变频器的工作原理与安装调试

1、变频器的工作原理与安装调试一、前言在这三年，主要学了数控机床的安装与调试，广州数控980T、928TC、928TE等，老师由浅到深，慢慢引导我去学习，打下了扎实的基础，撑握了熟练的技能与操作。由于电力电子技术的不断发展和进步，伴随着新的控制理论的提出与完善，使交流调速传动，尤其是性能优异的变频调速传动得到飞速的发展。近年来，变频器的售价不断下降，而其使用功能却不断提升和扩大，它现在已经广泛应用于从一些数百瓦级的家用器械直到一些数千千瓦级的大型工业传动装置的驱动。交流变频调速已从最初的只能用于风机、水泵的调速过渡到应用于各类要求，高精度、快响应的高性能调速指标的工业现场。变频器的大量推广使用，在

2、节能、省力化、自动化及提高生产率、提高质量、减少维修和提高舒适性等多方面都取得了令世人瞩目的应用效果。但是，变频器毕竟是近20年来新出现的一种蕴涵多种高新技术的电力电子产品，要想让它发挥很好的应用效果，就必须对它的选型和配置作深入的研究。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机的工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器的广泛应用给工业带来了巨大的发展。二、实训的目、与要求与内容实训的目的（1）了解变频器工作原理及连接方法。（2）了解变频器在实际应用的注意事项。（3）了解变频器的安装调试方法。实训的要求（1）掌握变频器的工作原理及连接方法。（2）掌握变频器的实际应用的注意事项

3、。（3）掌握变频器的安装调试方法。实训的内容随着工业的发展，变频器的广泛应用，但人们对变频器的选用与安装调试不太了解，现在以三菱FR-A740变频器为例。对其的工作原理与安装调试进行讲。三菱FR-A740变频器的工件原理。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们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直流电源，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机。变频器主要是由主电路、控制电路组成。主电路:主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类

4、:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的逆变器。整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电

5、源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器:同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型PWM逆变器为例示出开关时间和电压波形控制电路:控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，如图1所示，控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。电压

6、、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、plg等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。GBT欠压锁定保护(UVLO功能 ：在刚刚上电的过程中，芯片供电电压由0V逐渐上升到最大值。如果此时芯片有输出会造成IGBT门极电压过低，那么它会工作在线性放大区。HCPL316J芯片的欠压I锁定保护的功能(

7、UVLO可以解决此问题。当VCC与VE之间的电压值小于12V时，输出的低电平，以防止IGBT工作在线性工作区造成发热过多进而烧毁。示意图详见图1中含UVLO部分。 图1 HCPL-316J内部原理图IGBT过流保护功能：HCPL-316J具有对IGBT的过流保护功能，它通过检测IGBT的导通压降来实施保护动作。同样从图上可以看出，在其内部有固定的7V电平，在检测电路工作时，它将检测到的IGBT CE极两端的压降与内置的7V电平比较，当超过7V时，HCPL-316J芯片输出低电平关断IGBT，同时，一个错误检测信号通过片内的光的反馈给输入侧，以便于采取相应的解决措施。在IGBT关断时，其CE极的

8、两端的电压必定是超过7V的，但此时，过流检测电路失效，HCPL-316J芯片不会报故障信号。实际上，由于二极管的管压降，在IGBT的CE 极间电压不到7V时芯片就采取保护动作。 整个电路板的作用相当于一个光耦隔离放大电路。它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812产生XPWM1及XCLEAR*信号输出给HCPL-316J，同时HCPL-316J产生的IGBT故障信号FAULT*给控制器。同时在芯片的输出端接了由NPN和PNP组成的推挽式输出电路,目的是为了提高输出电流能力，匹配IGBT驱动要求。当HCPL-316J输出端VOUT输出为高电平时，推挽电路上

9、管(T1导通，下管(T2截止， 三端稳压块LM7915输出端加在IGBT门极(VG1上，IGBT VCE为15V，IGBT导通。当HCPL-316J输出端VOUT输出为低电平时，上管(T1截止，下管(T1导通，VCE为-9V，IGBT关断。以上就是IGBT的开通关断过程。三菱FR-A740变频器的外形各部件。三、变频器的安装与安装调试变频器的选型变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行是至关重要的。选择变频器，首先要按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要求，然后决定选用何种控制方式和防护结构的变频器最合适。所谓合适是在满足机械设备的实际工艺生产要

10、求和使用场合的前提下，实现变频器应用的最佳性价比。恒定转矩负载负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒定转矩负载。变频器拖动恒定转矩性质的负载时，低速度下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速度下的稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。 恒定功率负载机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL不可能无限增大，

11、在低速度下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒定转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大容许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大容许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒定功率范围相一致时，即所谓"匹配"的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。风机、泵类负载在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转速按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调

12、速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载的超工频运行。安装与接线变频器与供电电源之间应装设带有短路及过载保护的低压断路器、交流接触器，以免变频器发生故障时事故扩大。电控系统的急停控制应使变频器电源侧的交流接触器开断，彻底切断变频器的电源供给，保证设备及人身安全。注意：电磁波的干扰，变频器输出、输入包含有谐波的成分，可能干扰变频器的通讯设备（如AM收音机）。外围设备的详细情况及选件参照外围设备的使用手册。 接线方式端子的规格说明：四、检查与运行变频器通电前的检查(1检测机器型号与自己合同上的型号是否匹配。

13、(2检测运输过程中是否有机器损坏，螺丝松动脱落，是否机器内部有杂物等。(3连接输入电源线，检测输入线是否连接正确，是否松动。变频器的试运行步骤：(1.变频器先空载运行。1设置电机的功率、极数,要综合考虑变频器的工作电流。2设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。3将变频器设置为自带的键盘操作模式,按运行键、停止键,观察电机是否能正常地启动、停止。4熟悉变频器运行发生故障时的保护代码,观察过热保护继电器的出厂值,观察过载保护的设定值,需要时可以修改。(2.轻载运行。1手动操作变频器面板的运行停止键,观察电机运行停止过程及变频器的显示窗,看是否有异常现象。2如果启动P停止电机过程中变频器出现

14、过流保护动作,应重新设定加速P减速时间。3后重载运行。五、参数调试操作面板参数设置在进行设备通讯之前，必须对变频器的相关参数进行设置，首先在a7np卡上设置网络节点地址，必须要与step 7硬件组态中设置的地址完全一致，这个设置主要通过a7np上sw3,sw1的两个旋钮开关来调节的，另外其他主要参数设置如表1所示 ，它们是在fr-a740的操作面板设置的。六、维护工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为055，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不

15、允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫的固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器

16、件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护，但是，如果输入端高电压作用时间长，会使变频器输入端损坏。因此，在实际运用中，要核实变频器的输入电压、单相还是三相变频器使用额定电压。特别是电源

17、电压极不稳定时要有稳压设备，否则会造成严重后果。防雷。在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏 。但在实际工作中，特别是电源线架空引入的情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区，这一问题尤为重要，如果电源是架空进线，在进线处装设变频专用避雷器(选件，或有按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。实践表明，这一方法基本上能够有效解决雷击问题。小结： 总之，在设计、安装、使用变频器时一定要遵从变频器使用说明书的指导。 各电气设计人员，现场电气调试人员可以在此基础上完善此变频器参考。结束语：随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其在机械设备的调速领域中