變頻器原理以及基本知識

1、什么是變頻器？
 

　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。
 

　　2、PWM和PAM的不同點是什么？
 

　　PWM是英文Pulse Width Modulation（脈沖寬度調制）縮寫，按一定規律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節輸出量和波形的一種調值方式。
 

　　PAM是英文Pulse Amplitude Modulation （脈沖幅度調制） 縮寫，是按一定規律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節輸出量值和波形的一種調制方式。
 

　　3、電壓型與電流型有什么不同？
 

　　變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波石電感。
 

　　4、為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變？
 

　　異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用于風機、泵類節能型變頻器。
 

　　5、電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加；對于變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？
 

　　頻率下降（低速）時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。
 

　　6、采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？
 

　　采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下（根據機種不同，為125%~200%）。用工頻電源直接起動時，起動電流為6~7倍，因此，將產生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動（起動時間變長）。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉矩為70%~120%額定轉矩；對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為*以上，可以帶全負載起動。
 

　　7、V/f模式是什么意思？
 

　　頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇
 

　　8、按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化？
 

　　頻率下降時*成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉矩,這種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現,有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法
 

　　9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？
 

　　在6Hz以下仍可輸出功率，但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件，zui低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率（起動頻率）根據機種為0.5~3Hz.
 

　　10、對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可以？
 

　　通常情況下時不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）電壓不變，大體為恒功率特性，在 高速下要求相同轉矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。
 

　　11、所謂開環是什么意思？
 

　　給所使用的電機裝置設速度檢出器（PG），將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環 ”，不用PG運轉的就叫作“開環”。通用變頻器多為開環方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋.
 

　　12、實際轉速對于給定速度有偏差時如何辦？
 

　　開環時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的范圍內（1%~5%）變動。對于要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近于給定速度下運轉的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器（選用件）。
 

　　13、如果用帶有PG的電機，進行反饋后速度精度能提高嗎？
 

　　具有ＰＧ反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決于ＰＧ本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。
 

　　14、失速防止功能是什么意思？
 

　　如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速（電角頻率）的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。
 

　　15、有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什么意義？
 

　　加減速可以分別給定的機種，對于短時間加速、緩慢減速場合，或者對于小型機床需要嚴格給定生產節拍時間的場合是適宜的，但對于風機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。
 

　　16、什么是再生制動？
 

　　電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變為異步發電機狀態運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。
 

　　17、是否能得到更大的制動力？
 

　　從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的10%~20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%~*。
 

　　18、請說明變頻器的保護功能?
 

　　保護功能可分為以下兩類：
 

　　（1） 檢知異常狀態后自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。
 

　　（2） 檢知異常后封鎖電力半導體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。
 

　　19、為什么用離合器連續負載時，變頻器的保護功能就動作？
 

　　用離合器連接負載時，在連接的瞬間，電機從空載狀態向轉差率大的區域急劇變化，流過的大電流導致變頻器過電流跳閘，不能運轉。
 

　　20、在同一工廠內大型電機一起動，運轉中變頻器就停止，這是為什么？
 

　　電機起動時將流過和容量相對應的起動電流，電機定子側的變壓器產生電壓降，電機容量大時此壓降影響也大，連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷，因而有時保護功能（IPE）動作，造成停止運轉。
 

　　21、什么是變頻分辨率？有什么意義？
 

　　對于數字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號，輸出頻率也是有級給定。這個級差的zui小單位就稱為變頻分辨率。
 

　　變頻分辨率通常取值為0.015~0.5Hz.例如，分辨率為0.5Hz，那么23Hz的上面可變為23.5、24.0 Hz，因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對于像連續卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下，如果分辨率為0.015Hz左右，對于4級電機1個級差為1r/min 以下，也可充分適應。另外，有的機種給定分辨率與輸出分辨率不相同。
 

　　22、裝設變頻器時安裝方向是否有限制。
 

　　變頻器內部和背面的結構考慮了冷卻效果的，上下的關系對通風也是重要的，因此，對于單元型在盤內、掛在墻上的都取縱向位，盡可能垂直安裝。
 

　　23、不采用軟起動，將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以？
 

　　在很低的頻率下是可以的，但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流（6~7倍額定電流），由于變頻器切斷過電流，電機不能起動。
 

　　24、電機超過60Hz運轉時應注意什么問題？
 

　　超過60Hz運轉時應注意以下事項
 

　　（1）機械和裝置在該速下運轉要充分可能（機械強度、噪聲、振動等）。
 

　　（2） 電機進入恒功率輸出范圍，其輸出轉矩要能夠維持工作（風機、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加，所以轉速少許升高時也要注意）。
 

　　（3） 產生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。
 

　　（4） 對于中容量以上的電機特別是2極電機，在60Hz以上運轉時要與廠家仔細商討。
 

　　25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎？
 

　　根據減速機的結構和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結構上通常可考慮70~80Hz為zui大極限，采用油潤滑時，在低速下連續運轉關系到齒輪的損壞等。
 

　　26、變頻器能用來驅動單相電機嗎？可以使用單相電源嗎？
 

　　機基本上不能用。對于調速器開關起動式的單相電機，在工作點以下的調速范圍時將燒毀
 

　　輔助繞組；對于電容起動或電容運轉方式的，將誘發電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相，但對于小容量的，也有用單相電源運轉的機種。
 

　　27、變頻器本身消耗的功率有多少？
 

　　它與變頻器的機種、運行狀態、使用頻率等有關，但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%，據此可推算損耗，但內藏再生制動式（FR-K）變頻器，如果把制動時的損耗也考慮進去，功率消耗將變大，對于操作盤設計等必須注意。
 

　　28、為什么不能在6~60Hz全區域連續運轉使用？
 

　　一般電機利用裝在軸上的外扇或轉子端環上的葉片進行冷卻，若速度降低則冷卻效果下降，因而不能承受與高速運轉相同的發熱，必須降低在低速下的負載轉矩，或采用容量大的變頻器與電機組合，或采用電機。
 

　　29、使用帶制動器的電機時應注意什么？
 

　　制動器勵磁回路電源應取自變頻器的輸入側。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作，將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動器動作。
 

　　30、想用變頻器傳動帶有改善功率因數用電容器的電機，電機卻不動，清說明原因
 

　　變頻器的電流流入改善功率因數用的電容器，由于其充電電流造成變頻器過電流（OCT）,所以不能起動，作為對策，請將電容器拆除后運轉，甚至改善功率因數，在變頻器的輸入側接入AC電抗器是有效的。
 

　　31、變頻器的壽命有多久？
 

　　變頻器雖為靜止裝置，但也有像濾波電容器、冷卻風扇那樣的消耗器件，如果對它們進行定期的維護，可望有10年以上的壽命。
 

　　32、變頻器內藏有冷卻風扇，風的方向如何？風扇若是壞了會怎樣？
 

　　對于小容量也有無冷卻風扇的機種。有風扇的機種，風的方向是從下向上，所以裝設變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。還有，變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風扇發生故障時，由電扇停止檢測或冷卻風扇上的過熱檢測進行保護
 

　　33、濾波電容器為消耗品，那么怎樣判斷它的壽命？
 

　　作為濾波電容器使用的電容器，其靜電容量隨著時間的推移而緩緩減少，定期地測量靜電容量，以達到產品額定容量的85%時為基準來判斷壽命。
 

　　34、裝設變頻器時安裝方向是否有限制。
 

　　應基本收藏在盤內，問題是采用全封閉結構的盤外形尺寸大，占用空間大，成本比較高。其措施有：
 

　　（1）盤的設計要針對實際裝置所需要的散熱；
 

　　（2）利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積；
 

　　（3） 采用熱導管。
 

　　此外，已開發出變頻器背面可以外露的型式。
 

　　35、想提高原有輸送帶的速度，以80Hz運轉，變頻器的容量該怎樣選擇？
 

　　設基準速度為50Hz,50Hz以上為恒功率輸出特性。像輸送帶這樣的恒轉矩特性負載增速時，容量 需要增大為80/50≈1.6倍。電機容量也像變頻器一樣增大

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變頻器的應用

　　變頻器除了可以用來改變交流電源的頻率之外，還可以用來改變交流電動機的轉速和扭矩。在該應用環境下，zui典型的變頻器結構是三相二級電壓源變頻器。該變頻器通過半導體開關和脈沖寬度調制（PWM）來控制各相電壓。
 

　　另外，變頻器還可以在航空航天業中。例如：飛機上的電力設備通常需要400Hz的交流電，而地面上使用的交流電一般為50Hz或60Hz。因此，當飛機停在地面上時，需要使用變頻器將地面上的50Hz或60Hz的交流電變為400Hz的交流電供飛機使用。

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變頻器的故障原因及預防措施

　　變頻器由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。其結構多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設置環境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發生故障，或者無法滿足預期的運行效果。為防患于未然，事先對故障原因進行認真分析尤為重要。
 

　　1.1 主回路常見故障分析
 

　　主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內部溫度所決定，在回路設計時已經選定了電容器的型號，所以內部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃，壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當的環境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數的交流或直流電抗器可以減少脈動電流，從而延長電解電容器的壽命。
 

　　在電容器維護時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應考慮更換電解電容器。
 

　　1.2 主回路典型故障分析
 

　　故障現象：變頻器在加速、減速或正常運行時出現過電流跳閘。
 

　　首先應區分是由于負載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過歷史記錄查詢在跳閘時的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應考慮是否有過載或突變，如電機堵轉等。在負載慣性較大時，可適當延長加速時間，此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設定范圍內，可判斷是IPM模塊或相關部分發生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、V、W， 分別與直流側的P、N端子之間的正反向電阻，來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅動電路出了故障。如果減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅動電路故障；而加速時IPM模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅動電路部分故障，發生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進入變頻器內部或環境潮濕引起。
 

　　1.3 控制回路故障分析
 

　　控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器，其原理與前述相同，但這里的電容器中通過的脈動電流，是基本不受主回路負載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據電容器環境溫度以及使用時間，來推算是否接近其使用壽命。
 

　　電源電路板給控制回路、IPM驅動電路和表面操作顯示板以及風扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過開關電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開關電源部分損壞，風扇電源的短路導致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發現。
 

　　邏輯控制電路板是變頻器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規模集成電路，具有很高的可靠性，本身出現故障的概率很小，但有時會因開機而使全部控制端子同時閉合，導致變頻器出現EEPROM故障，這只要對EEPROM重新復位就可以了。
 

　　IPM電路板包含驅動和緩沖電路，以及過電壓、缺相等保護電路。從邏輯控制板來的PWM信號，通過光耦合將電壓驅動信號輸入IPM模塊，因而在檢測模快的同時，還應測量IPM模塊上的光耦。
 

　　1.4 冷卻系統
 

　　冷卻系統主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短，臨近使用壽命時，風扇產生震動，噪聲增大zui后停轉，變頻器出現IPM過熱跳閘。冷卻風扇的壽命受陷于軸承，大約為10000～35000 h。當變頻器連續運轉時，需要2～3年更換一次風扇或軸承。為了延長風扇的壽命，一些產品的風扇只在變頻器運轉時而不是電源開啟時運行。
 

　　1.5 外部的電磁感應干擾
 

　　如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內部，引起控制回路誤動作，造成工作不正常或停機，嚴重時甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有：變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過20 cm；盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主回路分離；變頻器控制回路配線絞合節距離應在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距；變頻器距離電動機很遠時（超過100 m），這時一方面可加大導線截面面積，保證線路壓降在2%以內，同時應加裝變頻器輸出電抗器，用來補償因長距離導線產生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應按規定進行接地，必須在接地點可靠接地，不能同電焊、動力接地混用；變頻器輸入端安裝無線電噪聲濾波器，減少輸入高次諧波，從而可降低從電源線到電子設備的噪聲影響；同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器，以降低其輸出端的線路噪聲。
 

　　1.6 安裝環境
 

　　變頻器屬于電子器件裝置，對安裝環境要求比較嚴格，在其說明書中有詳細安裝使用環境的要求。在特殊情況下，若確實無法滿足這些要求，必須盡量采用相應抑制措施：振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件銹蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應對控制板進行防腐防塵處理，并采用封閉式結構；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導體器件，應根據裝置要求的環境條件安裝空調或避免日光直射。
 

　　除上述幾點外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇也是非常必要的。對于特殊的高寒場合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應采取設置空氣加熱器等必要措施。
 

　　1.7 電源異常
 

　　電源異常大致分以下3種，即缺相、低電壓、停電，有時也出現它們的混合形式。這些異常現象的主要原因，多半是輸電線路因風、雪、雷擊造成的，有時也因為同一供電系統內出現對地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節有很大差異。除電壓波動外，有些電網或自行發電的單位，也會出現頻率波動，并且這些現象有時在短時間內重復出現，為保證設備的正常運行，對變頻器供電電源也提出相應要求。
 

　　如果附近有直接啟動的電動機和電磁爐等設備，為防止這些設備投入時造成的電壓降低，其電源應和變頻器的電源分離，減小相互影響。
 

　　對于要求瞬時停電后仍能繼續運行的設備，除選擇合適價格的變頻器外，還應預先考慮電機負載的降速比例。當變頻器和外部控制回路都采用瞬間停電補償方式時，失壓回復后，通過測速電機測速來防止在加速中的過電流。
 

　　對于要求必須連續運行的設備，應對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。像帶有二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器，雖然在缺相狀態，但也能繼續工作，但整流器中個別器件電流過大，及電容器的脈沖電流過大，若長期運行將對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響，應及早檢查處理。
 

　　1.8 雷擊、感應雷電
 

　　雷擊或感應雷擊形成的沖擊電壓，有時也會造成變頻器的損壞。此外，當電源系統一次側帶有真空斷路器時，短路開閉會產生較高的沖擊電壓。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件。真空斷路器應增加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側有真空斷路器，應在控制時序上，保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。
 

　　2 變頻器本身的故障自診斷及預防功能
 

　　老型號的晶體管變頻器主要有以下缺點：容易跳閘、不容易再啟動、過負載能力低。由于IGBT及CPU的迅速發展，變頻器內部增加了完善的自診斷及故障防范功能，大幅度提高了變頻器的可靠性。
 

　　如果使用矢量控制變頻器中的“全領域自動轉矩補償功能”，其中的“啟動轉矩不足”、“環境條件變化造成出力下降”等故障原因，將得到很好的克服。該功能是利用變頻器內部的微型計算機的高速運算，計算出當前時刻所需要的轉矩，迅速對輸出電壓進行修正和補償，以抵消因外部條件變化而造成的變頻器輸出轉矩變化。
 

　　此外，由于變頻器的軟件開發更加完善，可以預先在變頻器的內部設置各種故障防止措施，并使故障化解后，仍能保持繼續運行，例如：對自由停車過程中的電機進行再啟動；對內部故障自動復位并保持連續運行；負載轉矩過大時，能自動調整運行曲線，能夠對機械系統的異常轉矩進行檢測。
 

　　造成變頻器故障的原因是多方面的，只有在實踐中，不斷摸索總結，才能及時消除各種各樣的故障。

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變頻器的構成

　　變頻器主要是由主電路、控制電路組成。
 

　　主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。
 

　　（1）整流器：zui近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。
 

　　（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。
 

　　（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關時間和電壓波形。
 

　　控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。
 

　　（1）運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。
 

　　（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。
 

　　（3）驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。
 

　　（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器（tg、plg等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。
 

　　（5）保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

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變頻器應用維護保養

　　由于變頻器能適應生產工藝的多方面要求，尤其是在工業自動化控制應用上，交流變頻調速技術已經上升為工業自動化控制的主流。交流調速系統的性能已經可以和直流調速系統相匹敵，甚至可以超過直流系統。它采用的全數字控制方式，使信息處理能力大幅度地增強。同時它將實用經驗和技巧不斷地融入軟件功能中，采用模擬控制方式無法實現的復雜控制在今天都已成為可能，使變頻器的可靠性、可使用性、可維護性功能得以充實。由于變頻器具有調速性能好、調速范圍寬和運行效率高，使用操作方便，且宜于同其它設備接口等一系列優點，所以應用越來越廣泛。多年來，我們在生產實際應用中不斷學習，積累了一些變頻器的維護保養和維修的經驗。
 

　　2、維護保養
 

　　由于電力電子技術和微電子技術的快速發展，變頻器改型換代速度也比較快，不斷推出新型產品，性能不斷提高，功能不斷充實、增強。現在國內市場銷售的變頻器品牌比較多，如Danfoss、ABB、SIEMENS、GE、Schneider等等，國產變頻器品牌比較多，雖然種類繁多，但功能及使用上卻基本類似。總的來講，其使用、維護保養及故障處理方法是基本相同的。在實際應用中，變頻器受周圍的溫度、濕度、振動、粉塵、腐蝕性氣體等環境條件的影響，其性能會有一些變化。如使用合理、維護得當，則能延長使用壽命，并減少因突然故障造成的生產損失。如果使用不當，維護保養工作跟不上去，就會出現運行故障，導致變頻器不能正常工作，甚至造成變頻器過早的損壞，而影響生產設備的正常運行。因此日常維護與定期檢查是*的。
 

　　2.1日常維護與檢查
 

　　對于連續運行的變頻器，可以從外部目視檢查運行狀態。定期對變頻器進行巡視檢查，檢查變頻器運行時是否有異常現象。通常應作如下檢查：
 

　　（1）環境溫度是否正常，要求在-10℃～+40℃范圍內，以25℃左右為好；
 

　　（2）變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數據是否正常；
 

　　（3）顯示面板上顯示的字符是否清楚，是否缺少字符；
 

　　（4）用測溫儀器檢測變頻器是否過熱，是否有異味；
 

　　（5）變頻器風扇運轉是否正常，有無異常，散熱風道是否通暢；
 

　　（6）變頻器運行中是否有故障報警顯示；
 

　　（7）檢查變頻器交流輸入電壓是否超過zui大值。極限是418V（380V×1.1），如果主電路外加輸入電壓超過極限，即使變頻器沒運行，也會對變頻器線路板造成損壞。
 

　　2.2定期檢查
 

　　利用每年一次的大修時間，將檢查重點放在變頻器日常運行時無法巡視到的部位。
 

　　（1）作定期檢查時，操作前必須切斷電源，變頻器停電后待操作面板電源指示燈熄滅后，等待4min（變頻器的容量越大，等待時間越長，zui長為15min）使得主電路直流濾波電容器充分放電，用萬用表確認電容器放電完后，再進行操作。
 

　　（2）將變頻器控制板、主板拆下，用毛刷、吸塵器清掃變頻器線路板及內部IGBT模塊、輸入輸出電抗器等部位。線路板臟污的地方，應用棉布沾上酒精或中性化學劑擦除。
 

　　（3）檢查變頻器內部導線絕緣是否有腐蝕過熱的痕跡及變色或破損等，如發現應及時進行處理或更換。
 

　　（4）變頻器由于振動、溫度變化等影響，螺絲等緊固部件往往松動，應將所有螺絲全部緊固一遍。
 

　　（5）檢查輸入輸出電抗器、變壓器等是否過熱，變色燒焦或有異味。
 

　　（6）檢查中間直流回路濾波電解電容器小凸肩（安全閥）是否脹出，外表面是否有裂紋、漏液、膨脹等。一般情況下濾波電容器使用周期大約為5年，檢查周期zui長為一年，接近壽命時，檢查周期為半年。電容器的容量可用數字電容表測量，當容量下降到額定容量的80%以下時，應予更換。
 

　　（7）檢查冷卻風扇運行是否完好，如有問題則應進行更換。冷卻風扇的壽命受限于軸承，根據變頻器運行情況需要2－3年更換一次風扇或軸承。檢查時如發現異常聲音、異常振動，同樣需要更換。
 

　　（8）檢查變頻器絕緣電阻是否在正常范圍內（所有端子與接地端子），注意不能用兆歐表對線路板進行測量，否則會損壞線路板的電子元器件。
 

　　（9）將變頻器的R、S、T端子和電源端電纜斷開，U、V、W端子和電機端電纜斷開，用兆歐表測量電纜每相導線之間以及每相導線與保護接地之間的絕緣電阻是否符合要求，正常時應大于1MΩ。
 

　　（10）變頻器在檢修完畢投入運行前，應帶電機空載試運行幾分鐘，并校對電機的旋轉方向。
 

　　2.3變頻器本身的保護：
 

　　變頻器本身具有各種保護功能，如：負載側接地保護、短路保護、電流限制、逆變器過熱、過載等，其自診斷功能、報警警告功能也特別完善。了解這些功能對于正確使用變頻器及故障查找是非常重要的。
 

　　3、故障判斷及處理
 

　　我公司Danfoss變頻器在使用中因受環境條件等因素的影響而陸續出現一些故障現象，在維修過程中，筆者積累了一些故障判斷和處理經驗。
 

　　下面以Danfoss變頻器為例作一介紹：當變頻器出現故障時，保護功能動作，變頻器立即跳閘，電機由運行狀態到停止，報警指示紅色發光二極管變亮，液晶顯示部分提示報警信息代碼或故障內容。這時可以根據信息代碼來分析判斷變頻器的故障范圍，如果是軟性故障，可將變頻器進行斷電復位。如還不能恢復正常，只能采用手動或自動初始化，初始化正常后按照參數表重新將數據輸入設定。這樣，變頻器就可以在故障較輕的情況下恢復正常使用。若經以上操作后變頻器仍不正常，就要根據故障現象來檢查變頻器損壞的部位，更換元器件或電路板。故障查找時必須按變頻器的提示順序進行。例如：
 

　　（1）故障代碼36，提示為主電源故障，則三相整流橋模塊可能擊穿短路或開路。
 

　　（2）故障代碼14，提示接地故障，可用兆歐表檢查電機繞組、查看電纜絕緣是否損壞。
 

　　（3）故障代碼37，提示逆變器故障，則IGBT模塊可能擊穿短路。IGBT模塊短路，主回路熔斷器也將熔斷。當IGBT模塊某一相門極損壞時，變頻器會出現過流保護現象，這時應對IGBT模塊進行檢查。
 

　　變頻器運行時，如頻繁出現限流報警或過流保護，應檢查負載部分以及變頻器IGBT模塊是否正常，如正常，則此故障為變頻器主板霍爾磁補償式電流傳感器損壞。霍爾磁補償式電流傳感器是一種測量正弦與非正弦周期量的電流值，能真實反映電流的波形，給變頻器提供一個控制與保護信號。變頻器上使用的該元件大部分為瑞士LEM公司LA系列的產品，其LA系列霍爾磁補償式電流傳感器可分為三端引出腳和五端引出腳兩種。變頻器容量不同，主板上LA系列霍爾磁補償式電流傳感器規格也不相同。
 

　　生產運行表明，粘膠纖維生產現場含硫化氫的腐蝕性氣體會給變頻器電路板的電子元器件帶來相當大的危害，我們通過給電氣控制室送正壓新鮮風來改善環境條件，并采用樂泰電子線路板用噴涂膠，對變頻器線路板表面作防腐涂層處理，有效地降低了變頻器的故障率，提高了使用壽命。
 

　　電子元器件對靜電是非常敏感的，如被靜電放電破壞后，將造成電子元器件軟擊穿，軟擊穿會導致線路板無法正常工作。所以在更換線路板時必須注意，一定要確保工作之前戴好接地手環，將腕帶直接接地，確保人體處于零電位，以防止人體的靜電對線路板造成損壞。如沒有接地手環，在更換線路板時可用手摸一下變頻器金屬外殼，使人體的靜電通過變頻器外殼放掉（其金屬外殼導靜電）。為確保變頻器線路板備件的安全，在保管期間，應放在有防靜電材料的袋中存放。
 

　　4、元器件好壞的簡易測試法
 

　　在維修過程中，根據故障情況要用萬用表來檢測電子元器件的好壞，如測量方法不正確就很可能導致誤判斷，這將給維修工作造成困難，甚至造成不必要的經濟損失。測量方法分為元器件測試和線路板在路測試兩種方式。在路測試：斷開變頻器電源，在不拆動線路板元器件的條件下，測量線路板上的元器件。對于元器件擊穿、短路、開路性故障，這種檢測方法可以方便快捷的查找出損壞的元器件，但還應考慮線路板上所測元器件與其并聯的元器件對測量結果所產生的影響，以免造成誤判斷錯誤。下面介紹元器件好壞的判斷方法：
 

　　4.1普通二極管的檢測
 

　　用MF47型萬用表測量，將紅、黑表筆分別接在二極管的兩端，讀取讀數，再將表筆對調測量。根據兩次測量結果判斷，通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300－500Ω，硅二極管約為1kΩ或更大些。鍺管反相電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500kΩ以上（大功率二極管的數值要小的多）。好的二極管正向電阻較低，反向電阻較大，正反向電阻差值越大越好。如果測得正、反向電阻很小均接近于零，說明二極管內部已短路；若正、反向電阻很大或趨于無窮大，則說明管子內部已斷路。在這兩種情況下二極管就需報廢。
 

　　在路測試：測試二極管PN結正反向電阻，比較容易判斷出二極管是擊穿短路還是斷路。4.2三極管檢測
 

　　將數字萬用表撥到二極管檔，用表筆測PN結，如果正向導通，則顯示的數字即為PN結的正向壓降。
 

　　先確定集電極和發射極；用表筆測出兩個PN結的正向壓降，壓降大的是發射極e，壓降小的是集電極c。在測試兩個結時，紅表筆接的是公共極，則被測三極管為NPN型，且紅表筆所接為基極b；如果黑表筆接的是公共極，則被測三極管是PNP型，且此極為基極b。三極管損壞后PN結有擊穿短路和開路兩種情況。
 

　　在路測試：在路測試三極管，實際上是通過測試PN結的正、反向電阻，來達到判斷三極管是否損壞。支路電阻大于PN結正向電阻，正常時所測得正、反向電阻應有明顯區別，否則PN結損壞了。支路電阻小于PN結正向電阻時，應將支路斷開，否則就無法判斷三極管的好壞。
 

　　4.3三相整流橋模塊檢測
 

　　以SEMIKRON（西門子）整流橋模塊為例，如附圖所示。將數字萬用表撥到二極管測試檔，黑表筆接COM，紅表筆接VΩ，用紅、黑兩表筆先后測3、4、5相與2、1極之間的正反向二極管特性，來檢查判斷整流橋是否完好。所測的正反向特性相差越大越好；如正反向為零，說明所檢測的一相已被擊穿短路；如正反向均為無窮大，說明所檢測的一相已經斷路。整流橋模塊只要有一相損壞，就應更換。
 

　　4.4逆變器IGBT模塊檢測
 

　　將數字萬用表撥到二極管測試檔，測試IGBT模塊C1.E1、C2.E2之間以及柵極G與E1、E2之間正反向二極管特性，來判斷IGBT模塊是否完好。
 

　　以德國eupec2/1200V六相IGBT模塊為例，（參見附圖）。將負載側U、V、W相的導線拆除，使用二極管測試檔，紅表筆接P（集電極C1），黑表筆依次測U、V、W（發射極E1），萬用表顯示數值為zui大；將表筆反過來，黑表筆接P，紅表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右。再將紅表筆接N（發射極E2），黑表筆測U、V、W，萬用表顯示數值為400左右；黑表筆接N，紅表筆測U、V、W（集電極C2），萬用表顯示數值為zui大。各相之間的正反向特性應相同，若出現差別說明IGBT模塊性能變差，應予更換。IGBT模塊損壞時，只有擊穿短路情況出現。
 

　　紅、黑兩表筆分別測柵極G與發射極E之間的正反向特性，萬用表兩次所測的數值都為zui大，這時可判定IGBT模塊門極正常。如果有數值顯示，則門極性能變差，此模塊應更換。當正反向測試結果為零時，說明所檢測的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時電路板保護門極的穩壓管也將擊穿損壞。
 

　　4.5電解電容器的檢測
 

　　用MF47型萬用表測量時，應針對不同容量的電解電容器選用萬用表合適的量程。根據經驗，一般情況下，47μF以下的電解電容器可用R×1K檔測量，大于47μF的電解電容器可用R×100檔測量。
 

　　將萬用表紅表筆接電容器負極，黑表筆接正極，在剛接觸的瞬間，萬用表指針即向右偏轉較大幅度，接著逐漸向左回轉，直到停在某一位置（返回無窮大位置）。此時的阻值便是電解電容器的正向漏電阻。此值越大，說明漏電流越小，電容器性能越好。然后，將紅、黑表筆對調，萬用表指針將重復上述擺動現象。但此時所測阻值為電解電容器的反相漏電阻，此值略小于正向漏電阻。即反相漏電流比正向漏電流要大。實際使用經驗表明，電解電容器的漏電阻一般應在幾百千歐以上，否則將不能正常工作。
 

　　在測試中，若正向、反相均無充電現象，即表針不動，則說明電容器容量消失或內部短路；如果所測阻值很小或為零，說明電容器漏電大或已擊穿損壞，不能再使用。
 

　　在路測試：在路測試電解電容器只宜檢查嚴重漏電或擊穿的故障，輕微漏電或小容量電解電容器測試的準確性很差。在路測試還應考慮其它元器件對測試的影響，否則讀出的數值就不準確，會影響正常判斷。電解電容器還可以用電容表來檢測兩端之間的電容值，以判斷電解電容器的好壞。
 

　　4.6電感器和變壓器簡易測試
 

　　（1）電感器的測試
 

　　用MF47型萬用表電阻檔測試電感器阻值的大小。若被測電感器的阻值為零，說明電感器內部繞組有短路故障。注意操作時一定要將萬用表調零，反復測試幾次。若被測電感器阻值為無窮大，說明電感器的繞組或引出腳與繞組接點處發生了斷路故障。
 

　　（2）變壓器的簡易測試
 

　　絕緣性能測試：用萬用表電阻檔R×10K分別測量鐵心與一次繞組、一次繞組與二次繞組、鐵心與二次繞組之間的電阻值，應均為無窮大。否則說明變壓器絕緣性能不良。
 

　　測量繞組通斷：用萬用表R×1檔，分別測量變壓器一次、二次各個繞組間的電阻值，一般一次繞組阻值應為幾十歐至幾百歐，變壓器功率越小電阻值越大；二次繞組電阻值一般為幾歐至幾百歐，如某一組的電阻值為無窮大，則該組有斷路故障
 

　　注意：這種測量方法只是一種比較粗略的估測，有些繞組匝間絕緣輕微短路的變壓器是檢測不準的。
 

　　4.7電阻器的阻值簡易測試
 

　　在路測量電阻時要切斷線路板電源，要考慮電路中的其它元器件對電阻值的影響。如果電路中接有電容器，還必須將電容器放電。萬用表表針應指在標度尺的中心部分，讀數才準確。
 

　　4.8貼片式元器件
 

　　（1）貼片式元器件種類
 

　　變頻器電子線路板現在大部分采用貼片式元器件也稱為表面組裝元器件，它是一種無引線或引線很短的適于表面組裝的微小型電子元器件。貼片式元器件品種規格很多，按形狀分可分為矩形、圓柱形和異形結構。按類型可分為片式電阻器、片式電容器、片式電感器、片式半導體器件（可分為片式二極管和片式三極管）、片式集成電路。
 

　　（2）貼片式元器件的拆、焊
 

　　用35W內熱式電烙鐵，配長壽命耐氧化尖烙鐵頭。將烙鐵頭上粘的殘留物擦干凈，僅剩有一層薄薄的焊錫。兩端器件的貼片式元器件拆卸、焊接操作比較容易。貼片式集成電路引腳細且多、引腳間距小，周圍元器件排列緊湊，拆裝不易。它們的拆卸和焊接，在沒有工具的條件下是有一定難度的，在此著重介紹貼片式集成電路的拆卸、焊接操作。
 

　　（3）拆卸方法
 

　　如已判斷出集成電路塊損壞，用裁紙刀將引腳齊根切斷，取下集成電路塊。注意切割時刀頭不要切到線路板上。然后，用鑷子夾住斷腳，用尖頭烙鐵溶化斷腳上的焊錫，將斷腳逐一取下。
 

　　（4）焊接方法
 

　　焊接前，先用酒精將拆掉集成電路塊的線路板銅萡上的多余焊錫及臟東西清理干凈，將集成電路塊的引腳涂上酒精松香水，并將引腳搪上一層薄錫。然后，核對好集成電路引腳位置，將集成電路塊放在待焊的線路板上，輕壓集成電路塊，用電烙鐵先焊集成電路塊四個角上的引腳，將集成電路塊固定好，再逐一對其它各引腳進行焊接。為了保證焊接質量，焊接時，使用細一些的焊錫絲，如0.6㎜焊錫絲，焊出來的效果好一些。
 

　　5、結束語
 

　　變頻器的維修工作是一項理論知識、實踐經驗與操作水平的結合的工作，其技術水平代表著變頻器的維修質量。所以我們要經常閱讀一些有關的書報雜志，不斷了解這些電子元器件所具備的功能和特點，開拓思路，給維修工作以啟迪，并將這些學到的知識應用于實際工作中，解決一些維修過程中無法解決的問題，以使自已的技術水平不斷提高。
 

　　變頻器是運動控制系統中的功率變換器-變頻發展分析
 

　　變頻器是運動控制系統中的功率變換器。當今的運動控制系統是包含多種學科的技術領域，總的發展趨勢是：驅動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數字化、智能化和網絡化。因此，變頻器作為系統的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發展。
 

　　經歷大約30年的研發與應用實踐，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實現變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響，二要看對電網的諧波污染和輸入功率因數，三要看本身的能量損耗（即效率）如何？這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發展趨勢：
 

　　1、主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化，開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。
 

　　2、變頻器主電路的拓撲結構方面：
 

　　變頻器的網側變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的傳動，為實現變頻器再生能量向電網回饋和節省能量，網側變流器應為可逆變流器，同時出現了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產品。
 

　　3、脈寬調制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調制（SPWM）控制、消除次數諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。
 

　　4、交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展和開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。
 

　　5、微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向：運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低，體積縮小，結構緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機相比，處理數字運算能力增強10～15倍，以確保系統有更*的控制性能。
 

　　數字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現復雜控制規律，使現代控制理論在運動控制系統中應用成為現實，易于與上層系統連接進行數據傳輸，便于故障診斷加強保護和監視功能，使系統智能化（如有些變頻器具有自調整功能）。
 

　　6、交流同步電動機已成為交流可調傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結構，功率因數高，效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機（BLDC）”。傳統的自控變頻同步機調速系統有轉子位置傳感器，現正開發無轉子位置傳感器的系統。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。