變頻器原理

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變頻器原理范文第1篇

關鍵詞：變頻器；PID；智能PID調節儀

引言

目前，隨著我國科學技術、電子技術、計算機網絡等高新技術的不斷發展，變頻器的功能越來越豐富，制造商在開發、制造變頻器時，充分考慮到用戶需求，設計了多種可供用戶選擇的功能，其中PID控制技術是過程控制的一種常用方法，在保證系統平穩安全運行方面起著十分關鍵的作用。

1 變頻器PID控制工作原理分析

1.1 結構原理

PID控制屬于閉環控制，是指將被控量的檢測信號（即由傳感器測得的實際值）反饋到變頻器，與被控量的目標信號進行比例、積分、微分運算，來調整變頻器的輸出頻率，如尚未達到，則根據兩者的差值進行調整，使被控量始終穩定在目標量上，通常適用于流量控制，壓力控制及溫度控制等，過程控制基本原理框圖如下：

1.2 PID控制的工作過程

以空氣壓縮機為例，某變頻調整系統基本構成如下圖所示：圖中BP是壓力變送器，用以測量儲氣罐的實際壓力。

R.S.T為變頻器三相電源進線，U.V.W為變頻器三相電源出線，+5V為頻率設定用電源，VRF、VPF為模擬量輸入端子，GND為公共端，RP為頻率調節電位器，其中，5V、VFRF、GND構成變頻器外部頻率給定。

空氣壓縮機變頻調速系統的基本要求是保持儲氣罐壓力的恒定，系統工作過程介紹如下。設XT為目標信號，其大小與所需的儲氣罐壓力相對應，XF為壓力變送器的反饋信號，則變頻器輸出頻率f的大小由合成信號（XT-XF）決定。

如儲氣罐壓力超過目標值，則XF>XT（XT-XF）

以上舉例說明為PID輸出特性為正特性，即當反饋信號大于PID的給定量時，要求變頻順輸出頻率下降才能使PID達到平衡，如收卷的張力PID控制。

PID的負特性指當反饋信號大于PID給定，要求變頻器輸出頻率上升，才能使PID達到平衡，如放卷的張力PID控制。

2 PID參數意義

2.1 比例增益P

決定整個PID調節器的調節強度，P越大調節強度越大，該參數為100表示PID反饋量和給定量的偏差為100%時，PID調節器對輸出頻率指令的調節幅度為最大頻率。

2.2 積分時間I

決定PID調節器對PID反饋量和給定量的偏差進行積分調節的快慢，積分時間是指當PID反饋量和給定的偏差為100%時，積分調節器經過該時間連續調整，調整量達到最大頻率。積分時間越短，調節強度越大。

2.3 微分時間D

決定PID調節器對PID反饋量和給定量的偏差的變化率進行調節的強度，微分時間是指若反饋量在該時間內變化100%，微分調節器的整定量為最大頻率，微分時間越長調節強度越大。

3 PID參數調試方法

PID調節儀雖然具有自整定功能，但是自整定得到的參數值不一定是最佳值，所以自整定后儀表的控制效果不一定很理想。如不能滿足控制系統的精度要求，可通過微調這幾個參數的值，使系統達到滿意的控制效果。

3.1 比例帶P的選取

由于P的大小直接影響到系統的超調量，過渡時間和穩態誤差，因此，P的選取尤為重要，比例帶P減小，系統動作靈敏度加快。但偏小，超調量增大，振蕩次數增多，調節時間越長。P增大，系統會趨向平穩定，若P太大，會使系統動作緩慢，P的大小與穩態誤差呈反比關系。減小比例作用，可減小比例作用，可減小穩態誤差，提高控制精度。

3.2 積分時間I的選取

積分作用指在消除穩態誤差，積分時間I與積分作用的強弱是反比關系，I太小積分作用太強，使系統不穩定，振蕩次數較多，而I太大對系統性能影響減弱，以至不能消除穩態誤差。

3.3 微分時間D的選取

微分作用能夠預測偏差，產生超前校正作用，可以較好的改善動態性能。

由以上可以看出，比例作用的快速性，積分作用的徹底性，微分作用的超前性三個參數相互影響相壓制約，另外，PID的取值與系統慣性大小有很大關系。因此，很難一次調定，在許多要求不高的控制系統中，微分功能D可以不用，保持變頻器的出廠值不變，使系統運轉起來，觀察其工作情況。如壓力下降式上升難以恢復，說明反應太慢，同應加大比例增益P，直至比較滿意為止；在增大P后，雖然反應快了，卻容易在目標值附近波動，說明系統有振蕩，應加大積分時間，直至基本不振蕩為止。

總之，在反應太慢時，應調大KP式減小積分時間，在發生振蕩時，應調小KP式加大積分時間。在某些對反應速度要求較高的系統中，可考慮增大微分環節D。

4 結合實際說明PID在恒壓供水的應用

以英威騰CHF-100A系列變頻器為例，要求：PID恒壓控制，壓力保持2Mpa，用4-20mA，5Mpa電流型壓力變送器控制線怎么接，參數如何設置？

答：壓力變送器約“+”接變頻器“+10V”壓力變送器為“-”接變頻器“AI2”變頻器J16跳線為電流端（I與GND短接）相關參數設置如下表：

5 再介紹一下PID調節儀與變頻器的連接使用

以XMT62X系列智能PID調節器為例，簡單的說就是將壓力變送器的電流信號先輸入到PID調節儀，經內部運算處理后，輸出連續約4-20mA調節信號，輸出的信號與變頻器的控制端子相連，其工作原理與外置電位置一樣，不同點就是電位器反饋電壓信號，而PID調節儀反饋電流信號，PID調節儀能直觀的顯示實際值與設定值操作更方便簡潔。

由上述分析可知，PID控制是用于過程控制的一種常用方法，通過對被控信號與目標信號的差量進行比例，積分微分運算，來調節變頻器輸出頻率，構成負反饋系統，使被控量穩定在目標量上。可廣泛用于石化，供暖、供水、冶金、食品、熱變換等行業，對溫度壓力液位流量等參數進行測量，顯示精確控制，而且具有通訊功能，能方便的與計算機式PIC聯網，實現遠程控制。

參考文獻

[1]張燕賓.SPWM變頻調速應用技術[M].北京機械工業出版社，2004.

[2]黃威，黃禹.變頻器的使用與節能改選[M].北京化學工業出版社，2011.

變頻器原理范文第2篇

關鍵詞 高壓變頻器；原理；應用

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：1671―7597（2013）031-113-01

現代工業領域中，擁有大量的大功率風機、泵類設備，例如高爐鼓風機、煉鋼制氧機、除塵風機、石化生產的壓縮機，還有電力工業的給水泵、引風機，礦山的排水泵、排風扇以及城市供水泵等、這些設備的驅動電動機都是400 kW-40000 kW、3 kV-10kV的大功率高壓交流電動機，如果不用調速裝置，將使電能造成很大的浪費。軋鋼機、電力機車等也常用大功率高壓電動機驅動或牽引，也需要調速裝置來進行精確控制。據統計，高壓電動機用電量占總的電動機用電量的2/3以上。因此，在工作實踐中不斷加強對高壓變頻器的原理及應用的分析是十分必要的。

1 高壓變頻器的原理及分類

1.1 原理分析

所謂高壓變頻器，一般情況下是指電壓高于AC380V的變頻器，常見的有0.69 kV、2.3 kV、3kV、6kV和10kV電壓等級。由于和電網電壓相比，只能算作中壓，因此在國外通常也稱這類變頻器為中壓變頻器（MidiumVoltage）。高壓變頻器和低壓變頻器實質上區別不大，在變頻原理、機械特性與負載特性、控制技術、對周邊電氣設備的影響等方面基本上是相同的。只是由于開關器件的耐壓、造價和諧波對周邊設備影響較大等原因，開發了新的高壓變頻器主電路拓撲結構。此外因負載對動穩態的要求較高，故對PWM控制方法及控制技術等方面也有許多新的開發。

1.2 高壓變頻器的分類

高壓變頻器按結構特點可分為兩類結構方式：第一類為高一低一高式高壓變頻器，由降壓變壓器將電網高壓降為市用低壓（如400 V），接人一般低壓變頻器變頻，再經升壓變壓器升為高壓，驅動高壓電動機，包含了高、低、高三個環節，故稱為高一低一高式高壓變頻器；第二類為高一高式高壓變頻器，變頻器直接接到電網高壓，變頻后直接接到高壓電動機，只有高、高兩個環節，沒有低壓環節，故稱為高一高式高壓變頻器。這類變頻器又分開關器件串聯式、鉗位式和功率單元串聯式三種高壓變頻器。所謂開關器件串聯是指一般兩電平變頻器每個橋臂用兩個或兩個以上開關器件串聯，以適應承受高壓的需要。高壓變頻器按輸出電平可分為兩電平和多電平兩類，兩電平變頻器輸出只有兩個電平，包括高一低一高式、開關器件串聯式高壓變頻器；多電平變頻器是指輸出多于兩電平的變頻器，包括鉗位式變頻器和功率單元串聯式變頻器，其中三電平鉗位式變頻器應用最廣。

2 電廠應用高壓變頻器的問題與對策

2.1 選擇合適的高壓變頻器類型

在電廠實際生產中，特別是100 MW以上的機組，生產輔機中高壓電機占主要地位，這部分的負載用電占廠自用電的比例很大，因此，使用高壓變頻技術進行節能改造大有潛力。火電廠可以使用高壓變頻器的負載很多，主要有鍋爐引風機、鼓風機、給水泵、循環水泵、灰漿泵以及給料系統等。目前，結合電廠負荷實際情況做好選型工作是使用高壓變頻技術最重要的一步。工程實踐中，通常選用高―低―高型變頻器以及直接高壓型變頻器中的三電平方案和單元串聯多電平方案。①負載容量小于500 kW這個容量范圍的變頻器占全廠總負荷比例較小，無論是老設備改造還是新建的項目，當諧波并非主要問題時，完全可以采用6脈沖（或者12脈沖），價格低廉，投資回報快，相比之下如果采用變頻器，由于系統結構的原因，單位價格（元/kW）非常高，有些大材小用。當然更為理想的是能夠采用扃―中方案，變頻器直接驅動690VAC電機，系統效率和應用效果都能處于最佳。②負載容量在500 kW-800 kW之間此段容量的高壓變頻器既可以采用高―低―高方案，也可以采用直接輸出高壓方案，這就需要用戶對裝置性能、諧波影響、裝置尺寸、安裝場地、投資運算、使用維護等多方面綜合進行評估。通常情況下，對于新建項目，采用高―中方案，變頻器直接驅動690VAC電機，整個系統的綜合性能價格比較高，而對于老設備改造項目，如果原有電機不做改動，那么采用三電平電壓源型高壓變頻器和單元串聯多電平型高壓變頻器比較合適。③負載容量在800 kW以上800 kW以上的高壓變頻器負荷容量相對較大，對于高―低―高或高―中方案來說，690VAC部分的輸出電流比較大，截面積較大的輸出電纜不便于鋪設和連接，因此適宜選用直接輸出高壓型方案，建議采用三電平電壓源型高壓變頻器或者單元串聯多電平型高壓變頻器。

2.2 實際應用中的問題與對策

高壓變頻器是集電力電子技術和控制技術為一體的大型電氣設備，實際應用中可能碰到各種具體問題需要采取不同對策，以保證設備長期可靠運行。

1）變頻器散熱無論是哪種形式的高壓變頻器，其正常發熱量大約為容量的4%-6%。對于安裝場所來說，必須做好通風散熱，過高的環境溫度會使變頻器輸出功率降低，并加速電子元件的老化，影響變頻器使用壽命，因此建議給變頻器加裝通風散熱風道或加裝空調。

2）變頻電機普通電機通過自有的風扇冷卻，但在變頻調速過程中其冷卻效果隨著電機轉速降低而下降，對于長期運行在較低頻率且需要輸出較大轉矩的場合，應當考慮采用獨立電源供電的變頻電機。

3）變壓器幾乎所有形式的高壓變頻器都有進線變壓器，如果采用干式變壓器放置在配電室內，最好能配置柜體，并考慮散熱。

4）控制電源某些品牌高壓變頻器需要低壓控制電源，建議對控制電源增設UPS保證可靠供電，防止因控制電源故障導致變頻器跳閘。

5）旁路刀閘切換對于重要場合的負載，建議增加工頻旁路，可以采用簡單可靠的旁路刀閘（3只刀閘）配置成切換柜，3只刀閘間建立相互聯鎖的關系，當變頻器故障跳閘后通過刀閘切換，使工頻電網直接驅動電機運行。

參考文獻

變頻器原理范文第3篇

關鍵詞：變頻器；稱重儀表；皮帶輸送機：恒量

一、工作原理與應用

封閉式稱重給料機經常用于電力或其他行業鍋爐用煤以及固體物料上料的計量紿料。給料過程為皮帶連續給料。

給料機將來自于給料倉或其他給料設備的物料輸送并通過稱重橋架進行重量檢測；同時裝于尾輪的測速傳感器對皮帶進行速度檢測；被檢測的重量信號及速度信號一同送人6150B積算器進行微積分處理并顯示以t/h為單位的瞬時流量及噸為單位的累計量。

其內部調節器將實測的瞬時流量信號值與經過通訊板來自于(工控機)DCS的設定流量值進行比較，并根據偏離大小輸出相應的信號值，通過變頻器改變電機轉速的快慢以改變給料量使之與設定值一致，從而完成恒定給料流量的控制。累積量信號被送人(工控機)DCS，實現設定給料總量達標停機功能。運輸機計量均在堅固的耐壓腔體內進行。在輸送機計量下部設有刮板式清掃裝置，撒落料及飛灰都能被清理到出料口。整個系統設有皮帶跑偏報警、堵料報警和斷鏈報警。

1.1結構特點

稱重給料機的殼體是由鋼板拼焊成的密封槽體，其兩端及側面開有密封良好，方便安裝、檢修的活動門。輸送、計量各部件均固定在槽體兩側壁上，整體剛性好，有利于計量。

電子稱重橋架采用N30B型結構全懸浮式，稱重傳感器精度高、穩定性能好，具有良好的溫度補償性。秤體不須維護，秤架無物料堆積，由此產生的零點漂移的可能性不復存在。

頭尾部設有頭部清掃器和內部清掃器，能夠清掃掉皮帶里、外面粘附的粉料，可以避免物料的重復計量和由于粉料粘結而導致的皮帶跑偏。頭部清掃器刮板為高分子聚乙烯板，內部清掃器刮板為橡膠板。

在底部槽體內還設有鏈傳動式刮板清掃裝置。刮板清掃鏈用于清理飛灰和撒落料。給料機機殼上四周開有觀察窗，頂部裝有照明燈。可以隨時觀察給料機里的運行情況，而不須打開門或停止給料機的運行。

主驅動和清掃刮板驅動采用軸裝式減速機，結構緊湊、質量可靠、維護量小。

1.2主要配置

每臺含有全封閉稱重給料機主機一臺(含膠帶輸送機及稱重橋架和測速傳感器)，并配置6105B積算器一只。

二、操作及控制原理

2.1手動操作

(1)給料機接通主電源前，要注意檢查各按鈕開關位置，使之處于斷開位置，在控制柜操作面板上使給料機工作方式選擇開關處于“就地”位置，控制柜中的總電源開關及其他電源斷路器置于斷開位置。

(2)檢查機械秤體部分有無異物卡住或其他影響開機故障，檢查皮帶是否跑偏，跑偏開關是否復位。

(3)檢查機械部分正常后，閉合總電源開關，閉合變頻器電源開關，此時控制柜內變頻器得電，變頻器上的LED顯示相關信息。操作面板上可以顯示變頻器輸出的運行頻率、電流、電壓等相關參數，也可以顯示變頻器的輸入狀態及輸人端連接是否錯誤或斷線等信息。

(4)在控制柜中給儀表送電，儀表6105B得電并有顯示，流量為0。

(5)閉合控制電源開關，此時運行前的準備工作就緒，注意觀察系統及故障情況，如有報警需檢查故障原因并及時排除故障。

(6)設定變頻器參數，啟動給料機，在變頻器操作面板上按“頻率增大”按鈕，使變頻器輸出頻率增大，輸出的電壓、電流發生變化且現場電機的轉速也發生相應變化；在輸送機運行過程中要檢查皮帶是否跑偏，若跑偏要及時停輸送機通過螺旋張緊器對皮帶進行跑偏校正。

(7)啟動清掃鏈：通過按鈕啟動、停止清掃鏈。

(8)儀表參數設定：在運行一段時間皮帶趨于穩定后，可對6105B儀表參數設定，如輸入儀表小數點位置、秤的單位、秤容量、傳感器容量及其靈敏度，皮帶一周長度、標定方式、低流量報警設定等原始參數。

(9)稱重給料機的標定：首先獲取測試周期，然后進行零點標定，零點穩定后可進行間隔標定。間隔標定有實物標定、鏈碼標定、掛碼標定等方法。經過幾次的間隔標定，使秤達到了稱重計量標準，就可以用于物料的正常稱重計量、累計。

(10)秤標定完成后，就可以進行PID自動控制的調整。首先將變頻器的頻率設定命令設置在“電壓和電流輸入”狀態，6105B儀表處于“自動”狀態，通過鍵盤設定給料量設定值，則系統進行自動恒量給料狀態，適當調整PID參數，使系統響應快、超調小，達到最佳控制狀態。6105B儀表根據給料量設定值，通過輸出4mA～20mA信號控制變頻器自動調整皮帶機轉速，使動態流量盡可能接近設定值，同時儀表顯示出控制誤差值。

(11)故障處理及信息顯示：在手動運行時，可能出現的故障會以指示燈量顯示于控制柜上。指示燈分別代表電源指示、輸送機運行指示、清掃鏈運行指示、堵料報警指示、清掃斷鏈報警、變頻器故障指示、跑偏報警指示和斷料報警指示等。

2.2遠程自動控制

進入自動工作方式之前，請注意將所有給料機按上述方法調試，只有經過調試確認給料機完全工作正常后才可以進行自動工作。

(1)需自動運行，系統全部送電，這時將控制柜的操作旋鈕旋到遠程位置，在接收到遠程啟停指令信號后(在出料閘門開時)，輸送機自動運行。

(2)這時，控制柜上的指示燈表明：系統控制回路得電，輸送機正在運行。

(3)在接到遠程停止指令信號時，系統將停止輸送機運行。

(4)在輸送機運行過程中，如果清掃機控制開關處于自動運行位置，清掃機將進行間歇自動運行。

(5)在系統運行過程中，設備的運行和報警情況都會有顯示，且這些信號按照一定的要求送給DCS使用。

變頻器原理范文第4篇

關鍵詞 變頻器；電機綜合保護器；抗晃電

中圖分類號TN77 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）119-0069-02

我公司屬于工藝復雜的連續性生產的石油化工企業，對供電系統的可靠性、穩定性有很高要求，不允許瞬間斷電。但由于雷擊、霧閃或設備故障等原因，某段供電網絡的短暫掉電――電網閃絡現象，每年都要發生幾次。這種掉電雖然時間很短，一般只有幾十毫秒幾百毫秒，但其后果將使該段電網受電的低壓電動機因交流接觸器失電而停止運行，在電網恢復后這些電動機需要由人工進行恢復，嚴重影響產品質量和生產的穩定，甚至造成安全事故和巨大的經濟損失。另一方面，隨著生產的自動化程度的提高，低壓變頻器在我公司的應用越來越廣，達到了200多臺，這些變頻器對我公司生產控制、流量調節以及節約能源做出了重要貢獻。但是，低壓變頻器存在著抗浪涌能力弱、抗晃電功能不易設置的缺點，在電力系統波動時候會停止運行，造成生產裝置波動。針對該問題，進行了對低壓變頻器控制原理圖的改進，并通過合理設置變頻器抗晃電相關參數，達到了抗晃電、抗浪涌沖擊的目的。

改進的主要關鍵點：

對控制原理圖進行改進，實現工頻和變頻的切換并利用低壓電動機綜合保護器的再啟動功能實現變頻器的晃電再啟動。低壓電動機綜合保護器是電力系統重要設備，研究低壓電動機綜合保護器，采用寬幅電壓型和具有再啟動功能的保護器，提高了保護器自身的抗晃電性能，并實現了重要低壓電機（例如機組輔助油泵、裝置進料泵、加熱爐鼓風機和引風機等A類設備電機）的晃電后再啟動。

建立晃電判斷依據，區分人為停機與晃電，如果綜合保護器電壓輸入從有到無再到有，綜合保護器電流輸入從有到無，接觸器輔助觸點從合到分，則判斷為晃電，實施再啟動，否則認為是人為停機，該判據準確合理；這項改造很重要，體現在變頻器控制原理圖上，就是把控制變頻器啟停的中間繼電器KA1的常開點狀態引入電機綜合保護器，并且在啟動按鈕SBC2旁并聯了電機綜合保護器的一對常開點MCU，相當于在晃電時，自動模擬操作人員再次啟動電機。這兩項改動在下面的變頻器控制原理圖上已經標出，見下圖：

圖紙改進了以后，還要對變頻器和電機綜合保護器的涉及抗晃電功能參數進行設置。結合我公司廣泛使用的變頻器品牌和型號是SIEMENS 6SE6440、SIEMENS 6SE6430、SIEMENS G120 、ABB ACS800和AB PowerFlex750 、AB PowerFlex400P系列交流變頻器，分別對變頻器抗晃電設置，并且已經通過試驗驗證。減粘和西蒸餾裝置的AB PowerFlex750變頻器，通過設置飛速啟動模式為增強，即P356=1成功實現抗晃電自啟功能。重整和新建柴油加氫裝置的AB PowerFlex400P變頻器通過設置自動重啟次數A163和自動重啟延時A164的合理設置后實現晃電自啟功能。新建汽油加氫的ABB ACS800變頻器通過激活直流母線的欠壓保護實現抗晃電功能。東蒸餾的SIEMENS G120通過設置應答所有故障、收到接通指令后自動重啟，即P1210=26實現抗晃電自啟功能。東蒸餾還有一款SIEMENS 430變頻器，設置了自動再啟動為電源消隱P1210=3，第一次啟動時間和再啟動時間增量為零，實現了抗晃電自起功能。對于SIEMENS 440變頻器，只要設置了自動再啟動為電源消隱P1210=3即可實現抗晃電功能。

我公司利用低壓電動機綜合保護器的再啟動功能，配合低壓變頻器抗晃電參數的合理設置，達到抗晃電實現再啟動的目的，是目前解決低壓變頻器抗晃電最簡單、不需要投資、最有效的方法。目前，根據我們的了解，我公司是為數很少的實現低壓變頻器抗晃電的公司之一。

二將變頻器運行狀態、故障報警信號引出到DCS，以便操作人員隨時掌握變頻器拖動電動機的運行狀態。

三對儀表4-20mA控制信號加輸入隔離模塊，有效防止雷電感應沖擊對變頻器的損壞。以前曾經多次出現過打雷時擊穿變頻器I/O接口板，導致調節速度信號失靈的現象，后來，我們增加了變頻器4-20mA控制信號的輸入隔離模塊后，消除了這一現象。同時在變頻器參數中，將4-20mA控制信號丟失設置為動作于最后轉速（ABB系列變頻器）或最小轉速（AB、SIEMENS系列變頻器），提高了變頻器的穩定運行。

對公司傳統低壓變頻器的控制原理圖進行了修改后，形成了我公司典型的變頻器控制原理圖，對抵抗電網波動，穩定生產裝置運行意義重大，已經在電力系統晃電時發揮了巨大作用，得到了實踐的檢驗，對石油化工企業防范晃電造成煉油和化工裝置非計劃停工具有重要意義，已經在我公司西蒸餾、重整裝置、東蒸餾裝置的80多臺變頻器上使用，應用效果非常好。

參考文獻

[1]SIEMENS MicroMaster 440 0.12KW-250KW標準變頻器使用大全.

變頻器原理范文第5篇

通用變頻器，大到國際大公司，小到工廠家庭乃至在各種設備中都有應用，而其主要的區別只是在品牌和功率的大小。在經過幾年的使用后不管是國產的還是進口的變頻器故障就陸續出現。其中變頻器故障主要有上電無反應、報過流、報過壓、報過溫或三相負載輸出不平衡等等，尤其以三相輸出不平衡故障為多，而最終表現出過流、過壓故障的實質也就是三相不平衡。但因變頻器維修資料圖紙等也相當缺乏，出現故障后，用戶要么直接換新變頻器，要么通過廠家維修，但這樣費用較高，周期又長。為打破這一瓶頸，校企工作室通過探索研究自主檢修技改，將解決變頻器三相輸出不平衡的問題。

本文以校企工作室檢修過的變頻器為例，結合機械工況對其內部電子電路原理，進行分析和歸納，最終把三相輸出不平衡的問題在技術上攻破。

【關鍵詞】變頻器；逆變器；不平衡；驅動電路；

1 引言

現行變頻器，進口的有ABB、西門子、三菱、安川、丹佛斯，國產的有英威騰、森蘭、阿爾法等，臺灣的有東元、臺達等變頻器。

變頻器是弱電和強電的有機結合，是軟件和硬件的有機結合，更是微電子技術和電力半導體器件的結合應用。它控制上的智能化和靈活多變及完善的檢測和保護電路，電路元器件的非通用性和特殊要求，說明了這類機器的智能化電氣設備的特點。特別是國外的一些變頻器在穩定性、可靠性上都有較好的口碑，但是這些變頻器隨著使用時間的增長，再好的產品也會損壞。國外進口產品正因為是在質量上有較好的口碑，不易出現故障，導致用戶對其產品內部的電控系統感到非常神秘，一旦出現故障只能有求于生產廠家，所以在技術上一直比較被動。

當今通用變頻器一般是由整流、濾波、逆變、制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等模式組成。市場上基本以這種交直交電壓型變頻器為主。它主要有三部分構成，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”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動機需要制動時，有時要附加“制動回路”。

因此“逆變單元”是變頻器要將直流功率變換為所要求頻率的交流功率的關鍵器件，以有序的時間控制六個IGBT導通、關斷就可以得到三相交流輸出。本文以PWM控制方式中市場擁有量最大的交直交變頻器進行分析、研究，對經常出現三相輸出不平衡故障的原因進行探索及列出對策，主電路見下圖：

2變頻器輸出不平衡的原因與處理

（一）變頻器的逆變器基本工作原理

變頻器三相（U、V、W）交流輸出頻率波形質量和電壓平衡的程度直接影響電動機調速運行的狀態與電動機的使用壽命，同時影響變頻器的壽命，正常的變頻器，其交流輸出的波形應該符合要求和電壓平衡，否則引起輸出不平衡，如過流、過壓、三相負載不平衡等故障出現。

逆變器主要是由主電路中的IGBT等功率開關器件構成，給電動機提供電壓、頻率可變的電源，由控制回路的控制指令進行控制。而控制指令是由CPU主板產生的脈沖信號，通過驅動該脈沖信號的傳輸電路：先將脈沖信號加到驅動光耦的輸入腳，一般在輸入信號低電平期間使光耦內部發光二極管發光耦合，輸出高電平信號，然后去驅動后置放大電路，提供正向偏流，經兩級互補式電壓跟隨器的功率放大，最后引入IGBT的G極，IGBT開通；在輸入信號的高電平期間，當轉為負壓輸出時，也經驅動后置放大電路提供了正向偏流，IGBT截止關斷。

驅動電路工作狀態的正常與否，有著至關重要的作用，它只有一個判斷標準：能正常地傳輸和放大六路驅動脈沖，輸出的六路驅動脈沖，應具備符合要求的電壓幅度和電流供給能力。否則逆變器工作狀態將直接影響三相輸出主電路的輸出平衡。

通過有序的導通與關斷六個功率IGBT，則可將直流功率變換為所要頻率的交流功率，見圖1等效圖。

圖1

圖1中，S1-S6組成了橋式逆變電路，IGBT工作必須經逆變PWM脈沖傳輸驅動電路。其PWM脈沖傳輸電路一般由CPU輸出的PWM信號、驅動器/反相器電路、光耦、驅動功率電路等部分組成。這六個IGBT通過驅動電路，將主控電路中CPU產生的六個PWM信號，經光電隔離和放大后，通過有序控制為逆變電路的換流器件（IGBT模塊）提供驅動信號。經過驅動電路后通過有序控制IGBT的導通與關斷，使其導通與關斷時波形保持一致，這對輸出電壓的平衡尤其重要。

圖2是驅動IGBT柵極的典型電路圖之一。

圖2

從主板過來的PWM脈沖信號，通過光電耦合器模塊產生信號，加到IGBT的柵極，使柵極驅動電路開啟，輸出一個15V的正柵極電壓。這個值足夠使IGBT飽和，并使導通損耗最小。當柵極電壓處于零時，為了保證IGBT可靠關斷，需要在柵極施加個一個關斷的反向偏壓，而應用推挽式放大電路來提高輸出電流的能力，去匹配IGBT驅動要求，以保證IGBT的開通關斷過程按時按序。

（二）變頻器輸出不平衡原因分析

在與企業的合作交流中，在保護檢測電路、負載正常情況下，U、V、W三相輸出不平衡主要可分為兩種情況：

1、當電機抖動，用萬用表測其三相輸出電壓是否平衡，如不平衡有可能是IGBT模塊損壞。IGBT模塊損壞的原因有多種，首先是外部負載發生故障而導致IGBT模塊的損壞，其次驅動電路老化也有可能導致驅動波形失真，此時驅動電路一般都有問題，查找相應的光耦、對管、穩壓管、電解電容等元件。

2、變頻器操作面板顯示輸出缺相或報三相負載不平衡故障時，我們可以通過萬用表測量U、V、W對P之間的電壓比較，查找出哪相電壓不一致，然后用示波器和萬用表進一步確認導致這路驅動電壓和驅動信號波形不正常的原因。

（三）變頻器三相輸出不平衡的處理

總之，解決以上情況的步驟是先檢查六路驅動電路電壓是否正常，如哪路電壓不正常，再檢查相關的電解電容、光耦等，最后用示波器檢查六路波形是否符合技術要求，六路波形一致則三相輸出不平衡問題也就解決了。

1：考慮到推挽式輸出觸發電路中的電解電容一直處在脈沖高頻的工作環境下，在使用了幾年后其壽命終結期也快到了，再者電容異常引起波形失真的幾率較高，為了更有把握，可以把所有起平滑作用的電容全部更換。

2：當逆變模塊損壞時，驅動信號電路、驅動電源也會出現不同程度的損壞。先需確定驅動電路令其正常輸出六路脈沖信號后，再更換逆變模塊。

3：用示波器檢查有關IGBT的驅動波形，這是用V-695示波器測出的驅動IGBT正常波形，這個值足夠使IGBT的導通與關斷，此為最直觀檢查IGBT逆變工作是否正常的手段，波形正常，則輸出必平衡。

3 結論

通過對變頻器三相輸出不平衡的原因的分析、研究，發現驅動信號及傳輸電路對IGBT有著至關重要的作用，驅動信號的不良直接導致逆變電路的不正常。

IGBT驅動信號電路是保障整臺變頻器正常運行的關鍵，維修時一定要做到膽大心細，不能盲目的檢修。雖在檢修第一臺變頻器的三相輸出不平衡故障時，花費了大量的時間和精力去分析探索電路的工作原理，但是通過一次次故障維修逐漸積累了第一手難得的資料，為今后維修各種品牌的變頻器提供了參考依據。

參考文獻：

[1] 張選正 史步海.變頻器故障診斷與維修.電子工業出版社，2008年4月