变频器工艺说明

1、变频器工艺说明本变频 器工艺 说明主 要参 照中华 人民共 和国国 家标准 GB/T 12668.4-2006/IEC 61800-4:2002，即调速电气传动系统第 4 部分：一般要求 交流 电压 1000V 以上但不超过 35kv 的交流调速电气传动系统额定值的规定。 一.变频器工作原理1. 变频器的基本原理 变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、 频率固定不变的交流电变 成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交 -直-交方式（ VVVF 变频或矢量控制变频） ， 先把工频交流电源通过整流器转换成交流电源，然后再把直流电源转换成频率、 电压均可控制的交流电源以供给电动

2、机。变频器主要由整流（交流变直流） 、滤波、再次整流（直流变交流） 、制动单 元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变频器的功用是将频率固定（通常为工频 50Hz）的交流电（三相的或单相 的）变换成频率连续可调（多数为 0400Hz）电压可调的（三相或单相）交流电 源。变频过程中只有频率变化，电能不发生变化。2. 变频器的类型（1）按变换环节可分为： 交-直-交变频器：先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频 率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器； 交-交变频器：将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频 器。（2）按直流电源性质可分为：

3、 电压型变频器： 其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容， 负载的无功功 率将由它来缓冲，直流电压比较稳定，直流电环内阻较小，相当于电压源，故称 电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合； 电流型变频器： 其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节， 缓冲无功功 率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源 型变频器（电流型）。电流型变频器的优点是能扼制负载电流频率而急剧的变化。常选用与负载电流变化较大的场合。（3）按工作原理可分为： V/f 控制变频器； 转差频率控制变频器； 矢量控制变频器。（4）按开关方式可分为： PAM 控制变频器； PWM 控制变频器；

4、 高载频 PWM 控制变频器。（5）按用途可分为： 通用变频器； 高性能专用变频器； 高频率变频器； 单相变频器； 三相变频器等。（ 6）按变频器调压方法可分为： PAM 变频器：通过改变电压源 Ud 或电流源 Id 的幅值进行输出控制的。 PWM 变频器：在变频器输出波形的一个周期产生的脉冲波的脉冲，其等值电 压为正弦波，波形较平滑。（7）按工作原理可分为： U/f 控制变频器（ VVVF 控制）；SF 控制变频器（转差频率控制） ； VC 控制变频器（ Vectory Control 矢量控制）。 （8）按电压等级可分为：高压变频器（输入电压为 3kv、3.3kv、6kv、10kv 等）；

5、中压变频器（输入电压为 690V1140V、2300V 等）； 低压变频器（输入电压不高于 690V，常见的由 110V、220V、380V）。3. 变频器的保护功能为了防止变频器本身和三相异步电动机损坏， 使变频器能停止工作或者有效 地抑制电压、电流值，变频器的保护回路设置了多种保护功能失速。（1）过压保护过压保护又分为电源过电压、 再生过电压。 电源过电压是对于电源电压的上 限，一般规定不能超过额定电压的 10%，当电源线电压为 380V 时，其上限值为 420V。当变频器输入电源电压发生冲突，电压急剧升高，变频器对直流母线电 压进行实时检测，达到保护值时进行 OU 保护。再生过电压一般是

6、变频器停车时、 减速太快、电动机回馈能量使 PN 电压急剧升高引起。此保护采用变频器使电动 机快速减速时， 再生功率直流电路电压将升高， 有时超过允许值， 可采取停止变 频器运转或停止快速减速的办法，防止过电压。（2）欠压保护当电源电压太低，电源瞬时停电，电网容量太小或电网内有较大的冲击电流。 （ 3）电流限幅保护当变频器执行加速运行时， 由于加速过快或电机负载过大， 变频器输出电流 会急速上升，若电流过大，则自动降频，以保证不跳过流，当电流低于标准时， 频率回升到设定值。（4）过流及瞬时过电流保护在正常工作或是在升、 降速过程中， 短时间的过电流总是难免的。 为此变频 器配置了防止跳闸的功能

7、，只有当冲击电流的峰值太大时，才迅速跳闸。 由于 逆变器负载侧短路等，流过逆变器元件的电流达到异常值（超过允许值）时，瞬 时停止变频器运转，切断电源。（5）过载保护当负载过大或造成电动机堵转使逆变器输出电流超过保护值， 且持续流通达 规定的时间以上时， 为了防止逆变器元件、 电线等损坏， 变频器会停止变频器运 转。（6）电子热继电器为防止自冷式电机在低速运转时发生电机过热现象， 通过电子热继电器进行 校正，当电机特性变化不大而电机容量变化时（比变频器额定容量变小） ，也可 用此功能进行修正，以达到保护电机的目的。（7）过热保护因为环境温度过高、 冷却风扇不运转或载波频率过大， 都会使变频器在运

8、行 过程中能量损耗和散热通风不畅。 所以过热保护可以分为风扇运转保护、 逆变模 块散热板的过热保护、 制动电阻过热保护。 风扇运转保护是变频器的内装风扇是 箱体内部散热的主要手段， 它将保证控制电路正常工作。 逆变模块是变频器内发 生热量的主要部件， 也是变频器中最重要而又最脆弱的部件， 所以对于逆变模块 散热板也要施加过热保护。 制动电阻过热保护主要是针对于制动电阻一旦通电时 间过长，应暂停使用，待冷却后再用。（8）过压失速变频器减速时， 由于电机负载惯量的影响， 电机会产生很高的回馈电压至变 频器内部， 导致直流侧电压升高或超过允许最大值， 此时变频器停止减速 （输出 频率保持不变），直到

9、直流侧电压低于设定值，变频器才会再执行减速。 二变频器的结构主控板整流回路交直回路 滤波回路主回路直交回路限流回路逆变回路续流回路控制回路内部控制回路电源板驱动板键盘吸收回路能耗制动回路输入侧外接给定电路外部控制回路外接输入电路外部接线切换电流外界输出电路输出侧图 2.1 变频器结构图变频器由主回路和控制回路构成。其中主回路是一个交 -直-交结构。控制回 路是整个变频器的核心， 发出各种指令以使变频器有不同的响应和动作。 具体构 成如图 2.1 所示。1. 主回路1.1 交-直回路部分1）整流电路由整流管组成三相整流桥， 将电源的三相交流全波整流成直流。 如电源的线 电压为 UL，则三相全波整

10、流后平均直流电压 Ud 的大小是 Ud=1.35UL 。（2）滤波电路利用电容滤平全波整流后的电压纹波， 当负载变化时，使直流电压保持平稳。（3）限流电路利用限流电阻限流， 因为变频器在上电瞬间， 电解电容的充电电流很大， 为 了防止过大的冲击电流损坏主电容和整流桥， 电路内串入限流电阻， 其作用是将 电容的充电电流限制在允许的范围以内。整流回路 限流回路 滤波回路 逆变、续流回路图 2.2 主回路原理图1.2 直-交回路部分（1）逆变电路利用逆变管组成逆变桥， 把整流所得的直流电， 再“逆变 ”成频率可调的交流 电。这是变频器实现变频的具体环节，因而是变频器的核心部分。（2）续流电路利用续流

11、二极管实现。其主要功能是： 因为电动机的绕组是电感性的， 其电流具有无功分量。 为无功电流返回直 流电源时提供 “通道”。 当频率下降、电动机处于再生制动状态时，再生电流返回给直流电路。 在逆变过程中， 同一桥臂的两个逆变管， 处于不停地交替导通和截止的状态。在交替导通和截止的换相过程中，需要它提供通路。1.3 能耗制动电路（1）制动电阻电动机在工作频率下降过程中， 将处于再生制动状态， 拖动系统的机械能转 换成电能回馈到直流电路中， 使直流电压 Ud 不断地上升， 甚至可能达到危险的 地步。利用制动电阻来消耗这部分回馈电压，使 Ud 保持在允许范围内。（2）制动单元制动单元 Vb 由单颗 I

12、GBT 及其驱动电路构成。 其功能是为放电电流 Ib 流经 Rb 提供通路。1.4 外部接线如下图 2.3 所示，变频器的输入端接至频率固定的三相交流电源；输出端输图 2.3 外部接线图2. 控制回路2.1 内部控制回路（ 1）控制板：顾名思义，它控制着整个变频器信号的运作 , 通过中央处理器发 出各种工作信号和各种警示信号， 发出各种运行指令和保护指令， 以使变频器功 能实现。（2）键盘 显示分为待机参数显示、运行数据显示、故障、保护显示。 在待机状态查找参数。在运行状态下，显示各种运行数据，如频率、电流、电压。当变频 器出现故障显示跳保护参数。 操作通过键盘可以实现变频器的正转，反转，停车

13、以及一些参数的修改， 方法。（3）电源板：电源板的作用是为整个变频器内部的元器件提供工作电源，以满 足元器件的工作。（4）驱动板:当驱动板接收到 CPU的驱动信号后，开始驱动，以使IGBT 实现逆 变效果。2.2 外部控制电路（1）外接给定电路 开关状态控制 脉冲信号控制（2）外接输入控制电路：外部的控制信号通常是由开关来传递的。控制开关的 通、断信息，通过变频器输入电路的光耦合器而传递到内部的控制电路中。（3）外部输出控制电路：一种是内部继电器的触点；另一种是晶体管的集电极 输出。3. 制动单元（1）制动单元（ BRAKE UNIT ）主要用在变频器需急降速、刹车、定位的 场合，变频器在降速

14、时， 由于负载惯性的关系， 急降速时会将动能变成电能储存 在直流母线上，因此必须使用本制动（电阻）器将回生电压予以消耗，否则变频 器将会跳过压保护或故障。（2）一般适用于离心机、洗衣机、天车、电梯、纺织机械、造纸机械、伸 线机械（拉丝机）、绕线机、制药、比例联动系统中均可使用。（3）其他方面适用于各种品牌的变频器；规格齐全 200V/380V/440V/480V ； 容量范围大，单台可使用到 110KW（ 400V）； 允许并联使用，没有容量限制； 允许在电网变动大的场合使用； 保护齐全：具有短路、低电压、过电压、快速保险丝、过热等保护功能； 性能价格比佳； 功率电阻为选用件； 可订制电阻箱。

15、4. 变频器中的电阻（1）功率电阻：上电瞬间起限流作用，之后被继电器常开触点短路。（2）均压电阻：分别与两主电容并联，使两主电容分得电压相等。（3）驱动电阻：根据模块的不同进行选择。（4）热敏电阻：在一定温度范围内，随着温度变化阻值也会相应变化，所 以可用来测量 IGBT 的温度。（5）压敏电阻：起过电压防护作用。常用的压敏电阻有 14D471K（220V 机 器使用），14D821K（380V 机器使用，现已不用），14D102K（380V机器使用）， 20D510E（适用于 2N4 及以上机型）。压敏电阻两引脚间要点胶，以改善在恶劣 环境下的绝缘性能。三. 变频器的特点变频器应用先进的空间

16、电压矢量 PWM 控制技术、 矢量控制技术， 采用高性 能的功率模块和先进的变频器制造工艺， 无论是简单的变频控制还是高性能的伺 服应用。（1）采用 DSP（数字信号处理器）为核心的控制单元，实现高速高性能控 制；（2）集 V/F控制、 V/F+PG控制、矢量控制 +PG三种控制功能为一体；（3）三种空间电压矢量波形产生方式；（4）死区补偿功能，实现低频率大输出转矩；（5）自动转差补偿；（6）十种频率设定方式，模拟端子可以接受 010V、 0 20mA 之内的自 定义范围信号；（7）可实现最多七段速度和八段加速度控制；（8）转速追踪启动和断电再恢复运行功能；（9）强大的通讯功能，支持标准的 R

17、S485 与 Can Bus，同时提供远控键盘功能；（10）人性化显示菜单，中文液晶显示，配以 LED 显示，同时显示 3 个状 态参数；（11）特有逆变模块（ IGBT ）温升监控功能，风扇调节可控，适时降低电 机噪音和温升；（12）PID 调节的直流电流制动；（13）高效的故障查询与记录功能，方便排除故障；（14）在三相交流永磁同步电机控制中表现同样出色。四. 变频器的生产流程简单的来讲，变频器的生产过程分为 PCB 板的制板过程和整机生产过程两 部分：（1）PCB板加工过程： 1、板加工； 2、一次测板； 3、老化； 4、测板 PQC。（2）整机加工过程： 1、装配过程； 2、PQC检验

18、过程； 3、调试； 4、老化；5、FQC检验过程； 6、包装过程； 7、OQC检验。图 4.1 生产流程图因为生产过程的每个环节均经过严格的品质检验， 所以确保了整个生产过程 是一个受控的过程，保证了产品的质量。1. PCB 板制板流程板加工一次测板老化测板 PCQ图 4.2 PCB 板制板流程图1.1 板加工目前采用外加工和内加工两种方式：（1）外加工提供光板、物料及相关的清单，外加工人员通过表面组装技术（ SMT ）来完 成大部分的元器件焊接。 由于此种方法工艺先进， 成本较低，所以目前为止， PCB 板的大部分元器件都采用外加工的方式完成。（2）内加工电子组人员手工完成，在外加工的基础上

19、补充缺少元器件、参数和部分IC。这种方式相对来讲效率较低、成本较高。 加工内容及方法由于目前 PCB 板插件和贴片同时存在，所以其作业程序将按先贴片后插件 的原则，按板器件清单对所需的贴片器件及 IC 类器件等进行焊贴。通过作业程 序化，保证插件及贴片的正确性及 PCB 板渗锡的质量，提高制板的工艺。加工 方法如下： 1）元器件整形； 2）排版； 3）插件； 4）核查； 5）渗锡； 6）剪脚； 7）修整； 8）焊点核查； 9）短路核查； 10）全面清理 PCB 板正反面上所有的焊 渣及锡珠。 焊接注意事项 要注意过程中工具使用和铬铁的使用，防止虚焊、漏焊、拉尖、针孔、未透 锡等现象存在。1.2

20、 一次测板通过测试保证各电路正常工作以及键盘的正常显示和使用， 主要检测对象为 主控制板、电源板、键盘等。通电前应对 PCB 板进行常规核查，如有无锡渣短 路和虚焊、假焊等现象。（1）主控板测试 内显参数的设定：如额定电压、电流、机型送样及载波频率等选择。 保护功能的检测：如 “LU”、 “OU”、“OL”、“OC”、“OH”等。 端子功能： 通过选择不同的运行方式，使端子台达到不同的控制的目的，如 正反转、寸动等。 波形测试：六路驱动波形 其他测试： 制动功能的测试； 对含内显的主控板检查显示是否正常， 对内外控 制转换开关要进行核查。（2）电源板测试 电源测试：对开关电源所输出的不同等级的

21、电压进行检测，是否达标。 波形测试：利用示波器对电源板上集成驱动电路进行驱动电压及驱动波形测 试。 残压测试：使用信号发生器检测残压功能。（3）键盘测试：外观很好，上电后显示正常，无乱码、缺笔等现象，各按键灵 敏，保证各功能键正常工作。1.3PCB 板老化通过对 PCB板的老化，检测其元器件的稳定性能， 一般老化时间为 24小时。 1.4测板 PQC采用上述一次测板同样的方法对老化之后的 PCB 板再次检测，确保各元器 件的可靠性和耐高温老化特性。2. 整机生产过程流程图 4.3 整机生产流程图2.1 装配作业流程（1）小件加工小件加工是整机装配的预备工作， 生产过程中的一些小件需要加工之后，

22、 才能进行整机装配，小件加工主要由以下几个方面：风扇加工；电容板或电容组合加工； IGBT 转接板；继电器加工；变压器加工；突波板的加工；充电电阻的组件；水泥电阻的联接；各种线材的加工等。2）整机装配图 4.4 整机装配流程所有机器均可采用如下的安装流程： 主回路的安装图 4.5 主回路安装流程控制回路的安装图 4.6 控制回路安装流程3. PQC检验过程在装配过程中 ,PQC 要负责现场的巡检、专检和抽检。掌握好检验时机和方 法，对生产的产品进行严格检查， 包括一些小件加工、 半成品检查、 整机检查等。 检验项目分为：（1）小件加工检验小件加工的检验分目视检查和仪表测量 ,其中小件加工检验主

23、要由以下内 容：风扇组合及焊接检验； 电容板焊接或电容组合检验； IGBT 转接板焊接检验； 继电器接线检验；变压器焊接检验；突波板焊接检验；充电电阻的组件检验；水 泥电阻的联接检验；各种线材的加工的检验等。（2）整机装配检验（3）调试 整机调试目的是通过改变各检测电路参数，达到显示值或保护与实际值吻 合。一般检验： 机箱内是否有异物， 实物、物料清单与 产品档案填写是否一致， 主器件的连接是否正确。 空载检验：输入电压显示值调整：使显示值和实际值相同。 负载检验：输出电流值、 “OC”值调整对不同机型和不同系列的机器电源的保 护参数都相应的有所变动。输出电流值属于一般过载， “OC”值属于过

24、电流，具 体作业程序参阅相应的文件。 其他测试：掉电追踪测试、能耗制动测试以及一些内外接键盘测试等等。（4）整机老化过程经调试合格后的机器由老化人员负责老化。（5）FQC检验过程FQC 是负责最终检验的环节，是为了验证调试人员对各参数的整定是否符 合要求，并相应的对内部参数按出厂要求进行设置， 保证整机性能及保护功能正 常。一般检验、外观和铭牌标签。空载检验 “电压显示值的验证。 负载检验输出电流值、 “OC”值的验证。 其他检验 掉电追踪的验证、能耗制动的验证。 以上参数验证无误后，进行累计时间清零及控制方式的选择。 贴合格证及防伪标签，整理及记录相关参数。6）包装包装环节面临着机器的出厂，

25、 直接面向于客户， 所以作为包装人员一定要认 真仔细，注意外观质量。根据机型和外观尺寸的大小选择对应的包装箱，待 FQC 检验合格后进行 包装，并核查是否有 FQC 检验标识。对一些特殊出货的机器 （如出国外的、 出山宇或者客户特殊说明的） 进行 特殊包装。（7）OQC 检验过程OQC 是整机生产的最终环节，核查所有环节档案填写是否正确，以使产品 档案起到实质性的作用，便于日后工作的可追溯性。五. 变频器的生产工艺1. 焊接工艺：手工焊接（1）手工焊接的四要素有：材料、工具、方法和操作者，后两要素都与人 有关。据统计， 家电产品的故障原因除了零件的初期不良与损耗外， 其余几乎是 锡焊不良的地方

26、所引起的。由此可见掌握好焊接技术的尤为重要。（2）电烙铁，焊锡丝的持拿方法：烙铁一般采用持笔型握法，锡丝一般保 持与烙铁呈 90 度左右。（3）焊接操作的步骤：焊接的顺序由五个步骤来实行，这是锡焊的基本顺序。图示步骤步骤 1：准备 使焊锡与烙铁接近随时保 持准备锡焊的状态，确认其 位置。步骤 2：烙铁头接触 使烙铁头接触工作物而加 热之。步骤 3：溶解焊锡 溶解焊锡使焊锡接至工作 物后把焊锡适量溶解。步骤 4：拿开焊锡 适量焊锡溶解后，把焊锡尽 快拿开。步骤 5：拿开烙铁 焊锡拿开至需要的范围后， 拿开烙铁注意速度及方向。2. 焊接工艺 :锡炉焊接锡炉焊接的控制要点是锡炉温度及下锡时间。（1）锡炉温度控制：首先要对炉温进行校正， 将补偿导线一端接锁于数字温度计端子上， 另一端 放置于锡炉中，将数位温度计置于档和 1档最小读值档，读取数字温度计测 得的锡炉炉温是否与设定参数相符，应使炉温保持在要求的范围内（25010），以免烫坏 PCB板及 CPU 等重要器件，或是引