变频器控制电路设计毕业设计论文

1、黑龙江科技学院毕业设计（论文） 变频器控制电路设计 学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 电气工程 年级专业：电气工程及其自动化 指导教师： 摘要摘要 变频器已应用于各行各业多种设备,并成为当今节电,改造传统工业,改善工艺流程,提 高生产过程自动化水平,提高产品质量,改善环境主要技术之一。变频器技术是一种绿色 技术,是国民经济和日常生活中普遍需要新技术,也是国际上技术更新换代最快领域之一 。 开关器件是变频器核心器件,绝缘栅双极型品体管(ICBT)投入市场以后,很快成为中 小功率电力电子设备主导器件,而且其电压、容量及开关频率性能还在提高。智能功率模 块(IPM)集成了多个常规 IGBT,为用

2、户降低设计和生产成本提供了便利条件,并使系统性能 和可靠性得到了有效提高。IPM 内部集成驱动和保护电路可简化系统设计,其自我保护功 能可使功率模块在测试及现场应用中损坏可能性大大降低。采用 IPM 后系统综合性能极 大提高,其性价比已经超过 IGBT,有很好经济性。 本文使用 IPM 模块 PM50RSAl20 设计一款小型通用变频器,功率为 1500 W,并将开关电 源也集成到变频器中,体积小,方便在小功率场合使用。 关键词：关键词：变频器、控制电路、PM50RSAl20、小功率电路 ABSTRACTABSTRACT Composed with SCM of the VVVF contro

3、ller being able to start from low frequency (50Hz) to 1000Hz.It can remove the working band in the past start the impingement to the electric motor directly. At the same time, since the frequency converter can adjust output voltage fit in with itself, making loads motor can work under fixed voltage,

4、 which not only energy conservation but also prolong the life time of the motor. In this paper, cross - straight - cross the main circuit design, in front of a rectifier circuit, the back is a full-bridge inverter circuit, which by the four N-channel MOSFET component, such as tubes formed by the sam

5、e symmetry of the bridge circuit of better control of small pressure drop, reducing the energy loss of this; output link using the LC filter circuit. Inverter circuit by the drive circuit composed of discrete components, that while an increase of circuit complexity, but greatly reduced the design co

6、st. Control circuit and driver circuit using optocoupler completely isolated, so that the main cause of the circuit due to the outside world, when major fluctuations will not affect the normal operation of control circuit. For the control of the microprocessor core based on the LM3S1138, LM3S1138 pr

7、oduced by SPWM wave and wave PWM to drive the main circuit sine wave sent through the keyboard settings to change the output voltage frequency and amplitude, LED digital tube can be real-time display of output voltage increases value, to control motor speed. Keywords:Keywords: Single-Chip Computer，m

8、otor，PM50RSAl20，drive，inversion 目 录 摘 要 ABSTRACT 1.绪论2 2.课题可行性分析及方案比较8 2.1.可行性分析8 2.2.方案比较及确定8 3.单元电路设计10 3.1.变频器电路原理10 3.2.变频器控制电路设计原理13 3.3.辅助电源设计15 4.变频器的容量计算及选择方法16 5.参数计算与设定18 6.变频器整体调试20 7.变频器软故障分析21 8.变频器电路故障及分析22 结论27 参考文献28 致谢29 1 1 绪论绪论 随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临 一场历史性的革命。经过了二十多

9、年的发展，近代交流传动逐渐成为电气传动的主流。 异步电动机调速系统中，效率最高、性能最好的是变频调速系统，因此，对变频调速的 研究是当前电气传动研究中最活跃、最有实际应用价值的工作。变频器产业的潜力非常 巨大，值得强调的是，这里的“变频器产业”应该是“变频器技术产业” ，或者是 inverter technology 产业。正如 IT 产业不仅限于 PC 一样，变频器技术产业包括所有与 变频器技术相关的产业，即电力电子器件的生产、驱动保护集成电路的生产、电气传动 与系统控制技术、工业应用与其它。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方 面。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及

10、自动化控制水平三个方面 决定的。国产变频器都停留在 V/F 控制方式，决定了国产变频器只在中低端市场，特别 是在风机、泵类的调速应用市场为主，难以和进口品牌匹敌。 在低压变频器领域，由于电力电子器件的耐压问题已解决，因此，形成了标准的电 路拓朴结构，也不容易产生新的创新拓朴。其中的应用之一就是使真正的直接高压变频 器成为了现实。电机控制方式决定了变频器的性能水平和应用范围、效果。大功率高速 开关器件串联这一世界难题的解决，实现了用低压器件对高压电能变换的控制，使人类 从此可以对几千伏、几万伏、几十万伏的高压电能运用电子技术进行任意控制，如变频、 直流输电、城市电网稳压、无功补偿、有源滤波、大功

11、率驱动、蓄能电站控制等，必将 提高到一个崭新的水平，使电子技术的二次革命得以最后完成。而直接速度控制理论 (DSC)的诞生，则标志着中国在电机控制技术方面不仅超越了自我，也超越了国外同行。 IGBT 直接高压变频器这样的新技术在大学和重要的学术交流研讨会中产生轰动，从 而获得了许多“第一”这样的荣誉。成功地将这些技术转化为公司的生产力是最重要的， 只有将轰动的技术转化成商业应用的公司才算是取得成功的公司。 变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性而成为电气 传动发展的主流方向。 中国大部分用户对于应用变频器首先是通过国外变频器来获得认识的。因此中国变 频器产业的发展与生俱

12、来便是处于与狼共舞。据统计，我国仅待调速节能的风机就有 4000 万台，耗电约 1500 亿 kWh, 节能潜力达 450kWh/年; 我国电网总容量为 3.5 亿 kW, 电机年耗用量约为 86724 亿 kWh，其中高压电机占 50%60%，这是一个庞大的市场。据 统计，我国 1993 年变频器总销售额为 4 亿元，1995 年为 7 亿元，1999 年为 20 亿元，可 见，调速变频器尤其是高压变频器市场还处于初期开发阶段，但其 20%30%高速增长的 速度及十五期间 300 多亿的市场容量，吸引了众多厂家和资金的投入，市场竞争加剧。 由于变频器在空调、电梯、冶金、机械等行业的广泛应用，

13、变频调速电机和与之配 套的变频器发展迅速。从空气动力研究用的变频控制器到潜艇船舶用的变频螺旋桨控制 器。从风机水泵用的变频器到家用中央空调变频控制器。目前变频器的国内电机配比率 仍低于 1%，潜在市场巨大，国内变频器市场在未来的 510 年内仍将保持高速发展。 2 2课题可行性分析及方案比较课题可行性分析及方案比较 2.12.1 可行性分析可行性分析 设计思路：通用型变频器的硬件电路主要由 3 部分组成:整流电路、开关电源电路以 及逆变电路。整流电路将工频交流电整流为直流,并经大电容滤波供给逆变单元;开关电 源电路为 IPM 和计算机控制电路供电;逆变电路是由 PM50RSAl20 组成,对于

14、逆变电路本文 主要阐述其控制电路的设计。 应用的技术分析：该课题涉及到电力电子技术、计算机技术、模电与数电技术、自 动化技术等。 2.22.2 方案比较及确定方案比较及确定 1、使用 IPM 模块作为控制芯片 本论文使用 IPM 模块 PM50RSAl20 设计一款小型通用变频器,功率为 1500W,并将开关 电源也集成到变频器中,体积小,方便在小功率场合使用。 2、使用 50A/l200V 智能功率模块，开关频率 20KHz 设计重点难点：逆变驱动和电流采样的硬件设计，控制软件设计。 、PM50RSAl20 简介1 PM50RSAl20 是日本三菱公司推出的 50 A/l200 V 智能功率

15、模块,开关频率 20kHz,其 内部电路如图 1 所示。 PM50RSAl20 中共有 7 块:IGBT,其中 6 块构成桥路,另一块用于控制制动电阻的接人 。P-N 间接人前方整流模块整流后的直流电压(0 V800 V);U、V、W 是输出端子;B-P 间 接入制动电阻,在能耗制动过程中消耗制动能量;VUP1-Vupc,VVP1-VVPC,VWP1- VWPC,VN1- VNC 间提供各 IGBT 模块的电源典型值为 15 V；UP-VUPc，VP_VVPC，WP-VWPC，UNVN WNBr-VNc 间为控制各 IGBT 导通和截止的控制端.当电压在 08 V 以下时，IGBT 导 通，在

16、 4 V。15 V 之问时：IGB3。截止；UF0-VUPc,VFo_-VVPC，Wm-V 州，FO-VNC 间 为错误报告电压提供端,为了使接口电路尽量简化该 IPM 模块用一个错误指示信号来通 知控制器在该模块内发生的所有错误。控制器通过检测来判断是否发生了温升过高、过 电流或短路故障区别以上故障的依据是检测错误指示信号维持时间。短路和过电流故 障信号的维持时间的典型值是 1.5 ms温升过高指示信号在温度超过允许值时有效,一直 维持到温度降至复位值以下,这一过程的典型时间为十几秒。 3 3 单单元元电电路路设设计计 1 1变频器电路原理变频器电路原理 1驱动电路 驱动电路是将主控电路中

17、CPU 产生的六个 PWM 信号，经光电隔离和放大后，作为逆 变电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号。 对驱动电路的各种要求，因换流器件的不同而异。同时，一些开发商开发了许多适宜各 种换流器件的专用驱动模块。有些品牌、型号的变频器直接采用专用驱动模块。但是， 大部分的变频器采用驱动电路。从修理的角度考虑，这里介绍较典型的驱动电路。图 2.2 是较常见的驱动电路（驱动电路电源见图 2.3）。驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电 路和驱动电路电源组成。三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱 动电路是一个公共的驱动电源电路。 2、保护电路 当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的

18、损失减少到最小，甚至减少到零 。每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保护功能的有效性 。 在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。这样，也就形成了变频 器保护电路的多样性和复杂性。有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。有些变频 器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。 图 2.4 所示的电路是较典型的过流检测保护电路。由电流取样、信号隔离放大、信号放 大输出三部分组成。 3、开关电源电路 开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路及风机等电路提供低压电源。图 2.5 富士 G11 型开关电源电路组成的结构图。 直流高压 P 端加

19、到高频脉冲变压器初级端，开关调整管串接脉冲变压器另一个初级 端后，再接到直流高压 N 端。开关管周期性地导通、截止，使初级直流电压换成矩形波 。由脉冲变压器耦合到次级，再经整流滤波后，获得相应的直流输出电压。它又对输出 电压取样比较，去控制脉冲调宽电路，以改变脉冲宽度的方式，使输出电压稳定。 4、主控板上通信电路 当变频器由可编程（PLC）或上位计算机、人机界面等进行控制时，必须通过通信接 口相互传递信号。图 2.6 是 LG 变频器的通讯接口电路。 频器通信时，通常采用两线制的 RS485 接口。西门子变频器也是一样。两线分别用 于传递和接收信号。变频器在接收到信号后传递信号之前，这两种信号

20、都经过缓冲器 A17 01、75176B 等集成电路，以保证良好的通信效果。所以，变频器主控板上的通信接口电 路主要是指这部分电路，还有信号的抗干扰电路。 5、外部控制电路 变频器外部控制电路主要是指频率设定电压输入，频率设定电流输入、正转、反转 、点动及停止运行控制，多档转速控制。频率设定电压（电流）输入信号通过变频器内 的 A/D 转换电路进入 CPU。其他一些控制通过变频器内输入电路的光耦隔离传递到 CPU 中 3 3. .变变频频器器控控制制电电路路设设计计原原理理 通用型变频器的硬件电路主要由 3 部分组成:整流电路、开关电源电路以及逆变电路。 整流电路将工频交流电整流为直流,并经大

21、电容滤波供给逆变单元;开关电源电路为 IPM 和计算机控制电路供电;逆变电路是由 PM50RSAl20 组成,对于逆变电路本文主要阐述其控 制电路的设计。 1、整流电路原理 整流电路中,输人为 380V 工频交流电。YRlYR3 为压敏电阻,用于吸收交流侧的浪涌 电压,以免造成变频器损坏。输人电源经二极管整流桥 6R130G-160 整流为直流,并经 ElE4 大电容滤波后成为稳定的直流电压,再经电感和电容滤波后作为逆变单元和开关电 源单元的电源。R2 和 R3 是为了消除电容的离散性而设置的均压电阻,同时还起到放电的 作用。发光二极管用于指示变频器的工作状态。Rl 是启动过程中的限流电阻,由

22、于 E1E4 容量较大,上电瞬间相当于短路,电流很大,尺 l 可以限制该电流大小,电路正常状 态后由继电器 RLYl 将该电阻短路以免增加损耗。继电器的控制信号 SHORT 来自于计算机,上 电后延时一定时间计算机发出该信号将电阻切除。R1 应选择大功率电阻,本电路中选择的 是 20W 的水泥电阻,而且为了散热该电阻安装时应悬空。电路中的+5V、+12V 和15V 电 压是由开关电源提供的电压。LVl 是电压传感器,用于采集整流电压值,供检测和确定控制 算法用。UDCM 是电压传感器的输出信号。通过外接插排连接至外接计算机控制电路。 2、开关电源电路 该电路主要由 PWM 控制器 TL3842

23、P、MOSFETK1317 和开关变压器组成,其功能是对整 流电路的直流输出电压进行变换,为 IPM 模块和外接的计算机控制电路提供电源,提供的 电压为15V、+12V、+5v。 3、IPM 的控制电路 这里只给出了其中一个 ICBT 的控制电路,其它 IGBT 与之相同。 在电路中,HCPL4504 是高速光耦,隔离计算机信号与变频器控制板,LM、UM 是算机输 入,控制对应的 IGBT 导通的控制信号,VNI、WN、F0、VNC 为对应 IGBT 的信号引脚。P52l 是光电隔离器件,其输出信号 FOUT 是错误信号,表明 IPM 内部出现错误,通过计算机响应 进行错误处理。LA58 是电

24、流传感器,用于采集变频器输出 U 相和 W 相的电流,为控制算法 提供现场数据。在整个电路板中, 与计算机接口信号是通过插排接出的。 3.3.辅助电源设计辅助电源设计 需要注意的是 6R130G-160、PM50RSAl20 都属于发热量较大的器件,在电路板中要注 意散热问题,必须安装散热片,并涂以散热硅胶,以免温度超过器件的额定温升。 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

25、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。以电压型 pwm 逆变器为 例示出开关时间和电压波形。 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

26、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 (tg、plg 等)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 4、变频器的容量计算及选择方法、变频器

27、的容量计算及选择方法 采用变频器驱动异步电动机调速，在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的 额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流最大值来选择变频器。 当运行方式不同时，变频器容量的计算方式和选择方法不同，变频器满足的条件也不一 样。变频器的运行常见的有以下几种。 1、连续运转时所需变频器容量的计算 由于变频器传给电动机的是脉冲电流，其脉运值比工频供电时电流要大，因此需将 变频器的容量留有适当的余量，此时，变频繁器应同时满足以下三个条件： PcnkPmnCOSa (kVA) (1) IcnKIm (A) (2) PcnK1.732VmIm1/1000 (kVA) (3)

28、式中： Pm、n、COSa、Vm、Im 分别为电动机输出功率、效率（取 0.85），功率因素（取 0.75），电压（V），电流（A）： K：电流波形的修正系数(PWM 方式取 1O5 11)； PCN：变频器的额定容量(kVA)；IcN，变频器的额定电流(A)式中 IM 如按电动机实际运行 中的最大电流来选择变频器时，变频器的容量可以适当缩小。 2、加减速时变频器容量的选择 变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的，一般情况下，对于短时 的加减速而言， 变频器允许达到输出电流的 130150(视变频 器容量)，因此，在 短时加减速时的输出转矩也可以增大；反之，如只需要较小的加减速转矩

29、时，也可降低 选择变频器的容量。由于电流的脉运原因，此时 应将变频器的最大输出电流降低 10后 再进行选定。 3、频繁加减速运转时变频器容量的选定 根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值，按下式确定： Icn=(I1t1+I2t2+I5t5)/(t1+t2+t5)Ko 式中： Icn:变频器额定输出电流（A）; I1t1+I2t2+I5t5:各运行状态平均电流(A); t1+t2+t5:各运行状态下的时间; Ko:安全系数（运行频繁时取 1.2，其它条件下为 1.1）。 4、电动机直接起动时所需变频器容量的计算 通常，三相异步电动机直接用工频起动时电流 为其额定电流的 57 倍，对于电动

30、 机功率小于 10KW 的电机直接起动时，可按下式选取变频器： IcnIk/Kg Kg：变频器的允许过载倍数 Kg=131 在运行中，如电机电流不规则变化，此时不易获得运行特性曲线，这时可使电机在 输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流内进行选定。 5、轻载电动机时变频器的选择 电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际负载相称的 变频器容量。 以上介绍的是几种情况下变频器的容量计算与选择方法，具体选择容量时，既要充 分利用变频器的过载能力，又要不至于在负载运行时使装置超温。 6、变频器的控制电路 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网络，称为控

31、制回路， 控制电路由频率、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等组 成。无速度检测电路为开环控，在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可 以对异步电动机的速度进行更精确的闭环控制。 5 5、参数计算与设定参数计算与设定 1、载波频率(CFS)载波频率是外接时钟频率和一个倍率系数 N 的函数，N 的十进制值由 初始化寄存器中的一个 3 位的 CFS 字决定。载波频率 fCARR 由式（1）决定。 fCARR=fCLK/(5122 n1)（1） 式中：fCLK 为时钟输入频率，本系统所选用的晶

32、振为 20MHz。取 n=1，CFS=001，实际 fC ARR=9.766kHz。 2、输出电源频率范围(FRS)频率范围给出了输出频率的上限值。频率范围 fRANCE=fC ARR2m/384，取 m=1，即 FRS=(001)B。 3、死区时间（tpdy）tpdy=（63PDY）/（fCARR512）；PDY 在 063 之间，取 P DY=37=（）B；则实际的 tpdy=(26/26.2144)5s=4.959s。 4、脉冲取消时间(PDT)经调制后 SPWM 的脉宽可以很小，但实际上，过小的脉宽没有 用，因为时间过短，功率管还没来得及完全打开就关闭了，只增加了功率管的损耗，降 低了

33、系统的效率。脉冲取消时间 tpd=(127PDT)/(fCARR512)；依此公式，若定义最小 宽度为 3s，实际最小脉宽为 tpdtpdy，则 tpd=7.959s，可得 PDT=85.272，取 PDT= 85=（）B，因此，实际 tpd=8.01s，脉冲最小宽度为 tpdtpdy=8.01s4.959s=3.0 51s。 5、波形选择 SA866AE 有三种标准波形供选择，即纯正弦波，正弦波带三次谐波（增 强型）和带死区的三次谐波（高效型）。波形采用对称技术保证每个功率管的开通角度 相同。本系统选用带三次谐波的正弦波作为调制波，即有：WS=（01）B。 6、V/f 曲线控制 FC 用来确

34、定是线性定律还是风扇定律，本系统设定工作在线性曲线 状态，即 FC=0。图 4 为 SA866AE/AM 所提供的线性特性。PED 是一个 8 位参数，用来确定 在频率为 0 时电机上的电压。如果设置 PED=255，则 VVVF 线性特性没用。Pedestal()= PED100/255，本系统的初始值设定为 10，可得 PED=25.5，取 25，实际的 Pedestal( )=9.8。GRAD 为一个 8 位二进制数，决定恒转矩区曲线的斜率，根据基频和 PED 值计算 ：GRAD=(255PED)fRANGE/（16fbase）；GRAD255，取 fbase=50Hz；则有 GRAD=

35、1 5=（1111）B。 7、其他参数由于线性曲线中不用 KAY，在此 KAY=（）B；A/D 转换的零阈值的控制参 数 ZTH=（00）B；将上述所有参数字经统计得 CHKSUM=（001）B。AWS=（0000）B。 由上述计算可得到参数分布表如表 1 所列。 表 1 参数分布表 ADDRESS MSB(158) LSB(70) 表中“”表示任意项，在写入时写成 根据设计做成的通用变频器,进行了调速、起动、停止、反向、过载调节和加减速时 间调节等试验，试验表明，该变频器各项性能良好，符合设计要求，并已先后在广东和 江苏等地的空调制冷机、压缩机、纺织生产线和塑料制品生产线上得到应用。该变频器

36、 结构简洁、成本低、可靠性高、具有较高的性价比和灵活的适应性，是驱动小功率电机 及此类生产线最理想的选择。 6 6、变频器整体调试、变频器整体调试 静态测试 1、测试整流电路 找到变频器内部直流电源的 P 端和 N 端，将万用表调到电阻 X10 档，红表棒接 到 P，黑表棒分别依到 R、S、T，正常时有几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表 棒接到 P 端，红表棒依次接到 R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到 N 端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异 常，A.阻值三相不平衡，说明整流桥有故障。 B.红表棒接 P 端时，电阻无穷大，可 以断定整流桥

37、故障或启动电阻出现故障。 2、测试逆变电路 将红表棒接到 P 端，黑表棒分别接 U、V、W 上，应该有几十欧的阻值，且各相阻 值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒N 端，重复以上步骤应得到相同结果，否 则可确定逆变模块有故障。 动态测试 在表态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注 意以下几点： 1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V 电源接入 220V 级变频器之中 会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。 2、检查变频器各接播口是否已正确连接，连接是否有松动，连接异常有时可能会 导致变频器出现故障，严重时会出炸机等情况。 3、上电后检测故障显示内容，并

38、初步断定故障及原因。 4、如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归后，在空载（不接电 机）情况下启动变频器，并测试 U、V、W 三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡 等情况，则模块或驱动板等有故障。 5、在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，负载测试，尽量是满负载测 试。 故障判断 1、整流模块损坏 通常是由于电网电压或内部短路引起。在排除内部短路情况下，更换整流桥。在 现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污 染的设备等。 2、逆变模块损坏 通常是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。在修复驱动电路之后，测驱动 波形良好状态下，更换模块。在

39、现场服务中更换驱动板之后，须注意检查马达及连接 电缆。在确定无任何故障下，才能运行变频器。 3、上电无显示 通常是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起，如启动电 阻损坏，操作面板损坏同样会产生这种状况。 4、显示过电压或欠电压 通常由于输入缺相，电路老化及电路板受潮引起。解决方法是找出其电压检测电 路及检测点，更换损坏的器件。 5、显示过电流或接地短路 通常是由于电流检测电路损坏。如霍尔元件、运放电路等。 6、电源与驱动板启动显示过电流 通常是由于驱动电路或逆变模块损坏引起。 7、空载输出电压正常，带载后显示过载或过电流 通常是由于参数设置不当或驱动电路老化，模块损坏引起。

40、7 7、变频器软故障分析、变频器软故障分析 1、过流 过流是变频器报警最为频繁的现象。 1.1 现象 (1)重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有:负载短 路，机械部位有卡住;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。 (2)上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有:模块坏、驱动电路坏、电流检 测电路坏。 (3)重新启动时并不立即跳闸而是在加速时，主要原因有:加速时间设置太短、电流 上限设置太小、转矩补偿(V/F)设定较高。 2、过压 过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制 动单元有问题。 3、欠压 欠压也是我们在使用中经常碰到的问题

41、。主要是因为主回路电压太低(220V 系列低于 200V，380V 系列低于 400V)，主要原因:整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常 的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充 电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。 4、过热 过热也是一种比较常见的故障，主要原因:周围温度过高，风机堵转，温度传感器性 能不良，马达过热。 5、输出不平衡 输出不平衡一般表现为马达抖动，转速不稳，主要原因:模块坏，驱动电路坏，电抗 器坏等。 6、过载 过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一，平时看到过载现象我们其实首先应该分 析一下到底是马

42、达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强, 只要变频 器参数表的电机参数设置得当,一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较 差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压,电流检测电路,等故障易发点来一 一排除故障. 现阶段，在能源日趋紧张，生产成本居高不下的时代，加大节能降耗力度，最大限度 降低电力消耗，是建设节约型社会的内在需要和必然选择；而变频技术无疑是实现这一 目标的重要支柱。本文主要是向业界同仁介绍了变频器的安装、调试、故障处理、保养 与维护；希望对于业界同仁们在电气传动设备技术改造和推进高新技术产品的普及应用 工作中能有所参考和借鉴；减少由于低级错误而引发

43、重大的经济损失。 8 8、变频器电路故障及分析、变频器电路故障及分析 随着变频器在制药生产中被广泛地应用，了解变频器的结构、主要器件的电气特性、 常用参数的作用及其常见故障对于实际工作越来越重要。 1、变频器控制电路 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，称为控制回路。 控制电路由频率、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等 组成。无速度检测电路为开环控；在控制电路增加了速度检测电路(即增加速度指令)， 可以对异步电动机的速度进行更精确的闭环控制。其中： (1)运算电路将外部

44、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、电流检测电路为与主回路电位隔离检测电压、电流等。 (3)驱动电路为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离，控制主电路器件的导通 与关断。 (4) I/O 电路使变频更好地人机交互，其具有多信号（比如多段速度运行等）的输入， 还有各种内部参数（比如电流、频率、保护动作驱动等）的输入。 (5)速度检测电路将装在异步电动机轴上的速度检测器（TG、PLG 等）的信号设为速 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。 (6)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

45、，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。 2、逆变器控制电路中保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，保护功能如 下： （1）逆变器保护 瞬时过电流保护，用于逆变电流负载侧短路等，流过逆变电器回件电流达到异常 值（超过容许值）时，瞬时停止逆变器运转，切断电流，变流器输出电流达到异常值， 也同样停止逆变器运转。 过载保护，逆变器输出电流超过额定值，且持续流通超过规定时间，为防止逆变 器器件、电线等损坏，要停止运转，恰当保护需要反时限特性，采用热继电器或电子热 保护，过载是负载 GD2（惯性）过大或因负载过大使电动机堵转而产生。 再生过电压保护，应用逆变器使

46、电动机快速减速时，再生功率使直流电路电压升 高，超过容许值，可以采取停止逆变器运转或停止快速方法，防止过电压。 瞬时停电保护，毫秒级内瞬时断电，控制电路工作正常。但瞬时停电达数 10ms 以 上时，通常控制电路误动作，主电路供电，检测出后使逆变器停止运转。 接过电流保护，逆变器负载接时，保护逆变器，要有接过电流保护功能。但保证 人身安全，需要装设漏电保护断路器。 冷却风机异常，有冷却风机装置，当风机异常时装置内温度将上升，采用风机热 继电器或器件散热片温度传感器，检测出异常后停止逆变电器工作。 （2）、异步电动机的保护 过载保护。过载检测装置与逆变器保护共用，但考虑低速运转过热时，在异步电动

47、机内埋入温度检出器，或者利用装在逆变器内的电子热保护来检出过热。动作过频时， 应考虑减轻电动机负荷，增加电动机及逆变器的容量等。 超速保护。逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停止逆变器运 转。 防止失速过电流。加速时，如果异步电动机跟踪迟缓，则过电流保护电路动作，运 转就不能继续进行（失速）。所以，在负载电流减小之前要进行控制，抑制频率上升或 使频率下降。对于恒速运转中的过电流，有时也进行同样的控制。 防止失速再生过电压。减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升，为防止再生 过电压电路保护动作，在直流电压下降之前要进行控制，抑制频率下降，防止不能运转 （失速）。 （3） 、其他

48、保护 防止失速过电流，加速时，异步电动机跟踪迟缓，则过电流保护电路动作，运转 就不能继续进行（失速） 。 ，负载电流减小之前要进行控制，抑制频率上升或使频率下降。 恒速运转中过电流，也进行同样控制。 防止失速再生过电压，减速时产生再生能量使主电路直流电压上升，为防止再生 过电压电路保护动作，直流电压下降之前要进行控制，抑制频率下降，防止不能运转 （失速） 。 3、变频器控制回路的抗干扰措施 由于主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源，而其周边控 制回路却是小能量、弱信号回路，极易遭受其他装置产生的干扰，造成变频器自身和周 边设备无法正常工作。因此，变频器在安装使用时，必须对控

49、制回路采取抗干扰措施。 （1）、变频器的基本控制回路 一般而言，同外部进行信号交流的基本回笼路有模拟与数字两种：(1)420 mA 电流 信号回路（模拟），15 V/05 V 电压信号回路（模拟）；(2)开关信号回路，变频器 的开停指令，正反转指令等（数字）。 外部控制，指令信号通过上述基本回路导入变频器，同时干扰源也在其回路上产生 干扰电势，以控制电缆为媒介侵入变频器。 （2）、干扰的基本类型及抗干扰措施 静电耦合干扰 静电耦合干扰指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合在电缆中产生的电势。当加 大与干扰源电缆的距离，达到导体直径 40 倍以上时，干扰程度就会不太明显，也可在两 电缆间设置屏敝导

50、体，再将屏蔽导体接地。 静电感应干扰 静电感应干扰指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。其强度取决于 干扰源电缆产生的磁通大小、控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相 对角度。 电波干扰 电波干扰指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。抗干扰措施同 3.2.1、3.2.2，必要时将变频器放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱务必接地。 接触不良干扰 接触不良干扰指变频器控制电缆的电接点及继电器触点接触不良，电阻发生变化在电 缆中产生的干扰，对此，采用并联触点或提高电器件等级来解决。对于电缆连接点应定 期做拧紧加固处理。 接地干扰 接地干扰指机体接地或信号接地，对于

51、弱电压，电流回路，任何不合理的接地均可诱 发各种意想不到的干扰，比如设置两个以上接地点，接地处会产生电位差，产生干扰。 可将速度给定的控制电缆取一点接地，接地线不作为信号的通路使用，电缆的接地在变 频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其他接地端子共用。 4、变频器的常见故障分析 （1）、变频器充电起动电路故障 通用变频器一般为用压型变频器，采用交直交工作方式。当变频器刚上电时， 由于直流侧的平波电容容量非常大，充电电流很大，通常采用一个起动电阻来限制充电 电流。充电完成后，控制电路通过继电器的触点将电阻短路。起动电路故障一般表现为 起动电阻烧坏，变频器报警显示为直流线线电压故障。一般情况下，变

52、频器在设计时， 为了减小变频器的体积而选择较小起动电阻，其值多为 1050 ，功率为 1050 W； 当变频器的交流输入电源频繁接通，或者旁路触器的触点接触不良时，都会导致起动电 阻烧坏。因此在替换电阻的同时，必须找出原因，如果故障是由输入侧电源频率开始引 起的，必须消除这种现象才能将变频器投入使用，如果故障只由旁路触元件引起，则必 须更换这些器件。 （2）、变频器无故障显示 变频器无故障显示，却不能高速运行，经检查变频器参数设置正确，调速输入信号正 常，经上电运行测试，变频器直流母线电压只有 450V 左右（正常应在 580600 V），再 测输入侧，发现缺了一相。故障原因是输入侧的一个空气

53、开关一相接触不良。造成变频 器输入缺相不报警，仍能在低频段工作，是因为多数变频器的母线电压下限为 400 V，只 有当母线电压降至 400 V 以下时，变频器才报告故障。而当两相输入时，直流母线电压 为 380 V1.2=452 V400 V。当变频器不运行时，由于平波电容的作用，直流电压也可 达到正常值，新型的变频器都采用 PWM 控制技术，调压调频的工作在逆变桥完成，所以 在低频段输入缺相时仍可以正常工作，但因输入电压，输出电压低，造成异步电动机转 速低频率上不去。 （3）、变频器显示过流 出现这种显示时，首先检查加速时间参数是否太短，力矩提升参数是否太大，然后 检查负载是否太重。如果没有

54、这些现象，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔 电流检测点，复位后运行，看是否出现过流现象。如果是，很可能是 IPM 模块出现故障， 因为 IPM 模块内含有过压过流，欠压，过载、过热，缺相、短路等保护功能，而这些故 障信号都是经模块控制引脚的输出 Fn 引脚传送到控制器的。微控制器接收到故障信息后， 一方面封锁脉冲输出，另一方面将故障信息显示在面板上。此时应更换 IPM 模块。 （4）、变频器显示过压故障 变频器出现过压故障，一般是在雷雨天，由于雷电串入变频器的电源中，使变频器 直流侧的电压检测器动作而跳闸，这种情形，通常只需断开变频器电源 1 min 左右再上 电即可；另一种情况是变频器驱动大惯性负载，而出现过电压现象。这种情况下，可通 过以下方法解决：（1）将减速时间参数加长或增大制动电阻（制动单元）；（2）将变 频器的停止方式设置为自由停车方式。 （5）、电机发热，变频器显示过载 电机发热，变频器显示过载，对于已经投入运行的变频器，必须检查负载状况，对 于新安装的变频器出现这种故障，很可能是 V/F 曲线设置不当或电机参数设置有问题， 此时必须正确设置好各种参数。另外，电机在低频的工作时散热性能变差，也会出现这 种情况，这时就需加装散热装置。 采用变频器作为异步电动机驱动器，尽管其可靠性很高，但是如果使用不当或