隨著我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展，變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）作為電力電氣設(shè)備的一部分，越來越多地參與到工業(yè)生產(chǎn)中。但大部分用戶對(duì)VFD的安裝環(huán)境和安全性不了解，導(dǎo)致成本和安全性不穩(wěn)定。了解VFD的安裝選項(xiàng)可以幫助用戶節(jié)省成本，減少停機(jī)時(shí)間，提高運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性。
在選擇安裝低壓VFD的位置和方式時(shí)，成本往往是決定性因素。然而，將成本放在關(guān)于安裝VFD的關(guān)鍵決策之前可能會(huì)導(dǎo)致更高的擁有成本。還會(huì)增加意外停機(jī)的可能性，造成安全隱患。
無論用戶是否計(jì)劃在新的或現(xiàn)有的設(shè)施中安裝VFD,他們都應(yīng)該首先考慮以下環(huán)境和安全問題。用戶只有了解安裝選項(xiàng)的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)和好處，才能優(yōu)化VFD的性能。
一、VFD的環(huán)境問題
高溫是VFD可靠性的最大敵人。如果管理無效，熱量會(huì)積聚在被驅(qū)動(dòng)的功率晶體管的結(jié)層上。這可能導(dǎo)致地層融化或熔化。過熱還會(huì)危及VFD的智能功率模塊。這將影響到在VFD內(nèi)部協(xié)同工作的數(shù)百個(gè)小型分立元件和組件。
從環(huán)保角度來說，在MCC中安裝VFD是一個(gè)比較理想的選擇。UL-845:電機(jī)控制中心解決整個(gè)MCC布置過熱管理問題的要求和測(cè)試程序。這意味著MCC廠家需要證明安裝在MCC內(nèi)的VFD不會(huì)損壞，或者說VFD產(chǎn)生的熱量不會(huì)損壞MCC內(nèi)的其他設(shè)備。
然而，重要的是要記住，UL-845清單上正確的熱管理和裝配設(shè)備只能由MCC制造商完成。即使是根據(jù)UL-508a認(rèn)證的外殼制造商也不能將VFD添加到MCC中，并且不能維護(hù)其UL-845列表。如果MCC中的單元不在UL-845列表中，則整個(gè)MCC列表無效。
如果在工業(yè)控制柜(ICP)中安裝一套VFD而不是MCC，會(huì)讓最終用戶承擔(dān)熱管理的負(fù)擔(dān)。如果ICP必須密封，通常需要一個(gè)空調(diào)來保持內(nèi)部溫度在VFD的設(shè)計(jì)限值內(nèi)(或其他ICP組件的限值)。一個(gè)通用的經(jīng)驗(yàn)法則是，VFD將釋放流經(jīng)它的總功率的3%左右，并將其作為熱量輻射到周圍環(huán)境。
通風(fēng)ICP時(shí)，室外最高溫度時(shí)的總通風(fēng)量必須足以使室內(nèi)溫度保持在VFD的設(shè)計(jì)限值內(nèi)。此外，如果循環(huán)的外部空氣含有灰塵或水蒸氣，則必須使用過濾器來消除污染。維護(hù)故障和定期更換過濾器會(huì)導(dǎo)致部件過熱。
對(duì)于安裝在ICP中的VFD，另一個(gè)關(guān)鍵的與熱相關(guān)的問題是在VFD周圍留有足夠的間隙，以實(shí)現(xiàn)正常的氣流。每一個(gè)VFD的設(shè)計(jì)都要求最小間隙，包括頂部、底部和側(cè)面到側(cè)面，這對(duì)于內(nèi)部電路板和元件的散熱非常重要。經(jīng)常看到一些沒有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)柜廠家誤以為開槽電纜管不會(huì)成為障礙，所以布置得離VFD太近。但卻成了空氣正常流動(dòng)的障礙，留不下足夠的間隙，往往導(dǎo)致VFD過早失效。
壁掛式VFD通常配有風(fēng)扇，驅(qū)動(dòng)空氣流過VFD的外殼，實(shí)現(xiàn)散熱。還要考慮周圍空氣中可能存在的其他物質(zhì)，包括水蒸氣、機(jī)油、灰塵、化學(xué)物質(zhì)和氣體。這些物質(zhì)可能進(jìn)入VFD而造成傷害，或者造成殘?jiān)逊e，從而降低冷卻效率。對(duì)于壁掛式VFD來說，防止障礙物阻礙氣流同樣重要。有些氣體，如硫化氫，應(yīng)該避免使用，因?yàn)樗鼤?huì)腐蝕印刷電路板和連接部件。而且，在使用某些驅(qū)動(dòng)器時(shí)，需要將相對(duì)濕度保持在最低值以上，因?yàn)槿绻停?dāng)空氣流過部件時(shí)，靜電就會(huì)成為問題。
這對(duì)于其電路板上不使用保形涂層的低壓VFD來說尤其重要。對(duì)于電機(jī)型號(hào)在400馬力以上的VFD來說，體積太大，無法安裝在墻上，只能安裝在可以固定在地板上的獨(dú)立結(jié)構(gòu)中。這些被稱為柜裝的VFD需要單獨(dú)的風(fēng)道來冷卻散熱片。
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，以便優(yōu)化VFD的性能。
二、適當(dāng)?shù)腣FD安全
在決定如何以及在哪里安裝VFD時(shí)，arc的安全性需要特別注意。在MCC中安裝VFD最有說服力的理由是其安全性與MCC的整體設(shè)計(jì)相一致。在MCC安裝VFD時(shí)，所有的人員安全問題都關(guān)系到整個(gè)MCC的決策過程。如果MCC要有耐弧性，VFD的機(jī)柜也必須有耐弧性。
除了保護(hù)電弧閃光之外，還有其他與MCC安裝相關(guān)的人員安全問題:在一臺(tái)UL-845 MCC機(jī)組中，VFD必須處于一系列經(jīng)過測(cè)試的組合中(應(yīng)由MCC制造商實(shí)施)，其水平應(yīng)滿足或超過MCC短路額定值。
只要MCC的整體規(guī)格滿足現(xiàn)場(chǎng)條件，這將確保MCC內(nèi)的每個(gè)單元都可以被證明是連接到系統(tǒng)的。用戶訪問VFD所需的人機(jī)界面(HMI)通常以MCC的形式移至設(shè)備單元的柜門外，除非有其他特殊規(guī)定。這意味著當(dāng)操作人員想要讀取、調(diào)整、編程或診斷其顯示屏上的VFD時(shí)，他們不需要打開設(shè)備單元的柜門，使其暴露在柜內(nèi)的安全隱患中。
如果ICP內(nèi)部安裝VFD，也有很多安全問題需要考慮。如果用戶在購(gòu)買說明中沒有要求額定短路電流(SCCR)，一些ICP制造商會(huì)善意地提供一個(gè)額定5kA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)。然而，事實(shí)上，5kA的AFC在工業(yè)應(yīng)用中是不太可能實(shí)現(xiàn)的，尤其是在使用480V電源時(shí)。而且，電弧閃光安全和上鎖掛牌的要求，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，都要進(jìn)行上鎖掛牌操作。
管理具有多個(gè)直通門的斷路器設(shè)備極其困難。當(dāng)系統(tǒng)的一部分關(guān)閉，整個(gè)系統(tǒng)必須關(guān)閉時(shí)，ICP會(huì)比MCC或單獨(dú)的VFD更敏感。同時(shí)，SCCR對(duì)于壁掛式和柜式VFD也很重要。有條件的話盡量買VFD作為組合單元，因?yàn)橹鲾嗦菲骱瓦^流保護(hù)裝置會(huì)集成到VFD成套設(shè)備中。這解決了SCCR問題和其他電氣安全問題。
與大功率VFD相關(guān)的另一個(gè)問題是它們通常很重。比如維修技師經(jīng)常使用工具、吊車甚至叉車，會(huì)讓VFD和工人處于危險(xiǎn)之中。推出式機(jī)箱的設(shè)計(jì)采用了類似卡車組裝的特殊設(shè)計(jì)，可以配合位于VFD柜體底部的內(nèi)部導(dǎo)軌，為移動(dòng)重型設(shè)備部件提供了一種簡(jiǎn)單安全的方法。VFD安裝的可達(dá)性、安全性、可維護(hù)性、適用性會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響，不會(huì)在設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段立即表現(xiàn)出來。通過了解不同安裝選項(xiàng)的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)和好處，用戶可以在整個(gè)生命周期內(nèi)優(yōu)化VFD的性能，還可能減少停機(jī)時(shí)間和安全風(fēng)險(xiǎn)。
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