电气基础知识-变频器

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电气基础知识培训变频器1.1主电路的作用主电路是包括电源输入端子RST、输出端子UVW和制动、直流电抗器端子的内电路。其作用为：将输入端三相交流电变成直流电，再逆变成交流电的功率处理电路。该电路在应用中，是故障率较高的部分电路。1.1主电路工作原理1.1.1主电路结构该电路是现在通用的低压变频器主电路图。不管什么品牌的变频器，其主电路结构基本如此。因为：整流电路和逆变电路是两个标准模块，没有变化的空间。1.1.2整流滤波电路1.整流VD1—VD6整流二极管，完成将交流电整成直流电的工作。整流原理： 1）整流波形在整流过程中，电流总是从电压最高的相流到电压最低的相。2）整流电路减小电流谐波的措施在输入电路加入交流和直流电抗器，利用电感的储能作用，可使输入电流变得较为平滑，减少谐波，电抗器是变频器的重要外选件。2.滤波1）滤波电容C1、C2；均压电阻：R1、R2滤波作用：将整流后的直流电滤平。通过滤波电容，可以使直流电的平均值上升。最高可以达到波峰值。2）充电限流电阻：RL作用：限制接通瞬间的充电电流，保护整流二极管。当电容上充电电压上升到一定值后，继电器SL闭合，电路进入正常工作状态。3.直流母线直流母线就是整流后得到的正负电压的两条电源线，正电的一端叫正母线，负电的一端叫负母线。该母线有相应的外接端子，连接制动电路，在故障测量时有着重要的作用。1.1.3制动电路图中RB电阻和VTB是制动选件（外购），当电动机产生回馈电能，使UPN电压达到700V以上，VTB受控导通（由单片机控制），电动机产生的回馈电流流过制动电阻，将机械能转换成的电能通过RB电阻消耗，电动机得到制动力矩而停止。1.制动电路的必要性电动机在消耗电能时为电动，当负载拖着电动机转动或因为电动机自身惯性转动时，当电动机的转速高于了变频器的输出频率，电动机变为发电机，向变频器回馈电能。1）减速制动为了使电动机尽快停止，变频器采用降速停机的方法。在降速过程中，电动机的转速高于了变频器的输出频率，电动机变为发电机，将机械能变为电能，这个电能由制动电阻所消耗，使电动机得到制动力矩而停止转动。2）起重、升降设备制动当负载重物下降时，拉着电动机转动，电动机将重物的动能转化为电能回馈给变频器。没有回馈电能的场合，不用安装制动电阻。3）风机风机因为没有制动电阻，要设置较长的频率下降时间，以防产生回馈电能。1.1.4逆变电路VT1~VT6六只IGBT开关管相当于6只开关，闭合导通，打开截止。开关规律：上下两只开关管为一相，当该相电流流出时，上桥臂管子导通，流进时，下桥臂管子导通，两管绝对不能同时导通，同时导通会造成管子损坏。1.逆变电路器件作用1）6个IGBT开关管相当于6只开关，按照PWM波的导通要求，开通或关闭。2）6只二极管起续流作用，因为变频器的负载是电动机，为感性负载，感性负载的电流和电压不同相位，会使IGBT产生反向电压，当产生反向电压时由续流二极管续流。1.2整流电路的维修1.2.1维修目的1.维修原因：变频器出现了缺相、欠电压报警跳闸，变频器不能正常工作。2.故障原因：外电压缺相、整流管缺相、电容滤波不良、限流电阻RL损坏、继电器SL接触不良（损坏）等。3.维修方法：首先进行R、S、T电压、直流母线电压测量，用以鉴别问题是出在外电路还是变频器。4.测量顺序：先测量RST三相电压（测接线桩），如正常（三相都为380V，不缺相、不欠压），再测量直流母线电压（测接线桩），分负载测量和空载测量。5.问题初步判断：1）如直流母线电压空载和负载时都在500V左右，整流滤波电路都没问题，问题出在检测电路（误报）。2）如空载正常，负载时电压明显下降（低于450V），整流电路或其他问题。3）如空载电压较低，负载电动机不转，电压下降到十几伏，接触器坏。4）直流母线无电压，限流电阻断。1.2.2具体损坏器件的外线测量在整流电路中，具体器件就是整流桥、滤波电容、制动组件（有时没有）、限流电阻和接触器。用测量直流电阻的方法可有效的确定上述器件的质量问题。1.测量表具：指针万用表的×100或×10Ω挡，数字万用表的测晶体管挡。2.用指针万用表测量（1）确定整流管的好坏注意：指针万用表电阻挡的红表笔接内部电池的“—”极；黑表笔接内部电池的“＋”极，在测量有极性器件时要注意。①黑表笔接R、S、T，红表笔接P，测量上桥臂。表针摆动到刻度的3/5，正常，不摆动，断路；摆动到0Ω，管子短路（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）。由此可确定出VD1~VD3哪个管子损坏。限流电阻的正常值在500Ω以下，变频器的功率越大，阻值越小2）测量限流电阻的好坏当继电器SL损坏，较长时间不能闭合，会造成直流母线电压低，变频器报欠压；限流电阻损坏；制动电阻的制动选件短路损坏，造成启动时制动电阻并联在直流母线上，将限流电阻烧坏。限流电阻根据变频器型号不同，有的安装在上母线，有的安装在下母线。3）滤波电容的测量4）确定接触器的好坏接触器的工作原理是线圈通电，触点吸合。如果线圈的驱动电源损坏，会造成触点不闭合。判断方法：①开机时能否听到接触器闭合的声音；如果听不到闭合的声音，可能接触器驱动电源坏。②变频器报欠压，起机时频率上升到1～3Hz时就不再上升，电动机没有输出电流，用电压表测量直流母线电压很低（十几伏～几十伏）。可判断为接触器不吸合。1.3逆变电路的维修1.3.1维修目的1.维修原因：变频器输出出现了缺相、过流、电动机异常报警跳闸，变频器不能正常工作等。2.故障原因：电动机有问题，造成过流；变频器逆变电路有问题，造成缺相、输出电压不平衡等。3.故障初步确认：首先进行U、V、W电压测量，根据测量数据，进行正确判断。1）变频器输出三相电压平衡，变频器没问题。2）缺相，变频器一个桥臂的开关管损坏。哪一相缺相，对应的那一路上下桥臂开关管损坏。3）如输出电压不平衡，去掉电动机，仍不平衡，变频器不平衡相的桥臂开关管性能不良或有一只开关管已经损坏。4.测量6只逆变开关管的好坏将变频器输出频率调到3Hz左右，万用表打到×500V直流挡，：分别测量：P-U、P-V、P-W及U-N、V-N、W-N之间的直流电压。管子正常时，测出的电压应为1/2UPN，如果哪路电压偏高，则那路IGBT开路或开关不良。3.测量上桥臂在电路中，IGBT短路的可能性很小，因为一旦短路，强大的电流会很快将其烧断。所以IGBT在电路中损坏是以开路居多。因为IGBT开路对测量6个续流二极管没有影响，所以可以用测量整流管的方法测量6个续流二极管。测量上桥臂：黑笔接UVW接线桩，红笔接P点接线桩，表针摆动到刻度的3/5，正常，不摆动，断路。4.测量下桥臂红表笔接UVW接线桩，黑表笔接N点接线桩。表针摆动到刻度的3/5，正常，不摆动，断路；摆动到0Ω，管子短路（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）5.结果分析上、下桥臂只要续流管开路，开关管也坏；续流管不坏，开关管有的也坏。三、控制电路的测量维修2.1.1变频器结构框图任何品牌的变频器，其内部功能框图是一样的，因为变频器要保证正常工作，必须要有相应的功能。变频器主要包括：主电路、电流保护电路、电压保护电路、驱动电路、稳压电源、控制端子、接口电路、操作面板、CPU等。2.2.2功能电路分析

1.输入端子和隔离电路

1）电路功能变频器有一系列的输入端子，这些输入端子和CPU是通过隔离电路联系的。输入端隔离电路出了问题，影响端子的正常输入，因为每个输入端子独立连接一只光电耦合器，哪一只光电耦合器出了问题，那一路输入端子不能正常工作。测量维修测量原因：某端子原来工作正常，现在闭合无效。测量方法：①用电压表的50V挡测量该端子到地的直流电压；用直流50mA电流挡测量该端子到地的直流电流，将测量值记录。②再用同样方法测量好的端子，进行比较。西门子变频器外端子排列：测量9到5、67、8、16、17之间的电压应为24V.测量28到5、67、8、16、17之间的电压应为0V.①故障端子的电流和电压比好的端子大，发光二极管短路；故障端子的电流和电压比好的端子小，发光二极管开路。②如果故障端子的电流和电压为零，整个电路开路，或24V电源坏；如果所有输入端子的电压和电流都为零（此时变频器所有输入端子都无效），24V总电源坏。输入端子一般都是多功能的，如果确定为某一端子损坏，可以另一个端子替代，不必维修。3.DC/DC电源这是变频器除了主电路之外所有电路的供电电源。它出了故障，整个变频器停止工作。因为该电源的输出端是分组输出，哪一组出了问题，影响那一组所对应的电路。1)电路结构图中L1为一次电路，L2、L3、L4、L5为二次电路，工作时一次电路导通，二次电路截止，一次电路截止时，二次电路导通。二次电路的输出电压由开关管的脉冲宽度调节。电路分析①开关原理开关管导通时，L1充电，充电电流线性上升；开关管截止时，磁场通过次级绕组放电，放电电流通过二极管整流、电容滤波得到平滑的输出电压。②稳压原理取样电路为光电耦合器（高低压隔离），光电管上接＋5V，下接基准电路，当＋5V上升时，流过光电管的电流增大，脉宽调制电路2脚的电压上升，输出的脉宽变窄，输出电压下降；反之，输出电压上升。通过电压负反馈，将输出电压稳定在设定值。4.过压/欠压保护电路1）电路功能该电路检测的是直流母线电压。①启动时母线电压接近正常值，启动接触器闭合，短路限流电阻。②当电压达到了过压值，先开启制动电阻，如没有制动电阻，报警；电压再升高，跳闸。③电压低于了设定值，报欠压，再低，跳闸。2）取样电路取样电路有两种形式：①将直流母线515V通过分压电阻，取出检测电压，由运算放大器放大。②在电源变压器上增加一个二次绕组，绕组的同名端和其他绕组相反，取出和母线电压成比例的二次电压，作为取样信号。放大电路在变频器中，模拟信号的放大都是采用的运算放大器。运算放大器通过不同的连接，可组成放大器、比较器、积分器、微分器等。3）过压原因①制动电路损坏，制动电阻始终有制动电流流过

a.开关管损坏开路b.控制电路不发驱动信号

②

减速时间过短，又未安装制动电路③电源端输入了高电压

4）电路损坏误报由保护电路故障所致，绝大多数情况是取样器件或取样电路变值或损坏。

①取样电阻阻值发生变化，检测比例变化，误报；

②运算放大器及外围电路故障，保护功能消失。

5.过流保护电路是保护逆变桥过流、过载等的保护电路。它由检测、放大、模/数转换等电路组成。电路的功能为：①限流；②过流报警、跳闸；③过载报警、跳闸。该电路出了故障，一是误报；二是失去保护功能，造成逆变桥的损坏1）电路取样电路分为：①分流电阻②霍尔器件③检测IGBT饱和电压检测电路图2）故障维修当变频器工作在正常状态变频器发出保护动作，或过载过流时变频器不保护，则为保护电路出现了故障。①测量当变频器报过载（过流），查看过载电流显示值，如果小于变频器的容量值，可修改设定；如果显示值已达到容量值，可负载又没有过流迹象，可测量变频器的实际输出电流，如果测量值比显示值小，则可能为变频器误报。测量电流必须用动铁式电流表，串联在电路中，一般不好操作。6.驱动电路该电路是将CPU输出的PWM信号进行放大，驱动IGBT开关工作。该电路和主电路紧密相连，是很重要，又容易出故障的一部分电路1）驱动电路隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源①光耦隔离电路图中IC为PWM输出和驱动电路的隔离电路。当驱动电路损坏不至于将故障扩大到PWM发生电路。②V1为第一级放大；V2、V3为输出跟随器，提高输出能力。③图中稳压管DZ使电源电压稳定在20V。注：隔离电路中的光电耦合器容易损坏。2）驱动电路和电源的连接电路作用：为驱动电路提供直流电源。该电路由一只5V稳压管取得5V电源，加在IGBT开关管的发射极上，使驱动信号在零时，保证IGBT控制极为5V的负电压，使管子可靠的截止。该电源需要4组，三个带浮地，一个直接接地。该电源由变频器的DC/DC直流电源提供。3）驱动电路故障判断驱动电路损坏率比较高的是光电耦合器，光电耦合器损坏，开关管没有驱动信号，没有输出，变频器输出电压不平衡；放大电路坏，可能造成开关管长通，使上下桥臂同时击穿，造成缺相。总之，开关电路坏一是造成开关电路不工作（缺相），二是造成开关管损坏。4）实际电路7.开路集电极输出端子该端子由隔离电路（与CPU隔离）。因为使用的原因损坏率较高。一般属于开路晶体管过流所致。判断较容易，因为其他几路如果是好的，只此一路有问题，可断定该只管子有问题；如果各只管子都有问题，则可能问题出在单片机。8.输出接点端子该端子是通过继电器的触点闭合或断开发信号，损坏原因多为触点烧联或接触不良。用万用表的电阻挡测量：①不该导通导通，烧联；②该导通不通，接触不良。三、变频器过流过压故障的维修3.1.1变频器过流分类过流原因分析变频器出现过流故障，显示“OC”过流报警，是因为变频器中电流的峰值超过了过流检测值（达到额定电流的200%以上）。

变频器不管在什么工作状态下过流（启动、恒速运行、减速制动），都是因为负载重（包括负载短路）。由于逆变器件的过流能力较差，所以变频器的过流保护是至关重要的一环。3.1.2变频器启动过流跳闸1.负载惯性大引起过流跳闸

因为负载的惯性较大，变频器的加速时间设置的较短，电动机的转速跟不上变频器的输出频率，造成△n增大过流跳闸。1）启动现象该种跳闸的现象是电动机的转子开始可以转动，但随后就过流跳闸。2）解决方法增加变频器的加速时间，也可以设为转矩自动功能。2.负载重引起过流跳闸1）启动现象在启动时，当变频器的输出频率上升到电动机的转速差△n时，电动机转子有额定转矩TN，如此时电动机的负载转矩大，电动机不能转动，则

Δn↑→TN↑→IN↑→IN≥IM（过流设定置)跳闸。负载惯性大和负载重引起启动过流有一个输出频率从0上升到Δn的过程，这是启动过流和其他过流的区别（负载重过流电动机不转，这是负载重和惯性大的区别）。2）排除方法负载的静摩擦力大，起动力矩大过流，进行转矩提升。3）频率上升到一定值过流跳闸①变频器启动后负载重跳闸因为负载偏心和有降速装置，当负载转到偏心造成的附加转矩最大时，变频器的输出频率上升到一定值，变频器过流跳闸。设置低频转矩补偿，提高启动转矩。②电动机匝间短路跳闸当变频器频率上升到十几Hz时，变频器过流跳闸，如电动机不是启动过流，可能就是电动机匝间局部短路。说明：如果变频器启动过流跳闸，可以选用矢量变频器，因为矢量变频器有更强的过载能力（在启动时就有200%的输出转矩）。3.1.3正常工作中负载引起过流跳闸1.故障原因1）负载不稳定负载忽大忽小，即冲击性负载。当负载大于了变频器的容限过载电流，变频器过流跳闸。（该跳闸属于正常跳闸）2）变频器的过载保护电流设置的较小变频器的过流值设置的较小，造成变频器过流跳闸。3.故障排除：

1）当变频器跳闸达到了容限电流，电动机的转速又较低时，可以考虑增加一级减速器，利用提高转速的方法减小电动机电流；如果没法增加减速器，就要考虑更换高一级功率档次的变频器。

2）如果是变频器的设定过载电流小于变频器的容限电流，可重新设置过载电流。3.1.3.外电路短路造成过流跳闸电动机绕组短路、接线短路、接线端子短路等引起的过流，是最危险的一种过流。该过流不存在Δn的上升时间，过流的特征是：变频器运行就跳闸，不能工作。1.过流物理现象分析因为电路已经短路，不存在电动机的频率上升时间，运行就过流。短路过流时电流的陡度大，烧坏开关管。3.1.4内部电路损坏过流跳闸特征为：一上电就跳闸，一般不能复位。主要原因是模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。该故障属于变频器内部故障。总结：变频器过流的4种现象1.频率上升到1Hz以上跳闸，启动过载。2.频率上升到5Hz以上跳闸，启动过载或电动机绕组短路。3.运行中不规则跳闸，冲击负载。4.上电运行就跳闸，输出短路，千万不能再试。3.2故障案例案例1：启动过流某厂两台料浆泵配用90kW电机，额定电流为164A。选用富土FRN90P9S一4CE变频器，额定电流176A。在系统启动过程中频率约在12Hz时电动机堵转，随后变频器过流跳闸，启动失败数次。检查设定参数，变频器转矩提升保持为出厂设定值0.1，0.1是转矩提升功能设置为减转矩特性。由于该系统工艺流程影响，出口存有初始压力，当变频器输出频率上升到12Hz时，初始压力最大，造成电动机启动失败。该变频器具有转矩自动提升功能，它根据变频器的实际输出转矩，自动提升补偿，故将转矩提升码改为0.0，选择了自动转矩提升模式，电动机正常启动。3.2变频器过载故障的维修3.2.1过载故障分类3.2.2过载故障定义电动机在运行中，运行电流超过了额定值但又小于过流限定值，运行时间又较长，称为过载。过载的基本特征是：电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不形成较大的冲击电流（否则就变成过流故障），过载的另一个显著特征是有一个时间的积累过程，当积累时间达到时才报过载故障。过载报警时间的长短和过载电流的大小有关，过载电流越大，报警时间越短。3.2.3机械负载过重故障的排除1.机械负荷过重的判断（正常过载）电动机出现了过载跳闸，因为负荷重的原因有：1）电动机发热，用手触及电动机的外壳，明显发烫（是鉴定电动机运行中过载的第一步）；2）变频器显示屏上读取运行电流，与电动机的额定电流进行比较，明显偏大。2.机械负荷过重故障的排除如果电动机的温升过高，变频器的过载电流又大于电动机的额定电流，则说明是电动机正常过载。电动机出现正常过载，说明电动机的负荷过重。电动机出现负荷过重的原因有：1）在人工喂料的负载系统中，控制喂料量，使电动机工作在额定状态。如搅拌机、打浆机、提升机等。2）在非人工喂料的系统中，负载的大小不可控，瞬时产生过载。解决的方法为：①如果是电动机采用降速传动，并且电动机的工作速度较低，可考虑适当加大传动比，以减轻电动机轴上的负荷。如能够加大，则加大传动比（例如电动机的最高转速为1000r/min，负载的转速为500r/min，则可以加大传动比，使电动机的转速升到1400r/min，在保持输出功率不变的情况下，可减小电动机的工作电流）。如果机械系统无法改变，传动比无法加大，则应加大电动机的容量，否则长期过载要烧坏电动机。②如果是电动机直接传动，如泥浆泵、风机等，工作中电动机的热量没有超过规定值，工作电流超过了变频器的过载电流，是变频器的容量选的小，应换为大一级的变频器。3.变频器参数设置的不合理变频器有电动机过载保护功能，该功能是代替电动机的机械热继电器。在使用时，根据电动机的保护电流进行设置。1）如果该电流设置的比较小，电动机实际上没有过载，变频器达到了设定的电流，则变频器就过载跳闸。这种情况可以重新设置过载电流，将过载电流设置的高一些（一般设定电流为电动机额定电流的105%~110%）。2）变频器没有报过流，但电动机过流烧毁。该种现象是变频器的容量比电动机的容量选择的大，而变频器的过载电流没有改动，还是原来的默认值，当电动机过载时变频器不跳闸，时间一长将电动机烧坏。3.2.4负载异常或变频器异常引起过载跳闸1.三相电压不平衡1）故障现象变频器内部开关电路异常，如缺相、输出电压不平衡，引起某相的运行电流过大，导致过载跳闸。其特点是电动机发热不均衡，从显示屏上读取运行电流时不一定能发现(因很多变频器显示屏只显示一相电流)；有效的方法是用电压表测量变频器的三相输出电压，以判断变频器是否缺相或电压不平衡。2）排除方法用电压表（数字万用表不能用）测量电动机侧的三相电压，变频器输出电压不平衡，90%是变频器出了问题。2.误动作

如果电动机的热量并不大，但变频器的检测电流偏大，导致过载跳闸，是变频器的检测电路误动作。这种情况原则上要进行变频器的解体维修，但可以将过载电流设置的较大，消除误动作。3.2.5过载案例分析案例：

一台富士FR5000G11S、11KW变频器拖动一台Y2-132S-6、7.5kW电动机，投入运行时，频繁跳过载，显示“OLU”。经测定该电机的堵转电流达到50A，约为电动机额定电流的3倍。

故障检查：现场检查机械部分是否卡死，盘车轻松，无堵转现象；检查电动机，无短路故障。又参考变频器使用说明书，检查变频器的参数，经检查，“频率偏置”原设定为3Hz，变频器在接到运行指令但未给出频率控制信号之前，电动机一直接收3Hz的低频运行指令而无法起动，造成过载。频率偏置和频率增益介绍：该图是西门子变频器的频率偏置控制特性图。改变图中参数，可以改变变频器的控制信号和输出频率的关系。将图中参数设置为：P0760=100%,P0759=10V(20mA)，P0758=P0760=P0757=0，得到起点为零的控制线（下右图）。故障分析：该电动机为6极，额定转速960r/min，转速差为40r/min，转差频率为40/60=2/3Hz。变频器的频率偏置是转差频率的

3Hz÷2/3Hz=4.5倍因电动机的起动频率设置偏高，电动机还没有来得及转动时就已经形成过流。将变频器的频率偏置设为2/3Hz以下（保证电动机有一定的预转矩，又可以正常启动），变频器工作正常。知识扩展：变频器的保护电流是以设定的电流为准，并不以变频器的容量电流为准。上例中30kW变频器的额定容量电流为46A，而33A时就报过载，33A是设定的电动机的额定电流。有一钢厂新装了一台西门子M440变频器用于上料小车，发现小车悬在空中，电动机既不能正转上行，也不溜鈎下滑。其原因为重物向下的反力矩正好等于电动机向上的正力矩，而变频器形成向上的正力矩的电流正好为设定的额定电流值。该例中如果物料装的少一点，变频器能正常工作；多一点，变频器过载。当正好装的不多不少时，就出现了上述现象。3.3变频器过压故障的排除3.3.1过压问题的提出电源端过压还是电机端过压，都是使变频器直流母线（P、N端之间电压）电压升高，当电压上升到700V以上时，变频器报过压故障。电源端过压电源端过压是指RST端输入的电压超过了规定值，使加在直流母线上的电压升高，轻则跳闸，重则损坏变频器内部电路。输入端过压比较好判断，因为在电网上并连着其他电器。1.消除回馈过压的方法在电路中接入制动电阻。当电容上的电压上升到700V以上，制动单元VTB导通，制动电阻RB放电制动，将回馈电能消耗掉，使电动机得到制动力矩而制动。如果制动电阻的制动能力不够，仍然会产生过压跳闸。2.回馈制动回馈制动是将电动机的再生电能回馈到电网的制动方法。回馈制动电路是PWM整流和回馈制动综合功能电路。PWM整流可以使输入相电流连续，消除对电网的谐波干扰。过压总结：1.

只要是电动机的转速大于了变频器的输出转速，电动机就产生发电效应，给变频器充电。2.

一旦电动机出现了回馈电能，有制动电阻，制动能力不够，也会产生过压现象；没有制动电阻，意外产生了回馈电能，也会产生过压现象。在工程上，变频器过压现象是复杂的，但我们循着电动机只要出现了发电效应，必然受到了外负载能量干扰，由负载拖着电动机转动，只要找出了负载拖着电动机转动的原因，问题就解决了。案例3：工频泵停机变频泵过压跳闸某水务局一台100KW工频泵和一台160KW变频泵并联为市区供水，当100KW工频泵拉闸停机时，变频泵报过压跳闸。案例分析：工频泵工作时，水流在管道中高速流动，形成很大的惯性。当工频泵突然停止，管道中产生负压，形成空化现象，负压将水从变频泵中吸入，推动叶轮转动，使电动机的转速高于变频器的输出转速，电动机产生发电效应。解决方案：在变频器上加装制动电阻。3.制动电阻的计算（参考资料）制动电阻制动就是使电动机得到一定的制动力矩。制动力矩和电动机惯性大小、制动时的转速差成正比。也就是制动电流与上述二者成正比。因为同一型号的变频器现场工作情况不同，需要的制动电流不同，因此制动电阻的计算较复杂。当取制动电阻的制动转矩等于电动机的额定转矩(TB=TN)时，有

式中，RB——制动电阻阻值，单位为Ω

；

UPN——直流母线上制动起始电压，一般为760V；

IN——电动机的额定电流，单位为A。当需要制动转矩大于或小于电动机的额定转矩，制动电阻的阻值减小或增大，因此，制动电阻的选择范围为（式中x为选择系数）选择系数0.8~2.5对应制动力矩为电动机额定转矩的2.5~0.8倍。如选x=0.8，制动力矩为2.5倍额定力矩。四、变频器PWM控制原理4.1电路组成4.1.1主电路整流电路、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。4.1.2逆变电路作用：将直流电转换为三相交流电图中，VT1—VT6，逆变管（等效为开关），在电路中起开关作用，将直流电逆变为三相正弦交流电。VD7—VD12，续流二极管，当电动机有能源回馈时该二极管导通，保护开关管免受反向电压而损坏。4.2逆变原理下面分析怎样将一个直流电变为正弦波的问题。4.2.1采样原理PWM技术的理论基础是采样控制理论中的面积等效控制原理。即：加在惯性环节上的窄脉冲，尽管形状不同，只要面积相等，其作用在惯性环节上的效果相同（惯性环节就是电感、电容）。4.2.2脉宽调制波（PWM波）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，这样就得到宽度不等的脉冲列，简称为PWM波。

实际应用中PWM波的形成方法为：通过载波和调制波相比较，来确定脉冲宽度和脉冲间隔。

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。1.PWM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:任一时刻载波与调制波的极性相同，在任意半个周期PWM波单方向变化；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。2)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3)三相逆变波形加在6只逆变管上的信号都为开关信号，6只逆变管就相当于6个开关，管子导通相当于开关闭合，截止时相当于开关断开。五、欠压与电磁干扰的维修5.1缺相、欠压故障的原因及处理

5.1.1缺相、欠压故障的原因分析1.缺相分析在三相交流电路中，通过三相整流桥整流，得到直流母线上515V的直流电压。如果有一相断路，电路变为单相整流，便发生了缺相故障。1）正常情况当变频器正常工作时，直流母线上的电压如图所示，一个工频周期内将有6个波头，此时直流电压的最大值为537V，平均值为515V，最小值465V。对于一个7.5KW的变频器，其滤波电容容量一般为900，当满载运行时，电压降落大约为40V，即平均电压为500V左右。当滤波电容容量下降，满载时平均电压会低于500V。2）缺相情况

当输入缺相时，一个周期内只有2个电压波头，且整流电压最低值为零。此时电压的平均值为342V，比正常情况低了170V。但当空载时，因为有滤波电容，仍可使直流母线上电压达到500V以上。当变频器一带载，电压随负载的增加迅速下降，当频率上升到十几Hz，电压下降到400V以下。最好的判断方法是用电压表测量开机时直流母线电压的下降情况。2.欠压欠压是指直流母线上的电压较低，当低于了变频器的欠压检出值，变频器报欠压。造成变频器欠压的原因有两个方面：1）380V交流电低于了正常值（低于360V），使变频器的直流母线上的电压下降。2）变频器内部电路问题，如SL接触器不能吸合，限流电阻造成直流母线电压低；变频器检测电路故障，造成变频器误报等。不管是由什么原因造成的欠压，都可以用测量直流母线电压的方法检测出来。3.变频器瞬间掉电欠压保护在大型企业，当有大型电器启动时，会造成电压的瞬时下降，当电压下降到变频器的欠压保护值时，变频器便停止输出。遇此情况，设置瞬时停电再启动。5.1.2变频器欠压、缺相案例分析案例1：一台三肯160kW变频器，在工作中，偶尔报欠压停机。案例现象：该变频器为恒压供水系统，在一年前就有时报欠压跳闸，复位后能正常工作。最近一段时间，跳闸比较频繁，每个星期就跳几次，影响到正常工作。案例检查：首先测量三相交流电压，均为385V，正常；再测量直流母线上电压，为510V，正常。该厂共有两台同型号的三肯160kW变频器，将两台变频器启动，输出频率调整为40Hz，再测量两台变频器的直流母线电压，均为505V。故障判断：由于两台变频器型号相同、功率相同、外加电压和母线电压相同，均都在正常范围，一台变频器工作始终正常，而另一台变频器近期频繁的报欠压故障，判断为变频器的内部检测电路出了问题，发出误报信号。变频器必须做解体维修。案例2森兰变频器，工作报欠压。案例现象：一台森兰SB70G22、30KW变频器，上电显示正常，但是加负载后显示“Er.dcL”直流母线欠压故障。案例检查：上电后测量直流母线电压，正常。变频器负载运行，再测量直流母线电压，发现随着输出频率的上升，母线电压下降到500V以下，判断为整流电路故障。案例维修：用万用表直流×10挡，测量6只整流二极管的正向导通电阻。经测量，发现该变频器整流桥有一路桥臂开路，更换新品后故障排除。5.2变频器过热故障的检修5.2.1变频器过热原因5.2.2排除方法1.环境温度过高造成环境温度高的原因有：1）夏天气温过高夏天环境温度高于40度时，造成变频器的体温度更高，变频器要降额使用。2）安装不合理因为安装不合理，造成变频器散热不良。2.变频器风扇坏、风道堵塞工作在灰尘、絮状物较多的场合，如果变频器没有防尘措施，很容易造成风道堵塞，散热不良，极易造成模块损坏。散热轴流风机，工作有年限要求，当风机的轴承干涸、风叶堵塞、绕组损坏等，会使风机转速慢或停转。风机转速慢或停转会使散热器温度迅速上升，如不马上停机保护，会使模块过热损坏。5.2电磁干扰故障的排除5.2.1电磁干扰的三种途径

变频器的干扰途径为：传导干扰、电磁波辐射干扰和磁场耦合干扰。1.传导干扰是整流电源电流的不连续性造成的。他是沿着电源线传播，凡是接到该电源上的电器，都要受到干扰。2.电磁波辐射干扰是因为变频器输出端PWM波辐射造成的。是无线传播，当信号线离干扰线较近时会受到干扰。3.磁场耦合干扰是电流流动在导线周围产生的磁场形成的干扰。干扰距离较近。5.2.2受干扰的原因变频器受到电磁

干扰的主要原因是变频器的屏蔽不良。一是：电源线屏蔽不良，PWM波辐射严重；二是：控制设备、信号线屏蔽不良，感应进了干扰信号；三是：没有合理的接地，信号屏蔽线接地、变频器外壳接地、电动机外壳接地等。四是：工频电源的干扰谐波传入了控制设备。变频器的输入端没有安装电抗器、EMC电磁滤波器，信号电源和变频器用同一电源。从发生的电磁干扰案例分析，问题主要出现在上述四个方面。当判断变频器为电磁干扰，首先检查变频器的接地情况，信号线的屏蔽情况和走向，电源线是否进行了屏蔽，是否套入共轭磁环，是否接入滤波器等。可用示波器进行控制信号的观察，从而发现干扰途径。

5.2.4消除干扰的方法1.进行良好屏蔽2.分区安装5.2.5故障案例分析案例1：电磁干扰引起纺织机不能正常工作1.案例现象：一台新改装的纺织机，用3.7KW的变频器拖动一台4KW电动机。调试后设备投入试运行。工作几个小时后电动机不转，变频器有频率显示，也不报故障保护。用户认为是变频器有问题，要求更换一台新机，后来厂家更换了新机故障依然如此。2.案例分析：由于更换了新机，排除了变频器本身的故障。在检查时发现，按正转按钮起动变频器运行时，变频器面板的正转和反转指示灯都亮，也就是说变频器正转指令和反转指令都启用了，难怪电动机不运行。在检查中发现变频器没有采取有效的防电磁干扰措施，判断该故障为电磁干扰所致。3.处理方法：在变频器输入输出电源线上套上磁环，把所有控制线更换成屏蔽线，同时降低了变频器载波频率。通过上述处理，故障排除。案例2：电磁干扰引起注塑机不能正常工作1.案例现象：一台18.5KW注塑机做节能改造，变频器在现场安装并设置好参数后，变频器起动调试。注塑机的电动机、注塑机上的比例流量、比例压力信号等都能正常反馈到变频器，但发现注塑机各项动作反映很慢，尤其是在射胶时电磁阀开度很小，射出的塑胶达不到要求，出现废品。2.案例分析：开始以为是变频器参数设置的不对，通过反复检查没有发现问题。再检查变频器及注塑机周围设置，发现都没有接地，变频器也没有采取有效的屏蔽措施，怀疑以上现象是干扰所致。3.案例处理：由于该厂房没有引地线进来，所以先在变频器侧做抗干扰处理，现场采取的措施为：1）把变频器控制板上的对地电容去掉；2）所有控制电路采用屏蔽线，屏蔽地接到变频器“GND”；3）变频器的输入输出电源线套上磁环；4）延长变频器模拟输入端子的滤波时间（设置端子滤波时间参数）；5）适当降低变频器载波频率。采用以上方法与对策后，变频器干扰解除，注塑机正常工作。案例13：变频器仪表干扰不能正常工作案例现象：某公司进行水泵节能改造项目，安装了9台ABBACS系列变频器，其中8台变频器是ACS-510系列，功率范围为45~110kW；另外一台变频器是ACS-800系列，功率为200kW，此台变频器和另外一台45k变频器安装在一台1000kV·A车间变压器供电的380V母线上。变频器的4~20mA调速信号均来自PLC控制系统。案例调试：在调试中ACS-510系列变频器运转正常，但ACS-800变频器运转时出现了两个问题。

1）两线制仪表信号受到干扰，测量值出现波动。波动比较严重时，控制系统发出压力高或者压力低的信号，控制系统均误认为是压力过低，而自动关闭一些阀门。下图曲线为变频器工作和停止时仪表的记录曲线，由图可见，变频器工作时仪表中感应了较强的干扰信号。但是，除了两线制以外的仪表，均正常工作，没有受到干扰。

2）变频器运行后，车间变压器保护装置误动作，经常发出过负荷报警，甚至发生误动作跳闸，而变压器实际负荷才500kW，并没有出现过负荷。故障分析：初步判断是因为变频器功率比较大，产生的电磁干扰也比较强烈，并且由于控制线与动力线距离比较近造成的。其4~20mA调速信号电缆采用的是屏蔽双绞线，穿镀锌钢管后沿电缆桥架敷设，钢管与电缆桥架的距离约为5cm。故障处理：将控制电缆和动力电缆之间的距离调整到30cm以上再次试验，发现干扰现象仍然存在；为了再次确认是否是电磁干扰沿控制线路引入PLC控制系统，将控制电缆从PLC控制柜去除，变频器控制柜现场手动调速，发现两线制仪表信号受到的干扰现象仍然存在，所以基本排除了是电磁干扰信号沿控制线路引入PLC控制系统。随后采用专用电能质量测试仪对变频器供电回路进行谐波测试。测试谐波数据如表2所列，谐波电流波形和谐波含量如图3、图4所示。变频器谐波测量数据从测试的谐波数据可知，变频器产生了大量谐波，主要以5次、7次、11次谐波居多。

从变频器电压曲线可以明显的看出，谐波电流使正常的电压曲线不再是正弦曲线；谐波含量柱形图所显示的情形和所测得的谐波数值相吻合，证实了是变频器谐波以电磁传导方式传播到供电网络中去，从而影响到仪表变压器继电保护装置不能正常工作。

根据以上测试结果，仔细分析了ACS-510系列变频器和ACS-800变频器的结构区别，从ABB变频器使用手册和其他技术资料中发现，两种变频器在其附件配置上稍微有点区别。ACS-510系列变频器输入端内置了一台变感式交流输入电抗器和RFI滤波器。交流电抗器和RFI滤波器是标准配置，在实际使用中不需要额外的滤波器。而ACS-800变频器在输入端只内置了一台交流输入电抗器。EMC滤波器是可选设备，如果在设备订货时没有要求强调安装EMC滤波器，ABB厂家只在输入端内置一台交流输入电抗器。经核实，这台变频器订货时确实没有要求配置EMC滤波器，于是在变频器输入端增加了一台变频器专用FT330-400型输入滤波器，然后再开机试验，