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摘要：目前变频器在生产装置使用日益广泛，但是由于用户经验不足引发很多故障造成损失，在此就变频器的设计选型、参数设置、运行维护等几个方面容易出现的一些问题进行论述。
关键词：变频器；应用；注意事项
1、变频器的原理
变频器按能量变换的情况可以分为交流一交流变频器与交流一直流一交流变频器两种。前者是直接将工频电源转变成所需频率的交流电源，所以也称直接变频。后者则是把直流电能
（一般是经交流电源整流而得）转变为所需频率的交流电。
图1a交一交变频器原理图 图1b交一直一交变频器原理图
（1）、交一交变频器
简单的交一交变频器的原理，可用两组反并联的变流器组成；如图1a所示。如果令正组变流器和反组变流器轮流地导通，则在负载上就获得交变的输出电压u0。u0的幅值可以通过改变变流器的控制角α加以调节，u0的频率则由正、反两组变流器轮流导通的切换频率所决定。
（2）、交一直一交变频器
交一直一交变频器是由整流器与逆变器两者所组成，如图1b所示。如果令两对晶闸管T1、T4，与T2、T3 轮流地切换导通，则负载上使得到交流输出电压u0。u0的幅值可以用改变直流电压Ud来调节，u。的频率则取决于两对晶闸管的切换频率。
2、设计选型方面、技术协议中需要注意的事项
（1）变频器设计选型要注意电缆线路较长时，应加输出电抗器，因为在电动机绕组和外壳之间、电动机电缆和大地之间存在较大的寄生电容，通过寄生电容就会有高频漏电流流向大地，引起过电流和过电压故障；如果加电抗器还是不满足要求，可以将设备选型的额定容量增加一档；正弦滤波器虽然能够更好的抑制谐波并且输出波形平滑，但是考虑到费用较高并且需要定期更换内部电容，所以不建议使用；大容量变频器考虑选用12脉冲变频，可以通过专用整流变压器供电，同一母线上有着多台整流变注意在变压器接线组别的选择。
（2）、在与供货商进行技术交流前一定要充分了解工艺运行条件，首先是工艺能否直接由变频切换到工频，工艺负载的特性容量等，必须调整好切换时间，时间长了会造成装置波动，切换时间太短电机残压与工频电压不同期容易导致过流保护动作。变频器驱动三相异步电机在长期低速运转（20Hz以下）时，一定要选用变频电机。高频运转的电机要注意电抗器的额定频率满足要求，CO装置设计审查时没有考虑到设备实际工况，分别工作在低速时频率38.5HZ、高速时频率118.5HZ，而該变频器电抗器的额定频率为最大60HZ，当设备高速运行时频率超出了其实际最大允许值很多，从而造成电抗器电磁杂音大且温度很高，电抗器芯最高温度为157℃，后来采购了频率范围达到0～120HZ的ABB电抗器，温度下降到56.2℃，接线端和连接电缆的温度也大为下降，并且电磁杂音也大为降低。此外，一定要避免将变频器安装在设备现场的情况，由于现在变频器都是由IGBT功率元件组成，对工作环境要求较高，高温灰尘将严重影响变频器使用寿命。
（3）、技术协议附件配置方面，一些可选件必须完备，包括电抗器、显示屏、防护等级等；大容量变频电机很多采取强制风冷，容易出现设计漏项，鉴于风扇电机无法巡检，必须将风扇电机的运行信号远传报警或者直接跳闸；在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、防雷压敏电阻；变频器在海拔1000米以上地区使用时，须降容使用，主要是因为高海拔空气稀薄不利于排风扇散热；变频器输入侧与电源之间应安装空气断路器和熔断器，主要是用于整流回路短路故障保护作用；关键电机变频器控制回路电源采用直流或者UPS电源，避免接触器、、继电器PLC等在电源波动时非正常动作导致停车。
3、变频器参数设置方面要注意的事项
很多用户对于一般性的参数设置比较清楚，包括铭牌、开停车、加减速时间等，还有几个重要参数虽然不会影响变频器开车试车，但是会对设备的长周期稳定运行产生影响。
（1）、载波频率：
变频器的载波频率是可调的，可方便人们对噪声的需求。一般情况下，现场都是变频器的载波频率不做调整直接使用缺省值，但在实际应用中是需要酌情而定的。一些用户往往因载波频率值设定不当，造成各种异常现象，甚至故障，损坏变频器。当通用变频器运行在载波频率高时，输出电流波形好，但载波频率过高时，变频器自身损耗加大，IGBT温度上升，同时输出电压的变化率du/dt亦增大，当电动机电缆较长时，对地寄生电容也迅速增大，对电动机的绝缘造成威胁。当载波频率过低时，电动机有效转矩减小，损耗加大，电动机温度增高。一般在调试过程中应试探性地调整载波频率，首先一般情况下在产品使用手册上会有建议设置，这与变频器的品牌和容量有关；其次，遵循电动机功率大的，相对选用载波频率要低些，并从低端向高端调整；第三、电缆越长，载波频率设置就要往下调整；首先要确定合适的载波频率值后，再考虑是否需要加装滤波器或谐波抑制装置，一般情况下都要遵守这个原则。
（2）、直流母线欠压补偿参数
当输入电源正常时，380V三相交流输入电源经过三相半控桥整流电路的整流和中间电路电容的滤波，转换为直流电源，然后通过逆变电路将直流电压逆变为频率可调的交流电源。当交流输入电源出现短暂的停电时，整流器会停止工作，中间电路的直流电压就会下降，这时电机在惯性的作用下处于自由旋转的状态，相当于一台异步发电机，向变频器反送电能，变频器逆变电路的三对续流二极管组成三相桥式整流器，将电机反馈的三相感应电动势整流为直流电源，向中间电路的电容补充能量，在一段时间内维持中间电路电压不低于变频器的低电压跳闸阀值340VDC，如果在中间电路电压下降到低电压跳闸阀值前，电源电压恢复正常，变频器就会自动跟踪电机的转速自起动，这就是变频器能实现抗晃电功能的重要依据。如果中间电路电压下降超过了低电压跳闸阀值，变频器就会报低电压故障跳闸，不能再起动。在以往使用变频器时，人们对其调速和节能功能比较熟悉，而对它的抗晃电能力认识不足，我们可以通过启用直流母线欠压补偿这一功能实现。 （3）转速信号丢失参数
变频器调速给定方式可以通过电压、电流、通讯等不同方式，在生产运行过程中出现转速给定信号丢失是可能发生的，可以通过参数设置确保信号故障时变频器工作在预设转速，一般情况下转速信号丢失可以设置为保持最低转速参数运行或者最后转速信号运行，该参数的合理设置，可以确保生产装置稳定运行。
（4）跳跃频率
如遇到负载装置在某一特定转速下的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。
4、工作环境、温度注意事项
（1）工作温度：变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下，如果能降低变频器运行温度，就延长了变频器的使用寿命，性能也稳定。在控制柜中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。保持变频器风扇的完好是变频器长周期运行的重要条件，在加强巡检的基础上可以在每只风扇上方系上红色飘带，便于观察。温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故，必要时可以在控制柜中增加干燥剂和加热器。
（2）工作环境：变频器室尽量安装空调，除了降温外，同时很好地起到了除湿、清洁的效果。电子元件对湿度的要求也很高，特别要注意的是梅雨季节湿度很大，停运一段时间的变频器，运行前必须做好检查维护工作。但是，要求空调风不能对着变频器直吹，以免空调停运间隙温差过大，反而吸入潮气，甚至造成凝露，这点应引起我们的特别注意。粉尘对变频器的影响也很大，聚乙烯装置齿轮泵变频器短路放炮，检查确认就是内部晶闸管上面吸附的灰尘导致短路；因此，必须提高变频器室的清洁度，空调可以隔绝室内外空气交换，减小灰尘，但是仍然需要定期清扫维护，清扫维护的人员要采取防静电措施。
5、其它注意事项
（1）变频器长期存放：1年以内直接加全压；1-2年全压通电一小时；2年以上，通电时应先用调压器并逐渐升高电压25%-50%-75%-100%四档，时间分别为30分钟-30分钟- 30分钟-210分钟。电机首次使用或长期放置后使用，必须对电机进行绝缘检测，对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。
（2）变频器驱动电机长期超过50Hz运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置，在长期低速运行时应注意润滑效果。
（3）严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。变频器断开电源后，等待变频器充电指示灯熄灭后且直流母线电压（PA+，PC-）应在45V以下，方可进行维护操作。（4）影响变频器寿命的元件大致有四种：自身冷却风扇，上电时限流电阻短路接触器，中间环节大容量电解电容，大容量变频器电源板。要注意前两个元件是机械磨损元件，一般寿命为4年以上，第三个元件规定为6～12年，一般情况下6年后检测一下电容值，如果小于额定值的80%就应更换，第四个元件建议8年进行更换。
6、抗干扰方面
（1）变频器本身对电网及电机、变压器等设备的干扰：
由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时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；在变频器的输出电压中，含有高频尖峰浪涌电压，这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以PWM控制型变频器更为明显；电流谐波将增加变压器铜损，电压谐波将增加铁损，综合效果是使变压器温度上升，影响其绝缘能力，并造成容量裕度减小，谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间共振，及引起铁心磁通饱和而产生噪声；电力电子设备在多种场合是产生谐波的谐波源，但他自身也很容易感受谐波失真而误动作，这些设备靠着电压的过零点或电压波形来控制或操作，若电压有谐波成分时，零点移动、波形改变，造成许多误动作。
（2）变频器及控制部分受到干扰：
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；变频器由主回路和控制回路两大部分组成，由于主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源，所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响；与主回路相比，变频器的控制回路是小能量、弱信号回路，极易遭受其它装置产生的干扰。因此，变频器在安装使用时，必须对控制回路采取抗干扰措施。
（3）抗干扰措施：
一、加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上时，干扰程度就不大明显，也可以在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地，一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（最低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。二、控制电缆建议采用1.25mm2或2mm2屏蔽绞合绝缘电缆，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好，屏蔽电缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长，电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。三、装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机，以及易产生电弧的断路器和接触器，其控制电缆线路也应避开这些设备。四、变频器要正确接地，接地电阻小于1Ω。五、变频器与电机之间的控制电缆过长，要注意开停信号隔离继电器的抗干扰性能。
7、結束语
变频器的应用维护，不仅仅要从电气安稳运行角度出发，还要考虑到经济性、工艺设备特性、以及相关负荷的重要性，不同情况下的选型、设置、维护策略都是相应变化的，这就需要用户根据需求做好设计审查、技术交流、安装调试等各个环节的准备工作。
作者简介：
章新，1975年11月出生，男，汉族，籍贯江苏省南京市，1997年湖南大学电气自动化专业本科毕业，电气工程师，现就职于扬子石化公司电仪分公司，主要从事电气专业工作。
关键词：变频器；应用；注意事项
1、变频器的原理
变频器按能量变换的情况可以分为交流一交流变频器与交流一直流一交流变频器两种。前者是直接将工频电源转变成所需频率的交流电源，所以也称直接变频。后者则是把直流电能
（一般是经交流电源整流而得）转变为所需频率的交流电。
图1a交一交变频器原理图 图1b交一直一交变频器原理图
（1）、交一交变频器
简单的交一交变频器的原理，可用两组反并联的变流器组成；如图1a所示。如果令正组变流器和反组变流器轮流地导通，则在负载上就获得交变的输出电压u0。u0的幅值可以通过改变变流器的控制角α加以调节，u0的频率则由正、反两组变流器轮流导通的切换频率所决定。
（2）、交一直一交变频器
交一直一交变频器是由整流器与逆变器两者所组成，如图1b所示。如果令两对晶闸管T1、T4，与T2、T3 轮流地切换导通，则负载上使得到交流输出电压u0。u0的幅值可以用改变直流电压Ud来调节，u。的频率则取决于两对晶闸管的切换频率。
2、设计选型方面、技术协议中需要注意的事项
（1）变频器设计选型要注意电缆线路较长时，应加输出电抗器，因为在电动机绕组和外壳之间、电动机电缆和大地之间存在较大的寄生电容，通过寄生电容就会有高频漏电流流向大地，引起过电流和过电压故障；如果加电抗器还是不满足要求，可以将设备选型的额定容量增加一档；正弦滤波器虽然能够更好的抑制谐波并且输出波形平滑，但是考虑到费用较高并且需要定期更换内部电容，所以不建议使用；大容量变频器考虑选用12脉冲变频，可以通过专用整流变压器供电，同一母线上有着多台整流变注意在变压器接线组别的选择。
（2）、在与供货商进行技术交流前一定要充分了解工艺运行条件，首先是工艺能否直接由变频切换到工频，工艺负载的特性容量等，必须调整好切换时间，时间长了会造成装置波动，切换时间太短电机残压与工频电压不同期容易导致过流保护动作。变频器驱动三相异步电机在长期低速运转（20Hz以下）时，一定要选用变频电机。高频运转的电机要注意电抗器的额定频率满足要求，CO装置设计审查时没有考虑到设备实际工况，分别工作在低速时频率38.5HZ、高速时频率118.5HZ，而該变频器电抗器的额定频率为最大60HZ，当设备高速运行时频率超出了其实际最大允许值很多，从而造成电抗器电磁杂音大且温度很高，电抗器芯最高温度为157℃，后来采购了频率范围达到0～120HZ的ABB电抗器，温度下降到56.2℃，接线端和连接电缆的温度也大为下降，并且电磁杂音也大为降低。此外，一定要避免将变频器安装在设备现场的情况，由于现在变频器都是由IGBT功率元件组成，对工作环境要求较高，高温灰尘将严重影响变频器使用寿命。
（3）、技术协议附件配置方面，一些可选件必须完备，包括电抗器、显示屏、防护等级等；大容量变频电机很多采取强制风冷，容易出现设计漏项，鉴于风扇电机无法巡检，必须将风扇电机的运行信号远传报警或者直接跳闸；在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、防雷压敏电阻；变频器在海拔1000米以上地区使用时，须降容使用，主要是因为高海拔空气稀薄不利于排风扇散热；变频器输入侧与电源之间应安装空气断路器和熔断器，主要是用于整流回路短路故障保护作用；关键电机变频器控制回路电源采用直流或者UPS电源，避免接触器、、继电器PLC等在电源波动时非正常动作导致停车。
3、变频器参数设置方面要注意的事项
很多用户对于一般性的参数设置比较清楚，包括铭牌、开停车、加减速时间等，还有几个重要参数虽然不会影响变频器开车试车，但是会对设备的长周期稳定运行产生影响。
（1）、载波频率：
变频器的载波频率是可调的，可方便人们对噪声的需求。一般情况下，现场都是变频器的载波频率不做调整直接使用缺省值，但在实际应用中是需要酌情而定的。一些用户往往因载波频率值设定不当，造成各种异常现象，甚至故障，损坏变频器。当通用变频器运行在载波频率高时，输出电流波形好，但载波频率过高时，变频器自身损耗加大，IGBT温度上升，同时输出电压的变化率du/dt亦增大，当电动机电缆较长时，对地寄生电容也迅速增大，对电动机的绝缘造成威胁。当载波频率过低时，电动机有效转矩减小，损耗加大，电动机温度增高。一般在调试过程中应试探性地调整载波频率，首先一般情况下在产品使用手册上会有建议设置，这与变频器的品牌和容量有关；其次，遵循电动机功率大的，相对选用载波频率要低些，并从低端向高端调整；第三、电缆越长，载波频率设置就要往下调整；首先要确定合适的载波频率值后，再考虑是否需要加装滤波器或谐波抑制装置，一般情况下都要遵守这个原则。
（2）、直流母线欠压补偿参数
当输入电源正常时，380V三相交流输入电源经过三相半控桥整流电路的整流和中间电路电容的滤波，转换为直流电源，然后通过逆变电路将直流电压逆变为频率可调的交流电源。当交流输入电源出现短暂的停电时，整流器会停止工作，中间电路的直流电压就会下降，这时电机在惯性的作用下处于自由旋转的状态，相当于一台异步发电机，向变频器反送电能，变频器逆变电路的三对续流二极管组成三相桥式整流器，将电机反馈的三相感应电动势整流为直流电源，向中间电路的电容补充能量，在一段时间内维持中间电路电压不低于变频器的低电压跳闸阀值340VDC，如果在中间电路电压下降到低电压跳闸阀值前，电源电压恢复正常，变频器就会自动跟踪电机的转速自起动，这就是变频器能实现抗晃电功能的重要依据。如果中间电路电压下降超过了低电压跳闸阀值，变频器就会报低电压故障跳闸，不能再起动。在以往使用变频器时，人们对其调速和节能功能比较熟悉，而对它的抗晃电能力认识不足，我们可以通过启用直流母线欠压补偿这一功能实现。 （3）转速信号丢失参数
变频器调速给定方式可以通过电压、电流、通讯等不同方式，在生产运行过程中出现转速给定信号丢失是可能发生的，可以通过参数设置确保信号故障时变频器工作在预设转速，一般情况下转速信号丢失可以设置为保持最低转速参数运行或者最后转速信号运行，该参数的合理设置，可以确保生产装置稳定运行。
（4）跳跃频率
如遇到负载装置在某一特定转速下的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。
4、工作环境、温度注意事项
（1）工作温度：变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下，如果能降低变频器运行温度，就延长了变频器的使用寿命，性能也稳定。在控制柜中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。保持变频器风扇的完好是变频器长周期运行的重要条件，在加强巡检的基础上可以在每只风扇上方系上红色飘带，便于观察。温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故，必要时可以在控制柜中增加干燥剂和加热器。
（2）工作环境：变频器室尽量安装空调，除了降温外，同时很好地起到了除湿、清洁的效果。电子元件对湿度的要求也很高，特别要注意的是梅雨季节湿度很大，停运一段时间的变频器，运行前必须做好检查维护工作。但是，要求空调风不能对着变频器直吹，以免空调停运间隙温差过大，反而吸入潮气，甚至造成凝露，这点应引起我们的特别注意。粉尘对变频器的影响也很大，聚乙烯装置齿轮泵变频器短路放炮，检查确认就是内部晶闸管上面吸附的灰尘导致短路；因此，必须提高变频器室的清洁度，空调可以隔绝室内外空气交换，减小灰尘，但是仍然需要定期清扫维护，清扫维护的人员要采取防静电措施。
5、其它注意事项
（1）变频器长期存放：1年以内直接加全压；1-2年全压通电一小时；2年以上，通电时应先用调压器并逐渐升高电压25%-50%-75%-100%四档，时间分别为30分钟-30分钟- 30分钟-210分钟。电机首次使用或长期放置后使用，必须对电机进行绝缘检测，对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。
（2）变频器驱动电机长期超过50Hz运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置，在长期低速运行时应注意润滑效果。
（3）严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。变频器断开电源后，等待变频器充电指示灯熄灭后且直流母线电压（PA+，PC-）应在45V以下，方可进行维护操作。（4）影响变频器寿命的元件大致有四种：自身冷却风扇，上电时限流电阻短路接触器，中间环节大容量电解电容，大容量变频器电源板。要注意前两个元件是机械磨损元件，一般寿命为4年以上，第三个元件规定为6～12年，一般情况下6年后检测一下电容值，如果小于额定值的80%就应更换，第四个元件建议8年进行更换。
6、抗干扰方面
（1）变频器本身对电网及电机、变压器等设备的干扰：
由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时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；在变频器的输出电压中，含有高频尖峰浪涌电压，这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以PWM控制型变频器更为明显；电流谐波将增加变压器铜损，电压谐波将增加铁损，综合效果是使变压器温度上升，影响其绝缘能力，并造成容量裕度减小，谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间共振，及引起铁心磁通饱和而产生噪声；电力电子设备在多种场合是产生谐波的谐波源，但他自身也很容易感受谐波失真而误动作，这些设备靠着电压的过零点或电压波形来控制或操作，若电压有谐波成分时，零点移动、波形改变，造成许多误动作。
（2）变频器及控制部分受到干扰：
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；变频器由主回路和控制回路两大部分组成，由于主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源，所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响；与主回路相比，变频器的控制回路是小能量、弱信号回路，极易遭受其它装置产生的干扰。因此，变频器在安装使用时，必须对控制回路采取抗干扰措施。
（3）抗干扰措施：
一、加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上时，干扰程度就不大明显，也可以在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地，一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（最低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。二、控制电缆建议采用1.25mm2或2mm2屏蔽绞合绝缘电缆，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好，屏蔽电缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长，电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。三、装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机，以及易产生电弧的断路器和接触器，其控制电缆线路也应避开这些设备。四、变频器要正确接地，接地电阻小于1Ω。五、变频器与电机之间的控制电缆过长，要注意开停信号隔离继电器的抗干扰性能。
7、結束语
变频器的应用维护，不仅仅要从电气安稳运行角度出发，还要考虑到经济性、工艺设备特性、以及相关负荷的重要性，不同情况下的选型、设置、维护策略都是相应变化的，这就需要用户根据需求做好设计审查、技术交流、安装调试等各个环节的准备工作。
作者简介：
章新，1975年11月出生，男，汉族，籍贯江苏省南京市，1997年湖南大学电气自动化专业本科毕业，电气工程师，现就职于扬子石化公司电仪分公司，主要从事电气专业工作。