摘要

對(duì)變頻器安裝選項(xiàng)的了解可以幫助用戶節(jié)省成本、減少停機(jī)時(shí)間，并且提高運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性。

在選擇安裝低壓變頻器的地點(diǎn)和方式時(shí)，成本往往是決定性的因素。然而，將成本放在關(guān)于安裝變頻器的關(guān)鍵決策之前，可能會(huì)導(dǎo)致更高的擁有成本。也會(huì)增加意外停機(jī)的可能性，并造成潛在的安全問(wèn)題。

無(wú)論用戶是否計(jì)劃將變頻器安裝在新的或現(xiàn)有的設(shè)施中，都應(yīng)首先考慮下面幾個(gè)環(huán)境和安全問(wèn)題。

圖1：只有用戶了解安裝選項(xiàng)的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)和好處，才可以優(yōu)化變頻器的性能。圖片來(lái)源：羅克韋爾自動(dòng)化

變頻器的環(huán)境問(wèn)題

高溫是變頻器可靠性的最大敵人。如果管理無(wú)效，熱量可以在傳動(dòng)的功率晶體管的結(jié)層上聚集。這可能導(dǎo)致結(jié)層的熔斷或熔化。

過(guò)熱也會(huì)危害變頻器的智能功率模塊。那會(huì)對(duì)變頻器內(nèi)部在一起工作的數(shù)百個(gè)小的分立元件和組件造成影響。

從環(huán)境的角度來(lái)說(shuō)，在電機(jī)控制中心（MCC）內(nèi)安裝變頻器是一個(gè)理想的選擇。UL-845: 電機(jī)控制中心的要求和測(cè)試步驟解決整個(gè)MCC排列的過(guò)熱管理問(wèn)題。這意味著MCC制造商需要證明安裝在MCC里的變頻器不會(huì)受到損害，或者由變頻器產(chǎn)生的熱量也不會(huì)損害MCC內(nèi)的其他設(shè)備。

然而，需要記住的重要一點(diǎn)是正確的熱管理和UL-845清單上的裝配設(shè)備只能由MCC制造商來(lái)完成。即便是在UL-508a下經(jīng)過(guò)認(rèn)證的盤柜制造商也不能將變頻器加到MCC內(nèi)，而且也不能維護(hù)其UL-845清單。如果MCC內(nèi)的一個(gè)單元不是UL-845列表內(nèi)的，整個(gè)MCC排列的列表都是無(wú)效的。

如果將一套變頻器安裝在工業(yè)控制柜（ICP）內(nèi)，而不是安裝在MCC內(nèi)， 就會(huì)讓最終用戶承擔(dān)熱管理的負(fù)擔(dān)。

如果ICP必須要密封，通常需要一套空調(diào)設(shè)備來(lái)將內(nèi)部的溫度保持在變頻器的設(shè)計(jì)限值（或者其他ICP組件的限值）范圍內(nèi)。一條通用的經(jīng)驗(yàn)法則是變頻器大概會(huì)將流經(jīng)它的總功率的3%釋放出去，作為熱量輻射到其周圍環(huán)境中。

在給ICP進(jìn)行通風(fēng)的時(shí)候，在室外溫度最高時(shí)候的總換氣量必須要足以保持內(nèi)部溫度在變頻器的設(shè)計(jì)限值范圍內(nèi)。而且，如果循環(huán)的外部空氣含有灰塵或水汽，必須使用過(guò)濾器來(lái)消除污染。維護(hù)故障以及定期更換過(guò)濾器會(huì)導(dǎo)致組件過(guò)熱。

對(duì)于安裝在ICP的變頻器來(lái)說(shuō)，另一個(gè)關(guān)鍵的與熱量相關(guān)的問(wèn)題是要在變頻器周圍留出足夠的凈空來(lái)實(shí)現(xiàn)正常的空氣流動(dòng)。每個(gè)變頻器的設(shè)計(jì)都對(duì)最小凈空有要求，包括上方、下方、以及側(cè)面到側(cè)面，這些對(duì)于內(nèi)部板卡和組件的冷卻至關(guān)重要。

經(jīng)?？吹揭恍┙?jīng)驗(yàn)不足的盤柜制造商錯(cuò)誤地假定了開(kāi)槽的電纜管道不會(huì)成為障礙，因此將其布置得離變頻器太近。可是，它成為了正常空氣流動(dòng)的障礙，而且不能留出足夠的凈空，這經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致變頻器過(guò)早失效。

壁掛式安裝的變頻器通常配有風(fēng)扇，帶動(dòng)空氣流經(jīng)變頻器的外殼來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。而且也要考慮周圍空氣中可能存在的其他物質(zhì)，包括水汽、機(jī)油、灰塵、化學(xué)物質(zhì)以及煤氣。這些物質(zhì)可能進(jìn)入到變頻器中并造成損害，或者造成殘?jiān)逊e從而降低冷卻效率。防止障礙物對(duì)空氣流動(dòng)的阻礙對(duì)于壁掛式變頻器來(lái)說(shuō)同樣重要。

應(yīng)該避免出現(xiàn)某些氣體，例如硫化氫，因?yàn)樗梢愿g印刷電路板和連接部件。而且，在使用某些傳動(dòng)時(shí)必須要保持相對(duì)濕度在最低值以上，因?yàn)槿绻土?，在空氣流?jīng)部件的時(shí)候靜電就會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。對(duì)于不在其電路板上使用敷形涂層的低壓變頻器來(lái)說(shuō)，這尤為重要。

對(duì)于電機(jī)型號(hào)在400馬力以上的變頻器來(lái)說(shuō)，已經(jīng)大到不能安裝在墻上了，只能安裝在可以固定在地板上的獨(dú)立結(jié)構(gòu)里。這些被稱為柜式安裝的變頻器需要一個(gè)單獨(dú)的空氣通道來(lái)冷卻散熱片。

圖2：用戶應(yīng)該了解不同安裝選項(xiàng)的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)和好處，從而對(duì)變頻器的性能進(jìn)行優(yōu)化。

適當(dāng)?shù)淖冾l器安全性

在決定如何以及在哪里安裝變頻器時(shí)，電弧的安全問(wèn)題是需要特別關(guān)注的。

在MCC內(nèi)安裝變頻器最有說(shuō)服力的理由是其安全性是與MCC整體設(shè)計(jì)保持一致的。在MCC內(nèi)安裝變頻器時(shí)，所有人員安全方面的問(wèn)題都與整個(gè)MCC決策制定流程相關(guān)。如果想要MCC具有抗電弧性能，變頻器的機(jī)柜也必須能抗電弧。

除了電弧閃光的防護(hù)，還有一些其他與MCC安裝有關(guān)的人員安全問(wèn)題：

在一個(gè)UL-845的MCC單元里，變頻器必須在一個(gè)經(jīng)過(guò)測(cè)試的、位于列表內(nèi)的系列組合當(dāng)中（應(yīng)該是由MCC制造商來(lái)執(zhí)行），其水平要滿足或高于MCC短路的額定值。只要MCC整體規(guī)格要求滿足現(xiàn)場(chǎng)條件，這就會(huì)確保MCC內(nèi)部的每個(gè)單元都被證明可以連接到該系統(tǒng)。

用戶訪問(wèn)變頻器所需的人機(jī)界面（HMI），通常按照MCC的形式被移到設(shè)備單元柜門外側(cè)，除非有其他特殊的規(guī)定。這意味著當(dāng)操作員想要在其顯示屏上對(duì)變頻器進(jìn)行讀取、調(diào)整、編程或故障診斷時(shí)，他們不需要打開(kāi)設(shè)備單元柜門以及將其暴露在柜內(nèi)的安全危險(xiǎn)面前。

如果在ICP內(nèi)部安裝變頻器，同樣需要考慮多個(gè)安全方面的問(wèn)題。如果用戶在采購(gòu)說(shuō)明中沒(méi)有要求短路電流額定值（SCCR）,一些ICP制造商會(huì)善意地提供具備5kA額定值的ICP。這意味著用戶不能將ICP連接到可能故障電流（AFC）在5kA以上的電力系統(tǒng)里。不過(guò)實(shí)際上5kA的AFC在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合不太可能會(huì)達(dá)到，特別是在使用480V供電的時(shí)候。

而且，弧閃安全以及上鎖掛牌的要求通常意味著ICP的主斷路器要斷開(kāi)，在ICP內(nèi)部做任何操作或連接ICP之前要進(jìn)行上鎖和掛牌操作。要管理有多個(gè)、貫穿柜門的斷路器設(shè)備是極其困難的。在系統(tǒng)的一部分關(guān)閉，整個(gè)系統(tǒng)也必須要關(guān)閉的情況下，ICP會(huì)比MCC或單獨(dú)的變頻器更明智。

同時(shí)，對(duì)于壁掛式以及柜式的變頻器來(lái)說(shuō)，SCCR也是至關(guān)重要的。如果可能，盡量以組合單元的形式購(gòu)買變頻器，因?yàn)橹鲾嗦菲饕约斑^(guò)電流保護(hù)裝置都會(huì)被整合到變頻器成套設(shè)備中。這解決了SCCR問(wèn)題以及其他電氣安全問(wèn)題。

另一個(gè)與大型變頻器相關(guān)的問(wèn)題是它們通常很重。例如，維護(hù)技術(shù)人員經(jīng)常使用工具、起重機(jī)、甚至讓叉車上場(chǎng)，這會(huì)將變頻器和工人置于風(fēng)險(xiǎn)之中。一種推出底盤的設(shè)計(jì)使用了一種特殊的類似卡車裝配的設(shè)計(jì)，可以與位于變頻器機(jī)柜底部的內(nèi)部導(dǎo)軌相匹配，這樣可以為移動(dòng)很重的設(shè)備部件提供簡(jiǎn)單安全的方法。

變頻器安裝的可達(dá)性、安全性、維護(hù)性以及適宜性會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響，而在設(shè)計(jì)和計(jì)劃階段不會(huì)立刻顯現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)對(duì)不同安裝選項(xiàng)的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)和好處的了解，用戶可以在變頻器的整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)還可能減少停機(jī)時(shí)間和安全風(fēng)險(xiǎn)。