论变频技术应用于发展.doc

郑州工业安全职业学院 毕业论文（设计） 题目： 论变频技术应用与发展 姓 名 系 别 信息工程系 专 业 电气自动化技术 班 级 08级（1）班 指导教师 年 月 日 前 言内容摘要3前 言4第一章、变频技术概述5第一节、变频技术的概念5第二节、我国变频器技术的发展概况6第二章、电力电子器件8第一节、电力电子器件更新8第二节、半控型电力电子器件9第三节、晶闸管的特性和参数9第四节、电力电子器件的发展9第三章、变频器在变频技术中的应用10第一节、变频器简介10第二节、变频器的分类10第三节、变频器的选择13第四节、变频器的优点15第五节、变频器的设计与应用16第四章、变频器的现状及变频技术的发展方向21第一节、变频器的现状22第二节、变频器的技术发展动向24第三节、变频器市场产品简介27第五章、国内变频技术的现状和发展前景29第一节、国内变频技术现状30第二节、国外变频技术状31第三节、变频技术的发展前景32参考文献33致谢33内容摘要 随着中国经济的迅速发展，中国的科学技术进步，现在我们更加提倡节能与环保，阐述了我国变频技术的现状与发展情况以及变频技术在国内各领域实际控制中的应用，并对国内外变频技术的状况做了对比分析，总结了取得的成绩和我国变频技术的发展走向等。 关键词：变频技术 自动控制 节能 电力电子技术 控制理论 Content abstract With China's rapid economic development, China's scientific and technological progress, we are now even more to promote energy saving and environmental protection, and describes the status of inverter technology and frequency conversion technology with the development of various areas in the country of actual control, and the frequency at home and abroad the status of technology to do a comparative analysis, summarized the achievements and development trend of China and other frequency conversion technology.Keywords: converter technique automata save energy Power and Electron Technology control theory 前 言 伴随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，变频技术已经广泛应用于各个领域，并正在日新月异的发展。已从最初的整流、交直流可控电源等发展到直流输电、不同频率电网系统的链接、静止无常功率补偿和谐波吸收、超导电抗器的电力储备、高频输电。在运输及产业行业正在以交流电动机调速逐步代替直流电动机调速、并应用到超导悬浮列车、高速铁路、电动汽车、产业用机器人；在家用电器方面有变频空调、变频洗衣机、变频电动自行车等；军事方面则有通信、导航、雷达、宇宙设备的小型轻量化电源等。 近年来，交流变频调速技术在我国有了突飞猛进的发展，变频调速在调速范围、调速精度、动态响应、低速转矩、通讯功能、智能控制、节约电能、提高功率因数、提高工作效率、使用方便等方面优异的性能，是其他的交流调速方式无法比拟的。变频器以体积小、重量轻、通用性强、适用范围广、保护功能完善、可靠性高、操作简便等优点，深受钢铁、冶金、矿山、石化、医药、食品、纺织、印染、机械、电力、建材、造纸等行业的欢迎，使用变频器后经济效益和社会效益非常显著第一章、 变频技术概述 第一节、 变频技术的概念 变频技术，简单地说就是把直流电逆变成不同频率的交流电，或是把交流电变成直流电在逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电再把交流电变成直流电。在这些变化中，一般只是频率发生变化。 变频技术是能够将电信号的频率，按照对其具体电路的要求而进行变换的应用型技术。其中主要类型有以下几种：（1）交直变频技术（整流技术）。它通过二极管整流、二极管续流或晶闸管、功率晶闸管可控整流而实现交直流转换。 （2）直直流变频技术（斩波技术）。它通过改变功率半导体器件的通断时间，既改变脉冲的频率（定宽频率），或改变脉冲的宽度（定频调宽），从而达到调节直流平均电压的目的。 （3）直交变频技术，电子学中称震荡技术，电力电子学中称逆变技术。振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电（甚至电磁波）。逆变器则利用功率开关将直流电变成不同频率的交流电。（4）交交变频技术（既移向技术）。它通过控制功率半导体器件的导通与关断时间，实现交流无触点开关、调压、调光、调速等目的。 表1-1为变频技术的类型表。 输入输出 交 流 直 流 直流 整流 斩波 交流 移相 震荡/逆变 表1-1 变频技术的类型表 第二节、我国变频器技术的发展概况随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存在，使直流电机的维护工作量加大，单机容量，最高转速，以及使用环境都受到限制。人们转向结构简单，运行可靠，便于维护，价格低廉的异步电动机，但异步电动机的调速性能难以满足生产要求。于是，从20世纪30年代开始，人们致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长时期内，直流调速一直以优异的性能统治电气传动领域。上世纪60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术、控制技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。目前，交流调速已进入逐步替代直流调速的时代。这10多年来，我国的变频器产业从无到有不断壮大，发展不可谓不迅速。据统计，全国现有大大小小的变频器生产厂100多家，年销售额已达数十亿元，但这只占全国变频器市场容量的一小部分，70%80%的国内市场被各种国外变频器所占领。回顾我国变频器的发展历程，结合我国国情开发出适销对路的产品，逐步扩大市场份额，是国人的期盼。我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力落后于发达国家。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对国外公司敞开，很多先进的产品从发达国家进口。上世纪80年代末，大连电机厂从日本东芝公司引进了一条变频器生产线，变频器的型号为G130，功率器件用的是大功率晶体管GTR，CPU是MCS一51芯片，调制方式SP姗，控制方式V/f。这可能是我国最早有规模地组装国外较先进的变频器，虽然这种变频器在当时不是最好的变频器，但比用可控硅作为功率器件的变频器要先进得多。在工业上应用中，若负载转矩变化过快，由于GTR工作频率低及v/f控制方式建模使用的稳态模型，变频器的动态性能较差，常出现功率器件GTR损坏，可靠性较差。另外，v/f控制变频器低频时转矩降低，重载起动困难。同时在我国销售的富士变频器是GS/PS，三垦变频器是SVF，在性能和可靠性上与G130变频器不相上下。今日自动化技术应用在中国64谈我国变频技术的发展杜俊明90年代初，台湾普传进入内地，带来的产品是PI89变频器，它是日本春日Kv一8的翻版，电源还不是开关电源，功率器件用的是大功率晶体管GTR，CPU是8085芯片，调制方式是SP姗，控制策略是v/f。台湾普传在内地的营销策略和其他的厂商不同，它是采用组建合资公司的形式。在不长的时间内，在广阔的国土上，从南到北，从东到西，组建了庆普、汉普、西普、上普、南普、纺普、普达、普天等合资公司，研发中心设在深我国的电气传动产业始建于1954年，当时第一批该专业范围内的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来的天津电气传动设计研究所的前身。由于众所周知的原因，在上世纪80年代末和90年代初，接触过变频器和熟悉变频技术的技术人员非常少。在普传的合资公司中，很多的技术人员都是第一次见到变频器，然后在组装变频器的过程中学习变频技术，并逐步掌握开发和应用的技术，给今后类似的工作打下一定基础。1993年普传和清华大学电机系合作开发电压空间矢量控制变频器，在深圳有几名清华大学的研究生在做开发，其产品就是现在仍在销售的PI97及其改进型。后来的安邦信，变频器都不难看出有PI97的痕迹。有一段时间，台湾普传和台湾利佳合资，利佳4001变频器就是明电865的翻版，利佳5001变频器仿造三垦MF。利佳4001变频器也是V/f，SPWM，GTR，CPU用16位单片机，电源己经是开关电源了，整机性能比PI89、G130要好，但仍不理想。从普传进入内地到现在己经过去10多年了，这10多年中，有过很多变频器厂商，前后算来接近200家。近几年，变频器的厂商发生了相当大的变化，进来得快，出去得也快，到现在仍有100来家。另外，在国内还有不少国外和台湾厂商的独资公司、合资公司，如北京ABB、天津sIE讹NS、富士、台安、台达等在国内都有独资公司或合资公司。在组装变频器的过程中，我方技术人员有机会接触变频器先进技术和管理方法，这些人员成了国内变频技术一支重要力量。市场竞争成就了国内几家大公司的崛起，如华为、森兰、惠丰等。作为国内最大的变频器制造商，森兰从做V/f控制的变频器开始，逐步完善和提高变频技术，通过多年的技术实践，积累和对国外先进技术的消化吸收，己经能够开发出具有先进水平转子磁链定向、磁通观测采用自校正算法的矢量控制变频器，实现磁场和力矩的完全解祸，做到IHz时200%额定转矩，即使在零频也有100%转矩，如森兰SB70系列变频器。由此可见，尽管国内与国外变频技术上相比还有差距，但己经大大地缩小了。深圳后来又在大连建了一个合资厂，这是当时国内最大和最完善的变频器营销网络。各合资公司组装变频器采用的机箱、主控制板、驱动板等都是在台湾做好后运来的。由于充分地整合国内的资源，那几年销售的业绩非常好，PI89变频器成了当时国内变频器市场上的主要产品。由于产品性能和质量方面的原因，以及后来性能和质量更好的变频器进入我国，P工89变频器的市场在不长的时间内很快萎缩，直至被淘汰出局。同时进入内地的还有台湾的阳冈公司，与贵州无线电专用设备厂合资成东冈公司，产品也是类似P工89的变频器，性能和质量都不尽人意，也很快在市场上消失了。 第二章、电力电子器件 电力电子器件是电力电子技术的物质基础和技术关键，也是变频技术发展的“龙头”。可以说，电力电子技术起步于晶闸管，普及与功率晶闸管GTR，提高与绝缘栅双极型晶闸管IGBT。新型电力电子器件的涌现与发展，促进了电力电子电路的结构、控制方式、装置性能的提高。第一节、电力电子器件更新逆变器从采用晶闸管半控器件到采用GTR全控器件.其输出波形从交流方波发展为脉宽调制(PWM)波形，大大减小了谐波分量，拓宽了异步电动机变频调速范围，并减小了转矩的脉动幅度。然而，GTR工作频率一般在ZkHz以下，载波频率和最小脉宽都受到限制，难以得到较为理想的正弦波脉宽调制波形，使异步电动机在变频调速时产生噪声。IGBT的工作频率可在10一20kHz之间，与GTR相比，不仅工作频率高出一个数量级，而且在电压和电流指标均已超出GTR。由于逆变器载波频率的提高，以及可以构成特定的PWM波形，异步电动机变频调速控制器的谐波噪声大为降低。智能功率模块(IPM)是以IGBT为开关器件，同时含有驱动电路和保护电路的一种功率集成器件(PIC)。IPM的保护功能有过电流、短路、欠电压、过电压和过热等，还可以实现再生制动。由IPM组成的逆变器只需对桥臂上各个IGBT提供隔离的PWM信号即可。简单的外部电路和控制电路的集成化，使变频器体积大为减小。还有，由于功率开关器件的故障检测和保护电路接近故障点，故可以抑制故障扩大，保证装置可靠运行。 第二节、半控型电力电子器件 半控型电力电子器件主要是指晶体闸流管（简称晶闸管）。“半控”的含义是指晶闸管可以被控制导通，而不能用门极控制关断。由于晶闸管耐压高、电流大、抗冲击性能强，所以即使全控型电力电子器件在飞速地发展，它仍具有很强的生命力。 第三节、晶闸管的特性和参数晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。普通晶闸管的主要参数有： 正向重复峰值电压，反向重复峰值电压，通态平均电流，维持电流和挚住电流。 第四节、电力电子器件的发展电力电子器件的发展大致经历了三个阶： 第一个阶段是从1956 年晶闸管的问世至 70 年代初，称之为晶闸管时代 。 这个时期由于晶闸管是半控型器件，其控制技术是相控技术。关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大、效率和可靠性降低，且晶闸管工作频率较低（一般低于 400Hz），这些固有限制大大限制了它的应用。第二个阶段是从 20 世纪 70 年代初到 2007 年，称为全控型器件大发展阶段。 70 年代后期以来， 这些全控型器件主要有可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR 或 BJT)及其模块相继实用化。 此后各种高频全控型器件不断问世，并得到迅速发展。 这些器件主要有电力场控晶体管(即功率 MOSFET)、绝缘栅极双极晶体管(IGT 或 IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等。 最近涌现出来的新型全控器件有 MOS 控制晶闸管（MCT）、集成门集换流晶闸管（IGCT）和电子注入增强栅晶体管（IECT）等。第三个阶段是从 20 世纪 80 年代末到至今，称为功率集成电路（PIC）的兴起。 如：智能化模块 IPM、专用功率器件模块 ASPM 等。 模块化功率器件将是 21 世纪的主宰器件。 第三章、变频器在变频技术中的应用变频器是应用变频技术制造的一种静止的变频变换器，它是利用半导体器件的通断作用将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电的电能控制装置。作为电动机的电源装置，使用也比较为普遍。变频器按应用类型可分为两大类：一是是用于转动变速；另一类是用于多种静止电源。使用变频器可以节能、提高产品质量和劳动生产率。第一节、变频器简介变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。变频调速器（frequency changer / frequency converter）是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。过去，变频调速器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频调速器。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。第二节、变频器的分类 单元性串联变频器这是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计，由于采用功率单元相互串联的办法解决了高压的难题而得名，可直接驱动交流电动机，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器。 整套变频器共有18个功率单元，每相由6台功率单元相串联，并组成Y形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。 变频器的输入部分是一台移相变压器，原边Y形连接，副边采用沿边三角形连接，共18副三相绕组，分别为每台功率单元供电。它们被平均分成、三大部分，每部分具有6副三相小绕组，之间均匀相位偏移10度。该变频器的特点如下：（1） 采用多重化PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波。（2） 整流电路的多重化，脉冲数多达36，功率因数高，输入谐波小（3） 模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性。（4） 直接高压输出，无需输出变压器。（5） 极低的dv/dt输出，无需任何形式的滤波器。（6） 采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。（7） 功率单元自动旁通电路，能够实现故障不停机功能。随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机 变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性 能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大， 对电网和电机都有影响。近年来，发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实 现PWM逆变，甚至是PWM整流。不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。1：按变换的环节分（1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。（2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器；2：按直流电源性质分类（1）电压型变频器，特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。（2）电流型变频器，特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。3：按主电路工作方法电压型变频器、电流型变频器4：按照工作原理分类可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制变频器和直接转矩控制变频器5：按照开关方式分类可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；6：按照用途分类可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。7：按变频器调压方法（1）PAM变频器是一种通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。（2）PWM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个 脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。8：按工作原理分U/f控制变频器（VVVF控制）、SF控制变频器（转差频率控制）、VC控制变频器（Vectory Control 矢量控制)9：按国际区域分类（1）国产变频器（2）西欧变频器（3）美国变频器（4）日本变频器（5）韩国变频器（6）台湾变频器（7）其它变频器10：按电压等级分类高压变频器、中压变频器、低压变频器第三节、变频器的选择目前，国内外已有众多生产厂家定型生产多个系列的变频器，使用时应根据实际需求选择满足使用要求的变频器。3.3.1、变频器中偏僻调速的目的变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的：一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。3.3.2、正确选择变频器的意义正确选择通用型变频器对于传动控制系统能够的正常运行是非常关键的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、起动转矩等要求，充分了解变频器所驱动的负载特性，决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最合适。所选用的通用变频器应是既要满足生产工艺的要求，又要在技术经济指标上合理。若对通用变频器选型、系统设计及使用不当，往往会使同用变频器不能正常运行、达不到预期目标，甚至引发设备故障，造成不必要的损失。另外，为了确保通用变频器长期可靠的运行，变频器地线的连接也是非常重要的。3.3.3、如何选择变频器1.变频器选型时要确定以下几点：（1）采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。（2）变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。 （3）变频器与负载的匹配问题I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。 III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。（4）在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。（5）变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。 （6）对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。 2.变频器的使用满足要求（1）对于风机和泵类负载，由于低速时转矩较小，对过载能力和转速精度要求极低，被援用廉价的变频器。（2）对于希望具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能方面要求不高的负载，可选择用无矢量控制型变频器。（3）对于低速时要求有较硬的机械特性，并要求有一定的调速精度，但在动态性能方面无较高要求的负载，可以选用不带速度反馈的矢量控制型变频器。（4）对于某些对调速精度和动态性能方面都有较高要求，以及要求高精度同步运行的负载，可以选用带速度反馈的矢量控制变频器。 调速电动机传动的生产机械的控制对象中，有速度、位置、张力、流量、温度、压力等。对于每一个控制对象，其产生的机械特性和性能要求是不同的，选择变频器室要考虑这些特点。第四节、变频器的优点3.4.1变频器的节能效果 变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所队当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40%一50%，从而达到节电的目的。 以上海正艺信息科技有限公司生产的变频器应用到风机水泵型负载的节能的例子来说：一台离心泵电机功率为55千瓦，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电48.8%，当转速下降到原转速的l/2时，其耗电量为6.875千瓦，省电87.5%。3.4.2功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。3.4.3软启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。 第五节、变频器的设计与应用3.5.1变频器控制原理图设计（1）首先确认变频器的安装环境I.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055，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。在控制箱中，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。 II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时，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，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。 III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。IV. 振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。 V. 电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。 3.5.2变频器和电机的距离确定电缆和布线方法I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。III.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。3.5.3变频器控制原理图；I.主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。II. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。变频器控制原理图3-1所示 变频器控制原理图3.5.4变频器的接地变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。 3.5.5变频器控制柜设计：变频器应该安装在控制柜内部，控制柜在设计时要注意以下问题 （1）散热问题：变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热我们通常采用风扇散热；变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行；大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇，控制柜的风道要设计合理，所有进风口要设置防尘网，排风通畅，避免在柜中形成涡流，在固定的位置形成灰尘堆积；根据变频器说明书的通风量来选择匹配的风扇，风扇安装要注意防震问题。（2）电磁干扰问题：I.变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。 II.当系统中有高频冲击负载如电焊机、电镀电源时，变频器本身会因为干扰而出现保护，则考虑整个系统的电源质量问题。防护问题需要注意以下几点I.防水防结露：如果变频器放在现场，需要注意变频器柜上方不的有管道法兰或其他漏点，在变频器附近不能有喷溅水流，总之现场柜体防护等级要在IP43以上。II. 防尘：所有进风口要设置防尘网阻隔絮状杂物进入，防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理，维护。防尘网的网格根据现场的具体情况确定，防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。III.防腐蚀性气体：在化工行业这种情况比较多见，此时可以将变频柜放在控制室中。3.5.6变频器接线规范：信号线与动力线必须分开走线：使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部：连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰；同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。（1）模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。 （2）为了提高接线的简易性和可靠性，推荐信号线上使用压线棒端子。3.5.7变频器的运行和相关参数的设置变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。最低运行频率：即电机运行的最小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。 最高运行频率：一般的变频器最大频率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的超额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。3.5.9常见故障分析及变频器的外部配置及应注意的问题一，常见故障分析：（1）过流故障：过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器（2）过载故障：过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。（3）欠压：说明变频器电源输入部分有问题，需检查后才可以运行。二，变频器的外部配置及应注意的问题：（1）选择合适的外部熔断器，以避免因内部短路对整流器件的损坏变频器的型号确定后，若变频器内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器，变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关，不能用空气断路器代替熔断器和隔离开关。 （2）选择变频器的引入和引出电缆根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆。尤其是从变频器到电机之间的动力电缆一定要选用屏蔽结构的电缆，且要尽可能短，这样可降低电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度超过变频器所允许的输出电缆长度时，电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作，为此要配置输出电抗器。对于控