变频器原理__免费下载

1、第1章1.1变频器技术的发展历史直流电动机拖动和交流电动机抱功先后诞生于 19 世纪， 距今 已有 100多年的历史， 并已成为动力机械的主要驱动装置。 但是， 由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统 80 左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电 动机和同步电动机） ，而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本 上采用的是直流电动机。但是，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点：（ 1） 需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短； （ 2）由于直流电动机存在换向火花， 难以应用于存在易燃易 爆气体的恶劣环境；（3）结构复杂，难以制造大容量、高转速和高电压的直

2、流电 动机。而与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点：（1）结构坚固，工作可靠，易于维护保养；（ 2）不存在换向火花， 可以应用于存在易燃易爆气体的恶劣 环境；（3）容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机。 因此，很久以来，人们希望在许多场合下能够用可调速的交 流电动机来代替直流电动机， 并在交流电动机的调速控制方面进 行了大量的研究开发工作。 但是，直至 20 世纪 70 年代，交流调 速系统的研究开发方面一直未能得到真正能够令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。也正是因为这个原因，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的 电力拖功系统中不得不采用挡板

3、和阀门来调节风速和流量。这种 做法不但增加了系统的复杂性，也造成了能源的浪费。经历了 20 世纪 70 年代中期的第 2 次石油危机之后，人们充 分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调 速技术的研究开发工作。随着同时期内电力电子技术的发展，作 为交流调速系统核心的变频器技术也得到显著的发展，并逐渐进 入实用阶段。虽然发展变频驱动技术最初的日的主要是为了节能，但是随 着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器 件相微处理器的性能不断提高， 变频驱动技术也得到了显著发展。 随着各种复杂控制技术在变频器技术中的应用，变频器的性能不 断得到提高，而且应用范围也越来越广。

4、目的变频器不但在传统 的电力拖动系统，得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工 业生产的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中 也得到了广泛应用。变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力 电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基 础技术的发展而不断得到发展。1.2 变领器调速控制系统的优势与传统的交流拖动系统相比， 利用变频器对交流电动机进行调 速控制的交流拖动系统有许多优点，如节能，容易实现对现有电 动机的调速控制，可以实现大范围内的高效连续调速控制，容易 实现电动机的正反转切换，可以进行高频度的起停运转，可以进 行电气制动，可以对电动机进行高速驱动，可

5、以适应各种工作环 境，可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制。电源功率因 数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等等。下面 我们将简单介绍一下上面提到的变频器调速控制系统的各种主要 优点。在许多情况下， 使用变频器的目的是节能，尤其是对于在 工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说，通过变频器进 行调速控制可以代替传统亡利用挡板和阀门进行的风量、流量和 扬程的控制，所以节能效果非常明显。因为以节能为目的的调速运转对电动机的调速范围和精度要 求不高，所以通常采用在价格方面比较经济的通用型变频器。由于变频器可以看作是一个频率可调的交流电源，对于现有 的进行恒速运转的异步电动机来说，只需

6、在电网电源和现有的电 动机之间接入变频器和相应设备，就可以利用变频器实现调速控 制，而无需对电动机和系统本身进行大的设备改造。在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制 是通过改变变频器的输出频率实现的。 因此， 在进行调速控制时， 可以通过 控制受频器的输出频率 使电动机工作在转差较小的范 围，电动机的调速范围较宽，并可以达到提高运行效率的目的。 一般来说， 通用型变频器的调速范围可以达到 1 ：10 以上，而高 性能的矢量控制变频器的调速范围可以达到1：1000 。此外，当采用矢量控制方式的变频器对异步电动机进行调速控制时，还可 以直接控制电动机的输出转矩。因此，高性能的矢量控制

7、变频器 与变频器专用电动机的组合在控制性能方面可以达到和超过高精 度直流伺服电动机的控制性能。利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机 的正反转切换，必须利用开闭器等装置对电源进行换相切换。 利 用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器 件的开关顺序即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正反转切换而不需要专门设置正反转切换装置。此外，对在电网电源下运行的电动机进行正反转切换时，如果在电动机尚未停止时就进行相序的切换，电动机内将会由于相 序的改变而流过大于起动电流的电流，有烧毁电动机的危险，所 以通常必须等电动机完全停下来之后才能够进行换相操作，而采 用变

8、频器的交流调速系统中，由于可以通过改变变频器的输出频率使电动机按照 斜坡函数的规律进行减速 ，并使电动机减速至低 速范围后再进行相序切换，进行相序切换时电动机的电流可以很 小。同样，在电动机的加速过程中可以通过改变变频器的输出频 率使电动机按照斜坡函数的规律进行加速，从而达到限制加速电流的目的。因此，在利用变频器进行调速控制时更容易和其他设 备一起构成自动控制系统。对于利用普通的电网电源运行的交流拖功系统来说，由于电 动机的起动电流较大并存在着与起动时间成正比的功率损耗，所 以不能使电动机进行高频度的起停运转。而对于采用了变频器的 交流调速系统来说，出于电动机的起停都是在低速区进行而且加 减速

9、过程都比较平缓，电动机的功耗和发热较小，可以进行较高 频度的起停运转。变频调速系统的上述特点可以用于采用交流拖动系统的传送 带和移动工作台等以达到节能的目的。这是因为，在利用异步电 动机进行佰速驱动的传送带以及移动工作台中，电动机通常一直 处于工作状态，而采用变频器进行调速控制后，出于可以便电动 机进行高频度的起停运转，可以使传送带或移动工作台只是在有 货物或工件时运行，而在没有货物或工件时停止运行，从而达到 节能的目的。由于在变频器驱动系统电电动机的调速控制是通过改变变频 器的输出频率进行的，当把变频器的输出频率降至电动机的实际 转速所对应的频率以下时，负载的机械能将被转换为电能，并被 回馈

10、到变频器。而变频器则可以利用自己的制动回路将这部分能 量以热能消耗或回馈给供电电网，并形成电气制动。此外，一些 变频器还具有直流制动功能，即在需要进行制动时，可以通过变 频器给电动机加上一个直流电压，并利用该电压产生的电流进行 制动。同机械制动相比，电气制动有许多优点，例如体积小，维护 简单，可靠件好等。但是也应该注意到，由于在静止状态下电气 制动并不能使电动机产生保持转矩，所以在某些场合还必须采取 相应的措施，例如和机械制动器同时使用等。高速驱动是变频器调速控制的最重要的优点之一。这是因为 对于直流电动机来说，由于受电刷和换向环等因素的制约，无法 进行高速运转。但是，对于异步电动机来说，由于

11、不存在上述制 约因素，理论上讲异步电动机的转速可以达到相当高的速度。由于异步电动机的转速为：n=120f （1-s ）/p式中 n 电动机转速， r/min ；f 电源频率， Hz ；P 电动机磁极个数；s 转差率。当用工频电源（ 50Hz ）对异步电动机进行驱动时，二极电动 机的最高速度只能达到 3000r/min 。为了得到更高转速，则必须 使用专用的高频电源或使用机械增速装置进行增速。与此相比，目前高频变频器的输出频率已经可以达到 3000kHz 所以当利用 这种高速变频器对二极异步电动机进行驱动时，可以得到高达 18000 r/min 的高速。 而且随着变频器技术的发展， 高频变频器的

12、 输出频率也在不断提高， 因此进行更高速皮的驱动也将成为可能。此外，与采用机械增速装置的高速驱动系统相比，出于采用 高频变频器的高速驱动系统中并不存在异步电动机以外的机械装置，其可靠性更好，而且保养和维修也更加简单。在变领器调速控制系统中，变频器和电动机是可以分离设置 的。因此，通过和各种不同的异步电动机的适当组合，可以得到 适用于各种工作环境的交流调速系统，而对变频器本身并没有特 殊要求。例如， 对有防爆和防腐蚀要求的环境 只需将电动机换为专用 电动机，而使用普通的变频器并将其安装在有防爆和防腐蚀要求 的环境之外的普通环境中即可。由于变频器本身对外部来说可以看作是一个可以进行调频调 压的交流

13、电源，可以用一台变频器同时驱动多台异步电动机或同 步电动机，从而达到节约设备投资的目的。而对于直流调速系统 来说，则很难做到这一点。当用一台变频器同时驱动多台电动机时， 昔驱动对象为同步电 动机，所有的电动机将会以同一速度（同步转速）运转，而当驱 动对象为容量和负载都不相同的异步电动机时，则由于转差的原 因，各电动机之间会存在一定的速度差。因为变频器是通过交流直流交流的电源变换后对异步电 动机进行驱动的， 所以电源的功率因数不受电动机功率因数的影 响， 几乎为定值。此外，当用电网电源对异步电动机进行驱动时，电动机的起 动电流为额定电流的 5 6 倍，而在采用变频器对异步电动机进行 驱功时，由于

14、可以将变频器的输出频率降至很低时起动，电动机 的起动电流很小，因而受频器输入端电源的容量也可以比较小。般来说，变频器输入端电源的容量只需为电动机输出容量的 1.5 倍左右即可。 这也说明变频器也可以同时起到减压起动器的作用。随着控制理论、交流调速理论和电子技术的发展，变频器技 术也得到了充分地重视和发展，目前，由高性能变频器和专用的 异步电动机组成的控制系统在性能上已经达到和超过了直流电动 机伺服系统。此外，小于异步电动机还具有对环境适应性强，维 护简单等许多直流伺服电动机所不具备的优点，所以在许多需要 进行高速高精度控制的应用中这种高性能的交流调速系统正在逐 步替代直流伺服系统。而且由于高件

15、能的变频器的外部接口功能 也非常丰富，可以将其作为自动控制系统中的一个部件使用，构 成所需的自动控制系统。由于变频器具有上述优点， 因而在各种领域中得到了广泛的应 用。表 1-2 给出了变频器在工业牛产个的主要应用。1.3 变领器技术的发展动向近年来， 随着信息技术、 电力电子技术、 电机驱动技术的不断 发展，变频器的性能不断提高，其应用范围也越来越广。日前变 频驱动的应用已经非常广泛，新型变频器产品不断出现，变领器 的性能和可靠性也在不断地完善和提高。总体上讲，目前变频器 已经从简单的整流逆变装置进化为策驱动控制、 I/O 逻辑现场编 程、通讯组网连接等为一体，可以适应不同应用场合的过程控制

16、 单元，并在工业自动化生产线和许多领域中得到了广泛应用。从 市场需求和技术发展趋势来看，今后一段时间内，变频器技术将 会在下面几个方而得到进一步的发展。（ 1）大容量和小体积化。 大容量化和小体积化将会随着电力 半导体器件的发展而不断得到发展。 近年来，随着 IGBT（ Insulated GateBipolar Transistor ，隔 离门极双极晶体管）、 SIC-IGBT （ SiliconCarbide-Insulated Gate BipolarTransistor ，碳化硅隔离门极双极晶体管） 器件的发展和以 IGBT 为开关器件的 IPM（ IntelligentPower M

17、odule ，智能功率模块） 、ASIPM（ APPIicalion SpecifiedIntelligent Power Module ，特定用途智能功率模块） 、 单片 IPM 等新型功率器件的发展以及热设计技术的进步，使得变 频器的容量越来越大，体积越来越小，而在温升等关键指标上并 末下降。除了不断推出大容量的新型变频器产品外，许多厂家都 在小功率段推出了所谓的“迷你”型产品，以满足不同用户的实际 需要。（ 2）高性能和多功能化。 随着微电子技术和半导体技术的发 展，用于变频器的各种半导体器件和传感器的性能和可靠性越来 越高。 而随着高性能 DSP 和 AISC 在变频器中的广泛应用和交

18、流 调速理论的不断成熟，各种先进的控制算法的实现成为可能。从 而为进一步提高变频器的性能提供了条件。此外，随着信息技术 的发展和变频器的进一步推广应用，用户也在不断提出各种新的 要求，希望变频器产品能够通过与信息技术的进一步融合而具有 更高的性能和更加丰富的功能。这此都将促使变频器的生产厂家 不断做出努力，以满足不同用户的实际需要并争取在激烈的市场竞争中立于不败之地。（3）易操作性的提高。随着变频器市场的不断扩大如何进 一步提高变频器的易操作性，使变频器产品能够满足不同府用场 合的需要，并使得普通的技术人员甚至非技术人员也能够很快掌 握变频器的使用仍然是变频器生产厂商所必须考虑的问题。虽然 目

19、前厂商提供的变频器产品在结构设计上基本都考虑到了现场安 装的要求，并在软件设计上加入了初始起动设置工具，帮助用户 根据应用背景选择和设置各种必要的功能和参数，但为了进一步 扩大市场和不断争取新的用户，厂商仍然会在丰富变频器功能的 同时不断提高变频器的易操作性，新型变频器将更加容易操作和 更加容易适合特定的应用背景。（ 4）寿命和可靠性的提高。 随着半导体技术的发展和电力电 子技术的发展，变频器中所使用的各种元器件的寿命和可靠性都 在不断提高，而随着信息技术的不断发展，新型变频器产品中自 我诊断和远程诊断功能的进一步充实以及免维护功能的实现，变 频器产品的寿命和可靠性格得到进一步的提高。此外，随

20、着交流 调速理论和相关技术的不断发展，新的控制方法和驱动方式也将 不断出现，从而使变频器的寿命和可靠性得到进一步提高。（5）减少对环境的影响。 近年来， 随着变频器的推广和普及， 如何减少变频器，尤其是大功率变频器对周围环境影响的问题越 来越受到重视。例如，目前变频器中内置 AC Ractore 。（电抗器）或 Dc Choke（扼流圈）已经非常普遍，这对减小变频器产生的高 次谐波对环境的影响起到了重要作用。未来的新型传感器中将会 通过先进的控制方法和新的驱动方式减小 dV/dt 以及 di/dt 的变化 从而达到来减小高次谐波对环境的影响的目的。而各种新技术和 新器件的应用，也将进一步减少变

21、频器对所处环境的影响。（ 6）网络化与智能化。 尽管当前变频器单独使用的场合仍占 多数，但作为工业生产过程中一个重要的执行单元，变频器具有 网络化运行的能力将成为工业自动化的趋势。目前许多变频器生 产厂商的新产品都已经具有网络连接能力，通过选件形式支持多 种现场总线，可以通过 PC 机方便地完成频率设定、参数设置、工作状态给定及在线监测、系统维护、远程诊断等。此外，为了满足不同用户的不同需要，新型变频器产品的智 能化程度将进一步提高，这主要体现在变频器本身将具有更多的 功能供用户选择，而用户则可以根据自己的需要，在变频器所预 先设定的多种功能的基础上进行编程， 以满足其具体应用的需要。（ 7

22、）同步电动机变频器。在许多情况下，使用变频器进行调 速的目的是为了节能。在目前的交流调速系统中，出于对可靠性 的考虑，大多数系统使用了异步感应电动机。但是，因为小容量 异步电动机的转换效率并不高。因此，从节能的观点来看，采用 异步电动机实现交流调速并不是最佳的解决方案。永磁同步电动机具有电机是无刷结构， 尺寸小， 功率因数高、 效率高，转子转速严格与电源频率同步，容易实现无速度传感器 矢量控制等优点，非常适合于交流调速系统。近年来，随着永磁 材料性价比的不断提高，积极利用永磁同步电动机和变频技术改 善交流调速系统效率的技术趋势非常明显。一些公司已经专门推 出了以节能为目的的同步电动机变频器，并

23、在许多领域得到了广 泛应用。总而言之，未来的变频器产品将朝着高性能、多功能、长寿命、高可靠、易使用、绿色化、智能化的方向发展。变频器将不仅仅 是一个简单的交流调速装置，而将成为实现自动化过程的一个重 要的处理单元：变频器技术将不断得到提高，而变频器的应用领域亦将不断得到拓展。第 2 章 变频器的基本原理及控制方式2.1 变频器的基本构成和工作原理2.1.1变频器的基本构成变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着图 2-12-1 示的基本结构。图 2-12-1 变频器的基本结构图 2-22-2 给出了一个典型的电压控制型

24、通用变频器的硬件结构框图。而对于采用了矢量控制方式的变频器来说，由于进行矢量控制时需要进行大量的运算，其运算电路 中有时还有一个以DSPDSP （数字信号处理器）为主的转矩计算用CPUCPU 以及相应的磁通检测和调节电路。2.1.22.1.2变频器内部电路的基本功能虽然变频器的种类很多，其内部结构也各有不同，但大多数变频器都具有图2-12-1给出的基本结构，它们的区别仅仅是控制电路和检测电路实现的不同以及控制算法的 不同而己。下面我们将结合图2-12-1 简单介绍变频器各部分电路的基本作用。一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控

25、制电路提供所需要的直流电源。整流电路按其 控制方式可以是直流电压源也可以是直流电流源。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。当整流电路是电压源时直流中间电路的主要入器件是控TT遛曲1屯电上r测大容量的电解电容，刚当整流电路是电流源时平滑电路则主要内大容量电感组成。此外，由于电动机制动的需要，在直流中间电路中有时还包括制动电阻以及其他辅助电路。逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑电路输出的宣流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。

26、变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极（基级）驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，也是交频器的核心部分；控制电路的优劣决定了变频器性能的好坏，控制电路的主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据要求为变频器主电路提供必要的门极（基极）驱动信号，计对变频器以及异步电动机提供必要的保护。此外，控制电路还通过A/DA/D，D/AD/A 等外部接门电路接收/发送多种形式的外部信号和给出系统内部下作状态，以便使变频器能够和外部设备配合进行各种高性能的控制。i制动皆匸运书T控是电屯i阪*0/dt0系统加速dndn /dt0/dt1m1）倍转速进行恒功率运转，称

27、之为 1 1: m m 的恒功率运转。如图 2-132-13 为 1 1 : 2 2 的恒功率控制时的特性。例如采用矢量控制时，当转差频率为一定时，在恒功率区域，对电动机电压（变频器输出电压）与转速（变频器输出频率）的比以根号 m m 的比例进行控制，可推算出转矩与（p.u.p.u.）点上，转矩有如下关系：TM（E/fE/f ）2= =（1/1/ . . m m ）2= = 1/m1/m = = 1/21/2即，转矩为基频转速时的1/21/2。在图 2-13a2-13a 中，若电动机定子绕组产生的电压降被忽略，可视 转矩区域（低频时），为增强转矩而进行的电压补偿也被忽略不计。的最大输出电压与变

28、频器电源电压几乎一样，最高转速（图中转速为的输出电压为最大输出电压.例如变频器电源电压为380v380v，转速为 2.02.0 （ p.u.p.u.）时，电动机电压为 380V380V。而在基频转速时的电压为1/1/ 2 2 倍，约 266V266V。图 2-13b2-13b 表示在上述条件下选择的变频器及电动机所能够输出的界限。如图中虚 线所示，保持 E E/f f 到变频器的电源电压为止为一定值，可实现恒转矩特性。若驱动图4 4 10a10a 那样的负载，图 2-13b2-13b 电机能够输出的恒转矩范围过宽了。图 2-13c2-13c 是以基频转速点为变频器最大输出电压，恒功率区域电压固

29、定的输出特性。由于最高转速时的E E/ f f 值是基频转速以下E E/ f f 恒值时的 1/21/2，转矩是恒转矩时的 1/41/4，若按 P P = T Tmn n/975/975 进行计算，功率是恒功率时的1/21/2。以上是保持转差额率f fs为一定的情况，实际V/fV/f 控制的变频器会使f fs增大，输出的是如图2-13d2-13d 的恒功率特B/fB/f ）成正比，因此在转速2.02.0V V 连，而且，在恒因此变频器能输出2.02.0 ( p.u.)p.u.)的点)变频驱动系统在基频转速（50Hz50Hz 或 6060 HzHz ）以上的范围内，可由变频器控制其输性。对于一般

30、的普通异步电动机来说，由于受到电动机机构的限制，只能实现1 1 : 2 2最大 1 1 : 3 3 的恒功率运转。为了使机床主轴驱动拥有更广泛的恒功率运转范围，有的厂家专门设计了可进行绕组切换的电机，以达到降低基频转速的目的。当采用矢量控制的变频器对其驱动时，恒功率范围可达1 1 : 1212 以上。（a a） 负载要求的转矩特性；（b b） 驱动 a a 负载时电机的输出界限;（c c） 一以基频速度为标准（转差频率恒定时）；（d d） 一以基频速度为标准（增大转差频率时）一恒转矩区賊-JU功率区域一T/ P/Z ”V-TJH轻胆区域r 恒功阵区诚一T匕/V/、I、.帕转珀区煎恫功率K陵-T

31、VVTVT01-逋度”p UJ2-132-13运用普通电动机驱动1 1 : 2 2 恒功率输出101001 0第3章 变频器的安装调试和维修保养3.1 变频器的设置环境和安装3.1.1变频器的设置环境变频器是精密的电子装置，为了保证其正常工作，在设置安装方面必须注意周围 的环境条件。一般说来，在变频器的设置环境方面应考虑以下因素。（1 1 ） 环境温度。对安装在机壳内的变频器来说，所允许的环境温度一般为-10+40-10+40C或 4545C。当除去变频器的壳体时，所允许的环境温度有时也为-10+50-10+50C。对环境温度的要求主要取决于保证变频器控制电路中各种ICIC 正常工作所需的条件

32、和保证主电路和电源电路中电解电容的寿命的条件。温度对电子元器件的寿命和可靠性影响很大，特别是当半导体元器件的结温度超 过规定值时，将会直接造成元器件的损坏。因此，在环境温度较高的场所使用变频器 时，必须采取安装冷却 装置和避免日光直晒等措施，保证环境温度在厂家要求的范围之内，从而达到保证变 频器正常工作的目的。此外，在进行定期保养维修时还应及时清扫控制柜的空气过滤器和检查冷却风扇 是否正常工作。（2 2）环境湿度。当空气中的湿度较大时，将会引起金属腐蚀，使绝缘变差，并 由此引起变频器的故障；变频器厂家都在变频器的技术说明书中给出了对湿度的要求， 因此，应该按照厂家的要求采取各种必要的措施，尤其

33、是要保证变频器内部不出现结 露的情况。当变频器长期处于不使用状态时，应该特别注意变频器内部是否会因为周围环境 的变化（例如停用了空调等）而出现结露状态，并采取必要的措施，以保证变频器在 重新使用时仍能正常工作。全封囲型控制柘安装螺钉U1U1变频器进 r 温度101045r45r周目温度匸冷却片(3(3 )振动。振动将对变频器内部的电子元器件产生应力，并成为故障的原因。因此，应该注意产品说明书中给出的要求。对于传送带和冲压机械等振动较大的设备,在必要时应采取安装防振橡胶等措施，将振动抑制在规定值以下。而对于由于机械设 备的共振而造成的振动来说，则可以利用变频器的频率跳越功能，使机械系统避开这 些

34、共振频率，以达到降低振动的目的。(4 4 )对环境空气的要求。变频器本体应该设置在无腐蚀性气体和无易燃易爆气体，没有油滴或水珠溅到，以及尘埃和铁粉较少的场所。这是因为，腐蚀性气体和尘 埃除了会使电子元器件生锈，出现接触不良等现象之外，还会吸收水分使绝缘变差， 并导致短路。而油滴和水珠以及易燃易爆气体则更是造成短路和变频器损坏的直接原 因。作为对策，可以对变频器的壳体进行涂漆处理和采用防尘结构。在某些情况下也 可以采用清洁空气内压式或全封闭结构。此外，对于强制冷却式的控制柜来说，由于尘埃会造成空气过滤器的堵塞并使变 频器因冷却能力降低而出现过热，更应该注意保证环境空气的清洁。在变频器的设置环境方

35、面，除了上面讲到的内容之外，还应注意厂家在说明书中 给出的对海拔高度和安装空间的要求。3.1.2变频器的安装方式前面我们已经提到了环境温度对变频器的重要性。为了保证变频器所处的环境温 度在厂家要求的范围之内，正确地对变频器进行柜内安装是至关重要的。因此下面我 们将专门介绍一下这方面的内容。柜内上部空气温度图 3-13-1 将散热片留在柜外的方式（必须采取措施使控制柜内部的温度保持在上图所示范围内需要时应安装内部空气循环用风扇）在将变频器安装在全封闭式的控制柜中时， 可以采用将变频器全部安装在控制柜 内的方式和如图 3-13-1 所示的将变频器本体安装在控制柜内而将散热片留在柜外的方 式。与第一

36、种安装方式相比，第二种安装方式可以通过散热片进行内部空气和外部空 气之间的热传导，对柜内冷却能力的要求可以低一些，因此更适合于环境空气条件较 差的场合。3.2 配 线在完成了变频器的安装之后，就要开始进行变频器主电路和电源，滤波器与电动 机之间以及控制电路与 PLCPLC 和周边设备之间的连线。 下面介绍一下进行连线时应该注 意的有关事项。3.2.1 主电路配线在对主电路进行配线之前应该首先检查一下电缆的线径是否符合要求。此外，在 进行布线时还应注意将主电路和控制电路的配线分开，并分别走不同的路线。在不得 不经过同一接线口时也应该在两种电缆之间设置隔离壁，以防止动力线的噪声侵入控 制电路，造成

37、变频器异常。3.2.2 接地线配线由于变频器主电路中的半导体开关器件在工作过程中将进行高速的开闭动作，变 频器主电路和变频器单元外壳以及控制柜之间的漏电电流也相对变大。因此，为了防 止操作者触电，必须保证变频器的接地端可靠接地。在进行接地线的布线时，应该注 意以下事项。（ 1 1 ）应该按照规定的施工要求进行布线。（2 2 ）绝对避免同电焊机 ）动力机械）变压器等强电设备共用接地电缆或接地极。此 外，接地电缆布线上也应与强电设备的接地电缆分开。（3 3 ）尽可能缩短接地电缆的长度。（4 4 ）在存在多台变频器时，其接地电缆应按照图3-23-2 所示要领进行布线。图 3-23-2 多台变频器时的

38、接地布线要领（a a）最好的接地布线方式；（b b）正确的接地布线；（c c）错误的接地布线3.2.3 控制电路布线在变频器中，主回路及其直接相连的周边设备处理的是强电信号，而控制电路以 及与其直接相关的操作电路和周边设备中所处理的信号则为弱电信号。因此，为了达 到保证变频器正常工作的目的，除了应该选取各种必要的周边设备之外，在控制电路 的布线方面也应充分注意，并采取各种必要的措施，避免主电路及相关设备中的强电 信号产生的干扰进入控制电路。般来说，在控制电路的布线方面应该特别注意以下几点。（1 1）控制电路的布线应和主电路电线以及其他动力线分开。（2 2 ）因为变频器的故障信号和多功能接点输出

39、信号等有可能同高压交流继电器 相连，所以应该将其连线与控制电路的其他端子和接点分开。（3 3 ）为了避免因干扰信号造成的误动作，在对控制电路进行布线时应采用屏蔽 线或双绞线。（4 4 ）布线距离应以 100m100m 为参考基准，当布线距离超过 100m100m 时使用信号绝缘器 或继电器对信号进行放大。（5 5）在连线时充分注意模拟信号线的极性。（6 6）在检查控制电路连线时不使用蜂鸣功能。3.3 通电前的检查3.3.1 外观及结构检查在对变频器进行安装之前应根据下面给出的事项对变频器的外观和结构方面进行检查和确认。（1 1 ）确认铭牌。应确认一下实物的规格是否和订单以及系统设计时的选型一致

40、。（2 2 ）确认周边设备与实物是否相符。斗（3 3）根据接线图对各部分连线进行检查。检查控制柜内的连线和控制柜与柜外 的操作盒以及各种检测器件之间的连线是否正确。（4 4 ）对安装和连线进行确认。确认变频器的设置环境和主电路线径是否合适， 接地线和屏蔽线的处理方式是否正确，接线端子各部分的螺钉有无松动等。（5 5）控制柜内的异物处理。用吸尘器等对控制柜内的尘土和碎线头等进行清扫。3.3.2 绝缘电阻检查对主电路和接地端子进行如图3-33-3 所示的绝缘电阻检查。虽然变频器的绝缘电阻因厂家而异，但在一般情况下，要求在用500V500V 级的兆欧表进行检测时，绝缘电阻的阻值在 5M5MQ以上。对

41、控制电路则不需要进行兆欧表检查。分将仍有残存电压，在“充电”指示灯熄灭之前不应触摸有关部分。图 3-33-3 绝缘电阻检查3.4 试运行3.4.1电动机单独运行在对变频器和周边设备进行了通电前的各项检查之后，下一步工作是利用变频器 对电动机进行单独驱动运行。电动机的单独运行指的是将电动机与负载的连接器或皮 带去掉，使电动机进行空载运行。当由于机构上的原因，无法将电动机与负载断开时 或者电动机为高频电动机时， 可以将变频器的输出线断开， 使变频器进行单独运行 （空 载运行）。电动机的单独运行通常利用变频器的数字操作盒进行。它包括确认电动机 的转向，变频器和电动机是否可以正常加速至额定转速，继电器

42、的开关顺序是否正确 以及 PLCPLC 的软件是否可以正常运行等项目。 虽然变频器的操作盒的功能和操作方法因 厂家而异，但它们都具有以下几种基本功能。（1 1 ）驱动模式。在驱动模式下，可以进行正转、反转、点动等运行操作。（ 2 2 ）编程模式。在编程模式下，可以进行功能选择和参数设定等操作。变频器 的功能和内部参数的设定因厂家不同而有较大差异， 关于各种参数的意义和设定方法， 请分别参照厂家的技术说明书。（3 3 ）检测功能。检测功能可以对变频器的工作状态，例如输出频率 ）输出电压 ） 输出电流等进行检测。（ 4 4 ）显示异常内容。当变频器出现异常情况时，可以显示异常的内容和发生顺 序。此

43、外，在重新接通电源时，将显示上次的异常内容。3.4.2负载机械的试运行在进行负载机械的试运行之前，应首先确认一下负载机械是否满足可以开始运行 的条件以及如果机械开始运行的话是否存在安全问题。在进行负载机械的运行时，请参考下面给出的运行顺序。（ 1 1 ）系统的需要，设置所需的各个参数。（2 2 ）利用外部的点动运行指令，或者按数字操作盒上的点动操作键，进行点动 运行。这样做不仅可以确认电动机的转动方向，还可以发现系统是否存在因金属摩擦 而产生的异常。当机械设备尚处于磨合阶段，起动摩擦较大时，可以灵活运用变频器 的转矩自动增强功能。（ 3 3 ）逐渐加速，检查系统是否存在机械的异常（振动和异常声

44、音等）。（ 4 4 ）当速度增至额定转速的一半左右时，使机械暂停，以确认制动功能是否正 常。（ 5 5 ）逐渐加速至额定转速，并在加速过程中注意机械系统是否出现异常现象。（6 6 ）将指令设为额定转速，并在此状态下进行运行/ /停止等各种运行操作。如果在减速过程中出现变频器防失速功能动作的现象，适当增加减速时间。（ 7 7 ）根据需要使机械系统以中速或高速进行磨合运行。当变频器的模拟量检测 端子上接有电流计或频率计时，参照数字操作盒的显示对其进行校准。3.5 检查与维修保养变频器内部包含有功率晶体管、晶闸管、 ICIC 等半导体元器件，以及电容、电阻、 冷却风扇和继电器等其他器件，是一个相当复

45、杂的精密设备。虽然在新型变频器中尽 可能使用了寿命较长的元器件，但是这些元器件的寿命毕竟是有限的，而且存在着老 化问题。即使是在正常的工作环境下工作，在超过了使用年限之后，也会出现特性变 化和动作异常的情况。而任一元器件的故障都将影响变频器的正常工作。本节将讨论 变频器的检查与维修保养问题。3.5.1维修保养时应遵照的准则因为变频器既是含有微处理器等半导体芯片的精密电子设备，又是同时处理着数 千瓦到数十千瓦的电力动力设备，所以在进行通电前检查，试运行，调整以及维修保 养时都必须十分注意，并严格遵照下面给出的基本准则。维修保养时应遵照的准则为：（ 1 1 ）由于内部大电容的作用，在切断了变频器的

46、电源之后与充电电容有关的部分将仍有残存电压，在“充电”指示灯熄灭之前不应触摸有关部分。（2 2）在出厂之前，厂家都已经对变频器进行过初始设定。请不要任意改变这些设定。而在改变了初始设定后又希望恢复初始设定值时，一般需要进行初始化操作。（3 3 ）在新型变频器的控制电路中使用了许多CMOSCMOS 芯片。用手指直接触摸电路板时将可能使这些芯片因静电作用而遭到破坏，所以应充分加以注意。（4 4）在通电状态下不允许进行改变接线和拔插连接插头等操作。（5 5 ）在变频器工作过程中不允许对电路信号进行检查。这是因为在连接测试仪表时所出现的噪声以及误操作有可能带来变频器故障。（6 6）必须保证变频器的接地

47、端子可靠接地。（7 7 ）不允许将变频器的输出端子（ U U、V V、W W ）接在交流电网电源上。（8 8）不允许进行电压耐压实验。（9 9 ）在检查控制电路连线时，不应该利用万用表的蜂鸣功能。3.5.2 定期检查和维修保养为了防止变频器出现因元器件老化和异常等造成的故障，在变频器的使用过程中必须定期进行保养维修，并根据需要更换老化的元器件。表3-13-1 给出了变频器的定期检查项目，而表 3-23-2 则给出了需要定期检查更换的元器件及参考检查更换时间。表 3-13-1 定期检查项目一览表检查位置检查项目周围环境确认环境温度、湿度、振动，空气有无灰尘、气体、油雾、水滴等周围有没有放置工具等

48、异物、危险品电压主电路、控制电路电压是否正常操作盒显示部分显示是否清楚，是否缺少字符框架，面板等有无异常声音或异常振动，螺栓（紧固部分）是否松动。有无变形损伤，有无过热造成的变色，有无粘着灰尘，污损整体螺栓类是否松动或脱落，机器、绝缘体有无变形、裂纹、破损或因过热造成的老化变色，有无附着灰尘、污损主电路导体电线导体有无因过热造成的变色，是否偏斜，电线外皮是否破损或变色接线端子有无损伤使用率：12h/d12h/d 以下。滤波电容有无漏液、变色、裂纹、外壳膨胀，是否有显著膨胀或其他明显变形，按照需要测量制动电阻有无因过热造成的怪味或绝缘部裂纹，有无断线变压器，电抗器有无异常的鸣叫声或怪味电磁接触器

49、、继电器工作时有无振动或噪声接点有无虚焊控制电路控制电路板接插件螺丝类、连接插件是否松动，是否有怪味、变色，是否有裂纹、破损、变形或显著生锈，电容器是否有漏液、变形痕迹冷却系统冷却风扇有无异常声音或异常振动，螺栓类是否有松动，有无因过热而岀现的变色通风道散热片、进气排气口的间隙是否堵塞或附有异物注：1 1请用吸尘器吸去脏东西，用抹布沾着中性化学剂擦除污渍。2.2.在正常情况下，滤波电容的静电容量应大于初始值的0.850.85 倍，而电阻值则应在标称值的，10%10%以内。表 3-23-2 需要定期更换的器件及参考更换时间名称标准更换年数更换方法等冷却风扇23 年更换为新品平滑电容5 年更换为新

50、品（调查后决定）空气开关，继电器类更换为新品（调查后决定）定时器调查动作时间后决定保险丝10 年更换为新品印刷电路板上的铝制电解电容5 年更换为新电路板（调查后决定）注：使用条件：（1 1）周围温度：年平均 3030C；（2 2）负载率：80%80%以下；（3 3）第4章 变频器常见异常及其对策4.1 变频器自身异常及对策在采用了变频器的交流调速系统中，虽然在系统设计阶段已经充分考虑了电动机容量、 变频器容量以及各种周边设备的容量等因素， 但是， 当变频器的设置状态不当， 以及电源系统和周边设备的噪声处理方式不当时，也会造成变频器的误动作和故障。 造成变频器异常或故障的外部因素主要有设置环境不当，外部干扰信号的影响以及供 电电源异常等， 下面我们将针对这些因素分别介绍应该注意的事项及需要采取的对策。4.1.1设置环境变频器内部含有大量的 ICIC 芯片和半导体元器件，属于精密的电子装置。因此，在 设置安装方面，必须严格遵守厂家对环境温度、湿度、振动，以及空气清洁度等环境 条件的要求，否则将可能出现故障。4.1.2外部噪声的影响在变频器的工作过程中，和变频器处于同一控制柜内的