变频器的组装工作原理安装讲义

1、一冶 李勇,变频器的组装、工作原理、安装与调试,变频调速是现代高新技术的综合应用，它是调速传动历史的一次飞跃。 1 调速传动的意义 11机械在启动时，根据不同的要求需有不同的启动时间，这样就要求有不同的启动速度相配合。 12 机械在停止时，由于转动惯量的不等，所以自由停车时间也各不相同，为了达到人们所需求的停车时间，就必须在停车时采取一些调速措施，以满足对停车时间的要求。 13机械在运行当中，根据不同的情况也要求调速，例 风机、泵类机械为了节能，根据负载轻重进行调速。,变频调速的原理,根据异步电动机的转速表达式 n=60f1(1-s)/p 改变笼型异步电动机的供电频率，也就是改变电动机的同步转

2、数n，就可以实现调速。这就是变频调速的基本工作原理。,表面上看，只要改变定子电压的频率f1就可以调节转速的大小了，但是事实上只改变f1并不能调速，而且可能会引起电动机过电流烧毁。为什么？这是由异步电动机的特性决定的。现从基速以下和基速以上两种情况进行分析。,基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速,为什么要恒磁通变频调速：恒磁通变频调速实际上就是调速时要保证电动机的电磁转距恒定不变。这时因为电磁转距与磁通成正比的。 如果磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转距就小，电动机的负载能力下降，要想负载能力恒定就得加大转子电流，这样就会引起电动机过电流发热而烧毁。 如果磁通太强，电动机处于过励磁状

3、态，使励磁电流过大，同样会引起电动机过电流发热。所以变频调速一定要保持磁通恒定。,怎样才能做到变频调速时磁通恒定：根据公式E=4.44NF，每极磁通的值是由E和F共同决定的，对E和F进行适当控制，就可以使气隙磁通保持额定值不变。由于4.44NF对于某一电动机来讲是一个固定常数，所以只要保持E/F= const，即保持电动势与频率之比为常数进行控制。,但是，E难以直接检测和直接控制。当E和F的值较高时，定子的漏阻抗压降相对较小，若忽略不计，即可认为U和E是相等的，这样则可近似地保持定子电压U和频率F的比值为常数。这就是恒压频比控制方程式，即 U/F=const,当频率较低时，U和E都变得很小，此

4、时定子电流却基本不变，所以定子的阻抗电压降相对此时的U来说是不能忽略，我们可以想办法在低速时人为地提高定子电压U以补偿定子的阻抗压降的影响，使气隙磁通保持额定值不变。,由上面讨论可知，笼型异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率提供的供电电源（即VVVF调速控制） 基频以上恒功率（恒电压）变频调速 恒功率变频调速又称为弱磁通变频调速。,这时考虑由基频 F1n开始向上调速的情况，频率由额定值F1n向上增大，如果按照u1/fi=const的规律控制，电压也必须由额定值U1n向上增大，但是实际额定电压U1n受限不能升高，只能保持U1=U1n不变。根据公式E1=4.44N1F11

5、分析主磁通1随着f1的上升而减小，这与直流电动机弱磁升速的情况一样，属于近似的恒功率调速方式。,证明如下： 在f1f1n、 U1U1n，E1=4.44f1N11, 可近似为U14.44f1N11 可见，随f1的升高，即转速升高，1增大，主磁通1必须相应下降，才能保持电压恒定。 也就是说，随着转速的提高，要使电压恒定，磁通就自然下降，当转子电流不变时，其电磁转距就会减小，而电磁功率却保持恒定不变。,电力电子器件,电力电子器件的发展 电力电子器件是由半导体器件发展而来。1950年半导体问世以来，它从两个分支迅猛发展：一是以集成电路为核心的微电子集成器件；另一个是以大功率半导体器件为核心的电力电子器

6、件。前者单元器件功率越来越小，后者功率越来越大。前者已发展成为智能化的控制单元；后者也发展成为对电能交换与传输的功率单元；,电力电子器件的分类,根据器件开关特性可分为半控性器件和全控性器件； 通过门极信号只能控制其导通而不能控制其关断，称为半控型。 通过门极信号即能控制其导通又能控制其关断，称为全控型。,根据半导体器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，可分为单极型、双极型和混合型三种类型。 单极型只有一种载流子参与导电，是电压控制型，具有控制功率小、驱动电路简单、工作频率高、无二次击穿问题、安全工作区宽等显著特点，缺点通态压降大、导通损耗大。,双极型两种载流子都参与导电，多数属于电流控制

7、型，导通损耗小是显著优点；控制功率大、驱动电路复杂、工作频率较低、有二次击穿问题是缺点。 混合型事实上取两者所长而制成的一类新型器件。利用双极型器件作为它的输出级，而利用单极型器件作为它的输入级，所得到的复合型器件发扬了两者的优点，弃掉两者缺点，成为一代新型的场控复合器件，其典型代表就是IGBT、IGCT。,根据控制极信号的不同性质，可分为电流控制型和电压控制型 电流控制型一般通过从控制极注入或抽出控制电流的方式来实现对导通或关断的控制； 电压控制型是指利用场控原理控制的电力电子器件，其导通或关断是由控制极上的电压信号控制的，控制功率极小。,BJT是电流控制型器件，除高耐压、大电流特点外，与晶

8、闸管相比，还具有开关速度快、驱动电路简单、放大系数高、可靠性高、功耗低、成本低等优点。主要应用于电动机控制、不间断电源等领域。 IGBT绝缘栅双极型晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor） 由于BJT是电流控制型器件，对基极驱动功率要求高，常常会因驱动功率、关断时间、开关损耗等问题引起器件损坏，更还有二次击穿的特出问题。,变频器,变频器的发展 各行各业的生产都离不开电动机，而结构简单、价格便宜的异步电动机被广泛采用，对异步电动机调速控制又是控制技术的核心，回顾历史，异步电动机调速经历了三个阶段。,继电器开环控制阶段,这个阶段经历50年左右，自从有了交流电后，

9、用接触器控制电机，并逐步采用各种中间继电器、时间继电器、计数继电器实现开环的自动控制，也就是运动控制的初级阶段。这种控制很难满足现代化生产的高效低耗的要求。对应用最广的笼型异步电动机，起动电流大，起动转矩小，既冲击电网，又不能调速。,SCR 闭环控制阶段,该阶段经历了20年左右，自从晶闸管SCR出现后，异步电动机调速控制迈了一大步，对笼型异步电动机来说，采用对晶闸管的移相，可以实现调压调速，但必须是闭环控制，才能得到理想的调速性能。,变频器控制阶段,该阶段只有15年左右的时间，经历了以下几个过程：第一个是交-交变频；采用晶闸管直接变工频电流为可调的低于1/2工频频率电流的电源。第二个是交-直-

10、交变频；主要采用逆变器，控制技术PWM脉宽调制。第三个是逆变器为IGBT，并采用了32位微机矢量控制。进入了真正的运动控制阶段。,变频器技术发展动向,1、主电路逐步向集成化、高频化和高效率发展 1）集成化主要措施是把功率元件、保护元件、驱动元件、检测元件进行大规模的集成，变为一个IPM的智能电力模块，体积小，可靠性高、价格低。 2）高频化主要是开发高性能的IGBT产品，提高其开关频率，目前开关频率已提高到10-15KHZ。基本上消除了电动机运行时的噪声。,3）提高效率的主要办法是减少开关元件的发热损耗，通过降低IGBT的集电极射极间的饱和电压来实现，其次，用不近二级管整流采取各种措施设法使功率

11、因数增加到1。现又开发一种新型的采用PWM控制方式的自换相变流器，已成功地用作变频器中的网侧变流器，电路结构与逆变器完全相同，每个桥臂均由一个自关断器件和一个二级管并联组成。其特点是：直接输出电压连续可调，输入电流网侧电流）波形基本为正弦，功率因数可保持为1，并且能量可以双向流动,2、控制量由模拟量向数字量发展,由变频器供电的调速系统是一个快速系统，在使用数字控制时要求的采样频率较高，通常高于1KHZ，常需要完成复杂的操作控制、数学运算和逻辑判断，所以要求单片机具有较大的存储容量和较强的实时处理能力。前段时间，较为流行的方案是采用数片单片机来构成一个功能较强的全数字控制器。实用中单片机的数量常

12、根据具体任务而定。,2控制量由模拟量向数字量发展,全数字控制方式，使信息处理能力大幅度地增强。采用模拟控制方式无法实现的复杂控制在今天都已成为现实，使可靠性、可操作性、可维修性，即所谓的RAS功能得以充实。微机和大规模集成电路的引入，对于变频器的通用化起到了决定性的作用。 全数字控制具有如下特点： 1）精度高：数字计算机的精度与字长有关，变频器中使用16位乃至32位微机作为控制机，精度在不断提高。 2）稳定性好：由于控制信息为数字量，不会随时间发生漂移。与模拟控制不同，它一般不会随温度和环境条件发生变化。 3）可靠性高：微机有用大规模集成电路，系统中的硬件电路数量大为减少，相应的故障率也大大降

13、低了。,2控制量由模拟量向数字量发展,4）灵活性好：系统中硬件向标准化、集成化方向发展，可以在尽可能少的硬件支持下，由软件去完成复杂的控制功能。适当地修改软件，就可以改变系统的功能或提高其性能。 5）存储容量大：存储容量大，存放时间几乎不受限制，这是模拟系统不能比拟的。利用这一特点可在存储器中存放大量的数据或表格。利用查表法简化计算，提高运算速度。 6）逻辑运算能力强：容易实现自诊断、故障记录、故障寻找等功能，使变频装置可靠性、可使用性、可维修性大大提高。,3向多功能化和高性能化发展,多功能化和高性能化电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向化发展。特别是微机的应用，

14、以其简单的硬件结构和丰富的软件功能，为变频器多功能化和高性能提供了可靠的保证。 正是由于全数字控制技术的实现，并且运算速度不断提高，使得通用变频器的性能不断提高，功能不断增加。目前出现了一类“多控制方式”通用变频器，例如安川公司的VS616-G5变频器就有：1、无PG（速度传感器）U/F控制；2、有PGU/F控制；3、无PG矢量控制；4、有PG矢量控制等4种控制方式。通过控制面板，可以庙宇即选择）上述4种控制方式中的一种，以满足用户的需要。还有一种所谓的“工程型”高性能变频器，完善的软件功能和规范的通信协议，使它对自身可实现灵活的“系统组态”，对上级控制系统可实现“现场总线控制”，它特别适合在

15、现代计算机控制系统中作为传动执行机构。,4向大容量化和高压化发展,对一些大型生产机械的主传动。直流电动机在容量等级方面已接近极限值，采用直流调速方案无论在设计和制造上都已十分困难。某些大容量高速传动，过去只能采用增整齿轮或是直接以汽轮机传动，噪声大，效率低，占地面积大。特大容量交流传动装置的发展，填补了这方面的空白。,5向小型化发展,小型化技术在通用变频器产品上已取得很大成绩。现进一步要在伺服控制型变频器上推进，具体的做法如下。 1、器和伺服电路的小型化技术：实现小型化的关键是冷却技术，冷却风扇原来一直是用铝铸造，从冷却效率的观点来看，采用铆焊和压接较好，此外，部件的集成技术和高密谋贴装技术对

16、小型化有很大贡献。支架等部件的贴装技术和系统的LSI化是未来研究的重要的课题。 2、电动机的微型化：伺服电动机达到元损耗并微型化是研究的重要课题。为使伺服电动机实现微型化需解决如下技术问题：1）采用稀土类永久磁铁；2）线圈下线工艺的改进；3）用高热传导树脂进行浇注的冷却技术。若解决了上述技术问题，电动机和体积将减小为原来的1/3，从而实现微型化。,6向系统化发展,在实现了通用变频器的多功能和伺服型变频器的高速响应后，要求进一步考虑变频器与系统或网络的的连接，例如要求变频器和上位控制的可编程序控制器（PLC）通过串行通信连接的系统化课题。 一般通用变频器装备有带RS-485的标准功能，此外还通过

17、专用的开放总结方式运行，开放总线可适用于不同行业和地区，连接和使用非常简便。 由于伺服型变频器的信号高速响应能力强，故它与PLC可进行高速的串行通信。该总线由25MHZ、3V系统进行驱动，而耐噪声能力强，非常有利于伺服系统的高速控制。,交流变频系统的基本形式,从交流变频调速的系统结构上来分可以分为交-交直接变频系统和交-直-交间接变频系统。 1交-交变频系统 交-交变频系统是一种可直接将某固定频率交流变换成可调整频率交流的电路系统，无需中间直流环节，与交-直-交间接变频相比，提高了系统变换效率。又由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸科元件上承受的是交流电压，故可采用电网电压自然换流，无需强

18、迫换流装置，简化了变频器主电路结构，提高了换流能力。,交-交变频电路广泛应用于大功率低转速的交流电动机调速传动，交流励磁变速发电机的励磁电源等。实际使用的交-交变频器多为三相输入-三相输出电路，但其基础是三相输入-单相输出电路，因此首先介绍单相输出电路的工作原理、触发控制、输入、输出特性等；然后介绍三相输出电路结构。,1、三相输入-单相输出的交-交变频电路,（1）基本工作原理。三相输入-单相输出的交-交变频器原理如图所示。它是由两组反并联的三相晶闸可控整流桥和单相负载组成。 （2）工作状态。三相-单相正弦型交-交变频电路如图所示，它由两个三相桥式可控整流电路构成。,2、三相输入-三相输出的交-

19、交变频电路,三相输出交-交变频电路由3个输出电压相位互差120的单相输出交-交变频电路按照一定方式连接而成，主要用于低速、大功率交流电动机变频调速传动。,交-直-交变频系统,在交-直-交变频调速系统中。变频器有3种主要结构形式。 1）用可控整流器调压如图所示，这种装置结构简单，控制方便，但是，由于输入环节采用可控整流器，当电压或转速调得较低时，电网端的功率因数较低；输出环节多采用由功率开关元件组成的三相六拍逆变器（每周换流6次），输出的谐波较大，这是该种调压控制方法的缺点。,2）用不可控整流器整流，斩波器调压如图所示，这种调压控制方法是在主回路增调的斩波器上用脉宽调压，而整流环节采用二极管不可

20、控整流器。这样显然多增加了一个功率环节，但输入功率因数高，克服了前种方法的一个缺点，而逆变器输出信号的谐波仍较大。,3）用不可控整流器整流，PWM型逆变器调压如图所示，在这种控制方法中，由于采用不可控整流器整流，故输入功率因数高；采用PWM型逆变器则输出谐波可以减少。这样，前两种调压控制方法中存在的缺点问题都解决了。谐波能减少的程度取决于功率开关元件的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制，如果仍采用普通功率开关元件，其开关频率比六拍逆变器也高不了多少。只有采用可控关断的全控式功率开关元件以后，开关频率才得以大大提高，逆变器的输出波形几乎是正弦波，因此成为当前被采用的一种调压控制方法。,3

21、）用不可控整流器整流，PWM型逆变器调压如图所示，在这种控制方法中，由于采用不可控整流器整流，故输入功率因数高；采用PWM型逆变器则输出谐波可以减少。这样，前两种调压控制方法中存在的缺点问题都解决了。谐波能减少的程度取决于功率开关元件的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制，如果仍采用普通功率开关元件，其开关频率比六拍逆变器也高不了多少。只有采用可控关断的全控式功率开关元件以后，开关频率才得以大大提高，逆变器的输出波形几乎是正弦波，因此成为当前被采用的一种调压控制方法。,33变频器的构成,异步电动机用变频器调速运转时的结构图如图所示。通常由变频器主电路（IGBT、BJT、或GTO做逆变元件

22、）给异步电动机提供调压调频电源。此电源输出的电压或电流及频率，由控制回路的控制指令进行控制，而控制指令则根据外部的运转指令进行运算获得。对于需要更精密速度或快速响应的场合，运算还应包含由变频器主电路和传动系统检测出来的信号和保护电路信号，即防止因变频器主电路的过电压、过电流引起的损坏外，还应保护异步电动机及传动系统等。,331主电路 给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。图示出了典型的电压逆变器的例子，其主电路由三部分构成。将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆变时产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。另外，异步电动机需要制动时

23、，有时要附加“制动回路”。,1、整流器 最近大量使用的是二极管的变流器，如图所示，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。 2、平波回路 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉运电压，此外逆变流器产生的脉运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，如果电源和主电路的构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。,3、逆变器 同整流器相反，逆变器的作用是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，根据PWM控制信号使6个开关器件导通、关断，就可以得到三相频率可变的交流输出。 4、

24、制动回路 异步电动机在再生制动区域使用时（转差率为负），再生能量储存于平波回路电容器中，使直流电压升高，一般说来，由机械系统（含电动机）惯量积蓄的能量比电容能储存的能量大，需要快速制动时，可用可逆变流器向电源反馈或设置制动回路（开关和电阻）把再生功率消耗掉，以免直流电路电压上升。,332控制电路,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，称为控制电路。如图所示，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”。,在图点划线内，仅以控制电路A

25、部分构成控制电路时，无速度检测电路，为开环控制。在控制电路B部分增加了速度检测电路，即增加了速度指令，可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。 控制电路主要包括： 1、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。 2、电压/电流检测电路 与主回路电位隔离，检测电压、电流等。,3、驱动电路 为驱动主电路器件的电路。它使主电路器件导通、关断。 4、速度检测电路 以装在异步电动机轴上的速度检测器（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。 5、保护电路 检测主电路的电压、电流等，当发生过载

26、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。,保护回路主要包括： （1）逆变器保护 1）瞬时过电流保护。由于逆变器负载侧短路等，流过逆变器件的电流达到异常值（超过容许值）时，瞬时停止逆变器运转，切断电流。变流器的输出电流达到异常值，也同样停止逆变器运转。,2）过载保护。逆变器输出电流超过额定值，且持续流通达规定的时间以上，为了防止逆变器器件、线路等损坏要停止运转。恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或者电子热保护（使用电子电路）。过负载是由于负载的GD（惯性）达大或因负载过大使电动机堵转而产生的。 3）再生过电压保护，采用逆变器使电动机快速减速时，由

27、于再生功率直流电路电压将升高，有时超过容许值，可以采限停止逆变器运转或停止快速减速的办法，防止过电压。,4）瞬时停电保护。对于数毫秒以内的瞬时停电，控制电路工作正常。但瞬时停电时间在10MS以上时，通常会使控制电路误动作，主电路也不能供电，所以检出后使逆变器停止运转。 5）接地过电流保护。逆变器负载侧接地时，为了保护逆变器，有时要有接地过电流保护功能。但为了确保人身安全，需要装设漏电断路器。 6）冷却风机异常。有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上升，因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器，检出异常后停止逆变器。,（2）异步电动机的保护 1）过载保护。过载检出装置与逆变器保护共用，但

28、考虑低速运转的过热时，在异步电动机内埋入温度检出器，或者利用装在逆变器内的电子热保护来检出过热。动作频繁时，可以考虑减轻电动机负载、增加电动机及逆变器容量等。 2）超频（超速）保护。逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停止逆变器运转。,3）其他保护 1）防止失速过电流。急加速时，如果异步电动机跟踪迟缓，则过电流保护电路动作，运转就不能继续进行（失速）。所以，在负载电流减小之前要进行控制，抑制频率上升或使频率下降。对于恒速运转中的过电流，也进行同样的控制。 2）防止失速再生过电压。减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升，为了防止再生过电压保护电路动作，在直流电压下降之前要进行控制

29、，抑制频率下降，防止失速再生过电压。,34通用变频器的分类,这里主要就交-直-交间接式变频器按不同角度进行如下分类。 341按直流电源的性质分类 当逆变器输出侧的负载为交流电动机时，在负载和直流电源之间将有无功功率的交换。用于缓冲无功功率的中间直流环节的储能元件可以是电容或是电感，据此，变频器分成电压型变频器和电流型变频器两大类。 电流型变频器 电压型变频器,61变频器的选择,变频器发展十分迅速，应用日渐广泛，利用变频器传动异步电动机所构成的调速控制系统，越来越发挥出巨大的作用。由于应用领域十分广阔，生产厂家为了争取和占领市场，展开了技术上的竞争。近十几年来国内外各大公司的产品都已经改型换代，

30、使变频器的性能和功能不断地提高和充实。由于市场上变频器种类繁多，如何进行选择就成了必须掌握的基本知识。下面从用途、电压、容量3个方面就如何用最少的钱选择最适用的变频器进行叙述。,1、根据使用变频器的用途目的来选择不同类型的变频器 变频器在工业、农业、交通以及居民生活领域都已普遍采用，并达到了不同的设计目的，取得了相应的效益。主要效益表现在：节能、提高生产率、提高产品性能、提高生产线的自动化和改善适用环境等方面。如果只是为了实现水泵、风机空载时达到节能的目的就可选用简易型的变频器。如果为了产品质量要求动态响应快的系统，就要选择高性能的具有矢量控制功能的变频器。如果使用环境中存在危险气体的话还要选

31、择防爆变频器。目前各产厂家的各类型变频器其功能都基本类似，选择功能齐全的变频器，只要改变变频器的参数都能满足不同的要求，不过建议用户还是从实际出发，选择满足要求的变频器即可，不需要追求性能完美、功能齐全、价格昂贵的变频器，这样做的目的一方面是为了节约资金，另一方面故障的发生率也较低。,2、根据使用电压来选择变频器 从整体上来讲，变频器分低压变频器和高压变频器，低压变频器分为单相220V，三相380V，三相660V，三相1140V。高压（国际上作中压）变频器分为，3KV、6KV和10KV三种，如果采用共用直流母线逆变器，则要选择直流电压，其等级有24V、48V、110V、200V、500V、10

32、00V等。,3、根据要驱动电动机的容量和数量来选择变频器 本节只叙述低压变频器容量的选择。 变频器作为电动机的供电电源时，最好要有较大的容量，此时允许电动机像工频供电那样可以直接起动（在变频器的输出侧通断电动机）。然而，考虑到变频器的经济性及尺寸大小等因素，过度地提高变频器的容量是不经济的。 优化选择变频器容量，可保证其无故障完成驱动电动机操作，但首先要清楚以下内容。,（1）什么是变频器的容量。变频器的容量就是驱动电动机的容量。可以从操作方法决定的能量流动流动变化情况进行理解，能量流动变化有以下两种情况。,1）加速或恒速运行时。变频器的功能是输出电流，也就是变频器能够给电动机提供电流。变频器这

33、种输出电流的功效可以由额定输出电流或过载能力来表示。 2）减速运行时。由于变频器在减速运行时其驱动的电动机具备了发电机的功能，此时能量的流动是从电动机流向变频器，同变频器的加速或恒速运行相反，变频器的作用是要接收这些能量。 减速时，电动机负载返回的部分能量由电动机消耗，而其余部分由变频器消耗。另外，由于这些返回的能量使变频器中滤波电容的端电压升高，当电压升到某一特定值时，就会产生再生能量消耗或能量返回供电电源侧。,（2）变频器容量选择。变频器的容量应该与其驱动的电动机容量相匹配，另外变频器容量的选择还要依据负载特性、操作方法等情况来决定。,1）电动机容量：应该清楚一点，那就是变频器驱动的电动机

34、，其V/F控制的输出扭矩，在低频区时要比工频驱动电动机的扭矩小，同时也会使电动机的温度升高。因此，变频器的容量要大于电动机的容量。 根据电动机的容量或驱动电动机的数量进行变频器容量选择时，首先要满足电动机电流的总数不大于变频器的额定电流。 2）操作方法：单个变频器可以驱动两个以上的电动机，但由于操作方法的不同，可能会需要极大容量的变频器，这样做很不经济，也会由于操作类型的变化，使容量选择出错。对于磁通矢量控制方式，单个变频器只能驱动1个电动机，如果变频器驱动多台电动机，必须选择V/F控制方式。,注意： 第一，不要仅根据电动机的容量（KW）来选择变频器的容量，还要根据式（6-2）来选择，该式是基

35、于电动机的额定电流而确定的。 原因：如果变频器和电动机容量（KW）相同，电动机极数的增加会降低效率和电动机的功率因数，这样电动机的额定电流要加大。 对于标准的2、4及6极电动机，按“KW”来选择变频器是非常勉强的。 第二，大于变频器容量的电动机是肯定不能使用的。 当单个变频器并联操作两个及两个以上电动机时，如图所示 注意：当两个或两个以上电动机并联运行时，变频器的电子过电流保护功能不能用来保护电动机。变频器输出侧的各电动机要安装热保护继电器。而且当电动机继续低速运转时，热继电器也不能很好地保护电动机，应该在各电动机上安装温度检测器，用它来保护电动机。,当顺次起动两个以上电动机时： 例假设4个电

36、动机顺次起动，如图所示，当最后一个电动机起动的同时，其他3个电动机已经起动运行，此时，电动机的电流为最大。电动机起动时，电动机电流是其额定电流的68倍多。 注意：当变频器的输出侧有1个电动机通断时，或有1个电动机输出轴由离合器开关时，变频器的容量选择可按上述顺次起动操作的公式来进行，即：把电动机运行电流当作零，仅用电动机通断的起动电流来确定变频器的容量。,3）操作模式。当有减速的时间限定时，不要仅依据电动机容量来确定变频器的容量（基于动机的电流的选择）。变频器的选择必须要满足预定的加减速时间的要求。例如，变频器在提升机及短时间加速速交替运行的场合，必须要增加其容量，在这种情况下，进行变频器选择

37、之前，总是要完成充分的审查。 例如：变频器是否应用在突然加减速或周期操作的场合。如机床、电车；变频器是否应用在提升机的场合。,62变频器的安装,本节主要论述关于变频器的安装环境和运行条件对其可靠性及寿命的影响，同时也论述变频器的连线方法。 1、安装的环境与条件 （1）变频器的可靠性与温度。变频器的可靠性在很大程度上取决于温度。由于变频器的错误安装或不合适的固定方式，会使变频器产生温升，从而使周围温度升高，这可能导致变频器出现故障或损坏等意外事故。产生事故的原因有如下因素：,配电柜内变频器发热 配电柜内散热效果不好 （配电柜尺寸通风不足等） 周围温度升高 变频器通风路径狭窄 变频器安放位置不对

38、变频器附近装有热源 变频器安放方向不对 变频器温度升高 变频器上方空间过小 变频器风扇出现故障,（2）周围温度。变频器的周围温度指的是变频器端面附近的温度。 1）测量温度的位置如图所示 2）允许温度范围在-10 50之间（温度过高或过低将产生故障）。 3）配电柜内的温度小于50时，对于全封闭的变频器，其周围温度要小于40。 （3）变频器产生的热量。变频器产生的热量取决于变频器的容量及其驱动电动机的负载。 配电柜内同变频器一起安装使用的选件、功率改善电抗器（FRBEL）及制动单元（包括制动电阻）也会产生热量。在进行配电柜设计时，必须要给予考虑。 把变频器散热器安装在配电柜外面，会使柜内产生的热量

39、大大地减少。,（4）配电柜的散热及通风情况。在配电柜内安装变频器时，要注意它和通风扇的位置。配电柜中的两个以上的变频器安放位置不正确时，会使通风效果变差，从而导致周围温度升高。 （5）放电电阻的安装。当使用BU制动单元或外部安装高性能制动电阻时，必须要采取措施充分地散掉电阻产生的热量。由于电阻器为发热器件，因此要考虑散热技术的应用。 在这种情况下，建议在配电柜外面安装放电电阻。,（6）变频器的安装方向。如果变频器安装方向不正确，其热量不能适当地散去会使变频器温度升高（控制电路印制线路板部分没有冷却风扇冷却）。变频器的安装方向如图如示。 （7）污垢防护结构。为了在容易积聚灰尘和污垢的地方使用变频

40、器，就安装封闭变频器通风口的污垢防护附件，从而使变频器具有污垢防护功能。变频器工作环境温度范围在-1040，因此最大环境工作温度要低于标准类型温度10。 即使是安装污垢防护结构变频器也不能在油雾环境下运行。在这种情况下，应在油雾防护配电柜中安装标准变频器。,（8）在配电柜中安装变频器的注意事项。 1）防灰尘、污垢、油雾：灰尘污垢将导致触点产生误动作故障，由于灰尘污垢的积聚引起绝缘性能降低，温气的吸收导致冷却效果的降低，过滤网阻塞也会使配电柜内温度升高。并且，在功率传导线路上由于灰尘和污垢和积聚也会导致误动作故障，从而使绝缘恶化及短路。 变频器安装在灰尘防护结构配电柜中，如果配电柜温度升高，应采

41、取相应措施。 强制空气引入，强制清洁空气进入配电柜内，提供负压。,2）腐蚀气体和来源于含盐气体的损坏：如果变频器暴露在腐蚀气体或含盐气体（如海风）中，其线路板，各部件及继电器开关将会受到腐蚀，在这种情况下。应采取防灰尘、污垢及油雾措施。 3）易爆、易燃气体：由于变频器不是防爆结构的设备，因而必须安装在防爆配电柜中。如果变频器在充满易爆气体或灰尘从而可能引起爆炸的场合中使用时，必须要符合规格标准并通过质量检验，由于配电柜价格昂贵，检验费用也较高，因此变频器最好安装在无危险的场所。 4）海拔高度：应在海拔高度小于1000M的场合使用变频器，否则，会因空气稀薄而使变频器的冷却效果变差。,5）振动冲击

42、：变频器的振动能力应符合JISC0911标准，即在振幅为1MM时，1055HZ的振动加速度为5.9，如果振动或冲击小于该特定值，而振动时间很长，机械部件可能会松动或接触器可能产生误动作。 特别振动反复进行时，应安装防振支架。 措施： 配电柜内安装橡皮防振绝缘设施； 加固配电柜，防止共振； 配电柜应安放在远离振动源的场所。,2、变频器配线(动力与控制分开) （1）控制电路配线 1）输入端的连接 2)输出端的接线 (2) 主回路接线 输入与输出严禁接反 (3) I/O电缆的配线长度. 电缆长度由于I/O端子的不同而受到限制.控制信号为光电隔离的输入信号,可改善噪声阻抗,但模拟信号没有隔离.因此,频

43、率设定信号应小心配线,且对应测量,从而使配线最大限度地缩短,以便不受外部噪声的影响.,63变频器的调试,1、通电前的检查 根据连线图（以运转程序的设计为基础）在正确地实施接线后，应通电前进行下列检查。 （1）外观、构造检查 1）逆变器的型号是否有误。 2）安装环境有无问题（如是否存在有害气体、温度、粉尘等）。 3）装置有无脱落、破损的情况。 4）螺钉、螺母是否松动，插接件的插入是否到位。 5）电缆直径、种类是否合适。 6）主回路、控制回路和其他的电气连接有无松动的情况。 7）接地是否可靠。 8）有无下列接线错误。 输出端子是否误码接了电源线。 制动单元用端子是否误接了制动单元放电电阻以外的线。

44、 屏蔽的屏蔽部分是否按使用说明书所述进行了正确的连接。 （2）绝缘电阻表检查。全部外部端子与接地端子间用500V绝缘电阻表测量是否在100M以上？ 主回路电源电压是否在容许电源电压值以内。,6.3.2 变频调速系统调试工艺流程,设计图纸审查、修正 线路校正 绝缘检查 马达检查 各设备接地检查 变频器检查 变频器上电 变频器参数设置 变频器空载运行（参数调整） 变频器负载运行（参数调整） 调试记录,6.4.1 设计图纸审查、修正: 结合变频器技术资料及工艺控制要求, 审查设计图纸是否满足要求，不满足则提出修改方案。 6.4.2 线路校正: 各种变频器都有其标准的接线方式，这些接线规定与发挥变频器

45、的功能有紧密的关系，调试时要严格按照说明书的规定接线，并根据设计图纸、变频器使用说明书进行线路校正，确保线路100%正确，保证“清洁、紧密、绝缘、间距、接地”要求。变频器的接线主要有两个方面：其一为强电接线，包括主电路电源、电动机及制动电阻（有些没有）的连接，其二为控制电路接线，利用其接线端的信号控制，完成变频器的控制功能和显示等。,6.4.3 绝缘检查: 用兆欧表检查线路和马达绝缘，根据GB50150-2006标准24.0.1规定，1kV及以下电压等级配电装置和馈电线路的绝缘电阻值不应低于0.5M；根据GB50150-2006标准6.0.2规定，额定电压为1000V以下的电机，常温下绝缘电阻

46、值不应低于0.5M。通常不允许直接用兆欧表测试变频装置电源输入输出端相间及对地绝缘电阻。 6.4.4 马达检查:包括型号、功率是否满足设计及工艺要求、额定电压、绕组接法及极性、额定频率范围是否正确，绝缘电阻测试、直流电阻测量（100KW以上马达）。,6.4.5 各设备接地检查:用接地电阻测试仪测量各接地系统的接地电阻值，一般配电系统接地电阻值4，特殊要求的按其规定标准。如果该项在供电系统调试时已做，则只检查各设备是否按规范牢靠接地。 6.4.6 变频器检查: 包括变频器外观检查，看有没有机械损伤；变频器铭牌资料核对，看是否满足设计及工艺要求；查看出厂日期，看变频器中间直流环节电容器是否需要预充

47、电。 6.4.7 变频器参数设置：不同厂家、不同型号、不同工艺要求和控制方式，变频器参数设置就不尽相同，要根据调试手册针对具体情况进行正确的变频器参数设置。下面以西门子6SE7085系列变频器为例进行说明。 变频器参数设置可通过四种方式进行：1、PMU（变频器面板）2、OPIS（手持式编辑器）3、RS485串行接口（带SIMOVIS编程软件的PC机）4、现场总线接口（PROFIBUS DP接口）,变频器系统参数设置步骤： 选 择 “系统设置”菜 单 输出 滤波器0=没有输出 滤波器 1=有正 弦滤波器 2=有 d v/d t滤 波器 装置输入电压 VAC装置：交 流电压有效值DC装置： DC母

48、线电压 电机型式10：异步电机IEC（ 国 际标准） P095=10,12,13 P095=11 11：异步电机 NEMA（美国标准） 12：他激同步电机（特殊应用） 13：永磁同步电机（特殊应用）,P060=5,P068=,P071=,P095=,开环/闭环控制型式 0：v/f控制+速度控制 1：v/f控制 2: v/f控制(纺织工业用) 3：无测速机的速度控制（f控制） 4：有测速机的速度控制（n控制） 5：转矩控制（M控制） 注意：如果电机额定功率超过200KW，应选用矢量控制方式之一（P1002） 电机额定电压V（按铭牌） 电机额定电流A（按铭牌） （成组传动：所有电机电流之和） 电机

49、励磁电流（按电机额定电流的%输入），如果此值未知，设P103=0，当你离开系统设置，此值自动计算（见r119）。,P100=,P101=,P102=,P103=,IEC电机：Cos(phi)按铭牌 NEMA电机：额定功率Hp(成组传动：所有功率之和) NEMA电机：按铭牌输入电机效率% 电机额定频率Hz（按铭牌） 电机额定转速rpm（按铭牌） 电机极对数（如改变P107和P108，则自动计算,P104=,P105=,P106=,P107=,P108=,P109=,电机额定转矩Nm 按铭牌或电机目录（仅用于过程数据和只读参数规格化） 闭环控制相关步骤的条件 0：标准应用系统（例如：泵） 1：大钮

50、矩，齿轮传动，大惯量系统（例如：纸机） 2：快速加速系统（没有负载）（例如：剪切机） 3：高强度冲击系统（例如：轧钢传动） 4：低速运行时具有平滑特性的系统 5：具有最小灵敏度要求的系统，可在经常不满载运行时具有最佳效率 6：大启动转矩系统 计算电机模型“自动参数设置”,P113=,P104=,P115=1,电机编码器的选择 10：无电机编码器 11：脉冲编码器 12：带控制通道的脉冲编码器 13：模拟输入1 14：模拟输入2 15：带零通道的脉冲编码器 16：带零通道和控制通道的脉冲编码器 脉冲编码器每转的脉冲数 P100=0，1，2 P330= 特性 0：线性（恒转矩传动） 1：抛物线特性

51、（风机/泵）,P130=1,P151=,P330=,释放脉冲波前缘调制系统（FLM） 0：所有系统 Q/YY J74003XXXX 1：从60Hz开始的脉冲波边缘调制系统 P340= 2：从100Hz开始的脉冲波边缘调制系统 3：无脉冲波边缘调制系统 4：过调制的空间矢量调制 脉冲频率kHz 在异步的空间矢量调制下的脉冲频率 注意：-可调范围决定于变频器/逆变器 -脉冲频率的提高导致最大输出电流的减小 所有电流量的参考值A （用于电流限制及电流设定值和电流实际值的标称量）,P339=1,P340=1,P350=1,所有电压量的参考值V （用于电压限制及电压设定值和电压实际值的标称量） 所有频率

52、量的参考值Hz （用于频率限制及频率设定值和频率实际值的标称量） 所有转速量的参考值1/min （用于转速限制及转速设定值和转速实际值的标称量） 所有转矩量的参考值Nm （用于转矩限制及转矩设定值和转矩实际值的标称量） 采样时间T0ms 采样时间T0用于确定所有功能的计算频率 采样时间T1T9是采样时间T0的倍数 注意:在同时激活几个功能块时,一个很短的采样时间T0将导致计算时间过载!,P351=1,P352=1,P353=1,P354=1,P357=1,系统的电机保护按照UL规定? 电机温度通过电机电流来计算。 （在预整定时，电机过载保护按UL规定给予激活！） 用于输出警告A023“电机过热

53、”的电机温度 用于输出故障F020“电机过热”的电机温度 电机冷却 0：自然风冷 1：强迫风冷 电机发热时间常数s 电机负载限制1300%,希望 希望电机有保护吗?,P380=1,P381=1,P382=1,P384.0.2=1,P383=1,P384.0.2=1,yes,正向旋转时最大频率或速度% 数值参考P352（参考频率）和P353（参考转速） 反向旋转时最大频率或速度% 数值参考P352（参考频率）和P353（参考转速） 回到参数菜单 注意：当退出“系统设置菜单”时，输入的参数值将被检验是否合理，不合理的参数设置导致故障，错误的设定参数被写入参数r949(故障值) 最大输出电流A 从静

54、止加速到参考频率（P352）的时间,P452=1,P453=1,P060=11,P128=1,P462=1,加速时间P462的单位 0=秒 1=分 2=小时 从参考频率（P352）减速到静止的时间 减速时间P464的单位 0=秒 1=分 2=小时,P463=1,P464=1,P465=1,正弦波滤波器或 同步电机 1,计算电机模型“静止状态电机辨识” 注意：电流流过电机且转子转动！ 在按下“”键后，出现警告信号“” 变频器必须在秒内启动！ 调节测速机 测速机接至板：见使用手册 测速机接至端子排：见模拟输入功能图 计算电机模型“空载测量” 注意：电流流过电机且转子转动！ 在按下“”键后，出现警告信号“” 变频器必须在秒内启动！,P152=2=1,模拟测速机?=?1,测速机调节1,F,n,m控制？ （， =1,P115=4=1,yes,no yes