變頻器工作原理圖講解：功能、分類、參數(shù)設(shè)定、過流故障及處理方法

    變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

變頻器工作原理圖講解

　　主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)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(gòu)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(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波會路”。

　　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(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　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(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)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(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)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(guān)時(shí)間和電壓波形。

　　控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。

　　（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)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(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。

　�。�4）速度檢測電路：以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器（tg、plg等）的信號為速度信號，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

　�。�5）保護(hù)電路：檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞。

　　耐壓就提高了一倍。又因?yàn)閮蓚�(gè)電容的容量不一樣的話，分壓會不同，所以給兩個(gè)電容分別并聯(lián)了一個(gè)均壓電阻R1、R2 ，這樣，CF1 和CF2 上的電壓就一樣了。繼續(xù)往下看，HL 是主電路的電源指示燈，串聯(lián)了一個(gè)限流電阻接在了正負(fù)電壓之間，這樣三相電源一加進(jìn)來，HL就會發(fā)光，指示電源送入。

　　接著，直流電壓加在了大功率晶體管VB的集電極與發(fā)射極之間，VB的導(dǎo)通由控制電路控制，VB上還串聯(lián)了變頻器的制動(dòng)電阻RB，組成了變頻器制動(dòng)回路。我們知道，由于電極的繞組是感性負(fù)載，在啟動(dòng)和停止的瞬間都會產(chǎn)生一個(gè)較大的反向電動(dòng)勢，這個(gè)反向電壓的能量會通過續(xù)流二極管VD7~VD12使直流母線上的電壓升高，這個(gè)電壓高到一定程度會擊穿逆變管V1~V6 和整流管VD1~VD6。當(dāng)有反向電壓產(chǎn)生時(shí)，控制回路控制VB導(dǎo)通，電壓就會通過VB在電阻RB釋放掉。當(dāng)電機(jī)較大時(shí)，還可并聯(lián)外接電阻。一般情況下“+”端和P1端是由一個(gè)短路片短接上的，如果斷開，這里可以接外加的支流電抗器，直流電抗器的作用是改善電路的功率因數(shù)。

　　直流母線電壓加到V1~V6 六個(gè)逆變管上，這六個(gè)大功率晶體管叫IGBT ，基極由控制電路控制�？刂齐娐房刂颇橙齻�(gè)管子的導(dǎo)通給電機(jī)繞組內(nèi)提供電流，產(chǎn)生磁場使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　例如：某一時(shí)刻，V1 V2 V6 受基極控制導(dǎo)通，電流經(jīng)U相流入電機(jī)繞組，經(jīng)V W 相流入負(fù)極。下一時(shí)刻同理，只要不斷的切換，就把直流電變成了交流電，供電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　為了保護(hù)IGBT，在每一個(gè)IGBT上都并聯(lián)了一個(gè)續(xù)流二極管，還有一些阻容吸收回路。主要的功能是保護(hù)IGBT，有了續(xù)流二極管的回路，反向電壓會從該回路加到直流母線 上，通過放電電阻釋放掉。

　　上圖就是變頻器控制電路的原理示意圖。上半部為主電路，下半部為控制電路。主要由控制核心CPU 、輸入信號、輸出信號和面板操作指示信號、存儲器、LSI電路組成。

　　外接電位器的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將信號送入CPU，達(dá)到調(diào)速的目的。外接的開關(guān)量信號也經(jīng)由與非門送入控制CPU。

變頻器主要功能

　�。�1） 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限

　　通過變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術(shù)使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度都能達(dá)到3％～5％左右。在工頻狀態(tài)下，電機(jī)只能通過檢測電流值或熱保護(hù)來進(jìn)行控制，而無法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來動(dòng)作。

　�。�2） 受控的停止方式

　　如同可控的加速一樣， 在變頻調(diào)速中， 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇（減速停車、自由停車、減速停車＋直流制動(dòng)），同樣它能減少對機(jī)械部件和電機(jī)的沖擊，從而使整個(gè)系統(tǒng)更加可靠，壽命也會相應(yīng)增加。

　�。�3） 節(jié)能

　　離心風(fēng)機(jī)或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經(jīng)驗(yàn)中已經(jīng)得到體現(xiàn)。由于最終的能耗是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比，所以采用變頻后投資回報(bào)就更快。

　　（4） 可逆運(yùn)行控制

　　在變頻器控制中，要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間。

　�。�5） 減少機(jī)械傳動(dòng)部件

　　由于目前矢量控制變頻器加上同步電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出， 從而節(jié)省齒輪箱等機(jī)械傳動(dòng)部件， 最終構(gòu)成直接變頻傳動(dòng)系統(tǒng)。從而就能降低成本和空間， 提高穩(wěn)定性。

　�。�6） 啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低

　　電機(jī)功率與電流和電壓的乘積成正比， 那么通過工頻直接啟動(dòng)的電機(jī)消耗的功率將大大高于變頻啟動(dòng)所需要的功率。在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最高極限，其直接工頻啟動(dòng)電機(jī)所產(chǎn)生的電涌就會對同網(wǎng)上的其他用戶產(chǎn)生嚴(yán)重的影響， 從而將受到電網(wǎng)運(yùn)行商的警告， 甚至罰款。如果采用變頻器進(jìn)行電機(jī)起停， 就不會產(chǎn)生類似的問題。

　�。�7） 可控的加速功能

　　變頻調(diào)速能在零速啟動(dòng)并按照用戶的需要進(jìn)行均勻地加速，而且其加速曲線也可以選擇（直線加速、S形加速或者自動(dòng)加速）。而通過工頻啟動(dòng)時(shí)對電機(jī)或相連的機(jī)械部分軸或齒輪都會產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。這種振動(dòng)將進(jìn)一步加劇機(jī)械磨損和損耗，降低機(jī)械部件和電機(jī)的壽命。另外，變頻啟動(dòng)還能應(yīng)用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。

　�。�8） 可調(diào)的運(yùn)行速度

　　運(yùn)用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)控PLC或其他控制器來實(shí)現(xiàn)速度變化。

　　（9） 控制電機(jī)的啟動(dòng)電流

　　當(dāng)電機(jī)通過工頻直接啟動(dòng)時(shí)，它將會產(chǎn)生7到8倍的電機(jī)額定電流。這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓啟動(dòng)（也可適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升）。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動(dòng)電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機(jī)的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低、電機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。

　�。�10） 降低電力線路電壓波動(dòng)

　　在電機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)，電流劇增的同時(shí)，電壓也會大幅度波動(dòng)，電壓下降的幅度將取決于啟動(dòng)電機(jī)的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如PC機(jī)、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會動(dòng)作出錯(cuò)。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時(shí)逐步啟動(dòng)，則能最大程度上消除電壓下降。

變頻器應(yīng)用范圍很廣，我們舉例說明下：

變頻器分類