变频器安装应考虑环境和安全问题

摘要

对变频器安装选项的了解可以帮助用户节省成本、减少停机时间，并且提高运动控制系统的安全性。

在选择安装低压变频器的地点和方式时，成本往往是决定性的因素。然而，将成本放在关于安装变频器的关键决策之前，可能会导致更高的拥有成本。也会增加意外停机的可能性，并造成潜在的安全问题。

无论用户是否计划将变频器安装在新的或现有的设施中，都应首先考虑下面几个环境和安全问题。

图1：只有用户了解安装选项的内在风险和好处，才可以优化变频器的性能。图片来源：罗克韦尔自动化

变频器的环境问题

高温是变频器可靠性的最大敌人。如果管理无效，热量可以在传动的功率晶体管的结层上聚集。这可能导致结层的熔断或熔化。

过热也会危害变频器的智能功率模块。那会对变频器内部在一起工作的数百个小的分立元件和组件造成影响。

从环境的角度来说，在电机控制中心（MCC）内安装变频器是一个理想的选择。UL-845: 电机控制中心的要求和测试步骤解决整个MCC排列的过热管理问题。这意味着MCC制造商需要证明安装在MCC里的变频器不会受到损害，或者由变频器产生的热量也不会损害MCC内的其他设备。

然而，需要记住的重要一点是正确的热管理和UL-845清单上的装配设备只能由MCC制造商来完成。即便是在UL-508a下经过认证的盘柜制造商也不能将变频器加到MCC内，而且也不能维护其UL-845清单。如果MCC内的一个单元不是UL-845列表内的，整个MCC排列的列表都是无效的。

如果将一套变频器安装在工业控制柜（ICP）内，而不是安装在MCC内， 就会让最终用户承担热管理的负担。

如果ICP必须要密封，通常需要一套空调设备来将内部的温度保持在变频器的设计限值（或者其他ICP组件的限值）范围内。一条通用的经验法则是变频器大概会将流经它的总功率的3%释放出去，作为热量辐射到其周围环境中。

在给ICP进行通风的时候，在室外温度最高时候的总换气量必须要足以保持内部温度在变频器的设计限值范围内。而且，如果循环的外部空气含有灰尘或水汽，必须使用过滤器来消除污染。维护故障以及定期更换过滤器会导致组件过热。

对于安装在ICP的变频器来说，另一个关键的与热量相关的问题是要在变频器周围留出足够的净空来实现正常的空气流动。每个变频器的设计都对最小净空有要求，包括上方、下方、以及侧面到侧面，这些对于内部板卡和组件的冷却至关重要。

经常看到一些经验不足的盘柜制造商错误地假定了开槽的电缆管道不会成为障碍，因此将其布置得离变频器太近。可是，它成为了正常空气流动的障碍，而且不能留出足够的净空，这经常会导致变频器过早失效。

壁挂式安装的变频器通常配有风扇，带动空气流经变频器的外壳来实现冷却。而且也要考虑周围空气中可能存在的其他物质，包括水汽、机油、灰尘、化学物质以及煤气。这些物质可能进入到变频器中并造成损害，或者造成残渣堆积从而降低冷却效率。防止障碍物对空气流动的阻碍对于壁挂式变频器来说同样重要。

应该避免出现某些气体，例如硫化氢，因为它可以腐蚀印刷电路板和连接部件。而且，在使用某些传动时必须要保持相对湿度在最低值以上，因为如果太低了，在空气流经部件的时候静电就会成为一个问题。对于不在其电路板上使用敷形涂层的低压变频器来说，这尤为重要。

对于电机型号在400马力以上的变频器来说，已经大到不能安装在墙上了，只能安装在可以固定在地板上的独立结构里。这些被称为柜式安装的变频器需要一个单独的空气通道来冷却散热片。

图2：用户应该了解不同安装选项的内在风险和好处，从而对变频器的性能进行优化。

适当的变频器安全性

在决定如何以及在哪里安装变频器时，电弧的安全问题是需要特别关注的。

在MCC内安装变频器最有说服力的理由是其安全性是与MCC整体设计保持一致的。在MCC内安装变频器时，所有人员安全方面的问题都与整个MCC决策制定流程相关。如果想要MCC具有抗电弧性能，变频器的机柜也必须能抗电弧。

除了电弧闪光的防护，还有一些其他与MCC安装有关的人员安全问题：

在一个UL-845的MCC单元里，变频器必须在一个经过测试的、位于列表内的系列组合当中（应该是由MCC制造商来执行），其水平要满足或高于MCC短路的额定值。只要MCC整体规格要求满足现场条件，这就会确保MCC内部的每个单元都被证明可以连接到该系统。

用户访问变频器所需的人机界面（HMI），通常按照MCC的形式被移到设备单元柜门外侧，除非有其他特殊的规定。这意味着当操作员想要在其显示屏上对变频器进行读取、调整、编程或故障诊断时，他们不需要打开设备单元柜门以及将其暴露在柜内的安全危险面前。

如果在ICP内部安装变频器，同样需要考虑多个安全方面的问题。如果用户在采购说明中没有要求短路电流额定值（SCCR）,一些ICP制造商会善意地提供具备5kA额定值的ICP。这意味着用户不能将ICP连接到可能故障电流（AFC）在5kA以上的电力系统里。不过实际上5kA的AFC在工业应用场合不太可能会达到，特别是在使用480V供电的时候。

而且，弧闪安全以及上锁挂牌的要求通常意味着ICP的主断路器要断开，在ICP内部做任何操作或连接ICP之前要进行上锁和挂牌操作。要管理有多个、贯穿柜门的断路器设备是极其困难的。在系统的一部分关闭，整个系统也必须要关闭的情况下，ICP会比MCC或单独的变频器更明智。

同时，对于壁挂式以及柜式的变频器来说，SCCR也是至关重要的。如果可能，尽量以组合单元的形式购买变频器，因为主断路器以及过电流保护装置都会被整合到变频器成套设备中。这解决了SCCR问题以及其他电气安全问题。

另一个与大型变频器相关的问题是它们通常很重。例如，维护技术人员经常使用工具、起重机、甚至让叉车上场，这会将变频器和工人置于风险之中。一种推出底盘的设计使用了一种特殊的类似卡车装配的设计，可以与位于变频器机柜底部的内部导轨相匹配，这样可以为移动很重的设备部件提供简单安全的方法。

变频器安装的可达性、安全性、维护性以及适宜性会产生长期影响，而在设计和计划阶段不会立刻显现出来。通过对不同安装选项的内在风险和好处的了解，用户可以在变频器的整个生命周期内对其性能进行优化，同时还可能减少停机时间和安全风险。