变频器的应用

1、第六章 变频器的应用通用变频器变频器的使用变频器的使用注意事项变频器的保养和维护通用变频器变频器简介变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。变频器的问世，使得交流调速在很大程度上取代了直流调速。 ACS100变频器用于0.122.2kW鼠笼式电机的速度和转矩控制 整流滤波单元l通用变频器的结构通用变频器的结构计算机控制单元主电路接线端子主电路接线端子通用变频器的使用 l 变频器类型的选择变频器类型的选择 根据负载的要求来选择变频器的类型，如：根据负载的要求来选择变频器的类型，如：1)1)风机、泵类负载，它们的阻力转矩与转速的风机、泵类负载，它们的阻力转矩与转速的平方成正比，

2、起动及低速时阻力转矩较小，通常可平方成正比，起动及低速时阻力转矩较小，通常可以选择普通功能型。以选择普通功能型。 2)2)恒转矩类负载，如挤压机、搅拌机、传送带恒转矩类负载，如挤压机、搅拌机、传送带等，则有两种情况。一是可采用普通功能型变频器。等，则有两种情况。一是可采用普通功能型变频器。二是采用具有转矩控制功能的高功能型变频器，其二是采用具有转矩控制功能的高功能型变频器，其实现恒转矩负载的调速运行比较理想。实现恒转矩负载的调速运行比较理想。 3)3)对一些动态性能要求较高的生产机械，如轧对一些动态性能要求较高的生产机械，如轧钢、塑料薄膜加工线等，可采用矢量控制型变频器。钢、塑料薄膜加工线等，

3、可采用矢量控制型变频器。l 变频器容量的计算变频器容量的计算 对于连续恒载运转机械所需的变频器，其容量可用对于连续恒载运转机械所需的变频器，其容量可用下式近似计算：下式近似计算： cosNCNkPSNCNkIIl变频器外部接线变频器外部接线 下面以富士电机下面以富士电机公司公司FRNG9S/P9SFRNG9S/P9S系列变频器为例系列变频器为例加以说明。图加以说明。图8-8-1616为为FRNG9S/P9SFRNG9S/P9S变频器的基本原变频器的基本原理接线图。理接线图。n主电路接线端子接线图主电路接线端子接线图 变频器功能解析变频器功能解析l频率的给定与相关功能频率的给定与相关功能 1频率

4、给定的方式与选择频率给定的方式与选择要调节变频器的输出频率，必须首先向变频要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，称为器提供改变频率的信号，这个信号，称为频率给定信号，也有称为频率指令信号或频率给定信号，也有称为频率指令信号或频率参考信号的。所谓给定方式，就是调频率参考信号的。所谓给定方式，就是调节变频器输出频率的具体方法节变频器输出频率的具体方法,也就是提供也就是提供给定信号的方式。给定信号的方式。 1.1面板给定方式 (a) 键盘给定频率的大小通过键盘上的升键(键)和降键(q键)来进行给定。键盘给定属于数字量给定，精度较高。(b) 电位器给定部分变频器在面板上

5、设置了电位器，如图1(a)所示。频率大小也可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定，精度稍低。变频器的面板通常可以取下，通过延长线安置在用户操作方便的地方，如图2所示 1.2 外部给定方式 l从外接输入端子输入频率给定信号，来调节变频器输出频率的大小，称为外部给定，或远控给定。主要的外部给定方式有:A、外接模拟量给定 lB、外接数字量给定 lC、外接脉冲给定 lD、通讯给定 1.3选择给定方式的一般原则选择给定方式的一般原则 l (1)优先选择面板给定。l (2)优先选择数字量给定 l (3)优先选择电流信号 2模拟量给定的调整功能模拟量给定的调整功能 2.1基础概念基础概念(1) 频率

6、给定线频率给定线 l 由模拟量进行频率给定时，变频器的给定信号X(X是给定信号的统称，既可以是电压信号UG，也可以是电流信号IG与对应的给定频率fX之间的关系曲线fXf()，称为频率给定线。l 在给定信号X从0增大至最大值Xmax的过程中，给定频率fX线性地从0增大到最大频率fmax的频率给定线 称为基本频率给定线。其起点为(X0，fX0); 终点为 (XXmax，fXfmax)，如图3(a)和(b)所示。 l(2) 最大频率fmax 在数字量给定(包括键盘给定、外接升速/降速给定、外接多档转速给定等)时，是变频器允许输出的最高频率;在模拟量给定时，是与最大给定信号对应的频率。 l(3) 频率

7、给定线的调整 l(a) 频率给定线的起点 l频率给定线的终点 l2.2偏置频率和频率增益设定方式偏置频率和频率增益设定方式 l(1) 偏置频率 部分变频器把与给定信号为“0”时的对应频率称为偏置频率,用fBI表示，如图4所示 l (2) 频率增益 l 当给定信号为最大值Xmax时，对应的最大给定频率fXM与变频器预置的最大输出频率fmax之比的百分数，用G表示:l 式中，频率增益，;fmax变频器预置的最大频率，Hz;fXM虚拟的最大给定频率，Hz。在这里，变频器的最大给定频率fXM不一定与最大频率fmax相等。当100时，变频器实际输出的最大频率就等于fXM，如图5中之曲线所示(曲线是基本频

8、率给定线);当100时，变频器实际输出的最大频率等于fmax，如图5中的曲线所示。 l2.3坐标设定方式坐标设定方式 l(1) 直接坐标预置 通过直接预置起点坐标(Xmin，fmin)与坐标(Xmax，fmax)来预置频率给定线，如图6(a)所示。如果要求频率与给定信号成反比的话，则起点为(Xmin，fmax)，坐标为(Xmax，fmin)，如图6(b)所示。l(2) 上、下限值预置 (a) 预置给定信号的上、下限值(b) 预置给定频率的上、下限值l实例2用户要求:当模拟量给定信号为(010)V时，变频器的输出频率为(030)Hz。解决方法:可将最大给定信号时的频率增益G预置为60，如图10中

9、曲线所示。l3模拟量给定的正、反转控制与滤波模拟量给定的正、反转控制与滤波 3.1模拟量给定的正、反转功能模拟量给定的正、反转功能 (1) 控制方式 (a) 由双极性给定信号控制 给定信号可“”可“”，正信号控制正转，负信号控制反转 (b) (b) 由单极性给定信号控制给定信号只有“”值，由给定信号中间的任意值作为正转和反转的分界点， l(2) 死区的设置 l用模拟量给定信号进行正、反转控制时，“0”速控制很难稳定，在给定信号为“”时，常常出现正转或反转的“蠕动”现象。为了防止这种“蠕动”现象，需要在“”速附近设定一个死区X，使给定信号从-X到X的区间内，输出频率为0Hz。 l (3) 有效“

10、0”的功能 在给定信号为单极性的正、反转控制方式中，存在着一个特殊的问题。即，万一给定信号因电路接触不良或其他原因而“丢失”，则变频器的给定输入端得到的信号为“0”，其输出频率将跳变为反转的最大频率，电动机将从正常工作状态转入高速反转状态。 十分明显，在生产过程中，这种情况的出现将是十分有害的，甚至有可能损坏生产机械。 对此，变频器设置了一个有效“0”功能。就是说，变频器的最小给定信号不等于0(Xmin0)。如果给定信号X0，变频器将认为是故障状态而把输出频率降至0Hz。l4频率的限制功能频率的限制功能 l4.1上、下限频率上、下限频率 l根据生产机械所要求的最高与最低转速，以及电动机与生产机

11、械之间的传动比，可以推算出相对应的频率，分别称为上限频率(用fH表示)与下限频率(用fL表示) 上限频率小于最高频率 l 4.2回避频率回避频率 l 设置回避频率fJ的目的，就是使拖动系统“回避”掉可能引起谐振的转速 l (1) 回避频率的预置 预置回避频率时，必须预置以下两个数据:中心回避频率fJ 即回避频率所在的位置;回避宽度fJ 即回避区域，如图(a)所示。(2) 回避频率的数量 大多数变频器都可以预置三个回避频率, 如图(b)所示。 l (1) 载波频率对变频器输出电流的影响(a) 载波频率与电流波形 运行频率越低, 则电压波的平均占空比越小, 电流高次谐波成分越大, 故适当提高载波频

12、率, 可以改善电流波形。(b) 载波频率与死区 逆变桥中, 同一桥臂的上、下两个逆变管是在不停地交替导通的，为了保证在交替导通时, 只有当一个逆变管完全截止的情况下, 另一个逆变管才开始导通。在交替过程中，必须有一个死区(等待时间)。载波频率和死区的关系有如下的几个方面:变频器的输出电流越大，每次交替所要求的死区也越大;载波频率越高，则死区的累计值越大，变频器的平均输出电流越小。 4.3载波频率载波频率载波频率的影响载波频率的影响4.4加、减速的功能设置加、减速的功能设置 l(1) 加、减速时间(a) 加速时间的定义不同变频器对加速时间的定义不完全一致，主要有以下两种: 定义1 变频器的输出频

13、率从0Hz上升到基本频率所需要的时间;定义 变频器的输出频率从0Hz上升到最高频率所需要的时间。 l(b) 减速时间的定义定义 变频器的输出频率从基本频率下降到0Hz所需要的时间;定义 变频器的输出频率从最高频率下降到0Hz所需要的时间。 l(2) 加、减速方式(a) 加速方式 加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线，称为加速方式。变频器设置的加速方式有:线性方式S形方式 在加速的起始和终了阶段，频率的上升较缓，加速过程呈S形 l半S形方式 在加速的初始阶段或终了阶段，按线性方式加速;而在终了阶段或初始阶段，按S形方式加速 l(b) 减速方式 和加速过程类似，变频器的减速方式也分线性

14、方式、S形方式和半S形方式。 4.5变频调速系统 接电抗器的作用 1. 变频器输出端接入电抗器的场合变频器输出端接入电抗器的场合 需要接入电抗器的场合需要接入电抗器的场合a a）电机与变频器距离远电机与变频器距离远 b b）小变频器带轻载大电机小变频器带轻载大电机输出电抗器作用输出电抗器作用： 抑制变频器电磁幅射干扰抑制变频器电磁幅射干扰 抑制电动机电压谐振抑制电动机电压谐振2. 输入交流电抗器输入交流电抗器作用：作用：1 1）提高功率因数提高功率因数 2 2）抑制高次谐波抑制高次谐波 3 3）削弱电流浪涌削弱电流浪涌3. 接入交流电抗器的场合接入交流电抗器的场合 接入交流电抗器的场合接入交流

15、电抗器的场合a a）多台变频器接同一电源多台变频器接同一电源 b b）同一电源上接有大容量晶闸管设备同一电源上接有大容量晶闸管设备 c c）变压器容量超过变频器容量十倍以上变压器容量超过变频器容量十倍以上 d d）电源电压不平衡度电源电压不平衡度3 3%4. 直流电抗器直流电抗器做用做用： 1 1）提高功率因数提高功率因数 2 2）拟制电流尖峰拟制电流尖峰变频器的调试和运行变频器的调试和运行 变频器的调试和运行通常可按下列步骤进行：变频器的调试和运行通常可按下列步骤进行：(1) (1) 通电前检查通电前检查(2) (2) 系统功能设定系统功能设定 频率的设定频率的设定 功能设定功能设定 试运行

16、试运行变频器的抗干扰1 1. . 变频器的干扰源变频器的干扰源图图7-17-1 变频器的电压、电流波形变频器的电压、电流波形2. 电路耦合干扰电路耦合干扰 电路传播：电路传播：1 1）电源线电源线 2 2）地线地线措施措施 ： 1 1）隔离变压器隔离变压器 2 2）光耦隔离光耦隔离 3 3）正确接地正确接地3.3.感应耦合干扰感应耦合干扰电磁感应电磁感应 静电感应静电感应1 1） 电磁感应是电流干扰传播方式电磁感应是电流干扰传播方式 2 2）静电感应是电压干扰传播方式静电感应是电压干扰传播方式 4. 抗干扰措施抗干扰措施远离、相绞、屏蔽、不平行远离、相绞、屏蔽、不平行图图7-47-4 绞线抗干

17、扰绞线抗干扰5. 空中幅射干扰空中幅射干扰 空中幅射与接地空中幅射与接地 电磁幅射电磁幅射6. 抗干扰措施抗干扰措施 1 1）准确接地准确接地 2 2）接入滤波器接入滤波器 接入滤波器抑制电磁幅射接入滤波器抑制电磁幅射 1严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC 电源上。2变频器要正确接地，接地电阻小于1010。3变频器存放两年以上，通电时应先用调压器逐渐升高电压。存放半年半年或一年一年应通电运行一天。4变频器断开电源后，待几分钟后方可维护操作，直流母线电压（P+，P-）应在25V25V以下。 5. 避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合。6. 不准将P+、 P-、PB任何两端短路。7. 主回路

18、端子与导线必须牢固连接。8. 变频器驱动三相交流电机长期低速运转时，建议选用变频电机。 9. 变频器驱动电机长期超过超过50HZ50HZ运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。10. 变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置，在长期低速运行时应注意润滑效果。11. 变频器在一确定频率工作时，如遇到负载装置的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。12. 变频器与电机之间连线过长，应加输出电抗器。13. 严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。14. 电机首次使用或长期放置后使用，必须对电机进行绝缘检测。使用500V500V电压型兆欧表检测

19、，电机绝缘电阻大于5M5M。15. 对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。16. 在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、 防雷压敏电阻。17. 变频器的输出侧严禁安装接触器、开关器件。18. 变频器在海拔10001000米以上地区使用时，须降额使用。19. 变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。20. 变频器输出侧不必安装热继电器。21. 变频器使用寿命变频器使用寿命影响变频器寿命的元件大致有三种： 自身冷却风扇 上电时限流电阻短路接触器 中间环节大容量电解电容注意：前两个元件是机械磨损元件，一般寿命为五年五年，第三个元件规定

20、为五年五年，一般情况下五年后测量一下电容值，如果小于额定值的80%80%就应更换，实际上，如果变频器一直连续运行，电解电容可用十年十年。 控制线应与主回路动力线分开，控制线采用屏蔽电缆 。22. 变频器与负载的配置变频器与负载的配置 变频器长期工作电流 I变长=I电115% （ I电- 电动机额定电流） 变频器短期工作电流（可持续12分钟） I变短=I变150% （I变- 变频器额定电流） 变频器瞬时工作电流（可持续数秒钟） I变瞬= I变180%变频器常见故障及处理方法 1、变频器运行中有故障代码显示的故障、变频器运行中有故障代码显示的故障 故障代码显示的故障 l 短路保护 若变频器运行当中

21、出现短路保护，停机后显示“0”，说明是变频器内部或外部出现了短路因素。这有以下几方面的原因: (1) 负载出现短路 (2) 变频器内部问题 (3) 变频器内部干扰或检测电路有问题 有些机子内部干扰也易造成此类问题，此时变频器并无太大的问题，只是不间断的、无规律的出现短路保护，即所谓的误保护，这就是干扰造成的。 l变频器的短路保护一般是从主回路的正负母线上分流取样，用电流传感器经主控板的检测传至主控芯片进行保护的，因此这些环节上任何一处出现问题，都可能造成故障停机。l 对于干扰问题，现低压大功率的及中高压变频器都加了光电隔离，但也有出现干扰的，主要是电流传感器的控制线走线不合理，可将该线单独走线

22、，远离电源线、强电压、大电流线及其他电磁辐射较强的线，或采用屏蔽线，以增强抗干扰能力，避免出现误保护。 过流保护 l 变频器出现过流保护，代码显示“1”，一般是由于负载过大引起，即负载电流超过额定电流的1.5倍即故障停机而保护。这一般对变频器危害不大，但长期的过负荷容易引起变频器内部温升高，元器件老化或其他相应的故障。这种保护也有因变频器内部故障引起的，若负载正常，变频器仍出现过流保护，一般是检测电路所引起，类似于短路故障的排除，如电流传感器、取样电阻或检测电路等。过流保护的另一个原因就是缺相。当变频器输入缺相时，势必引起母线电压降低，负载电流加大，引起保护。 过、欠压保护 l 变频器出现过、

23、欠压保护，大多是由于电网的波动引起的，在变频器的供电回路中，若存在大负荷电机的直接启动或停车，引起电网瞬间的大范围波动即会引起变频器过、欠压保护，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网波动过后即可正常运行。这种情况的改善只有增大供电变压器容量，改善电网质量才能避免。l 当电网工作正常时，即在允许波动范围(380V20%)内时，若变频器仍出现这种保护，这就是变频器内部的检测电路出现故障了。 温升过高保护 l变频器的温升过高保护，一般是由于变频器工作环境温度太高引起的，此时应改善工作环境，增大周围的空气流动，使其在规定的温度范围内工作。 l还有一种情况就是在大功率的变频器(尤其是多单元或中

24、高压变频器)中，因温度传感器走线太长，靠近主电路或电磁感应较强的地方，造成干扰，此时应采取抗干扰措施。如采用继电器隔离，或加滤波电容等 电磁干扰太强 l 这种故障的排除除了外界因素，将变频器远离强辐射的干扰源外，主要是应增强其自身的抗干扰能力。特别对于主控板，除了采取必要的屏蔽措施外，采取对外界隔离的方式尤为重要。 变频器的其他故障变频器的其他故障 l 主回路跳闸 这种情况一般是由于主电路(包括整流模块、电解电容或逆变桥)直接击穿短路所致，在击穿的瞬间强烈的大电流造成模块炸裂而产生巨大响声。 l 延时电阻烧坏 在变频器延时电路中，大多是用的晶闸管(可控硅)电路，当其不导通或性能不良时，就可造成

25、延时电阻烧坏。这主要是开机瞬间造成的。 l 只有频率而无输出 这种故障一般是IGBT的驱动电路受开关电源控制的电路中，当开关电源或其驱动的功率激励电路出现故障时，即会出现这种问题。 l送电后面板无显示 变频器主控板用的电源为开关电源，当其损坏时即会使主控板不正常而无显示。这种电源大多是其内部的熔断器损坏造成的。因在送电的瞬间开关电源受冲击较大，造成保险丝瞬间熔断，可更换一个合适的熔断器即可解决问题。有的是其内的压敏电阻损坏，可更换一支新的开关电源。 变频器的保养和维护背景由于环境的温度、湿度、粉尘及振动的影响，变频器内部的器件老化及磨损等诸多原因，都会导致变频器潜在的故障发生，因此，有必要对变

26、频器实施日常和定期的保养及维护。 提示在检查及维护前，请首先确认以下几项，否则，会有触电危险。n 变频器已切断电源；n 盖板打开后，充电指示灯灭；n 用直流高电压表测（+）、（-）之间电压小 于36V以下。1.日常保养及维护 变频器必须按照表1规定的使用环境运行，另外，运行中也可能会发生一些意外的情况，用户应该按照表2的提示，做日常的保养工作。保持良好的运行环境，记录日常运行的数据，并及早发现异常原因，是延长变频器使用寿命的好办法。1.1 运行环境表项目项目描述环境使用场所室内，不受阳光直晒，无尘埃、腐蚀性气体、可燃性气体、油雾、水蒸汽、滴水或盐份等海拔高度低于1000米环境温度1040（环境

27、温度在4050，请降额使用）湿度小于95RH，无水珠凝结振动小于5.9米/秒2（0.6g）存储温度40701.2 日常检查提示表 检查对象检查要领判别标准检查内容周期检查手段运行环境温度、湿度随时温度计、湿度计-10+40，4050降额使用尘埃、水及滴漏目视无水漏痕迹气体目视无异味变频器振动发热随时外壳触摸振动平稳，风温合理噪声听无异样响声电机发热随时手触摸发热无异常噪音听觉噪音均匀运行状态参数输出电流随时电流表在额定值范围输出电压电压表在额定值范围内部温度温度计温升小于352. 定期维护根据使用环境，用户可以3个月或6个月对变频器进行一次定期检查。1、只有受过专业训练的人才能拆卸部件、进行维护及器件更换； 2、不要将螺丝及垫圈等金属件遗留在机器内，否则有损坏设备的危险。 一般检查内容 1控制端子螺丝是否松动，用螺丝刀拧紧；2主回路端子是否有接触