变频调速及变频器

关键词： 拖动 调速

变频调速及变频器（精选十篇）

变频调速及变频器 篇1

三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、维护方便等优点被广泛应用于现代企业中。在由三相异步电动机作为原动机的电力拖动系统中, 被拖动的生产机械为适应工艺过程的要求, 往往需要改变运行速度。实现生产机械转速变化的要求有两种办法, 一是机械调速即通过改变机械传动机构速比来使速度变化;二是电气调速即通过改变电动机电气参数, 在负载不变的情况下, 得到不同运行速度的方法。实践生产中常用的电气调速方法比较多, 有变极调速、变转差率调速。变极调速是通过改变定子绕组的接线方式改变电动机的极数从而实现电动机转速的变化;变转差率调速包括绕线式电动机转子回路串电阻调速、串级调速和调压调速。这些方法存在调速不平滑、不节能或机械特性不理想等问题。随着电力电子技术的快速发展, 变频调速以显著的节电效果、优良的调速特性及广泛的实用性正逐渐取代传统的调速方法, 成为是现代交流调速技术的主要方向。

1 三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机也被称为感应电动机, 与直流电动机不同, 其转子绕组是在旋转磁场的切割作用下产生感应电流, 并在磁场中受到电磁力作用, 产生电磁转矩, 从而使转子旋转。旋转磁场如何产生的是理解三相异步电动机工作原理的关键:空间对称分布的三相定子绕组通以三相对称交流电, 由于交流电电流方向会随时间发生周期性变化, 使定子绕组磁场的方向随时间旋转, 旋转方向由相序决定 (电流超前相指向电流滞后相) , 旋转速度与交流电频率成正比列关系, 与磁极对数成反比例关系。

2 变频调速

2.1 变频调速原理

三相异步电动机转子转速为

式中n为电动机转速;n0为电动机定子旋转磁场转速;s为转差率 (转子转速落后旋转磁场转速的比率) ;f为定子电源频率;p为定子磁极对数。由 (1) 可知:三相异步电动机转子转速由定子电源频率、磁极对数及转差率决定。要想改变电动机的转速只要改变定子电源频率、磁极对数及转差率即可达到调速的目的。

2.2 变频调速基本控制方式

三相异步电动机的电源额定频率称为基频。变频调速时可以从基频向上调, 也可以从基频向下调, 这两种情况下的控制方式是不同的。

2.2.1 基频向下的变频调速:

电源频率降低, 如果保持电压不变, 主磁通将增加, 使励磁电流增加使励磁绕组过热;同时磁路处于过饱和状态, 铁芯损耗急剧增加导致电动机过热。这都将造成电动机绕组老化甚至烧毁。所以在向下调节电源频率的同时应配合向下调节电源电压并保持U/f=常数, 才能使电动机保持一个良好的运行特性。

2.2.2 基频向上的变频调速:

电源频率升高, 如果保持电压不变, 主磁通将减少, 由于电动机电磁转矩与磁通成正比关系, 所以电动机输出的转矩将随电源频率升高反比下降。对于鼠笼式三相异步电动机都采用从基频向下的变频调速, 而不采用基频向上的变频调速。

3 变频器

实现三相异步电动机的变频调速关键是要有一套能同时改变电源电压及频率的供电装置, 可以将电压和频率固定不变的工频交流电转变成电压和频率可变的交流电, 该装置称为变频器。

3.1 变频器

是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另外频率和电压值的电能控制装置。变频器主要由整流 (交流变直流) 、滤波、逆变 (直流变交流) 、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的, 根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压, 进而达到节能、调速的目的, 另外, 变频器还有很多的保护功能, 如过流、过压、过载保护等等。

3.2 变频器硬件结构

3.2.1 主电路:

是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分。变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器, 直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器, 其直流回路滤波是电感。它由三部分构成, 将工频电源变换为直流功率的“整流器”, 吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”, 以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 (1) 整流器:最近大量使用的是二极管的变流器, 它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器, 由于其功率方向可逆, 可以进行再生运转; (2) 平波回路:在整流器整流后的直流电压中, 含有电源6倍频率的脉动电压, 此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动, 采用电感和电容吸收脉动电压 (电流) 。装置容量小时, 如果电源和主电路构成器件有余量, 可以省去电感采用简单的平波回路; (3) 逆变器:同整流器相反, 逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率, 以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。

3.2.2 控制电路:

是给异步电动机供电 (电压、频率可调) 的主电路提供控制信号的回路, 它有频率、电压的“运算电路”, 主电路的”电压、电流检测电路”, 电动机的“速度检测电路”, 将运算电路的控制信号进行放大的”驱动电路”, 以及逆变器和电动机的“保护电路”组组成成。。 (1) 运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算, 决定逆变器的输出电压、频率; (2) 电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等; (3) 驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断; (4) 速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器的信号为速度信号, 送入运算回路, 根据指令和运算可使电动机按指令速度运转; (5) 保护电路:检测主电路的电压、电流等, 当发生过载或过电压等异常时, 为了防止逆变器和异步电动机损坏, 使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

4 结束语

变频器不但可以用于调速, 还可以用于三相异步电动机的软启动。由于三相异步电动机旋转磁场速度与交流电频率成正比例关系, 低频启动降低了旋转磁场速度, 即降低了磁场切割转子的速度, 所以降低了电动机的启动电流。变频调速以显著的节电效果、优良的调速特性及广泛的实用性正逐渐取代传统的调速方法, 成为是现代交流调速技术的主要方向。

摘要：三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、维护方便等优点被广泛应用于现代企业中, 为满足现代企业对交流拖动设备的需求, 如何合理地选择调速方法并发展更先进的调速方法是摆在相关技术人员面前的一项现实任务。文章对三相异步电动机的变频调速原理做了阐述, 并对变频器的硬件结构做了介绍, 说明了变频调速方法的先进性和实用性。

关键词：三相异步电动机,变频调速,变频器

参考文献

[1]杨宗豹.电机及拖动基础[M].冶金工业出版社, 2003.

变频调速及变频器 篇2

由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此人们对制冷系统及压缩机的研究重点一直是在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发温度。这种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种频繁的起停过程。

而变频调速技术主要由以下4个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM波的生成以及变频压缩机的电机选择。

2 三种变频压缩机的研究状况

针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到变频特性的发挥;从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。

2.1 往复式活塞压缩机

日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机，又在1981年开发了转子式变频压缩机，文献[1]给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往复式在频率为25~75Hz时，效率高;而转子式在30~90Hz时，效率高。并且两种机型均存在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外，Scalabrin测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出这台压缩机的容积效率在转速为1000rpm时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而增高[2]。Krueger讨论了BPM电机及变频器的设计，对转速在~5000rpm的冰箱和往复式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为3000~5000rpm时制冷系数最高;而文献[3]则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内2000~4000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。

2.2 滚动转子式压缩机

在1984年，日本东芝公司的Sakurai和美国普渡大学的Hamilton建立了简单的滚动转子式压缩机的摩擦损失模型[4]，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献[5]叙述了日立公司1983年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献[6]研究了单缸和双缸转子压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献[7]采用低密度和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献[8]简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、转子和滑处的温度及应力分布的有限元分析结果。Liu和Soedel分析了变频转子压缩机的吸气和排气气流脉动[9，10]和吸气管气缸间的传热及压缩机的温度分布[11]，讨论了影响变频转子压缩机容积效率和气缸压缩过程效率的因素，给出了他们用计算机模拟计算出的在不同转速下的容积效率和压缩过程效率，从实验数据和文献[1]的实验可以看出，其计算的容积效率随转速的增大而很快的增大。

2.3 涡旋式压缩机

涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献[12]论及到了，19法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利[13]。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机，具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点，尤其是用于变频控制运行。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法，因而长期未能完成其实用化。进入70年代，美国A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的`涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电(SANDEN)公司开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机，1983年日立公司开始生产2~5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外，在美国，自Copeland公司1987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机。而变频涡旋压缩机已应用于柜式空调器上，节能效果明显，制冷系数提高20%左右，成为目前涡旋压缩机的一个研究热点。

3 变频调速技术的发展及现状

变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求，目前已应用于新一代的空调器上，在90年代初进入国内空调市场，其核心是：逆变器、微控制器、PWM波的生成和变频压缩机的电机。

3.1 逆变器

变频空调的核心部件是变频器，其主要电路采用交-直-交电压型方式。交-直过程一般采用单相二级管不可控直接整流，直-交过程一般采用6管三相逆变器，另有一个辅助电源，一个逆变器控制器和相应的驱动电路。

早期的变频器采用分立元件构成，整流器采用单相倍压整流电路，逆变器由6只分立的功率晶体管(GTR)构成。这种电路复杂，可靠性差。目前大部分厂家采用的逆变桥由6个绝缘栅极晶体管(IGBT)组成，其综合了MOSFET和GTR的优点，开关频率高、驱动功率小。随着智能功率模块(IPM)技术的发展应用，IPM正在逐步取代普通IGBT模块。由于IPM内部既有IGBT的棚极驱动和保护逻辑，又有过流、过(欠)压、短路和过热探测以及保护电路，提高了变频器的可靠性和可维护性。另外，IPM的体积与普通IGBT模块不相上下，价格也比较接近，因此目前应用较为广泛。比较成功的产品如：日本三菱电机公司所生产的PM20CSJ060型以及日本新电元公司生产的TM系列IPM模块等。

功率因素校正(PFC)环节和逆变桥集成是新一代的空调器逆变电源技术。PFC技术的应用不但可以极大改善电网的工作环境，减少输电线的损耗，而且在变频工作时可以减小输入端电感和输出端电容器，减小模块体积。因此PFC环节和IPM逆变桥集成一体化是家用空调器发展的必然。

3.2 微控制器

微电子技术的发展使变频调速的实现手段发生了根本的变化，从早期的模拟控制技术发展数字控制技术。目前国外一些跨国公司的微控制器产品占据着主要的市场，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。这些公司的产品性能价格比较高、功能强大，如带有A/D转换器、PWM波形发生器、LED/LCD驱动等，且一般都有OTP产品以及功耗低可长期稳定的工作。微控制器目前主要由单片机向DSP(信号处理器)过渡。以目前应用比较广泛的TI公司的TMS320C240为例，其具有：50Ns的指令周期，544字的RAM，16K的EEPROM，12个PWM通道，三个16位计数器，两个10位A/D转换，WATCHDOG，串行通讯口，串行外围接口等，采用DSP，可使控制电路简单，而且控制功能强大。

3.3 PWM波的生成

在家用空调器中，目前国内大部分厂家采用常规的SPWM方法，在国外，在部分厂家以采用磁通跟踪型SPWM生成方法，该方法以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁链的给定轨迹―理想磁通圆，即用空间电压矢量的方法决定逆变器的开关状态，以形成PWM波形，该方法电压利用率高，低频谐波转矩小，频率变化范围宽、运行稳定，具有比较好的控制性能。近期出现的PAM控制(Pulse Amplitude Modulation)不采用载波频率进行整流，而直接改变电压，减少了整流所需的能耗，提高了变频器的工作效率，满足了节电和降低高次谐波的要求，使供暖能力得到提高。

3.4 变频压缩机的电机

变频压缩机电机主要分为交流异步电动机和直流无刷电动机两种。目前国内一些大的压缩机生产厂家如：万宝、松下、上海日立、东芝万家乐等已有能力生产变频压缩机(包括交流机和直流机)，交流电动机成本低，制造工艺简单，但其节能效果较差。直流无刷电机拖动由无刷电机本身，转子位置传感器和电子换向开关组成。转子磁极为永磁体，电枢绕组采用自控式换流，定子旋转磁场与转子磁极同步旋转，通常采用按转子磁场定向的定子电流矢量变换控制，既有普通直流电机良好的调速性能和启动性能，又从根本上消除了换向火花、无线电干扰的弊端，具有寿命长、可靠性高和噪声低，控制方便等优点。以三菱电机公司开发的适用于空调压缩机的节能高效直流无刷电机为例，其具有：转子上安装了8块V字型永久磁体。磁体为埋入式，转子不会在不锈钢外壳中因涡流因而产生损耗;采用了新的压缩机电机驱动方式，效率比普通的无刷电机高，但是这种压缩机电机的价格较高。

开关磁阻电动机(SRM)是80年代新推出的变速传动系统，由磁阻电动机和控制器组成，是新一代机电一体化产品。该电机结构十分简单，但是比普通磁阻电动机多了转子位置检测器(一般为光电检测)，总体上比较流异步电动机简单、坚固和便宜，又因为绕组电流是直流脉冲，只需整流，无需逆变，所以控制电路简单。目前有关SRM的理论尚不够完善，低速时，转矩有些脉动，噪声和震动较大，转速的稳态精度不够高等，有待今后进一步研究解决。

变频器性能研究及发展趋势 篇3

【关键词】变频器；功能；发展趋势

引言

由于直流电机存在诸如运行中产生火花、对环境要求较高、电刷易于磨损、维护麻烦等自身结构上的问题，其使用受到了极大的限制。因此，不得不采用变级调速、降电压调速、串电阻调速等交流调速方案，然而这些方案不是十分复杂，就是功耗较大，都不十分理想。实际上，人们早己认识到了变频调速是最好的交流调速方法，只是由于当时的具体条件，变频调速很难实现。

1.变频器调速控制

在交流变频调速技术的控制策略方面，现代变频调速最初采用v/f恒定的开环控制方法，后来提出了转差频率的控制，使系统性能有所改善，但它仍然是基于电机的稳态模型推出的平均值控制，稳定性和动态性能仍然无法和直流调速相比。70年代初，德国西门子公司的EBlashke以专利的形式提出了异步电机的磁场定向控制原理，即用矢量变换的方法研究交流电机的动态规律。这种矢量控制系统以正确的转子磁场定向为基础，然而，由于转子磁链难以准确地观察，系统特性受到很大的影响，因此使转差频率型的矢量控制系统得到了广泛的应用。1985年德国学者M.DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制，其主要特点，在于它完全摒弃了矢量控制中的解祸控制思想，取消了矢量计算和旋转变换，简单的通过检测定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机磁链和转矩，根据与给定值比较所得的差值，实现对转矩和磁链的双位式控制，转矩响应理论上可达到创纪录的水平。

近年来，交流调速控制中的另一个研究热点是现代控制理论的应用，各种非线性控制的方法相继被提出，滑模变结构控制的提出增强了交流调速系统的鲁棒性，以消除参数变化和扰动对系统的影响。虽然这些现代控制方法离实用还有相当的距离，但随着微控制器等硬件资源的不断发展，这些新的领域是未来交流调速技术发展的重要方向。

2.变频器节能效应

变频器的损耗包括电力电子器件的驱动损耗与电力电子器件本身的损耗。目前变频调速系统的电力电子器件以IGBT为主，其驱动损耗极小可以忽略，这样变频器损耗主要就是电力电子器件的损耗，主要包括器件的通态损耗与关断损耗：通态损耗取决于器件的管压降和负载电流，开关损耗取决于开关频率和负载电流。因此变频器损耗随着电流幅值的增大而增大。

对于小功率应用场合，变频器的损耗在变频调速系统总损耗中所占比例很小，可以忽略不计，但随着系统容量的增大，变频器损耗在总损耗中所占的比例逐渐升高，如对于变频器供电100kw的异步电机，在额定负载时变频器的损耗与电机的损耗就已经各占一半。理論分析和实验结果表明，考虑变频器损耗与仅考虑异步电机损耗相比，对效率优化控制结果影响并不明显；事实上，仅考虑异步电机效率优化控制的结果使得电机定子电流幅值减少，从而降低了变频器的开关损耗。

异步电机损耗中的机械损耗和杂散损耗，与电机转速和实际工况（输出转速与）有关，属于不可控损耗；铜损和铁损与电机电流与磁链相关，可以通过一定的控制策略加以控制，属于可控损耗。因此，变频调速系统的节能控制，实际是采取相应的控制策略控制异步电机损耗中的铜损与铁损（可控损耗），提高变频调速系统的运行效率。目前国内外变频调速系统的节能控制策略主要分为基于损耗模型的节能控制和基于在线搜索的节能控制：前者是结合所考虑的损耗类型，建立异步电机损耗模型，通过基本理论与公式推导以及一定的简化处理，得出相应的节能控制策略，主要有全损耗模型控制、直接降压控制、恒转差频率控制、恒功率因数控制、铜损等于铁损控制和单位定子电流最大转矩控制；后者根据在线搜索的控制变量不同主要有搜索输入功率、搜索定子电流、搜索直流母线电流等控制策略。

3. TMdrive-MV系列高压IGBT变频器

我司研制的TMdrive-MV系列高压IGBT变频器具有以下特点：

（1）容量范围广

驱动3KV、6KV、10KV等级的异步电动机，容量覆盖范围广3.3KV（200KVA到3000KVA） 、6KV（360KVA到10200KVA）10KV（600KVA到19000KVA）。

（2）电源的优质负载，电动机的优质动力源

达到IEEE-519要求标准。不需要更换原设电动机。

（3）高效率

输出电流基本为正弦波，减少了电动机的高次谐波损失。不需设输出变压器，消除了由此造成的效率损失。

（4）高功率因数

采用二极管全波整流，显著提高了功率因数。（输入功率因数达0.95以上）

（5）节省能源

排风机、风扇、泵等平方转矩负载的可变速驱动，可大幅度节省能源。

（6）高可靠性

主回路中采用了最新的三菱品牌1700V高压IGBT，在减少部件数量的同时，也大幅度提高了可靠性。采用了功率电子控制的专用32位微处理器。

4. 变频调速技术发展趋势

（1）低电磁噪音、静音化

新型通用变频器除了采用SVPWM调制实现静音化外，还在通用变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路APFC，在逆变电路中采取Soft-PWM控制技术等，实现所谓的清洁电能的变换。

（2）专用化

新型通用变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，派生了许多专用机型如风机水泵空调专用型、起重机专用型、恒压供水专用型、交流电梯专用型、纺织机械专用型、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型等。

（3）系统化

通用变频器除了发展单机的智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。如西门子公司提出的集通讯、设计和数据管理三者于一体的“全集成自动化”（TIA）平台概念，可以像驱动装置嵌入“全集成自动化”系统那样进行，为用户提供最佳的系统功能。

（4）网络化

新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线：Profibus-DP！ModbuSPluS等通讯。

（5）“易于使用”的模式

新型通用变频器机内固化的“调试指南”会引导你一步一步地填入调试表格，无需记住任何参数，充分体现了易操作性。如西门子公司的新一代MlcROMASTER420/440因采用了一种称为/易于使用0的成功概念，使得操作变得非常简单。

（6）参数趋势图形

新型通用变频器的参数趋势图可适时地显示各信号的现时运行状态，用户在调试过程中，可随时监控和记录运行参数。如西门子公司的新一代MlcRoMASTER420/440的高级操作板AOP，可使变频器的参数上装或下装。

5.结语

70年代以后，功率晶体管（GTR）、门极关断晶闸管（GTO晶闸管）、功率MOS场效应晶体管（PowerMOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT），MOS控制晶闸管（MCT）等先后问世，这些器件都是既能控制导通又能控制关断的自关断器件，又称全控型器件。它不再需要强迫换相电路，使得逆变器构成简单、结构紧凑。电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。

参考文献

[1] 熊妍，沈燕群，江剑，何湘宁.IGBT损耗计算和损耗模型研究[J].电源技术应用. 2006（05）

变频调速及变频器 篇4

变频器谐波产生的过程

通用变频器的高次谐波发生原理通用变频器的电源所供给的交流电流经桥式整流器整流后, 用电容稳压成平滑的直流电供给逆变器部。为了给该平滑电容充电, 交流输入电流就会成为含高次谐波的失真波形。

电力公司供给的商用电源的频率 (50Hz) 称为基本波频率 (以下简称基波) , 此基波的整数倍 (n) 的频率成分称为n次高次谐波。基波上叠加了高次谐波的波形会发生畸变。对于三相整流负载, 变频器主要产生5、7 次谐波。包括整流回路的电器回路中, 使用电抗、电容平滑回路时, 产生较多的高次谐波, 输入电流波形发生畸变 (如图1 所示) 。

变频器谐波产生的问题

变频器产生的高次谐波对周边设备会带来的以下不良影响。

变频器谐波会引起电网电源波形畸变, 会对同一电网内的其他设备元件产生谐波损耗, 降低了其他用电设备的使用寿命和效率。

变频器产生的高次谐波通过电线传导, 会对其他控制设备和开关电器产生不良影响, 使这些设备出现误动作。流入设备的高次谐波电流会造成异常声响、振动、烧坏等事故。

变频器谐波谐波会使电机产生损耗, 还会产生机械振动、噪音、过电流和过热, 使电机效率降低和减少使用寿命。

变频器谐波会产生电波噪声, 对变频器周围的通讯系统产生干扰, 对AM收音机产生干扰电压, 使通讯系统无法正常工作。

变频器谐波还会产生辐射干扰, 对位置编码器等测量和计量仪器的等产生不良影响。

传统变频器谐波的治理对策

由于传统变频器的电压和电流的波形畸变产生的谐波问题, 传统的可采取屏蔽、隔离、接地及滤波等技术手段。

将变频器的供电电源和与其它设备的供电电源独立分开。可在变频器的输入侧安装隔离变压器, 与其他设备隔离开。

加装交流电抗器和直流电抗器:通过加装电抗器, 可以减少脉冲电流波形的峰值, 增加电流的平滑度, 达到改善电流波形的目的, 有效抑制高次谐波。

加装无源或有源滤波器:滤波器由L、C、R元件构成对高次谐波的共振电路, 从而达到吸收高次谐波的作用。

变频器整流电路的PWM控制, 多个逆变单元并联, 通过波形移位叠加, 抵消谐波分量;在传统的6 脉冲整流的基础上, 整流单元并联, 采用12 脉冲、18 脉冲、24脉冲整流, 以降低谐波成分。

矩阵变频器的应用

传统变频器谐波的治理只能是被动治理, 而如果变频器本身能够具有无谐波或谐波很小, 则就能根本解决或大部分治理变频器谐波的危害。而矩阵变频器就具有下述优点。

矩阵变频器的原理

矩阵式变频器 (见图2) 是以PWM控制, 将交流电源直接转换为任意电压频率, AC - AC直接变换的功率变换回路。三相交流电源通过LC回路的输入滤波器, 与双方向9 个开关连接, 与输出连接, 直接输出任意电压及频率的AC/AC转换装置。与以往的通用变频器不同的是中间没有使用晶体管和电容的直流回路, 简单而高效率。无电容充放电而引起的高次谐波电流。电流畸变可降低到5% 左右。另外, 由于可以使电流往双方向流动, 因此, 减速时等电机上9 个双方向开关所产生的制动 (再生) 电力可以反馈至电源侧, 并可在其他机械上再利用。

矩阵变频器使用了9 个半导体开关, 按照PWM算法控制开关顺序, 并直接连接到三相电机上。每一个半导体开关由2 个IGBT组成双向开关组成, 能允许正向电压和负向电压通到电机上。矩阵变频器使用三相电网电压输入来控制输出电压, 这样能吸收任何电流杂波, 同时提供了正弦的输出电压波形, 能大幅降低输入电流的谐波的产生, 矩阵变频器高次谐波只是传统的交-直-交变频器的10%以下。

从图3 可知, 矩阵变频器主回路无平滑电容, 不会造成供电电压和电流波形畸变, 其输入电流和输出电压均为正弦波形, 与传统的交交变频器和交直交变频器相比, 具有显著特点, 可以实现四象限运行, 可以将再生能量直接回馈电网, 无须外部加装谐波滤波装置, 效率高, 结构紧凑, 控制自由度大。所以具有更广阔的应用前景。

矩阵变频器的应用

由于矩阵变频器省去了中间直流环节, 无须平滑电容。能实现功率因数为1, 且能能量回馈, 实现四象限运行, 可以实现变频器本身基本无高次谐波。矩阵变频器是一种具有优良控制性能和发展前途的新型变频电源。但过去十几年, 由于关键控制理论的技术实现问题, 电力电子元器件功能问题和主要元器件的价格问题, 市场上基本没有市场化的产品。

2015 年, 日本安川公司已将矩阵变频器产品化。安川U1000 系列变频器就是矩阵变频器, 其能实现输入电流是正弦波, 输入电源高次谐波符合IEEE519 (输入THD<5%) , 输入功率因数为1。与通用变频器因为主回路电容充放电而引起的输入电流的畸变 (高次谐波电流) 不同, U1000 可轻松对应高次谐波准则。其U1000 系列矩阵变频器已开始应用到起重、电梯、扶梯等其他需要连续电动又连续制动的场合。矩阵变频器最适合应用到需要那些有要求无干扰, 低谐波的应用场合, 如在医疗设备, 电信通讯, 银行数据中心机房等。

结语

变频器常见故障及解决方案 篇5

变频器故障判断及处理

1.1

逆变功率模块的损坏

1.1.1

判断

逆变功率模块主要有IGBT、IPM

等，检查外观是否已炸开，端子与相连印制板是否有烧蚀痕迹。用万用表查C-E、G-C、G-E

是否已通，或用万用表测P

对U、V、W

和N

对U、V、W

电阻是否有不一致，以及各驱动功率器件控制极对U、V、W、P、N的电阻是否有不一致，以此判断是哪一功率器件损坏。

1.1.2

损坏的原因查找

（1）器件本身质量不好。

（2）外部负载有严重过电流、不平衡，电动机某相绕阻对地短路，有一相绕阻内部短路，负载机械卡住，相间击穿，输出电线有短路或对地短路。

（3）负载上接了电容，或因布线不当对地电容太大，使功率管有冲击电流。

（4）用户电网电压太高，或有较强的瞬间过电压，造成过电压损坏。

（5）机内功率开关管的过电压吸收电路有损坏，造成不能有效吸收过电压而使IGBT损坏，如图1所示。

（6）滤波电容因日久老化，容量减少或内部电感变大，对母线的过压吸收能力下降，造成母线上过电压太高而损坏IGBT。正常运行时母线上的过电压是逆变开关器件脉冲关断时，母线回路的电感储能转变而来的。

（7）IGBT或IPM功率器件的前级光电隔离器件因击穿导致功率器件也击穿，或因在印制板隔离器件部位有尘埃、潮湿造成打火击穿，导致IGBT、IPM损坏。

（8）不适当的操作，或产品设计软件中有缺陷，在干扰和开机、关机等不稳定情况下引起上下两功率开关器件瞬间同时导通。

（9）雷击、房屋漏水入侵，异物进入、检查人员误碰等意外。

（10）经维修更换了滤波电容器，因该电容质量不好，或接到电容的线比原来长了，使电感量增加，造成母线过电压幅度明显升高。

（11）前级整流桥损坏，由于主电源前级进入了交流电，造成IGBT、IPM损坏。

（12）修理更换功率模块，因没有静电防护措施，在焊接操作时损坏了IGBT。或因修理中散热、紧固、绝缘等处理不好，导致短时使用而损坏。

（13）并联使用IGBT，在更换时没有考虑型号、批号的一致性，导致各并联元件电流不均而损坏。

（14）变频器内部保护电路（过电压、过电流保护）的某元件损坏，失去保护功能。

（15）变频器内部某组电源，特别是IGBT驱动级+、-电源损坏，改变了输出值或两组电源间绝缘被击穿。

1.1.3

更换

只有查到损坏的根本原因，并首先消除再次损坏的可能，才能更换逆变模块，否则换上去的新模块会再损坏。

（1）IGBT

同绝缘栅场效应管一样要避免静电损坏。在装配焊接中防止损坏的根本措施是，把要修理的机器、IGBT

模块、电烙铁、人、操作工作台垫板等全部用导线连接起来，使得在同一电场电位下进行操作，全部连接的公共点如能接地就更好。特别是电烙铁头上不能带有市电高电位，示波器电源要用隔离良好的变压器隔离。IGBT模块在未使用前要保持控制极G

与发射极E

接通，不得随意去掉该器件出厂前的防静电保护G-E

连通措施。

（2）功率模块与散热器之间涂导热硅脂，保证涂层厚度0.1耀0.25

mm，接触面80%以上，紧固力矩按紧固螺钉大小施加（M4

kg·cm，M5

kg·cm，M6

kg·cm），以确保模块散热良好。

（3）机器拆开时，要对被拆件、线头、零件做好笔记。再装配时处理好原装配上的各类技术措施，不得简化、省略。例如，输入的双绞线、各电极连接的电阻阻值、绝缘件、吸收板或吸收电容都要维持原样；要对作了修焊的驱动印制板进行清洁和防止爬电的涂漆处理，以及保证绝缘可靠，更不要少装和错装零部件。

（4）并联模块要求型号、编号一致，在编号无法一致时，要确保被并联的全部模块性能相同。

（5）对因炸机造成铜件的缺损，要把毛刺修圆砂光，避免因过电压发生尖端放电而再次损坏。

1.1.4

更换模块后的通电

经常会更换模块后，一通电又烧毁了。为防止此类事故，一般在变频器的直流主回路里串入一电阻，电阻阻值为1耀2

k赘，功率50

W以上，由于电阻的限流作用，即使故障开机也不会损坏模块。空载时流过电阻的电流小，压降也小，可做空载检查。

一般只要空载运行正常，去掉电阻大都会正常。

1.2

整流桥的损坏

1.2.1

判断

用万用表电阻挡即可判断，对并联的整流桥要松开连接件，找到坏的那一个。

1.2.2

损坏原因查找

（1）器件本身质量不好。

（2）后级电路、逆变功率开关器件损坏，导致整流桥流过短路电流而损坏。

（3）电网电压太高，电网遇雷击和过电压浪涌。电网内阻小，过电压保护的压敏电阻已经烧毁不起作用，导致全部过压加到整流桥上。

（4）变频器与电网的电源变压器太近，中间的线路阻抗很小，变频器没有安装直流电抗器和输入侧交流电抗器，使整流桥处于电容滤波的高幅度尖脉冲电流的冲击状态下，致使整流桥过早损坏。

（5）输入缺相，使整流桥负担加重而损坏。

1.2.3

更换

（1）找到引起整流桥损坏的根本原因，并消除，防止换上新整流桥又发生损坏。

（2）更换新整流桥，对焊接的整流桥需确保焊接可靠。确保与周边元件的电气安全间距，用螺钉联接的要拧紧，防止接触电阻大而发热。与散热器有传导导热的，要求涂好硅脂降低热阻。

（3）对并联整流桥要用同一型号、同一厂家的产品以避免电流不均匀而损坏。

1.3

滤波电解电容器损坏

1.3.1

判断

出现外观炸开、铝壳鼓包、塑料外套管裂开，流出了电解液、保险阀开启或被压出，小型电容器顶部分瓣开裂，接线柱严重锈蚀，盖板变形、脱落，说明电解电容器已损坏。用万用表测量开路或短路，容量明显减小，漏电严重（用万用表测最终稳定后的阻值较小）。

1.3.2

找出电容损坏原因

（1）器件本身质量不好（漏电流大、损耗大、耐压不足、含有氯离子等杂质、结构不好、寿命短）。

（2）滤波前的整流桥损坏，有交流电直接进入了电容。

（3）分压电阻损坏，分压不均造成某电容首先击穿，随后发生相关其他电容也击穿。

（4）电容安装不良，如外包绝缘损坏，外壳连到了不应有的电位上，电气连接处和焊接处不良，造成接触不良发热而损坏。

（5）散热环境不好，使电容温升太高，日久而损坏。

1.3.3

电容的更换

（1）更换滤波电解电容器最好选择与原来相同的型号，在一时不能获得相同的型号时，必须注意以下几点：耐压、漏电流、容量、外形尺寸、极性、安装方式应相同，并选用能承受较大纹波电流，长寿命的品种。

（2）更换拆装过程中注意电气连接（螺钉联接和焊接）牢固可靠，正、负极不得接错，固定用卡箍要能牢固固定，并不得损坏电容器外绝缘包皮，分压电阻照原样接好，并测量一下电阻值，应使分压均匀。

（3）已放置一年以上的电解电容器，应测量漏电流值，不得太大，装上前先行加直流电老化，直流电先加低一些，当漏电流减小时，再升高电压，最后在额定电压时，漏电流值不得超过标准值。

（4）因电容器的尺寸不合适，而修理替换的电容器只能装在其他位置时，必须注意从逆变模块到电容的母线不能比原来的母线长，两根+、-母线包围的面积必须尽量小，最好用双绞线方式。这是因为电容连接母线延长或+、-母线包围面积大会造成母线电感增加，引起功率模块上的脉冲过电压上升，造成损坏功率模块或过电压吸收器件损坏。在不得已的情况下，另将高频高压的浪涌吸收电容器用短线加装到逆变模块上，帮助吸收母线的过电压，弥补因电容器连接母线延长带来的危害。

1.4

风机的损坏

1.4.1

风机的损坏判断

（1）测量风机电源电压是否正常，如风机电源不正常，首先要修好风机电源。

（2）确认风机电源正常后风机如不转或慢转，则风机已损坏，需更换。

1.4.2

损坏原因查找

（1）风机本身质量不好，线包烧毁、局部短路，直至风机的电子线路损坏，或风机引线断路、机械卡死、含油轴承干涸、塑料老化变形卡死。

（2）环境不良，有水汽、结露、腐蚀性气体、脏物堵塞、温度太高使塑料变形。

1.4.3

风机的更换

（1）更换新风机最好选择原型号或比原型号性能优越的风机，同样尺寸的风机包含很多种风量和风压品种。

（2）风机的拆卸有很多情况要牵动变频器内部机芯，在拆卸时要做好记录和标识，防止装回原样时发生错误。有的设计已充分考虑到更换方便性，此时要看清楚，不要盲目大拆、大动。

（3）风机在安装螺钉时，力矩要合适，不要因过紧而使塑料件变形和断裂，也不能太松而因振动松脱。风机的风叶不得碰风罩，更不得装反风机。

（4）选用风机时注意风机轴承是滚珠轴承的为好，含油轴承的机械寿命短。就单纯轴承寿命而言，使用滚珠轴承时风机寿命会高5耀10

倍。

（5）风机装在出风口承受高温气流，其风叶应用金属或耐温塑料制成，不得使用劣质塑料，以免变形。

（6）电源连接要正确良好，转子风叶不得与导线相摩擦，装好后要通电试一下。

（7）清理风道和散热片的堵塞物很重要，不少变频器因风道堵塞而发生过热保护或损坏。

1.5

开关电源的损坏

1.5.1

开关电源损坏的判断

（1）有输入电压，而无开关电源输出电压，或输出电压明显不对。

（2）开关电源的开关管、变压器印制板周边元件，特别是过电压吸收元件有外观上可见的烧黄、烧焦，用万用表测开关管等元件已损坏。

（3）开关变压器漆包线长期在高温下使用，出现发黄、焦臭、变压器绕阻间有击穿、变压器绕阻特别是高压线包有断线、骨架有变形和跳弧痕迹。

1.5.2

查找开关电源损坏原因

（1）开关电源变压器本身漏感太大。运行时一次绕阻的漏感造成大能量的过电压，该能量被吸收的元件（阻容元件、稳压管、瞬时电压抑制二极管）吸收时发生严重过载，时间一长吸收的元件就损坏了。

以上原因又会使开关电源效率下降、开关管和开关变压器发热严重，而且开关管上出现高的反峰电压，促使开关管损坏及变压器损坏，特别在密闭机箱里的变压器、开关管、吸收用电阻、稳压管或瞬时电压抑制二极管的温度会很高。

（2）变压器导线因氧化、助焊剂腐蚀而断裂。

（3）元器件本身寿命问题，特别是开关管和或开关集成电路因电流电压负担大，更易损坏。

（4）环境恶劣，由灰尘、水汽等造成绝缘损坏。

1.5.3

开关电源的修理

（1）开关电源因局部高温已使印制板深度发黄碳化或印制线损坏时，印制板的绝缘和覆铜箔、导线已不能使用时，只能整体更换该印制板。

（2）查出损坏的元件后更换新元件，元件型号应与原型号一致，在不能一致时，要确认元件的功率、开关频率、耐压以及尺寸上能否安装，并要与周边元件保持绝缘间距。

（3）认为已修好后，应通电检查。通电时不应使整个变频器通电而只对有开关变压器的那一部分，即在开关变压器的电源侧通电，检查工作是否正常、二次电压是否正确，改变电源侧的电压在+15%耀-20豫变动范围内，输出电压应基本不变。

1.6

接触器的损坏

1.6.1

接触器损坏判断

（1）对于发生逆变桥模块炸毁、滤波电解电容器发生爆炸等变频器后级发生严重过电流短路的，都要检查是否影响了接触器。常见的损坏有触头烧蚀、烧结，以及接触器塑料件烧变形。

（2）少数接触器会发生控制线包断线和完全不动作。

·

1.6.2

损坏原因

（1）后级有短路，过电流故障造成触头烧蚀。

（2）线包质量不好，发生线包烧毁、烧断线而不能吸合。

（3）对有电子线路的接触器，会因电子线路损坏而不能动作，因此最好不用此类接触器。

（4）因炸机火焰损坏。

1.6.3

更换

（1）选同型号、同尺寸、线包电压相同的产品更换，如型号不同，则性能、尺寸、电压应相同。

（2）如果有旧的接触器，可以更换内部零件而修好，但必须严格按原有内部装配正确装配好。

（3）对烧蚀不严重的触头，可以用细砂布仔细砂光继续使用。

（4）因触头要流过大电流，对螺钉联接的铜条和导线必须切切实实拧紧以减少发热。

1.7

印制电路板的损坏

1.7.1

印制电路板的损坏判断

（1）排除了主回路器件的故障后，如还不能使变频器正常工作，最为简单有效的判断是拆下印制板看一下正、反面有无明显的元件变色、印制线变色、局部烧毁。

（2）一般变频器上的印制板主要有驱动板、主控板、显示板，根据变频器故障表现特征，使用换板方式判断哪块板有毛病。对其他印制板，如吸收板、GE

板、风机电源板等，因电路简单可用万用表迅速查出故障。

（3）印制板在有电路图时按图检查各电源电压，用示波器检查各点波形，先从后级，逐渐往前级检查；在没有电路图时，采用比较法，对有几路相同的部分进行比较，将故障板与好板对照查出不同点，再作分析即可找到损坏的器件。

1.7.2

印制板损坏原因

（1）元器件本身质量和寿命造成损坏，特别是功率较大的器件，损坏的概率更大。

（2）元器件因过热或过电压损坏，变压器断线，电解电容器干枯、漏电，电阻长期高温而变值。

（3）因环境温度、湿度、水露、灰尘引起印制板腐蚀击穿绝缘漏电等损坏。

（4）因模块损坏导致驱动印制板上的元件和印制线损坏。

（5）因接插件接触不良、单片机、存储器受干扰晶振失效。

（6）原有程序因用户自行调乱，不能工作。

1.7.3

印制板的维修

（1）对印制板维修需有电路图、电源、万用表、示波器、全套焊接拆装工具，以及日积月累的经验，才会比较迅速地找到损坏之处。

（2）印制板表面有防护漆等涂层，检测时要仔细用针状测笔接触到被测金属，防止误判。由于元件过热和过电压容易造成元件损坏，所以对于下列部位要求高度注意，首先检查；

开关电源的开关管、开关变压器、过电压吸收元件、功率器件、脉冲变压器、高压隔离用的光耦合器、过电压吸收或缓冲吸收板及所属元件、充电电阻、场效应管或IGBT管、稳压管或稳压集成电路。

（3）印制板的更换会因版本不同而带来麻烦，因此若确定要换板，就要看版号标识是否一致，如不一致而发生了障碍，就要向制造商了解清楚。

（4）单片机编号不一样内部的程序就不一样，在使用中某些项目可能会表现不一样，因此，使用中如确认程序有问题，就应向制造商询问。

（5）由于干扰会导致变频器工作不正常或发生保护。此时，应采取抗干扰措施，除了变频器整体上考虑抗干扰外（如加装输入/输出交流电抗器、无线电干扰抑制电抗器，输出线加磁环等），还可以在印制板的电源端加装由磁环和同相串绕的几匝导线构成的所谓共模抑制电抗器，对印制板上下位置作静电隔离屏蔽，以及对外部控制线用屏蔽线或用双绞线等措施。

（6）印制板维修后要通电检查，此时不要直接给变频器的主回路通电，而要使用辅助电源对印制板加电，并用万用表检查各电压，用示波器观察波形，确认完全无误后才可接到主回路一起调试。

1.8

变频器内部打火或燃烧

1.8.1

过电压吸收不良造成打火

变频器的逆变器在快速切换电流时，发现某主器件被损坏，一般是由于切换电路上往往有电感存在，电感上储存的磁场能量将迅速转变为电场能量，即

特别当被切换电流i

大，而电路分布电容C小的时刻，在电流切换器的端子上将出现极高的过电压u，这个电压有时高到几百伏、几千伏、甚至几万伏。

因此，在变频器的功率开关器件（如IGBT）的C、E端、开关电源管的D端、电源进线端等部位都设置了过电压吸收电路或器件来作保护。但这些保护器件失效，或具有相同作用的其他器件性能变坏（如承担部分过电压吸收的滤波电容干枯）时，都有可能出现过电压，发生打火、击穿或被保护的开关器件自身损坏。

常见过电压吸收电路如图2

所示。电源进线端的过电压吸收电路如图3

所示。

当这些吸收元件损坏及安装它的印制板损坏时，就会产生过电压、跳火、烧蚀及主器件立即损坏。

更换这些元件时要求意识到型号的重要性，如二极管一定要用快恢复或超快恢复二极管，连接的接线要简短，以减少分布电感量的危害。

1.8.2

主器件损坏造成打火

有些变频器损坏的现象使人感到纳闷，母线间的某个间距并不小，但有尖端放电可能的区域，出现打火电蚀的痕迹。仔细检查发现有某主器件被损坏，究竟是不是间距不够造成的后果呢？不是的，这是因主回路有一定的电感，当主器件因故障的短路大电流突然烧毁时，就会造成母线间过电压（见图4）。逆变桥开关器件IGBT短路会造成正负母线间打火；整流桥短路或逆变IGBT

短路有可能造成进线处打火或进线保护用压敏电阻损坏，因进线也有电感，也会造成过电压。

逆变桥开关器件IGBT

或整流桥烧毁造成自身炸裂，严重时殃及周围器件，如烧毁驱动电路板。

·

1.8.3

压敏电阻问题

压敏电阻本来是用于进线侧吸收进线过电压的保护器件，但当进线侧电压持续较高，压敏电阻性能有变化时，有可能使压敏电阻爆炸烧毁，同样有可能殃及周围器件和导线绝缘。

1.8.4

电解电容器漏液、爆炸、燃烧

电解电容质量不好的表现有：漏液、漏电流大、损耗大、发热、鼓包、炸裂、由炸裂引起燃烧、容量下降，内阻及电感增加。对于滤波用电解电容器因电压高、容量大，所储存的能量大，容易造成漏液、爆炸、燃烧。电解液是可燃物，可造成燃烧事故。因此要用质量好的电解电容器，并在到达寿命前更换新的。

1.9

常见运行中的故障

1.9.1

过电流跳闸

起动时，一升速就跳闸，说明过电流十分严重，应查看有否负载短路、接地、工作机械卡堵、传动损坏、电动机起动转矩过小、以及根本起不动、变频器逆变桥已损坏。

运行中跳闸引起的原因有升速设定时间过短、降速时间设定过短、转矩补偿（V/f

比）设定太大，造成低速过电流、热继电器调整不当，动作电流设定太小也可引起过电流动作。

1.9.2

过电压和欠电压跳闸

（1）过电压：电源电压过高、降速时间设定过短、降速过程中制动单元没有工作或制动单元放电太慢，即制动电阻太大。变频器内部过电压保护电路有故障会引起过电压。

（2）欠电压：电源电压过低、电源缺相、整流桥有一相故障，变频器内部欠电压保护电路故障也会引起欠电压。

1.9.3

电动机不转

电动机、导线、变频器有损坏，线未接好，功能设置，如上限频率、下限频率、最高频率设定时没有注意，相互矛盾着。使用外控给定时，没有选项预置，以及其他不合理设置。

1.9.4

发生失速

变频器在减速或停止过程中，由于设置的减速时间过短或制动能力不够，导致变频器内部母线电压升高发生保护（也称过电压失速），造成变频器失去对电动机的速度控制。此时，应设置较长的减速时间，保持变压器内母线电压不至于升得太高，实现正常减速控制。

变频器在增速过程中，设置的加速时间过短或负载太重，电网电压太低，导致变频器过电流而发生保护（也称过电流失速），变频器失去对电动机的速度控制。此时，应设置较长的增速时间，维持不会过电流，实现正常增速控制。

1.9.5

变频器主器件自保护（FL保护）

该保护是变频器主器件工作不正常而发生的自我保护，很多原因都会导致FL保护。FL发生时，很多是变频器逆变器部分已经流过了不适当的大电流。这一电流在很短的时间内被检测出来，并在没有使功率器件损坏前发出保护控制信号，停止功率器件继续被驱动板激励而继续发生大电流，从而保护了功率器件。也有功率器件已坏，不适当地通过了大电流，被检测后就停止了驱动板对功率器件的激励。也有因过热使热敏元件动作，发生FL保护。

FL发生的现象一般有：一通电就FL保护、运行一段时间发生FL保护、不定期出现EL保护。

FL发生时要检查以下是否已损坏及作出处理。

（1）模块（开关功率器件）已损坏。

（2）驱动集成电路（驱动片）、驱动光耦合器已损坏。

（3）由功率开关器件IGBT集电极到驱动光耦合器的传递电压信号的高速二极管损坏。

（4）因逆变模块过热造成热断电器动作。这类故障一般冷却后可复位，即FL在冷却时不发生，可再运行。对此要改善冷却通风，找到加热根源。

（5）外部干扰和内部干扰造成变频器控制部位、芯片发生误动作。对此要采取内部抗干扰措施，如加磁环、屏蔽线，更改外部布线、对干扰源隔离、加电抗器等。

1.10

康沃变频器常见故障及处理方法

1.10.1

故障P.OFF

康沃变频器上电显示P.OFF，延时1耀2

s后显示0，表示变频器处于待机状态。在应用中若出现变频器上电后一直显示P.OFF

而不跳0

现象，主要原因有输入电压过低、输入电源缺相及变频器电压检测电路故障。处理时应先测量电源三相输入电压，R、S、T端子正常电压为三相380

V，如果输入电压低于320

V或输入电源缺少，则应排除外部电源故障。如果输入电源正常可判断为变频器内部电压检测电路或缺相保护故障。对于康沃G1/P1

系列90

kW及以上机型变频器，故障原因主要为内部缺相检测电路异常。缺相检测电路由两个单相380

V/18.5

V变压器及整流电路构成，故障原因大多为检测变压器故障，处理时可测量变压器的输出电压是否正常。

1.10.2

故障ER08

康沃变频器出现ER08

故障代码表示变频器处于欠电压故障状态。主要原因有输入电源过低或缺相、变频器内部电压检测电路异常、变频器主电路异常。通用变频器电压输入范围在320~460

V。

在实际应用中变频器满载运行时，当输入电压低于340

V时可能会出现欠电压保护，这时应提高电网输入电压或变频器降额使用；若输入电压正常，变频器在运行中出现ER08

故障，则可判断为变频器内部故障。若变频器主回路正常，出现ER08

报警的原因大多为电压检测电路故障。一般变频器的电压检测电路为开关电源的一组输出，经过取样、比较电路后给CPU

处理器，当超过设定值时，CPU根据比较信号输出故障封锁信号，封锁IGBT，同时显示故障代码。

1.10.3

故障ER02/ER05

故障代码ER02/ER05

表示变频器在减速中出现过电流或过电压故障，主要原因为减速时间过短、负载回馈能量过大未能及时被释放。若电动机驱动惯性较大的负载时，当变频器频率（即电动机的同步转速）下降时，电动机的实际转速可能大于同步转速，这时电动机处于发电状态，此部分能量将通过变频器的逆变电路返回到直流回路，从而使变频器出现过压或过流保护。现场处理时在不影响生产工艺的情况下可延长变频器的减速时间，若负载惯性较大，又要求在一定时间内停机时，则要加装外部制动电阻和制动单元，康沃G2/P2

系列变频器22

kW

以下的机型均内置制动单元，只需加外部制动电阻即可，电阻选配可根据产品说明中标准选用；对于功率22

kW以上的机型则要求外加制动单元和制动电阻。

ER02/ER05故障一般只在变频器减速停机过程中才会出现，如果变频器在其他运行状态下出现该故障，则可能是变频器内部的开关电源部分，如电压检测电路或电流检测电路异常而引起的。

1.10.4

故障ER17

代码ER17

表示电流检测故障。通用变频器电流检测一般采用电流传感器，如图5

所示，通过检测变频器两相输出电流来实现变频器运行电流的检测、显示及保护功能。输出电流经电流传感器（图中的H1、H2）输出线性电压信号，经放大比较电路输送给CPU

处理器，CPU

处理器根据不同信号判断变频器是否处于过电流状态，如果输出电流超过保护值，则故障封锁保护电路动作，封锁IGBT脉冲信号，实现保护功能。

康沃变频器出现ER17

故障的主要原因为电流传感器故障或电流检测放大比较电路异常，前者可通过更换传感器解决，后者大多为相关电流检测IC

电路或IC

芯片工作电源异常，可通过更换相关IC或维修相关电源解决。

1.10.5

故障ER15

代码ER15

表示逆变模块IPM、IGBT故障，主要原因为输出对地短路、变频器至电动机的电缆线过长（超过50

m）、逆变模块或其保护电路故障。现场处理时先拆去电动机接线，测量变频器逆变模块，观察输出是否存在短路，同时检查电动机是否对地短路及电动机接线是否超过允许范围，如上述均正常，则可能为变频器内部IGBT

模块驱动或保护电路异常。一般IGBT过电流保护是通过检测IGBT导通时的管压降动作的，如图6所示。

当IGBT正常导通时其饱和压降很低，当IGBT过电流时管压降VCE会随着短路电流的增加而增大，增大到一定值时，检测二极管VDB将反向导通，此时反向电流信号经IGBT驱动保护电路送给CPU

处理器，CPU

封锁IGBT

输出，以达到保护作用。如果检测二极管VDB损坏，则康沃变频器会出现ER15

故障，现场处理时可更换检测二极管以排除故障。

1.10.6

故障ER11

康沃变频器出现ER11

故障表示变频器过热，可能的原因主要有：风道阻塞、环境温度过高、散热风扇损坏不转及温度检测电路异常。现场处理时先判断变频器是否确实存在温度过高情况，如果温度过高可先按以上原因排除故障；若变频器温度正常情况下出现ER11

报警，则故障原因为温度检测电路故障。康沃22

kW以下机型采用的七单元逆变模块，内部集成有温度元件，如果模块内此部分电路也会出现ER11

报警，另处当温度检测运算电路异常时也会出现同样故障现象。

2 变频器驱动电路常见问题及解决方案

近10

多年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论向交流电气传动领域的渗入，变频交流调速已逐渐取代了过去的转差率调速、变极调速、直流调速等调速技术。几乎可以说，有交流电动机的地方就有变频器的使用。其最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。

现在通用型的变频器一般包括以下几个部分：整流桥、逆变桥、中间直流电路、预充电电路、控制电路、驱动电路等。一台变频器的好坏，驱动电路起着至关重要的作用，现就来谈谈驱动电路常见的问题以及解决的办法。

随着技术的不断发展，驱动电路本身也经历了从插脚式元件的驱动电路到光耦驱动电路，再到厚膜驱动电路，以及比较新的集成驱动电路。目前后三种驱动电路在维修中还是经常能遇到的。

下面介绍几种驱动电路的维修方法。

2.1

驱动电路损坏的原因及检查

造成驱动损坏的原因是各种各样的，一般来说，出现的问题也无非是U、V、W三相无输出或输出不平衡，或输出平衡但是在低频时抖动，还有启动报警等。当一台变频器大电容后的快速熔断器断开，或者是IGBT

逆变模块损坏的情况下，驱动电路基本都不可能完好无损，切不可换上好的快速熔断器或IGBT逆变模块，这样很容易造成刚换上的新器件再次损坏。这时应该着重检查驱动电路上是否有打火的印记。可以先将IGBT逆变模块的驱动脚连线拔掉，用万用表电阻挡测量六路驱动是否阻值都相同（但是极个别的变频器驱动电路不是六路阻值都相同的，如三菱、富士等变频器）。如果六路阻值都基本相同也不能完全证明驱动电路是完好的，接着需要使用电子示波器测量六路驱动电路上电压是否相同，当给定一个起动信号时六路驱动电路的波形是否一致。如果没有电子示波器，也可以尝试使用数字式电子万用表来测量驱动电路六路的直流电压。一般来说，未起动时的每路驱动电路上的直流电压约为10

V，起动后的直流电压为2耀3

V，如果测量结果一切正常的话，基本可以判断此变频器的驱动电路是好的。接着就将IGBT逆变模块连接到驱动电路上，但是记住在没有100%把握的情况下，最稳妥的方法还是将IGBT逆变模块的P从直流母线上断开，中间串联一组灯泡或一个功率大一点的电阻，这样能在电路出现大电流的情况下，保护IGBT逆变模块不被大电容的放电电流烧坏。下面介绍几个在维修变频器时和驱动电路有关的实例。

2.2

安川616G5，3.7

kW的变频器

安川616G5，3.7

kW的变频器，故障现象为三相输出正常，但在低速时电动机抖动，无法进行正常运行。首先估计多数为变频器驱动电路损坏，正确的解决办法应该是确定故障现象后将变频器打开，将IGBT

逆变模块从印制电路上卸下，使用电子示波器观察六路驱动电路打开时的波形是否一致，找出不一致的那一路驱动电路，更换该驱动电路上的光耦合器，一般为PC923

或PC怨圆怨。若变频器使用年数超过3

年，推荐将驱动电路的电解电容器全部更换，然后再用示波器观察，待六路波形一致后，装上IGBT逆变模块，进行负载实验，抖动现象消除。

2.3

富士G9变频器

富士G9变频器，故障现象为上电无显示。估计可能是变频器开关电源损坏，打开变频器检查开关电源线路，但是经检查，开关电源器件线路都无损坏，直流电压也无显示，这时要估计到可能是驱动问题。将驱动电路的所有电容拆下，发现有个别电容漏液，更换新的电解电容器，再次上电后正常工作。

2.4

台达变频器

台达变频器，故障现象是变频器输出端打火，拆开检查后发现IGBT逆变模块击穿，驱动电路印制电路板严重损坏。正确的解决办法是先将损坏IGBT逆变模块拆下，拆的时候主要应尽量保护好印制电路板不受人为二次损坏，将驱动电路上损坏的电子元器件逐一更换，将印制电路板上开路的线路用导线连起来（这里要注意要将烧毁的部分刮干净，以防再次打火）。在六路驱动电路阻值相同、电压相同的情况下使用示波器测量波形，但变频器一开就报OCC

故障（台达变频器无IGBT逆变模块，开机会报警）使用灯泡将模块的P1

变频器控制电路及常见故障分析 篇6

关键词：变频器；控制电路；干扰；故障

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）21-0087-02

1 概述

在现代工业中，变频器的使用已经越来越多，因此，熟悉变频器的内部结构就变得非常重要了，特别是对其电气特性与经常使用的参数进行理解，还包括一些常见的故障。

2 变频器控制电路

2.1 运算电路

我们把检测电路中的电信号（I、V）和扭矩、速度等进行比较运算，最终逆变器能够确定其频率与电压。

2.2 检测电路

主要检测与主回路隔离的V、I等信号。

2.3 驱动电路

将控制电路与主电路隔离开来，从而实现断开、接通等功能，它是一种驱动主电路。

2.4 I/0输入输出电路

如果使变频器的人机交互功能更好，那么需要具有类似于运行与多速度运行等输入信息，还将I、f及驱动等信号参数进行输出。

2.5 保护电路

2.5.1 逆变器保护。过流保护：有时因逆变电流负载侧发生短路会产生瞬时过流，这时就需要一种保护电路来防止电流比其额定值还大，如果出现则需要断开电流或使逆变器不工作。过载保护：一般来说，在逆变器中有比其额定电流值还高的电流出现时，并有一段时间的通电，那么其电线与器件等将会有一定程度的破坏。因而就需要相应的保护措施来实施，其设备可以采用电子热，也可以采用继电器。过压保护：若需减小电动机的速度，逆变器是较好的选择，因直流电路中其输出的电压会越来越大，甚至比其额定值还要大，则需要采用措施使逆变器停止运行，避免过压现象出现。瞬时停电保护：如果只在几毫秒内突然断电，需要让控制电路能够正常工作。然而当出现十毫秒以上的断电时间，那么会使控制电路产生误操作，主电路也会断电。接地过流保护：将逆变器的负载做接地处理，其目的是为了保护逆变器的过流。然而为保护人员安全也需要加装一个漏电断路器装置。

2.5.2 保护异步电机装置。过载方面的保护：就工业生产的现状来看，逆变器使用的保护装置与过载检测是同一套装置，都会在速度较低的情况下现过热的现象，若将湿度检测器装入异步电动机中或在逆变器内装载一个电子热保护装置防止其过热。超额方面的保护：如果异步电动机的速度比额定值大或逆变器的输出频率超过额定值，则需使逆变器停运。

3 对控制回路采取抗干扰措施

3.1 变频器的基本控制回路

3.1.1 回路中的数字量有：开关信号、启停及正转、反转指令。

3.1.2 等回路中的模拟量有：4～20mA的电流与1～5V/0～5V的电压。利用上面所说的基本回路将外部控制指令导入变频器，但是干扰信号也会在上述回路中产生干扰电压，通常电缆来输入变频器中。根据上面说的在电路中设置变频器，再加入一些控制指令，并且干扰信号会在电路中形成电压，借助电缆线送至变频器装置中。

3.2 基本干扰类型与采取的抗干扰方法

3.2.1 所谓的静电耦合主要指的是电路与控制电缆线之间隔得很近而形成耦合，所以在电缆线中就存在电压。

抗干扰措施有：使干扰源与电路之间距离加大，至少要有电缆直径的40倍，使干扰现象不明显。

3.2.2 所谓的静电感应干扰是指周边的电气回路因磁通量改变而产生感应电动势。抗干扰措施有：将主回路电缆或动力电缆和控制电缆分开铺设，其间隔距离一般大于30厘米，如果分开铺设有困难，则需要用控制电缆穿过铁管。使控制导体绞合在一起，并且距离越小，其线路越短，其抗干扰性将获得越佳的效果。

3.2.3 所谓的电波干扰是指那些天线都是由一些电缆构成的，而周围的一些输入电波便在电缆线中形成电压。抗干扰措施有：与前两点采取的措施相同，需要屏蔽干扰。指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其他设备在电源系统直接产生电势。措施：变频器的控制电源由另外系统供电，在控制电源的输入侧装设线路滤波器。

3.2.4 所谓有电源线传导干扰是指对于各电气装置的电源进行统一，均由同一装置来形成电压。抗干扰措施有：就变频器而言，它是其他装置对其控制电源来进行供电的，并在其输入侧加装滤波器与绝缘变压器，同时屏蔽接地。

4 分析变频器一些常见故障

4.1 启动与充电故障

一般情况下，我们最常使用的变频器为电压型的，工作模式是先交流，接着直流再交流的转变方式，也就是说，输进去的是交流，然后经过整流桥处理后变成了直流，再经过三相桥式逆变电路处理将其调至成三相电。如果变频器中已通电，其具有很大的电容在其直流端，因而有非常大的电流产生，这时需要用一个电阻来减小这个电流。当充电结束时，采用一些器件（晶闸管等）来使刚才这个电路短路，这时的故障就显示为电阻损坏，在报警装置中就显现出来一些电压故障等告警。

4.2 变频器没有出现故障告警，却无法高速运行

本厂出现过变频器没有出现异常告警，运行速度较高时却不能工作，也检查不出有什么故障且配置的参数也没有错误，信号的输入也无异常，但通电后处于工作状态发现其母线上的直流电压仅为450V，但一般都应该介于580～600V之间，检查输入端时，有一相没有检测到，是什么原因造成变频器的输入少一相，但没有报警显示且在低频段能正常运行？在现实工作中，即使少一相，其依然能正常运行，但其母线上通常有大于400V的电压值，也就是说，只有电压小于这个电压阈值时，在变频器上才会出现电压过低的异常告警。

4.3 显示出的电流过大的故障

此种故障显现需要检测其扭矩变量是不是过大，加速的时间是不是过于短暂，再对负载进行检查，若这些现象都正常，那么出现故障的模块可能是1PM模块了。

4.4 显示出的电压过高的故障

在一些天气异常的情况下，故障事件也较多，另外，由于负载也具有惯性，从而会产生电压过高的场景，这时变频器的速度减少，直到不工作，然后重新启动，在这期间，其输出的频率会渐渐变小，并且频率要比负载频率要低，其负载电机就开发电，将机械能转变为电能，然后由平波电容来吸收，若电流足够大，则会出现“泵升现象”，其电压会大于直流母线的额定电压而出现跳闸现象。

4.5 电机发热，变频器显示过载

对于新安装的变频器如果出现这种故障，很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题，如一台新装变频器，其驱动的是一台变频电机，电机额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置为380V/50Hz，由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，发热而过载。

5 结语

采用变频器作为异步电动机驱动器，尽管采用先进工艺和器件制造出来的新的可靠性非常高，但是如果使用不当或偶然事件也会发生，造成变频器的损坏。要想使用好变频器，技术人员应该熟悉变频器的结构原理，并了解常见故障。

参考文献

[1] 胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2] 王占奎.变频调速应用百例[M].北京：科学出版社，1999.

变频调速及变频器 篇7

1 恒U/f控制原理

2 变频器恒控制方式的机械特性及存在的问题

3 对基频以下变频调速机械特性的修正

3.1

临界电磁转矩减小的原因

3.2 低频时电动机的转矩提升

4 结束语

实践证明, 通过电压完全补偿来修正低频时电动机的机械特性曲线是行之有效的方法, 但在负荷变化较大的拖动系统中, 会不可避免的出现轻载时过补偿的问题。为此, 一些高性能的变频器还设置了自动转矩补偿功能, 但“自动比设定”功能在实际应用中的运行情况也并不理想。随着变频器技术的不断发展, 相信恒控制中的过补偿问题将会有更好的解决方案。

摘要：本文从变频器的恒压频比控制原理入手, 通过对其机械特性的分析, 提出实际应用中实现转矩提升的修正方法, 供读者参考。

关键词：变频器,恒压频比,机械特性,转矩提升

参考文献

[1]王廷才.变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]孙鹤旭, 董砚, 郑易.电气传动与变频技术[M].北京:化学工业出版社, 2011.

[3]黎冰.变频器实用手册[M].北京:化学工业出版社, 2011.

变频器调速的控制及在节能中的应用 篇8

关键词：变频器,调速控制,节能应用

随着现代化工业的发展, 能源问题日益突出, 人们的节能环保意识不断提高, 工业节能受到社会越来越广泛的关注。在机电自动化技术的推动下, 变频器调速的自动化控制成为新的趋势, 能够通过改变电流幅度与频率等步骤有效减少能源的消耗, 在节能工程中得到广泛的应用。因此, 如何加强变频器调速的控制工作成为我们面临的新课题, 其对提高工业节能水平有着十分积极的意义。我们通过不断的实践操作, 探索变频器调速的优化手段, 高效控制变频器的运行, 提高其自动化水平, 使其更好地应用于工业节能工程。

1 深入分析变频器调速的控制

1.1 变频器的运行原理

变频器是指利用一定的变频电子技术来改变电源的频率与幅度以达到电力控制的机械设备, 它包括交流变直流、直流变交流等过程, 采用半导体器件的通断实现对电源的驱动处理[1]。变频器的运行主要是指主电路上电力的调频与变换, 通过控制工频电源改变电流幅度, 基本分为整流器、逆变器、控制电路的转变与协作。变频器整体上形成一个完整有机的换流系统, 在电机原理的基础上融入微处理单元以保证变频工作的完成。变频器在节能方面的应用较为突出, 主要表现在风机与水泵的应用上, 能够通过电力电源的改变与控制减少能源的消耗。

1.2 变频器调速的概况

变频器调速包括机械的调速与电动机调速两个方面, 利用电力半导体器件改变电动机的转轴速度并调节供电电源频率。变频调速分为异步电动机的恒定控制与恒转矩调速以及恒功率调速3个基本类型, 通过调节功率与电流, 达到调速的目的, 有效控制交流电动机, 从而减少不必要的机械转动以节约能耗。

1.3 变频器调速控制机理

变频器调速的控制是一项系统化的工作, 变频器调速控制主要体现在脉幅调制与脉宽调制两个重要环节。目前变频器调速控制基本采用软件控制法, 利用微信计算机对变频器运行进行实时的监管处理, 根据调频指令控制逆变器的调速环节, 并采取随时计算的方法控制变频器的周期模式, 实现动态化的响应。同时采用V/f控制的方法对通用变频器的调速加以高效合理调整, 使其在低速运行下达到设定频率, 实现对变频器的实时控制。

1.4 变频器调速控制意义

变频器调速的控制有着十分积极的意义, 对变频调速环节的有序运行起着关键的推动作用。变频调速的节能效益相对突出, 能够限定电动机的额定电流, 减小机械的负载, 增加电动机和风机的使用寿命。同时, 变频调速的控制能够减少一些不必要的机械转动程序, 减少能源的消耗, 提高资源利用率。除此之外, 高效的调速控制将进一步保持机械设备的稳定性, 保障其在工作环境下的安全运行。

2 积极研究变频器调速在节能中的应用

2.1 分析变频器调速在节能应用中的可行性

变频器调速在节能方面有着独特的优势, 能够广泛应用于节能工程中的各个方面, 尤其在风机、水泵上的节能应用十分普遍。变频器调速能够改变风机、水泵等机械设备的传统调速模式, 减小其输入功率, 科学调控电流电力的幅度与频率, 减少功率的消耗, 合理调节风量或水量。目前随着变频器产品的不断发展, 变频器调速水平日益提高, 其在市场上的需求逐渐增长, 更是受到节能领域的青睐, 将广泛应用于节能工程中。现行的变频器调速控制手段不断丰富, 技术水平日趋成熟, 能够对设备进行强有力的分析控制, 及时处理潜在问题, 提高其在节能应用中的可行性。

2.2 深度把握变频器调速的节能性基本机理

深度把握变频器调速的节能机理是实现其在节能领域中应用目标的重要前提, 有利于提高变频器调速的节能应用水平。变频器调速的节能原理表现为通过转速输出的调整降低电机的功率与能耗, 从而实现节能减排的目标。变频调速的节能分为变频节能、功率因数补偿节能与软启动节能3个主要方面, 在电机设备效率恒定的情况下, 控制其输出功率, 减少相应的耗能, 并减小线损情况的发生, 提高设备的使用效率, 增加其使用寿命[2]。

2.3 重点突出变频器调速环节中的节能作用

变频器调速在节能方面发挥着积极的促进作用, 并随着其应用水平的提高而不断突出。变频器调速的节能作用涉及多个方面, 能够有效提高电机设备的运行效率, 减少能源的浪费, 并减小机械设备的自然损耗, 延长设备的使用寿命。同时, 有效的变频器调速能够进一步加强对机械设备的实时监管, 及时发现安全隐患, 节省部分维修养护的费用, 实现经济效益与生态效益的最大化。除此之外, 变频器调速在泵站供水控制系统、风机节能控制系统方面起着关键的节能作用, 能够有效降低系统运作成本, 达到经济高效运行。

2.4 总结并展望变频器调速的节能应用效果

在不断的实践操作中, 变频器调速的节能应用取得了一定的效果, 应用水平得到了大幅的提高。变频器调速在节能工程中的应用, 有效改变了传统工业生产中资源浪费问题, 降低了能源的消耗, 使得工业生产的成本得到合理的控制, 并在很大程度上改善生态环境, 推动节能环保措施的落实。尽管目前变频器调速在节能应用中仍然存在着一定的问题, 但是通过不断的探索与实践, 进行深刻的分析总结, 找出现阶段节能应用中的不足, 加以针对性改进, 变频器调速在节能应用中将取得更明显的效果。

3 探讨加强变频器调速控制及节能应用水平的措施

3.1 优化变频器调速的控制方法与手段

针对目前变频器调速控制中存在的要点问题, 全面优化变频器调速的控制方法与手段, 提高调控技术, 进一步加强节能应用。优化变频器调速应当从建立有机的变频调速自动化系统入手, 融入PLC技术, 使其与变频器有机结合, 提高变频器调速控制的水平, 实现机械设备的有序高效运行。同时, 不断完善变频器调速的控制方法与手段, 为变频节能提供有效的途径, 动态调整变频节能方式, 保证节能工程的进展。

3.2 进一步改进变频器调速的应用环境

变频器调速的应用环境对变频调速在节能工程中的应用效果有着深刻的影响, 需要对整体环境加以改善。变频器调速往往受到环境因素的影响, 应当在旋转阶段进行科学的分析与设计, 为变频器的运行提供良好的环境, 并着重排除不安全因素, 控制相关影响因素, 对整体机械设备加以定期的维修检查, 保持变频器运作系统的完整性。

3.3 创新变频器调速的节能应用与发展

现行变频器调速在节能工程中的应用历程相对较短, 在应用方式上受到传统模式的束缚, 存在一定的局限性, 亟需积极创新变频器调速的节能应用。在现代化科技日益发展的背景下, 不断融入高新技术, 使其更好地应用于节能工程中, 提高应用程度, 实现节能领域的长远发展。

4 结语

近年来, 生态文明建设不断推进, 节能环保工程不断落实, 给现代工业的发展带来了一定的机遇与挑战。目前工业的能源消耗程度相对较高, 资源浪费现象较为严重, 亟需采取相应的技术手段对其生产发展加以控制。而变频器的应用能够有效分配能源, 控制设备的有序运行, 减少资源的浪费, 进一步提高能源利用率。通过分析变频器的运作原理, 掌握调速方法, 实现对变频器设备的高效控制, 更好地发挥出变频器的节能作用, 将其在节能中的应用水平提升到新的高度。

参考文献

[1]何孔平.变频器在风机系统中的应用研究[J].法制与经济 (中旬刊) , 2011 (7) :191-192.

高压变频器构成及测试 篇9

哈尔滨九洲电气股份有限公司成立于2000年, 是以“高压、大功率”电力电子技术为核心技术, 以“高效节能、新型能源”为产品发展方向, 从事电力电子成套设备的研发、制造、销售和服务的高科技上市公司。

本文主要对Power Smart系列高压变频器功能、出厂测试进行介绍。

1 Power SmartTM高压变频调速控制装置系统组成

Pow e r Sm artTM系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。切分移相干式变压器为变频器的输入设备, 一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面 (数码管和彩色触摸屏可选) 、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。

2 工作原理

Pow e r Sm artTM系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器。所谓多重化, 就是每相由几个低压功率单元串联组成, 各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。采用多重化叠加的方式, 使变频器输出电压的谐波含量很小, 不会引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dV/dt也很小, 不会给电机增加明显的应力, 因此可以向普通标准型交流电动机供电, 而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dV/dt都很小, 不需要附加输出滤波器, 输出电缆也长度无要求。由于谐波很小, 附加的转矩脉动也很小, 避免了由此引起的机械共振。变频器工作时的功率因数达0.96以上, 完全满足了供电系统的要求。因此不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置, 也不会与现有的补偿电容装置发生谐振, 变频器工作时不会对同一电网上运行的电气设备发生干扰, 因而被人们誉为“完美无谐波的高压变频器”。

3 技术特点

采用双DSP控制, 可靠性高, 杜绝了变频器死机问题;采用36脉冲整流 (以6KV变频器为例) 及空间矢量多重化PWM技术, 每相由6个功率单元串联而成, 并直接驱动电动机, 无需输出升压变压器。输出电平数高, dv/dt很小, 输出波形接近正弦波。采用专利技术的实时光纤传送技术, 对功率单元进行控制。变频器输出转矩脉冲窄, 控制精度高, 避免了机械共振。完善的自我诊断和故障预警机制, 上电自检, 运行中实时监测, 检测速度高。通过双DSP系统, 实现纳秒级运算并进行综合判断, 分析准确, 减少变频器误报警。具有PWM控制波形与逆变输出波形实时验证功能, 提高了输出波形的准确性, 增强了系统无故障的运行能力。具有反转启动和飞车启动功能, 无论电机处于正转还是反转状态, 变频器均可实现大力矩直接启动。具备来电自启动功能, 避免电网短时失电对生产造成影响。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时, 系统均能故障定位并且及时告警或保护, 对电网波动的适应能力强。支持中心点偏移式的旁路技术。当某一个功率单元失效时, 能够立即对该单元实施旁路处理, 而整个变频器的输出仍能维持94%以上的电压, 这保证了系统的不间断运行。

4 出厂测试

Pow e rs m art系列高压变频器检验项目 (全功率出厂测试) 包括: (1) 一般检验:包括外观、部件、元器件。 (2) 电气间隙与爬电距离检验。 (3) 安全与接地检验。 (4) 外壳防护检验。 (5) 保护功能检验。 (6) 显示功能检验。 (7) 效率检验。 (8) 功率因数检验。 (9) 输出电压检验。 (10) 频率分辨率检验。11过载试验。12连续运行试验。13启动特性控制实验。14温升试验。15谐波实验。16控制回路上电源切换实验。17不间断后备电源实验。18高压掉电短时跟踪再启动实验。19飞车启动试验。

九洲电气生产的每一台Power Smart系列高压变频器, 在出厂时都经过严格测试。九洲电气组建了高压大功率变频器实验室。具体包括:电气性能试验室, 负责对产品的工频耐压、电气绝缘、三防、效率、功率因数、产品的动态特性等性能进行综合测试。电磁兼容实验室, 负责对产品进行快速脉冲群、静电、浪涌、电压跌落等项目试验。单元模块老化实验室, 负责对每一个功率单元、控制单元板进行高温带载72小时老化实验。中高压变流试验站, 是与罗克韦尔共同建造的, 负责对中高压等级的变频器、软启动器、兆瓦级风力发电变流器、SVC产品进行智能化带负载性能测试。其所能测试等级为690V到10KV, 最大测试功率可达到5000KW。它为高压变频器的技术发展提供了一个全方位的试验平台。

参考文献

变频调速技术的原理及应用 篇10

关键词：变频器,电机调速,调速与节能

0 引 言

自上世纪80年代被引进中国以来,变频器作为节能应用与速度控制领域中越来越重要的自动化设备,得到了快速发展和广泛的应用。变频技术具有调速性能好、功率因数高、可实现软启动等优点,这些优点使变频器在实际应用中具有显著的节能效果。变频调速是目前交流电动机最理想、最节能的调速方案。

1 变频器的调速及节能原理

1.1 变频器的调速原理

异步电动机的同步调速,即旋转磁场的转速为undefined,而异步电动机的轴转速为undefined式中,n为同步转速,r/min;f为定子频率,Hz;p为磁极对数;S为异步电动机的转差率。可见,异步电动机的调速方法有3种:①通过改变电动机的极对数p来改变转速,这种调速方法是有级差的,不能达到无级凋速,不适用于火电厂风机和水泵等辅机运行转速的调节。②改变转差率s,这种调速方法虽然能达到无级调速,但主要应用在小容量电动机调速上,并存在故障率高,整体效率低的缺点,不适用于火电厂大容量电动机调速。③改变定子频率,可以改变异步电动机的转速。根据公式n=60×f×(1-s)。式中f为电源频率;s为电动机转差率;p为电动机极对数。当p和s确定后,电动机转速与电源频率成正比,所以改变电源频率即可改变转速n,从而实现变频调速。变频器所运用的调速方法就是改变定子频率进行调速。

1.2 变频器的节能原理

变频器的节能原理可分为:变频调速节能、提高功率因数节能、软启动节能。

1.2.1 变频调速节能

当设备容量偏大,工频运行产生浪费即大马拉小车的情况下,利用变频调速,使设备降速运行而产生的节能效果是相当可观的。下面以风机泵类负载说明变频调速的节能原理。

风机泵类负载属于典型的二次方律负载,主要用于控制流体的流量。在实际应用中,风机水泵的容量往往偏大,并且流量需要根据工艺要求来调节。流量的调节方法有2种:一是控制阀门开度,此法虽能减少部分输入功率,但却有相当部分能量损失在调节阀门上,节能效果较差。二是采用调速方式控制流量,可达到很好的节能效果。调速的方法有多种,其中又以变频调速的节能效果最好。风机水泵的工作特性曲线类似,下面就以风机为例,说明风机泵类负载两种调节流量方法的节能效果比较。

如图1所示,曲线P1为额定转速下风压与流量的特性曲线,与风阻特性曲线R1相交于额定工作点A,此时风机的轴功率为P=KQAPA式中,P为交点A处风机轴功率(kW);QA为交点A处风机风量(m/s);PA为交点A处风机风压(Pa);如欲减小流量,采用调节阀门开度方法时,则新的风阻特性曲线R2与曲线P1相交于B点。此时风机轴功率为P=KQBPB。如采用调速方法,把风机转速由n1,降到n2,对应的风压与流量曲线为P2,曲线P2与曲线R1相交于C点,风机的轴功率为P=KQCPC,两种方法所消耗的功率差为△P=KQC(PB-PC),(PB-PC)大小见图1中阴影部分,可见轴功率下降很多,节能效果显著。

1.2.2 提高功率因数节能

在不需要调速的场合,变频器的节能效果主要体现在提高功率因数,降低线路功率损耗上。

SPWM正弦脉宽调制型变频器主电路由4部分组成:整流器、中间平波环节、逆变器和能耗制动回路。整流器电网侧的功率因素分析如下:在三相桥式6脉整流电路中交流侧输人电流波形为非正弦波,其中含有5次及以上奇次谐波。线路损耗分为有功损耗和无功损耗两部分,计算公式为有功损耗undefined无功损耗undefined式中,P为线路输送的有功功率(kW);Q为线路输送的无功功率(kW);U为线路电压(kV);R为线路电阻(Ω);X为线路电抗(Ω);为功率因数。可见,线路有功损耗随cosθ提高而降低,线路无功损耗随Q减小而降低。由上述分析可知,SPWM型变频器电网侧的功率因素接近1,而普通电机的自然功率因数一般为0.76~0.85。采用变频器作为电机的拖动电源后,电机功率因素提高到0.95~0.98,电机从电网吸收的无功功率减少,从而降低了线路段的有功及无功损耗,而这部分损耗是无法通过低压配电室的并联电容器来补偿的。

1.2.3 软启动节能

电机全压启动或采用Y/D、自耦变压器减压启动时,启动电流约等于4~6倍额定电流。这样大的启动电流除增大电机自身的铜损外,还会加大线路功率损耗,引起线路电压波动,对机械设备和电网造成冲击。电机启动时在线路上产生的有功损耗和电压降分别为△P=3IqR(kW),△U=IqZ(kV)式中,Iq为启动相电流(kA);R为线路电阻(Q);Z为线路阻抗(Q)。由于I很大,导致△P和△U增大。特别是大功率电机启动时由于△U很大,引起的电压波动会影响到线路中其他设备的正常工作。为了防止这种情况的发生,在供电系统设计时不得不加大变压器的容量,而在电机正常运行时又造成浪费。此外,电机全压启动时造成的冲击、震动,如供水系统中的水锤效应,会缩短机械设备及其管网的寿命。大启动电流还会加速电机绝缘老化而缩短寿命[1]。

而采用变频器后,利用变频器的软启动功能使启动电流从0开始逐渐上升至额定值,电流的上升速率由变频器的加速时间设定。由于Iq不大于额定电流,所以软启动时产生的功率损耗和电压降小得多,从而实现了节能和减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的寿命,节约了设备的维护费用。

2 变频器的常用功能

2.1 变频器的升速功能

升速时间长,意味着频率上升慢,电动机在起动过程中的转差小,动态转矩小。其结果是减小了起动电流,反之,升速时间短,意味着频率上升快,如拖动系统的惯性大,则电动机转子的转速将跟不上同步转速的上升,结果使转差和动态转矩增大,导致升速电流超过允许值。升速过程属于从一种稳定运行状态转换到另一种稳定运行状态的过渡过程,在这段时间内,通常是不进行生产活动的。因此,升速时间应在不过流的前提下,越短越好。

变频器除了可以控制升、降速时间外,还可以通过对升速方式的预置,对不同时段的加速度进行控制[2]。常见的升速方式有3种:

①频率与时间成线性关系,如图3中曲线①所示,多数负载可预置为线性方式。

②S形方式,在开始阶段和结束阶段,升速的过程比较缓慢;而在中间阶段,则按线性方式升速。如图3中曲线②所示。如在电梯的起动和停止过程中,如果加速度变化过快,会使乘客感到不舒服,故以采用S形方式为宜。

③半S形方式,升速过程呈半S形,如图4中曲线③所示。例如,鼓风机在低速时负载转矩很小,升速过程可以快一些,但随着转速的增加,负载转矩增大较多,升速过程应减缓一些,采用半S形升速方式是比较适宜的。

2.2 变频器的过载保护功能

从根本上说,对电动机进行过载保护的目的,是使电动机不因过热而烧坏。因此,进行保护的主要依据便是电动机的温升不应超过其额定值[3]。

电动机在低频运行时,由于散热情况变差,故发热比较严重。即使在IM=100%IMN的情况下,其稳定温升也会超过电动机的允许温升。例如,在图4中,当频率fx=50 Hz,IM=100%IMN时,其温升曲线为曲线①。而当频率fx=20 Hz、IM=100%IMN时,其温升曲线为曲线②。允许运行的时间将缩短为t’。

所有的变频器都配置了电子热保护功能,在不同的运行频率下有不同的保护曲线,如图5所示,当频率为50 Hz,运行电流为150%IMN时,允许连续运行的时间较长,为t1;当频率为20 Hz时,允许连续运行的时间缩短为t2;而当频率为10 Hz时,允许连续运行的时间进一步缩短为t3。可见,频率越低,允许连续运行的时间越短[4]。

3 变频器的控制方式

3.1 变频器控制方式的含义

变频器中所说的控制方式,通常有两个方面的含义:

(1)运行控制方式

指如何对变频器的正转、反转、升速、减速等运行状态进行控制。如键盘控制、外接端子控制、接口控制等。

(2)电动机特性的控制方式

指如何使电动机的机械特性满足各种负载要求的控制方式,如V/F控制方式、无反馈矢量控制方式、有无反馈矢量控制方式等。

3.2 变频器的运行控制

3.2.1 键盘控制

通过变频器控制面板上的键盘来进行起动、停止、升速、降速、点动、复位等控制。

3.2.2 外接端子控制

通过变频器的外接输入端子进行控制,如图11所示。图11中,FWD为正转控制端;REV为反转控制端;JOG为点动控制端;RST为复位控制端;X1-X7为可编程多功能控制端,其具体功能必须在编程模式下进行预置。主要功能有:多档转速控制、多档升降速时间控制、升速与降速控制、外部故障信号输入以及其他各种信号的输入等。如图6所示[5]。

3.3 电动机特性的控制方式

变频器用来控制异步电动机的转速,在调节电动机转速的过程中,如何使电动机的机械特性能够满足负载的要求,也是变频器必须解决的问题。在变频器里,通常把这种控制电动机特性的方法,称为控制方式或控制模式。

3.3.1 V/F控制方式

所谓V/F控制方式,就是在低频时,通过改变电压和频率之比(V/F比)来调整电动机的转矩,以满足负载要求的方法。各种变频器都为用户提供了许多条不同补偿程度的V/F线,供用户选用,不同变频器所提供的V/F线的形状各不相同。

以坐标原点(0,0)为起点,以额定状态点为终点的V/F线,称为基本V/F线。其他的V/F线,都是在基本V/F线的基础上进行补偿的。基本V/F线的终点坐标是可以通过功能预置而改变的。主要有两种方法[6]:

(1)模式法变频器给出了若干种基本V/F模式,供用户选择。

(2)坐标预置法。目前,更多的变频器是通过预置两个数据来决定V/F线终点的:

①最大输出电压 即变频器输出端输出的最大电压,在不超过电源电压的范围内,是可以任意预置的。

②基本频率与最大输出电压相对应的频率。

V/F控制方式特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。

3.3.2 矢量控制方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流通过变换等效成两相静止坐标系下的交流电流。再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果较难达到理想分析的结果。

4 结束语

变频器不仅具有卓越的节能作用,显著的调速性能和保护功能,还具有优越的控制方式。应用变频调速,不仅可以使电动机在节能的转速下运行,而且还可以大大提高电动机转速的控制精度,提升工艺质量和生产效率。是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

参考文献

(1)谢健.变频器的节能原理及在浮法玻璃生产线中的应用(J).国外建材科技,2007,28(4):82-86.

(2)徐甫荣.中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较(J).电气传动自动化,2003,25(4):5-12.

(3)黄梦涛,王希娟,冯景晓.基于功率因数的通用变频器节能原理及应用(J).西安科技大学学报,2006,26(2).

(4)张燕宾.变频器应用教程(M).北京:机械工业出版社,2007.

(5)张燕宾.变频器的应用基础(J).电器时代,2006(6)142-144.