变频器应用、 维护及维修

变频器应用、 维护及维修

第4章 变频器的安装及接线

变频器的正确安装是变频器正常发挥作用的基础， 主要包括以下几个方面：

4. 1 变频器的安装环境

1 ． 周围温度、 湿度

周围温度： 变频器的工作环境温度一般为－1 0 ℃ ~＋40 ℃ ，当环境温度大于变频器规定的温度时， 变频器要降额使用或采

取相应的通风冷却措施。

湿度： 变频器工作环境的相对湿度为5 ~ 90％（无结露现象 ） 。

2． 周围环境

变频器应安装在不受阳光直射、 无灰尘、 无腐蚀性气体、 无可燃气体； 无油污、 蒸汽滴水等环境中； 安装场所的周围振动

加速度应小于0. 6 g （ g =9. 8m/s2） ， 可采用防震橡胶； 与变频器产生电磁干扰的装置要与变频器相隔离。

3． 海拔高度

变频器应用的海拔高度应低于1 000 m。 海拔高度大于1 000 m的场合， 变频器要降额使用。

4. 2安装方式及要求

1 . 墙挂式安装： 用螺栓垂直安装在坚固的物体上。 正面是变频器文字键盘， 请勿上下颠倒或平放安装。 周围要留有一定空间，上下1 0cm以上， 左右5cm以上。 因变频器在运行过程中会产生热量， 必需保持冷风畅通， 如图1 所示。

2. 柜中安装：

控制柜中安装：变频器的上方柜顶要安装排风扇， 如图2。

控制柜中安装多台： 要横向安装， 且排风扇安装位置要正确，如图3。

图1 墙挂式安装

图2 柜式安装通风口

图3 柜内多台安装

4. 3变频器在多粉尘现场的安装

在多粉尘（特别是多金属粉尘、 絮状物） 的场所使用变频器时， 正确、 合理的防尘措施是保证变频器正常工作的必要条件。

1 ． 安装设计要求

在控制柜中安装变频器， 最好安装在控制柜的中部或下部。 要求垂直安装， 其正上方和正下方要避免安装可能阻挡进风、 出风的大部件； 变频器四周距控制柜顶部、 底部、隔板或其它部件的距离不应小于300 mm， 如下图4中的H1 、H2间距所示。

变频器安装示意图

2． 控制柜通风、 防尘、 维护要求

（1 ） 总体要求： 控制柜应密封， 使用专门设计的进风和出风口进行通风散热。控制柜顶部应设有出风口、 防风网和防护盖； 底部应设有

底板、 进线孔、进风口和防尘网。

（2） 风道要设计合理， 使排风通畅， 不易产生积尘。

（3） 控制柜内的轴流风机的风口需设防尘网， 并在运行时向外抽风。

（4） 对控制柜要定期维护， 及时清理内部和外部的粉尘、絮毛等杂物。 对于粉尘严重的场所， 维护周期在1 个月左右。

4. 4主电路控制开关及导线线径选择

1 ． 电源控制开关及导线线径选择电源控制开关及导线线径的选择与同容量的普通电动机选择方法相同， 按变频器的容量选择即可。 因输入侧功率

因数较低， 应本着宜大不宜小的原则选择线径。

2． 变频器输出线径选择

变频器工作时频率下降， 输出电压也下降。 在输出电流相等的条件下， 若输出导线较长（ L ＞20m） ， 低压输出时线路的电压降Δ U 在输出电压中所占比例将上升， 加到电动机上的电压将减小， 因此低速时可能引起电动机发热。 所以决定输出导线线径时主要是Δ U 影响， 一般要求为：

ΔU ≤（2 ~ 3） ％U X

1000 3 Δ 0 N l R I U

上两式中： U X

—电动机的最高工作电压， 单位为V；

IN—电动机的额定线电流， 单位为A；

R 0 — 单位长度导线电阻， 单位为mΩ∕ m；

l — 导线长度， 单位为m。

ΔU的计算为：

例： 已知电动机参数为： PN= 30 kW， UN= 380V， IN= 57.6A， fN=50 H Z ， n N =1460r/min。 变频器与电动机之间距离30m，最高工作频率为40Hz。 要求变频器在工作频段范围内线路电压降不超过2%， 请选择导线线径。

解： 已知UN= 380V，则： UX= U N × =380×（40∕50） ＝304（V）

ΔU≤304×2 % = 6.08（V）

Nmax f f

根据 ΔU 公 式得：ΔU =1000 30 6 . 57 30  R≤6.08

解得： R 0 ≤2.03 。

查表， 应选截面积为1 0.0(mm) 2 的导线。

若变频器与电动机之间的导线不是很长时， 其线径可根据电动机的容量来选取。

3． 控制电路导线线径选择

小信号控制电路通过的电流很小， 一般不进行线径计算。 考虑到导线的强度和连接要求， 一般选用0. 75(mm) 2及以下的屏蔽线或绞合在一起的聚乙烯绞线。

接触器、 按钮开关等强电控制电路导线线径可取1 m㎡的独股或多股聚乙烯铜导线。

4. 5 安装布线

合理选择安装位置及布线是变频器安装的重要环节。

电磁选件的安装位置、 各连接导线是否屏蔽、 接地点是否正确等， 都直接影响到变频器对外干扰的大小及自身工作情况 。

1． 布线原则

变频器与外围设备之间布线时应注意：

①逆变输出端子U、 V、 W连接交流电动机时， 输出的是与正弦交流电等效的高频脉冲调制波。

② 当外围设备与变频器共用一供电系统时， 要在输入端安装噪声滤波器， 或将其他设备用隔离变压器或电源滤波

器进行噪声隔离。

③ 当外围设备与变频器装入同一控制柜中且布线又很接近变频器时， 可采取以下方法抑制变频器干扰：

 将易受变频器干扰的外围设备及信号线远离变频器安装； 信号线使用屏蔽电缆线， 屏蔽层接地。 亦可将信号电缆线套入金属管中； 信号线穿越主电源线时确保正交。

 在变频器的输入输出侧安装无线电噪声滤波器或线性噪声滤波器（铁氧体共模扼流圈） 。 滤波器的安装位置要尽可能靠近电源线的入口处， 并且滤波器的电源输入线在控制柜内要尽量短。

 变频器到电动机的电缆要采用4芯电缆并将电缆套入金属管， 其中一根的两端分别接到电动机外壳和变频器的接地侧。

④ 避免信号线与动力线平行布线或捆扎成束布线；

易受影响的外围设备应尽量远离变频器安装； 易受影响的信号线尽量远离变频器的输入输出电缆。

⑤ 当操作台与控制柜不在一处或具有远方控制信号线， 要对导线进行屏蔽， 并特别注意各连接环节， 以避免干扰信号串入。

⑥ 接地端子的接地线要粗而短， 接点接触良好。

必要时采用专用接地线。

• 绞线防电磁干扰原理

•电缆接地防电场干扰

• 多种设备混合连接图

• 屏蔽电缆的联接

2． 变频器安装区域划分及注意事项

① 区域划分 依据各外围设备的电磁特性， 分别安装在不同的区域， 以抑制变频器工作时的电磁干扰

1 区： 控制电源变压器、控制装置及传感器等。

2区： 控制信号及电缆接口， 要求此区有一定的抗扰度。

3区： 进线电抗器、 变频器、 制动单元、 接触器等主要噪声源。

4区： 输出噪声滤波器及其接线部分。

5区： 电机及电缆。

以上各区应空间隔离，

各区间最小距离20cm， 以实现电磁去耦。

② 安装注意事项

 电动机电缆的地线应在变频器侧接地， 但最好电动机与变频器分别接地。 在处理接地时， 如采用公共接地端， 不能经过其他装置的接地线接地， 要独立走线， 如图所示。

变频器接地方法

 电动机电缆和控制电缆应使用屏蔽电缆， 机柜内为强制要求， 将屏蔽金属丝网与地线两端连接起来， 连接方法如图所示。

 如果现场只有个别敏感设备， 可单独在敏感设备侧安装电磁滤波器， 这样可降低成本。

屏蔽电缆连接方法

3. ABB公司ACS400变频器安装要求

1 . 输入输出电源电缆联接

输入要求4芯电缆， 输出要求3芯外加屏蔽层电缆， 两端接地。

2.对电缆的要求： 完整细密、 辐射率小

• 连接实例

• 连接图

• 3. 对屏蔽线的要求

• 1 ） 模拟信号和数字信号应采用独立的屏蔽电缆

• 2） 继电器控制信号在其电压不超过48V时， 可以视为数字信号， 采用 同一电缆， 建议采用双绞线。

• 3） 不要将24V直流和1 1 0/220V交流信号线混合在同一电缆内。

• 4） 如果要使用电缆连接控制盘和变频器， 必须使用可选件ACS1 00-EXT所提供的电缆。

• 例一： 三相五线制供电接地错误

• 故障现象： 变频器开机一直运转， 按停止按钮不起作用。

• 故障检查处理：经检查发现变频器的地线只与变压器的中性线相连接， 而变压器的中性线没有连接到大地， 将变压器的中性线接地后变频器恢复正常。

• 原因分析： 现在一些小型企业不重视地线的连接。 机床出厂时， 按照国家电工法规定的标准， 地线与中性线是严格分开的， 配电柜里中性线有专用接线端子， 地线有专用接地螺钉。

•由于该用户从变压器引过来三根相线和一根中性线， 只把中性线接到“E” 端子上，而地线没有和中性线相连，虽说控制线使用了屏蔽线，屏蔽层也接到了接地螺钉，因没有和大地相连, 起不到屏蔽作用， 导致了变频器因干扰而失控。

 例二： 电机偶尔停不下来。经检查屏蔽层接地正确良好，降低载波频率不起作用。 变频器输入侧及输出侧加磁环

滤波器不起作用。

• 故障分析： 安装变频器的配电柜与动力配电室相距太近,配电室配电柜有大电流流过，在电流周围有较强磁场， 干扰了变频器正常工作， 把配电柜远离配电室后即恢复正常， 这属于外界设备对变频器产生的干扰。

干扰示意图

4. 5 变频器的日常维护

变频器使用理念

勤养少修， 延长使用寿命

4. 5. 1 变频器使用过程中的几个主要方面

1 . 过热及散热

过热： 变频器容量选择留出余量， 制动电阻选择留出余量， 以保证变频器在工作中不过热；散热： 运行过程中积聚的灰尘、 油腻及冷却风机故障

等， 都影响到变频器的正常散热。

2. 振动

振动会使变频器的接插件和接线端子产生松动，引起接触不良； 使模块紧固螺钉松动， 造成模块过热损坏； 使元件晃动， 管脚达到疲劳极限后折断。 。

3. 元器件老化

★电容老化： 容量下降到85%以下时， 会影响变频器正常工作， 认为寿命终止；

★开关电源滤波电容老化： 控制电路及驱动电路无法正常工作；

★主电路电容老化： 充放电量不足， 带载不能正常

运行 。

4. 线路老化

电路绝缘老化： 易引起短路。

屏蔽层老化： 易串入干扰。

5. 气体腐蚀

造成覆铜板开路， 元件管脚开路， 接插件接触不良等故障。

6. 运行过程中的过电压及过电流

雷击、 电网不正常波动。 特别是自发电的企业， 发电机输出不稳， 造成大面积变频器损坏。

• 例 1

案例现象： 一台ABB ACS500 22kW变频器， 在运行半小时左右跳“OH” 。分析与维修： 因为是在运行一段时间后才出现故障， 所以温度传感器坏的可能性不大， 可能变频器的温度确实太高， 通电后发现风机转动缓慢， 防护罩里面堵满了很多棉絮(因该变频器是用在纺织行业) ， 经打扫后开机风机运行良好， 运行数小时后没有再跳此故障。

• 例2： 奇怪的变频器故障

• 故障现象： 佛山市有一家包装材料厂用了20多台安川61 66G-5. 5KW变频器, 可运行不到一年就不断出现烧模块现象, 而且一直都查不出原因, 虽然厂家可以给保修, 但严重影响生产, 成为老板一大心病。 故障原因： 经维修人员现场仔细检查， 发现变频器装在震动很大的生产线上, 紧固模块的螺丁

很多已经松动! 由于模块散热不好而烧掉!

• 在变频器说明书中都强调变频器不要安装在震动的场合， 可很多人不知道其后果而没有去关注!

• 例3： 用压缩空气除尘损坏变频器

• 故障现象： 某企业电工用压缩空气给变频器吹尘后， 变频器通电时烧毁。

• 故障原因： 压缩空气一般含有水气， 加上变频器灰尘比较多， 开机后变频器没显示， 经检查电路板中有短路污点， 损坏了电源！

• 有多例用压缩空气给变频器除尘时损坏了变频器主板。 其原因可能是把含水的脏物吹到主板上引起线间短路。 压缩空气通常带有水份， 而且风力

太大。 最好是用电吹风除尘， 一边吹， 一边用毛刷清扫。 建议没有经验就不要去清理电路板， 只清理风扇及散热铝片的灰尘就可以了。

• 例4： 变频器模块损坏

• 故障现象： 散热风扇不转损坏变频器模块

• 故障处理： 很多变频器在散热风扇坏了以后， 也不会跳“过热” 保护， 直到模块烧坏， 大多风扇是因为被灰尘堵塞而损坏的，所以如果能定期为变频器清尘及检查风扇是否正常是一项很有价值的工作。

• 有的变频器用的是有自检功能的三线风扇，当三线风扇由于灰尘等原因使其转速下降时， 就会发出报警信号， 可避免变频器因散热不良而烧毁模块。

4. 6变频器的日常维护

1 . 操作面板检查： 外观、 指示灯、 显示有无异常；

2. 各处电源检查： 用整流型电压表检查各处电压情况三相应该平衡且各相电压值在正常范围内， 直流电压值在正常范围内， 否则停机检查。

3. 线路检查： 各处导线有无发热、 变形及松动；

4. 冷却风机检查： 转速是否正常， 灰尘及油垢清理。

5. 散热器检查： 温度是否正常， 正常时不烫手；

6. 振动检查： 手摸外壳， 无剧烈振动感。 否则， 可加橡胶垫或利用变频器的回避频率设置功能避开共振点。

7. 注意变频器周围的异味。

8. 安装地点及环境是否有异常。

• 4. 7 定期检修（必须要有一定的变频器应用知识）

• 1 . 时间间隔： 1 年一次；

• 2. 检修方式： 停机检修、 运行检修；

• 3. 停机检修：

• ① 将接线端子全部断开；

• ② 清洗

•  用吸尘器或吹风机去尘；

•  拆卸较大部件擦拭、 擦洗；

•  尤其是冷却风机。

• ③ 主回路检修

•  滤波电容容量监测， 外观检查， 寿命大约为5年， 接近寿命时半年一次。 ；

•  制动电阻阻值测量及外观检查；

•  继电器触点、 外观及导线检查， 动作是否失灵；

•  整流模块内部元件检查： 检查二极管正、 反向电阻， 正向电阻在几十欧姆，反向电阻为∝；

注意： 测定时，滤波电容一定要放电。

 主回路绝缘测定： 用绝缘电阻表， 绝缘值大于0. 5MΩ；

④ 保护电路的检修

主要是取样电路元件和接线的检查。

 电压互感器： 接线

 电流互感器： 接线

 电压分压电阻： 阻值、 外观

 压敏电阻： 外观

 热敏电阻：外观

⑤ 冷却风机检修

 运行时间 ： 一般2~3年， 时间长会使风力减弱；

 运行状况： 轴及扇叶有无异常；

 接线加固；

⑥ 控制、 驱动电源电路检查

 目测元件、 线路板有无异常： 锈蚀、 发霉等要清除， 必

要时明线搭桥；

 电解电容老化： 一般使用3~ 5年左右更换1 次（更换要有

专业知识） ；

 检查插件有无松动及短线。

⑦ 接线点的加固及接触处理。

4. 通电运行检查

经过定期维护的变频器控制系统， 必须进行通电试运行检查。

① 接好线路；

② 变频器接通电源

③ 测量输入电压是否正常(交流侧、直流侧)

④ 测量输出电压应不超过40V(变频器还未运行)

⑤ 给运行指令

测量输出电压时不能用普通万用表，

 速度上升时过电流： 延长上升时间；

 停机时过电压： 制动电阻问题， 经常过电压的考虑逆

变模块故障或载波频率；

 压频比不合适： U/f 曲线选择。