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变频器原理范文1
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
本文笔者试着从高压变频器的基本概述进行分析，并进一步分析了高压变频器的工作原理以及其应用，希望笔者的分析，对于高压变频器的发展具有一定的作用。
二、高压变频器概述
高压变频器是采用若干个变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。在变频器中，由多个低压单元串联连接，构成驱动系统的高压输出。基于这种拓扑结构，使得高压变频器具备了在维护、功率品质方面的优点，另外变频器通过快速功率单元旁路，是系统的可靠性大大增加。该变频器具有对电网谐波危害小，输入功率因素高，无需采用输入谐波滤波器和功率因素补偿装置。输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动，噪音，输出dv/dt，共模电压等问题，不必设置输出滤波器就可以用于普通的异步电机。
传统的变频器拥有5个独立部件，即输入滤波器、功率因数补偿、隔离变压器、逆变装置和输出滤波器。而无谐波高压变频器完美的输入/输出特性，因此其内部仅需隔离变压器和变频器两个主要部件。与普通采用高压器件直接串联的变频器相比，由于采用整个功率单元串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，可直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。功率单元中采用的低压IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。功率单元采用模块化结构，同一变频器内的所有功率单元可以互换，维修业非常方便。由于采用功率单元串联结构，所以可以采取功率单元旁路技术，当功率单元故障时，控制系统可以将故障单元自动旁路，采用中心点漂移技术，变频器仍可降额继续运行，大大提高了系统的可靠性。
三、高压变频器的工作原理
1、移相式变压器
移相变压器的副边绕组分为三组，构成X脉冲整流方式；这种多极移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使负载下的网侧功率因数接近1。另外，由于副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，这样大大提高了可靠性。
2、智能化功率单元
所有的功率模块均为智能化设计具有强大的自诊断指导能力，一旦有故障发生时，功率模块将故障信息迅速返回到主控单元中，主控单元及时将主要功率元件IGBT关断，保护主电路；同时在中文人机界面上精确定位显示故障位置、类别。在设计时已将一定功率范围内的单元模块进行了标准化考虑，以此保证了单元模块在结构、功能上的一致性。当模块出现故障时，在得到报警器报警通知后，可在几分钟内更换同等功能的备用模块，减少停机时间。
6kV电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直流PWM电压源型逆变器结构，相邻功率单元的输出端串联起来，形成Y接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。6kV电压等级的高压变频器，每相由六个额定电压为600V的功率单元串联而成，输出相电压最高可达3464V，线电压达6000V左右。改变每相功率单元的串联个数或功率单元的输出电压等级，就可以实现不同电压等级的高压输出。每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。6kV电压等级的变频器，给18个功率单元供电的18个二次绕组每三个一组，分为6个不同的相位组，互差10度电角度，形成36脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波，这种等值裂相供电方式使总的谐波电流失真大为减少，变频器输入的功率因数可达到0．95以上。
3、双DSP控制系统
主控器的核心为双DSP的CPU单元，使指令能在纳秒级完成。这样CPU单元可以很快的根据操作命令、给定信号及其它输入信号，计算出控制信息及状态信息，快速的完成对功率单元的监控。
4、GPRS远程监控
通过FTU配网装置，将采集到的'实际频率'、'定子电压'、'定子电流'、'压力'以及系统运行的状态量和报警信息等等数据，利用GPRS网络发送到后台服务器，后台服务器可根据所收到的数据信息的分析结果作出相应的处理操作，包括监测工作状态、系统运行参数、电流、电压的超标报警，这样就可以对现场进行实时监控，以确定安全情况和运行情况。大幅提高了系统运行的可靠性、操作方式更加灵活、同时也减少了维护费用。
四、高压变频器在电厂的应用分析
1、选择合适的高压变频器类型
目前，结合电厂负荷实际情况做好选型工作是使用高压变频技术最重要的一步。工程实践中，通常选用高―低―高型变频器以及直接高压型变频器中的三电平方案和单元串联多电平方案。
①负载容量小于500 kW这个容量范围的变频器占全厂总负荷比例较小，无论是老设备改造还是新建的项目，当谐波并非主要问题时，完全可以采用6脉冲（或者12脉冲），价格低廉，投资回报快，相比之下如果采用变频器，由于系统结构的原因，单位价格（元/kW）非常高，有些大材小用。当然更为理想的是能够采用扃―中方案，变频器直接驱动690VAC电机，系统效率和应用效果都能处于最佳。
②负载容量在500 kW-800 kW之间此段容量的高压变频器既可以采用高―低―高方案，也可以采用直接输出高压方案，这就需要用户对装置性能、谐波影响、装置尺寸、安装场地、投资运算、使用维护等多方面综合进行评估。通常情况下，对于新建项目，采用高―中方案，变频器直接驱动690VAC电机，整个系统的综合性能价格比较高，而对于老设备改造项目，如果原有电机不做改动，那么采用三电平电压源型高压变频器和单元串联多电平型高压变频器比较合适。
③负载容量在800 kW以上800 kW以上的高压变频器负荷容量相对较大，对于高―低―高或高―中方案来说，690VAC部分的输出电流比较大，截面积较大的输出电缆不便于铺设和连接，因此适宜选用直接输出高压型方案，建议采用三电平电压源型高压变频器或者单元串联多电平型高压变频器。
2、实际应用中的问题与对策
高压变频器是集电力电子技术和控制技术为一体的大型电气设备，实际应用中可能碰到各种具体问题需要采取不同对策，以保证设备长期可靠运行。
1）变频器散热无论是哪种形式的高压变频器，其正常发热量大约为容量的4%-6%。对于安装场所来说，必须做好通风散热，过高的环境温度会使变频器输出功率降低，并加速电子元件的老化，影响变频器使用寿命，因此建议给变频器加装通风散热风道或加装空调。
2）变频电机普通电机通过自有的风扇冷却，但在变频调速过程中其冷却效果随着电机转速降低而下降，对于长期运行在较低频率且需要输出较大转矩的场合，应当考虑采用独立电源供电的变频电机。
3）变压器几乎所有形式的高压变频器都有进线变压器，如果采用干式变压器放置在配电室内，最好能配置柜体，并考虑散热。
4）控制电源某些品牌高压变频器需要低压控制电源，建议对控制电源增设UPS保证可靠供电，防止因控制电源故障导致变频器跳闸。
5）旁路刀闸切换对于重要场合的负载，建议增加工频旁路，可以采用简单可靠的旁路刀闸（3只刀闸）配置成切换柜，3只刀闸间建立相互联锁的关系，当变频器故障跳闸后通过刀闸切换，使工频电网直接驱动电机运行。
五、结束语
综上所述，高压变频器是随着现代科技的不断发展而逐渐发展起来的，其对于我国相关领域的发展具有十分重要的作用，因此，我们需要不断的加强对其的研究和分析，促进其更大的发展。
参考文献：
[1]刘凤袖 高压变频器在广州发电厂给水系统改造中的应用华南理工大学2012-04-01硕士
变频器原理范文2
【关键词】变频器;节能原理;应用;探讨
近年来，我国的科学技术飞速发展，科学技术带动着我国的电力技术以及信息技术发展，其中，自动控制技术也因此迈上一个新的台阶。电气传动与控制技术的进步注定要掀起一场大的技术革命，就是用新的交流调速技术取代直流调速以及计算机数控技术代替我们传统的模拟控制技术。当今，科技为很多条件的优化创造了可能，比方说对于电动机的交流变频调速，由于其出众的调速范围和启动性能，更重要的是在节约电力方面，被很多领域所应用，现阶段其已经充当着节能减排、提升生产效率、保护周围环境的的重要角色。在我国社会生产生活中发挥着至关重要的作用。
1.变频器的工作原理和基本构成
什么是变频器？从组成上来讲，变频器通过电力半导体器件的通断作用，对工频电源进行变换的装置，一般将工频电源转化为其他频率的电能控制装置。这样的话，就可以对交流异步电机进行功能上的调节，例如软启动、过压、过流、提升运转精度等等。变频器基本构成根据其工作方式可分为两种，即：交―交、交―直―交，一般来说，我们日常接触到的变频器，通常是一直一交的构成方式，工作原理就是首先将工频的交流电，通过整流器的转换作用变成直流电，然后再利用变频器将直流电转化为能够控制的交流电供电动机使用。
2.变频器的节能原理
我们都知道，对于变频器本身来讲，其是不会在节约电能方面起作用的，它只不过是节能系统组成的一部分。而利用变频技术的优势，就是可以实现对电机的精确控制，比如电机的高精度控制和高特性控制。而变频器在节能方面的作用，就是可以控制运作电机的转速来节约电能的不必要使用，从而达到节约能源的最终目的。
变频器技术是一项具有较强综合性的技术，它把电力电子技术与变频技术紧密结合，通过控制电动机电源频率的工作方式实现对电动机机械设备的控制。其中，变频技术包括电力电子技术、计算机应用技术等，在确保电动机稳定运行的条件下，能有效控制电动机的自动加速与减速运行，从而提高电动机的工作效率，降低能源的消耗。此外，变频器技术还具有较强的过电流、过电压等保护功能。变频器的节能方式是根据实际需求的不同来划分，主要分为软启动节能方式和变频节能方式两种节能方式，不同的节能方式具有不同的节能原理。
3.变频器的节能应用
对于变频器在我国的应用，广泛来说应用十分广，但是主要还是集中在风机和泵类的机械设备身上，通过变频器的变频作用可以进一步节约电能。由于其在节能减排方面的突出作用，变频技术被我国所重视，并在近几年进行了很大范围的推广。变频技术的应用取得了显著的成效，有其是风机和泵类等设备的控制方面，节约了大量的能源，在现代生产中扮演越来越重要的角色。与此同时，在交流异步电动机方面，变频技术整合进变频系统被广泛应用于我国的数控机床、传送带给料系统的启动源。
近几年，科技的不断进步，人们生活水平的不断提高，变频技术的身影遍布我们生活的方方面面，并且随着时间的不断推移而不断成熟，在不同的生产领域都发挥着极其重要的作用。在高耗能产业，比如说煤矿企业，变频器能够在节约电能方面起到十分显著的作用，同时可以进一步提高企业的机械设备自动化程度，进一步对煤矿企业的生产效率提升以及提升煤炭质量起到推动作用。同时，变频技术应用于煤矿企业的通风环节，可以大大增强矿区的空气流通效率，进一步保证煤矿安全。总而言之，变频器技术能够广泛应用于各种不同的领域，并充分发挥其节能效果，最大限度地为生产机械做出重要贡献。
4.结束语
总而言之，变频器的使用可以在很大程度上节约各种设备的能源消耗，还可以进一步减少设备启动时不可避免的电路损耗，这样便增长了设备的使用寿命，减少不必要的维修开支。合理运用变频器，其节电率可以达到30%以上，其中发展潜力巨大，十分值得推广与应用。同时，变频器的合理利用在维护企业经济效益方面也同样扮演着重要的角色，所以，针对变频器的重要作用，我们技术研究人员应该进一步抓紧对变频技术的研究，让变频技术更有效为社会服务，大大提高企业的经济效益和经营利润。
参考文献
[1]吴爽.浅谈变频器节能的原理及应用[J].广东科技，2007 （S2）.
[2]李永鑫.变频器节能技术原理及应用分析[J].电子制作，2013（05）.
变频器原理范文3
【关键词】 变频器 同步控制 港口
在大量的电机驱动工程实践应用中，为了确保多个电机负载分配的均衡，电机动作的同步，就需要引入同步控制的工作概念，这对于提高驱动系统的控制精度与稳定性而言都是至关重要的。正确把握变频器同步控制的基本工作原理对于促进其实践价值的发挥有重要意义，望引起重视。本文即针对该问题做系统分析与研究。
一、变频器同步控制原理
对于变频器而言，可以说其是最为常见的变频器控制模式之一。主驱动的控制模式以速度性控制为主，从驱动的控制模式则以转矩控制为主。同步控制可能涉及到的工况有如下几个方面：其一，在变频器主驱动与从驱动的电机轴通过传输带，以柔性方式连接的情况下，两者之间不可避免的会发生一定的速度差。此情况下，传输带自身的张力能够缩短主从电机之间的转矩差距，驱动可以速度控制方式运行，确保转速的稳定与可靠。其二，在变频器主驱动与从驱动的电机轴通过齿轮（或者是链条），以刚性方式连接的情况下，由于连接方式已经排除了发生电机速度差的问题。故而，在从驱动以转矩控制方式运行的过程当中，其可以直接通过输出转矩的方式来维持主驱动负荷水平的平稳，而主驱动则负责以速度控制方式完成控制作业。其三，无论采取的柔性还是刚性连接方式，若主从电机在正常运行状态下无法从机械角度确保转动速度的稳定与一致，对于从驱动而言，除要求以速度控制方式运行以外，还需要支持转矩控制模式，实现变频器在速度控制与转矩控制模式之间的灵活切换。
二、变频器同步控制在港口中的应用
港口二期翻车机系统中每次进行2节车皮的翻卸作业，主要构成结构包括前后梁、平台、底梁、以及端环这几个方面。主体结构直接设置在翻车机回转支撑轮上，受驱动电机的影响执行旋转动作，该港口翻车机通过变频器完成驱动。本设计方案，翻车机运行期间可能存在以下几个方面的问题：其一，主驱动出力以及从驱动出力存在较大的偏差问题，主变频器对应运行电流较从变频器而言明显较高；其二，同样是受主变频器与从变频器受力不均的因素影响，导致变频器相关电器元件使用寿命受到严重不良影响，增大主驱动机械结构受力，加剧磨损，最终导致翻车机驱动常见振动问题；其三，由于变频器的控制模式为转速控制，故无法及时针对驱动力矩的变化做出响应，由此导致翻车机在力矩分配上存在严重的问题，电机正常运行期间还可能发生异常抖动方面的问题。
针对该问题，认为改进设计方案的关键在于：对变频驱动控制系统进行调整与优化。改进的目标在于：提高驱动控制的精度以及控制动作的响应时间。确保主变频器、次变频器对应的电机转动速度完全一致，输出转矩完全一致。故而所采取的设计方案为：其一，从主驱动变频器的角度上来说，运行功率设定为200.0kW，以转矩方式进行控制，速度给定方式为PLC模拟量输出，转矩给定方式为负载以及驱动转矩；其二，从从驱动变频器的角度上来说，运行功率设定为200.0kW，以频率方式进行控制，速度给定方式为力矩计算与机械结构，转矩给定方式为主驱动转矩取值。
变频驱动改造期间，在驱动电机上增设了独立运行的测速编码器，同时采取软件形式设定变频器参数并进行调整。同时，从机械对称的角度上来说，将所对应的编码器接线线路进行对换处理，借助于此种方式确保变频器所检测得出的电机旋转方向与实际方向完全一致，降低运行期间发生编码器错误的故障。通过以上改造，该港口翻车机运行平稳，未再次发生电机抖动方面的问题。变频器输出电流基本一致，能够伴随工作负载变化对应发生变动，证实改造效果确切。
三、结束语
总而言之，变频器同步控制需要在电机负载连接以及控制精度的灵活选择上来实现。通过对变频器同步工作原理的严格控制，能够使包括港口在内的各种设备驱动系统对变频器的应用更加可靠与稳定。
参 考 文 献
[1] 李凤阁，林景波，佟为明等. 基于PLC和变频器的同步控制实验系统[J]. 实验技术与管理，2011，28（11）：32-35，40
变频器原理范文4
关键词：变频器；PLC通讯；交流电机
前言
交流电机是现今采用较多也是较为广泛的电机形式.通过在交流电机的控制中使用变频器可以实现对于交流电机的变频控制，以更好的对交流电机的转速、扭矩进行精确的控制。而对于变频器数量较多、电机分布较为广发内的场合由于需要控制的变频器较多而PLC中需要控制的I/O输出点数和DA数模的转换通道将较多将极大的影响PLC对于变频器控制的可靠性和稳定性。通过在PLC与变频器的控制中采用PLC与变频器的控制中采用PLC以RS-485的通讯方式来实现对于变频器的方便控制。
1 RS-485控制通讯系统的组成及通讯参数的设置
RS-485串行通讯采用的是典型的无协议通信，在通讯的过程中无须经过固定协议、无须数据交换而是主要通过通信端口来进行指令的传输。某型CPIH型PLC中采用的是两个RS-485通信解接口，在使用RS-485通信协议中需要对所使用的串口进行预置。通过使用RS-485通信方式所能控制的变频器最多可以能够实现对于32台交流变频器的控制，因此在进行通信前首先需要对通讯端口进行正确的硬件连接和相应的参数设置。在使用PLC对多台变频器进行通讯控制时，需要在最末端的变频器添加阻值为100Ω的阻抗，并将拨码开关引脚为1的拨码拨为ON状态。显示为变频器的终端有电阻的存在。再使用CPIH串口通信来对RS-485通讯进行硬件设置时首先要在PLC的通信接口上外接RS-485通讯选件板，并同时将拨码开关中的SW4拨码开关拨置到OFF状态，将串口1置于通讯状态。在使用PLC与变频器的RS-485串行通讯控制中首先需要对两者的参数进行正确的设置，设置两者之间能够相互认可的参数能够使得通讯的数据帧能够保持一致，通过使用FR-E540的变频器的通讯参数通过使用控制面板来进行设置可以使得通讯控制较为简单。在使用CPIH的通讯并进行通讯参数的设置时可以较为简单的进行设置，在设置时无需使用专用的通讯寄存器对CPIH的通讯参数来进行设置可以直接使用OMRON中所配用的专用的CX-Programmer通讯软件按照其所说明的参数来进行设置，在进行参数设置时要按照PLC设定-串口1-通信设置这一顺序来对PLC于变频器之间的RS-485的通信进行参数的设置，要注意的是，在设置时需要保持PLC串口通信所设置的参数要与变频器端所设置的参数保持一致，如参数设置不一致将会导致两者之间无法进行正常的数据通信。在进行通信参数的设置时主要有以下几个通信参数：（1）通信速率，包含有4800波特率/9600波特率/和19200波特率等多个通信速率，在进行参数的选择时要与变频器端保持一致。（2）停止位长，根据停止位长的不同来进行参数的设置。（3）奇偶校验位，根据奇偶校验的不同来进行相应参数的设置，此外还有通讯的参数、通讯校验时间间隔和通讯更待时间等的参数。
在使用RS-485通讯方式作为通讯方式时，使用RS-485作为连接通讯时，通讯线主要采用的是双绞屏蔽电缆，并需要在主机端和最末一个从机端连接一个110Ω左右的终端电阻，在使用双绞线连接时PLC端口处主要接通的是SDA、SDB、RDA、RDB在变频器端口中连接着R+、R-、S+、S-等几个端子，并在所串联的多个变频器的终端串联一个110Ω的终端电阻。
在变频器与PLC的连接中变频器主要采用的是MEMOBUS协议，在MEMOBUS协议中其主要通过的是使用主站对从站发出指令并使用从站进行响应的形式，在传输的指令中根据所传输的指令的内容和功能的不同所传输的数据的长度也会产生相应的变化。在所传输的数据中主要包含有：从站地址、所传输的功能码、通信数据和故障检出这些部分所构成。同时在进行数据通信时还需要确保所传输的信息之间保持有一定的时间间隔，以确保所传输数据的信息响应。在所传输输中的从站的地址可设置为（0-20Hex）之间，如将从站地址设置为0则表示为主站以广播的形式发送，而无需变频器做出反馈响应。对于数据传输中的功能码则主要传输的是指定的代码，其中功能码主要分为：读取存储寄存器中的内容、回路测试以及读多个存储器的写入等主要几个功能。而所传输的数据主要指的是由存储寄存器编号与数据所组成组合构成的一系列的数据，根据所传输的指令内容的不同也会使得指令数据的长度有所改变，在传输变频器故障状态时对采用的是CRC-16的形式，一般情况下，计算出的CRC-16时所默认的数值为0，在对变频器进行参数设置时需要将MEMOBUS系统中的相应参数设置为1，对于主站所连接的从站地址中的LSB主要作为MSB，而将所传输的最后数据的MSB来作为LSB以此为数据来完成对于CRC-16的计算，此外对于CRC-16的计算也可以使用来自于从站的响应信息来进行相应的计算，并将计算后的结果与响信息中的CRC-16中的CRC-16的数据进行比对校验。
2 PLC与变频器之间的通讯控制的PLC程序的设计
在完成了对于PLC与变频器的硬件连接后为实现两者之间的数据通信与控制还需要对PLC进行程序编程，通过使用PLC程序来实现对于变频器中的各种运行控制和数据写入、各种监控数据的读取等。在使用PLC程序进行设计编写时首先需要完成的是需要对于RS-485通信接口及相应的硬件通讯适配器的初始化、控制命令字的组合以及代码转换和变频器应答数据的处理。此外在PLC程序的编写中还需要注意的是需要对变频器中的各种运行控制和运行数据的采集和控制，此外，在PLC通讯程序的设计中使用RS指令来作为使用来实现对于RS-485功能扩展板及特殊适配器进行调用，同时通过使用RS指令将串行数据的指令数据的格式通过特殊寄存器D8120来对其进行相应的设定，在参数设定时需要注意的是所设定的数据需要与变频器的数据格式类型完全的相匹配以避免两者之间无法匹配从而无法进行数据的传输。在使用RS-485通讯时PLC通过传送指令将所需要通讯的数据传输装载到D200开始的连续的数据单元中，D200发送数据的首地址（指针），D0：完成对于所需传输数据的字节数（点数）的传输，此外，在程序编制时还需要注意的是可以根据传输通信协议使用常数直接来对字节数进行指定，在不进行发送的系统中，将所需发送的数据发送点数设定为K0，D500为PLC与变频器控制通信中PLC接收数据的首地址（指针），D1数据接收的字节数，与发送相同的是可以根据传输通信协议而将常数直接指定字节数。在编程中需要注意的是数据的传输发送使用的是脉冲执行方式，使用SETM8122即可。在RS-485串行通讯中发送指令为TXD和接受指令RXD。参数“S”为设置发送信息的首地址，“D”为接收首地址，“C”为控制字。由于一个字占据ASCⅡ字符且为两个字节，因此，在信息发送接收时需要按照“S（D）～S（D）+（N÷2）-1”重的内容，指令设置为：S=DM0001，C=#0100，N=#0014的形式，在PLC程序编制时程序发送成功后将频率写入到变频器中，但此时交流电机仍无法运转而需要通过向变频器中发送HFA指令来控制电机的转动状态和转动方向。
3 结束语
变频器在工业领域应用极为广泛，使用变频器可以有效的降低电机的能耗同时可以对电机的启停进行保护。文章在分析PLC与变频器通讯控制原理的基础上对如何做好使用PLC对变频器进行通讯控制进行了分析阐述。
参考文献
[1]冯敬璞.PLC通过自由通讯口方式与变频器通讯[J].可编程控制器与工厂自动化，2006（11）：75-77.
变频器原理范文5
关键词：变频器；过流故障；电动机
中图分类号：TN77 文献标识码：A
变频器的过流故障是最常见也是较复杂的故障，当过流故障发生时，变频器保护电路会立即动作并停机，同时变频器显示故障代码或故障类型。大多数情况下可以根据变频器显示的故障代码迅速找到故障原因并排除故障，但也有一些过流故障的原因是多方面的，并不是单一的，而是包含了加速、减速、恒速过流、负载发生突变、输出短路等各种可能导致过流保护的因素。下面分析变频器过流故障原因以及提出过流故障处理方法。
1 变频器过流原因的分析
变频器中过流保护的对象主要指峰值超过了额定电流的200%且带有突变性质的电流检测值，变频器就会显示OC（Over Current）表示已经过流，由于变频器中逆变器件的过载能力比较差，因此变频器的过流保护是变频器使用过程中最重要的一环。变频器过流故障分为加速过流、减速过流、恒速过流等，其引起原因可能是变频器的加减速时间太短、负载发生了突变、负荷分配不均、输出端有短路等。
根据变频器显示屏显示，原因有以下几方面：
（1）变频器工作中过流，即电机拖动系统在工作过程中出现过流，其原因大致有以下几方面：
a.电动机传动机构出现“卡住”现象或遇到冲击负载，电动机工作电流突然增加而出现过流。
b.变频器输出端短路（如图1所示），如输出端连接线发生相互短路，或电动机内部短路、接地（电机绕组烧毁、绕组绝缘劣化、电缆破损而引起的短路）等，变频器输出端电流大增而出现过流。
图1 变频器输出端短路
c.变频器本身工作异常，如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在交替的工作中出现不正常。如环境温度太高或逆变器元器件老化等原因，使逆变器的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件却还未来得及关断，而另一个器件已经导通，引起同一个桥臂的上、下两个器件的“同时导通”（如图2所示），使直流电压的两极间处于短路状态，使变频器内部电流大增而过流。
图2 桥臂“同时导通”的故障
（2）变频器升速或降速时过流。如果负载的惯性比较大，而变频器设定升速时间或降速时间太短时，就会引起过流。在升速过程中，如果变频器工作频率上升太快，电动机的同步转速也迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性比较大而跟不上去，结果就会使升速电流太大，引起变频器过流保护；在降速过程中，如果变频器设定降速时间太短，电动机的同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，电动机转速仍维持较高的状态，这时转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过流，引起变频器过流保护。
（3）变频器一通电或者一开始运行就出现过流。这种过流保护一般是因变频器内部故障引起的，如果负载正常，变频器还是出现过流保护，大部分是过流检测电路引起，如电流检测电路、取样电阻或传感器等。变频器过流保护用的检测电路一般是模拟运放电路，如图3所示。在静态时，测量A点的工作电压为2.4V，如果电压不对即为该电路可能有问题，应查找原因并排除故障。R4为过流检测电路的取样电阻，若阻值有变应更换。
2 变频器过流故障诊断流程图（图4）
3 过流故障处理方法
变频器显示过流故障，有二种类型：一种是运行过程中出现过流故障显示；另一种是变频器接通电源后就显示过流故障，或运行停止后仍出现过电流故障显示，并且不能复位。运行过程中变频器出现过流故障显示，多半是外部原因或设置参数不合理引起的。例如电动机电缆损坏或电动机线圈相间、对地短路引起的电动机侧端子短路；电动机过负载非常严重引起过电流；加速或减速时间设置过短，变频器在加速或减速过程中，由于负载电流过大，出现变频器过电流显示等等。这些过电流故障当外部故障排除后，按复位按钮就能复位，或自动复位，变频器是正常的。
变频器接通电源后就显示过流故障，变频器自动停止运行后，过流故障无法复位，是假过流故障：因为变频器是在根本没有输出电流的状况下，而显示过流故障的。这是变频器的电流检测保护电路出了故障：通常是由于电流取样器件，如取样电阻、电流互感器及霍尔元件损坏或参数值改变，放大电路损坏和比较电路运行不正常等等引起的。修理时可以从这些环节上去检查、分析和找出故障点。
变频器过流故障的检查步骤：
第一，确定负载是否符合正常运行条件；
第二，确定变频器自身是否正常；
第三，确定变频器的设置参数是否与加减速过程或负载运行的工艺条件匹配；
第四，确定变频器接线是否正常。
（1）负载侧过流原因检查
负载侧的过流原因是引起变频器过流的最主要因素，因此一旦变频器发生过流故障，先要检查：
a.机械部分检查：负载侧机械有没有卡住，引起电机不转，导致过流；
b.短路检查：检查负载有没有短路现象，用兆欧表检查电机和电机电缆相间或每相对地的绝缘电阻是否为零，如果绝缘电阻为零，说明电机或电机电缆匝间或相间对地短路；
c.电动机的启动转矩是否过小检查：如果启动转矩过小，拖动系统转不起来，引起过流；
d.电机电缆是否符合要求检查：选择电机电缆一定按照要求去选，因为电机的漏抗、电机电缆的耦合电抗大小和过流故障有关。
（2）变频器自身检查
变频器自身硬件问题一般是模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏等。
主要检查几方面内容：
a.连接插件检查：由于电流或电压反馈信号线连接不紧、不牢而造成接触不良，会出现过流故障时有时无的现象。
b.检测通道检查：如果主电路接口板电压、电流检测通道损坏，也会出现过流。
c.电流互感器检查：当变频器主回路送电还未启动时，变频器有电流显示且电流在变化，这样可判断电流互感器已损坏，应更换互感器损坏。
d.电路板检查：电路板损坏的原因可能有：第一，由于变频器工作环境太差，导电性烟尘附在电路板上，造成损坏。第二，电路板的零电位与机壳短路。第三，由于接地不良，变频器电路板的零伏受到干扰，也会损坏电路板。
（3）变频器设定参数检查
变频器参数设定问题是在负载、变频器都没有问题的情况下才怀疑的因素，参数设定包括加速、减速时间太短、PID调节器的比例P和积分时间I参数不合理、超调过大等，这些参数的设置错误都将造成变频器输出电流不稳定或直接过流。
针对变频器参数设定问题，主要检查：
a.升速时间检查：时间设定太短，加长加速时间；
b.减速时间检查：时间设定太短，加长减速时间；
c.转矩补偿（U/f比）设定检查：转矩补偿设定太大，引起低频时空载电流过大；
d.电子热继电器整定检查：热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。另外，如果负载不稳定时，建议使用矢量控制模式或DTC模式，有利于抑制过流。同时使用速度环的自适应功能来自动调整PID参数，可以使变频器输出电机电流平稳。
（4）输入输出线路电压检查
缺相是过流保护的其中一个原因。如果变频器输入电压缺相时，势必引起另外两相输入电压降低，负载电流急剧加大，引起变频器过流保护。而当变频器输出端缺相时，会使电动机的另外两相电流加大从而引起变频器过流保护。所以对变频器输入及输出端电压都应进行检查，排除缺相引起过流故障。
4 自动限流功能
针对变频器容易过流的现象，很多变频器都推出了自动限流功能，即通过对负载电流进行实时控制，自动限定其不超过设定的自动限流水平值（通常以额定电流的百分比来表示），来防止电流过冲而引起的故障跳闸，这对于一些惯量较大或变化剧烈的负载场合，尤其适用。
当然，自动限流功能动作时，变频器输出频率可能会有所变化，所以对要求恒速运行时输出频率较稳定的场合，不宜一直使用该功能，仅仅在启动或停机时才用到。
5 维修实例
实例：富士FVRl50G7S 7.5kW
故障现象：变频器显示OC3（过流故障）。
分析与判断：变频器接通电源后便显示过电流故障，问题可以锁定在电流检测保护电路上。这种变频器的三相输出都装有电流检测放大电路，其检测的电流信号通过接插件送到保护电路。可以通过拔掉三个插头来判断问题在电流检测放大电路，还是保护电路。把三个插头拔掉后，过流故障现象消失，说明故障就在电流检测放大电路。然后再把电流检测放大电路的插头逐个插上去。插第一个，未显示过流故障；插第二个，显示过流故障，拔下后又正常，插第三个也正常。说明第二个电流检测放大电路损坏。为了进一步确定，将第二个插头插入、拔出，插入显示过流故障，拔出就正常。细查第二个电流检测放大电路时，发现只要接上直流供电电源，其输出就为高电平。（正常的电流检测放大电路在被检测电流为零时，输出低电平）经检查运放集成电路损坏。
故障处理：更换集成电路，变频器恢复正常。
故障原因：这台变频器的三相输出电流的检测放大电路中，有一相电流检测放大电路的集成放大电路损坏，放大电路输出一个不变的高电平，保护电路接收到这个错误信号后，向有关电路发出过电流故障信号，使变频器接通电源就出现过电流显示。
结语
在维修变频器经验的基础上，对变频器过流故障的原因进行的一些分析与探讨，提出了过流故障处理对策，由于变频器在运行中出现过流故障形式多样，和维修其他电器一样，有很多过流故障是意想不到的，这不仅要求我们要深入了解具体变频器的工作原理及其过流保护电路设计的原则，分清过流故障的原因，结合变频器本身参数、控制系统状况和工艺流程等情况，对过流故障进行深入认真的分析，制定相应的对策，以便快速而准确地处理过流故障问题，提高维修效率。
参考文献
[1]李自先，等.变频器应用维护与修理[M].北京：地震出版社.
[2]张选正，等.变频器故障诊断与维修[M].北京：电子工业出版社.
[3]李方园.变频器故障排除[M].北京：化学工业出版社.
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变频器原理范文6
[关键词]高压 变频器 过电压故障 危害 原因 解决
中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0063-01
正常情况下，直流母线电压为三相交流输入线电压的峰值。以AC700V输入电压等级的功率单元为例计算，直流母线电压1.414x700=989V。在过电压发生时，直流母线的储能电容电压将上升，当电压上升至一定的值时〔通常为正常值的10%-20%），高压变频器过电压保护动作。因此，对于变频器来说，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功率单元。
1.过电压故障的危害
高压变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压的主要危害表现在以下几方面。
1.1 对功率单元直流回路电解电容器的寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而高压变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在一定范围内，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。
1.2 对功率器件如整流桥、IGBT、SCR的寿命有直接影响，直流母线电压过高，功率器件的安全裕量减少。例如对AC700V输入电压等级的功率单元来说，其功率器件的额定耐压一般选定在DV1700V左右，考虑器件处在开关状态时dv/dt比较大，因此在直流母线电压过高时再叠加功率器件开关过程中产生的过电压，很有可能超过器件的额定耐压而造成器件击穿损坏。
1.3 对功率单元的控制板造成损坏。一般功率单元中控制板上的。DC/DC变换器需从直流母线取电，DC/DC变换器的输入电压也有一定的范围，直流母线电压过高，则变换器中开关管如MOSFET也会击穿。
2.引起过电压故障的原因
一般能引起中间直流回路真正过电压的原因主要来自以下两个方面。
2.1 来自电源输入侧的过电压
正常情况下电网电压的波动在额定电压的-10%―+10%以内，但是，在特殊情况下，电源电压正向波动可能过大。由于直流母线电压随着电源电压上升，所以当电压上升到保护值时，变频器会因过电压保护而跳闸。
2.2 来自负载侧的过电压
由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电动机处于实际在速比变频频率决定的同步转速高的状态时，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过各个功率单元逆变桥中的四个IGBT中的续流二极管回馈到功率单元的直流母线回路中。此时的逆变桥处于整流状态，如果功率单元中没有采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电解电容器的电压上升，达到保护值即会报出过电压故障而跳闸。
3.避免过电压故障的方法
根据以上针对高压变频器过电压带来的危害及几种可能的产生原因的分析，可以从以下四个方面来尽最大可能避免过电压故障的产生：一是避免电网过电压进入到变频器输入侧；二是避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内；三是提高过电压检测回路的抗干扰性；四是中间直流回路多余能量应及时处理。下面介绍主要的处理方式。
3.1 在电源榆入侧增加吸收装置，减少变频器榆入过电压因素
对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。
3.2 从变频器已设定的参数中寻找解决办法
在变频器中可设定的参数主要有两个：减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能逐渐释放；该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过电压情况下可减至的频率值，暂缓后再设定下一阶段变压器不过电压情况下可减至的频率值，即采用分段减速方式。
3.3 采用在中间直流回路上增加适当电容的方法
中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器#解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法，是以增大变频器容量的方法来换取过电压保护能力的提高。
3.4 在条件允许的情况下适当降低功率单元输入电压
目前变频器功率单元整流侧采用的是不可控整流桥，电源电压高，中间直流回〖路电压也高，有些用户处电网电压长期处于最大正向波动值附近。电网电压越高则变频器中间直流回路电压也越高，对变频器承受过电压能力影响很大。可以在高压变频器内配置的移相整流变压器高压侧预留5%、 0分接头，一般出厂时移相变压器输入侧都默认接在0分接头处。在电压偏高时，可以将输入侧改接在+5%分接头上，这样可适当降低功率单元输入侧的电压，达到相对提高变频器过电压保护能力的目的。
3.5 增强过电压检测电路的可靠性和抗干扰性
前面提到过电压检测电路分为高压采样部分和低压隔离比较部分，因此提高整个电路的可靠性和抗干扰性要从以下两方面入手。
3.5.1 中间直流母线到电路板上的两根连接导线要采用双绞线，并且线长应尽量短，电路板检测回路的入口处要增加滤波电容；降压电阻应选用功率裕性好、温漂小的电阻。
3.5.2 低压部分要采用工业等级的基准源，采用高共模抑制比的光耦参数以提高光耦一、二次侧的抗干扰能力。
3.6 在输入增加逆变电路的方法
处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加可控整流电路，可以将多余的能量回馈给电网。但可控整流桥价格昂贵，技术复杂，不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用，只有在较高级的场合才使用。
3.7 采用增加泄放电阻的方法
