變頻器和電機(jī)的距離確定電纜和布線方法

變頻器輸出電壓的波形是正弦波不?那肯定不是，變頻器輸出電壓的波形是一系列的脈沖波，但這一些列的脈沖波接入電機(jī)，所產(chǎn)生的電流波形卻像極了正弦波，可以說，與接入正弦波電壓所產(chǎn)生的效果幾乎是一樣的。

其實(shí)，這就確定了變頻的意義，不但頻率可以改變，達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，而且還可以讓電機(jī)正常的工作，這無不集結(jié)了人類的聰明與智慧，本人愚拙，也只能發(fā)此感嘆!

脈沖波是如何產(chǎn)生的哪?毫無疑問，是由三相六只IGBT交替開通、關(guān)斷所產(chǎn)生的。那么，六只IGBT又是如何實(shí)現(xiàn)交替導(dǎo)通、截止的哪?那肯定是由IGBT的驅(qū)動(dòng)電路來完成的。那么，六只IGBT的驅(qū)動(dòng)電路是受誰控制的哪?那肯定是由主控電路(CPU)控制的!CPU要根據(jù)用戶給定的頻率信號(hào)和控制方式，實(shí)時(shí)地計(jì)算，進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制(SPWM)。

那么，SPWM又是如何調(diào)制的哪?所謂正弦脈寬調(diào)制，就是脈寬與占空比按正弦規(guī)律變化，脈寬就是脈沖時(shí)間的長(zhǎng)短，可以是正脈沖，也可以是負(fù)脈沖，而占空比就是脈寬與周期的比值，是在一個(gè)周期內(nèi)脈寬所占周期的百分比。在下圖中，就是tp與tc的比值。

要進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制的關(guān)鍵是如何確定上升沿與下降沿的精準(zhǔn)時(shí)刻。

變頻器在進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制時(shí)，各脈沖的上升沿與下降沿時(shí)刻是由正弦波和等邊三角波的交點(diǎn)來決定的。

這是在半個(gè)周期內(nèi)的調(diào)制出來的波形。等邊三角波是由三角波發(fā)生器產(chǎn)生的，它就是變頻器的載波，它的頻率就是載波頻率。載波的振幅值決定了脈沖的高度，載波頻率則決定了每半個(gè)周期內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)。

正弦波是調(diào)制波，由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生，它的頻率就是變頻器的給定頻率，幅值由壓頻比(V/F)及給定頻率確定。

由以上可知，正弦脈寬調(diào)制的脈沖序列是調(diào)制波(正弦波)調(diào)制載波(三角波)的結(jié)果。而CPU的工作就是實(shí)時(shí)計(jì)算出各脈沖的上升沿和下降沿精準(zhǔn)時(shí)刻。

到這應(yīng)該會(huì)有“柳暗花明又一村”的感覺，CPU輸出的，只是高低電平的事，而這個(gè)高低電平就決定了IGBT的開通與關(guān)斷，IGBT的開通與關(guān)斷則成就了變頻器輸出等同于按正弦規(guī)律變化的脈沖波。

同一橋臂的上、下兩個(gè)IGBT總是交替導(dǎo)通的，上半橋?qū)?，則下半橋截止，反之亦然。而同一相所產(chǎn)生的脈沖序列就作為IGBT開通、關(guān)斷的控制信號(hào)，上半橋，正脈沖導(dǎo)通，負(fù)脈沖截止，下半橋，負(fù)脈沖導(dǎo)通，正脈沖截止。

變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式(VVVF變頻或矢量控制變頻)，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。

變頻器控制原理圖設(shè)計(jì)分析：

1)首先確認(rèn)變頻器的安裝環(huán)境;

I. 工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。II.環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí)，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個(gè)問題會(huì)比較突出。III.腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會(huì)腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會(huì)加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。IV. 振動(dòng)和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊時(shí)，會(huì)引起電氣接觸不良?；窗矡犭娋统霈F(xiàn)這樣的問題。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。V. 電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。

2)變頻器和電機(jī)的距離確定電纜和布線方法;

I.變頻器和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對(duì)地電容，減少干擾的發(fā)射源。II.控制電纜選用屏蔽電纜，動(dòng)力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏蔽。III. 電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線，其最小距離為500mm。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號(hào)線與主回路線分開走線，即使在控制柜中也要如此。IV.與變頻器有關(guān)的模擬信號(hào)線最好選用屏蔽雙絞線，動(dòng)力電纜選用屏蔽的三芯電纜(其規(guī)格要比普通電機(jī)的電纜大檔)或遵從變頻器的用戶手冊(cè)。

3)變頻器控制原理圖;

I. 主回路：電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，需要根據(jù)變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器;濾波器是安裝在變頻器的輸出端，減少變頻器輸出的高次諧波，當(dāng)變頻器到電機(jī)的距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)該安裝濾波器。雖然變頻器本身有各種保護(hù)功能，但缺相保護(hù)卻并不完美，斷路器在主回路中起到過載，缺相等保護(hù)，選型時(shí)可按照變頻器的容量進(jìn)行選擇?？梢杂米冾l器本身的過載保護(hù)代替熱繼電器?！I.控制回路：具有工頻變頻的手動(dòng)切換，以便在變頻出現(xiàn)故障時(shí)可以手動(dòng)切工頻運(yùn)行，因輸出端不能加電壓，固工頻和變頻要有互鎖。

4)變頻器的接地;

變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線的截面不小于4mm，長(zhǎng)度不超過5m。變頻器的接地應(yīng)和動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開，不能共地。信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。

常見故障分析：

1) 過流故障：過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時(shí)一般可通過延長(zhǎng)加減速時(shí)間、減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查。如果斷開負(fù)載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器。2)過載故障：過載故障包括變頻過載和電機(jī)過載。其可能是加速時(shí)間太短，電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過重等原因引起的。一般可通過延長(zhǎng)加速時(shí)間、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等。負(fù)載過重，所選的電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載，也可能是由于機(jī)械潤(rùn)滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器;如后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。3)欠壓：說明變頻器電源輸入部分有問題，需檢查后才可以運(yùn)行。