整理变频器讲义DOC.docx

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变频器讲义（DOC）

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第一讲通用变频器原理

一、交流异步电动机的变频调速的原理，

交流异步电动机定子通以三相正弦电流，产生旋转磁场,其转速为同步转速。

转子回路中感应出转子电流,在旋转磁场作用下，转子以略低于同步转速的速度同向旋转。

异步电动机调速的基本原理基于以下同步转速方程公式：

式

（1）中：

n1-同步转速（r/min）；

f1—定子供电电源频率（Hz）;

P—磁极对数。

对于四极电动机，50Hz时，同步转速n1=1,500[r/min］.

一般异步电机转速n与同步转速n1存在一个滑差关系：

式

（2）中：

n-异步电机转速（r/min）；

S—异步电机转差率。

四极异步电动机，50Hz时，同步转速n1=1,500[r/min]，实际转速可能是1470［r/min］。

由

（2）式可知，调速的方法可改变f1、P、S其中任意一种达到，对异步电机最好的方法是改变频率f1，实现调速控制。

由电机理论，三相异步电机每相电势的有效值由下式决定:

式（3）中:

E1—定子每相感应电动势有效值（V）;

f1—定子供电电源频率（Hz）；

N1—定子绕组有效匝数；

Фm-定子磁通（Wb）。

改变频率f1调速时,如相电势E1不变,则气隙磁通Фm要改变，电机输出转矩改变。

定子电压和感应电动势关系式：

由上式可分成两种情况分析：

（1）在频率低于供电的额定电源频率时调速属于恒转矩调速。

变频器设计时为维持电机输出转矩不变，必须维持每极气隙磁通Фm不变,从（3）式可知，也就是要使E1/f1=常数。

然而,绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，认为供给电机的电压U1

E1,取电压U1与频率f1按相同比例变化,即U1/f1=常数。

三相异步电动机在设计时,都给定了额定电压U1，额定电流I1及相应的额定频率f1，磁通Фm的数值都定为接近磁路饱和的数值。

从

（1）中可见,降低f1,可使电动机减速,但在降低f1时，从（3）式可见，若保持E1不变，Фm必须增大。

因为电动机设计时铁芯已接近饱和，Фm增大必然引起电流大大增加.

要保持Фm不变,降低f1时只有降低E1，即U1，保持U1/f1=常数。

这是变频器的基本控制方式。

   但是在频率较低时，定子漏阻抗压降已不能忽略，E1和U1相差较大。

因此要人为地提高定子电压U1，作漏抗压降的补偿，维持E1/f1≈常数，此时变频器输出U1/f1关系如图1中的曲线2，而不再是曲线1。

图1   U/f关系

多数变频器在频率低于电机额定频率时,输出的电压U1和频率f1类似图1中曲线2，并且随着设置不同,可改变补偿曲线的形状，使用者要根据实际工作情况运行选择.

（2）在频率高于定子供电的额定电源频率时属于恒功率调速。

此时变频器的输出频率f1提高,但变频器的电源电压由电网电压决定，不能继续提高。

根据公式（3），E1不能变，f1提高必然使Фm下降,由于Фm与电流或转矩成正比，因此也就使转矩下降.转矩虽然下降了,但因转速升高了，所以它们两的乘积并未变，转矩与转速的乘积表征着功率。

因此这时候电机处在恒功率输出的状态下运行.

异步电动机的机械设计只满足额定转速下运行,故变频调速一般只从额定转速向下调速。

如果需要电动机超过额定转速运行，可选用变频电动机。

二、变频器的工作原理

1.变频器类型

交---交型：

输入是交流,输出也是交流

将工频交流电直接转换成频率、电压均可控制的交流，又称为直接式变频器

交-直-—-交型：

输入是交流,变成直流再变成交流输出

将工频交流电通过整流变成直流电,然后再把直流电变成频率、电压均可控的交流电，又称为间接变频器。

目前多是交-直-交型的变频器。

而交—直—交型的变频器又分为电流型和电压型两种。

通用变频器是电压型交-直—交的变频器.

2变频器的组成

由主电路和控制电路组成

主电路：

由整流器,中间直流环节，逆变器组成

先看主电路原理图

三相工频交流电经过VD1～VD6整流后，正极送入到缓冲电阻RL,RL的作用是防止电流忽然变大。

经过一段时间电流趋于稳定后，晶闸管或继电器的触点会导通，短路缓冲电阻RL,这时的直流电压加在了滤波电容CF1、CF2上，这两个电容可以把脉动的直流电波形变得平滑一些.由于一个电容的耐压有限，所以把两个电容串起来用，耐压就提高了一倍。

两个电容分别并联了一个均压电阻R1、R2.

HL是主电路的电源指示灯，串联了一个限流电阻接在了正负电压之间，这样三相电源一加进来，HL就会发光，指示电源送入。

直流电压加在了大功率晶体管VB的集电极与发射极之间,VB的导通由控制电路控制，VB上还串联了变频器的制动电阻RB,组成了变频器制动回路。

我们知道，由于电极的绕组是感性负载,在启动和停止的瞬间都会产生一个较大的反向电动势,这个反向电压的能量会通过续流二极管VD7～VD12使直流母线上的电压升高，这个电压高到一定程度会击穿逆变管V1～V6和整流管VD1～VD6。

当有反向电压产生时，控制回路控制VB导通，电压就会通过VB在电阻RB释放掉。

当电机较大时，还可并联外接电阻.

一般情况下“+”端和P1端是由一个短路片短接上的，如果断开,这里可以接外加的支流电抗器,直流电抗器的作用是改善电路的功率因数.

直流母线电压加到V1～V6六个逆变管上，这六个大功率晶体管是IGBT型，基极由控制电路控制。

控制电路控制某三个管子的导通给电机绕组内提供电流，产生磁场使电机运转。

例如：

某一时刻,V1、V2、V6受基极控制导通，电流经U相流入电机绕组,经V、W相流入负极。

下一时刻同理，只要不断的切换，就把直流电变成了交流电,供电机运转。

为了保护IGBT，在每一个IGBT上都并联了一个续流二极管，还有一些阻容吸收回路。

主要的功能是保护IGBT，有了续流二极管的回路，反向电压会从该回路加到直流母线上，通过放电电阻释放掉。

控制电路原理示意图

上图就是变频器控制电路的原理示意图。

上半部为主电路，下半部为控制电路.主要由控制核心CPU、输入信号、输出信号和面板操作指示信号、存储器、LSI电路组成.

外接电位器的模拟信号经模数转换将信号送入CPU，达到调速的目的。

外接的开关量信号也经由与非门送入控制CPU。

三、变频器输出波形

特别要指出的，通用变频器对负载的输出波形都是双极性SPWM波（正弦脉宽调制）,这种波形可以大幅度提高变频器的效率，但同时这种波形使变频器的输出区别于正常正弦波，产生了变频器很多特殊之处，需要予以重视。

双极性SPWM波如图4所示,其中图4（a）是三角形的载波与正弦形信号进行比较的情形,图4（b）是比较后获的输出电压SPWM波形。

脉冲幅度等于变频器整流后中间直流环节的平均直流电压。

变频器输出电压波形是矩形SPWM脉冲波，用普通电压表测变频器输出电压无多大意义。

图4   双极性SPWM调制器

第二讲变频器的接线

一、变频器一次端子

变频器主电路引出端子

R、S、T主电路电源端子,连接三相工频电源。

U、V、W变频器输出端子，连接三相电动机。

P（+）、N（-）直流连接端子，可连接外部制动单元。

PE变频器外壳接地连接端子.

变频器主电路接线注意点：

1。

主电路U、V、W是输出端子，绝对不允许接工频电源，否则将烧毁变频器逆变桥。

2.PE应该连接柜壳，以便通过柜壳接地。

接地导线的截面不小于4mm.

3。

N（—）为中间直流回路低电平端子,绝对不允许接电源中性线或接地.否则将烧毁变频器整流桥。

4.变频器和电动机之间距离过长时，例如大于100m,变频器应该加装输出电抗器，以限制分布电容造成的电流尖峰。

5.电动机冷却风扇送风量和转速平方成正比，变频器长期处于20赫兹以下运行时，转速太低，容易烧毁电动机，应该加装电动机外部冷却。

二、变频器二次端子

变频器的二次端子，不同产品都不一样.但是，各种功能都有端子对应。

现以ABB变频器为例进行讲解.对于其它型号变频器，按输入、输出功能从说明书中找出对应端子，即可接线应用。

1.启动/停止

变频器都有手动启动输入端子，只要把变频器24V端子经过外部接点从启动端子输入，变频器就启动。

接点断开，变频器停止输出.ABB变频器手动启动从数字输入（DI）端子DI1接入；集控启动从DI6接入。

2.速度给定

速度给定也叫做模拟输入（AI）信号.

手动启动后，速度给定从AI1输入。

把电位器接在变频器10V端子和0V端子之间，从电位器中间抽头取得0～10V电压速度给定信号，AI1输入。

10V对应最高频率。

自动启动后，从AI2输入4～20mA速度给定电流信号.为此,必须在DI3端子输入一个转换信号。

可用外部手动/自动转换开关的接点把变频器24V电压接入DI3。

这样,变频器内部速度给定信号接收点就从AI1转换到AI2。

4mA对应零转速，20mA对应额定转速.

3.模拟输出

为了显示或反馈变频器的频率（转速）、电流、电压等量值，一般变频器都有模拟输出（AO）信号。

模拟输出信号一般为4~20mA电流信号，也可改变设置输出电压信号。

ABB变频器出厂设定AO1输出频率值，AO2输出电流值.用户可以改变设置，输出其它参数。

4.继电器输出

继电器输出也叫做数字输出。

变频器运行时，从数字输出（RO）端子输出干接点开关信号,反映变频器准备、运行、故障等状态.ABB变频器出厂已设定

三个继电器接点对应的状态信号，但是用户可以改变设置。

对于其它型号的变频器,通过说明书查出如下端子：

（1）。

启动/停止输入端子,24V端子

（2）。

手动/自动转换输入端子

（3）.电位器手动速度给定AI1,集控速度给定AI2

（4）。

模拟输出速度信号AO1、电流信号AO2

（5）.继电器输出及对应的状态信号

三、变频器二次控制电路

二次控制电路注意点：

1.具有工频/变频切换时，因为变频器输出端不能加工频电压，工频接触器和变频输出接触器之间要有互锁。

2.与变频器有关的模拟信号线选用屏蔽双绞线。

3。

变频器的电源线，应连接到进线接触器之前。

4.继电器输出接点有容量限制，也不要接大感性负载。

5.启动命令信号一般为脉冲信号,要保证变频器通电自检后，再输入启动命令信号.

6.输出信号是由变频器供应的有源信号,可以直接接显示仪表。

7.对于输入模拟信号,要查清楚电源是由变频器供应,还是外部电源供应.

ABB变频器接线参考图

西门子变频器接线参考图

说明:

上图接触器接在变频器输出端，原因是这种变频器没有外接电源端子，必须先通电自检才能启动。

这种接法适用于不频繁启停，且停止前应先减速到零。

第三讲变频器的参数设置和调试

一、变频器通电

对变频器进行调试前，必须通读说明书,仔细检查变频器的二次端子引出线

接到何处.速度给定AI1是从变频器10V电源取得电压信号,AI2是外部送入4～20mA电流信号,AO1、AO2是变频器送出的4～20mA信号，这些端子绝对不能接220V电压.一旦碰上220V电压，输入、输出口立即烧毁。

变频器投入使用前，应检查所有小开关和跳线端子，使之符合使用状况。

变频器主回路输出端子绝对不能接工频电源！

按照说明书对变频器接线进行检查，无误后才可通电.变频器通电后，显示屏应该显示说明书中标明的画面。

二、参数设置

从说明书中学习面板的操作方法，首先学会如何进入参数设置.对于主要参数，要了解它的意义、设定范围、出厂默认值.大部分参数不需要设置，只采用默认值就可以了。

从说明书中查出如何恢复出厂设置。

在输入参数前，应该先恢复出厂设置。

因为,有可能之前有人调过变频器，参数已经不是出厂默认值。

一般应该检查和输入以下参数：

1.电机数据电动机的额定电压、额定电流、功率、频率、转速等。

变频器出厂默认为四极电机。

如果实际用的不是四极电动机,则必须设置电机极数、额定转速、最高转速等参数。

2.手动/自动转换端子变频器启动后，默认从AI1接收0~10V电压信号.如果要从AI2输入4～20Ma信号，必须“告诉"变频器,这就需要从某一个端子输入开关信号。

已经有默认端子，还是需要指定端子，各个变频器不一样.

3.速度给定信号速度给定是电压,还是电流，给定电压范围、给定电流范围

等都需要检查、设置。

特别是电流，一般要把0～20mA改为4～20mA.

4.加速、减速时间对于重载应用，加速、减速时间应该设置长一些，比如30～40秒。

一般,开始调试时先把加减速时间设的长一些。

5.PID控制需要用PID调节的时，必须进行速度给定和速度反馈设定。

具体方法因变频器而异,可从说明书中查出.

三、空载调试

变频器初次投入运行，首先进行空载调试。

为此,脱开电动机和负载之间联轴节.先从面板启动变频器,大多数变频器首次启动都需要自检。

面板给定速度,点动检查电动机旋转方向，许多机械设备是不允许反转的。

如果旋转方向不对，只要调换变频器输出端任意两相连接即可。

调换变频器输入端任意两相连接是无用的，这是因为变频器输入端是整流器，和相序无关。

四、负载调试

空载调试后，可进行负载调试.

1.手动电位器给定调试变频器置于远方控制方式。

转换开关置于手动位置。

用按钮经过DI1启动变频器，用电位器调速。

如果变频器不启动,则检查DI1端子和GND（地）之间是否加上24V脉冲电压,即启动信号加上没有。

如果不能调速,则检查AI1端子和0V之间是否有电压输入。

如果调速非线性，或方向不对，则是电位器端子连接错误。

如果最高转速不对，则是电动机参数输入有错误。

调节变频器使电动机在不同速度下运行,观察有无异常。

2.集控给定调试转换开关置于自动位置，转换端子DI3应该有24V电压。

集控启动变频器，从AI2输入4～20mA电流信号.如果不能调速,则检查AI2是否有电流信号。

可以在停机状态下，串入电流表，再开机测量。

也可以串入5K左右电阻，用万用表电压档测量电阻上电压。

AO端子的输出，可以用万用表直接测量。

调试过程中，加速、减速都应该缓慢一些,停止前最好先让电动机减速到零，以免产生过电流、过电压，或机械冲击.

五、负载特性和变频器

生产机械的负载转速n与负载转矩之间关系，称为生产机械的负载特性。

不同的生产机械对调速有不同要求.

恒转矩负载特性其特点是负载转矩为常数,如起重机械的提升机构、皮带运输机等。

对于这类机械，都用到变频器低速转矩提升功能。

当转速变化时,电流变化不大。

长期在低速区运行会使电动机冷却效果差，电动机过热。

一般选用大一级电动机或外加冷却措施。

离心机型机械特性如离心式鼓风机、水泵等．它们的负载转矩TL与转速n的平方成正比，即TL=cn².这类机械最适用变频器调速，可以得到显著的节能效果.调试水泵时，主要保证启动转矩.

恒功率型机械特性此类机械的负载转矩TL与转速n成反比，如车床加工，在粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；在精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。

当选择这样的方式加工时，不同转速下，切削功率基本不变。

这类机械要求低速时高转矩，必须加大磁通量和电动机定子电流,一般应该选用变频器专用电动机。

六、常用变频器设置方案

西门子变频器设置方案

一、操作方式

1.现场操作:

从DI1输入端子启/停，从AI1输入，电位器0~10V给定。

2.集控操作：

DI4端子输入选择自动,DI1输入端子启/停，AI2输入4~20mA给定。

二、恢复出厂设置

P0010=30P0970=1按P键3分钟完成

三、快速调试

DIP小开关设置：

左（决定AIN1）=OFF表示0~10V

右（决定AIN2）=ON表示0~20mA

P0010=1（为了输入电机参数，且显示较少参数,快速调试，调完后自动恢复0）

P0304=【400】V（【】表示出厂值,保留）P0305=AP0307=KW

P0311=r/min

P1120=【10】（升速时间，出厂值为10秒,可根据负载性质适当延长）

P1121=【30】（减速时间，出厂值为30秒，可根据负载性质适当缩短）

其他参数保留出厂值，

P3900=3结束快速调试。

至此,可以现场手动操作.

四、现场/集控设置

P0003=3（专家级）

P0700.0=【2】（现场）P0700。

1=2（集控）启/停命令源2表示端子输入。

P1000。

0=【2】（AIN1）P1000.1=7（AIN2）给定模拟输入口选择。

P0704=99（参数化）P0810=722。

3（通过DIN4转换）.

五、4～20mA设置

出厂设定电流输入、输出为0～20mA，现设置为4~20mA

P0756。

1=2（AIN2设置为单极性电流）

AIN2：

P0757.1=4mA

P0761。

1=4mA（死区宽度）

AO1：

P0778.0=4mA

P0781.0=4mA（死区宽度）

AO2:

P0778。

1=4mA

P0781.1=4mA（死区宽度）

面板操作:

P→r0000△找到Pxxxx，P→in000（△→in001）P→出厂值△设定，

P→Pxxxx（下一个）,P以下操作同，直至设置完成.

返回显示:

按▽直到r0000,按P即返回,in001为下标，表示Pxxxx.1

ABB变频器设置方案

一、操作方式

1。

现场操作:

从DI1输入端子启/停，从AI1输入，电位器0~10V给定。

2。

集控操作:

DI3端子输入选择自动,DI6输入端子启/停,AI2输入4~20mA给定.

二、恢复出厂设置

99.03：

NO不恢复

YES恢复

三、快速调试

99。

02:

选择宏这是ABB变频器设置的关键.所谓宏是指宏程序,是变频器的一组参数，对应一种控制方式。

选择宏以后,该种控制方式对应的参数自动设置好了。

FACTORY工厂宏,用于只有本地控制场合。

HAND/AUTO手动/自动宏，用于手动/集控两地控制.

PID比例、积分、微分宏，用于闭环自动控制

99.04：

控制方式一般选DTC（直接转矩控制）,也可选SCALAR（标量控制）。

99.05～99.09:

输入电机参数。

四、现场/集控设置

手动/自动宏宏以后，变频器内部自动选择DI3端子作为手动/自动转换,DI6端子作为自动启/停,AI2输入4~20mA给定。

五、4~20mA设置

出厂设定电流输入、输出为0～20mA,现设置为4~20mA

13.06：

4mA，AI2输入最小电流

15.03：

4mA，AO1输出最小电流

15。

08：

4mA，AO2输出最小电流

面板操作：

PAR（显示参数），△▽（找参数组）,ENTER（确认）,△▽（选择参数），ENTER（确认）。

变频器参数一般可以从99.xx开始设置.

第四讲变频器的常见故障及处理

一、参数设置类故障

常用变频器在使用中,是否能满足传动系统的要求，变频器的参数设置非常重要,如果参数设置不正确,会导致变频器不能正常工作。

1.参数设置

常用变频器，一般出厂时,厂家对每一个参数都预先设定。

这些参数叫出厂值。

在这些参数值的情况下，用户能以面板操作方式正常运行的，但以面板操作并不满足大多数传动系统的要求。

所以，用户在正确使用变频器之前，要对变频器参数时从以下几个方面进行：

电机参数变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率。

这些参数可以从电机铭牌中直接得到.

变频器采取的控制方式,即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。

选用控制方式后,一般要根据控制精度,需要进行静态或动态辨识。

变频器的启动方式一般变频器在出厂时设定从面板启动,用户可以根据实际情况选择启动方式,可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。

给定信号的选择一般变频器的频率给定也可以有多种方式,面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定.对于变频器的频率给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和。

正确设置以上参数之后，变频器基本上能正常工作，如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。

2.参数设置类故障的处理

一旦发生了参数设置类故障后,变频器都不能正常运行，一般可根据说明书进行修改参数.如果不行，最好是能够把所有参数恢复出厂值,然后按上述步骤重新设置。

对于每一个公司的变频器其参数恢复方式也不相同.

变频器通电后显示正常，恢复出厂值后，只要输入电机参数，一般都能从面板启动。

变频器启动过电流，可以增加启动加速时间。

二、二次接线故障

这类故障主要表现为，面板启动、调速正常，按钮或自动不能启动调速。

这时先检查控制方式和对应的启动端子是否正确，启动端子上有无24V电压信号？

如果能启动不能调速，应检检查模拟输入接线是否正确？

测试模拟输入端子AI上是否有电压（或电流）信号。

新安装的变频器调试时故障,一般都是参数设置类故障或二次接线故障。

调速变频器前一定要通读说明书，熟悉该类变频器特性和注意事项，学会主要参数的意义和设置方法。

应该记住，检查确认接线正确之前，绝对不能给变频器通电。

防止烧毁变频器控制主板。

三、变频器运行故障

1、过电压故障

变频器直流电为三相全波整流后的平均值.若以380V线电压计算，则平均直流电压Ud=1。

35U线＝513V.在过电压发生时,直流母线的储能电容将被充电，当电压上至760V左右时，变频器过电压保护动作.因此，变频器来说，都有一个正常的工作电压范围,当电压超过这个范围时很可能损坏变频器,常见的过电压有两类。

输入交流电源过压

这种情况是指输入电压超过正常范围，一般发生在节假日负载较轻，电压升高或降低而线路出现故障，此时最好断开电源，检查、处理.

发电类过电压

当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设的比较小，在减速过程中，变频器输出的速度比较快，而负载靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态,而变频器没有能量回馈单元，因而变频器支流直流回路电压升高，超出保护值，出现故障.处理这种故障可以增加再生制动单元，或者修改变频器参数，把变频器减速时间设的长一些。

增加再生制动单元功能包括能量消耗型，并联直流母线吸收型.能量回馈型.能量消耗型在变频器直流回路中并联一个制动电阻，通过检测直流母线电压来控制功率管的通断.并联直流母线吸收型使用在多电机传动系统,这种系统往往有一台或几台电机经常工作于发电状态，产生再生能量,这些能量通过并联母线被处于电动状态的电机吸收，能量回馈型的变频器网侧变流器是可逆的，当有再生能量产生时，可逆变流器就将再生能量回馈给电网。

变频器中间直流回路电容容量下降

变频器在运行多年后，中间直流回路电容容量下降将不可避免，中间直流回路对直流电压的调节程度减弱，在工艺状况和设定参数未曾改变的情况下,发生变频器过电压跳闸几率会增大，这时需要对中间直流回路电容器容量下降情况进行检查.

2、过电流故障

过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。

其可能是由于变频器的加减速