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变频器的安装 (一)

发布日期:2017-11-14 浏览次数:4957
 1.1  变频器的工作环境

1.  变频器工作的物理环境

由于变频器集成度高,整体结构紧凑,自身散热量较大,因此对安装环境的温度、湿度和粉尘含量要求高。在安装变频器时,必须为变频器提供一个良好的运行环境。变频器的环境温度额定为40℃,如果环境温度大于40℃~50℃时,必须降低额定电流值。否则将使器件的温升过高,从而导致器件损坏(尤其是IGBT功率模块)的可能性加大,对正常安全地运行有较大影响。变频器的工作环境若达不到变频器对工作环境的要求,将造成变频器有较高的故障率,影响长期、可靠、安全运行,以致造成不必要的经济损失,为此在变频器应用中应注意以下事项。
 
①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0~55℃,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。变频器若安装在变频器柜中,应安装在柜体上部,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。
 
②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,必须在变频器柜中增加干燥剂和加热器。变频器的周围湿度应为90%以下,周围湿度过高,存在电气绝缘降低和金属部分的腐蚀问题。如果受安装场所的限制,变频器不得已安装在湿度高的场所,变频器的柜体应尽量采用密封结构。为防止变频器停止时结露,应增设对流加热器。
 
③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,在这种情况下,应把变频器柜制成封闭式结构,并进行换气。变频器周围不应有腐蚀性、爆炸性或燃烧性气体以及粉尘和油雾。变频器的安装周围如有爆炸性和燃烧性气体,由于变频器内有易产生火花的继电器和接触器,所以有时会引起火灾或爆炸事故。如果变频器周围存在粉尘和油雾时,其在变频器内附着、堆积将导致绝缘降低;对于强迫风冷的变频器,由于过滤器堵塞将引起变频器内温度异常上升,致使变频器不能稳定运行。
 
 
 
④震动和冲击。变频器柜受到机械震动和冲击时,会引起电气接触不良。这时除了提高变频器柜的机械强度、远离震动源和冲击源外,还应使用抗震橡皮垫固定变频器柜和电磁开关之类产生震动的元器件。变频器的耐振性应类型的不同而不同,震动超过变频器的容许值时,将产生部件紧固部分松动以及继电器和接触器等误动作,往往导致变频器不能稳定运行。对于机床、船舶等能事先预见的震动场合,应充分考虑变频器的震动问题。
 
⑤变频器应用的海拔标高多规定在1000m以下,标高高则气压下将,容易产生绝缘破坏。另外标高高冷却效果也下降,必须注意变频器温升。
 
2. 变频器工作的电气环境

变频器工作的电气环境包括:频率变化、电压变化、电压不平衡、电源阻抗、电源谐波及一些异常条件等,如频率为fLN±2%;额定输入电压的变化限值为±10%;电源电压不平衡度不超过基波额定输入电压(ULN1)3%。
 
①防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和逆变,在其周围产生很多干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、电子设备有一定的干扰。因此,变频器柜内仪表和电子设备,应该选用金属外壳,以屏蔽变频器对仪表和其他电子设备的干扰。所有的元器件均应可靠接地,除此之外,各电气元件、电子设备及仪表之间的连线应选用屏蔽电缆,且屏蔽层应可靠接地。
 
②防止变频器输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护,但是,如果输入端高电压作用时间长,会使变频器输入端损坏。因此,在实际应用中,要核实变频器的输入电压、相数和变频器应使用的额定电压。为变频器提供独立的供电回路,并尽量避免与有冲击性质负载共用一台变压器供电。
 
3. 变频器的通风散热

变频器的效率一般97~98%,这就是说大约有2~3%的电能转变为热能,远远大于一般开关、交流接触器等电器产生的热量。一般的配电箱柜是针对常用开关、交流接触器等电器而设计的。当这一类箱柜体用于变频器时,需仔对内部器件进行布局,以确保通风散热合理性。
 
变频器的故障率随温度升高而成指数上升,使用寿命随温度升高而成指数下降。环境温度升高10度,变频器平均使用寿命减半。在变频器工作时,流过变频器的电流是很大的,变频器产生的热量也是非常大的,不能忽视其发热所产生的影响,要了解一台变频器的发热量大概是多少,可以用以下公式估算:
 
发热量的近似值=变频器容量(kW)×55[W]
 
在这里,如果变频器容量是以恒转矩负载为准的(过流能力150%×60s),变频器带有直流电抗器或交流电抗器,并且为柜内安装,这时发热量会更大一些。电抗器安装在变频器侧面或侧上方比较好。这时可以用下式估算变频器产生的热量:
 
发热量的近似值=变频器容量(kW)×60[W]
 
如果柜内有制动电阻,因为制动电阻的散热量很大,制动电阻的安装位置应与变频器隔离开,如装在柜内的上面或旁边等。
 
图1-1是一些电控柜内安装变频器时的风路示意图,图1-1(a)为壁挂式电控柜顶部装抽风机抽出热风;图1-1(b) 为控制台式电控柜上部装抽风机抽出热风;图1-1(c)为大型立式电控柜顶部装大抽风机,地沟和柜体下部要有良好进风口;图1-1(d) 为大型立式电控柜装有控制单元和制动电阻的情况,顶部装大抽风机,地沟和柜体下部要有良好进风口。变频器在电控柜内布置时,电控柜风路的设计原则是:
 
①电控柜要有强迫通风回路,通风回路的空气流向应通畅,符合流体平滑转向原则,安装在电控柜上的风机应比变频器本身风机总通风量大30~50%以上。
 
②电控柜的风路一般要有低风阻的进风口,在环境脏的场合进风口要有过滤网,过滤网的风阻要小,并防止堵塞,要求经常打扫。
③电控柜内空气不应直通短路,也不应该发生热风回流,要在电控柜内安装必要的导风板和挡风板。挡风板的作用是挡住直通风和避免热风回流以改善柜内空气流向,提高冷却效果。
 
④在没有专门设计强迫通风风道的柜内,单台变频器安装要与周围电器、箱壁保持一定距离,特别是要留出上下空间使风道顺畅,使风可自由流动。根据功率大小不同,至少留有120~300mm空间,左右前方空间至少50mm。
 
⑤当变频器的环境温度超过40℃时,对有通风盖的变频器要去掉通风盖,让风顺利进入变频器内。
 
当变频器安装在控制柜内时,要考虑变频器发热值问题。根据控制柜内产生热量值的增加,要适当地增加控制柜的尺寸。因此,要使控制柜的尺寸尽量减小,就必须要使柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时,把变频器的散热器部分放到控制柜的外面,将会使变频器有70%的发热量释放到控制柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量,所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开,使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果会更好。
 
在变频器散热设计中,都是以垂直安装为基础的,横着安装散热会变差的。变频器都带有冷却风扇,但仍要在控制柜上出风口安装冷却风扇,进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。
 
在海拔高于1000m的地方,因为空气密度降低,因此应加大控制柜的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容,每1000m降低5%。但变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大,所以也要看具体应用。比方说在1500m的地方,但是周期性负载,如电梯,就不必要降容。变频器的发热主要来自于IGBT,IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大。
 
4.变频器的防雷

在变频器内部一般都设有雷电吸收网络,主要防止瞬间的雷电侵入,使变频器损坏。但在实际工作中,特别是电源线架空引入的情况下,单靠变频器内部的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区,这一问题尤为重要,如果电源是架空进线,在进线处装设变频器专用避雷器(选件),或按规范要求在离变频器20m的远处电源点装设电力避雷器。如果电源是电缆引入应穿钢管防护,钢管应可靠接地,并应做好控制室的防雷系统,以防雷电窜入破坏设备。
 
5.变频器防尘措施

在多粉尘场所,特别是多金属粉尘、絮状物的场所使用变频器时,应采取正确、合理的防护措施,总体要求变频器柜整体应该密封,应该通过专门设计的进风口、出风口进行通风;变频器柜顶部应该有防护网和防护顶盖出风口;变频器柜底部应该有底板和进风口、进线孔,并且安装防尘网。变频器的具体防尘设计应注意如下事项:
 
①变频器柜的风道要设计合理,排风通畅,避免在柜内形成涡流,在固定的位置形成灰尘堆积。
 
②变频器柜顶部出风口上面要安装防护顶盖,防止杂物直接落入;防护顶盖高度要合理,不影响排风。防护顶盖的侧面出风口要安装防护网,防止絮状杂物直接落入。
 
③如果采用变频器柜顶部侧面排风方式,出风口必须安装防护网。
 
④要确保变频器柜顶部的轴流风机旋转方向正确(向外抽风),如果风机安装在变频器柜顶部的外部,必须确保防护顶盖与风机之间有足够的高度;如果风机安装在变频器柜顶部的内部,安装所需螺钉必须采用止逆弹件,防止风机脱落造成柜内元件和设备的损坏。在风机和柜体之间加装塑料或者橡胶减振垫圈,可以大大减小风机震动造成的噪音。
 
⑤变频器柜的前、后门和其他接缝处,要采用密封垫片或者密封胶进行一定的密封处理,防止粉尘进入。
 
⑥变频器柜底部、侧板的所有进风口、进线孔,一定要安装防尘网。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。防尘网的网格要小,能够有效阻挡细小絮状物(与一般家用防蚊蝇纱窗的网格相仿);或者根据具体情况确定合适的网格尺寸,防尘网四周与变频器柜的结合处要处理严密。
 
6.变频器防潮湿霉变措施

多数变频器内部的印制板、金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理,如果变频器长期处于潮湿和和含有腐蚀性气体的工作环境,变频器的金属结构件容易产生锈蚀,对于导电铜排在高温运行情况下,更加剧了锈蚀的过程。对于控制板和驱动电源板上的细小铜质导线,由于锈蚀将造成损坏,因此,对于应用于潮湿和含有腐蚀性气体的场合,必须对变频器的内部设计有基本要求,例如印刷电路板必须采用三防漆喷涂处理,对于结构件必须采用镀镍铬等处理工艺。除此之外,还需要采取其它积极、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。
 
变频器柜可以安装在单独的、密闭的采用空调的机房,此方法适用控制设备较多场合,安装在机房的变频器柜可以采用如上防尘或者一般环境设计即可。
 
采用独立进风口的变频器柜,其单独的进风口可以设在变频器柜的底部,并通过独立密闭地风管与室外干净环境连通,此方法需要在进风口处安装防尘网。对于密闭变频器柜内可以加装吸湿的干燥剂或者吸附毒性气体的活性材料,并定期更换。
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