变频器培训1B

1、变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修个人简介姓名：王兆义单位：廊坊职业技术学院电气工程系职称：副教授职务：系主任专业方向：工业控制、变频器应用电话箱：变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修第一天主要授课内容 1.前言：变频器发展简介 2.异步电动机的变频调速 3.变频器的变频控制原理 4.变频器控制系统的组成； 5.变频器常用开关器件 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修第二天主要授课内容 1.通用变频器常用 基本功 2.变频器的外接端子功能 3.变频器的典型工程应用 4.变频器功能码选择预置变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修第三天主要

2、授课内容 1.变频器的安装及接线 2.变频器谐波干扰及消除 3.制动电阻的计算与选择 4.变频器的日常维护 5.变频器常见故障处理变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修第四天主要授课内容 1.变频器硬件故障的诊断思路 2.变频器硬件电路介绍 3.变频器主电路的在路检测 4.变频器主电路故障的排除 5.应用案例变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 前言 变频器发展简介1.变频器的发展历程19世纪末发明了三相交流电和三相异步电动机，6070%的电能被各种电动机所利用，其中80%的电能被交流电动机所利用，20%的电能被直流电动机所利用。直流电动机主要用于高性能的变速传动中。三相异步电动

3、机结构简单，工作可靠；直流电动机结构复杂，用电刷导电，但调速性能良好，在近百年间直流电动机在调速领域一统天下。人们早就知道交流电动机改变频率可以调速，但因技术问题难以实现。进入20世纪70年代，电力电子和微电子技术有了突飞猛进的发展，为变频器的诞生奠定了基础。就在此时，一场石油危机席卷全球，节约能源成了当务之急。人们首先发现风机和泵类是用异步电动机恒速拖动，用阀门和挡板控制流量，浪费极大。如果采用调速控制，可以大大节约电能。第一代变频器出现以后，可以进行调速控制，节能20%30%。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 2.现代变频器的特点 变频器因为是由计算机控制，使 它的 控制性能

4、大大提高，应用范围越来越广。已经由最初的单机调速，发展为现在的闭环调速系统，联网控制，组成柔性控制系统等。它是目前最好的异步电动机调速系统，目前还没有任何一种系统能取代变频器。它在很多应用领域已经取代了直流电动机，使控制系统的可靠性大大提高。3.变频器应用变频器应用 1）节能：风机、水泵、变频空调、变频冰箱。 2.）工艺控制： 提高工艺要求、提升产品质量、减轻人工劳动强度、提高生产效率和成品率。 如传送带的调速和同步控制、多段速运行控制PID控制、纺织工艺、机床工艺、定长定位控制。 3） 多传动控制系统：实现精确速度控制、多单元同步传动或比例同步传动以提高工艺要求等。变频器应用、维护及维修变频

5、器应用、维护及维修 4.变频器的发展趋势变频器的发展趋势 1）向专用方向发展）向专用方向发展 专用变频器是变频器的发展方向，是针对某种专用变频器是变频器的发展方向，是针对某种应用专门设计的。应用专门设计的。 丹佛斯丹佛斯无负压供水专用变频器、菱科空压机专用变频器、富士电梯专用变频器、德力西注塑机专用变频器、雕刻机专用变频器、春日针棉织机专用变频器、丹佛斯空调专用变频器等。 专用变频器是为具体的应用而设计，使用、安装方便，具有更加良好的控制特性。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修2）向多用途、智能化方向发展）向多用途、智能化方向发展优化控制技术：变频器已由最初的U/f控制 ，发展为具有

6、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制 等多种控制方式，应用更加方便。 向高压、大容量方向发展 大容量、高耐压开关器件的开发，为高压变频器奠定了基础。发电厂、炼钢，供排水公司等，所用的10kv高压变频器，容量有的已超过几千KVA。减小体积：智能功率模块及复合集成功率模块的发展，开关器件、驱动电路和保护电路制造在同一封装内，实现了变频器的高性能、高可靠、小型化；降低成本：专用变频器、专用集成功率模块(ISPM)的发展。减小噪声和电磁污染：IGBT开关器件的发展，在变频器主回路串入各类电抗器。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修3）向个性化方向发展）向个性化方向发展智能IC卡参数的存取方式;

7、 PDA（个人数字助理）界面，采用PDA界面的变频器，省去了变频器与计算机之间的布线，可直接在PDA上进行参数编程、故障诊断和数据监视。如施耐德的ATV71变频器。高功率变频器模块的立体封装形式，立体封装形式已能将IGBT、电流电压温度传感器、保护回路、直流回路、散热装置和强制风冷的电路组合在一起。冷却效果好，功率密度高。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修4）向绿色方向发展“绿色”变频器：具有处理再生能量功能；使用可回收利用的绿色器件；变频器产生的谐波分量少(或小)造成的电压、电流畸变小；如安川公司的矩阵变频器：体积小，具有处理再生能量功能，产生的谐波分量少；施耐德和东芝合作的ATV

8、71变频器，85%属于可回收利用的绿色器件，解体后对环境的冲击小； ABB公司将采用先进的AFE技术，大大降低变频器产生的谐波分量。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 第一章第一章 异步电动机与变频调速异步电动机与变频调速 1.1 变频调速概述变频调速概述 1.1.1 什么是变频器什么是变频器 定义：定义：把工频交流电（或直流电）变换为电压和频率可变的交流电的电气设备称为变频器。变频器的主要用途是用于交流电动机的调速控制。 变频器应用：变频器应用：通过对电动机的调速控制，达到节能、提高工作效率、实现自动控制等目的。在钢铁、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造

9、纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调及污水处理等行业得到普遍应用。现在我国能用变频器的地方都在采用变频器。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 1.1.2 变频器与电动机的关系变频器与电动机的关系变频器从输入端看变频器从输入端看：输入的是工频三相交流电，从输出端看：从输出端看：输出的是频率和电压可调的交流电。控制电动机工作变频器是电动机和电源之间的一个中间控制环节，变频器和电动机要匹配，变频器的输出特性和功能参数必须与电动机的工作特性相吻合。电动机要求：电动机要求：电动机要调速；在起动、制动时电

10、流大；频率改变时电压也必须随之改变，闭环控制要求：闭环控制要求：速度精度高、快速性好，控制方便。 图1-4变频器连接示意图变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.2.1 三相异步感应交流电动机的工作原理三相异步感应交流电动机的工作原理1.旋转磁场旋转磁场 在一个可旋转的马蹄型在一个可旋转的马蹄型 磁铁中间，放置一只可磁铁中间，放置一只可 转动的笼型短路线圈。转动的笼型短路线圈。 当转动马蹄形磁铁时，当转动马蹄形磁铁时， 笼型转子就会跟着一起笼型转子就会跟着一起 旋转。这是因为当磁铁转动时，其磁感线旋转。这是因为当磁铁转动时，其磁感线(磁通磁通)切割笼型转子的导体，切割笼型转子的导体，在

11、导体中因电磁感应而产生感应电动势，由于笼型转子本身是短路的，在导体中因电磁感应而产生感应电动势，由于笼型转子本身是短路的，在电动势作用下导体中就有电流流过在电动势作用下导体中就有电流流过 。该电流又和旋转磁场相互作该电流又和旋转磁场相互作用，产生转动力矩，驱动笼型转子随着磁场的转向而旋转起来，这就用，产生转动力矩，驱动笼型转子随着磁场的转向而旋转起来，这就是异步电动机的简单旋转原理。是异步电动机的简单旋转原理。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修电动机电动机的旋转磁场2.旋转磁场的转速在以上的分析中，旋转磁场只有一对磁极，即p=1，当电流变化一个周期，旋转磁场正好在空间转过一周。对5

12、0Hz工频交流电而言，旋转磁场每秒在空间旋转50周，n1=60f1=6050r/min=3000r/min。若磁场有两对磁极，p=2，则电流变化一周，旋转磁场只转过0.5周，比磁极对数p=1情况下的转速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。同理，在3对磁极p=3情况下，电流变化一周，旋转磁场仅旋转了1/3周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，当旋转磁场有p对磁极，旋转磁场的转速为 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1160 fnp 3.转速差 转速差 n 转速差是保证电动机正常工作的保证，电动机只有存在转速差，才能产生电磁转矩，在额定转矩情况下，转速差

13、n 和额定转矩TN成正比。当电动机工作时输出转矩发生变化，转速差n亦发生变化，即电动机的转速在工作时要随着转矩的变化而变化。 当电动机制造完以后，额定转速差是一常数。如4极电动机：n1=1500r/min，n=1440r/min； n=60r/min。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修4. 转差率转差率s转速差是一个绝对差值（在额定状态），对于一台转速差是一个绝对差值（在额定状态），对于一台具体的电动机，不管具体的电动机，不管n1大还是小，其值不变。如大还是小，其值不变。如n1=1500r/min，n=1440r/min； n=60r/min。 当当 n1=750r/min，n=6

14、90r/min；n1=60r/min,n=0。为了表示转速差和同步转速的关系，我们取比值为了表示转速差和同步转速的关系，我们取比值 S = n/n1=S转差率，是分析电动机转速和转矩的一个重要转差率，是分析电动机转速和转矩的一个重要公式。公式。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修11nnn 转差率是分析异步电动机运行情况的一个重要参转差率是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。如起动瞬间数。如起动瞬间n=0，s=1，转差率最大；空载时，转差率最大；空载时s很小很小,在在0.005以下；异步电动机工作时，转差率以下；异步电动机工作时，转差率在在10之间变化。之间变化。 电动机型号不同，额

15、定转差率不同。对于某台确电动机型号不同，额定转差率不同。对于某台确定的电动机，其额定转差率是一定的。如定的电动机，其额定转差率是一定的。如nN=1440转转/分，分，s=0.04； nN=1480转转/分，分，S=0.0133. 就异步电动机的总体而言，其额定转差率范围在：就异步电动机的总体而言，其额定转差率范围在：sN=0.0 10.07之间。之间。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.2.2 三相异步电动机的电磁特性三相异步电动机的电磁特性1. 三相异步电动机的电磁特性与三相异步电动机的电磁特性与U/控制控制 给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压U1后，绕组中便产生感应电动势

16、E1，根据电动机理论，E1的表达式为： E1=4.44K1N1f1m 式中, E1定子绕组的感应电动势有效值 K1定子绕组的绕组系数，K11 N1定子每相绕组的匝数 f1定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率 m旋转磁场的主磁通电压平衡方程式： U1= U+E1变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修由于由于R1很小，当忽略电阻上电压很小，当忽略电阻上电压U，有，有 E1=4.44K1N1f1m U1 式中，式中，K1、N1为常数，为常数， m正比于电动机额正比于电动机额定电流，正常工作时为一定值定电流，正常工作时为一定值;我们把我们把上式改写为上式改写为 为了保持等式右边为常数，如果改变

17、为了保持等式右边为常数，如果改变f1 ,U1也必须同时改变。也必须同时改变。 U1上升，上升，f1上升，上升， U1下降，下降，f1下降，即下降，即U1/f1=常数，这就是变频器的基本常数，这就是变频器的基本U/f控控制方式。制方式。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 1.2.3 三相异步电动机变频调速三相异步电动机变频调速 1.基频以下的恒磁通变频调速基频以下的恒磁通变频调速 电动机的额定频率称为基频（电动机的额定频率称为基频（50Hz）,即在即在基频以下调速时，为了保持主磁通基频以下调速时，为了保持主磁通m恒定，恒定，须保持须保持E1/1恒定，由于恒定，由于E1难以直接控制，难

18、以直接控制，在在1较高时，保持较高时，保持U1/1恒定，即可近似地恒定，即可近似地保持主磁通保持主磁通m恒定，使电磁转矩恒定，使电磁转矩TM恒定，恒定，电动机带动负载的能力不变，属于电动机带动负载的能力不变，属于“恒转恒转矩矩”调速。调速。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 当1较低时，U1亦较低， 电阻R1上的电压已不可 忽略，它使定子电流下 降，从而使m减小， 这将引起低速时的输 出转矩减小（见图）。 转矩补偿转矩补偿：为补偿低速时 转矩不足，在低频时提升 定子电压U1，补偿曲线 如下图中曲线“2”。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 转矩曲线 补偿曲线 2基频以上的

19、弱磁变频调速基频以上的弱磁变频调速 当电动机工作在基频（额定频率）以上时，由于电动机不能超过额定电压运行，所以频率在额定值以上升高时，定子电压不可能随之升高，只能保持在额定值不变。这样必然会使m随着1的升高而下降，类似于直流电动机的弱磁调速。 由于TMU1/1，保持U1恒定时，TM随着1的升高而下降，电动机带动负载的能力变小；随着1的升高，m下降，输出转矩T下降，但输出功率不变，属于“恒功率恒功率”调速。 在小功率变频器中，因为工作的需要，可以超频工作。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 1.2.4 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 1.电磁转矩 T电磁转矩，单位电磁

20、转矩，单位N.m； CT电动机常数电动机常数 I2电动机转子电流有效值，单位电动机转子电流有效值，单位A； m定子主磁通，单位定子主磁通，单位Wb。Cos 2转子绕组功率因数转子绕组功率因数 该式中该式中I2、COS 2、 m都是隐形量不便于应用。都是隐形量不便于应用。22cosTmT CI 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修2.电磁转矩与转差率之间的关系电磁转矩与转差率之间的关系 我们将电磁转矩公式中的参数用它的参数方程表示，代入公式中整理得到近似公式为：式中，K 比例系数 CT 电动机常数电动机常数 S 转差率转差率转矩大，转差率大；转矩小，转差率小。转矩大，转差率大；转矩小，转

21、差率小。由由TS曲线可见，曲线可见，S变化一点，变化一点，T就有就有很大的变化，即异步电动机的机械特性很大的变化，即异步电动机的机械特性很硬。很硬。220()sX 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修TSTTKC S3.机械特性1）起动转矩Tst在n=0(s=1),T=Tst点，这点的转矩称为起动转矩Tst，也称为堵转转矩。当电动机的负载转矩大于Tst 时，电动机将不能起动。2）额定转矩TN 在n=nN(s=sN) ,T=TN点，这点的转矩称为额定转矩TN。当电动机工作在额定转矩TN时，sN转速在很小的范围内变化时，转矩即可在很大的范围内变化，即工作于额定转矩TN时，电动机具有很硬的机

22、械特性。3）最大转矩TM在n=nm ,T=Tm，这点的转矩称为最大转矩TM。TM的大小象征着电动机的过载能力，用过载倍数表示，= TM / TN。在任何情况下，电动机的负载转矩都不能大于TM，否则，电动机转速将急剧下降，致使电动机堵转停止，因此这一点称为临界转速点。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 通过以上分析，交流电动机在变频调速时有几个特点我们需要关注： 1.电动机的转差率S变化一点点，转矩T就有较大的变化，说明电动机有较硬的机械特性，转速较稳定，适应变频器在很多场合开环调速。 2.但电动机的转矩变化时，转速还是要随着变化，即需要

23、转速控制精度高的场合，变频器要有高的控制精度。 3.当改变变频器的输出频率时，电动机的输出转速是否能跟上变频器的变化，即变频器反应的快速性问题。 1.3.电动机的起动、制动及调速电动机的起动、制动及调速 1.3.1 电动机起动电动机起动直接起动直接起动：起动电流大，约为IN的47,适用于小容量电动机。降压起动降压起动： 自耦变压器降压起动； 串电阻或电抗器降压起动； Y-降压起动； 低频起动：降低电动机的起动频率（变频器变频器）。低频起动的优点低频起动的优点：转速差n被限制在一定的范围，起动电流也被限制在一定范围内，动态转矩T很小，起动过程平稳。 变频器的加减速时间由此而设变频器的加减速时间由

24、此而设。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.3.2 电动机的制动电动机的制动 电动机的制动是指电磁转矩T与转子转速n方向相反的状态。 制动方式为制动方式为： 直流制动 又称能耗制动，制动目的是使电动机停止转动，可用于变频调速系统； 回馈制动 又称再生制动，制动目的是使电动机在制动过程中将能量回馈到电网。 可用于变频调速系统； 电阻制动 电动机回馈到变频器的电能由制动电阻所消耗。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.直流制动直流制动 在制动时给电动机的定子绕在制动时给电动机的定子绕组加上直流电压，使定子产组加上直流电压，使定子产生固定磁场，转子导线在切生固定磁场，转子导

25、线在切割磁场时产生感应电流，这割磁场时产生感应电流，这个电流使转子产生制动力矩，个电流使转子产生制动力矩，使转子转动停止。使转子转动停止。 实质：实质： 将转子中储存的机械能将转子中储存的机械能转换成电能，并消耗在转子转换成电能，并消耗在转子电阻上（转子制动时发热）。电阻上（转子制动时发热）。 该制动方法适应变频器应用，该制动方法适应变频器应用，制动时由变频器输出直流电制动时由变频器输出直流电。 。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修2变频器制动电阻制动变频器在输出频率下降时电动机变为发电机，向变频器回馈电能，给滤波电容充电，当电容上的电压上升到700V左右，制动单元BV开启，制动电

26、阻RB放电制动（见右图）。3.回馈制动回馈制动变频器通过回馈制动单元，将再生制动的再生电能反馈到电网中，从而使整个调速系统处于回馈制动状态。用于频繁制动的大、中型控制系统的制动（大功率变频器可采用）。大功率变频器可采用）。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 变频器回馈制动变频器制动电阻制动1.3.3 变频器专用电动机变频器专用电动机变频器在进行变频调速时，电动机的转速有时很低。因为电动机是通过自身风冷散热，低速时因电流不减，发热量不减，电动机发热严重。变频电动机采用笼型结构，单独装有专用轴流风机单独装有专用轴流风机，保证电动机在不同转速下均有较好的冷却效果。电动机针对大范围无级调速而

27、设计，采用专门工艺制造，可广泛应用于轻工、纺织、化工、冶金、机床等需要大范围调速的动力装置中。功能特点：独立轴流风机保证电机在不同转速下均有较好的冷却效果。 电机经过抗环境腐蚀设计能够保持较长寿命。 配置深沟槽滚球轴承使得电机寿命大大延长。 根据客户要求可加装电磁式制动装置，构成变频制动电机。 根据客户要求可安装各种光电编码器，典型产品如欧姆龙E6C2和E6B2系列等。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.4 变频器及其控制系统的组成变频器及其控制系统的组成 变频器：利用微机控制大功率开关器件，将工频变频器：利用微机控制大功率开关器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电器

28、交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电器设备。设备。 变频器的主要用途：根据拖动要求调节三相异步变频器的主要用途：根据拖动要求调节三相异步电动机的转速，可对一台或多台电动机进行大范电动机的转速，可对一台或多台电动机进行大范围的连续调速控制、节能运行或正反转控制。围的连续调速控制、节能运行或正反转控制。 根据控制要求，可开环控制和闭环控制。在闭环根据控制要求，可开环控制和闭环控制。在闭环控制系统中，可由上位机控制多台变频器联动，控制系统中，可由上位机控制多台变频器联动，形成柔性加工系统，实现自动控制。形成柔性加工系统，实现自动控制。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 变频器应用、维护

29、及维修变频器应用、维护及维修 1.4.1 变频器的组成变频器的组成变频器为了适应工程需要，变频器为了适应工程需要，要有一系列控制端子，要有一系列控制端子，要有操作面板，要能够要有操作面板，要能够进行程序的读出写入，进行程序的读出写入，变频器内部，为了进行变频器内部，为了进行工作时的保护，要设置工作时的保护，要设置相应的保护电路。相应的保护电路。1.主电路端子主电路端子整流电路、起动保护、滤波电路、逆变电路 、指示电路 、制动单元 、输入端子、 输出端子。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修515V输入380V 输出380V 整流电路起动保护滤波电路制动单元制动电阻逆变IGBT续流二极

30、管 模拟量输入端子： 模拟电压控制端子：010V，05V， 模拟电流控制端子：020mA,420mA 主要功能主要功能：给定变频器输出频率，PID控制目标信号给定；辅助功能辅助功能：叠加到主给定信号的附加信号，PID反馈信号。 开关量输入控制端子：接受外部输入的各种开关信号。 基本输入端子：正转（FWD），反转（REV）,点动（JOG）,复位（RST）等 可编程多功能端子：端子功能通过预置来决定，如多段速控制、多段速升降速时间控制、可编程序控制等。图中X1X5。 2.输入控制电路端子输入控制电路端子 3.输出控制端子输出控制端子 报警输出报警输出（30A、30B、30）：当变频器因故障而跳闸时

31、，报警输出端动作，发出报警信号。 测量信号输出测量信号输出：向外接仪表输出运行模拟或数字信号。 状态信号输出状态信号输出：输出变频器各种运行状态信号。如“频率到达” “频率检测”、“运行中”等。测量信号外接仪表 输出端子外接电源5.接地问题接地问题 1）外壳接地端：G、PE，“ ” 该端子必须接到大地。该端子必须接到大地。 2）输入接点控制端子接地端：CM、COM。 3）输入模拟控制端子接地端：GND 。 4）接地端子的应用符号各厂家应用不一，在同一变频器上不同接地符号不能连在一起。特别指出特别指出：变频器的连接端子一定要弄清楚是什么，才能作连接，如：变频器的“N-”端子有人以为是三相交流电的

32、公共端“N”，并进行了连接，结果烧掉了变频器。7.RS485通信接口通信接口 用于多个变频器之间，或变频器与计算机之间进行联网控制。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修8.操作面便模式转换键模式转换键：用于更改工作模式，如运行模式、编程模式（功能预置）。图中的”FUNC/DATA”(功能/数据)键，有的变频器用“MODE”、“PAR”、“ACT”等表示。读出、写入键读出、写入键：在功能预置模式下，用于“读出”或“写入”功能码。数据增减键数据增减键：用于在编程模式下寻找功能吗；在运行模式下改变变频器的输出频率。运行操作键运行操作键：用于正转（FWD）、反转（REV）、停止、复位（STO

33、P/RESET）.复位键复位键：图中的（STOP/RESET）。森兰变频器操作面板三菱A540操作面板 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 1.5 变频器的控制模式变频器的控制模式1.5.1 变频器的分类变频器的分类按变换环节分按变换环节分：交-直-交型 和交-交型1.按改变变频器输出电压的方法分按改变变频器输出电压的方法分：PAM型和PWM型3. 按电压的等级分按电压的等级分：低压变频器和高压大容量变频器。 类型有高-低-高型和直接高压型。4. 按滤波方式分：按滤波方式分：电流型和电压型。5. 按用途分按用途分：专用型 通用型 高频变频器。6. 按输入电源分按输入电源分：单相变频器

34、和三相变频器。7. 按内部控制模式分按内部控制模式分： U/f 正弦脉宽调制模式、 转差频率控制模式 、矢量控制模式和直接转矩控制模式变频器。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.5.2 U/控制模式变频器控制模式变频器 控制特点：通过压频变换器使变频器的输出电压与输出频控制特点：通过压频变换器使变频器的输出电压与输出频率成比例的改变，即率成比例的改变，即U/=常数常数 性能特点：性价比高，输出转矩恒定即恒磁通控制，但速性能特点：性价比高，输出转矩恒定即恒磁通控制，但速度控制的精度不高。适用于以节能为目的和对速度精度要度控制的精度不高。适用于以节能为目的和对速度精度要求较低的场合。求

35、较低的场合。低频稳定性较差：在低速运行时，会造成转矩不足，需要低频稳定性较差：在低速运行时，会造成转矩不足，需要进行转矩补偿。进行转矩补偿。 该变频器为开环控制，安装调试方便。该变频器为开环控制，安装调试方便。 变变 频器应用、维护及维修频器应用、维护及维修 开环控制开环控制 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 1.5.2 转差频率控制变频器转差频率控制变频器 1.问题的提出： 1）异步感应电动机的转子转速低于旋转磁场的转速，存在转速差n，而且n和转子的转矩T成正比，即电动机的转子转速随转矩而变化，因此，U/F控制转速控制精度不高。 2）在过程控制中，需要电动机的转速与电动机的控制物

36、理量成比例。如恒压供水控制，为了保证水泵的压力恒定，当水泵的压力下降时，要控制水泵加速；当水泵的压力升高时，要控制水泵减速。通过闭环反馈控制，使水泵压力保持恒定。 由此可见，变频器要想达到以上控制目的，必须采取闭环控制。2.转差频率控制原理转差频率控制原理1）电动机由于存在转速差转速差，且转转速差和转矩成正比速差和转矩成正比，当改变变频器的输出频率，使变频器的转差n改变，即变频器的输出转矩T改变，变频器的输出转速改变。就是通过控制转差n，来控制电动机的转矩，达到控制电动机转速的目的。这就是转差频率控制原理。转差频率控制变频器内设比较电转差频率控制变频器内设比较电路和路和PID控制电路，处理控制

37、电路，处理目标信目标信号和反馈信号。号和反馈信号。控制系统工作时为闭环控制控制系统工作时为闭环控制。变频器给定一个目标量，从变频器的控制量中取回反馈量，反馈量和目标量进行比较：变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修当反馈量小于目标量，变频器给出频率上升信号使频率上升， n上升，转矩随之上升，电动机的转速随之上升；反之，变频器给出频率下降信号， n下降，转矩随之下降，电动机的转速随之下降。使电动机的实际转速按给定目标要求转动。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 2）转差频率控制和U/控制功能上的区别 U/控制变频器内部不用设置PID控制功能，不用设置反馈端子。而转差频率控制在变

38、频器的内部要设比较电路和PID控制电路。如果用U/F控制变频器实现闭环控制，要在变频器之外配置PID控制板。U/F变频器做闭环控制电路图1.5.3矢量控制变频器矢量控制变频器 1.问题的提出问题的提出 U/F控制变频器，电动机转速的控制精度不高，而且控制的快速性差，在转差较大时，电动机的输出转矩和电源的电压也不成正比，虽然转差频率控制使控制精度提高，但电动机的快速性仍不理想。 人们想起了直流电动机。直流电动机的励磁和电枢两个绕组分开控制，磁场正交，分别调整两个绕组都可以调速，且互不干扰。有着良好的调速性能和快速性以及很好的机械硬度。 交流电动机的励磁和转子电流只有一个，控制特性远不如直流电动机

39、。2.矢量控制变频器的控制方法矢量控制变频器的控制方法矢量控制是交流电动机用模拟直流电动机模拟直流电动机的控制方法来进行控制。1）将控制信号按直流电动机的控制方法分为励磁信号）将控制信号按直流电动机的控制方法分为励磁信号 和电枢信号和电枢信号 2）将控制信号按三相交流电动机的控制要求变换为三相交流电控制信号，）将控制信号按三相交流电动机的控制要求变换为三相交流电控制信号，驱动变频器的输出逆变电路。驱动变频器的输出逆变电路。3）变频器控制方式）变频器控制方式：分为无传感器（开环）和有传感器（闭环）两种控制方式。无传感器控制方式是通过变频器内部的反馈形成闭环。*mi变频器应用、维护及维修变频器应用

40、、维护及维修*Ti 控制特点控制特点：矢量控制是对电动机的转速（转矩）进行控：矢量控制是对电动机的转速（转矩）进行控制，不能对电动机的制，不能对电动机的间接控制量间接控制量进行控制。进行控制。一台变频器一台变频器只能控制一台电动机。只能控制一台电动机。 矢量控制既能控制电动机的电流幅值，同时又能控制电矢量控制既能控制电动机的电流幅值，同时又能控制电流的相位。流的相位。 性能特点性能特点：可从零转速进行控制，调速范围宽；可对转：可从零转速进行控制，调速范围宽；可对转矩进行精确控制，系统响应速度快，速度控制精度高。矩进行精确控制，系统响应速度快，速度控制精度高。变频器应用、维护及维修变频器应用、维

41、护及维修 1.5.4 直接转矩控制方式变频器直接转矩控制方式变频器 直接转矩控制技术，英语称为直接转矩控制技术，英语称为DSC或或DTC控制，是继七控制，是继七十年代发展起来的矢量控制技术之后又一种具有高控制十年代发展起来的矢量控制技术之后又一种具有高控制性能的新型交流调速技术。直接转矩控制是利用空间矢性能的新型交流调速技术。直接转矩控制是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（链和转矩，采用离散的两

42、点式调节器（Band-Band控控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的转差范围内，转差的大小由频率调节器来限制在一定的转差范围内，转差的大小由频率调节器来控制，并产生控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。直接关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。直接转矩控制完成了交流调速的又一次飞跃。转矩控制完成了交流调速的又一次飞跃。 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 1.5.5 变频器的四种运行控制方式比较变频器的四种运行控制方式比较

43、 1. U/控制方式变频器控制方式变频器 控制特点：通过压频变换器使变频器的输出电压与输出频率成比例的改变，即U/=常数常数 性能特点：性价比高，输出转矩恒定即恒磁通控制，但速度控制的精度不高。适用于以节能为目的和对速度精度要求较低的场合。 在低速运行时，会造成转矩不足，需要进行转矩补偿。 2. 转差频率控制方式变频器转差频率控制方式变频器 该控制是一种闭环控制。控制方式有两类：一是用速度该控制是一种闭环控制。控制方式有两类：一是用速度传感器将电动机的转速作为反馈信号，以提高电动机的速传感器将电动机的转速作为反馈信号，以提高电动机的速度控制精度；另一类是将间接物理量如压力、流量、温度度控制精度

44、；另一类是将间接物理量如压力、流量、温度等通过传感器转换为电信号，反馈回变频器，以提高这些等通过传感器转换为电信号，反馈回变频器，以提高这些间接控制量的控制精度。间接控制量的控制精度。 该控制方式在变频器内部装有PID调节器，可设置变频器的控制速度和快速响应性。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修3. 矢量控制方式变频器矢量控制方式变频器矢量控制是在变频器内部通过电子运算电路用模拟直流电动机的控制方法来控制交流电动机。 控制特点：同时控制电流的幅值和相位，还可通过软件来设定这种控制方式。 性能特点性能特点：可从零转速进行控制，低频转矩大，调速范围宽；可对转矩进行精确控制；系统响应速度快

45、，速度控制精度高。应用范围应用范围 分为无速度传感器（通过内闭环）和有速度传感器（通过外闭环）两种控制方法，这两种控制方法都是直接控制（稳定）电动机的转速（或转矩），不能作为其他量的控制（如压力、流量、温度等）。4. 直接转矩控制方式变频器直接转矩控制方式变频器直接转矩控制技术，把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的转差范围内，转差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，。 性能特点性能特点：可从零转速进行控制，调速范围宽；可对转矩进行精确控制；系统响应速度快，速度控制精度高。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.6 变频器

46、的变频控制原理变频器的变频控制原理1.6.1脉冲调制技术脉冲调制技术 PAM型：脉冲幅度调制，少用。 PWM型：脉冲宽度调制，多用。1脉冲宽度调制（缩写为PWM）技术：是按照一定的规则和要求对一系列脉冲宽度进行调制，来得到所需要的等效波形。2PWM控制的目的：通过对逆变电路输出脉冲的宽度进行调制，使之与正弦波等效，从而驱动相应的负载工作。3. PWM技术的理论基础：采样控制理论中的采样控制理论中的面积等效控制原理。即：加在惯性环节上面积等效控制原理。即：加在惯性环节上的窄脉冲，尽管形状不同，只要面积相等，的窄脉冲，尽管形状不同，只要面积相等，其作用效果相同。其作用效果相同。变频器应用、维护及维

47、修变频器应用、维护及维修4脉宽调制波SPWM：将一个正弦波电压分为N等份，并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，脉冲的宽度与正弦波的大小成正比，这样得到的脉冲列，就是SPWM波。5实际应用中SPWM波的形成： 调制方法： 利用载波和调制波相比较方式来确定脉宽和间隔。 调制波ur： 所希望生成的等效正弦波 载波uc： 等腰三角波或锯齿波变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.6.2 S PWM波的生成波的生成 按照调制脉冲的极性关系，PWM逆变电路的控制方式分为： 1. 单极性控制单极性控制: 任一时刻载波与调制波的极性相同，在任意半个周期SPWM波单

48、方向变化 ；正半周：ur uc时，有脉冲；ur uc时，无脉冲。副半周： ur uc时，有脉冲；ur uc时，无脉冲。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修Ur正半周：VT2、VT4断态，VT1通态，VT3开关状态；Ur负半周：VT1、VT3断态，VT2通态，VT4开关状态。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修2.双极性控制双极性控制：载波双方向变化，在任意半个周期SPWM波双方向变化；ur uc时，正脉冲；ur uc时，负脉冲 ur uc时，正脉冲,VT1、UT3通，VT2、VT4止； ur uc时，负脉冲， VT2、UT4通，VT1、VT3止。 2. 单项双极性脉宽调制控制电

49、路单项双极性脉宽调制控制电路1.载波：三角波UC，调制信号Ur：依次相差120度的三相交流信号。2.三相SPWM波 生成原理与单项相同，在相位上也相差120度。1.6.2 三相三相SPWM调制调制1.6.3 SPWM的调制方式及生成方法的调制方式及生成方法1. 调制方式 异步调制异步调制调制方法：调制信号频率变化调制信号频率变化，载波频率不变。特点：调制频率变高时会出现脉冲跳变(输出脉冲不对称)，输出特性变差；调制频率较低时性能较好，便于微处理器进行数字化控制。 同步调制同步调制调制方法：调制信号频率与载波频率成比例的改变，一般频率比取3的倍数且为奇数特点：调制信号频率低时，谐波分量大，对电动

50、机不利 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 分段同步调制分段同步调制调制方法：将变频器的输出频率范围划分为若干个频段，每个频段内载波频率比恒定，但各个频段的载波频率比不同。特点：低频段载波频率比高，以减小谐波分量；高频段载波频率比低，满足开关器件工作频率范围。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修2. SPWM生成方法 模拟电路生成：系统可靠性差，已不采用。 SPWM专用芯片生成：HEF4752、SLE4520、MA818、ML4423、SA828、SA868、SA866AE等，有的单片机带有直接输出SPWM信号的端口，如8098、8XC196MC等。 由微处理器和数字信号处理

51、器生成，并可通过编程开发： 8XC196Mx把CPU与PWM波发生器等功能集成在了一起； TMS320系列定点DSP是电动机控制专用DSP，属于低速产品。它将高性能的DSP内核和丰富的微处理器处置功能集成一体。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 结论： 1.SPWM调制解决了将直流电转换成正弦交流电的问题，是目前来讲最好的一种转换方法。开关器件功耗小，转换效率高。 2. SPWM调制最大的缺点就是电磁辐射干扰，因为脉宽调制波为矩形波，矩形波含有丰富的谐波成分，而且谐波的幅度衰减较慢，11次谐波的幅度还有总电压的10%。当载波频率为5kHz

52、时，有效谐波能达到100KHz以上，有着较强的辐射能力。在变频器应用中，要充分消减谐波对自身和周围环境其他仪器设备的干扰。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修 1.7 电力电子器件及驱动电路电力电子器件及驱动电路 电力电子器件包括纯开关器件（如晶闸管）电力电子器件包括纯开关器件（如晶闸管）和放大器件（如和放大器件（如BJT、LGBT等），我们重等），我们重点分析这些器件的开关特性，至于放大特点分析这些器件的开关特性，至于放大特性，大家应该知道，因为放大类器件一旦性，大家应该知道，因为放大类器件一旦从开关状态进入放大状态，则必烧毁无疑。从开关状态进入放大状态，则必烧毁无疑。变频器应用、维

53、护及维修变频器应用、维护及维修 1.7.1晶体二极管二极管是单向导电器件，加正向电压，导通，相当开关闭合；加反向电压，截止，相当于开关断开。1.7.2 晶闸管（晶闸管（SCR）1.结构与电路符号：2. 特性：3. 导通与关断条件:掣住电流、维持电流IH4. 优缺点：SCR属于电流控制型元件，其缺点是控制电路复杂、庞大，工作频率低，效率低等。SCR的优势在于电压、电流容量较大，目前仍广泛应用在可控整流和交-交变频等变流电路中。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.7.3门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTO）1. 结构：2. 特性: 与SCR的特性相似。3. 导通与关断条件：导通条

54、件与SCR相同，但关断时门极需要负脉冲。4. 优缺点：GTO属于电流控制型元件，其缺点是驱动功率大，驱动电路复杂；关断控制易失败，工作频率不够高，一般在10KHz以下。它的优势在于电压、电流容量较大，其电压可达到6000V、电流可达到6000A，多应用于大功率高压变频器及变流设备中。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修1.7.4电力晶体管（电力晶体管（GTR又称又称BJT） 1. 结构 单管GTR结构与普通的双极结型晶体管类似，变频器用的GTR一般是GTR模块，它是将两只或四只、六只甚至七只单管GTR或达林顿式GTR的管芯封装在一个管壳内，耐高压、大电流，开关特性好。 变频器应用、维护

55、及维修变频器应用、维护及维修模块符号单管模块两单元模块2. 导通原理导通原理:电流放大器件，有三种基本工作状态，即截止、放大、饱和。在变频电路中，GTR作为开关器件，应在截止（关）和饱和（开）两种状态之间交替，不允许工作在放大状态，否则管子的功耗将增大数百倍，使管子过热损坏。3. 优点优点：饱和压降低，做开关应用时功率损耗小。4.缺点缺点：工作频率较低工作频率较低，一般在510kHz。它又属于电流驱动型器件，其驱动功率其驱动功率大大，驱动电路复杂，而且GTR击穿电压低，耐冲击能力差，易受二次击穿损坏。目前在变频器应用中，已被绝缘栅双极晶体管（IGBT）所替代。变频器应用、维护及维修变频器应用、

56、维护及维修5. 驱动电路驱动要求：触发信号前沿较陡，导通后驱动电流减小，关断时需反向驱动，主电路要与驱动电路隔离，应设置自动保护。恒流驱动电路：ui低电平，V2截止，GTR导通；ui高电平，V2饱和，GTR截止；C：截止加速电容，从GTR基极抽出电流，加快截止时间。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修比例驱动电路比例驱动电路：Ui高电平，V2饱和，V3截止，V4、V5、GTR导通。Ui低电平，V2截止，V3饱和， V4、V5、GTR截止，V6饱和，C2抽出GTR基极电子，加速GTR截止。图中VD2为抗过饱和过饱和二极管，当GTR的UCE，VD2导通，分流基极电流。使管子退出过饱和。变频器应用、维护及维修变频器应用、维护及维修驱动模块：EXB356、EXB357、VAA4002、M57215BL等。驱动模块需外接电容等元件构成应用电路。1.7.5 功率场效应晶体管（功率场效应晶体管（PMOS）1.结构：三个引出极为：源极S、漏极D