变频调速系统 结构与原理

一、变频器的概述 直流电动机调速系统具有良好的启动、制动性能及在大范围内平滑调速的优点，因此在过去很长的一段时间内，在需要进行调速控制的拖动系统中一直占有主导地位。但是直流电动机采用机械换向器换向，其单机容量、最高电压、最大转速等方面受到限制，而且维护、维修复杂。20世纪70年代以来，随着交流电动机调速系统理论、电力电子技术、以微处理器为核心的全数字化控制等关键技术的发展，交流电动机变频调速技术逐步成熟。目前，变频调速技术的应用几乎已经扩展到了工业生产领域的所有普通交流异步电动机的调速控制，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中也得到了广泛的应用

二、变频器的定义及分类 1、定义： 变频器是一种利用电力半导体器件的通断作用，将工频交流电换成频率、电压连续可调的交流电的电能控制装置。

2、变频器的分类 变频器的种类很多，分类方法也有多种，常见的分类方式见表 分类方式 种类 按供电 电压分 低压变频器(110V 220V 380V) 中压变频器(500V 660V 1140V) 高压变频器(3kV 3.3kV 6kV 6.6kv 10kV) 按控制方式分 U/f控制变频器 转差频率控制变频器 矢量控制变频器 按输出 功率分 小功率变频器 中功率变频器 大功率变频器 按用途分 通用变频器 高性能专用变频器 高频变频器 按直流电源性质分 电流型变频器 电压型变频器 按供电电源相数分 单相输入变频器 三相输入变频器 按输出电压调制方式分 PAM （脉幅调制）控制变频器 PWM（脉宽调制）控制变频器 按变换环节分 交—直—交变频器 交—交变频器

三、变频器的基本结构： 目前，变频器的变换环节大多采用交－直－交变频变压方式。交－直－交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电逆变成频率、电压可调的交流电。通用变频器主要由主电路和控制电路组成，而主电路又包括整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分，其基本构成框图如图所示。 5

下图所示为通用变频器的主电路，各部分的作用见表 1、变频器的主电路： 下图所示为通用变频器的主电路，各部分的作用见表

整流电路部分：将频率固定的三个交流电变换成直流电 元件 三相整流桥 滤波电容器CF 限流电阻RL与开关S 电源指示灯HL 作用 将交流电变换成脉动直流电。若电源线电压为UL,则整流后的平均电压UD=1.35UL 滤平桥式整流后的电压纹波，保持直流电压平稳 接通电源时，将电容器CF的充电冲击电流限制在允许范围内，以保护整流桥。而当CF充电到一定程度时，令开关S接通，将RL短路。在有些变频器里，S由晶闸管代替 HL除了表示电源是否接通外，另一个功能是变频器切断电源后，指示电容器CF上的电荷是否已经释放完毕。在维修变频器时，必须等HL完全熄灭后才能接触变频器的内部带电部分，以保证安全 逆变电路部分：将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电 三相逆变桥 V1~V6 续流二极管 VD7~VD12 缓冲电路R01~R06、VD01~VD06、C01~C06 制动电阻RB和 制动三极管VB 通过逆变管V1~V6按一定规律轮流导通和截止，将直流电逆变成频率、幅值都可调的三相交流电 在换相过程中为电流提供通路 限制过高的电流和电压，保护逆变管免遭损坏 当电动机减速、变频器输出频率下降过快时，消耗因电动机处于再发生电制动状态而回馈到直流电路中的能量，以避免变频器本身的过电压保护电路动作而切断变频器的正常输出

2、变频器的控制电路： 变频器的控制电路为主电路提供控制信号，其主要任务是完成对逆变器开关元件的开关控制和提供多种保护功能。控制方式有模拟控制和数字控制两种。通用变频器控制电路的控制框图如下图所示，主要由主控板、键盘与显示板、电源板与驱动板、外接控制电路等构成。各部分的功能见表。

部件 功 能 主控板 主控板是变频器运行的控制中心，其核心器件是控制器（单片微机）或数字信号处理器（DSP），其主要功能有： (1)接受并处理从键盘、外部控制电路输入的各种信号，如修改参数、正反转指令等 (2)接受并处理内部的各种采样信号，如主电路中电压与电流的采样信号、各部分温度的采样信号、各逆变管工作状态的采样信号等 (3)向外电路发出控制信号及显示信号，如正常运行信号、频率到达信号等，一旦发现异常情况，立刻发出保护指令进行保护或停车，并输出故障信号 (4)完成SPWM调制，将接受的各种信号进行判断和综合运算，产生相应的SPWM调制指令，并分配给各逆变管的驱动电路 (5)向显示板和显示屏发出各种显示信号 键盘与显示板 键盘与显示板总是组合在一起。键盘向主控板发出各种信号或指令，主要用于向变频器发出运行控制指令或修改运行数据等 显示板将主控板提供的各种数据进行显示，大部分变频器配置了液晶或数码管显示屏，还有指示灯，还有RUN（运行）、STOP（停止）、FWD（正转）、REV（反转）、FLT（故障）等状态指示灯和单位指示灯，如HZ、A、V等。可以完成以下指示功能： (1)在运行监视模式下，显示各种运行数据，如频率、电压、电流等 (2)在参数模式下，显示功能码和数据码 (3)在故障状态下，显示故障原因代码 电源板与驱动板 变频器的内容电源普遍使用开关稳压电源，电源板主要提供以下直流电源： (1)主控板电源 具有极好稳定性和抗干扰能力的一组直流电源 (2)驱动电源 逆变电路中上桥臂的三只逆变管驱动电路的电源是相互隔离的三组独立电源，下桥臂三只逆变管驱动电源则可共“地”。但驱动电源与主控板电源必须可靠绝缘 (3)外控电源 为变频器外电路提供的稳恒直流电源 中小功率变频器驱动电路往往与电源电路在同一块电路板上，驱动电路接受主控板发来的SPWM调制信号，在进行光电隔离、放大后驱动逆变管的开关工作 外接控制电路 外接电路可实现由电位器、主令电器、继电器及其他自控设备对变频器的运行控制，并输出其运行状态、故障报警、运行数据信号等。一般包括：外部给定电路、外接输入控制电路、外接输出电路、报警输出电路等 大多数中小容量通用变频器中，外接控制电路往往与主控电路设计在同一电路板上，以减小其整机的体积，提高电路可靠性，降低生产成本 PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。 所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等。

四、变频器中常用电力半导体器件 目前，通用变频器逆变电路使用的电力半导体器件主要有电力晶体管GTR、电力场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT、门极可关断晶体管GTO和智能功率模块IPM等。主要介绍GTR 、 MOSFET和IGBT。 10

（优）击穿电压和集电极最大饱和电流都较大。 1、大功率晶体管（BJT或GTR） （1）特点：是一种双极结型晶体管，实际上是复合晶体管（达林顿管）。其基本结构与晶体管相同，由集电极C，放射极e和基极b，集电极电流ic的大小受基极电流IB的控制，属电流控制型器件。如图所示。 （ 2）优缺点： （优）击穿电压和集电极最大饱和电流都较大。 （缺）开关频率较低，最高２ＫHZ，因而以大功率晶体管为逆变器件的变频器负载波频率也很低，电动机电磁噪声大。此外，控制电路的驱动功率也较大。 11

（1）特点：与场效应管相同，由漏极d，源极s和控制极g构成。漏极电流id的大小受控制极与源极间的电压ＵＧＳ 的控制，属电压控制。如图所示。 2、功率场效应管（MOSFET） （1）特点：与场效应管相同，由漏极d，源极s和控制极g构成。漏极电流id的大小受控制极与源极间的电压ＵＧＳ 的控制，属电压控制。如图所示。 （2）优缺点： （优）MOSFET的开关频率较高，最高达20kHZ，设MOSFET为逆变管的变频器的载波频率也较高，降低电机电磁噪声。控制电路所需驱动功率较小。 （缺）MOSFET的击穿电压和漏极最大饱和电流较小，难以满足多数变频器的要求。 12

3、绝缘栅双极性晶体管（IGBT管） （1）特点：是MOSFET和BJT结合产物，其主体部分与晶体管相同，也是集电极c和发射极e；但驱动部分却和场效应管相同，是绝缘栅结构。集电极电流ic的大小受控制极与放射极间的电压ＵＧＥ 的控制，也属于电压控制型器件。应用时常在 管旁并联一个反向续流二极管，且做成双管或六管模块。如图所示。 （2）优缺点： （优）兼有BTT和MOSFET管道优点，一方面击穿电压和集电极最大饱和电流较大，IGBT的击穿电压已达1200V，集电极最大饱和电流已超过1500A，以IGBT为逆变器件的变频器容量已达250KVA以上。另一方面，开关频率已达20KHZ，使变频器的载波频率在10KHZ以上，故电动机电波波形比较平滑，无电噪声。故在绝大多数大、中、小容量变频器的逆变模块都采用IGBT管。 13

（3）用万用表检测IGBT模块好坏的简单测量方法： （1）分清被测模块的结构 如内含几个单元，是否含有制动管等，明确内部各单元引脚与外部引脚编号的对应关系，画出补测模块的内部电源简图。这里以六单元IGBT模块MG50Q6ES41为例介绍测量方法。内部电路如图所示。 14

（3）用万用表检测IGBT模块好坏的简单测量方法： 2）明确测量内容 对图9所示六单元IGBT模块，应测量其“+”“-”两引脚间是否短路、各IGBT的续流二极管是否有击穿现象六只IGBT的触发导通及关断功能是否正常。 3）用万用表RX10k挡进行测量 测量步骤如下： ①用十个手指同时触及BU和U、BV和V、BW和W有BX、BY、BZ和“-”，以释放栅极上感应存储的电荷，避免对后续测量结果产生影响。用黑表笔接触模块的“+”，红表笔接触“-”，这时表针应指在接近无穷大的位置；交换表针再测量，表针应指在10KΩ附近。表明“+”“-”两引脚间无击穿短路现象。 ②用①的方法释放栅极上感应存储折电荷后，测量U、V、W三引脚间的正反向电阻。测量时两两相测，交换红黑表笔后再两两相测，共测量六次。六次测量中万用表表针均应指在接近无穷大的位置。表明六只IGBT续流二极管无击穿现象。 15

（3）用万用表检测IGBT模块好坏的简单测量方法： ③分别测量六只IGBT的触发导通关断特性，以栅极为BW的一只IGBT的测量为例。万用表黑表笔接触“+” 即被测IGBT的集电极（C）、红表笔接触W即被测IGBT的发射极（E）用手指同时触及一下BW即被测IGBT的栅极（G）和集电极（C），这时IGBT被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，手指离开后表针缓慢向阻值变大方向摆动；然后再用手指同时触及一下栅极（G）和发射极（E），这时IIGBT被阻断，万表表的指针应指在接近无穷大的位置。这说明被测IGBT管的触发导通及关断功能正常。 用上述同样的方法测量其余的IGBT管。 能够通过上述全部测量即可判断此IGBT模块是好的，否则可能已损坏。以上方法也可以用于检测功率场效应晶体管（MOSFET）的好坏。 16

（3）用万用表检测IGBT模块好坏的简单测量方法： 4）注意事项 ①多数指针式万用表皆可用于检测IGBT，但判断IGBT 好坏时，一定要将万用表的转换开关置于电阻RX10K挡位上，因该挡位使用的电池电压较高，其他各挡位的电池电压大低，检测时可能无法使IGBT触发导通。 ②由于IGBT的输入级为场效应器件，其输入电阻很大且极易感应电荷，测量中应注意及时释放栅极上的感应存储的电荷，以免 造成误判。 关于GTR模块的测试方法可参照上述方法和一般三极管好坏的测量方法进行。测量吕要注意对模块中的所有GTR和续流二极管均应一一测量，防止因漏测造成误判。 17

五、变频器的工作原理和功能 1、变频器的工作原理 （1）三相交流异步电动机转速方程式： 式中 ｆ――电动机电源的频率（Hz） 　 　　Ｐ――电动机定子绕组的磁极对数 　 　　ｓ――转差率 18

五、变频器的工作原理和功能 可见，在定子磁极对数Ｐ不变、转差率ｓ变化不大的情况下，可以认为调节电动机定子电源频率ｆ时，电动机的转速ｎ也大致随频率ｆ成正比变化。若均匀调节电动机电源频率ｆ，则可以平滑的改变电动机的转速。 逆变的基本工作原理：将直流电变换为交流电的过程称为逆变，完成逆变的功能的装置叫逆变器，它是变频器的重要组成部分。电压型逆变器的动作原理可用右图所示的机械开关的动作来说明。 19

五、变频器的工作原理和功能 当开关S1、S2、与S3、S4轮流闭合和打开时，在负载上即可得到波形图的交流电压，完成直流到交流的逆变过程。用具有相同功能的电力半导体器件取代机械开关，即得到单相逆变电路，电路结构和输出电压波形如图所示，改变逆变器开关元件的导通与截止时间，就可改变输出电压的频率，即完成变频。 20

五、变频器的工作原理和功能 生产中常用的变频器采用三相逆变电路，按照一定的规律来控制6个逆变器开关元件的导通和截止，就可把直流电逆变成三相交流电。在与变频器输出相连接的三相交流电动机定子绕组上得到三相交流电 21

五、变频器的工作原理和功能 （2）U/f控制原理： U/f控制是在改变变频器输出频率的同时改变输出电压的幅值，以维持电动机磁通基本恒定，从而在较宽的调速范围内，使电动机的效率、功率因数不下降。U/f控制是目前通用变频器中基本控制方式。 三相交流异步电动机在工作过程中，铁心磁通接近饱和状态，使得铁心材料得到利用。在变频调速的过程中，当电动机电源的频率变化时，电动机的阻抗随之变化，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强的情况。 在励磁不足时，电动机的输出转矩将降低，而励磁过强时，又会使铁心中的磁通处于处于饱和状态，使电动机中流过很大的励磁电流，增加电动机的铁耗，降低其效率和功率因数，并易使电动机温升过高。因此在改变频率进行调速时，必须采取措施保持磁通恒定并为额定值。 22

五、变频器的工作原理和功能 由异步电动机定子绕组感应电动势的有效值近似等于定子绕组外加电压Ｕ1 显然，要使电动机的磁通在整个调速过程中保持不变，只要在改变电源频率f1的同时改变电动机的感应电动势E，使其满足E/f为常数即可。但在电动机的实际调速控制过程中，电动机感应电动势的检测和控制较困难，考虑到正常运行时电动机的电源电压与感应电动势近似相等，只要控制电源U和频率f，使U/f等于常数，即可使电动机的磁通基本保持不变，采用这种控制方式的变频器称为U/f控制变频器。 23

五、变频器的工作原理和功能 由于电动机实际电路中定子阻抗上存在压降，尤其是当电动机低速运行时，感应电动势较低，定子阻抗上的压降不能忽略，采用U/f控制的调速系统中工作频率较低时，电动机的输出转矩将下降。为了改善低频时转矩特性，可采用补偿电源电压的方法，即低频时适当提升电压U来补偿电子阻抗上的压降，以保证电动机在低速区域运行时仍能得到极大的输出转矩，这种补偿功能称为变频器的转矩提升功能。 综上所述，对电动机供电的变频器一般要求兼有调压和调频功能，通常将这种变频器称为变频变压（VVVF）型变频器。 24

五、变频器的工作原理和功能 （3）脉冲宽度调制（PWM）技术： 实现变频变压的方法有多种，目前应用较多的是脉冲宽度调制技术，简称PWM技术。PWM技术是指在保持整流得到的直流电压大小不变的条件下，在改变输出频率的同时，通过改变输出脉冲的宽度（或用占比表示），达到改变等效输出电压的一种方法。 PWM的输出电压基本波形如图所示。在半个周期内，输出电压平均值的大小由半周中输出脉冲的总宽度决定。在半周中保持脉冲个数不变而改变脉冲宽度，可改变半周内输出电压的平均值，从而达到改变输出电压有效值的目的。 25

五、变频器的工作原理和功能 PWM输出电压的波形是非正弦波，用于驱动三相异步电动机运行时性能较差。如果使整个半周内脉冲宽度按正弦规律变化，即使脉冲宽度先逐步增大，然后再逐渐减小，则输出电压也会按正弦规律变化。这就是目前工程实际中应用最多的正弦PWM法，简称SPWM。 其波形产生的方法是：在变频器的控制电路中，由调制波信号发生器提供的一组三相对称正弦波调制信号作为变频器输出的基波，与三角波振荡器提供的三角波载波信号相叠加，如图。 26

五、变频器的工作原理和功能 通过其交点时刻控制主电路半导体开关器件V1～V6的通断，从而得到一组等幅而不等宽且两侧窄、中间宽的脉冲电压波形，其大小和频率通过调节正弦波调制信号的幅值和频率而改变，即按正弦规律变化，如图所示。 在每半个周期内输出若干个宽度不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应局部波形下的面积，则输出电压可近似认为与正弦波等效。 27

五、变频器的工作原理和功能 （4）三相异步电动机变频器调速后的机械特性： 1）在基频fin以下调速 在基频fin（一般为电动机的额定频率）以下调速时，采用的是U/f恒定控制方式。此时，电动机的机械特性基本上是平行下移的，如图所示。在频率较低时最大转矩将减小（此时定子阻抗上的压降不能忽略，电动机主磁通有较大削弱），采用转矩提升后的特性曲线如图中的虚线所示。由于采用U/f恒定控制时电动机主磁通基本恒定，所以在基频以下调速属于恒转矩调速 28

五、变频器的工作原理和功能 2）在基频fin以上调速 在基频以上调速时频率可以从fin往上增高，但电压U1却不能超过额定电压UIN,最多只能保持U1＝UIN。在基频fin以上变频调速时，由于电压U1＝UIN不变，当频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，如图16所示。由于频率提高而电压不变，气隙磁动势必然减弱，导致转矩减小。但由于转速升高了，可以认为输出功率基本不变。所以在基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。 29

五、变频器的工作原理和功能 把基频以上调速和基频以下调速两种情况结合起来，可得如图所示的异步电动机变频调速控制特性。 30

五、变频器的工作原理和功能 2、变频器的功能： 随着变频器调速技术的发展，变频器尤其是高性能通用变频器的功能越来越丰富，下面按用途对通用变频器的主要功能进行简要介绍。 系统所具有的功能。 1）全范围转矩自动增强功能 由于电动机绕组中阻抗的作用，采用U/f控制的变频器在电动机的低速运行区域会出现转矩不足的情况。为提高系统的性能，具有全范围转矩自动增强功能的变频器在电动机的加速、减速和正常运行的所有区域中可以根据负载情况自动调节U/f值，对电动机的输出转矩进行补偿。 31

五、变频器的工作原理和功能 2）防失速功能 变频器的防失速功能包括加速过程的防失速功能、恒速运行过程的防失速功能和减速过程的防失速功能三种。 2）防失速功能 变频器的防失速功能包括加速过程的防失速功能、恒速运行过程的防失速功能和减速过程的防失速功能三种。 加速过程和恒速运行过程中的防失速功能的基本作用是：当电动机由于加速过快或负载过大等原因出现过电流现象时，变频器将自动降低输出频率，以避免出现变频器因过电流保护电路动作而停止工作。 对于电压型变频器，在电动机的减速过程中回馈能量将使变频器的直流中间电路的电压上升，可能会出现过电压保护电路动作而使变频器停止工作的情况。减速过程的防失速功能的基本作用是：在过电压保护电路动作之前暂停降低变频器的输出频率或减小输出频率的降低速率，达到防止失速的目的。 32

五、变频器的工作原理和功能 3）过转矩限定运行功能 这种功能的作用是对机械设备进行保护并保证运行的连续性。利用该功能可以对电动机的输出转矩极限值进行设定，当电动机的输出转矩达到该设定值时，变频器停止工作并发出报警信号。 4）运行状态检测显示功能 该功能主要用于检测变频器的工作状态并及时显示。 5）自动节能运行功能 该功能的作用是使变频器能自动选择工作参数，使电动机在满足负载转矩要求的情况下以最小电流运行。 6）自动电压调整功能 当电源电压下降时，使用自动电压调整功能可以维护电动机的高启动转矩。 7）通过外部信号对变频器进行启停控制的功能 变频器通常都具有通过外部信号控制变频器启停的功能。 33

五、变频器的工作原理和功能 （2）频率设定功能 1）给定频率的设定方法 与给定信号对应的变频器的工作频率称为给定频率，通用变频器给定频率的设定通常采用三种方法，见表4 设定方法 说 明 面板给定 利用操作面板上的数字增加键和数字减小键进行频率的数字量给定或调整 预置给定 通过程序预置的方法预置给定频率。启动时，按运行键，变频器即自行升速到预置的给定频率为止。 外接给定 从控制接线端上，引入外部的电压信号或电流信号进行频率给定，这种方法常用于远程控制的情况。所有的变频器都为用户提供了可以外接给定控制信号的输入端。 34

五、变频器的工作原理和功能 　2）基本频率fb和最高频率fmax 电动机的额定频率称为变频器的基本频率。当频率给定信号为最大时，变频器的给定频率称为最高频率。 3）上限频率fH和下限频率fL 上限频率与下限频率是调速系统所要求变频器的工作范围，根据调速系统的工作需要进行设定。设与fH、fL对应的给定信号分别是XHXL，则上限频率的定义是：当X>XH时fX＝fH;下限频率的定义是：当X<XL时，fX＝fL。如图所示。 35

五、变频器的工作原理和功能 4）载波频率 采用PWM技术的变频器的输出电压是一系列脉冲，输出脉冲的频率称为变频器的载波频率。在电动机的电流中，具有较强的载波频率的谐波分量，它将引起电动机铁心振动而发出噪声，或对同一控制柜内的其他设备造成干扰。为降低噪声或干扰，用户可在一定范围内调整载波频率，但改变载波频率往往会影响变频器的特性。 5）点动频率 生产机械在调试的过程中，以及每次新的加工过程开始前，常需要点动控制。变频器可根据生产机械的特点和要求，预先一次性地设定一个点动频率，每次点动时都在该频率下运行，而不必变动已经设定好的给定频率。 36

五、变频器的工作原理和功能 （3）升速时间和降速时间的设定功能 1）升速时间的设定 异步电动机在额定频率和电压下直接启动时，启动电流很大。使用变频器后，由于其输出频率可以从很低时开始，频率上升的快慢可以任意设定，从而可以有效地将启动电流限制在一定范围内。 不同的变频器对升速时间的定义不太一致，一般分两种情况：一种是工作频率从0HZ上升到基本频率所需时间；另一种是工作频率从0HZ上升到最高频率所需的时间。各种变频器都为用户提供了可在一定范围内任意设定升速时间的功能，所规定的设定范围各不相同，最短的为0～120s，最长的可达0～6000s。 从减小电动机启动电流的角度来说，升速时间应设定得长一些，但升速时间过长会影响系统的工作效率，因此其设定的基本原则是：在电动机的启动电流不超过允许值的前提下，尽可能地缩短升速时间。 37

五、变频器的工作原理和功能 2）降速时间的设定 变频器降速时间的定义也有两种：其一，工作频率从基本频率降至0HZ所需的时间；其二，工作频率从最高频率降低到0HZ所需的时间。所有变频器中，降速时间的设定范围都和升速时间相同。 设定降速时间时考虑的主要因素是拖动系统的惯性。一般情况下，惯性越大，设定的降速时间应越长。 38

五、变频器的工作原理和功能 （4）变频器的保护功能 1）过电流保护功能 当变频器由于负载突变、输出侧短路等原因出现过大的电流峰值时，有可能超过主电路电力半导体器件的允许值，此时变频器可采取保护措施限制电流值，或切断主电路的逆变桥，停止变频器的工作，俗称为“跳闸” 在实际的电力拖动系统中，大部分负载是经常变动的，短时间过电流也就难以避免。变频器处理过电流的原则是尽量不跳闸，为此设置了防跳闸功能（即防失速功能），只有冲击电流太大或防跳闸功能不能解决问题时，才迅速跳闸 39

五、变频器的工作原理和功能 2）过载保护功能 此功能主要用于电动机的过载保护。变频器的输出电流超过额定值，且持续时间达到规定时间时，为了防止变频器所驱动的电动机被烧毁，变频器应进行过载保护。 　　过载保护需要反时限特性，由于在变频器内能方便而准确地检测到电动机的工作电流值，并可通过其内部微处理器的运算来实现反时限保护特性，从而大大提高了保护的正确性与可靠性，可较好地实现电动机的过载预报警和过载保护。 40

五、变频器的工作原理和功能 3）电压保护功能 当变频器由于快速加减速、电源电压波动、电源缺相等原因，出现中间直流电路的电压值超过或低于允许值时，变频器可采取保护措施限制电压值的波动或跳闸。 由于降速过快而发生再生过电压时，变频器将自动延长降速时间或自动暂停降速，减缓降速过程，直到电压回到正常范围后再恢复到原设定的降速状态。当出现欠电压现象且持续一段时间时，变频器将停止运转。新系列的变频器在停电时间极短时，允许电源自动重合闸，变频器可不必因欠电压而跳闸。 另外变频器还具有接地保护、冷却风扇异常保护、过热保护和短路保护等保护功能。 41

五、变频器的工作原理和功能 （5）变频器U/f控制方式的选择功能 实际电力拖动系统中，通用变频器可能拖动不同性质的机械负载，负载的机械特性、对启动转矩的要求等各不相同。此时改变U/f控制方式可使变频器处于较理想的工作状态，达到节能、工作电流小、不易跳闸等目的。 1）基本U/f线 基本U/f线给出了与额定电压UN对应的基本频率fb的大小，是对U/f的比值进行调整时的基准线，如图所示。 42

五、变频器的工作原理和功能 2）任选U/f线功能 在U/f控制方式中，变频器为用户提供了许多不同补偿程度的U/f线，供用户选定，如图所示，图中曲线2和曲线3低于基本U/f线，主要用于风机和水泵一类低速时阻抗转矩很小的负载。 43

六、变频器的使用与维护 1、变频器的主要技术参数：变频器的主要技术参数有输出容量、额定输出频率与输出频率调节范围等。 （1）输出容量： GB12688-1990中规定输出容量为视在功率，以kV·A为单位； 行业协议：变频器的型号规定中均标以所适用的电动机功率（kW）数。 （2）额定输出电压等级： 变频器输出额定电压，最大不超过输入线电压值。 （3）额定输出频率与输出频率调节范围： 在我国，一般工业用电设备的额定频率为50Hz。至于频率的调节范围，不同型号的通用变频器给出的可调频率范围不同，一般是0.5～400Hz以上已属中频。 44

六、变频器的使用与维护 2、环境条件与基本要求： （1）环境条件： GB12668—1990把环境条件分为正常工作条件与非正常工作条件两类。正常工作条件包括环境温度、相对湿度、气体污染、振动、海拔、输入电源情况（波动、对称度）等。非正常工作条件包括非正常的冲击、振动、高温、高湿等。 （2）基本要求：对变频器的基本要求，包括对部件及附件的一般要求、过载能力、额定输出电压、输出电压的不对称度、额定输出频率、频率调节范围、频率稳定精度、压频比、效率、频率等共25项。达到这些要求，对保证变频器具有良好的技术参数、运行可靠是十分重要的。 45

六、变频器的使用与维护 3、通用变频器的技术规范： 技术规范通常包括变频器型号、容量、电流、调频范围、频率精度、过载容量、控制方式、保护功能、显示功能，适用电动机种类、容量、工作电源额定电压、额定频率、冷却和安装方式、使用环境要求等。 （1）变频器的额定参数： 1）输入侧的额定数据： ①电压与相数：在我国，中小容量变频器主要有以下几种： A） 三相380V，绝大多数是这样。 B）三相220V，主要用于某些进口设备中。 C）单相220V，主要用于家用电器中。 ②频率：常见的有50HZ和60HZ 两种。 46

六、变频器的使用与维护 2）输出侧的额定数据： ①输出电压UN：变频器输出电压的额定值是指输出电压中的最大值。在大多数情况下，就是输出频率等于电动机额定频率时的输出电压值。通常，输出电压的额定值总是和电动机额定电压相等。 ②输出电流IN：指允许长时间输出的最大电流，是用户组选择变频器时的主要依据。 ③输出容量SN：SN的大小取决于UN和IN的乘积，即SN = UNIN ④配用电动机容量PN：作为变频器与电动机之间适配依据的一个数据，这种适配关系只是对连续不负载才是完全适用的。对于变动负载、断续负载或短时负载来说，必须注意电动机所允许的短时间过载电流与变频器额定电流之间矛盾配合问题。 ⑤过载能力：指变频器的输出电流超过额定电流的允许范围和时间。 47

六、变频器的使用与维护 3）变频器的频率指标： ①频率范围：即变频器输出的最高频率fmax和最低频率fmin。 ②频率精度：即变频器输出频率的准确程度。 ③频率分辨率：指输出频率的最小改变量，即每相邻两档输出频率之间的最小差值。 48

六、变频器的使用与维护 （2）变频器各部分的电流： 1）变频器的输入电流： ①f<50Hz：在工作频率低于工频的情况下，变频器的输入电流比输出电流小，即IIN <IOUT。 ②f=50Hz：在同样是50Hz的情况下，输入电流比工频运行时的电动机电流大。 　2）变频器的直流电流：在变频器内，由于中间有直流电流，其感性电流并不是真正和电源交换而是和直流电路内的滤波电容进行交换。电流的大小与频率成正比。 3）变频器的输出电流：变频器的输出电流就是电动机电流。 变频器的输出电流取决于负载转矩，而输入电流则取决于其输出功率。 49

六、变频器的使用与维护 4、变频器的选择： 变频器的选择包括类型的选择、容量的选择和外围设备的选择三方面。 （1）变频器类型的选择 根据控制功能可将通用变频器分为三种类型：普通功能型U/f控制变频器、具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器和矢量控制高性能型变频器，变频器类型的选择，要根据负载的要求来进行。 1） 风机、泵类负载，低速下负载转矩较小（为平方转矩负载），通常可以选择普通功能型。 50

六、变频器的使用与维护 2）恒转矩类负载，例如挤压机、搅拌机、传送带、起重机的平移机构、起重机的提升机构和提升机等，有以下两种情况： ①采用普通功能型变频器。为了保证低速时的转矩调速，常需要采用加大电动机的变频器容量的办法。，以提高低速转矩。 ②采用比较理想的具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器，实现恒转矩负载的恒速运行。这种变频器的低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕冲击负载，具有挖土机的特性，且性能价格比较高。 51

六、变频器的使用与维护 （2）变频器容量的选择 变频器的容量通常采用额定输出电流（A）,输出容量（kVA）适用电动机功率（kW）表示。 对于标准4级电动机拖动到连续恒定负载，变频器的容量可根据适用电动机的功率选择。对于其他级数的电动机拖动的负载、断续负载和短时负载，因其额定电流比标准电动机大，不能根据适用电动机的功率选择变频器容量。变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择，即 IN =Immax 式中 IN —变频器额定电流，A； IMmax —电动机的最大工作电流。 52

六、变频器的使用与维护 （3）变频器外围设备及其选择 在选定了变频器后，下一步的工作就是根据需要选择与变频器配合工作的各种周边设备。正确选择变频器周边设备可以达到保证变频器驱动系统能够正常工作、提供对变频器和电动机的保护、减少对其他设备的影响等目的。 外围设备通常是指配件，分为常规配件和专用配件。图21中断路器和接触器是常规设备；交流电抗器、滤波器、制动电阻、直流电抗器和输出交流电抗器是专用配件。 53

六、变频器的使用与维护 1）常用常规配件的选择 由于变频器调速系统中，电动机的启动电流可控制在较小范围内，因此电源侧断路器的额定电流可按变频器的额定电流来选用。 接触器选用方法与断路器相同。使用时应注意：不要用交流接触器进行频繁地启动或停止（变频器输入回路的开关寿命大约为10万次）；不能用电源侧的交流接触器停止变频器。 变频器内部、电动机内部及输入输出引线均存在对地静电电容，且变频器所使用的载波频率较高，因此变频器的对地漏电流较大，有时甚至会导致保护电路误动作。若需要使用漏电保护器时，应注意以下两点：一是漏电保护器应设于变频器的输入侧，置于断路器之后；二是漏电保护器的动作电流应大于该线在工频电源下不使用变频器时漏电流的10倍。 54

六、变频器的使用与维护 2）专用配件的选择 专用配件的选择应以变频器厂家提供的变频器使用手册中的要求为依据，不可盲目选取。 55

六、变频器的使用与维护 5、变频器的安装和拆卸常识： （1）安装场所要求和管理： 1）搬运时，请托住机体的底部。只拿住面板，有主体下落砸脚受伤的危险。 2）请安装在金属等不易燃烧的材料上，安装在易燃材料上，有火灾的危险。 3）两台以上的变频器安装在同一控制柜内时，请设置冷却冷风扇，并使进风口的空气温度保持在40℃以下，由于过热，会引起火灾及其他事故。 56

六、变频器的使用与维护 （2）安装现场：安装现场应满足如下条件： 1）室内通风良好。 2）环境温度-10℃～40℃，裸机为-10℃～50℃. 3）尽量避免高温多湿，相对湿度小于90%，无雨水滴淋。 4）切勿安装在木材等易燃物体上。 5）避免直接日晒。 6）无易燃、腐蚀性气体和液体。 7）无灰尘、油性灰尘、漂浮性的纤维及金属微粒。 8）安装基础坚固，无振动。 9）无电磁干扰，远离干扰源。 57

六、变频器的使用与维护 （3）安装防范措施： 安装作业时，请将变频器盖上防尘罩。钻孔等产生的金属碎片切勿落入变频器内部。安装结束后，请撤去防尘罩。 （4）安装方向和空间： 1）整体安装 为使冷却循环效果良好，必须将变频器安装在垂直方向，其上下左右与相邻的物品或挡板（墙）必须保持足够的空间，请参考变频器安装说明书。 2）远控键盘和端子等安装及拆卸 58

六、变频器的使用与维护 当变频器的安装场所与操作场所不在一起时，可采用远控键盘及其延长电缆实现。远控键盘和端子连线的步骤如下： ①取下端子外罩，用螺丝刀取下外罩的固定螺丝，按照箭头所示的方向抬起端子外罩，取下端子外罩。 ②连接远控键盘、延长电缆和端子，将远控键盘延长电缆、控制回路电缆和主回路电缆分别从橡胶套圈的出线孔引出，当远控键盘延长电缆超过10m时，外接远控键盘+5V/500mA的辅助电源。远控键盘、延长电缆和端子连接。 ③安装端子外罩。远控键盘和端子接线作业结束时，按取下端子外罩的逆顺序安装好。即将端子外罩的卡口嵌入箱体的卡槽内，并用力压端子外罩的底部，直听到“卡嚓”一声，然后，用螺丝刀紧固端子外罩的螺钉。 59

六、变频器的使用与维护 6、变频器的故障诊断： 当变频器发生异常时，LED数码管和LCD液晶显示器将显示对应故障的功能代码及其内容、故障继电器动作、变频器停止输出，发生故障时，电动机若在旋转，将会自由停车，直至停止旋转。 一般变频器故障及措施：见下表。 60

六、变频器的使用与维护 故 障 措 施 驱动电路故障（SC） 1.变频器三相输出相间或对地短路 1.通常原因，实施相应对策后复位 故 障 措 施 驱动电路故障（SC） 1.变频器三相输出相间或对地短路 1.通常原因，实施相应对策后复位 2.功率模块同桥臂直通 2.寻求技术支持 3.模块损坏 3. 寻求技术支持 过流 （AC） 1.变频器输出侧短路 2.负载太重，加速时间太短 2.延长加速时间 3.转矩提升设定值太大 3.减小转矩提升设定值 过压 （OU） 1.减速时间太短，电动机再生能量太大 1.延长减速时间 2.电网电压太高 2.将电压降到规定范围内 过热 （OH） 1.周围环境温度太高 1.变频器的运行环境符合规格要求 2.变频器通风不良 2.改善通风环境 3.冷却风扇故障 3.更换冷却风扇 4.温度检测电路故障 4. 寻求技术支持 接触器故障（CC） 1.输入电源缺相 1.检查输入电源 2.继电器/接触器未吸合 2. 寻求技术支持 欠压 （LU） 1. 输入电源缺相 1. 检查输入电源 2.瞬时停电 2.重新启动 3.输入电源接线端子松动 3.旋紧输入接线端子螺钉 4.输入电源变化太大 4.加装稳压电源 缺相（LP） 1.输入R、S、T缺相 过载 （OL） 1.加/减速时间太短 1. 延长加/减速时间太短 2.转矩提升太大 2.减小转矩提升设定值 3.负载太重 3.更换与负载匹配的变频器 E2PROM错误（EC） 1.干扰使E2PROM读写错误 1.按STOP/RESET 键复位 2. E2PROM损坏 61

六、变频器的使用与维护 7、变频器的保养和维护： （1）基本常识 1）请勿触摸变频器的接线端子，端子上有高电压，有触电的危险。 2）通电前，请务必安装好端子外罩，拆卸外罩时，一定要断开电源。有触电的危险。 3）切断主回路电源，确认发光二极管熄灭后，方可进行保养、检查。电解电容上有残余的电压的危险。 4）非专业技术人员，请勿进行保养，检查工作。有触电的危险。 5）键盘板、控制电路板、驱动电路板上安装了CMOS集成电路，使用时请特别注意。用于直接触摸电路板，静电感应可能会损坏电路板上的集成芯片。 6）通电中，请勿变更接线及拆卸端子接线。有触电的危险。 7）运行中，请勿检查信号。会损坏设备。 62

六、变频器的使用与维护 （2）日常维护 在变频器正常运转时，观察记录有关技术数据是否正常，具体内容为： 1）电动机是否有异常声音及振动。 2）变频器及电动机是否发热异常。 3）环境温度是否过高。 4）负载电流是否与往常一样。 5）变频器的冷却风扇是否正常运转。 63

六、变频器的使用与维护 （3）定期维护 变频器定期保养检查时，一定要切断电源，待监视器无显示及主电路电源指示灯熄灭后，才能进行检查。定期检查内容：见下表。 序号 检查项目 检查内容 异常对策 1 接线端子 主回路端子、控制回路端子螺丝钉是否松动 用螺丝刀拧紧 2 散热片 是否有灰尘 用4～6kg/cm2压力的干燥压缩空气吹掉 3 PCB 4 冷却风扇 是否有异常声音、异常振动 累计运行时间高达20 000h，要更换冷却风扇 5 功率元件 6 铝电解电容 是否变色、异味、鼓泡 更换铝电解电容 64

六、变频器的使用与维护 （4）定期保养 为了使变频器长期正常工作，必须针对变频器内部电子元器件的使用寿命，定期进行保养和维护。变频器电子元器件的使用寿命又因其使用环境和使用条件的不同而不同。 1）变频器部件更换时间的使用条件 ①环境温度：年平均30℃ ②负载系数：80%以下 ③运行时间：每天12h以下。 2）变频器的保养期限 序号 器件名称 标准更换时间/y 1 冷却风扇 2～3 2 电解电容器 4～5 3 印刷电路板 5～8 4 熔断器 10 变频器部件更换时间见下表 65

六、变频器的使用与维护 （5）变频器的保养 变频器使用应严格按其技术要求使用，若在保养期内出现故障，应与变频器提供公司联系，要求保修服务。保障内容为： 1）保修范围仅指变频器主体 2）正常使用时，变频器在1y内发生故障或损坏，制造公司负责保修；1y以上，将收取合理的维修费用。 3）在1y内，如发生以下情况，也应收取一定的维修费用： ①不按使用说明书的操作步骤操作，带来的变频器损坏。 ②由于水灾、火灾、电压异常等造成的变频器损坏 ③连接线错误等造成的变频器损坏 ④自行改造等造成的变频器损坏 4）有关服务费用按照实际费用计算。如有协议，以协议优先的原则处理。 66

结束谢谢大家