变频器的可靠性资料

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第3节变频器的可靠性
• 3.2.2高次谐波对其他设备的影响 • 1.电力电容器
影响之一就是使被驱动的电机产生噪声。
• 2.公共电网、电力变压器或自用发电机 • 3.检测、指示电气仪表
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电压型变频器直流部分的电力电容器，受到高次谐波的 影响引起并联谐振，谐振时产生较大的电流，容易将电容 器烧毁。 公共电网、电力变压器或自用发电机均是变频器的输入 电源，高次谐波除了影响输入电源的电压、电流波形以外， 还会加大变频器、发电机的损耗。
• 2.抑制措施
②屏蔽电缆的末端处理方法。 ③应对外来干扰的对策。 ④制动单元的接线。 对减少各方面的干扰其措施是：
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（1）抑制静电耦合干扰 抑制静电耦合干扰必须减小电缆间的杂散电容，其方法 有电缆的分离或屏蔽。 （2）抑制电磁感应干扰 电磁感应的干扰大小取决于干扰源电缆产生的磁通大小， 控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相 对角度（）三个因素见图3—10
当变频器的输出侧发生短路或电机堵转时，变频器中将 流过很大的电流，从而易造成逆变电路中电力器件的损坏。 变频器为了实现过电流保护，需要从变频器的“硬件” 和“软件”两个方面采取措施。主电路半导体器 件驱动电路中加强检测和保护电路的灵敏 度和响应速度，同时向CPU发出中断信号， CPU据此进行相应的处理。
• 3.1.3电压保护 • 1.过电压保护
当电源电压突然升高，或者电机降速时，反馈能量来不 及释放，主电路直流电压超过电压检测 值，形成再生过电压。另外，在SPWM调 制方式中，在每个脉冲的上升和下降过
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程中，会产生峰值很大的脉冲电压，这个脉冲电压叠加 到直流电压上，就形成具有破坏作用的脉冲高压。 变频器过电压保护功能可分如下几种情况： ①对于电源电压的上限，一般规定不得超过电网额定电 压的10%; ②对于降速时的过电压，可以采取加长减速时间，暂缓降 速的方法来防止变频器跳闸。 ③对脉冲高电压的保护，通常采用吸收的方法来解决。常 见的吸收装置有压敏电阻吸收电路和阻容电路等。 变频器产生欠电压的原因主要有以下
• 1、电机的发热
• 2.变频器的反时限保护功能
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保护功能，用户可以按说明书对此功能进
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行设定。在下述的两种情况下，必须在变频器和电机之间 安装热继电器进行过载保护。 ① 电机的容量过大，已经超出变频器的电子热继电器 的保护范围。 ② 当使用一台变频器驱动多台电机时，变频器不能对 每台电机提供保护。
接触不良干扰是由于连接工艺不合格不可靠组成的， 因此要提高连接工艺水平，可选取档次高
一些的连接器件、继电器，有条件的可选 取热焊紧固工艺等。
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（5）电源线传导干扰 连接在同一电源系统的电气设备产生的干扰，会在电 源线上传播，对此种干扰，可采取以下措施。 变频器的控制电源单独由其他系统供电。 控制电源的输入侧装设线路滤波器。 装设抗干扰绝缘变压器。此时绝缘变压器的屏蔽层 必须接地。
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图3-10 产生电磁感应干扰的三种因素
抗干扰的措施是：将干扰电缆和控制 电缆分离铺设，分离距离必须保证30㎝
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以上；或将控制电缆穿铁管铺设，做电磁屏蔽；将控制电 缆采用绞合芯线电缆。 （3）抑制电波干扰 如果是由于干扰源查收的电磁波干扰，可采取抗静电耦 合干扰和抗电磁感应干扰的对策来进行，如果是辐射电波 对变频器本身的影响，可采取将变频器放入铁箱内的方法 进行电磁波屏蔽。屏蔽箱要可靠接地。 （4）接触不良干扰
• 2.欠电压保护
几个方面：
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① 电源电压过低 ② 对于没有瞬停再启动功能的变频器，出现瞬间停电的 情况。 ③ 变频器的电子元器件损坏 新型变频器都有较完善的欠压保护功能，一般欠电压 不到15ms时，变频器仍然继续运行；若超过15ms，变频器 将停止工作。
• 3.1.4其他保护 • 1.反接保护
高次谐波对变频调速系统中的检测、
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• 4.负载电机
指示电气仪表的精度有较大的影响，增加了测量中的误差。 如果变频器输出电压中的谐波分量太高，会使电机产生 很强的噪声，铁芯发热，转矩脉动。 为减少高次谐波给供电系统和运行设备造成的不良影响， 通常是在高次谐波发生侧和受到高次谐波干扰的设备上同 时采取措施。
② 电磁感应干扰。由于周围电气回路产生的磁通变化 在控制电缆中感应出的电势。 ③电波干扰。控制电缆成为“天线”，外来电波在电缆 中产生电势 。 ④ 接触不良干扰。由于控制电缆的 电接点接触不良，在电缆中产生干扰。 ⑤ 电源线传导干扰。当各种电气设
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备由同一电源系统供电时，由其他设备在电源系统直接 产生的电势可形成对变频器的干扰 。 变频器控制回路中，开关信号利用光耦合器等隔离内外 电路的电气连接，但接收远距离信号时，需要有充分的抗 干扰措施。其次，有速度给定器时，铺设控制电缆时，也 必须采取充分的抗干扰措施 。铺设电缆应注意的是： ① 屏蔽电缆的连接
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• 2.输出电抗器
采用输出电抗器的主要目的和作用是补偿 线路分布电容的影响，并抑制变频器输出的 谐波分量，起到降低变频器噪声的作用。
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• 3.3变频器抗干扰措施
【知识目标】 了解其他电气设备对变频器的干扰。 了解变频器对其他电气设备的干扰。 了解一般抗干扰的措施。 生产现场中存在着各种电气设备，有些设备在运行时， 对变频器的运行也存在着干扰，同样变频器在运行时，对 某些电气设备也会产生干扰。
所谓反接，指误将变频器的输入端接 交流电机，而将变频器的输出端接工频 电源。这样只要一通电就会将续流二极
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管烧坏。对于采用数字化控制技术的变频器，系统上电后， CPU首先执行“反接保护”程序 ，进行相应的处理，用户 可以根据操作面板上提示符信息，及时发现错误，纠正错 误。
• 2.制动电阻过热保护
a. 将变频器装在铁制的配电柜中，配电柜的接地端子接 地。 b. 在变频器的电源侧和电机侧接入干扰滤波器，同时将 变频器的主回路电缆放入接地 的金属管子里。
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• 3.1.2过载保护
过载保护功能主要是保护电机的，通常在电机控制电 路中，采用具有反时限特性的热继电器来进行过载保护。 在用变频器给电机供电时，可以在系统软件中设置电子热 继电器来完成过载保护功能。 电机稳定运行时，电机温度高于环境温度，存在一个允 许的温升值。当电机过载时，所产生的热量不断增加，将 会突破允许的温升值造成设备的损害。 变频器的电子热继电器功能就是反时限
【知识目标】了解高次谐波时电源的污染及抑制它的必要性。
了解高次谐波的产生。
• 3.2.1高次谐波产生的机理
了解高次谐波的抑制方法。
变频器的输入部分为整流回路，具有非线性，它在将交流 电变换为直流电的过程中，必然会产生高次谐波，高次谐 波分量很容易通过容性电路回馈给电源，造成电源电压波 形的畸变。 变频器的逆变部分也会产生高次谐波， 对应于SPWM调制方式的变频器，其输出 SPWM波本身就是一系列脉宽不等的矩 形波，必然含有高次谐波分量，最直接
• 2.对通信设备的干扰
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电子设备的输入、输出电缆与变频器主控制电缆之间要 留有一定的距离，而且各自以最短的路径 铺设。还可以采用铁屏蔽。
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• 3.无线电干扰
变频器的电源线与电话机电缆要尽量分离，或者在变频 器的输入侧接入交流电抗器。 当变频器运行时，从变频器及其主回路电缆放射出高频 干扰。这种干扰对10MHz以下的频率带影响很大。对于 这些干扰，可采取以下措施：
• 3.逆变器功率模块的过热保护
制动电阻标称功率是按短时运行选定的，所以一旦通电 时间过长，就会过热，此时就会暂停使用，待电阻冷却后 再用。
逆变功率模块是变频器产生热量的主要 部件，也是变频器中最重要的电子元件， 所以各变频器都在其散热板上配置了过热
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保护器件。 实践证明，用（805）℃动作的温度继电器进行温度保 护是可靠的 。设计合理散热器与温度继电器相结合，可 以使逆变功率模块得到可靠的保护。
• 3.2.3减小和防止高次谐波的方法 • 1.输入电抗器
在通用变频器应用场合，为了抑制谐波 的影响，通常在变频器的进线端加装输入 电抗器。
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输入电抗器抑制谐波干扰的原理是：它增加了电源阻抗， 降低了由变频器产生的谐波分量，并能吸收浪涌电压和主 电源的电压尖峰。因此，输入电抗器既能阻止来自电网的 干扰，又能减少整流电路产生的谐波电流对电网的污染。 输入电抗器的电感量L可按下式计算：
• 3.3.2变频器产生的干扰及抑制
变频器本身的高次谐波干扰对周围设 备的影响有：对计算机和计量、测试装 置等电子设备产生感应干扰；对通信设
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• 备和其他无线电设备产生放射干扰。
• 1.对电子设备的干扰
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这种干扰的传播有两种途径：一是通过变频器的电源 线直接传播；二是借变频器主回路电缆与电子设备信号电 缆间的电磁感应耦合传播。防止这种干扰的措施主要是： 电子设备的电源系统采用与变频器主回路电力系统不同的 电源，或用恒压电源、隔离变压器、滤波器等防止从电源 线进来的干扰 。
• 4.风扇运转保护
• 5.负载侧接地保护
变频器箱体内的风扇是箱内电子器件散热的主要途径， 风扇运转保护，是整合变频器正常工作的必要条件。
• 5.2高次谐波及其抑制
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这种保护实质是防止负载侧出现接地的保护，如果出 现两相以上接地，会形成短路，如果单 相接地则会使三相电流不平衡。
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内容提要：
• • • •
1、了解变频器常见的各种保护功能 2、了解变频器所产生的高次谐波及其抑制 3、掌握变频器抗干扰措施
教学重点：
变频器常见的各种保护功能、变频器抗干扰措 施。
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• 3.1变频器常见的保护功能
• 3.1.1过电流保护
【知识目标】了解变频器过电流保护、过载保护、过电压 及其他保护。掌握根据变频器的保护动作， 判断故障原因的方法。
• 3.3.1变频器外部的干扰 • 1.干扰的种类
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变频器外部的干扰往往通过各种传输途径侵入变频器， 对调速系统的正常运转造成恶劣影响。 外来干扰是指外部控制信号发生装置
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同接收其信号的变频器控制回路间产生的干扰电势。变频 器控制回路通过控制电缆受到的外来干扰大致可以分成以 下几类。 ① 静电耦合干扰。控制电缆与周围电气回路的静电容 耦合在电缆中产生的电势。