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漫谈变频器的安装及其注意事项
作 者:深圳市蓝海华腾技术有限公司 刘佳畅

1 引言
变频器的安装环境、安装方式、安装中主回路和控制回路接线要求以及防雷保护等各环节及注意事项,这些安装细节是确保变频器安全和可靠运行的基本条件和必要措施,直接关系着变频器及其系统运行安全和系统的可靠性,这也是许多现场电气工程师和直接用户急需了解或做得不够完善的问题。下面结合本人的工作实践,以某品牌变频器为例,对变频器的安装环境和安装方式应注意的问题、主回路和控制回路的正确接线、防雷保护设置等积累的经验与大家分享。

2 变频器的安装与注意事项
2.1安装环境
(1) 环境温度
变频器与其他电子设备一样,对周围环境温度有一定的要求,一般为“-10~+40℃”。由于变频器内部是大功率的电子器件,极易受到工作温度的影响,但为了保证变频器工作的安全性和可靠性,使用时应考虑留有余地,最好控制在40℃以下;40~50℃之间降额使用,每升高1℃,额定输出电流须减少1% 。如环境温度太高且温度变化大时,变频器的绝缘性会大大降低,影响变频器的寿命。
(2) 环境湿度
变频器与其他电气设备一样对环境湿度有一定要求,变频器的周围空气相对湿度≤95% (无结露),根据现场工作环境必要时须在变频柜箱中加放干燥剂和加热器。
(3) 振动和冲击
变频器在运行的过程中,要注意避免受到振动和冲击。大家知道,变频器是由很多元器件通过焊接、螺丝连接等方式组装而成。当变频器或装变频器的控制柜受到机械振动或冲击时,回导致焊点、螺丝等连接器件或连接头松动或脱落,引起电气接触不良甚至造成期间间短路等严重故障。因此,变频器运行中除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外,还应在控制柜外加装抗震橡皮垫片,在控制柜内的器件和安装板之间加装缓冲橡胶垫,减震。
一般在设备运行一段时间后,应对控制柜进行检查和维护。
(4) 电气环境
●防止电磁波干扰
变频器的电气主体是功率模块及其控制系统的硬软件电路,这些元器件和软件程序受到一定的电磁干扰时,会发生硬件电路失灵、软件程序乱飞等造成运行事故。所以为了避免因电磁干扰,变频器应根据所处的电气环境,有防止电磁干扰的措施。例如:输入电源线、输出电机线、控制线应量远离;容易受影响的设备和信号线,应尽量远离变频器安装;关键的信号线应使用屏蔽电缆,建议屏蔽层采用360°接地法接地。
●防止输入端过电压
变频器的主电路是有电力电子器件构成,这些器件对过电压十分敏感,变频器输入端过电压会造成主元件的永久性损坏。例如有些工厂自带发电机供电,电网波动会比较大,所以对变频器的输入端过电压应有防范措施。
(5) 海拔高度
变频器安装在海拔高度1000m以下可以输出额定功率。但海拔高度超过1000m,其输出功率会下降。如变频器安装地点的海拔高度与输出电流对比图1所示,可见海拔高度超过1000m,变频器输出电流减少,海拔高度为4000m时,输出电流为1000m时的40%。

图1 变频器安装地点的海拔高度与输出电流对比图


(6) 其它环境
●避免变频器安装在雨水滴淋或结露的地方;
●防止粉尘、棉絮及金属细屑侵入;
●避免变频器安装在油污和盐分多的场合;
●远离放射性物质及可燃物。
2.2 安装方式与散热处理
变频器在运行过程中有功率损耗,并转换为热能,使自身的温度升高。粗略地说,每1kva的变频器容量,其损耗功率约为40w~50w。因此,安装变频器时要考虑变频器散热问题,要考虑如何把变频器运行时产生的热量充分地散发出去,因此要讲究安装方式。
(1) 壁挂式安装
变频器的外壳设计比较牢固,一般情况下,允许直接安装在墙壁上,称为壁挂式。为了保证通风良好,所有变频器都必须垂直安装,变频器与周围物体之间的距离应满足下列条件,如图2所示:两侧大于100mm、上下大于150mm,而且为了防止杂物掉进变频器的出风口阻塞风道,在变频器出风口的上方最好安装档板。

图2 壁挂式变频器安装示意图


(2) 柜式安装方式
当现场的灰尘过多,湿度比较大,或变频器外围配件比较多,需要和变频器安装在一起时,可以采用柜式安装。变频器柜式安装是目前最好的安装方式,因为可以起到很好的屏蔽幅射干扰,同时也能防灰尘、防潮湿、防光照等作用。柜式安装方式的注意事项:
●单台变频器采用柜内冷却方式时,变频柜顶端应安装抽风式冷却风扇,并尽量装在变频器的正上方(这样便于空气流通);
●多台变频器安装应尽量并列安装,如必须采用纵向方式安装,应在两台变频器间加装隔板。

3 变频器的接线
3.1 主回路接线
变频器的主回路端子如图3所示。

图3 变频器主回路端子图


(1) 变频器三相交流输入端子(r/l1、s/l2、t/l3)
电源输入端子通过线路保护用断路器或带漏电保护的断路器连接到三相交流电源,无需考虑连接相序。这里要特别注意的是,三相交流电源绝对不能直接接到变频器输出端子,否则将导致变频器内部器件损坏。
(2) 变频器三相交流输出端子(c)
输出端子应按正确的相序接入电机,如果电机方向不对,则交换(u/t1、v/t2、w/t3)中的任意两相即可,也可以通过设置变频器参数来实现。要注意的是,输出端不能接进相电容器和电涌吸收器。
(3) 直流电抗器连接端子(⊕1、⊕2/b1)
直流电抗器连接端子接改善功率因数用的直流电抗器,端子上连接有短路导体,使用直流电抗器时,先要取出此短路导体。
注意:不使用直流电抗器时,该导体就不用去掉。
(4) 制动单元连接端子(⊕2/b1、b2)
一般小功率变频器(0.75~15kw)内置制动电阻,而18.5kw以上制动电阻须外置。
(5) 直流电源输入端子(⊕1、θ)
外置制动单元的直流输入端子,分别为直流母线的正负极。
(6) 接地端子(pe)
变频器会产生漏电流,载波频率越大,漏电流越大。变频器整机的漏电流大于3.5ma,漏电流的大小由使用条件决定,为保证安全,变频器和电机必须接地。
3.2 注意事项
(1) 接地电阻应小于10ω。接地电缆的线径要求,应根据变频器功率的大小而定;
(2) 切勿与焊接机及其它动力设备共用接地线;
(3) 如果供电线路是零地共用的话,最好考虑单独敷设地线;
(4) 多台变频器接地,则应分别和大地相连,请勿使接地线形成回路,如图4所示。

图4 接地合理化配线


3.3 控制回路端子接线
(1) 由于低压变频器控制回路电缆的过电流一般都很小,所以控制回路电缆的尺寸规格可以规范化,为避免干扰引起的误动作,控制回路连接线应采用绞合的屏蔽线;附表为国内某品牌变频器的控制回路用线尺寸规格。
(2) 控制线与主回路电缆铺设
变频器控制线与主回路电缆或其它电力电缆分开铺设,且尽量远离主电路100mm以上;尽量不和主电路电缆平行铺设,不和主电路交叉,必须交叉时,应采取垂直交叉的方法。
(3) 电缆的屏蔽
变频器电缆的屏蔽可利用已接地的金属管或者带屏蔽的电缆。屏蔽层一端接变频器控制电路的公共端(com),但不要接到变频器地端(e),屏蔽层另一端悬空。
(4) 开关量控制线
变频器开关量控制线允许不使用屏蔽线,但同一信号的两根线必须互相绞在一起,绞合线的绞合间距应尽可能小。并将屏蔽层接在变频器的接地端e上,信号线电缆最长不得超过50m。
(5) 控制回路的接地
●弱电压电流回路的电线取一点接地,接地线不作为传送信号的电路使用;
●电线的接地在变频器侧进行,使用专设的接地端子,不与其他的接地端子共用。

4 变频器的防雷
变频器装置的防雷击措施是确保变频器安全运行的另一重要外设措施,特别在雷电活跃地区或活跃季节,这一问题尤为重要。
现在的变频器产品,一般都设有雷电吸收网络,主要用来防止因瞬间的雷电侵入,使变频器损坏。但是在实际工作中,特别是电源线架空引入的情况下,单靠变频器自带的雷电吸收网络是不能满足要求,还需要设置变频器专用避雷器。具体措施有:
(1) 可在电源进线处装设变频专用避雷器(选件);
(2) 或按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护;
(3) 如果电源是电缆引入,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,以上方法基本上能够有效防范雷击。

5 结束语
现阶段,在能源日趋紧张,生产成本居高不下的时代,加大节能降耗力度,最大限度降低电力消耗,是建设节约型社会的内在需要和必然选择;而变频技术无疑是实现这一目标的重要支柱。本文主要是向业界同仁介绍了变频器的安装、调试、故障处理、保养与维护;希望对于业界同仁们在电气传动设备技术改造和推进高新技术产品的普及应用工作中能有所参考和借鉴;减少由于低级错误而引发重大的经济损失。

作者简介
刘佳畅 男 工程师,主要从事自动化系统与变频调速器的应用与技术研究工作。

参考文献
[1] 韩安荣.通用变频器及其应用(第2版).北京:机械工业出版社,2005
[2] 王延才.王伟.变频器原理及应用.北京:机械工业出版社,2005
[3] 周加胜.中低压变频器的安装与调试.变频器世界,2007(8)

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