摘要

對變頻器安裝選項的了解可以幫助用戶節(jié)省成本、減少停機時間，并且提高運動控制系統(tǒng)的安全性。

在選擇安裝低壓變頻器的地點和方式時，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，可能會導(dǎo)致更高的擁有成本。也會增加意外停機的可能性，并造成潛在的安全問題。

無論用戶是否計劃將變頻器安裝在新的或現(xiàn)有的設(shè)施中，都應(yīng)首先考慮下面幾個環(huán)境和安全問題。

圖1：只有用戶了解安裝選項的內(nèi)在風(fēng)險和好處，才可以優(yōu)化變頻器的性能。圖片來源：羅克韋爾自動化

變頻器的環(huán)境問題

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

過熱也會危害變頻器的智能功率模塊。那會對變頻器內(nèi)部在一起工作的數(shù)百個小的分立元件和組件造成影響。

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

然而，需要記住的重要一點是正確的熱管理和UL-845清單上的裝配設(shè)備只能由MCC制造商來完成。即便是在UL-508a下經(jīng)過認(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)的一個單元不是UL-845列表內(nèi)的，整個MCC排列的列表都是無效的。

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)備來將內(nèi)部的溫度保持在變頻器的設(shè)計限值（或者其他ICP組件的限值）范圍內(nèi)。一條通用的經(jīng)驗法則是變頻器大概會將流經(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)的時候，在室外溫度最高時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，必須使用過濾器來消除污染。維護(hù)故障以及定期更換過濾器會導(dǎo)致組件過熱。

對于安裝在ICP的變頻器來說，另一個關(guān)鍵的與熱量相關(guān)的問題是要在變頻器周圍留出足夠的凈空來實現(xiàn)正常的空氣流動。每個變頻器的設(shè)計都對最小凈空有要求，包括上方、下方、以及側(cè)面到側(cè)面，這些對于內(nèi)部板卡和組件的冷卻至關(guān)重要。

經(jīng)?？吹揭恍┙?jīng)驗不足的盤柜制造商錯誤地假定了開槽的電纜管道不會成為障礙，因此將其布置得離變頻器太近?？墒牵蔀榱苏？諝饬鲃拥恼系K，而且不能留出足夠的凈空，這經(jīng)常會導(dǎo)致變頻器過早失效。

壁掛式安裝的變頻器通常配有風(fēng)扇，帶動空氣流經(jīng)變頻器的外殼來實現(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，或者造成殘渣堆積從而降低冷卻效率。防止障礙物對空氣流動的阻礙對于壁掛式變頻器來說同樣重要。

應(yīng)該避免出現(xiàn)某些氣體，例如硫化氫，因為它可以腐蝕印刷電路板和連接部件。而且，在使用某些傳動時必須要保持相對濕度在最低值以上，因為如果太低了，在空氣流經(jīng)部件的時候靜電就會成為一個問題。對于不在其電路板上使用敷形涂層的低壓變頻器來說，這尤為重要。

對于電機型號在400馬力以上的變頻器來說，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立結(jié)構(gòu)里。這些被稱為柜式安裝的變頻器需要一個單獨的空氣通道來冷卻散熱片。

圖2：用戶應(yīng)該了解不同安裝選項的內(nèi)在風(fēng)險和好處，從而對變頻器的性能進(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，電弧的安全問題是需要特別關(guān)注的。

在MCC內(nèi)安裝變頻器最有說服力的理由是其安全性是與MCC整體設(shè)計保持一致的。在MCC內(nèi)安裝變頻器時，所有人員安全方面的問題都與整個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)的人員安全問題：

在一個UL-845的MCC單元里，變頻器必須在一個經(jīng)過測試的、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)場條件，這就會確保MCC內(nèi)部的每個單元都被證明可以連接到該系統(tǒng)。

用戶訪問變頻器所需的人機界面（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變頻器進(jìn)行讀取、調(diào)整、編程或故障診斷時，他們不需要打開設(shè)備單元柜門以及將其暴露在柜內(nèi)的安全危險面前。

如果在ICP內(nèi)部安裝變頻器，同樣需要考慮多個安全方面的問題。如果用戶在采購說明中沒有要求短路電流額定值（SCCR）,一些ICP制造商會善意地提供具備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。不過實際上5kA的AFC在工業(yè)應(yīng)用場合不太可能會達(dá)到，特別是在使用480V供電的時候。

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，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、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，整個系統(tǒng)也必須要關(guān)閉的情況下，ICP會比MCC或單獨的變頻器更明智。

同時，對于壁掛式以及柜式的變頻器來說，SCCR也是至關(guān)重要的。如果可能，盡量以組合單元的形式購買變頻器，因為主斷路器以及過電流保護(hù)裝置都會被整合到變頻器成套設(shè)備中。這解決了SCCR問題以及其他電氣安全問題。

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

變頻器安裝的可達(dá)性、安全性、維護(hù)性以及適宜性會產(chǎn)生長期影響，而在設(shè)計和計劃階段不會立刻顯現(xiàn)出來。通過對不同安裝選項的內(nèi)在風(fēng)險和好處的了解，用戶可以在變頻器的整個生命周期內(nèi)對其性能進(jìn)行優(yōu)化，同時還可能減少停機時間和安全風(fēng)險。