防止VFD故障和失效
遵循这些最佳实践可以帮助防止电压下降、过载跳闸和其他常见的VFD故障和严重故障发生之前。
变频驱动(VFD)技术支持自动化仓库、物流、制造和加工行业中广泛的机器任务和机器人技术。适当的大小和配置变频系统可以帮助优化性能，节省能源，并永久降低机器和机器人的生命周期成本。相反，故障和失败可能升级为代价高昂的停机时间。操作人员必须迅速发现并解决问题。确定修复可能很简单，也可能揭示一个复杂的问题，这就是为什么错误和失败预防总是最好的策略。
适当降额vfd
防止故障和失败首先要为机器任务正确调整VFD。单相输入电压三相输入的变频器在许多自动化应用中很常见。根据马力和额定电压，驱动器可以接受单相输入电压而无需降额输出电流。如果超过额定值，则在使用单相输入电压时需要更大的三相驱动器。大多数三相驱动器在240v时最高可达30hp，在480v时最高可达60hp，在590v时最高可达60hp，可以使用单相电源。然而，重要的是要意识到单相电源会引起较高的直流母线电压纹波。
对于合适的驱动器尺寸，输出电流应降额50%。降额时，电流加倍，但不是马力额定值。例如，一个10马力、240 V的驱动器通常额定电流为29 a，但由于驱动器的单相输入，降额输出电流将是一半，或14.5 a。驱动器的输入电流额定值保持不变。驱动器软件不能识别输入电源为单相。因此，电机过载参数必须按比例来限制输出电流。驱动器的电机过载参数应根据驱动器的真实输出额定值设置，而不是降额值。在上述场景中，假设电机的满载放大器(FLA)额定值为12 A, VFD的过载参数应设置为12 A除以29 A，或42%，加上应用可能需要的额外降额。
vfd有一个可调的过载参数，以保护电机。驱动器标配电子热过载保护，允许VFD在1分钟内提供额定输出电流的150%，在较短的时间内提供更高的电流水平。过载可以调整，以保护较小的电机。当在较小的电机上使用较大的VFD时，在正常操作下，输出电流决不能超过电机的FLA额定值。这需要通过确定电机的FLA额定值并将该值除以驱动器的输出电流额定值来降低驱动器的输出电流容量，以获得电机过载参数的正确百分比。大多数vfd的最低设置是25%到30%。如果电机额定值较低，驱动器将不能充分保护电机。
布线和滤波器保护
其他注意事项适用于布线、隔离、接地和屏蔽。VFD产生一个脉宽调制输出波形，包含高频成分，包括射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)。超过33英尺的电缆长度可以接收噪声，杂散电容效应，并有电阻电压降。重要的是不要超过VFD和远程模拟输入速度参考信号之间的最大推荐电缆长度。随着布线距离的增加，暴露在更高的噪声水平，电阻电压下降，或寄生电容增加。查阅驱动器手册，以确保适当的线规额定值。如果长电缆的压降很大，可能需要一个单独的10v直流电源。这也适用于4-20 mA信号，在这种情况下，应使用至少具有300v护套绝缘的屏蔽电缆。
VFD电源输出连接携带高水平的高频电压，导致电磁干扰。变频器和电机两端都需要屏蔽输出电源线。铜编织屏幕与全360度钳覆盖工作，以最大限度地减少排放。电机电缆屏幕必须端接到驱动散热器或安装板和电机框架。
通常，驱动器输入的线路滤波器是不必要的，除非在某些情况下，例如满足CE法规要求或当驱动器的噪声反射回输入电源并引起干扰时。如果电机电缆长度超过100英尺，应在VFD输入端连接RFI滤波器以衰减高频噪声(见图1)。
常见故障参数
了解常见故障参数是预防故障的关键。无论是输送机、风扇和冷却塔中的库存VFD，还是为压力机、挤出机、滚压成型机、车床和路由器设计的专用单元，当电压低于设定参数时，VFD都会产生低压故障。当驱动直流链路电压下降到高设置(480v ac)标称电平的62%以下和低设置(400v ac)标称电平的50%以下时，VFD可能报告低压故障。这可以表述为:
480v ac × 0.62 ×√2 = 421v dc
直流链路标称电压为:
480v ac ×√2 = 679v dc
大多数手册中的+10%和-15%电压公差是推荐的工作范围，以允许驱动器保持卓越的效率和适当的电机电流。驱动器可以在这些公差以下运行，但降低电压会对电机电流、温度、能源使用和整体性能产生不可预测的影响。
一些自动化流程依赖于生成器来维持无缝运行。从线路电源切换到备用发电机是一种常见的做法。与驱动器相比，大多数便携式备用发电机在其相对相电压输出上具有比理想电压波动更大的电压波动，驱动器在其输入电压端子上通常应小于2%的不平衡。较大的方差会在直流母线电容器上引起较大的纹波，从而损坏电容器和其他功率元件。
保护装置的设计是为了防止VFD暴露在不平衡的输入功率下，并且仅当电压在公差范围内并且满足适当的延迟时间时才允许上电。变频器在输入整流电路中配备了浪涌保护装置。针对电压波动的附加保护措施，如避雷器和其他外部保护，可以防止严重的输入干扰。在从线路电源切换到备用发电机期间，大多数驱动器至少需要2分钟才能重新供电。忽略这条指导方针可能会吹断输入保险丝，跳闸断路器，甚至损坏充电继电器电路。
当输入电源显示中等电压峰值时，3%线路电抗器可以改善这种情况。另一种选择是添加一个具有时间延迟的电压监控器，它可以提供保护跳闸级别，在发生欠压、过压、缺相和相位之间的电压不平衡时关闭驱动器。
部署隔离变压器
驱动器隔离变压器可以隔离接地和噪声相关的输入电源问题，这些问题可能会影响驱动器的性能和操作。VFD和电源之间的驱动器隔离变压器通过确保源和负载之间不存在直接的电气连接提供了几个好处。在一次和二次绕组之间和周围放置接地静电屏蔽使驱动隔离变压器独特。该屏蔽提供了多达百万倍的电容耦合减少涉及转移共模电压扰动。
共模瞬态是出现在交流系统电路接地和中性点之间的瞬态。尽管这些部件通常连接在一起，但不能假定它们在整个电力系统中连接在一起。共模瞬态扰动产生于开关模式电源，驱动操作，弧焊机，闪电，甚至设备的正常操作，如使用步进电机。一些隔离变压器还可以阻止线和中性点之间出现的正态瞬态。
尽管隔离变压器比监控设备更昂贵，但它们比线路电抗器提供更好的保护，并且在某些情况下适用，例如安装在离变电站很近的地方。例如，在公用事业公司的运营中，工业园区的变电站电容器组每天上电可能会产生瞬态电压峰值，而附近电容器的反射会放大电压峰值。如果园区内的设施有几个额定7.5马力的小驱动器，正常模式瞬变可能导致这些驱动器关闭，从而导致流程停机。隔离变压器可以帮助防止中断。
实用的安装技巧
VFD可以在短时间内不使用且没有电源而不服务。如果VFD已存储较长时间，则直流母线电容器必须进行检修。当长时间不使用时，母线电容器内的电解液会改变状态。翻新需要在没有电机引线连接的情况下运行驱动器至少8小时，然后再尝试在负载下运行驱动器。在空载下重新供电驱动器将电解电荷带回适当的充电状态。
线路电抗器提高了真实输入功率因数，减少了驱动器之间的串扰。当供电变压器kVA额定值大于VFD kVA额定值的10倍时，建议采用线路电抗器，以降低由电容器开关、线路缺口、直流母线过压脱扣、逆变器过流、过压等情况引起的电力线路暂态电压，并在变压器短路时尽量减少VFD损坏。线路阻抗取决于驱动器的短路额定值和电源配电变压器。具体来说，线路阻抗必须大于或等于电源变压器的额定值与VFD短路额定值的比值。
输入电源、输出电源和控制接线使用单独的导管。在连接VFD电源和控制接线时，请遵循以下指南:
- 将输入交流电源线安装在其自身的刚性钢导管内。
- 将输出电机接线安装在其自身的刚性钢导管中。
- 在其自身的刚性钢导管中安装控制线路。
- 低压直流控制接线和120v交流控制接线应分开布线。
- 当连接到VFD控制板时，双绞线和屏蔽线都足够。此外，建议采用2线和3线连接。对于许多驱动器，最小线尺寸为18awg。
接地连接必须紧密并正确接地。屏蔽层只在电缆的一端接地，以免出现接地回路。VFD处的屏蔽应连接到机箱接地片上。在将屏蔽连接到接地片之前，始终要从VFD中移除电源。
控制和反馈接线应与电源接线分开至少12英寸。需要注意的是，在安装中，多个vfd输入电源接线可以位于同一导管中，控制接线可以位于同一导管中，但每个电机的输出接线必须位于单独的导管中。如果一个VFD用于操作多个电机，则所有电机的输出接线可以在同一导管中。
在接地系统上使用驱动器。不要使用漂浮的地面。一些制造商不建议在任何亚微或新设计的驱动器上使用浮动输入。如果线路上没有干扰，驱动器应该运行良好，但严重的共模噪声可能导致讨厌跳闸或更糟。某些传统的vfd在直流母线和地之间使用一串电阻，这减轻了共模噪声。一些整体马力驱动器也使用电阻串，所以使用浮动地面在这些可能是可以接受的。但是，对于较新的驱动器技术，不建议使用浮点系统。
避免使用延时输入保险丝。它们不是为保护vfd和其他固态整流前端设备而制造的。延时断路器允许金属氧化物压敏电阻(MOV)继续吸收电流，这可能导致驱动器烧毁或MOV本身在断路器跳闸之前爆炸。通过断路器或断开开关和保险丝使用分支电路保护，以符合NFPA 70:国家电气规范(NEC)和当地规范。
对于恒转矩驱动器选择额定输入电流1.5倍的断路器或保险丝，对于变转矩驱动器选择额定输入电流1.25倍的断路器或保险丝。无论输入电流额定值如何，最小额定值应为10a，以适应上电期间的涌流。使用快速作用的限流型熔断器，具有低I2t值和200000 AIC额定值或等效值。
VFD和交流电机之间不建议使用接触器或断开开关。这样的设备只能在VFD处于停止模式时操作。否则，它们会引起恼人的绊倒。通过低压电源反馈到控制板的输出可能产生的噪音可能导致控制板或驱动板的损坏。
如果需要接触器，设备上的一组早断辅助触点应与VFD外部故障输入或停止输入联锁。如果设备在VFD运行时被打开，它将停止驱动器并立即切断VFD输出电源。使用最少100毫秒的延时。如果连接到VFD停止输入，停止方法必须设置为海岸。在重新启动之前，始终允许驱动器完全停止电机。
建议每2分钟循环输入电源一次。硬盘手册特别警告说，不等2到3分钟就开关硬盘是有害的。更快地施加输入功率会导致涌流限制器在输入预充电电路中过热，最终将其烧毁。直流母线电容器没有足够的时间放电。如果输入电路没有时间稳定，额外的输入电流可能会吹断输入保险丝或断路器，并损坏充电继电器电路。
预充电电路允许一定的时间限制涌流限制器发送电流通过充电直流母线电容器。涌流限制器电阻随温度变化而变化。限幅器温度越高，电阻值越低。当预充电时间结束时，继电器切断，电容器保持充电。当驱动器断电时，该电压通过放电电路中的电阻流出。重新施加的电力太快，通过一个没有时间冷却到可接受的电阻水平的涌流限制器，可能会破坏熔断器或可能损坏预充电电路。一种解决方案是在驱动器输入端安装外部延时继电器或电压监测电路。如果电压降至设定水平以下，监视器切断并允许零功率返回驱动器，直到2至3分钟已通过，以确保电压稳定到可接受的水平。
如果驱动器配备了过滤器，不要使用接地故障电路中断器(GFCI)。在VFD操作期间，将多个驱动器连接到同一输入源，并在输入端使用RFI滤波器，由于寄生电容在电机电源线之间产生泄漏电流，GFCI可能会导致麻烦跳闸。
无论它是用于机械加工，材料处理，还是泵和风扇应用，在指定和安装正确的情况下，VFD都是一个价格合理的基本工具，用于改进自动化控制，可靠性，能源效率和电机保护(见图2,3和4)。自动化的电机驱动要求应根据具体情况分析。这些策略和合格的供应商可以帮助用户防止电压下降、过载跳闸和其他常见的VFD故障和严重故障发生之前。
托马斯·罗宾斯销售支持团队的呼叫中心主管在哪里伦茨美洲．他于2005年加入公司，在技术支持和现场服务方面拥有超过20年的经验。罗宾斯此前在发那科美国公司工作，拥有马萨诸塞州波士顿东北大学工程技术学士学位。
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