變頻器
變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。
工作原理
概述
主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路
整流器
大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。
平波回路
在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。
逆變器
同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。
控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。
（1）運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。
（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。
（3）驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。
（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。
（5）保護電路：檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞
選擇和使用西門子變頻器時需注意的問題： 西門子公司可以提供不同類型的變頻器,用戶可以根據自己的實際工藝要求和運用 場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事頊:
1)根據負載特性選擇變頻器,如負載為恒轉矩負載需選擇西門子mmv/mdv, mm420/mm440變頻器,如負載為風機、泵類負載應選擇西門子430變頻器。
2)選擇變頻器時應以實際電動機電流值作為變頻器選擇的依據,電動機的額定功 率只能作為參考。另外,應充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波,會使電動機的 功率因數和效率變差。因此,用變頻器給電動機供電與用工頻電網供電相比較,電動機 的電流會增加10%而溫升會增加20%左右。所以在選擇電動機和變頻器時,應考慮到 這種情況,適當留有余量,以防止溫升過高,影響電動機的使用壽命。
3)變頻器若要長電纜運行時,此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響, 避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一、兩擋選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電 抗器。 變頻器輸出動力電纜的長度(以mmv/mdv為例): (下表數據僅針對于西門子變頻器和西門子電動機)
4)當變頻器用于控制并聯的幾臺電動機時,一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內。如果超過規定值,要放大=擋或兩擋來選擇變頻器,另外在此種情況下,變頻器的控制方式只能為v/f控制方式,并且變頻器無法實現電動機的過流、過載保護,此時需在每臺電動機側加熔斷器來實現保護。
5)對于一些特殊的應用場合,如高環境溫度、高開關頻率、高海拔等,此時會引起變頻器的降容,變頻器需放大一擋選擇。
6)使用變頻器控制高速電動機時,由于高速電動機的電抗小,會產生較多的高次諧波。而這些高次諧波會使變頻器的輸出電流值增加。因此,選擇用于高速電動機的變 頻器時,應比普通電動機的變頻器稍大一些。
7)變頻器用于變極電動機時,應充分注意選擇變頻器的容量,使其**額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外,在運行中進行極數轉換時,應先停止電動機工作,否則會造成電動機空轉,惡劣時會造成變頻器損壞。
8)驅動防爆電動機時,變頻器沒有防爆構造,應將變頻器設置在危險場所之外。
9)使用變頻器驅動齒輪減速電動機時,使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時,在低速范圍內沒有限制;在超過額定轉速以上的高速范圍內,有可能發生潤滑油用光的危險。因此,不要超過**轉速容許值。
10)變頻器驅動繞線轉子異步電動機時,大多是利用已有的電動機。繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比,繞線電動機繞組的阻抗小。因此,容易發生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現象,所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用于飛輪力矩gd2較大的場合,在設定加減速時間時應多注意。

變頻器基本組成
變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。
整流單元：將工作頻率固定的交流電轉換為直流電。
高容量電容：存儲轉換后的電能。
逆變器：由大功率開關晶體管陣列組成電子開關，將直流電轉化成不同頻率、寬度、幅度的方波。
控制器：按設定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅動交流電動機。
給定方式
變頻器常見的頻率給定方式主要有：操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、脈沖信號給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優缺點，須按照實際所需進行選擇設置
控制方式
低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經歷了以下四代。
第一代
1U/f=C的正弦脈寬調制(SPWM)控制方式：
其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。
第二代
電壓空間矢量(SVPWM)控制方式：
它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。
第三代
矢量控制(VC)方式：
矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。
第四代
直接轉矩控制(DTC)方式：
1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。
矩陣式交—交控制方式：
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。具體方法是：
1、控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現無速度傳感器方式；
2、自動識別(ID)依靠精確的電機數學模型，對電機參數自動識別；
3、算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行實時控制；
4、實現Band—Band控制按磁鏈和轉矩的Band—Band控制產生PWM信號，對逆變器開關狀態進行控制。
矩陣式交—交變頻具有快速的轉矩響應(2ms)，很高的速度精度(±2%，無PG反饋)，高轉矩精度(+3%)；同時還具有較高的起動轉矩及高轉矩精度，尤其在低速時(包括0速度時)，可輸出150%～200%轉矩。
VVC的控制原理：
VVC的控制原理是將矢量調制的原理應用于固定電壓源PWM逆變器。這一控制建立在一個改善了的電機模型上，該電機模型較好的對負載和轉差進行了補償。
因為有功和無功電流成分對于控制系統來說都是很重要的，控制電壓矢量的角度可顯著的改善0-12HZ范圍內的動態性能，而在標準的PWM U/F驅動中0-10HZ范圍一般都存在著問題。
利用SFAVM或60°AVM原理來計算逆變器的開關模式，可使氣隙轉矩的脈動很小（與使用同步PWM的變頻器相比）。
1、什么是變頻器?

變頻器是利用電力半導體器件的通斷將工頻電源變換為頻率連續可調的電能控制裝置。
2、電壓型與電流型有什麼不同?
變頻器的主電路大體上可分為兩類 :電壓型變頻器和電流型變頻器。
電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,直流回路的濾波是電容 ;
電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直流回路濾波是電感。
3、為什麼變頻器的電壓與頻率成比例的改變?
非同步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的,在額定頻率 下, 如果電壓一定而只降低頻率, 那么磁通就過大, 磁回路飽和, 嚴重時將燒毀電機。
因此, 頻率與電壓要成比例地改變, 即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓, 使電動機的磁通保持一定,避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用於風機、泵類節能型變頻器。
4、按比例地改變 V 和 f 時,電機的轉矩如何變化?
頻率下降時完全成比例地降低電壓,那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變 , 將造成在低速下產生的轉矩有減小的傾向，因此, 在低頻時給定 V/f,要使輸出電壓提高一些 , 以便獲得一定 的起動轉矩 , 這種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現 , 有自動進行的方法、選擇 V/f模 式或調整電位器等方法。
變頻器技術作為一項先進的節能技術，已經被推廣應用多年。變頻器也廣泛應用在工業和民用的各個方面。但采用變頻器后是否真的節能？人們的感受往往不一樣！
觀點一：有人說，我家安裝了變頻空調，但并不省電，甚至更費電了。所以變頻器并不節能。
觀點二：也有人說，我們廠冷水機組水泵進行了變頻改造，節能效果非常明顯。所以變頻器可以節能。
觀點三：變頻器調速看似可以省電，但是由于變頻器效率不高，且電機在低速時效率也會降低，所以變頻器并不節能。而且，配置變頻器成本較高，即使能省一點電，但整體看，在經濟上不劃算。
朋友，你是不是也有過上面的觀點？
同樣的技術為什么會產生不同的效果呢？我們來具體分析一下：
首先，看一下變頻器的基本原理：
變頻器通常應用在風機、水泵、壓縮機等設備上，介質均為流體。根據流體力學原理，當感應電機驅動水泵等負載時，流量Q與電機轉速n成正比，壓力H與電機轉速n的平方成正比，電機實際功率與流量和壓力的關系為P∝QxH,即功率正比于轉速的3次方。比如，當電機轉速降至0.8倍額定轉速，電機所消耗的功率將降為0.83=0.512倍額定功率。可見，采用變頻技術可以極大的節約能源。
變頻器可以傳動齒輪電機嗎?
根據減速機的結構和潤滑方式不同,需要注意若干問題。在齒輪的結構上通常可考慮 70~8 0Hz 為最大極限,采用油潤滑時,在低速下連續運轉關系到齒輪的損壞等。
PWM 和 PAM 的不同點是什么?
PWM 是英文 Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制 ) 縮寫,按沖 寬度, 以調節輸出量和波形的一種調值方式。 PAM 是英文 Pulse Amplitude Modulation(脈 沖幅度調制 ) 縮寫,是按一定規律改變脈沖列的脈沖幅度,以調節輸出量值和波形的一種調 制方式。
變頻器過載與變頻器過流的區別?
CH系列變頻器的過載是指輸出電流達變頻器額定電流的 150%時運行可達10s; 輸出電流達變頻器額定電流的 180%時運行可達10秒!過流比過載的電流更大,運行的時間更短,對變頻器的危害更大!
濕度對變頻器的影響?
空氣的相對濕度 ≤95%, 無結露。 濕度太高且濕度變化較大時, 變頻器內部易出現結露現象, 其絕緣性能就會大大降低, 甚至可能引發短路事故。 必要時, 必須在箱中增加干燥劑和加熱器。
無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規定有一定的標準，如我國大陸規定，直接用戶單相交流電壓為220V，三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能與我國的電壓和頻率不同，如有單相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，標準的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。
變頻器跳閘原因總匯
一、過載跳閘（OL）
過載跳閘的保護特點
1．OL跳閘的保護對象
OL是電動機過載的代碼，其保護對象是電動機。在大多數情況下，檢測點是在變頻器的輸出電路里。
2．電動機過載保護的特點
（1）電流大小
顧名思義，電動機過載的標志，是變頻器的輸出電流超過了電動機的額定電流。但還沒有超過變頻器的額定電流，就是說，是在變頻器的允許范圍內。
（2）保護時間
按反時限規律。就是說，過載越多，保護的時間越短。有的變頻器規定：當IM=125%IMN時，4min后跳閘；而當IM=165%IMN時，1min后就跳閘。
過載跳閘的可能原因
1．負載過重
電動機所帶的負載太重，或者說，生產機械的阻轉矩超過了電動機的額定轉矩。
這是真正意義上的過載，也是最常見的過載現象，因此，當變頻器的跳閘代碼顯示為‘OL’時，首先應該檢查的就是負載的輕重。
2．使用不當的過載
例如，把工作頻率提高到超過了電動機的額定頻率，而電動機在額定頻率以上運行時，將進入恒功率工作區，其有效轉矩隨頻率的上升而減小，當有效轉矩小于負載轉矩時，電動機即過載。
3．功能預置不當的過載
例如，某生產機械處于輕載狀態，工作頻率很低，而轉矩提升量（U／f比）預置過大，導致低頻運行時因磁路飽和而“過載”。
4．電動機側電壓過低
（1）線路壓降太大
因為在低頻運行時，變頻器的輸出電壓本就較低，如果電動機和變頻器之間的距離較大，而連接線的線徑又較細的話，線路壓降將可能引起電動機側的電壓不足。
（2）轉矩提升不足
在U/f控制方式下，變頻器在低頻運行時的輸出電壓取決于轉矩提升量。當轉矩提升量較小時，將導致電動機所得電壓不足。
過載跳閘的相關代碼
1．代碼DEV
含義是轉差太大。異步電動機在運行時，轉差的大小直接反映了負載的輕重。所以，當變頻器發現轉差太大時，將跳閘。
2．代碼VAE
含義是變頻器的容量選擇不當。許多用戶都按照變頻器說明書中的‘配用電動機容量’來選擇變頻器的。其實，這只是對于連續不變負載才是正確的。而大多數負載都是變動負載或斷續負載，電動機是允許短時間過載的。對于這類負載，在選擇變頻器時，應適當加大變頻器的容量。
3．代碼LF
含義是變頻器的三相輸出電流不平衡。
一方面，電動機的三相電流不平衡時，說明變頻器的輸出電路里必存在問題，應該進行保護。所以，有的變頻器設置了三相電流不平衡的保護。
4．代碼JC
含義是電流采樣故障。例如，某變頻器，實測輸出電流為45A，而顯示屏上顯示的卻是88.6A，說明變頻器內部的電流采樣電路發生了故障。
5．代碼SP
含義是變頻器的輸出缺相。
當變頻器的輸出缺相時，電動機處于單相運行狀態，電流必大，變頻器將立即進行保護。
6．代碼GF
含義是變頻器輸出側接地。
變頻器具有檢測輸出端子對地電流的功能，如果測出的對地電流超過變頻器額定電流的50%時，就認為變頻器的輸出側已經接地。這有兩種情況：或者是電動機內部絕緣破損；或者是輸電線路的絕緣破損。
二、過電流跳閘（OC）
過電流跳閘的保護特點
１．過電流的保護對象
在變頻調速系統里，存在著兩個設備：變頻器和電動機。兩者對過電流的耐受程度是不一樣的。生產機械的設計人員在決定電動機容量時，根據的是發熱原則。就是說，只要電動機的溫升不超過允許值，短時間的過載是允許的，而變頻器則不允許。所以在進行保護時，需要分開考慮。
為此，變頻器另行設置了過電流保護功能，其保護對象是變頻器，確切地說，是保護變頻器內的逆變器件。通常，當輸出電流超過了變頻器額定電流的200%時，變頻器就進行過電流保護。
2．過電流的檢測
因為保護對象是逆變器件，所以，過電流的時間不允許拖延，必須迅速地進行保護。通常，過電流信號是通過逆變器件的管壓降而得到的。以IGBT為例，正常運行時，管壓降一般在3V以下。如管壓降超過７V，就認為是過電流了。因為過電流很容易損壞逆變器件，所以，在大多數情況下，過電流是由驅動電路直接進行保護的。
運行過程中的過電流
部分變頻器在過電流跳閘后都只籠統地顯示“OC”代碼。也有的變頻器把“OC”作為“運行中過電流”的代碼，針對其他不同的原因有不同的代碼，舉例如下：
1．代碼OCN
含義是運行中過電流。舉兩個實例：
（1）負載卡住
生產機械在運行過程中，某個部位被突然卡住，電動機堵轉。電動機的堵轉電流可達額定電流的4~7倍，大大超過了變頻器的允許值，變頻器將立即進行過電流保護。
（2）有沖擊負載
有的生產機械是通過電磁離合器來帶動生產機械的。電動機起動后首先是空載運行，并不帶動負載，只有當電磁離合器吸合后，生產機械才開始運行，
當電磁離合器吸合的瞬間，將產生沖擊電流，有可能使變頻器因過電流而跳閘。
2．代碼GF
含義是變頻器的輸出側短路，可能的原因有：
（1）輸出線短路
變頻器到電動機之間的電纜的相間絕緣或對地絕緣破損，尤其是當變頻器的輸出電纜處于可移動狀態時，這種情況比較常見。
（2）電動機短路
電動機如因過載而‘燒壞’時，相間絕緣將炭化，造成相間短路。
3．代碼SC
含義是同一橋臂的上、下兩個IGBT直通。
例如，環境溫度太高，IGBT的關斷時間將延長，導致上、下兩管的‘直通’。
加、減速過程中的過電流
1．代碼OCA
含義是加速過程中過電流，這是加速時間預置過短引起的。
2．代碼OCD
含義是減速過程中的過電流，是減速時間預置過短的結果。
3．代碼OPE
含義是PID功能預置不當引起的過電流。
4．代碼OCB
含義是直流制動過程中的過電流。
5．代碼OCS
含義是電流采樣故障導致的過電流。

-/gjdjae/-

鄭州騰龍電氣設備有限公司是一家以工業自動化為主體，致力于產品銷售、維修、技改、研發、培訓為一體的高新技術公司。公司是深圳遞恩電氣技術在華中地區的辦事處，主要的經營產品有：變頻器、軟啟動、伺服、PLC、觸摸屏、工業控制計算機等眾多工業自動化控制配套產品。 
      公司目前設有行政部、業務部、、電氣工程部、維修部、培訓部、財務部等七個部門，擁有一批理論和實踐經驗豐富的工程技術人員，從事自動化控制系統的設計、安裝、調試、維護；配電箱、配電柜（GCK、GGD、PLC、XL）、動力柜、自動控制柜及各種風機水泵變頻控制柜生產制作。產品涉及高樓小區恒壓供水系統、交流電機軟啟動系統、樓宇廠房中央空調控制系統、工業自動化過程控制及設備電氣改造工程。產品廣泛應用在水泥廠、電廠、造紙、化工、供水、供暖、煙草、食品、紡織、機械、機床、冷飲、啤酒、食品、鋼鐵、礦山、橡膠、塑料、飼料、、醫院、賓館、酒店等行業，憑借著高質量的產品，良好的信譽，的服務，業務遍布全國近三十多個省、市、自治區。
    “沒有，只有更好”是我們持之以恒的追求，公司以做國內的工控技術“服務商”為目標，愿與同行及客戶建立良好的關系，終實行互惠互利，共創雙贏。