论文部分内容阅读
摘要：变频器安装后调试的好与坏就决定了变频器的使用寿命、应用效果以及运行的稳定性等等，最终反映出的效果就是企业经济利益的大小，调好了可能一天所节约的费用无法估计，调不好可能会造成损失。
关键词：变频器；选型分析；调试技术；故障
1 变频器的选型分析
1.1 变频器的选型
选择变频器，必须充分考虑以下三点：
⑴电压等级与控制电机相符。
⑵额定电流为控制电机额定电流的1.1～1.5倍。选择变频器时，必须以实际的电机电流值作为选择变频器的依据，而电机额定功率值只能作为参考。同时应考虑到变频器的输出含有很多的谐波分量，因此建议选型时变频器具有一定的余量。
⑶根据被控设备负载的特性选择变频器的类型(图1)。
图1 不同设备的负载特性
由图1 可见，A 属变转矩类型的负载，如风机和泵类负载等；B 属需要较大启动力矩的负载，如挤出机和搅拌机；C 属恒转矩负载，如传送带和压缩机等。
1.2 变频器常用功能参数
因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到触类旁通。
1.2.1 加减速时间
加速时间就是输出频率从0 上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0 所需时间。通常用频率设定信号上升，下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定的要点是：防止平滑滤波电路电压过高，不使再生过压而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流，过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。
1.2.2 转矩提升
又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而人为的把低频率范围V/f 增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特征，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。
1.2.3 电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU 根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时，则应在各台电动机上加装过热继电器。电子热保护设定值（%）=[电动机额定电流（A）/ 变频器额定输出电流（A）]×100%。
1.2.4 频率限制
即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。
2 通用变频器调试的步骤
变频器能够成功的应用到各种负载中，得到长期稳定的运行，现场调试很关键，必须按照相应的步骤进行。
2.1 变频器调试的步骤
⑴将变频器的电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上；
⑵将变频器的接地端子接地；
⑶确认变频器名牌标签的电压频率等级与电网是否相吻合，无误后送电；
⑷主接触器吸合，风扇运转，用万用表AC 档测试输入电源电压是否在标准规范内；
⑸熟悉变频器的操作键盘键：FWD （正向运行键：令驱动器正向运行）、REV （反向运行键：令驱动器反向运行）、ESC/DISTL （退出/ 显示键：退出功能项的数据更改，故障状态退出，退出子菜单或由功能项菜单进入状态显示菜单）、STOP/RESET（停止复位键：令驱动器停止运行，异常复位，故障确认），PRG（参数设定/ 移位键）、SET（参数设定值：数值修改完毕保存，监视状态下改变监视对象）、▲▼（参数变更/ 加减键：设定值及参数变更使用，监视状态下改变给定频率）、JOG（寸动运行键：按下寸动运行，松开停止运行），不同变频器操作键的定义基本相同。
⑹运行变频器到50Hz，测试变频器U、V、W 三相输出电压平衡。
⑺断电完全没显示后，接上电机线。
2.2 变频器带电机空载运行
⑴设置电机的基本额定参数，要综合考虑变频器的工作电流。
⑵设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。V/f 类型的选择包括最高频率、基本频率和转矩类型等项目。最高频率是变频器———电动机系统可以运行的最高频率，由于变频器自身的最高频率可能较高，当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时，应按电动机及其负载的要求进行设定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的是负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的V/f 类型图和负载特点，选择其中的一种类型。通用变频器均备有多条V/f 曲线供用户选择，用户在使用时应根据负载的性质选择合适的V/f 曲线。为了改善变频器启动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载启动的要求，要调整启动转矩。在异步电机变频调速系统中，转矩的控制较复杂。在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持V/f 为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩，一般变频器均由用户进行人工设定补偿。
⑶变频器的频率设置及运行控制均为键盘模式，按运行鍵、停止键，观察电机是否能正常地启动、停止。
⑷熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。变频器的使用人员可以按变频器的使用说明书对变频器的电子热继电器功能进行设定。电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者的额定电流的比值，通常用百分数表示。当变频器的输出电流超过其容许电流时，变频器电子热继电器的门限电流的最大值不超过变频器的最大容许输出电流。
⑸运行变频器到满额，测试输出电压及电流，看是否与键盘监视的值相吻合。
2.3 带载试运行
⑴手动操作变频器面板的运行停止键，观察电机运行停止过程及变频器的监视，看是否有异常现象。
⑵如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间；若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是在频繁启、制动的运行工况下。
⑶如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%～20%的保护余量。
⑷如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。
⑸如果变频器带动电动机在启动过程中达不到预设速度，可能有两种情况：
系统发生机械共振，可以从电机运转的声音进行判断。采用设置频率跳跃值的方法，可以避开共振点。一般变频器能设定三级跳跃点。V/f 控制的变频器驱动异步电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护使得电机不能正常启动，在电机轻载或转动惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能，用户可以根据系统出现振荡的频率点，在V/f 曲线上设置跨跳点及跨跳宽度。当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。
电机的转矩输出能力不够，不同品牌的变频器出厂参数设置不同，在相同的条件下，带载能力不同，也可能因变频器控制方法不同，造成电机的带载能力不同；或因系统的输出效率不同，造成带载能力会有所差异。对于这种情况，可以增加转矩提升量的值。如果达不到，可用手动转矩提升功能，不要设定过大，电机这时的温升会增加。对于风机和泵类负载，应减少降转矩的曲线值。
2.4 变频器与上位机相连接的系统调试
设定完成后，如果系统中有上位机，将变频器的控制线直接与上位机控制线相连，并将变频器的擦作模式改为端子控制。根据上位机系统的需要，调定变频器接收频率信号端子的量程0～5V 或0～10V，以及变频器对模拟频率信号采样的响应速度。如果需要另外的监视表头，应选择模拟输出的监视量，并调整变频器输出监视量端子的量程。
3 變频器调试时常见问题的处理措施
3.1 外部的电磁感应干扰处理方法
如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理，更必要，以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：
⑴变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如RC 吸收器；
⑵尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；
⑶指定采用屏蔽线的回路，必须按规定进行，若线路较长，应采用合理的中继方式；
⑷变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊，动力接地混用；
⑸变频器输入端安装噪声滤波器，不接受干扰的“三不”原则。
3.2 变频器对周边设备的影响及故障防范
变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，因此，研究应该采取哪些措施是非常必要的。
⑴电源高次谐波：由于目前的变频器几乎都采用PWM 控制方式，在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用的处理措施是：采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波电抗器，降低高次谐波分理。
⑵对于有进线电容器的场合因高次谐波电流将使电容电流增加，造成发热严重，必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量。
此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行。
4 结语
综上所述，变频器在应用调试时一定要按照调试的步骤,充分理解变频器的功能参数并设置,充分理解负载的工艺要求,考虑现场环境,尽可能一次调试成功,并保持良好的长期稳定的运行效果。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：变频器；选型分析；调试技术；故障
1 变频器的选型分析
1.1 变频器的选型
选择变频器，必须充分考虑以下三点：
⑴电压等级与控制电机相符。
⑵额定电流为控制电机额定电流的1.1～1.5倍。选择变频器时，必须以实际的电机电流值作为选择变频器的依据，而电机额定功率值只能作为参考。同时应考虑到变频器的输出含有很多的谐波分量，因此建议选型时变频器具有一定的余量。
⑶根据被控设备负载的特性选择变频器的类型(图1)。
图1 不同设备的负载特性
由图1 可见，A 属变转矩类型的负载，如风机和泵类负载等；B 属需要较大启动力矩的负载，如挤出机和搅拌机；C 属恒转矩负载，如传送带和压缩机等。
1.2 变频器常用功能参数
因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到触类旁通。
1.2.1 加减速时间
加速时间就是输出频率从0 上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0 所需时间。通常用频率设定信号上升，下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定的要点是：防止平滑滤波电路电压过高，不使再生过压而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流，过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。
1.2.2 转矩提升
又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而人为的把低频率范围V/f 增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特征，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。
1.2.3 电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU 根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时，则应在各台电动机上加装过热继电器。电子热保护设定值（%）=[电动机额定电流（A）/ 变频器额定输出电流（A）]×100%。
1.2.4 频率限制
即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。
2 通用变频器调试的步骤
变频器能够成功的应用到各种负载中，得到长期稳定的运行，现场调试很关键，必须按照相应的步骤进行。
2.1 变频器调试的步骤
⑴将变频器的电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上；
⑵将变频器的接地端子接地；
⑶确认变频器名牌标签的电压频率等级与电网是否相吻合，无误后送电；
⑷主接触器吸合，风扇运转，用万用表AC 档测试输入电源电压是否在标准规范内；
⑸熟悉变频器的操作键盘键：FWD （正向运行键：令驱动器正向运行）、REV （反向运行键：令驱动器反向运行）、ESC/DISTL （退出/ 显示键：退出功能项的数据更改，故障状态退出，退出子菜单或由功能项菜单进入状态显示菜单）、STOP/RESET（停止复位键：令驱动器停止运行，异常复位，故障确认），PRG（参数设定/ 移位键）、SET（参数设定值：数值修改完毕保存，监视状态下改变监视对象）、▲▼（参数变更/ 加减键：设定值及参数变更使用，监视状态下改变给定频率）、JOG（寸动运行键：按下寸动运行，松开停止运行），不同变频器操作键的定义基本相同。
⑹运行变频器到50Hz，测试变频器U、V、W 三相输出电压平衡。
⑺断电完全没显示后，接上电机线。
2.2 变频器带电机空载运行
⑴设置电机的基本额定参数，要综合考虑变频器的工作电流。
⑵设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。V/f 类型的选择包括最高频率、基本频率和转矩类型等项目。最高频率是变频器———电动机系统可以运行的最高频率，由于变频器自身的最高频率可能较高，当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时，应按电动机及其负载的要求进行设定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的是负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的V/f 类型图和负载特点，选择其中的一种类型。通用变频器均备有多条V/f 曲线供用户选择，用户在使用时应根据负载的性质选择合适的V/f 曲线。为了改善变频器启动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载启动的要求，要调整启动转矩。在异步电机变频调速系统中，转矩的控制较复杂。在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持V/f 为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩，一般变频器均由用户进行人工设定补偿。
⑶变频器的频率设置及运行控制均为键盘模式，按运行鍵、停止键，观察电机是否能正常地启动、停止。
⑷熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。变频器的使用人员可以按变频器的使用说明书对变频器的电子热继电器功能进行设定。电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者的额定电流的比值，通常用百分数表示。当变频器的输出电流超过其容许电流时，变频器电子热继电器的门限电流的最大值不超过变频器的最大容许输出电流。
⑸运行变频器到满额，测试输出电压及电流，看是否与键盘监视的值相吻合。
2.3 带载试运行
⑴手动操作变频器面板的运行停止键，观察电机运行停止过程及变频器的监视，看是否有异常现象。
⑵如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间；若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是在频繁启、制动的运行工况下。
⑶如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%～20%的保护余量。
⑷如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。
⑸如果变频器带动电动机在启动过程中达不到预设速度，可能有两种情况：
系统发生机械共振，可以从电机运转的声音进行判断。采用设置频率跳跃值的方法，可以避开共振点。一般变频器能设定三级跳跃点。V/f 控制的变频器驱动异步电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护使得电机不能正常启动，在电机轻载或转动惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能，用户可以根据系统出现振荡的频率点，在V/f 曲线上设置跨跳点及跨跳宽度。当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。
电机的转矩输出能力不够，不同品牌的变频器出厂参数设置不同，在相同的条件下，带载能力不同，也可能因变频器控制方法不同，造成电机的带载能力不同；或因系统的输出效率不同，造成带载能力会有所差异。对于这种情况，可以增加转矩提升量的值。如果达不到，可用手动转矩提升功能，不要设定过大，电机这时的温升会增加。对于风机和泵类负载，应减少降转矩的曲线值。
2.4 变频器与上位机相连接的系统调试
设定完成后，如果系统中有上位机，将变频器的控制线直接与上位机控制线相连，并将变频器的擦作模式改为端子控制。根据上位机系统的需要，调定变频器接收频率信号端子的量程0～5V 或0～10V，以及变频器对模拟频率信号采样的响应速度。如果需要另外的监视表头，应选择模拟输出的监视量，并调整变频器输出监视量端子的量程。
3 變频器调试时常见问题的处理措施
3.1 外部的电磁感应干扰处理方法
如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理，更必要，以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：
⑴变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如RC 吸收器；
⑵尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；
⑶指定采用屏蔽线的回路，必须按规定进行，若线路较长，应采用合理的中继方式；
⑷变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊，动力接地混用；
⑸变频器输入端安装噪声滤波器，不接受干扰的“三不”原则。
3.2 变频器对周边设备的影响及故障防范
变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，因此，研究应该采取哪些措施是非常必要的。
⑴电源高次谐波：由于目前的变频器几乎都采用PWM 控制方式，在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用的处理措施是：采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波电抗器，降低高次谐波分理。
⑵对于有进线电容器的场合因高次谐波电流将使电容电流增加，造成发热严重，必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量。
此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行。
4 结语
综上所述，变频器在应用调试时一定要按照调试的步骤,充分理解变频器的功能参数并设置,充分理解负载的工艺要求,考虑现场环境,尽可能一次调试成功,并保持良好的长期稳定的运行效果。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看