摘 要：本文以臺(tái)達(dá)KG系列變頻器工程應(yīng)用實(shí)際問題為例，介紹變頻器的抗干擾技術(shù)；防止漏電斷路器誤跳脫技術(shù)；輸入輸出保護(hù)技術(shù)。技術(shù)原理和處理原則適用于一般變頻器的工程應(yīng)用。
1 引言
隨著變頻器的大規(guī)模工程應(yīng)用，有各個(gè)技術(shù)等級(jí)和其它相關(guān)技術(shù)層面的大量工程人員需要掌握變頻器應(yīng)用技術(shù)。例如普通電氣工人；例如初級(jí)電氣工程師；例如機(jī)械工程師。同時(shí)，變頻器也越來越多地應(yīng)用到各種復(fù)雜的工程環(huán)境中去，書本中各種常規(guī)的技術(shù)常常難以解決變頻器應(yīng)用中的特殊問題。本文基于臺(tái)達(dá)品牌KG系列變頻器，針對(duì)3個(gè)變頻器應(yīng)用問題給出原理性的分析設(shè)計(jì)技術(shù)。技術(shù)原理實(shí)際上也適用其它變頻器工程應(yīng)用條件。
2 變頻器抗干擾技術(shù)
變頻器的干擾問題，一直困擾很多客戶，在此將一些常見的干擾及排除方法，介紹給大家：
2.1常見干擾途徑
（1）空中輻射方式。以電磁波的方式在空中傳播。
（2）線路傳播方式。主要通過電源網(wǎng)絡(luò)傳播。
（3）線間感應(yīng)方式。電感產(chǎn)生的電磁感應(yīng)或電容產(chǎn)生的靜電感應(yīng)通過線間感應(yīng)的方式傳播。
2.2干擾源的排除
（1）高頻大功率的直流電焊機(jī)應(yīng)遠(yuǎn)離變頻器。電焊機(jī)自身的接地應(yīng)良好。
（2）電磁鐵的通斷觸點(diǎn)應(yīng)加裝RC突波吸收器。
（3）與變頻器裝在同一電柜中的接觸器，要剔除劣質(zhì)品。要選擇開關(guān)低噪聲，滅弧效果好的產(chǎn)品。必要時(shí)也要加裝RC突波吸收器。
（4）供電電源阻抗要低，以免附近有上百千瓦電器的啟停，造成變頻器輸入電壓產(chǎn)生過高的瞬間突變。
（5）供電電源的相電壓要平恒，以免導(dǎo)致220V單相輸入的變頻器在欠壓或過壓的狀態(tài)下工作。
（6）對(duì)用戶廠的自發(fā)電系統(tǒng)，要求輸出電源電壓不要忽高忽低。要避免突變，要穩(wěn)定。
2.3變頻器抗干擾的常用措施
（1）變頻器的E端要與控制柜及電機(jī)的外殼相連，要接保安地，接地電阻應(yīng)小于100Ω，可吸收突波干擾。
（2）變頻器的輸入或輸出端加裝電感式磁環(huán)濾波器。以臺(tái)達(dá)KG系列變頻器為例（還有許多變頻器品牌使用手冊(cè)有規(guī)格提供），平性并繞3-4圈，有助于抑制高次諧波（此方法簡(jiǎn)單易行，價(jià)格低廉）。若需進(jìn)一步加強(qiáng)抗干擾效果，可選臺(tái)達(dá)變頻器專用的符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的濾波裝置（臺(tái)達(dá)變頻器使用手冊(cè)有規(guī)格提供）。
（3）上述磁環(huán)濾波器還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況加繞在變頻器控制信號(hào)端或模擬信號(hào)給定端的進(jìn)線上。
（4）裝有變頻器的電控柜中，動(dòng)力線和信號(hào)線應(yīng)分開穿管走線，金屬軟管應(yīng)接地良好。
（5）模擬信號(hào)線要選用屏蔽線，單端在變頻器處接仿真地。
（6）還可通過調(diào)整變頻器的載頻來改善干擾。頻率越低，干擾越小，但電磁噪聲越大。
（7）RS485通訊口與上位機(jī)相連一定要采用光電隔離的傳輸方式，以提高通信系統(tǒng)的抗干擾性能。
（8）外配計(jì)算機(jī)或儀表的供電要和變頻器的動(dòng)力裝置供電分開，盡量避免共享一個(gè)內(nèi)部變壓器。
（9）在受干擾的儀表設(shè)備方面也要進(jìn)行獨(dú)立屏蔽，市場(chǎng)上的溫控器、PID調(diào)節(jié)器、PLC、傳感器或變送器等儀表，都要加裝金屬屏蔽外殼并與保安地相連。必要時(shí)，可在此類儀表的電源進(jìn)線端加裝上述的電感式磁環(huán)濾波器。
3 防止變頻器漏電斷路器誤誤動(dòng)作技術(shù)
我們?cè)谌粘Ｊ褂弥雄s到有在變頻器輸入電路中配置漏電保護(hù)器的，但是送電后漏電斷路器經(jīng)常會(huì)跳脫，原因又找不到，許多人都認(rèn)為是變頻器品質(zhì)出了問題，其實(shí)這里面是有原因的，就這個(gè)問題做一個(gè)分析。
3.1漏電斷路器額定電流設(shè)計(jì)
變頻器輸出是以PWM(脈寬調(diào)制，類似高速開關(guān))方式控制，因此會(huì)發(fā)生高頻率的漏電電流，若要在變頻器一次側(cè)加裝一般漏電斷路開關(guān)時(shí)，建議請(qǐng)以每臺(tái)變頻器選擇200mA以上的感度電流且動(dòng)作時(shí)間為0.1秒以上的漏電斷路關(guān)開使用，但不保證該漏電斷路關(guān)開一定不會(huì)跳脫，必須考慮下列各因素才能決定系統(tǒng)漏電電流之大小，并選定適當(dāng)?shù)穆╇姅嗦烽_關(guān)及必要措施來改善送電后漏電斷路器跳脫之現(xiàn)象。
一般漏電斷路開關(guān)之額定電流選擇計(jì)算公式如下（參見圖1）：
I△n ≧ 10*〔Ig1+Ign+3*(Ig2+Igm)〕
Ig1、Ig2：商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電纜線之漏電電流。
Ign：變頻器輸入側(cè)噪聲濾波器之漏電電流。
Igm：商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)馬達(dá)之漏電電流。
由上述公式之相關(guān)變動(dòng)參數(shù)得知，會(huì)影響漏電電流大小之因素有：
（1）電纜線的漏電電流(有二部分)
•漏電斷路開關(guān) 濾波器 的電纜線長(zhǎng)之漏電電流。
•變頻器 馬達(dá) 的電纜線長(zhǎng)之漏電電流。
（2）濾波器的漏電電流 (包含變頻器在內(nèi))。
（3）馬達(dá)的漏電電流。
3.2各部分漏電電流值(單位：mA)
（1）電纜線的漏電電流=A*(實(shí)際電纜線長(zhǎng)/1000m)；電纜廠商提供各線徑每1000m之漏電電流值A(chǔ)。
（2）濾波器的漏電電流 (包含變頻器在內(nèi))——變頻器供應(yīng)廠商提供。例如：臺(tái)達(dá)VFD055B43B用濾波器為26TDT1W4B4其漏電電流最大值為70mA。
（3）馬達(dá)的漏電電流——馬達(dá)供應(yīng)廠商提供。
3.2設(shè)計(jì)舉例
使用變頻器于圓盤針織機(jī)應(yīng)用，前端使用了漏電保護(hù)，但是經(jīng)常跳脫，分析如下：變頻器功率5.5KW，漏電斷路器漏電電流75mA。以過去經(jīng)驗(yàn)來評(píng)估時(shí)，在一切正常的情況下其中因電纜線長(zhǎng)及馬達(dá)本體的漏電電流影響不大，主要影響因素有濾波器的漏電電流 (含變頻器在內(nèi))及負(fù)載側(cè)是否依第3種接地(10Ω以下)施工，故建議如下：
（1）若電源側(cè)一定要裝漏電斷路開關(guān)，建議選擇200mA以上的感度電流且動(dòng)作時(shí)間為0.1秒以上之漏電斷路關(guān)開， 但不保證該漏電斷路關(guān)開一定不會(huì)跳脫， 必須符合在其它對(duì)象(電纜線長(zhǎng)及馬達(dá))是正常的漏電流范圍內(nèi)及負(fù)載側(cè)是依第3種接地(10Ω以下)施工下才有效。
（2）若電源側(cè)一定要裝現(xiàn)有漏電斷路器(75mA)，建議輸入電源不經(jīng)現(xiàn)有的濾波器而直接輸入到變頻器， 減少因?yàn)闉V波器的漏電電流(含變頻器在內(nèi))造成現(xiàn)有漏電斷路器(75mA)跳脫。
（3）將現(xiàn)有漏電斷路器(75mA)自電源系統(tǒng)脫離，將電源直接輸入濾波器再轉(zhuǎn)接到變頻器即可。
4 變頻器輸入輸出保護(hù)技術(shù)
變頻器具有強(qiáng)大的保護(hù)功能，泛指的是輸出保護(hù)。從設(shè)計(jì)的角度來說，變頻器輸入端的保護(hù)，到目前為止還是一個(gè)難題。主要是沒有一種既能快速切斷高壓大電流，又具有較低成本的器件。因此，如何防止高電壓大電流對(duì)變頻器輸入端的沖擊是應(yīng)用中的重要問題。
4.1變頻器的供電電壓條件
以臺(tái)達(dá)KG系列變頻器為例：
230V系列 單相電源200/208/220/230 50/60Hz
460V系列 三相電源380/400/415/440/460 50/60Hz
電壓：±10% 頻率：±5%
臺(tái)達(dá)KG系列變頻器220V系列和440V系列的輸入電壓若過低，變頻器會(huì)出現(xiàn)欠壓保護(hù)，不會(huì)損壞變頻器。臺(tái)達(dá)變頻器220V系列的輸入電壓若高于265V或者440V系列的輸入電壓高于500V，變頻器的直流母線電壓將超過極限，可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞變頻器。因此，在電源電壓不穩(wěn)或者在自發(fā)電供電源的場(chǎng)合使用變頻器，特別要注意變頻器的額定電壓是否滿足供電電源要求。
4.2輸入接觸器
臺(tái)達(dá)變頻器說明書上的輸入接觸器，是給變頻器提供輸入電源的開關(guān)。絕不能將其作為變頻器的啟動(dòng)或停止開關(guān)來使用。否則可能會(huì)造成變頻器的損壞。
4.3一臺(tái)變頻器輸出控制多臺(tái)電機(jī)
（1）多臺(tái)電機(jī)同步啟動(dòng)和停止，同頻升降速。此種應(yīng)用方式要注意功率匹配。不能簡(jiǎn)單地選用變頻器的功率等于多臺(tái)電機(jī)功率之和，應(yīng)該放大變頻器的功率檔使用。注意﹗變頻器輸出應(yīng)直接和電機(jī)相聯(lián)接，中間不能用繼電器。
（2）不允許多臺(tái)電機(jī)異步啟動(dòng)和異步停止。因?yàn)檫@種控制方式，變頻器輸出要接繼電器。所以原則上是不允許的！異步啟動(dòng)時(shí)，第一臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)是不會(huì)有問題的。但第二臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，變頻器輸出側(cè)電壓則很高，此時(shí)，第二臺(tái)電機(jī)相當(dāng)于全壓?jiǎn)?dòng)，它的啟動(dòng)電流約是自身額定電流的７－８倍，遠(yuǎn)超過變頻器的額定電流。
第一臺(tái)電機(jī)在異步停止時(shí)，變頻器輸出電壓一定很高，此時(shí)繼電器在開關(guān)電機(jī)時(shí)，電感性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生很高的瞬間反向電壓，遠(yuǎn)超過變頻器內(nèi)部器件的額定電壓，變頻器不是過壓報(bào)警就是過壓損壞。
多臺(tái)電機(jī)異步切換是必須在前一臺(tái)變頻器停止后，才可以切換到下一臺(tái)變頻器的啟動(dòng)。
4.4臺(tái)達(dá)變頻器的E接地線
（1）零線。零線是發(fā)電機(jī)輸出的中心線，不論在客戶端是否為零電位，都不能把零線作為地線接在變頻器的E端！
（2）變頻器的N接線端。變頻器的N的線端，是變頻器內(nèi)直流母線的負(fù)端，應(yīng)接至煞車模塊。既不能把它當(dāng)做接地線端，更不能錯(cuò)接至電源零線。
（3）保安地。臺(tái)達(dá)變頻器的E接地線應(yīng)接至保安地，也就是電機(jī)的外殼。避免高壓突波沖擊以及噪聲的干擾。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文根針對(duì)變頻器工程應(yīng)用中3個(gè)比較特殊的技術(shù)問題，以臺(tái)達(dá)KG系列變頻器為例，給出解決實(shí)際問題的原理設(shè)計(jì)方法。技術(shù)原理實(shí)際上適用于一般的變頻器工程應(yīng)用條件。 |
