。在調(diào)節(jié)過程中，整流器部分負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電壓或電流，逆變器部分負(fù)責(zé)調(diào)頻。2）PWM(脈寬調(diào)制)它是通過改變輸出脈沖的占空比來實現(xiàn)變頻器輸出電壓的調(diào)節(jié)，因此，逆變器部分需要同時進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)頻。目前，普遍應(yīng)用的是脈寬按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制方式，即SPWM方式。3按逆變器控制方式分類1）控制變頻器控制是同時控制變

13、頻器輸出電壓和頻率，通過保持比值恒定，使得電動機(jī)的主磁通不變，在基頻以下實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上實現(xiàn)恒功率調(diào)速。它是一種轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，多應(yīng)用于精度要求不高的場合。2）矢量控制變頻器矢量控制變頻器主要是為了提高變頻調(diào)速的動態(tài)性能。模仿自然解耦的直流電動機(jī)的控制方式，對異步電動機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能。3）直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器是一種新型的變頻器。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡化處理。該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，無超調(diào)，是一種具有高靜態(tài)和動態(tài)性能的交流調(diào)速方法。4按變頻器的用途分類1）通用變頻器通用變頻器其特點

14、是通用性，是變頻器家族中應(yīng)用最為廣泛的一種。通用變頻器主要包含兩大類：節(jié)能型變頻器和高性能通用變頻器。（1）節(jié)能型變頻器。是一種以節(jié)能為主要目的而簡化了其他一些系統(tǒng)功能的通用變頻器，控制方式比較單一，一般為控制，主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等調(diào)速性能要求不高的場合，具有體積小、價格低等優(yōu)勢。（2）高性能通用變頻器。是一種在設(shè)計中充分考慮了變頻器應(yīng)用時可能出現(xiàn)的各種需要，并為這種需要在系統(tǒng)軟件和硬件方面都做了相應(yīng)的準(zhǔn)備，使其具有較豐富的功能。如：PID調(diào)節(jié)、PG閉環(huán)速度控制等。高性能通用變頻器除了可以應(yīng)用于節(jié)能型變頻器的所有應(yīng)用領(lǐng)域之外，還廣泛用于電梯、數(shù)控機(jī)床等調(diào)速性能要求較高的場合。2）專業(yè)變頻器是

15、一種針對某一種特定的應(yīng)用場合而設(shè)計的變頻器，為滿足某種需要，這種變頻器在某一方面具有較為優(yōu)良的性能。如電梯及起重機(jī)用變頻器等，還包括一些高頻、大容量、高壓等變頻器。項目4 變頻器的使用與維護(hù)任務(wù)1 變頻器的安裝任務(wù)引入正確安裝變頻器是合理使用變頻器的基礎(chǔ)。因此，要了解變頻器的安裝環(huán)境、安裝方式及安裝規(guī)范。各種系列的變頻器都有其標(biāo)準(zhǔn)的接線方式，這些接線規(guī)定與變頻器功能的充分發(fā)揮有緊密的關(guān)系，用戶應(yīng)該熟悉變頻器的接線方式，并嚴(yán)格按照規(guī)定接線。任務(wù)目標(biāo)1了解變頻器安裝使用環(huán)境要求。2了解變頻器的發(fā)熱與散熱。3掌握變頻器安裝與接線。4了解變頻器的接地。相關(guān)知識1. 變頻器安裝使用環(huán)境要求變頻器是全晶體

16、管設(shè)備，屬于精密儀器。為了確保變頻器能長期、安全、穩(wěn)定地工作，發(fā)揮其應(yīng)有的性能，必須確保變頻器的運(yùn)行環(huán)境滿足其所規(guī)定的要求。變頻器最好安裝在室內(nèi)，避免陽光直接照射，如果必須安裝在室外，則要加裝防雨水、防冰雹、防霧和防高溫、低溫的裝置。如要在我國東北地區(qū)的室外安裝變頻器時，一定要考慮冬天的加熱，若變頻器是斷續(xù)運(yùn)行，應(yīng)該用恒溫裝置保持環(huán)境為恒溫；若變頻器長期運(yùn)行，則恒溫裝置應(yīng)待機(jī)運(yùn)行。如果在南方比較潮濕的地區(qū)使用變頻器，必要時需要加裝除濕器；在野外運(yùn)行的變頻器還要加設(shè)避雷器，以免遭雷擊。要求所安裝的墻壁不受振動，在不加裝控制柜時，要求變頻器安裝在牢固的墻壁上，墻面材料應(yīng)為鋼板或其他非易燃的堅固材料

17、。變頻器長期可靠運(yùn)行的周圍條件如下所述。1）安裝設(shè)置場所的要求條件（1）結(jié)構(gòu)房或電氣室應(yīng)濕氣少，無水浸。（2）無爆炸性、燃燒性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少。（3）變頻裝置容易搬入安裝，并有足夠的空間便于維修檢查。（4）應(yīng)備有通風(fēng)口或換氣裝置，以排出變頻器產(chǎn)生的熱量。（5）應(yīng)與易受變頻器產(chǎn)生的高次諧波干擾和無線電干擾的裝置分離。（6）若安裝在室外，須單獨按照戶外配電裝置設(shè)置。2）周圍溫度條件變頻器周圍溫度是指變頻器端面附近的溫度，運(yùn)行中周圍溫度的容許值多為040或-1050，避免陽光直射。（1）安裝環(huán)境上限溫度。單元型變頻器安裝柜使用時，要注意變頻器柜體的通風(fēng)性。根據(jù)經(jīng)驗，變頻器運(yùn)行時，安裝柜內(nèi)的

18、溫度將比周圍環(huán)境溫度高出10左右，所以上限溫度多定為50。全封閉結(jié)構(gòu)、上限溫度為40的壁掛型變頻器裝入安裝柜使用時，為了減少溫升，可以裝設(shè)廠家選用件，如裝設(shè)通風(fēng)板或者取掉單元外罩等。（2）安裝環(huán)境下限溫度。在不發(fā)生凍結(jié)的前提條件下，變頻器周圍溫度下限值多為0或-10。3）周圍濕度條件變頻器要注意防止水或水蒸氣直接進(jìn)入變頻器內(nèi)，以免引起漏電，甚至打火，擊穿。周圍濕度過高，會使電氣絕緣降低，金屬部分腐蝕，因此，周圍濕度的推薦值為40%80%。另外，變頻器柜安裝平面應(yīng)高出水平地面800mm以上。如果受安裝場所的限制，變頻器不得已安裝在濕度高的場所，變頻器的柜體應(yīng)盡量采用密封結(jié)構(gòu)。為防止變頻器停止時結(jié)

19、露，有時裝置需加對流加熱器。4）周圍氣體條件變頻器在室內(nèi)安裝時，其周圍不應(yīng)有腐蝕性、易燃、易爆的氣體以及粉塵和油霧。如有腐蝕性氣體時，很容易使金屬部分產(chǎn)生銹蝕，影響變頻器的長期運(yùn)行。有易燃、易爆的氣體時，由于開關(guān)、繼電器等在電流通斷過程中產(chǎn)生電火花而引燃、引爆氣體，發(fā)生事故。另外，還要選擇粉塵和油霧少的設(shè)置場所，以保證變頻器安全運(yùn)行。如果變頻器周圍存在粉塵和油霧時，這些氣體在變頻器內(nèi)附著、堆積將導(dǎo)致絕緣降低；對于強(qiáng)迫風(fēng)冷的變頻器，由于過濾器堵塞將引起變頻器內(nèi)溫度異常上升，致使變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行。5）海拔條件變頻器的安裝場所一般在海拔1000m以下，超高則氣壓降低，容易使絕緣破壞。對于進(jìn)口變頻器

20、，一般絕緣耐壓以海拔1000m為基準(zhǔn)，在1500m降低5%，在3000m降低20%。另外，海拔越高，冷卻效果下降越多，因此必須注意溫升。6）振動條件變頻器的耐振性因機(jī)種的不同而不同，振動超過變頻器的容許值時，將產(chǎn)生部件緊固部分松動以及繼電器和接觸器等的可動部分的器件誤動作，往往導(dǎo)致變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行。因此，設(shè)置場所的振動加速度多被限制在（0.30.6）g以下（即振動強(qiáng)度，5.9m/s2）。對于機(jī)床、船舶等事先能預(yù)測振動的場合，必須選擇有耐振措施的機(jī)種。也可以采取一些防振措施，如加裝隔振器或采用防振橡膠等。另外，在有振動的場所安裝變頻器，必須定期進(jìn)行檢查和加固。2 變頻器的發(fā)熱與散熱變頻器的效率

21、一般為9798%，這就是說大約有23%的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。變頻器在工作時，其散熱片的溫度可達(dá)90，故安裝底板與背面必須為耐熱材料，還要保證不會有雜物進(jìn)入變頻器，以免造成短路或更大的故障。幾種常用的安裝方式如圖4-1所示。圖4-1 變頻器的幾種常用安裝方式 (a) 橫排式 (b) 變頻器散熱片露在盤外冷卻安裝 (c) 變頻器散熱片露在盤內(nèi)冷卻安裝對于非水冷卻的變頻器，在安裝空間上，要保證變頻器與周圍墻壁留有15cm的距離，有通暢的氣流通道，如圖4-2所示。圖4-2 變頻器的安裝示意圖(a) 立式安裝 (b) 掛式安裝很多生產(chǎn)現(xiàn)場將變頻器安裝于電氣安裝柜內(nèi)，這時應(yīng)注意散熱問題。變頻器的最高允許溫度為

22、Ti50，如果安裝柜的周圍溫度Ta40（max），則必須使柜內(nèi)溫升在TiTa10以下。關(guān)于散熱問題有以下兩種情況：1）電氣柜如果不采用強(qiáng)制換氣，變頻器發(fā)出的熱量經(jīng)過電氣柜內(nèi)部的空氣，由柜表面自然散熱，這時散熱所需要的電氣柜有效表面積A用下式計算 （4-1）式中 Q安裝柜總發(fā)熱量，W。 h傳熱系數(shù)（散熱系數(shù)）。 A安裝柜有效散熱面積，去掉靠近地面、墻壁及其他影響散熱的面積，m2。 Ts電氣柜的表面溫度，。 Ta周圍溫度，一般最高時為40。2）設(shè)置換氣扇，采用強(qiáng)制換氣時，散熱效果更好，是盤面自然對流散熱無法達(dá)到的。換氣流量P可用式（4-2）計算，該式也可用于計算風(fēng)扇容量。 （4-2）式中 Q電氣柜

23、內(nèi)總發(fā)熱量，W。 空氣密度，kg/m3,50時=1.057 kg/m3。 C空氣的比熱容，C1.0kJ/（kg·K）。 P流量，m3/s。 T0排氣口的空氣溫度，一般取50。 Ta周圍溫度，即在給氣口的空氣溫度，一般取40。使用強(qiáng)制換氣時，應(yīng)注意以下問題：（1）從外部吸入空氣的同時也會吸入塵埃，所以在吸入口應(yīng)設(shè)置空氣過濾器。在門扉部設(shè)置屏蔽墊，在電纜引入口設(shè)置精梳板，當(dāng)電纜引入后，就會自動密封起來。（2）當(dāng)有空氣過濾時，如果吸入口的面積太小，則風(fēng)速增高，過濾器會在短時間里堵塞；而且壓力損失增高，會降低風(fēng)扇的換氣能力。由于電源電壓的波動，有可能使風(fēng)扇的能力降低，應(yīng)該選定約有20%余量的

24、風(fēng)扇。（3）因為熱空氣會從下往上流動，所以最好選擇從安裝柜下部供給空氣、向上部排氣的結(jié)構(gòu)，如圖4-3（a）所示。（4）當(dāng)需要在鄰近并排安裝兩臺或多臺變頻器時，臺與臺之間必須留有足夠的距離。當(dāng)豎排安裝時，變頻器間距至少為50cm，變頻器之間應(yīng)加裝隔板，以增加上部變頻器的散熱效果，如圖4-3（b）所示。圖4-3 安裝柜強(qiáng)制換氣安裝圖(a) 單臺安裝 (b) 多臺安裝3變頻器的安裝與接線1）安裝柜的設(shè)計及選擇變頻器安裝柜的設(shè)計是正確使用變頻器的重要環(huán)節(jié)，考慮到柜內(nèi)溫度的增加，不得將變頻器存放于密封的小盒之中或在其周圍堆置零件、熱源等。柜內(nèi)的溫度應(yīng)保持不超過50。在柜內(nèi)安裝冷卻（通風(fēng)）扇時，應(yīng)設(shè)計成冷

25、卻空氣能通過熱源部分。如變頻器和風(fēng)扇安裝位置不正確，會導(dǎo)致變頻器周圍的溫度超過規(guī)定數(shù)值。總之，要計算柜內(nèi)所有電氣裝置的運(yùn)行功率和散熱功率、最大承受溫度，綜合考慮后得出柜子的體積、柜體材料、散熱方式、換流形式等。變頻器安裝柜的設(shè)計形式大致分為開式和閉式兩種，其優(yōu)缺點對比見表4-1，機(jī)柜安裝處的周圍條件（溫度、濕度、粉塵、有腐蝕性氣體、易燃易爆氣體等）決定了機(jī)柜所應(yīng)達(dá)到的保護(hù)等級IP××。表4-1 安裝柜設(shè)計形式的對比柜機(jī)形式開式機(jī)柜閉式機(jī)柜通風(fēng)方式自然式通風(fēng)增強(qiáng)型自然通風(fēng)自然式通風(fēng)使用風(fēng)扇，增強(qiáng)內(nèi)循環(huán)，外部自然通風(fēng)使用熱交換器作強(qiáng)制循環(huán)，內(nèi)外流動空氣效果主要通過自然對流進(jìn)行散

26、熱，機(jī)柜壁也有一點散熱作用通過加裝風(fēng)扇提高空氣的流動，增強(qiáng)散熱效果只能通過機(jī)柜壁散熱，柜內(nèi)只允許有較低的功率消耗。在機(jī)柜內(nèi)常發(fā)生熱集聚現(xiàn)象只能通過機(jī)柜壁散熱，內(nèi)部空氣的強(qiáng)制流動改善了散熱條件，并防止了熱集聚現(xiàn)象通過內(nèi)部的熱空氣和外部的冷空氣的交換來散熱，這就增大了熱交換的有效面積。此外，強(qiáng)制性的內(nèi)外循環(huán)可帶出更多的熱量保護(hù)級別IP20IP20IP54IP54IP54柜內(nèi)允許消耗的典型功率(條件：機(jī)柜尺寸，600mm×600mm×2000mm；機(jī)柜的內(nèi)外溫差為20，如果溫差不超過20，可參考機(jī)柜制造廠家提供的機(jī)柜溫度特性)最高700W最高2700W(在帶一個小型過濾器時為14

27、00W)最高260W最高360W最高1700W安裝柜內(nèi)允許消耗的功率取決于機(jī)柜的類型、機(jī)柜周圍環(huán)境的溫度和機(jī)柜內(nèi)各設(shè)備的布局。圖4-4所示為機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的功率消耗與周圍最高溫度之間的關(guān)系曲線。圖中的曲線、對應(yīng)的安裝柜類型分別如下：（1）曲線，對應(yīng)具有熱交換器的閉式機(jī)柜，熱交換器的尺寸為920mm×460mm×111mm。（2）曲線，對應(yīng)通過自然對流通風(fēng)的機(jī)柜。（3）曲線，對應(yīng)通過風(fēng)扇作強(qiáng)制循環(huán)和自然通風(fēng)的閉式機(jī)柜。圖4-4 柜內(nèi)功耗與周圍最高溫度關(guān)系曲線表4-2列出了變頻器安裝柜的參考尺寸，安裝條件為安裝柜的溫升為10，周圍溫度為40。表4-2 變頻器安裝柜參考尺寸變頻器裝置

28、損耗(額定時)(W)密封型概略尺寸(mm)風(fēng)扇冷卻概略尺寸(mm)電壓(V)容量(kW)寬深高寬深高200/2200.4624002507000.7511840040011001.516950040016002.219060040016003.7273100040016005.54201300400210060040012007.552515004002300400/4400.751024004001.513040040014002.215060040016003.519560040016005.529070060019007.538510006001900600400120011580160

29、0600210060060016001579022006002300600600160022116025001000230060060019003014703500100023007006002100371700400010002300700600210045194040001000230070060021005522004000100023007006002100753000800550190011043008005501900150580090055021002208700100055023002）變頻器與電動機(jī)的距離在使用現(xiàn)場，變頻器與電動機(jī)安裝的距離可以分為三種情況：遠(yuǎn)距離、中距離和近

30、距離。100m以上為遠(yuǎn)距離；20100m為中距離；20m以內(nèi)為近距離。變頻器在運(yùn)行中，其輸出端電壓波形中含有大量諧波成分，這些諧波將產(chǎn)生極大的負(fù)作用，影響變頻器系統(tǒng)的功能。變頻器的安裝位置及變頻器與電動機(jī)的連接距離恰當(dāng)，可減小諧波的影響。遠(yuǎn)距離的連接會在電動機(jī)的繞組兩端產(chǎn)生浪涌電壓，疊加的浪涌電壓會使電動機(jī)繞組的電流增大，電動機(jī)的溫度升高，繞組絕緣損壞。因此，希望變頻器盡量安裝在被控電動機(jī)的附近，但在實際生產(chǎn)現(xiàn)場，變頻器和電動機(jī)之間總會有一定的距離，如果變頻器和電動機(jī)之間的距離在20100m，需要調(diào)整變頻器的載波頻率來減少諧波和干擾；而當(dāng)變頻器和電動機(jī)之間的連接距離在100m以上時，不但要適度

31、降低載波頻率，還要加裝浪涌電壓抑制器或輸出用交流電抗器。不同型號的變頻器在這方面的性能有所不同。在集散控制系統(tǒng)中，由于變頻器的高頻開關(guān)信號的電磁輻射會對電子控制信號產(chǎn)生干擾，因此，常常把大型變頻器放到中心控制室內(nèi)。而大多數(shù)中、小容量的變頻器則安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，這時可采用RS485串行通信方式連接。若還要加長距離，可以利用通信中繼器，可達(dá)1km。如果采用光纖連接器，可以達(dá)到23km。采用通信電纜連接，可以很方便地構(gòu)成多級驅(qū)動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)主/從和同步控制等要求。當(dāng)前，較為流行的是現(xiàn)場總線控制技術(shù)，比較典型的現(xiàn)場總線有ProfiBus、LonWonks、FF等，其最大特點是用數(shù)字信號取代模擬信號，模

32、擬現(xiàn)場信號電纜被高容量的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)取代，從而使數(shù)據(jù)傳輸速度大大提高，實現(xiàn)控制徹底分散化，這種分散有利于縮短變頻器到電動機(jī)之間的距離，使系統(tǒng)布局更加合理。3）變頻器主電路接線一般型號的變頻器主電路接線應(yīng)注意以下問題：（1）在電源和變頻器的輸入側(cè)應(yīng)安裝一個接地漏電保護(hù)的斷路器，它對變頻電流比較敏感。還要加裝一個斷路器和交流電磁接觸器，斷路器本身帶有過電流保護(hù)功能，并且能自動復(fù)位，在故障條件下可以用手動來操作。交流電磁接觸器由觸點輸入控制，可以連接變頻器的故障輸出和電動機(jī)過熱保護(hù)繼電器的輸出，從而在故障時使整個系統(tǒng)從輸入側(cè)切斷電源，實現(xiàn)及時保護(hù)。如果交流電磁接觸器和漏電保護(hù)開關(guān)同時出現(xiàn)故障，斷路器

33、也能提供可靠的保護(hù)。（2）應(yīng)在變頻器和電動機(jī)之間加裝熱繼電器，用變頻器拖動大功率電動機(jī)時尤為需要。雖然變頻器內(nèi)部帶有熱保護(hù)功能，但可能還不夠保護(hù)外部電動機(jī)。由于用戶選擇變頻器的容量往往大于電動機(jī)的額定容量，當(dāng)用戶設(shè)定的保護(hù)值不佳時，變頻器在電動機(jī)燒毀之前可能還沒來得及動作；或者變頻器保護(hù)失靈時，電動機(jī)就需要外部熱繼電器提供保護(hù)。尤其是在驅(qū)動一些舊電動機(jī)時，還要考慮到生銹、老化帶來的負(fù)載能力降低等問題。綜合這些因素，外部熱繼電器可以很直觀、便捷地設(shè)定保護(hù)值，特別是在有多臺電動機(jī)運(yùn)行或有工頻/變頻切換的系統(tǒng)中，熱繼電器的保護(hù)更加必要。（3）當(dāng)變頻器與電動機(jī)之間的連接線太長時，由于高次諧波的作用，會

34、使熱繼電器誤動作。因此，需要在變頻器和電動機(jī)之間安裝交流電抗器或用電流傳感器配合繼電器作熱保護(hù)而代替熱繼電器。（4）為了增加傳動系統(tǒng)的可靠性，保護(hù)措施的設(shè)計原則一般是多重冗余，單一的保護(hù)設(shè)計雖然可以節(jié)省資金，但會降低系統(tǒng)的整體安全系數(shù)。對于主電路各端子的具體連接應(yīng)注意以下問題： 主電路電源輸入端（L1/R、L2/S、L3/T）。主電路電源端子通過線路保護(hù)用斷路器和交流電磁接觸器連接到三相電源上，無需考慮連接相序。變頻器保護(hù)功能動作時，使接觸器的主觸點斷開，從而及時切除電源，防止故障擴(kuò)大。不能采用主電路電源的開/關(guān)方法來控制變頻器的運(yùn)行與停止，而應(yīng)使用變頻器本身的控制鍵來控制。還要注意變頻器的電

35、源三相與單相的區(qū)別，不能接錯。 變頻器的輸出端子應(yīng)按正確相序連接到三相異步電動機(jī)。如果電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對，則交換U、V、W中任意兩相接線。變頻器的輸出側(cè)一般不能安裝電磁接觸器，若必須安裝，則一定要注意滿足以下條件：變頻器若正在運(yùn)行中，嚴(yán)禁切換輸出側(cè)的電磁接觸器；要切換接觸器必須等到變頻器停止輸出后才可以。變頻器的輸出側(cè)不能連接電力電容器、浪涌抑制器和無線電噪聲濾波器，這將導(dǎo)致變頻器故障或電容器和浪涌抑制器的損壞。驅(qū)動較大功率電動機(jī)時，在變頻器輸出端與電動機(jī)之間要加裝熱繼電器。主電路基本接線如圖4-5所示。圖4-5 主電路基本接線圖當(dāng)變頻器和電動機(jī)之間的連接線很長時，隨著變頻器輸出電纜的長度增加

36、，其分布電容明顯增大，電線間的分布電容會產(chǎn)生較大的高頻電流，可能會導(dǎo)致變頻器過電流跳閘、漏電流增加、電流顯示精度變差等。因此，4kW以下的電動機(jī)連線不要超過50m，5.5kW以上的不要超過100m。如果連線必須很長，可使用外選件輸出電路濾波器（OFL濾波器）。由于變頻器與電動機(jī)之間的電壓降會隨導(dǎo)線距離長度的增加而增加，特別是變頻器輸出頻率下降時，電壓也下降，在電流相等的情況下，線路的電壓降在輸出電壓中所占比例將上升，而電動機(jī)得到的電壓的比例則下降，從而可能導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)矩不足。所以，在選擇變頻器與電動機(jī)之間導(dǎo)線的線徑時，最關(guān)鍵的因素是線路電壓降的影響。一般要求 （4-3）式中 UN電動機(jī)的額定電

37、壓。的計算公式為 （4-4）式中 IMN電動機(jī)的額定電流，A。 R0 單位長度導(dǎo)線的電阻，m/m。 L導(dǎo)線的長度，m。實際進(jìn)行變頻器與電動機(jī)之間連接時，須根據(jù)要求的距離計算出所需導(dǎo)線的R0值，從而選定合適線徑的導(dǎo)線。常用電動機(jī)引出線的單位長度電阻值見表4-3。表4-3 電動機(jī)引出線的單位長度電阻值標(biāo)稱截面積(mm2)1.01.52.54.06.010.01625.035.0R0(m/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.49設(shè)某電動機(jī)的主要額定數(shù)據(jù)如下：PMN=30kW,UMN=380V，IMN=57.6A，nMN=1460r/min。變頻器與電動機(jī)之間的距離

38、為40m。要求在工作頻率為40Hz時，線路電壓降不超過2%。選擇線徑的方法如下：由式（4-3）允許的電壓降為由式（4-4）得則 R0=1.52m/m由表4-3可知，應(yīng)選擇截面積為16mm2的導(dǎo)線（材質(zhì)為銅）。 直流電抗器連接端子P1、P（）。這是為改善功率因數(shù)而設(shè)直流電抗器（選件）的連接端子，出廠時端子上連接有短路導(dǎo)體。使用直流電抗器時，先取掉此短路導(dǎo)體；不使用時，讓短路導(dǎo)體接在電抗器上（西門子MM440變頻器中是DC/R、B/DC兩個端子）。 外部制動電阻連接端子P（）、DB。不同品牌的變頻器，外部制動電阻的連接端子有所不同。對富士變頻器，G11S型7.5kW以下和P11S型11kW以下的變

39、頻器有這兩個端子。對前一種規(guī)格的變頻器，機(jī)器內(nèi)部裝有制動電阻，且連接于P（）、DB端子上。如果內(nèi)裝的制動電阻熱容量不足（當(dāng)高頻運(yùn)行或重力負(fù)載運(yùn)行時等）或為了提高制動力矩等，則必須外接制動電阻（選件）。連接時，先從P（）、DB端子上卸下內(nèi)裝制動電阻的連接線，并對其線端絕緣，然后將外部制動電阻連接到變頻器的P（）、DB端子上。注意配線長度應(yīng)小于5m，用雙絞線或雙線密繞并行配線。西門子MM440變頻器的外部制動電阻的連接端子為B/DC和B，要求制動電阻必須垂直安裝并緊固在隔熱的面板上。 變頻器接地端子（G）。為了安全和減少噪聲，變頻器的接地端子G（或PE）必須可靠接地。為了防止電擊和火災(zāi)事故，電氣設(shè)

40、備的金屬外殼和框架均應(yīng)按照國家要求設(shè)置。接地線要短而粗，變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極。4）變頻器控制電路的接線控制信號分為模擬量信號、頻率脈沖信號和開關(guān)信號三大類。對應(yīng)的模擬量控制主要包括輸入側(cè)的給定信號線和反饋信號線，輸出側(cè)的頻率信號線和電流信號線。開關(guān)信號控制線有起動、點動、多檔轉(zhuǎn)速控制等控制線。與主回路接線不同，控制線的選擇和配置要增加抗干擾措施。（1）輸入端的接線觸點或集電極開路輸入端（與變頻器內(nèi)部線路隔離）的接線如圖4-6所示，圖中SD為公共端。圖4-6 輸入端的接線模擬信號輸入：主要包括輸入側(cè)的給定信號線和反饋信號線。模擬信號的抗干擾能力較低，因此必須使用屏蔽線。頻率設(shè)定電位器的接線

41、：頻率設(shè)定電位器必須根據(jù)其端子號進(jìn)行正確連接，如圖4-7所示，否則變頻器將不能正確工作。圖4-7 頻率設(shè)定電位器的接線（2）輸出端的接線I/O電纜長度由于I/O端子的不同而受到限制，由于模擬輸入沒有隔離，因此頻率設(shè)定信號應(yīng)小心配線，且應(yīng)提供對應(yīng)測量，從而使配線最大限度地縮短，以使它們不受外部噪聲的影響。關(guān)于變頻器的接線，還應(yīng)注意以下問題： 電線的種類。一般情況下，控制信號的傳送采用聚氯乙烯電線、聚氯乙烯護(hù)套屏蔽電線。 電纜的截面。控制電纜導(dǎo)體的截面必須考慮機(jī)械強(qiáng)度、線路壓降及鋪設(shè)費(fèi)用等因素。推薦使用導(dǎo)體截面積為1.25mm2或2mm2的電纜。如果鋪設(shè)距離短，線路壓降在容許值以下時，使用0.75

42、mm2的電纜較為經(jīng)濟(jì)。 電纜的分離。變頻器的控制電纜與主回路電纜或其他電力電纜分開鋪設(shè)，且盡量遠(yuǎn)離主電路100mm以上；盡量不和主電路電纜交叉，必須交叉時，應(yīng)采取垂直交叉的方式。 電纜的屏蔽。當(dāng)電纜不能分離或者即使分離也不會有抗干擾效果時，必須進(jìn)行有效的屏蔽。電纜的屏蔽可利用已接地的金屬管或金屬通道和帶屏蔽的電纜。屏蔽層靠近變頻器的一端，應(yīng)接控制電路的公共端（COM），而不要接到變頻器的地端（E）或大地，屏蔽層的另一端懸空，如圖4-8所示。 圖4-8 屏蔽線的接法 絞合電纜。信號電壓、電流回路（420mA，05V或15V）應(yīng)使用電纜。長距離的控制回路電纜應(yīng)采用絞合線，且應(yīng)是屏蔽的鎧裝線，絞合線

43、的絞合間距應(yīng)盡可能小。 鋪設(shè)路線。由于電磁感應(yīng)干擾的大小與電纜的長度成比例，所以應(yīng)盡可能以最短的路線鋪設(shè)。特別是與頻率表端子連接的電纜長度應(yīng)在200m以下（電纜的容許長度因機(jī)種不同而不同，可根據(jù)說明書等確定）。鋪設(shè)距離越長，頻率表的指示誤差越大。另外，大容量變壓器和電動機(jī)的漏磁通會對控制電纜直接感應(yīng)，產(chǎn)生干擾，電纜線路要盡量遠(yuǎn)離這些設(shè)備。同時，信號電壓、電流回路使用的電纜，不要接近裝有很多斷路器和繼電器的控制柜。 大電感線圈的浪涌電壓吸收電路。接觸器、電磁繼電器的線圈及其他各類電磁鐵的線圈，都具有很大的電感。在與變頻器的控制端子連接時，在接通和斷開的瞬間，由于電流的突變會產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢，因而電路中會形成峰值很高的浪涌電壓，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部保護(hù)電路誤動作。所以，在電感線圈的兩端，必須接入浪涌電壓吸收電路。在大多數(shù)情況下，可采用阻