变频器技术应用（电工版）电子教案-第6章 变频器的安装与使用

第6章变频器的安装与使用本章教学提要教学要求：

1、熟悉变频器安装要求及安装规范

2、掌握变频器接线3、熟悉变频器的测量仪器及测量方法

4、掌握变频器的调试方法和维护规范

5、熟悉变频器的通信组网教学重点：

掌握变频器接线、变频器的调试方法和维护规范。教学难点：

变频器的测量方法和调试方法。第6章变频器的安装与使用本章教学内容

本章教学内容丰富，共计5节。首先叙述变频器安装的基本要求，然后介绍变频器的接线方式，分别讲述了主电路接线方式和控制电路的接线方式；介绍了测量变频器参数的各种仪表及测量方法；重点介绍了变频器的调试方法和维修知识，通过案例介绍使学生增长应用变频器的能力；最后介绍变频器的通信组网知识，即应用PLC、变频器及相关元器件组成控制网络，使自动化系统信息化、智能化和网络化。本章教学建议本章内容丰富，难度大，实践性强，在讲授“变频器安装”这一节时，要结合实例，第6章变频器的安装与使用

可组织参观。在讲解变频器的接线、测量、调试等各节时，可结合实验、实训、实习等实践环节进行，加强对学生动手能力的培养，变频器的通信组网是当前自动化系统主要形式，是高水平的应用。变频器的安装

【知识目标】变频器安装场所的条件。变频器安装空间的要求。安装柜的设计要求。变频器与电机距离的要求

安装使用环境要求

变频器是属精密仪器，必须确保设置环境能充分满足IEC标准，和国标对变频器所规定的容许值。变频器最好安装在室内，避免阳光直接照射。在野外运行的变频器还要加设避雷器，第6章变频器的安装与使用要安装在牢固的墙壁上。1.安装设置场所的要求条件①结构房应湿气少，无水浸。②无爆炸性、燃烧性或腐蚀性气体和液体，粉尘少。③变频器装置容易搬入安装。④应有足够的空间，便于维修检查。⑤应备有通风口或换气装置。⑥应与易受变频器产生的高次谐波和无线电干扰的装置分离。2.周围温度

变频器运行中周围温度的容许值多为0～40℃或10～50℃，避免阳光直射。

第6章变频器的安装与使用3.周围湿度

要注意防止水或水蒸气直接进入变频器内，以免引起漏电，甚至打火、击穿。周围湿度的推荐值为40%～80%。变频柜安装平面应高出水平地面800mm以上。

4.周围气体

变频器在室内安装时，其周围不可有腐蚀性、易燃、易爆的气体，另外，还要选择粉尘和油雾少的设置场所，保证变频器安全运行。5.海拔高度

变频器的安装场所一般在海拔1000m以下，超高则气压降低，容易产生绝缘破坏。

第6章变频器的安装与使用6.振动

变频器的耐振性因机种的不同而不同，设置场所的振动加速度多被限制在～以下。对不可避免振动的场合，可以采取一些防振措施，例如，加装隔振器或采用防振橡胶等。安装空间

在安装空间上，要保证变频器与周围墙壁留有15cm的距离，有通畅的气流通道。第6章变频器的安装与使用介绍几种安全安装方式。

图6-1变频器的安装示意图第6章变频器的安装与使用

很多生产现场将变频器安装于电气安装柜内，这时应注意散热问题。关于散热有以下两种情况。①电气柜如果不采用强制换气，而采取自然散热，则有效表面积A由下式计算。

②设置换气扇，采用强制换气时，散热效果更好。换气流量P可用下式计算。第6章变频器的安装与使用

●

使用强制换气时，应注意以下问题：

●从外部吸入空气的同时也会吸入尘埃，所以在吸入口应该安置空气过滤器。

●当有空气过滤时，如果吸入口的面积太小，将会降低风扇的换气能力，因此按20%余量选择电机。

●热空气从下往上流动，选择下部供气，上部排气的安装柜。

●当需要在邻近并排安装两台或多台变频器时，台与台之间必须留有足够的距离。安装柜的设计及选择

变频器安装柜的设计是正确使用变频器的重要环节，要计算柜内所有电气装置的第6章变频器的安装与使用运行功率和散热功率、最大承受温度等等，综合考虑后计算出安装柜的体积。变频器的防尘变频器在工作时产生的热量，靠自身的风扇强制制冷。空气通过散热通道时，空气中的尘埃容易附着或堆积在变频器内的电子元件上，从而影响散热。也容易造成变频器故障，下面介绍常用的几种防尘措施。1.设计专门的变频器室

当使用的变频器功率较大或数量较多时，可以设计专门的变频器室。

2.将变频器安装在设有风机和过滤装置的柜子里

第6章变频器的安装与使用当用户条件有限不能设立专门的变频器室时，可以考虑制作变频器防尘柜。设计的风机和过滤网要保证柜内有足够的空气流量。3.选用防尘能力较强的变频器在选择变频器时，除了价格和性能外，变频器对环境的适应性也是值得注意的一个因素。4.减少变频器的空载运行时间

变频器在运行过程中，无论电机是什么状态，而变频器的风扇始终运行，同时会吸附一些粉尘。应尽量减少变频器的空载时间，从而减小粉尘对变频器的影响。5.建立定期除尘制度

用户应根据粉尘对变频器的影响情况，确定定期除尘的时间间隔。第6章变频器的安装与使用变频器与电机的距离

在使用现场，变频器与电机安装的距离可以分为三种情况：远距离、中距离和近距离。100m以上为远距离，20～100m为中距离，20m以内为近距离。谐波的影响，浪涌电压的影响总是和变频器与电机距离有关。在许可的条件下，尽量缩短变频器与电机间的距离。变频器的接线

【知识目标】熟练掌握变频器主电路的接线方式和接线工艺。熟练掌握变频器控制电路的接线方式和接线工艺。第6章变频器的安装与使用主电路接线1.一般型号的变频器主电路接线注意事项①在电源和变频器的输入侧应安装一个带有接地漏电保护的断路器，它对变频电流比较敏感；另外，还要加装一个空气开关和交流电磁接触器。②应在变频器和电机之间加装热继电器，特别在用变频器拖动大功率电机时，尤为需要。③当变频器与电机之间的连接线太长时，由于高次谐波的作用，会使热继电器误动作。因此，需要在变频器和电机之间安装交流电抗器或用电流传感器配合继电器作热保护来代替热继电器。第6章变频器的安装与使用④变频器系统接地的主要目的是防止漏电及干扰的侵入或对外辐射。回路必须按电气设备技术标准和规定接地，采用实用牢固的接地桩。⑤为了增强传动系统的可靠性，保护措施的设计原则一般是多重冗余，单一的保护设计虽然可以节省资金，但会降低系统的整体安全系数。2.主电路各端子的具体连接注意事项

（1）主电路电源输入端主电路电源端子通过线路保护用断路器和交流电磁接触器连接到三相电源上，无须考虑连接相序。不能采用主电路电源的开/关方法来控制变频器的运行与停止，而应使用第6章变频器的安装与使用变频器本身的控制键来控制。（2）变频器的输出端子变频器的输出端子应按正确相序连接到三相异步电机。如果电机的旋转方向不对，则交换U、V、W中任意两相接线。变频器的输出侧不能连接电容器和电流浪涌吸收器。驱动较大功率电机时，在变频器输出端与电机之间要接热继电器。（3）直流电抗器连接端子这是功率因数改善用直流电抗器（选件）的连接端子，出厂时，端子上连接有短路导体。使用直流电抗器时，先取去此短路导体。第6章变频器的安装与使用（4）外部制动电阻连接端子需要连接外接制动电阻的时候，连接时，先从连接端子上卸下内装制动电阻的连接线，并对其线端包好绝缘，然后将外部制动电阻连接到变频器相关的端子上。注意配线长度应小于5m，用双绞线或双线密绕并行配线。（5）变频器接地端子为了安全和减少噪声，变频器的接地端子G（或PE）必须可靠接地。6.2.2控制电路的接线

控制信号分为连接的模拟量、频率脉冲信号和开关信号三大类。对应的模拟量控制主要包括：输入侧的给定信号线和反馈第6章变频器的安装与使用信号线，输出侧的频率信号线和电流信号线。开关信号控制线有启动、点动、多挡转速控制等可控制线。与主回路接线不同，控制线的选择和铺设要增加抗干扰措施。1.电线的种类通常控制信号的传送采用聚氯乙烯电线、聚氯乙烯护套屏蔽电缆。2.电缆的粗细控制电缆导体的粗细必须考虑机械强度、电压降及铺设费用等。推荐使用导体截面积为2或2mm2的电缆。3.电缆的分离变频器的控制电缆与主回路电缆或其他电力电缆分开铺设，且尽量远离主电路

第6章变频器的安装与使用100mm以上；尽量不和主电路电缆交叉，必须交叉时，应采取垂直交叉的方式。

4.电缆的屏蔽当电缆不能分离或者即使分离也不会有抗干扰效果时，必须进行有效的屏蔽。5.绞合电缆信号电压、电流回路（4～20mA，0～5V/1～5V）应使用电缆。长距离的控制回路电缆应采用绞合线

6.铺设路线由于电磁感应干扰的大小与电缆的长度成比例，所以应尽可能地以最短的路线铺设。大容量变压器和电机的漏磁通会对控制电

第6章变频器的安装与使用缆直接感应，产生干扰，电缆线路要尽量远离这些设备。同时，信号电压、电流回路使用的电缆，不要接近装有很多断路器和继电器的控制柜。7.控制电线的接地

①信号电压、电流回路（4～20mA，0～5V/1～5V）的电线取一点接地，接地线不作为传送信号的电路使用。②使用屏蔽电线时要使用绝缘电线，以免屏蔽金属与被接地的通道金属管接触。③电线的接地在变频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其他的接地端共用。④屏蔽电线的屏蔽层应与电线导体同样长。电线在端子箱里进行中继时，应装设屏蔽第6章变频器的安装与使用端子进行互相连接。8.大电感线圈的浪涌电压吸收电路

接触器、电磁继电器此类电感器件，在接通和断开的瞬间，均会产生很高的感应电动势，因而在电路内会形成峰值很高的浪涌电压，导致系统内部保护电路误动作。所以，在电感线圈的两端，必须接入浪涌电压吸收电路，交流电路采用阻容吸收，直流电路可反向并接二极管，如图6-12所示。第6章变频器的安装与使用图6-12浪涌电压吸收电路变频器的测量

【知识目标】了解各种测量仪表的工作原理及所测的物理量。掌握输入侧各电气参量的测量。掌握输出侧各电气参量的测量。对变频器进行测量的电路如图6-13所示。第6章变频器的安装与使用由于通用变频器的波形都是斩波波形，PWM波形是最常见的波形，这使变频器的输入和输出含有高次谐波，所以在选择测量仪表的测试方式时应该区分不同的情况。目前常见的测量仪表1.动铁式仪表动铁式仪表测量的是有效值，仪表精度一般是级。2.整流式仪表交流电流经整流然后作用于动圈式直流表，按交流电流的有效值确定刻度。典型的仪表精度是级。3.热电式仪表温升与测量电流产生的热量成正比，该温升被热电偶转换为直流电动力，其电流有效第6章变频器的安装与使用值由直流毫伏表指示。4.电动式仪表电流指示值具有均匀的刻度，其指针偏转角度表示两个线圈间的力，也就是它的驱动转矩。典型的仪表精度为级。5.谐波分析仪输入信号由高速A/D采样，存储于缓冲存储器内，结果显示在屏幕上。可测量电压、电流、功率等基波值和谐波值，并显示其曲线。变频器的测量与仪表的选择对变频器进行测量的电路如图6-13所示。

图6-13变频器的测量电路第6章变频器的安装与使用第6章变频器的安装与使用1.变频器的输出电流变频器的输出电流与电机铜损引起的温升有关，可以使用热电式电流表，而使用动铁式仪表是最佳选择。2.变频器的输出电压电机的输出转矩依赖于电压基波有效值。由于PWM变频器的电压平均值正比于输出电压基波有效值，使用整流式电压表比较适合。3.变频器的输入/输出功率

当三相不对称时，用两个功率表测量将会带来误差。可用三个功率表分别测量各相的功率。6.3.2输入侧的测量第6章变频器的安装与使用1.输入电流的测量使用动铁式电流表测量输入电流的有效值。当输入电流不平衡时，测量三相电流，取其平均值，用下式计算：2.输入功率的测量使用电动式功率表测量输入功率，通常可以采用两个功率表测量。如果额定电流不平衡率超过5%，应使用三个功率表测量。3.输入功率因数的测量由于输入电流包括高次谐波，测量输入

第6章变频器的安装与使用电流时会产生较大误差，因此用下列表达式获得输入功率因数：

输入功率因数4.电源阻抗的影响在测量时需要注意电源阻抗值的大小，它影响输入功率因数和输出电压。

输出侧的测量1.输出电压的测量变频器的输出为PWM波形，含有高次谐波，而电机转矩主要依赖于基波电压有效值。输入功率×输入电压×输入电流（三相平均值）第6章变频器的安装与使用整流式电压表是最合适的选择。2.输出电流的测量输出电流需要测量包括基波和其他高次谐波在内的总有效值。常用的仪表是动圈式电流表。3.输出功率与功率因数功率测量可以采用两个功率表进行，但是当电流不平衡率超过5%时，应使用三个功率表进行测量。由于变频器的输出电压随着频率而变化。因此输出功率因数也是随频率而变化，所以在实际中往往不测量变频器的输出功率因数。4.变频器的效率变频器的效率需要经过输入、输出实验，第6章变频器的安装与使用

测出有功功率，然后按下式解出：6.4变频器的调试与维修

【知识目标】掌握变频器通电前检查步骤。掌握变频器调试程序及步骤。掌握变频器维护和检查的内容和事项。学习和掌握变频器故障排除的方法及技巧。第6章变频器的安装与使用变频器从生产工厂经运输、销售最后到达用户手中，要经过多个环节，在此过程中很难避免不出任何问题。因此，用户在收到变频器时，必须进行必要的验收和测试。通电前检查首先做外观检查，对照说明书检查，还要做下述检查:①输出端子（U、V、W）是否误接了电源线。②制动单元用端子是否误接了制动单元放电电阻以外的导线。③屏蔽线的屏蔽部分是否正确连接。通电与预置一台新的变频器在通电时，输出端可先不接电机，而对它进行各种功能参数的设置。第6章变频器的安装与使用①熟悉操作面板，了解面板上各按键的功能，进行试操作。②按说明书要求进行“启动”和“停止”等基本操作。③进行功能预置，观察是否正常。④将外接输入控制线接好，逐项检查外接控制功能。⑤检查三相输出电压是否平衡。带电机空载试验1．试验的主要内容在变频器的输出端子接上电机，但电机与负载脱开，试验的主要内容为：①根据系统的工作状况要求来选择设定功率和过载保护值。第6章变频器的安装与使用

②设定变频器的最大输出频率、基频，设置转矩特征。③设置变频器的操作模式。④掌握变频器运行发生故障时的代码。2.变频器的空载试验步骤①合上电源后，先将频率设置为0，然后缓慢增大工作频率，观察电机起转情况。②将频率上升至额定频率，让电机运行一段时间。如果一切正常，则可选其他工作频率，让电机依次运行。

③将给定频率信号突降至零，观察电机的制动情况。带负载调试

将电动机输出轴与机械的传动装置连接第6章变频器的安装与使用

起来，进行试验。1.1．启动/停止试验

手动操作变频器面板的各种功能键，观察运行情况。2.负载试验负载试验的主要内容有：①如fmaxfN，则应进行最高频率时的带负载能力试验，即在正常负载下，看最高频率能否驱动。②在负载的最低工作频率下，应考虑电机的发热情况。使拖动系统工作在负载所要求的最低转速下，在该转速下施加最大负载，按负载所要求的连续运行时间进行低速连续运行，观察电机的发热情况。第6章变频器的安装与使用③过载试验可按负载可能出现的过载情况及持续时间进行，观察拖动系统能否继续工作。6.4.5维护与检查

为使变频器可靠运行，日常维护与检查是不可缺少的。1.日常检查日常检查时，不取下变频器外盖，目测检查变频器的运行，检查以下几个内容：

①运行性能是否符合标准规范。②周围环境是否符合标准规范。③键盘面板显示是否正常。④有没有异常的噪声、振动和异味。⑤有没有过热或变色等异常情况。第6章变频器的安装与使用2.定期检查变频器需作检查时，须在停止运行，切断电源，打开机壳后进行。还要注意，主电路直流部分的电容器要彻底放完电。（用万用表测量应在DC25V以下），按表6-5所示内容进行检查。一般变频器的定期检查应一年进行一次，绝缘电阻检查可以三年进行一次。变频器中某些部件经长期使用后，性能降低、劣化，这是故障发生的主要原因。为了长期安全生产，某些部件必须及时更换。①更换滤波电容器。在变频器中间直流回路中使用的是大容量电解电容器，由于脉冲电流等因素的影响，其性能会劣化。一第6章变频器的安装与使用般情况下，使用寿命大约为5年。②更换冷却风扇。冷却风扇用于加速散热，风扇的使用寿命受到轴承的限制，大约为10～35kh。当变频器连续运行时，大约2～3年须更换一次风扇或轴承。③定时器在使用数年后，动作时间会有很大变化，必要时要及时更换，其它的外围的接触器，继电器等也要按其开关寿命进行更换。④熔断器的寿命大约10年，要按其寿命及时更换。6.4.6变频器的故障检修

新一代高性能的变频器具有较完善的自诊断功能、保护及报警功能。熟悉这些功能对正确使用和维修变频器是极其重要的。

第6章变频器的安装与使用通常，变频器的控制核心——微处理器系统与其他电路部分之间都设有可靠的隔离措施，因此出现故障的概率很低。即使发生故障，用常规手段也难以检测发现。所以当系统出现故障时，应将检修的重点放在主电路及微机处理器以外的接口电路部分。认真阅读表6—6“变频器常见故障原因及处理方法”。6.4.7故障排除案例以八个案例为基础，可以结合各地区的情况和自身的经历，采用“案例”教学，认真分析，充分吸收“案例”中介绍的经验，增长能力。变频器的通信组网

【知识目标】掌握PLC与变频器连接的方式和应注意第6章变频器的安装与使用

的问题。了解变频器在现场总线控制系统中的应用。变频器与PLC的连接可编程序控制器（PLC）为新一代的工业控制器，具有通用性好，实用性强，与变频系统结合构成自动控制系统，PLC与变频器配合连接时，有些方面需要注意。1.运行信号的输出PLC作为控制器而变频器与所驱动的电机可作为执行机构，由PLC输出运行信号传输至变频器。常见的PLC输出有两种类型，即继电器接点输出和晶体管电流问题，按图6—15所示连接。第6章变频器的安装与使用图6-15运行信号的连接方式第6章变频器的安装与使用2.频率指令信号的输入频率指令信号可以通过0～10V，0～5V，0～6V等的电压信号和4～20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。如果电压信号范围不同，必须通过必要的调整，使连接必须匹配。3.接点输出信号在变频器的工作过程中，经常需要通过继电器接点或晶体管集电极开路输出的形式将变频器的内部状态（运行状态）通知外部，如图6-21所示。

第6章变频器的安装与使用图