1 變頻器測量及保護電路
變頻器的原理框圖如圖1 所示。
1.1 電流實際值檢測
電流檢測電路采用單相電源供電，87C196MC 的A/D 端口高速采樣交流電流通過傅里葉分析確定電流的各次諧波分量，并通過求累計平均值的方法計算各次諧波分量的有效值。電流實際值檢測電路圖如圖2 所示。
電流實際檢測主要用于輸出電壓的修正，以及過電流、過載保護。
輸出電壓的修正分兩部分：第一部分用I·R 補償環(huán)節(jié)來改變輸出電壓US 的大小;第二部分用電流限制調節(jié)器改變輸出電壓US的大小。過電流、過載保護功能是為了保證變頻器在異常工作情況下(如短路、過載等)，不損壞變頻器輸出電流。當進行過電流過載計算后，若判斷為過電流、過載，則立即發(fā)出封鎖觸發(fā)脈沖指令，迅速停止PWM 逆變器工作。
1.3 變頻器過熱檢測
變頻器功率開關管通/斷時，造成功率開關器件的發(fā)熱，這是功率開關器件損壞的主要原因之一。當檢測到變頻器溫度過高時，封鎖功率開關器件，進行停機保護。溫度檢測電路如圖源所示。
圖4 中，R+和R-分別接熱電偶的兩端。
1.4 外部接點信號輸入檢測
可通過外部接點信號輸入進行開、停機控制，外部接點信號輸入電路如圖緣所示。
1.5 過電壓保護電路
過電壓保護電路如圖6所示。由于本系統(tǒng)的SPWM 逆變器不能向電網(wǎng)回饋能量，當電動機突然停車時，電動機的機械能將轉化為電能向直流側電容C 充電，引起泵升電壓。為了限制和消除泵升電壓，保護功率器件，設置過電壓保護電路是必要的。在圖6 中，當電壓升高超過設定值后，穩(wěn)壓管VS 擊穿，使大功率器件VT 導通，電阻R 與地接通，電容C 中多余的能量將在電阻R 上發(fā)熱釋放掉，使直流環(huán)節(jié)的電壓保持在基準值之下。
1.6 過電流保護電路
過電流保護電路如圖7所示。過電流保護通過檢測逆變器直流電路中的電流Id，將檢測信號回饋給控制系統(tǒng)，當電流超過限定值時，會立即自動封鎖6 路觸發(fā)信號，實現(xiàn)保護。圖7 中的R 為取樣電阻，LM319 為電壓比較器，RP 為電流整定電位器，VL為過電流發(fā)光二極管。當出現(xiàn)過電流時，A 點為高電平，自動封鎖SLE4520 的輸出端，保護主電路。
1.7 過溫保護電路
在變頻器工作過程中，功率器件會發(fā)熱，嚴重時會造成器件的損壞。過溫保護電路如圖8 所示。
電路的核心是一個電位比較器，溫度檢測元件采用熱敏電阻并將其裝在功率器件的散熱器上。當溫度升高時，比較器輸出翻轉為低電平。這個信號將立即申請中斷，中斷服務程序將完成觸發(fā)脈沖的封鎖或停機等功能，實現(xiàn)保護。
1.8 電子熱過載斷電器
通過設定該項功能有效和具體的保護值后，當電動機出現(xiàn)過電流或過載時，就能避免變頻器和電動機的損壞。因電動機的過載倍數(shù)比較大，故該值一般均設定為變頻器額定值的105%，但當變頻器和電動機容量不匹配時，應根據(jù)具體情況設定，如圖9 所示。
2 變頻器的保護功能與故障處理
現(xiàn)代通用變頻器不但在產(chǎn)品性能上有很大提高，而且自診斷功能、報警及保護功能也非常齊全，熟悉這些功能對于正確使用變頻器極其重要。
變頻器的保護功能主要有過電流、過電壓、欠電壓、散熱板過熱、外部報警輸入、逆變器過熱、電動機過載、逆變器過載、熔斷器燒斷、通信出錯、CPU出錯和運轉出錯等。變頻器在保護功能動作后，面板上會有相應的顯示，指示故障原因。
過電流保護是電動機在加速、減速和恒速運轉時，如果逆變器輸出電流大于電流保護設定值時，就會引起的電流保護功能動作。
這時應檢查電源電壓是否在允許的范圍內，輸出回路是否短路，負載是否突然變化，加速時間是否不夠等情況。相應地，可調整電源電壓，檢查輸出回路絕緣，用絕緣電阻表測量電動機絕緣，消除突變負載，延長加速時間，增大變頻器容量或查找噪聲干擾源并進行清除。
引起過電壓的原因與引起過電流的原因基本相同，處理的方法也基本相同。
發(fā)生欠電壓保護時分兩種情況：一種是選擇了瞬時停電再起動功能的，變頻器會自行起動，不輸出報警信號;另一種是電壓過低以至不能維持逆變器控制電路電壓時，全部保護功能自動復位，這時應檢查電源電壓是否在允許的極限內、電源是否斷相、同一電源系統(tǒng)中是否有大起動電流的負載等，并進行相應故障處理。
對外部報警輸入造成的保護動作，應檢查接線是否正確、負載是否太大、環(huán)境溫度是否恰當、制動頻率是否太高，并進行故障處理。
對熱過載的情況，應根據(jù)面板顯示的信息，相對應地檢查環(huán)境溫度是否在允許的范圍內、電源電壓是否在允許的范圍內、冷卻風扇是否正常工作、負載是否超過允許極限、變頻器容量是否太小、電子熱繼電器的設定是否恰當?shù)取!--empirenews.page--]
對通信、存儲器等其他一些出錯情況，應檢查功能單元是否插好、接線是否正常等。
對于自己無法完成故障處理的情況，應通知供應商前來維修。
3 使用變頻器時的其他注意事項
變頻器使用過程中，除了日常維護和檢查、保護與故障處理之外，還應注意以下一些事項。
3.1 接線與防止噪聲時的注意事項
(1)選用在輸出側最大電流時，電壓降在額定電壓的2%以內的電纜尺寸。
(2)弱電控制線距離電力電源線至少100 mm以上，絕對不可放在同一導線槽內，并且在控制電路配線與主電路配線相交時，要成直角走線，如圖10(a)所示。
(3)控制回路的配線應該采用屏蔽雙絞線，雙絞線的節(jié)距應在15 mm以下，如圖10(b)所示。
(4)為了防止多路信號的相互干擾，信號線以分別絞合為宜，如圖11 所示。
(5)如果操作指令來自遠端，需要控制電路配線加長時，可以采用中間繼電器控制，如圖11所示。
(6)地線除了可防止觸電以外，對防止噪聲也很有效，故接地是必需的。
3.2 關于輸入與輸出的注意事項
雖然變頻器有很多優(yōu)點，但也可能引起一些問題，如產(chǎn)生高次諧波對電源的干擾、功率因數(shù)降低、無線電干擾、噪聲和振動等。為了避免發(fā)生這些問題。必須在變頻器的主電路中安裝適當?shù)?strong>電抗器。圖12 所示為變頻器的電抗器連接圖。說明如下。
(1)在變頻器中使用電力晶體管或IGBT高速開關可能會引起噪聲，這將對附近10 MHz 以下頻率的無線電測量及控制設備等的無線電波產(chǎn)生影響，必要時選用無線電干擾(RFI)抑制電抗器，能降低這類噪聲。RFI 抑制電抗器的連接方法因變頻器的容量不同而不同。小容量時每相導線按相同方向繞4圈以上，如圖13(a)所示;容量變大時，若導線線徑太大不好繞，則將4個電抗器固定在一起，三相導線按同方向穿過其內孔，如圖13(b)、(c)所示。
(2)圖14 所示的電抗器中以電源側AC 電抗器最為重要。當電源容量大(即電源阻抗小)時，會使輸入電流的高次諧波增高，使整流二極管或電解電容器的損耗增大而發(fā)生故障。為了減小外部干擾，在電源容量500 kV·A 以上，并且是變頻器額定容量的10 倍以上時(見圖14 中的容量范圍)，應連接選購件電源側AC 電抗器(也稱為電源協(xié)調用電抗器)。如果配線較長，且電感阻抗超過電源協(xié)調用電抗器阻抗值時，就沒有必要用了。
另外，如果電源電壓的不均衡度超過3%，應考慮使用電源協(xié)調用電抗器。不均衡度過大時，可能也會導致輸入電纜的異常過熱。
(3)功率因數(shù)校正DC電抗器用于校正功率因數(shù)。校正后的功率因數(shù)可達到0.9耀0.95。變頻器制造商都有DC 電抗器供用戶選用。
(4)由變頻器驅動的電動機的振動和噪聲比用常規(guī)電網(wǎng)驅動的要大，這是因為變頻器輸出的諧波增加了電動機的振動和噪聲。若在變頻器和電動機之間加入降低噪聲用電抗器，則具有緩和金屬音質的效果，噪聲可降低5 dB左右。
(5)輸入電壓不能超過最大值，如果主電路外加輸入電壓超過極限，即使變頻器沒運行也會有問題發(fā)生。輸入電壓過低時，會使最大輸出電壓降低，所以在高速時會造成電動機轉矩不足的現(xiàn)象。
(6)功率因數(shù)補償可以使用DC 電抗器(見圖12)。絕不可在變頻器的輸出端連接電容器來補償功率因數(shù)，因為變頻器輸出的是PWM 電壓，含有很多高次諧波，一旦連接電容器，由于諧波的作用，將增加變頻器輸出電流，可能會損壞變頻器的大功率開關器件和連接的電容器。另外，變頻器的輸入側功率因數(shù)取決于變頻器的AC/DC 變換電路系統(tǒng)，絕不取決于電動機的功率因數(shù)，所以在變頻器的輸出側連接電容器，并不能改善輸入功率因數(shù)。
(7)當電動機運行于恒轉矩調速范圍內時，電動機電流(變頻器輸出電流)基本恒定，所以，銅損耗不變。然而，當電動機轉速頻率下降時，電動機自冷卻風扇的冷卻效果將會下降，所以使用時應該注意。換言之，當頻率下降時，由于電動機散熱效果變差，允許的電動機連續(xù)運行電流下降，也即轉矩下降，這是變頻器使用中必然遇到的情況。
(8)單相電動機不能使用通用變頻器來驅動。
3.3 變頻器用于特殊電動機時的注意事項
(1)高速電動機的電抗小，高次諧波會增加電流值，因此選擇用于高速電動機的變頻器時，應比用于普通電動機的變頻器的容量稍大一些。在驅動系統(tǒng)的GD2一定的情況下，高速電動機的調速范圍寬，加/減速時所需的時間較長，因此，設定加速/減速的時間應稍長一些。
(2)變頻器用于變極電動機時，在變頻器的速度范圍更寬時可以使用，但是必須充分注意選擇變頻器的容量，使電動機最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數(shù)轉換時，請先停止電動機工作，若在工作中進行切換，有可能會使過電壓保護或過電流保護動作，造成電動機空轉，嚴重時會損壞變頻器。
(3)驅動防爆電動機時，變頻器因沒有防爆構造，應將變頻器設置在危險的場所之外或置于防爆外殼內。
(4)用變頻器驅動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。在超過額定轉速以上的高速時，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險，因此不應超過最高轉速允許值。同時還應注意齒輪發(fā)生的聲響。
(5)變頻器驅動繞線轉子異步電動機運行時，由于繞線轉子異步電動機的阻抗小，容易發(fā)生由于紋波電流引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線轉子異步電動機多用于飛輪力距GD2較大的場合，并應注意加/減速時間的設置。
(6)驅動同步電動機時，與工頻電源時相比，輸出容量會降低10%耀20豫，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。
(7)對于壓縮機、振動機等轉矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載的情況，如果按照電動機的額定電流或功率值決定變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護動作的現(xiàn)象。一個可行的辦法是察看工頻運行時的電流波形，選用比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。
(8)變頻器驅動潛水泵電動機時，因為其額定電流比通用電動機的額定電流大，應使變頻器的額定電流大于潛水泵電動機的額定電流。
(9)單相電動機不適合用變頻器驅動。當使用電容器方式的單相電動機時，由于高頻電流的作用，有可能損壞電容器。
變頻調速系統(tǒng)在工作運行時，有些故障是由電動機的原因引起的，因此，除了檢查變頻器，還應檢查電動機的各個環(huán)節(jié)是否正常。日常工作中也應注意對電動機的維護。
下載文檔
