變頻器的使用及維修

共31頁第30頁畢業(yè)設計說明書課題名稱變頻器的使用及維修系/專業(yè)機械工程系／機電一體化班級學號學生姓名指導教師：變頻器的使用及維修摘要變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的。變頻技術是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應管)、SIT(靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術的不斷發(fā)展。20世紀70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM－VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已投入市場并獲得了廣泛應用。關鍵詞：變頻器；調(diào)速傳動；逆變器；電動機原理Frequencychanger'suseandservicesAbstractJidian0613NanjingIndustryProfessionalTechnologyInstituteThefrequencychangeris(50Hzor60Hz)transformsthepowerfrequencypowersourceChengGetoplantthefrequencythealternatingcurrentsupply,realizeselectricalmachinery'sspeedchangemovementequipment,thecontrolcircuitcompletestothemaincircuitthecontrol,thelevelingcircuittransformsthealternatingcurrentthedirectcurrent,thedirect-currentintermediatecircuitcarriesontolevelingcircuit'soutputthesmoothfilter,invertedtheelectriccircuitthedirectcurrentagaincounterdealdischarge.Thefrequencyconversionvelocitymodulationisachievesthevelocitymodulationthroughthechangeelectricalmachinerystatorwindingpowersupplyfrequencythegoal.Thefrequencyconversiontechnologyisshouldthealternatingcurrentmachinesteplessspeedregulationneedtobeborn.Afterthe1960s,theelectricpowerelectronicdeviceexperiencedSCR(thyristor),GTO(gatetobepossibletoshutoffthyristor,BJT(doublepolepowertransistor),MOSFET(metaloxidecompoundfieldeffecttube),SIT(electrostaticinductiontransistor),SITH(electrostaticinductionthyristor),MGT(MOScontroltransistor),MCT(MOScontrolthyristor),IGBT(insulationgriddoublepoletransistor),HVIGBT(borehigh-pressuredinsulationgriddoublepolethyristor)thedevelopingprocessextremely),component'srenewalpromotedtheelectricpowerelectronconvertertechniqueunceasingdevelopment.Inthe1970sstarted,thepulse-durationmodulationlivepressurefrequencyconversion(PWM-VVVF)velocitymodulationresearchcausedthepeopletotakeseriously.Inthe1980s,wasattractingpeople'sstronginterestasthefrequencyconversiontechnologycore'sPWMpatternoptimizationquestion,andobtainedmanyoptimizedpatterns,wasbestbythesaddleshapewavePWMpatterneffect.20shiji80niandaihoubanqithestart,USandJapan,Germany,UKandsoondevelopedcountry'sVVVFfrequencychangerputintothemarketandhasobtainedthewidespreadapplication.Keyword:Frequencychanger;Velocitymodulationtransmission;Invertor;Electricmotorprinciple目錄第一章調(diào)速傳動的歷史及逆變器的發(fā)展 61-1調(diào)速傳動的變遷 61-1-1機械式調(diào)速傳動 61-1-2變速聯(lián)軸節(jié) 61-1-3調(diào)速電動機 71-2逆變器 7第二章變頻器原理 92-1異步電動機調(diào)速運行原理 92-2變頻器的基本動作原理及特點 102-3逆變器的構成與功能 142-3-1主電路 142-3-2控制電路 17第三章使用變頻器的目的和優(yōu)點 213-1變頻器的功能和用途 213-2使用變頻器的優(yōu)點 213-3常見機械及其負載特性 25第四章變頻器的選型 264-1變頻器的選型 264-1-1變頻器選型時要確定以下幾點： 26第五章逆變器的安裝與接線 275-1變頻器的安裝環(huán)境 275-2變頻器和電機的距離確定電纜和布線方法 275-3變頻器的接地 285-4變頻器接線規(guī)范 28第六章變頻器的維修 296-1日常的維護與檢查 296-2故障處理與恢復運行(以車載逆變器最常見的故障及處理方法為例) 29第七章變頻器的運行和相關參數(shù)的設置及常見故障分析 307-1變頻器的運行和相關參數(shù)的設置： 307-2常見故障分析： 30第八章結(jié)論 32參考文獻: 33致謝 34第一章概述動力的歷史，始于1766年瓦特的蒸汽機發(fā)明，經(jīng)過1871年交流發(fā)電機的發(fā)明、1885年多相異步電動機的發(fā)明，進入以電動機為中心的時代，電動機有以下優(yōu)點，是一種使用更方便的動力。電力可以集中，也可以分散?？梢赃x擇容量與負載相適應的電動機，高效運轉(zhuǎn)，設備計劃經(jīng)濟。維修、操作簡單，等等。另一方面，隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)率和質(zhì)量，調(diào)速傳動在各個領域內(nèi)的必要性增大了。調(diào)速傳動的歷史也始于機械式。1960年以后，由于電力電子技術、微電子技術的急速發(fā)展，電動機直接調(diào)速的傳動才成為主流。特別是采用逆變器的鼠籠式異步電動機調(diào)速傳動，由于使用方便，隨著其經(jīng)濟型的提高逐步推廣起來。1.1調(diào)速傳動的變遷1.1.1機械式調(diào)速傳動調(diào)速傳動的分類如表1-1所示。表1-1調(diào)速傳動方式的分類調(diào)速傳動機械式調(diào)速傳動蒸汽動力蒸汽機蒸汽輪機內(nèi)燃機容積式速度式電動機式調(diào)速傳動定速電動機+調(diào)速聯(lián)軸節(jié)調(diào)速電動機1.1.2變速聯(lián)軸節(jié)變速聯(lián)軸節(jié)就是在以定速運轉(zhuǎn)的電動機軸上裝設可調(diào)速的聯(lián)軸節(jié)，用以改變負載裝置的輸入轉(zhuǎn)速。這種方式的典型代表如表1-2示。表1-2變速聯(lián)軸節(jié)定數(shù)電動機+變速聯(lián)軸節(jié)機械式變速機變間距皮帶輪與撓性帶圓錐摩擦輪金屬環(huán)球面摩擦輪行星錐與環(huán)油壓式變速機液壓聯(lián)軸節(jié)液壓變矩器油壓離合器電氣式變速機點此轉(zhuǎn)差離合器1.1.3調(diào)速電動機在調(diào)速傳動中，常常強烈要求將所用的電動機直接調(diào)速運轉(zhuǎn)。這種調(diào)速電動機，以前只是一小部分被采用，現(xiàn)在由于電力電子及微電子技術的進步，調(diào)速傳動已成為主流。1.2逆變器采用逆變器的調(diào)速傳動，從家用空調(diào)到數(shù)MW級的產(chǎn)業(yè)用設備被廣泛的采用著。其原因如下：與逆變器配合使用的電動機為通用的鼠籠式異步電動機。不需要機械式的附屬裝置。制造廠家的技術和價格同用戶的要求相一致。1.2.1逆變器的發(fā)展（1）電力電子技術的發(fā)展晶閘管的真正開始生產(chǎn)是在晶閘管供電的直流電動機系統(tǒng)被采用之后。1970年晶閘管被用作逆變器主回路中的高速開關元件。1972年電壓型逆變器被紡織廠實際采用，其后電流型逆變器、多重電壓型逆變器、多重電流型逆變器等晶閘管逆變器依次實用化。另外，1975年電力晶體管、1980年電力晶體管模塊及真正的GTO（可關斷晶閘管）的生產(chǎn)開始，1981年取得了急速的發(fā)展，使實際通用型逆變器得以完成?，F(xiàn)在1200V、300A以下的晶體管已模塊化，GTO元件最大達4500V、3000A。（2）微電子技術的發(fā)展電子學近幾十年的歷史可以看作是逐漸小型化的歷史，推動電子產(chǎn)品朝小型化過渡的主要動力是元器件和集成電路IC的微型化。隨著微電子技術的發(fā)展，器件的速度和延遲時間等性能對器件之間的互連提出了更高的要求，由于互連信號延遲、串擾噪聲、電感電容耦合以及電磁輻射等影響越來越大，由高密度封裝的IC和其他電路元件構成的功能電路已不能滿足高性能的要求。人們已深刻認識到，無論是分立元件還是IC，封裝已成為限制其性能提高的主要因素之一。目前電子封裝的趨勢正朝著小尺寸、高性能、高可靠性和低成本方面發(fā)展。（3）控制技術的發(fā)展逆變器的控制始于電壓與頻率成比例改變的異步電動機調(diào)速傳動。這種控制在電動機的解析技術、仿真技術及控制理論等控制技術方面也取得了很大的進步。這種進步同電力電子與微電子技術的發(fā)展相結(jié)合，實現(xiàn)了矢量控制等快速響應和高功能。上述技術進步同用戶的下述社會要求相結(jié)合構筑了逆變器時代。要求節(jié)能。要求用精密、快速響應手段提高產(chǎn)品質(zhì)量。要求自動化。要求改善維修性。第二章變頻器原理2-1異步電動機調(diào)速運行原理由轉(zhuǎn)速n二60f(1一、）/p可知，異步電動機調(diào)速有以下幾個方法。（1)改變磁極對數(shù)p（變極調(diào)速）定子磁場的極對數(shù)取決于定子繞組的結(jié)構。所以，要改變p，必須將定子繞組制為可以換接成兩種磁極對數(shù)的特殊形式。通常，一套繞組只能換接成兩種磁極對數(shù)。變極調(diào)速的主要優(yōu)點是設備簡單、操作方便、機械特性較硬、效率高，既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速；缺點是有極調(diào)速，且極數(shù)有限，因而只適用于不需平滑調(diào)速的場合。（2)改變轉(zhuǎn)差率：（變轉(zhuǎn)差率調(diào)速）以改變轉(zhuǎn)差率為目的的調(diào)速方法有定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速及串極調(diào)速等。①定子調(diào)壓調(diào)速。當負載轉(zhuǎn)矩一定時，隨著電動機定子電壓的降低，主磁通減少，轉(zhuǎn)子感應電動勢減少，轉(zhuǎn)子電流減少，轉(zhuǎn)子受到的電磁力減少，轉(zhuǎn)差率，增大，轉(zhuǎn)速減小，從而達到速度調(diào)節(jié)的目的；同理，定子電壓升高，轉(zhuǎn)速增加。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)時，機械特性較硬，調(diào)速范圍較寬；缺點是低速時，轉(zhuǎn)差功率損耗較大，功率因素低，電流大，效率低。調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，比較適合于風機泵類特性的負載。分體機上的室內(nèi)風機就是利用定子電壓調(diào)速的方法進行調(diào)速的。根據(jù)風機速度的反饋信號，控制晶閘管SCR導通的相角，從而控制風機定子的輸人電壓，以控制風機的風速。在空間位置上互差27r/3rad電度角的三相繞組通以在時間上互差27c/3rad相位角（或1/3周期）的三相交變電流可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。同樣，在空間位置上互差二/2rad電度角的兩相繞組通以在時間上互差7c/2rad相位角（或1/2周期）的兩相交變電流也可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電容C的作用就是把一相電流移相，以產(chǎn)生兩相在時間上互差二/2rad相位角（或112周期）的交變電流。在空間位置上互差n/2rad電度角的兩相繞組是由風機的內(nèi)部結(jié)構來保證的。②轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速。當定子電壓一定時，電動機主磁通不變，若減小定子電阻，則轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)子受到的電磁力增大，轉(zhuǎn)差率減小，轉(zhuǎn)速降低；同理，增大定子電阻，轉(zhuǎn)速增加。轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速的優(yōu)點是設備和線路簡單，但其機械特性較軟，調(diào)速范圍受到一定的限制，且低速時轉(zhuǎn)差功率損耗較大，效率低，經(jīng)濟效益差。目前，轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速只在一些調(diào)速要求不高的場合采用。③電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。異步電動機電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)以恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的異步電動機為原動機，通過改變電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵磁電流進行速度調(diào)節(jié)。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞和磁極兩部分組成，二者之間沒有機械的聯(lián)系，均可自由旋轉(zhuǎn)。離合器的電樞與異步電動機轉(zhuǎn)子軸相連并以恒速旋轉(zhuǎn)，磁極與工作機械相連。電磁轉(zhuǎn)差離合器的工作原理是：如果磁極內(nèi)勵磁電流為零，則電樞與磁極之間沒有任何電磁聯(lián)系，磁極與工作機械靜止不動，相當于負載被“脫離”；如果磁極內(nèi)通人直流勵磁電流，磁極即產(chǎn)生磁場，電樞由于被異步電動機拖動旋轉(zhuǎn)，因而電樞與磁極之間有相對運動而在電樞繞組中產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生力矩，磁極將沿著電樞的運動方向旋轉(zhuǎn)，此時負載相當于被“合上”，調(diào)節(jié)磁極內(nèi)通人的直流勵磁電流就可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的優(yōu)點是控制簡單，運行可靠，能平滑調(diào)速，采用閉環(huán)控制后可擴大調(diào)速范圍，適用于通風類或恒轉(zhuǎn)矩類負載；缺點是低速時損耗大，效率低。④串極調(diào)速。前面介紹的定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速均存在著轉(zhuǎn)差功率損耗較大、效率低的問題，串極調(diào)速能夠?qū)⑾挠谵D(zhuǎn)子電阻上的功率利用起來，同時又能提高調(diào)速性能。串極調(diào)速將轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率通過變換裝置加以利用，提高設備的效率。串極調(diào)速的工作原理實際上是在轉(zhuǎn)子回路中引入了一個與轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢頻率相同的可控的附加電動勢，通過控制這個附加電動勢的大小來改變轉(zhuǎn)子電流的大小，從而改變轉(zhuǎn)速。串極調(diào)速具有機械特性比較硬、調(diào)速平滑、損耗小、效率高等優(yōu)點，便于向大容量發(fā)展，但它也存在著功率因素較低的缺點。（3)改變頻率f(高頻調(diào)速）當極對數(shù)p不變時，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此連續(xù)的改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、平滑性能好、機械特性較硬的優(yōu)點，可以方便地實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速。整個調(diào)速特性與直流電動機的調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相比美。2.2變頻器的基本工作原理及特點作為變頻器，通常采用三相逆變器。但這里為了簡化電路，采用單相逆變器來說明電壓型、電流型、電壓控制、電流控制等逆變器的基本工作原理。作為主電路方式有電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型是將電壓源的直流電變換成交流電的變頻器，電流型是指將電流源的直流電變換為交流電的方式。下面用機械開關來說明其基本動作。負載是異步電動機，采用圖2(b)的等效電路（忽略IM、r1、r2），并為滯后功率因數(shù)負載。(一)電壓型電壓型逆變器的原理圖及其動作如圖3所示。其中圖a為單相橋式電壓型逆變器，如果使開關S1~S4像圖d那樣導通、關斷，那么負載電壓u就成為矩形波交流電壓，其大小等于直流電壓源電壓Ed，如圖b中實線所示。這里假定負載電流i由于負載電感的平滑作用為正弦波交流電流，如圖b中虛線所示。a)電路構成b)電壓/電流波形

c)直流電流波形（瞬時功率）

d)開關動作狀態(tài)現(xiàn)在，使開關S1、S2導通，由直流電壓源Ed沿圖a中①路線供給負載電流i。在時刻t1使這兩個開關關斷，同時使開關S3、S4導通，于是負載的無功功率就沿②路線反饋給直流電壓源Ed?？紤]負載電流i和開關的動作狀態(tài)，直流電流Id的波形如圖c所示。另外，負載電壓u與負載電流i的積為瞬時功率P，它與直流電流Id的波形相同。瞬時功率P的平均值Pa為向負載提供的有功功率。時刻t1～t2的滯后角相當于異步電動機的滯后功率因數(shù)角，時有功功率為正（電動狀態(tài)），時為負（再生狀態(tài)）。滯后角與瞬時功率P及有功功率Pa的關系。當開關采用單方向?qū)ǖ陌雽w開關器件時，以晶體管為例，為了向電源反饋（路線②），要同晶體管反并聯(lián)續(xù)流二極管。電壓型變頻器的主電路構成見表1中項1～3所列，由晶閘管或二極管、晶體管構成的整流器、平波電容（用作電壓源）以及逆變器組成。(二)電流型電流型變頻器的原理及其動作如圖5所示。其中圖a為單相橋式電流型逆變器。如果使開關S1～S4像圖d那樣導通、關斷，則負載電流i就變?yōu)榫匦尾ń涣麟姡笮〉扔谥绷麟娫措娏鱅d，如圖b中實線所示。負載電壓u由負載的感應電動勢e決定，為正弦波形.a)電路構成

b)輸出電壓電流波形

c)直流電壓波形（瞬時功率）d)S1、S2動作、S3、S4動作現(xiàn)在，使開關S1，S2導通，負載電流i從電流源經(jīng)圖示的路線①流出。在時刻t1關斷這兩個開關時，因為是電流源，負載電流必須急速地反向，但是電感負載的電流不可能瞬時反向，在負載兩端需要有吸收電感儲存能量的電路。在吸收此能量期間，負載兩端將產(chǎn)生di/dt的尖峰電壓。由于能量吸收回路的作用，負載電流反向后，功率從負載向電源反饋，在時刻t2負載電壓反向。此后，在S1，S2再次導通時刻t3之間的期間，為功率從電源流向負載的電動狀態(tài)。考慮負載電壓u和開關的動作狀態(tài)，直流電壓波形Ed為圖c的波形。另外瞬時功率P與直流電壓波形相同。此瞬時功率P的平均值為有功功率Pa，如圖c中虛線所示。異步電動機的滯后功率因數(shù)角與瞬時功率P和有功功率Pa的關系，同圖4中的電壓型逆變器波形一樣。采用半導體開關時，對于電流型逆變器通常采用晶閘管，它雖然需要換相電路，但可以兼用作能量吸收回路。電流型逆變器的主電路構成見表1中的項4及5所列，變流器部分采用晶閘管，時采用變流器與平波電抗器使它具有電流源作用。二、電壓控制與電流控制、主電路方式分為電壓型及電流型兩類，控制方式也分為電壓控制及電流控制兩種。這兩種方式，不管主電路方式是電壓型還是電流型都可以適用。通用變頻器等采用電壓控制方式，與輸出頻率成比例地控制輸出電壓。對于需要快速響應的用途則必須控制輸出電流，可采用電流控制方式。1.電壓控制

通用變頻器適用電壓型的電壓控制。表1中項1IGBT變頻器和GTO晶閘管變頻器，是在逆變器側(cè)控制輸出的電壓和頻率。輸出電壓的大小，可以利用半導體開關的導通率將輸出電壓控制成為正弦波。表1中項2及4的晶閘管變頻器，是在整流器側(cè)控制輸出電壓，在逆變器側(cè)控制頻率。2.電流控制

對于要求類似直流電動機快速響應性的應用場合，為了快速控制異步電動機的轉(zhuǎn)矩，適用電流控制。表1中項5的電流型晶閘管變頻器，在逆變器側(cè)控制頻率，在整流器側(cè)控制電流。該表中項3，用晶體管和GTO晶閘管構成的電壓型變頻器則適用這樣的電流控制方式，利用逆變器側(cè)的導通率將輸出電流控制成為正弦波。三、PAM與PWM輸出電壓或輸出電流的控制，可以在整流器側(cè)或逆變器側(cè)進行。作為這種輸出的控制手段有PAM和PWM兩種方式。(一)PAM(PulseAmplitudeModulation)PAM是一種改變電壓源的電壓Ed（見圖3）或電流源的電流Id（見圖5）的幅值，進行輸出控制的方式。因此，在逆變器只控制頻率，在整流器側(cè)控制輸出的電壓或電流。采用PAM調(diào)節(jié)電壓時，高電壓及低電壓時的輸出電壓波形如圖6所示。a)高電壓時

b)低電壓時表1中項2、4、5的晶閘管逆變器，其換相時間需要100～數(shù)百µs，所以，難以做到用晶閘管來開關實現(xiàn)PWM控制，要采用在逆變器只控制頻率的PAM方式。(二)PWM(PulseWidthModulation)在異步電動機恒轉(zhuǎn)矩的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，隨著變頻器輸出頻率的變化，必須相應地調(diào)節(jié)其輸出電壓。另外，在變頻器輸出頻率不變的情況下，為了補償電網(wǎng)電壓和負載變化所引起的輸出電壓波動，也應適當?shù)卣{(diào)節(jié)其輸出電壓。具體實現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻的方法有很多種，但總的來說，從變頻器的輸出電壓和頻率的控制方法來看，基本上按前所述分為PAM和PWM（PAM前已介紹，此處討論PWM）。PWM型變頻器靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變調(diào)制周期來控制其輸出頻率，所以脈沖調(diào)制方法對PWM型變頻器的性能具有根本性的影響。脈寬調(diào)制的方法很多，從調(diào)制脈沖的極性上看，可以分為單極性和雙極性調(diào)制兩種；從載頻信號和參考信號（基準信號）頻率之間的關系來看，又可以分為同步式和非同步式兩種。2-3逆變器的構成與功能2-3-1主電路給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖1示出了典型的電壓逆變器的例子。其主電路由三部分構成，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(chǎn)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”。另外，異步電動機需要制動時，有時要附加“制動回路”。圖1典型的電壓型逆變器一例1.整流器最近大量使用的是二極管的變流器，如圖1所示，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(zhuǎn)。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(chǎn)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。圖2以電壓型PWM逆變器為例示出開關時間和電壓波形。圖2電壓型逆變器的輸出電壓{{分頁}}4.制動回路

異步電動機在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機械系統(tǒng)（含電動機）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用可逆變流器向電源反饋或設置制動回路（開關和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。5.異步電動機的四象限運行

根據(jù)負載種類，所需要的異步電動機旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)矩方向是不同的，必須根據(jù)負載構成適當?shù)闹麟娐?。圖3所示，為采用電壓型逆變器傳動的異步機四象限運轉(zhuǎn)與主電路構成的關系。在Ⅰ、Ⅲ象限異步電動機的轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向一致，為電動狀態(tài)。Ⅰ象限是正轉(zhuǎn)的電動運轉(zhuǎn)，Ⅲ象限是反轉(zhuǎn)的電動運轉(zhuǎn)。在Ⅱ、Ⅳ象限其轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為再生狀態(tài)。Ⅱ象限為正轉(zhuǎn)的再生運轉(zhuǎn)，Ⅳ象限為反轉(zhuǎn)的再生運轉(zhuǎn)。只需要圖a的電動運轉(zhuǎn)時，則只需由電源向異步電動機供給功率，可使用不可逆變流器。像圖b那樣，對于減速時需要制動力的負載，功率就必須從異步電動機向逆變器流傳，可附加制動回路以便能在Ⅱ、Ⅳ象限使用。另外，對于需要急加減速并且加減速頻繁的場合（例如電梯），或者對于制動為主要目的的場合，可以采用可逆變流器，實現(xiàn)Ⅰ～Ⅳ的四象限運轉(zhuǎn)。此時，能量向電源反饋而節(jié)能。圖3采用電壓型逆變器的四象限運轉(zhuǎn)a)為不可逆變流器時

b)帶制動回路時

c)為可逆變流器時以上，以電壓型逆變器為例說明了主電路的構成。對于電流型逆變器，如前章所述，用不可逆整流器也能實現(xiàn)四象限運轉(zhuǎn)。6.變頻器的簡單原理圖如圖：黑圈eq\o\ac(○,1)部分為整流部分；黑圈eq\o\ac(○,2)部分為電源部分；黑圈eq\o\ac(○,3)部分為模塊部分?！咀ⅰ浚杭t圈部分為：電解電容；籃圈部分為：均壓電阻；左邊三個端子是輸入端子RST；右邊三個端子是輸出端子UVW；N代表接地（零線接地）。2-3-2控制電路給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖4所示，控制電路由以下電路組成，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(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。圖4變頻器的構成{{分頁}}在圖4點劃線內(nèi)，僅以控制電路A部分構成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。在控制電路B部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機的速度進行更精確的閉環(huán)控制。(1)運算電路

將外部的速度、轉(zhuǎn)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(qū)動電路

為驅(qū)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(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。(5)保護電路

檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)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。逆變器控制電路中的保護電路，可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種，表1為保護功能一覽。表1保護功能一覽1.逆變器保護(1)瞬時過電流保護

由于逆變器負載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn)，切斷電流。變流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。(2)過載保護

逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通達規(guī)定的時間以上，為了防止逆變器器件、電線等損壞要停止運轉(zhuǎn)。恰當?shù)谋Ｗo需要反時限特性，采用特繼電器或者電子熱保護（使用電子電路）。過負載是由于負載的GD2（慣性）過大或因負載過大使電動機堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。{{分頁}}(3)再生過電壓保護

采用逆變器使電動機快速減速時，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時超過容許值。可以采取停止逆變器運轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過電壓。(4)瞬時停電保護

對于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時停電，控制電路工作正常。但瞬時停電如果達數(shù)10ms以上時，通常不僅控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運轉(zhuǎn)。(5)接地過電流保護

逆變器負載側(cè)接地時，為了保護逆變器有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全，需要裝設漏電斷路器。(6)冷卻風機異常

有冷卻風機的裝置，當風機異常時裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。在溫度上升很小對運轉(zhuǎn)無防礙的場合，可以省略。2.異步電動機的保護(1)過載保護

過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時，可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。(2)超頻（超速）保護

逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉(zhuǎn)。3.其他保護(1)防止失速過電流

急加速時，如果異步電動機跟蹤遲緩，則過電流保護電路動作，運轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進行（失速）。所以，在負載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或頻率下降。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，有時也進行同樣的控制。(2)防止失速再生過電壓

減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護電路動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止不能運轉(zhuǎn)（失速）。第三章使用變頻器的目的和優(yōu)點變頻調(diào)速已被公認為是最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，采用通用變頻器構成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的，一是為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求；二是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。用戶根據(jù)自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。正確選擇通用型變頻器對于傳動控制系統(tǒng)能夠的正常運行是非常關鍵的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產(chǎn)機械的類型、調(diào)速范圍、速度響應和控制精度、起動轉(zhuǎn)矩等要求，充分了解變頻器所驅(qū)動的負載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應是既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要在技術經(jīng)濟指標上合理。若對通用變頻器選型、系統(tǒng)設計及使用不當，往往會使同用變頻器不能正常運行、達不到預期目標，甚至引發(fā)設備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長期可靠的運行，變頻器地線的連接也是非常重要的。3-1

變頻器的功能和用途變頻器和交流電機構成的可調(diào)速傳動稱為變頻器傳動，其功能用途如下。其中可能互為關聯(lián)，實際上無明確分類，見下表，僅供參考。序號功能用途關鍵技術適用變頻器1節(jié)能風機、鼓風機、泵提高運行可靠性多臺控制和調(diào)速通用變頻器2提高生產(chǎn)率起重機、自動倉庫注塑機傳送帶調(diào)速提高可靠性運行平穩(wěn)，防止滑落通用變頻器專用變頻器專用軟件3提高產(chǎn)品質(zhì)量機床紙、膜、鋼板加工印刷板開孔機平滑加減速調(diào)速力矩控制定位控制通用變頻器工程型變頻器4設備合理化節(jié)省維護工廠自動化纖維機械紙、膜、鋼板加工現(xiàn)有設備增速運行力矩控制多電機一體控制多電機級聯(lián)控制提高可靠性通用變頻器工程型變頻器5改善環(huán)境耐惡劣環(huán)境空調(diào)機電梯減小噪音平滑加減速防爆安全性通用變頻器工程型變頻器專用變頻器3-2

使用變頻器的優(yōu)點（1）

變頻調(diào)速的節(jié)能由于采用變頻調(diào)速后，風機、泵類負載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達到20%～60%，這是因為風機水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當用戶需要的平均流量較小時，風機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。而傳統(tǒng)的擋板和法門進行流量調(diào)節(jié)時，耗用功率變化不大。由于這類負載很多，約占交流電動機總?cè)萘康?0%～30%，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。對于一些在低速運行的恒轉(zhuǎn)矩負載，如傳送帶等，變頻調(diào)速也可節(jié)能。除此之外，原有調(diào)速方式耗能較大者（如繞線轉(zhuǎn)子電動機等），原有調(diào)速方式比較龐雜，效率較低者（如龍門刨床等），采用了變頻調(diào)速后，節(jié)能效果也很明顯。（2）變頻調(diào)速在電動機運行方面的優(yōu)勢變頻調(diào)速很容易實現(xiàn)電動機的正、反轉(zhuǎn)。只需要改變變頻器內(nèi)部逆變管的開關順序，即可實現(xiàn)輸出換相，也不存在因換相不當而燒毀電動機的問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)起動大都是從低速開始，頻率較低。加、減速時間可以任意設定，故加、減速時間比較平緩，起動電流較小，可以進行較高頻率的起停。變頻調(diào)速系統(tǒng)制動時，變頻器可以利用自己的制動回路，將機械負載的能量消耗在制動電阻上，也可回饋給供電電網(wǎng)，但回饋給電網(wǎng)需增加專用附件，投資較大。除此之外，變頻器還具有直流制動功能，需要制動時，變頻器給電動機加上一個直流電壓，進行制動，則無需另加制動控制電路。（3）以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應用變頻調(diào)速除了在風機、泵類負載上的應用以外，還可以廣泛應用于傳送、卷繞、起重、擠壓、機床等各種機械設備控制領域。它可以提高奇特的產(chǎn)成品率，延長設備的正常工作周期和使用壽命，使操作和控制系統(tǒng)得以簡化，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高了整個設備控制水平。使用變頻器的優(yōu)點3-3常見機械及其負載特性第四章變頻器的選型4-1變頻器的選型4-1-1變頻器選型時要確定以下幾點：1)采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。2)變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。3)變頻器與負載的匹配問題：（I）.電壓匹配；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。（II）.電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。（III）.轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。4)在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。5)變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。6)對于一些特殊的應用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。第五章逆變器的安裝與接線5-1變頻器的安裝環(huán)境（I）.工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40℃（II）.環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個問題會比較突出。（III）.腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。（IV）.振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良?；窗矡犭娋统霈F(xiàn)這樣的問題。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關之類產(chǎn)生振動的元器件。設備運行一段時間后，應對其進行檢查和維護。（V）.電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導致控制單元失靈或損壞。5-2變頻器和電機的距離確定電纜和布線方法（I）.變頻器和電機的距離應該盡量的短。這樣減小了電纜的對地電容，減少干擾的發(fā)射源。（II）.控制電纜選用屏蔽電纜，動力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機全部用穿線管屏蔽。（III）.電機電纜應獨立于其它電纜走線，其最小距離為500mm。同時應避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關的模擬量信號線與主回路線分開走線，即使在控制柜中也要如此。（IV）.與變頻器有關的模擬信號線最好選用屏蔽雙絞線，動力電纜選用屏蔽的三芯電纜（其規(guī)格要比普通電機的電纜大檔）或遵從變頻器的用戶手冊。5-3變頻器的接地變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導線的截面不小于4mm，長度不超過5m。變頻器的接地應和動力設備的接地點分開，不能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。5-4變頻器接線規(guī)范信號線與動力線必須分開走線：使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時，為了減少模擬量受來自變頻器和其它設備的干擾，請將控制變頻器的信號線與強電回路（主回路及順控回路）分開走線。距離應在30cm以上。即使在控制柜內(nèi)，同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過50m。信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部：連接PLC和變頻器的信號線如果不放置在金屬管道內(nèi)，極易受到變頻器和外部設備的干擾；同時由于變頻器無內(nèi)置的電抗器，所以變頻器的輸入和輸出級動力線對外部會產(chǎn)生極強的干擾，因此放置信號線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處，以保證信號線與動力線的徹底分開。1)模擬量控制信號線應使用雙股絞合屏蔽線，電線規(guī)格為0.75mm2。在接線時一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（5-7mm左右），同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其它設備接觸引入干擾。2)為了提高接線的簡易性和可靠性，推薦信號線上使用壓線棒端子。第六章變頻器的維修6-1日常的維護與檢查1)逆變器應定期清潔保養(yǎng)，勿沾染灰塵，確保機器壽命。

(2)清潔時最好將逆變器關閉，并關閉所有電力開關。

(3)清潔時請用軟布輕試，切勿使用磨砂作為清潔劑。

(4)應定期檢查各連接線，并防止碰撞或松動、潮濕。

(5)逆變器散熱通風孔，請保持通暢，應定期檢查進出風口是否有異物堵塞。

(6)請不要自行打開機蓋檢修。6-2故障處理與恢復運行(以車載逆變器最常見的故障及處理方法為例)1.逆變器綠色指示燈不亮，外接電器不工作。原因a:電瓶輸出不正常，檢查電瓶輸出電壓，不在正常范圍時充電或更換電瓶。b:正負極接反，接反時逆變器有可能損壞，需維修。c:輸入端接觸不良，可重接連接。2.逆變器紅色指示亮，外接電器不工作。原因1.過載，不要外接功率大于逆變器標示功率的電器。2.輸入電壓太低，還伴有報警聲，為電瓶充電、發(fā)動汽車或是更換大空量電瓶。3.輸入電壓太高，檢測輸入電壓，不可高于15V，正常應為12V。4.溫度太高，還伴有報警聲，關閉逆變器，冷卻20分鐘，將逆變器放于通風處，避免陽光直射。3.逆變器輸出電壓過高或過低。原因1.普通電表誤差，應該用具有“真有效值”檔的萬用表測量非正弦波逆變器輸出電壓，其它電表測的數(shù)值會偏差很大。第七章變頻器