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摘 要 近年來，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流傳動與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 眾所周知，變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無線電干擾電波，它們對周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動對象--電動機(jī)帶來不良的影響。所以，深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，對我們的學(xué)習(xí)工作具有十分積極的意義。 關(guān)鍵詞： 變頻器；工作原理；發(fā)展前景；故障處理 目 錄 緒 論 1 一、變頻器的發(fā)展、組成及原理 2 （一）變頻器的概述 2 （二）直流電動機(jī)與交流電動機(jī)的比較 2 （三）通用變頻器的發(fā)展 3 （四）變頻器的組成與分類 4 （五）變頻器的基本分類 6 (六)變頻器的基本原理 10 （七） 變頻器的前景展望 13 （八）本章小結(jié) 19 二、變頻器工程中的選用 20 （一）變頻器的選擇 20 （二）變頻器的安裝 21 （三）工作環(huán)境的要求 21 （四）本章小結(jié) 22 三、變頻器的維護(hù) 23 （一）變頻器外部引起的故障 23 (二)變頻器內(nèi)部引起的故障 24 (三)本章小結(jié) 25 四、 變頻器過電壓故障原因分析及對策 25 (一)變頻器過電壓的危害 25 (二)產(chǎn)生變頻器過電壓的原因 25 (三)過電壓故障處理對策 27 五 、變頻器常見干擾故障分析及對策 30 (一)外界對變頻器的干擾 30 （二）變頻器對周邊設(shè)備的干擾及對策 32 結(jié) 論 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 緒 論 1．變頻器的發(fā)展起步 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。起初,變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀(jì)70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代,作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時(shí)移相PWM技術(shù)等。 　　VVVF變頻器的控制相對簡單,機(jī)械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控制方式在低頻時(shí),由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 2． 矩陣式交—交變頻器產(chǎn)生的背景 　　矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動機(jī)的控制方法,求得直流電動機(jī)的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。 　　直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 　　VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此,矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。 一、變頻器的發(fā)展、組成及原理 （一）變頻器的概述 直流調(diào)速系統(tǒng)具有較優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo)，因此，在過去很長時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域大多為直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 如今，由于全控型電力電子器件（如BJT、IGBT）的發(fā)展、SWPM專用集成芯片的開發(fā)、交流電動機(jī)矢量變換控制技術(shù)以及單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得交流調(diào)速的性能獲得極大的提高，在許多方面已經(jīng)可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是各類通用變頻器的出現(xiàn)，使交流調(diào)速已逐漸成為電氣傳動中的主流 人們所說的交流調(diào)速傳動，主要是指采用電子式電力變換器對交流電動機(jī)的變頻調(diào)速傳動。除變頻以外的另一些簡單的調(diào)速方案，例如變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等，雖然仍在特定場合有一定的應(yīng)用，但由于其性能較差，終將會被變頻調(diào)速所取代。 交流調(diào)速傳動控制技術(shù)之所以發(fā)展得如此迅速，和如下一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)，它們是電力電子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動機(jī)的矢量變換控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、PWM（Pulse Width Modulation）技術(shù)以及以微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)等。 （二）直流電動機(jī)與交流電動機(jī)的比較 眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo)。在很長的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域基本上被直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所壟斷。 直流電動機(jī)雖有調(diào)速性能好的優(yōu)越，但也有一些固有的難于克服的缺點(diǎn)，主要是機(jī)械式換向器帶來的弊端。 交流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限，不像直流電動機(jī)那樣受限制；結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低；堅(jiān)固耐用，事故率低，容易維護(hù)。 （三）通用變頻器的發(fā)展 60年代中期，普通晶閘管、小功率晶體管的實(shí)用化，使交流電動機(jī)變頻調(diào)速也進(jìn)入了實(shí)用化。采用晶閘管的同步電動機(jī)自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)、采用電壓型或電流型晶閘管變頻器的籠型異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（包括不屬變頻方案的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的串級調(diào)速系統(tǒng)）等先后實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，使變頻調(diào)速開始成為交流調(diào)速的主流 此后的20多年中，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步。 （1）變頻裝置的大容量化 對一些大型生產(chǎn)機(jī)械的主傳動，直流電動機(jī)在容量等級方面已接近極限值，采用直流調(diào)速方案無論在設(shè)計(jì)和制造上都已十分困難。 為了適應(yīng)大容量的高壓電動機(jī)，采用直接高壓型PWM變頻器來控制高壓電動機(jī)，發(fā)展較迅速。 （2）主開關(guān)器件的自關(guān)斷化 近十幾年，大功率自關(guān)斷電力電子器件的發(fā)展十分迅速，其中“門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、雙極晶體管（BJT）/電力晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）”的發(fā)展最快，實(shí)用化的程度也最高。 采用自關(guān)斷器件省去了線路復(fù)雜、體積較大的強(qiáng)迫換相電路，既可以減小裝置體積，又降低了開關(guān)損耗提高了效率。同時(shí)，由于開關(guān)頻率的提高，變流器可采用PWM控制，既降低諧波損耗、減小轉(zhuǎn)矩脈動，又可以提高快速性、改善功率因數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是很多的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前變頻器中的開關(guān)器件，容量為 1500kW以下的采用IGBT；1000～7500kW的采用GTO。 （3）變頻裝置的高性能化 早期的變頻調(diào)速系統(tǒng)，基本上是采用U/F控制，無法得到快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，低速特性也不好（負(fù)載能力差）。 1971年德國西門子公司發(fā)明了所謂“矢量控制”技術(shù)。一改過去傳統(tǒng)方式中僅對交流電量的量值（電壓、電流、頻率的量值）進(jìn)行控制的方法，實(shí)現(xiàn)了在控制量值的同時(shí)也控制其相位的新控制思想。使用坐標(biāo)變換的辦法，實(shí)現(xiàn)定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制，可以使交流電動機(jī)像直流電動機(jī)一樣具有良好的調(diào)速性能。 （4）PWM技術(shù)的應(yīng)用 PWM：（Pulse Width Modulation）脈寬調(diào)制技術(shù)。 自關(guān)斷器件的發(fā)展為PWM技術(shù)鋪平了道路。目前幾乎所有的變頻調(diào)速裝置都采用這一技術(shù)。 PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低電動機(jī)的諧波損耗，并減小轉(zhuǎn)矩脈動，同時(shí)還簡化了逆變器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。 PWM技術(shù)除了用于逆變器的控制，還用于整流器的控制。PWM整流器現(xiàn)已開發(fā)成功，利用它可以實(shí)現(xiàn)輸入電流正弦和電網(wǎng)功率因數(shù)為1。人們稱PWM整流器是對電網(wǎng)無污染的“綠色”交流器。 （四）變頻器的組成與分類 電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組，交-直-交型變頻器結(jié)構(gòu)見附圖1 （1）整流電路： VD1~VD6組成三相不可控整流橋，220V系列采用單相全波整流橋電路；380V系列采用橋式全波整流電路。 （2）中間濾波電路：整流后的電壓為脈動電壓，必須加以濾波；濾波電容CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾、提高功率因素，由于該大電容儲存能量，在斷電的短時(shí)間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進(jìn)行操作。 （3）限流電路：由于儲能電容較大，接入電源時(shí)電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容CF的充電電流很大，過大的電流會損壞整流橋二極管，為保護(hù)整流橋上電瞬間將充電電阻RL串入直流母線中以限制充電電流，當(dāng)CF充電到一定程度時(shí)由開關(guān)SL將RL短路。 （4）逆變電路： 逆變管V1~V6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、幅值都可調(diào)的交流電，是變頻器的核心部分。常用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有2單元、4單元、6單元。 （5）續(xù)流二極管D1~D6：其主要作用為： a.電機(jī)繞組為感性具有無功分量，VD1~VD7為無功電流返回到直流電源提供通道 b.當(dāng)電機(jī)處于制動狀態(tài)時(shí)，再生電流通過VD1~VD7返回直流電路。 c.V1~V6進(jìn)行逆變過程是同一橋臂兩個(gè)逆變管不停地交替導(dǎo)通和截止，在換相過程中也需要D1~D6提供通路。 (6)緩沖電路 由于逆變管V1~V6每次由導(dǎo)通切換到截止?fàn)顟B(tài)的瞬間，C極和E極間的電壓將由近乎0V上升到直流電壓值UD，這過高的電壓增長率可能會損壞逆變管，吸收電容的作用便是降低V1~V6關(guān)斷時(shí)的電壓增長率。 (7)制動單元 電機(jī)在減速時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將可能超過此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速（n=60f/P）而處于再生制動（發(fā)電）狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說的泵升電壓），這樣變頻器將會產(chǎn)生過壓保護(hù)，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動電阻就是用來消耗這部分能量的。制動單元由開關(guān)管與驅(qū)動電路構(gòu)成，其功能是用來控制流經(jīng)RB的放電電流IB （五）變頻器的基本分類 變頻器總體分為“交-交變頻器”與“交-直-交變頻器”兩種： 圖？？ 交-交變頻器在結(jié)構(gòu)上沒有明顯的中間直流環(huán)節(jié)（或者叫“中間直流儲能環(huán)節(jié)”、或“中間濾波環(huán)節(jié)”），來自電網(wǎng)的交流電被直接變換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電，所以稱為直接式變頻器。 交-直-交變頻器有明顯的中間直流環(huán)節(jié)，工作時(shí)，首先把來自電網(wǎng)的交流電變換為直流電，經(jīng)過中間直流環(huán)節(jié)之后，再通過逆變器變換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電，故又稱為間接式變頻器。 1.交-直-交變頻器（間接式變頻器）分類 按直流電源的性質(zhì)分類 交-直-交變頻器中間直流環(huán)節(jié)是電容性還是電感性，可以將其劃分為電壓（源）型或電流（源）型。 當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負(fù)載為交流電動機(jī)時(shí)，在負(fù)載和直流電源之間將有無功功率的交換。用于緩沖無功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件可以是電容或是電感，據(jù)此，變頻器分成電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。 2.電流型變頻器 電流型變頻器主電路的典型構(gòu)成方式如圖。其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，無功功率將由該電感來緩沖。 圖 電流型變頻器的主電路 (1)“電流型變頻器”的名稱由來： 由于電感的作用，直流電流Id趨于平穩(wěn)，電動機(jī)的電流波形為方波或階梯波，電壓波形接近于正弦波。直流電源的內(nèi)阻較大，近似于電流源，故稱為電流源型變頻器或電流型變頻器。 (2)電流型變頻器優(yōu)點(diǎn)： 電流型變頻器的一個(gè)較突出的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)電動機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋到直流側(cè)的再生電能可以方便地回饋到交流電網(wǎng)，不需在主電路內(nèi)附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的不可逆變流器改變其輸出電壓極性（控制角a>900）即可。 (3)應(yīng)用場合： 電流型變頻器可用于頻繁急加減速的大容量電動機(jī)的傳動。在大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。 3.電壓型變頻器 電壓型變頻器典型的一種主電路結(jié)構(gòu)形式如圖所示。其中用于逆變器晶閘管的換相電路未畫出。 變頻器的每個(gè)導(dǎo)電臂，均由一個(gè)可控開關(guān)器件和一個(gè)不控器件（二極管）反并聯(lián)組成。晶閘管VT1～VT6稱為主開關(guān)器件，VD1～VD6稱為回饋二極管。 (1)電路的特點(diǎn)是，中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖。 圖 電壓型變頻器的主電路 (2)“電壓型變頻器”的名稱由來： 由于大電容的作用，主電路直流電壓Ed比較平穩(wěn)，電動機(jī)端的電壓為方波或階梯波，電流波形與負(fù)載的阻抗角有關(guān)。直流電源內(nèi)阻比較小，相當(dāng)于電壓源，故稱為電壓源型變頻器或電壓型變頻器。 (3)按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類 變頻調(diào)速時(shí)，需要同時(shí)調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓和頻率，以保證電動機(jī)主磁通的恒定。對輸出電壓的調(diào)節(jié)主要有兩種方式： PAM：脈沖幅值調(diào)節(jié)（Pulse Amplitude Modulation） PWM：脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation） 脈沖幅值調(diào)節(jié)方式是通過改變直流電壓的幅值進(jìn)行調(diào)壓的方式。 在PAM變頻器中，逆變器只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓的調(diào)節(jié)則由相控整流器或直流斬波器通過調(diào)節(jié)直流電壓Ed去實(shí)現(xiàn)。 圖 采用直流斬波器的PAM方式 (六)變頻器的基本原理 變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，直流中間電路將直流電進(jìn)行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉(zhuǎn)換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會在電路內(nèi)加入CPU等部件，來進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)矩運(yùn)算。 圖 交一直一交變頻器主電路 1.單項(xiàng)橋式逆變器基本的工作原理 S1~S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。 S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正。 S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)。 逆變電路最基本的工作原理 ——改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率 電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同。 阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同。 圖 逆變電路及其波形舉例 換流：電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為換相。 開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動信號就可使器件開通。 關(guān)斷： ①全控型器件可通過門極關(guān)斷。 ②半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。 ③一般在晶閘管電流過零后施加一定時(shí)間反壓，才能關(guān)斷。 ④研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。 2.三相電壓型逆變電路； 三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路,應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路 圖 三相電壓型橋式逆變電路 基本工作方式——180導(dǎo)電方式 每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 。 任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。 每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流。 （七） 變頻器的前景展望 近年來，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流傳動與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，具有十分積極的意義． 1.變頻器調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理 實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護(hù)電路以及控制器（MCU／DSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對U／f協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點(diǎn)是能消除或抑制低次諧波，使負(fù)載電機(jī)在近正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，調(diào)速范圍寬。 采用PWM控制方式的電機(jī)轉(zhuǎn)速受到上限轉(zhuǎn)速的限制。如對壓縮機(jī)來講，一般不超過7000r／rain。而采用PAM控制方式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可提高1．5倍左右，這樣大大提高了快速增速和減速能力。同時(shí)，由于PAM在調(diào)整電壓時(shí)具有對電流波形的整形作用，因而可以獲得比PWM更高的效率。此外，在抗干擾方面也有著PWM無法比擬的優(yōu)越性，可抑制高次諧波的生成，減小對電網(wǎng)的污染。采用該控制方式的變頻調(diào)速技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降64％ ，電源頻率降低30％ ，出膠壓力降低57％ 。由電機(jī)理論可知，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為： n=60f 8（1—8）／p f s為電機(jī)定子頻率（也即是電網(wǎng)頻率），P電機(jī)定子的繞組極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。由上式可知，只要轉(zhuǎn)差率不太大，可以近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速n與f s成正比，這就意味著連續(xù)平滑的改變電源頻率，就可以實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)大范圍的連續(xù)平滑調(diào)速。例如一個(gè)額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)／分的電動機(jī)，由變頻器供電，若啟動頻率設(shè)定為5HZ，那么變頻器可以運(yùn)行在5—50HZ之間的任一頻率上，則電動機(jī)可以運(yùn)行在30o——3000轉(zhuǎn)／分之間的任一轉(zhuǎn)速上電動機(jī)由市電啟動，啟動平衡，力矩大又節(jié)能。 50HZ380V的市電經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)后成為直流電，再經(jīng)過逆變環(huán)節(jié)變成了頻率和幅度都可調(diào)的交流電。在變頻器主回路中電能經(jīng)過了交流— —直流— —交流的變換，所以這類變頻器稱作交— —直—— 交類變頻器。 2. 我國變頻器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用概況 （1）變頻器的發(fā)展 隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機(jī)的維護(hù)量加大，單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的異步電動機(jī)。但異步電動機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀(jì)30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時(shí)代。 （2）我國變頻器的應(yīng)用 變頻器主要用于交流電動機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 ①、變頻器與節(jié)能 變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在2003年的中國電力消耗中，60—70％為動力電，而在總?cè)萘繛?．8億千瓦的電動機(jī)總?cè)萘恐校挥胁坏?000萬千瓦的電動機(jī)是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有1．8億千瓦。因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。 應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電動機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。 作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長，同時(shí)，國家電改方案對電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。 ②、變頻器與工藝控制（速度控制） 目前，中國的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。 ③、變頻家電 除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費(fèi)、提高家電性能、保護(hù)環(huán)境等受到越來越多的關(guān)注，變頻家電成為變頻器的另一個(gè)廣闊市場和應(yīng)用趨勢。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機(jī)、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢。 20世紀(jì)70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等。 　　20世紀(jì)末期期,家用電器則依托變頻技術(shù),主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。 　　首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機(jī)起動引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍,不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制,達(dá)到降低電力消耗,消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實(shí)現(xiàn)靜音化,而且利用高速運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)快速冷凍。 　　在洗衣機(jī)方面,過去使用變頻實(shí)現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋?zhàn)又苯影l(fā)熱,沒有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟岵糠?因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。 3. 國內(nèi)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 國內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大部分的產(chǎn)品都是V／F控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動態(tài)性能要求不高的負(fù)載上應(yīng)該沒有問題。工業(yè)應(yīng)用中絕大部分都是這種負(fù)載，變頻器在這種場合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內(nèi)市場份額不高的主要原因是產(chǎn)品品質(zhì)不過硬。V／F控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術(shù)上來看要簡單得多，由于國內(nèi)廠家大部分都是手工作坊式的生產(chǎn)，工藝欠佳，檢測手段有限，品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是V／F控制的變頻器，國外的產(chǎn)品比國內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好，這可能是生產(chǎn)工藝方面的差距。差距最大的是半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)，至今在國內(nèi)這仍是一個(gè)空白。 變頻器技術(shù)的另外一個(gè)層面是應(yīng)用技術(shù)。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關(guān)部門致力于變頻器技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，在技術(shù)開發(fā)及技術(shù)改造方面給予了重點(diǎn)扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能技改專項(xiàng)的重點(diǎn)投資方向，同時(shí)鼓勵單位開展同貸同還方式，抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應(yīng)用，還處理了風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓(xùn)。1995—1997年，3年間我國風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金3．5億元，改造總?cè)萘窟_(dá)100萬千瓦，可年節(jié)電7億度，平均投資回收期約2年。據(jù)有關(guān)資料表明，我國變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國的變頻器應(yīng)用已非常廣泛。從簡單的手動控制到基于RS一485網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)控制，與計(jì)算機(jī)和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動化系統(tǒng)，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動態(tài)響應(yīng)都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術(shù)。近年來，變頻器在功能上，利用先進(jìn)的控制理論，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便和容易，使變頻器的應(yīng)用技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。 （八）本章小結(jié) 變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè)，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)這也是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。 二、變頻器工程中的選用 （一）變頻器的選擇 品牌的選擇目前，國內(nèi)市場上的變頻器品牌多達(dá)上百種，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的預(yù)算，項(xiàng)目要求和個(gè)人熟悉程度等多種因素綜合考慮品牌和型號。就市場占有量來說，日本的東芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的變頻器生產(chǎn)廠家，在我國有較大的市場份額；ABB、西門子、施耐德等歐美品牌也相繼進(jìn)入中國；LG、三星、現(xiàn)代重工等韓國的后起之秀也在爭奪中國市場；當(dāng)然，國內(nèi)的臺達(dá)、臺安、時(shí)代、康沃等公司也占有一席之地?？傮w而言，歐美國家的產(chǎn)品以性能先進(jìn)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)而著稱；日本產(chǎn)品以外型小巧、功能豐富而聞名；我國港澳臺的產(chǎn)品以功能簡單實(shí)用而流行；大陸產(chǎn)品則以價(jià)格低廉、功能專用、簡單而廣泛應(yīng)用。 1.類型的選擇 工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類，主要技術(shù)指標(biāo)有：控制方式、啟動轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制精度、控制信號種類、速度控制方式、通信借口等等。變頻器的操作方式靈活，接口易和上位機(jī)通信，從實(shí)際應(yīng)用角度看，中小型容量的變頻器以U/f控制方式為主，屬于通用型變頻器，還有一類具有矢量控制功能的變頻器，性能好、價(jià)格高，但價(jià)格也比U/f控制的要貴的多；而直接轉(zhuǎn)矩控制方式的變頻器動態(tài)性能好，轉(zhuǎn)矩控制精度高，代表了當(dāng)代變頻器技術(shù)的最高水平。 2.其它應(yīng)考慮的問題 （1）選擇合適的容量：應(yīng)以電動機(jī)的額定電流和負(fù)載特性為依據(jù)，總的負(fù)載電流不超過變頻器的額定電流，頻繁工作或重載時(shí)可增大容量。 （2）考慮負(fù)載的類型：根據(jù)實(shí)際負(fù)載，存在恒功率負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、降轉(zhuǎn)矩負(fù)載三種類型。風(fēng)機(jī)類、泵類負(fù)載屬于降轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，一般宜采用具有U/f恒壓頻比控制的變頻器；提升機(jī)、吊車、注塑機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、傳送帶、攪拌機(jī)等摩擦類負(fù)載和位能負(fù)載基本屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器是比較理想的；金屬切削機(jī)床的主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等都屬于恒功率負(fù)載，可采用變極電動機(jī)與變頻器相結(jié)合或者機(jī)械變速與變頻器結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。 （3）專用變頻器：注塑機(jī)、抽油機(jī)、紡織機(jī)械、電梯、風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)、礦山機(jī)械等領(lǐng)域，可選擇在本行業(yè)有應(yīng)用特長的專用變頻器，往往有意想不到的效果。 （二）變頻器的安裝 （1）墻掛式安裝：變頻器與周圍物體之間的距離應(yīng)滿足兩個(gè)條件：兩側(cè)≥100mm上下≥150mm。 （2）柜式安裝：單臺變頻器安裝應(yīng)盡量采用柜外冷卻方式（環(huán)境比較潔凈，塵埃少時(shí)）；單臺變頻器采用柜內(nèi)冷卻方式時(shí)，應(yīng)在柜頂安裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇，并盡量裝在變頻器的正上方；多臺變頻器安裝應(yīng)盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應(yīng)在兩臺變頻器間加裝隔板，不論哪種方式，變頻器應(yīng)垂直安裝。 （三）工作環(huán)境的要求： 為了保證安全可靠，使用時(shí)應(yīng)留有余地。一般，變頻器的工作溫度應(yīng)控制在0~40℃；運(yùn)行中的環(huán)境溫度允許值多為-10~50℃；周圍環(huán)境的濕度推薦為40%~90%；安裝場所的海拔高度為1000m以下，海拔越高，冷卻效果越差，由1500m開始，每超過100m，容許溫升就下降1%。此外，還應(yīng)注意周圍用電設(shè)備的電磁干擾和因雷擊等自然因素引起的環(huán)境問題。 （四）本章小結(jié) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)用電中60%~70%的電量被電動機(jī)所消耗，而這些電中，又有約90%被三相交流異步電動機(jī)所消耗，可見電動機(jī)用量之大。變頻器的出現(xiàn)，使得交流電動機(jī)調(diào)速困難、交變速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性不盡人意的缺點(diǎn)得以改善。在我國，變頻器已在各行各業(yè)得到推廣應(yīng)用，基于變頻器的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速方便、體積小、噪聲小、能耗低、保護(hù)功能完善、組態(tài)靈活、可靠性強(qiáng)、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、易維護(hù)等特點(diǎn)，每年以20%的遞增量在發(fā)展。因此，合理的使用和維護(hù)變頻器對自動化工程人員來說至關(guān)重要。 三、變頻器的維護(hù) 變頻器由許多集成芯片，電子元器件等組成，裝置較為復(fù)雜，壽命一般小于10年，使用過程中不可避免的會出現(xiàn)各種故障，正確的維護(hù)，簡單的檢修可保證生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行。 （一） 變頻器外部引起的故障 1.變頻器的工作環(huán)境 溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，可安裝散熱裝置并避免日光直射以避免溫度過高；振動是對電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，可安裝在振動沖擊較小的部位或者采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等會造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，可對控制柜進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)。 2.外部的電磁感應(yīng)干擾 外部的電磁感應(yīng)干擾可能會引起控制回路誤動作，造成工作不正?；蛲C(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器。可采用以下方法抑制噪聲干擾:①采用屏蔽線回路②接地端子單獨(dú)使用；③縮短控制回路的配線距離④周圍的繼電器、接觸器線圈上加裝RC吸收器；⑤輸入端安裝噪聲濾波器。 3.電源異常 為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對變頻器供電電源也有相應(yīng)的要求。如果附近有直接起動電動機(jī)和電磁爐等設(shè)備，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響。對于要求瞬時(shí)停電后仍能繼續(xù)運(yùn)行的場合，除選擇合適價(jià)格的變頻器外，還應(yīng)預(yù)先考慮負(fù)載電機(jī)的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補(bǔ)償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過速度追蹤和測速電機(jī)的檢測來防止在加速中的過電流。對于要求不能停止運(yùn)行的設(shè)備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。 4.雷擊、感應(yīng)雷電 雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時(shí)也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時(shí)，斷路器開閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開時(shí)，通過耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時(shí)，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制順序上應(yīng)在真空斷路器動作前先將變頻器斷開。 (二)變頻器內(nèi)部引起的故障 1.參數(shù)設(shè)置引起的故障 應(yīng)多注意電動機(jī)參數(shù)、變頻器控制方式和啟動方式的設(shè)定等，若發(fā)生參數(shù)設(shè)置故障，可根據(jù)故障代碼或產(chǎn)品說明書進(jìn)行參數(shù)修改，必要時(shí)可恢復(fù)出廠值，重新設(shè)置。 2.過電流和過載 如果變頻器一上電就報(bào)過流故障，可能是整流橋或逆變管損壞，需予以更換；若去掉電動機(jī)不再報(bào)警，可能是變頻器和電機(jī)間存在斷路；若運(yùn)行中，出現(xiàn)機(jī)械卡死、重載、加速時(shí)間設(shè)置過短或負(fù)載突變也有可能引起過流，應(yīng)從上述可能性逐一排查。 3.過電壓和欠電壓 過電壓主要體現(xiàn)為電機(jī)拖動大慣性負(fù)載或多電機(jī)拖動同一負(fù)載時(shí)由于負(fù)荷分配不均引起；欠電壓主要由電源電壓過低或缺相、一個(gè)直流母線上的電壓過低或欠壓檢測元件出現(xiàn)問題引起，可檢查供電電壓是否正常，更換故障元件或維修相應(yīng)檢測電路 4.過熱故障 應(yīng)注意變頻器的環(huán)境溫度，盡量通風(fēng)，檢查變頻器風(fēng)扇等。 (三)本章小結(jié) 不同廠家對變頻器的操作方法設(shè)定略有差異，但就其工作模式主要有面板操作模式和外部操作模式。要合理使用變頻器，應(yīng)多參考變頻器廠家提供的使用手冊，在實(shí)際應(yīng)用中多積累經(jīng)驗(yàn)。本文后面將具體分析幾個(gè)故障。 四、 變頻器過電壓故障原因分析及對策 (一)變頻器過電壓的危害 變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓主要危害在于：（1）引起電動機(jī)磁路飽和。對于電動機(jī)來說，電壓主過高必然使電機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機(jī)溫升過高；（2）損害電動機(jī)絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電機(jī)絕緣壽命有很大的影響；（3）對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時(shí)會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。 (二)產(chǎn)生變頻器過電壓的原因 1.過電壓的原因 　　一般能引起中間直流回路過電壓的原因主要來自以下兩個(gè)方面： 　　（1）來自電源輸入側(cè)的過電壓 　　通常情況下的電源電壓為380V，允許誤差為-5%-+10%，經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V，個(gè)別情況下電源線電壓達(dá)到450V，其峰值電壓也只有636V，并不算很高，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時(shí)形成的過電壓等，主要特點(diǎn)是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。 　?。?）來自負(fù)載側(cè)的過電壓 　　主要是指由于某種原因使電動機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即電機(jī)處于實(shí)際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，負(fù)載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能經(jīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的6個(gè)續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導(dǎo)致中間直流回路的電容器的電壓上升。達(dá)到限值即行跳閘。 　　2.變頻器負(fù)載側(cè)引起過電壓的情況及主要原因 　　從變頻器負(fù)載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因如 　　（1）變頻器減速時(shí)間參數(shù)設(shè)定相對較小及未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當(dāng)變頻器拖動大慣性負(fù)載時(shí)，其減速時(shí)間設(shè)定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負(fù)載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負(fù)載拖動電動機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒下：有能量處理單元或其作用有限，因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護(hù)值，就會出現(xiàn)過電壓跳閘故障。 　　大多數(shù)變頻器為了避免跳閘，專門設(shè)置了減速過電壓的自處理功能，如果在減速過程中，直流電壓超過了設(shè)定的電壓上限值，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設(shè)定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時(shí)間設(shè)定不合適，又沒有利用減速過電壓的自處理功能，就可能出現(xiàn)此類故障。 　?。?）工藝要求在限定時(shí)間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運(yùn)行。工藝流程限定了負(fù)載的減速時(shí)間，合理設(shè)定相關(guān)參數(shù)也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施，必然會引發(fā)過壓跳閘故障。 　　（3）當(dāng)電動機(jī)所傳動的位能負(fù)載下放時(shí)，電動機(jī)將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。位能負(fù)載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會發(fā)生。 　　（4）變頻器負(fù)載突降。變頻器負(fù)載突降會使負(fù)載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使負(fù)載電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，從負(fù)載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時(shí)間內(nèi)能量的集中回饋，可能會中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過電壓故障。 　?。?）多個(gè)電機(jī)拖動同一個(gè)負(fù)載時(shí)，也可能出現(xiàn)這一故障，主要由于沒有負(fù)荷分配引起的。以兩臺電動機(jī)拖動一個(gè)負(fù)載為例，當(dāng)一臺電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于另一臺電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，則轉(zhuǎn)速高的電動機(jī)相當(dāng)于原動機(jī)，轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài)，引起了過電壓故障。處理時(shí)需加負(fù)荷分配控制?？梢园炎冾l器輸出特性曲線調(diào)節(jié)的軟一些。 　　（6）變頻器中間直流回路電容容量下降 　　變頻器在運(yùn)行多年后，中間直流回路電容容量下降將不可避免，中間直流回路對直流電壓的調(diào)節(jié)程度減弱，在工藝狀況和設(shè)定參數(shù)未曾改變的情況下，發(fā)生變頻器過電壓跳閘幾率會增大，這時(shí)需要對中間直流回路電容器容量下降情況進(jìn)行檢查。 (三)過電壓故障處理對策 對于過電壓故障的處理，關(guān)鍵一是中間直流回路多余能量如何及時(shí)處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。下面是主要的對策。 　　1.在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過電壓因素 　　對于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時(shí)形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。 　　2.從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法 　　在變頻器可設(shè)定的參數(shù)中主要有兩點(diǎn)：是減速時(shí)間參數(shù)和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負(fù)載減速時(shí)間時(shí)，變頻器減速時(shí)間參數(shù)的設(shè)定不要太短，而使得負(fù)載動能釋放的太快，該參數(shù)的設(shè)定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負(fù)載慣性較大時(shí)該參數(shù)的設(shè)定。如果工藝流程對負(fù)載減速時(shí)間有限制，而在限定時(shí)間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設(shè)定變頻器失速自整定功能或先設(shè)定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至零，減緩頻率減少的速度。 　　3.通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢解決變頻器過電壓問題 　　在很多工藝流程中，變頻器的減速和負(fù)載的突降是受控制系統(tǒng)支配的，可以利用控制系統(tǒng)的一些功能，在變頻器的減速和負(fù)載的突降前進(jìn)行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。如對于規(guī)律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側(cè)的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的較低值，相對加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產(chǎn)生過電壓故障。而對于規(guī)律性負(fù)載突降過電壓故障，可利用控制系統(tǒng)如SIEMENS的PLC系統(tǒng)的控制功能，在負(fù)載突降前，將變頻器的頻率作適當(dāng)提升，減少負(fù)載側(cè)過多的能量饋入中間直流回路，以減少其引起的過電壓故障。 　　4.采用增加泄放電阻的方法 一般小于7.5kW的變頻器在出廠時(shí)內(nèi)部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5kW的變頻器需根據(jù)實(shí)際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道，是一種常用的泄放能量的方法。其不足之處是能耗高，可能出現(xiàn)頻繁投切或長時(shí)間投運(yùn)，致使電阻溫度升高、設(shè)備損壞。 　　5.在輸入側(cè)增加逆變電路的方法 處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但逆變橋價(jià)格昂貴，技術(shù)要求復(fù)雜，不是較經(jīng)濟(jì)的方法。這樣在實(shí)際中就限制了它的應(yīng)用，只有在較高級的場合才使用。 　　6.采用在中間直流回路上增加適當(dāng)電容的方法 中間直流回路電容對其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當(dāng)增大回路的電容量或及時(shí)更換運(yùn)行時(shí)間過長且容量下降的電容器是解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設(shè)計(jì)階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來換取過電壓能力的提高。 　　7.在條件允許的情況下適當(dāng)降低工頻電源電壓 　　目前變頻器電源側(cè)一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回路電壓也高，電源電壓為380V、400V、450V時(shí)，直流回路電壓分別為537V、565V、636V。有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高達(dá)400V以上，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，如果條件允許可以將變壓器的分接開關(guān)放置在低壓檔，通過適當(dāng)降低電源電壓的方式，達(dá)到相對提高變頻器過電壓能力的目的。 　　8.多臺變頻器共用直流母線的方法 　　至少兩臺同時(shí)運(yùn)行的變頻器共用直流母線可以很好的解決變頻器中間直流回路過電壓問題，因?yàn)槿魏我慌_變頻器從直流母線上取用的電流一般均大于同時(shí)間從外部饋入的多余電流，這樣就可以基本上保持共用直流母線的電壓。使用共用直流母線存在的最大的問題應(yīng)是共用直流母線保護(hù)上的問題，在利用共用直流母線解決過電壓的問題時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。 　　變頻器中間直流過電壓故障是變頻器的一個(gè)弱點(diǎn)，關(guān)鍵是要分清原因，結(jié)合變頻器本身參數(shù)、控制系統(tǒng)狀況和工藝流程等情況，才能制定相應(yīng)的對策，只要認(rèn)真對待，該過電壓故障是不難解決的。  五 、變頻器常見干擾故障分析及對策 變頻器作為一種高效節(jié)能的電機(jī)調(diào)速裝置，因其較高的性能價(jià)格比，在工廠得到了越來越廣泛的應(yīng)用。眾所周知，變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無線電干擾電波，它們對周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動對象--電動機(jī)帶來不良的影響。同時(shí)由于變頻器的使用，電網(wǎng)電源電壓中會產(chǎn)生高次諧波的成分，電網(wǎng)電源內(nèi)有晶閘管整流設(shè)備工作時(shí)，會引導(dǎo)電源波形產(chǎn)生畸形。另外，由于遭受雷擊或電源變壓器的開閉，電功率用電器的開閉等，產(chǎn)生的浪涌電壓，也將使電源波形畸變，這種波形畸變的電網(wǎng)電源給變頻器供電時(shí)，又將對變頻器產(chǎn)生不良影響。本章將對于上述現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。 (一)外界對變頻器的干擾 供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時(shí)掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的諧波干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)的電源電路干擾變頻器。變頻器的輸入電路側(cè)，是將交流電壓變成直流電壓。這就是常稱為"電網(wǎng)污染"的整流電路。由于這個(gè)直流電壓是在被濾波電容平滑之后輸出給后續(xù)電路的，電源供給變頻器的實(shí)際上是濾波電容的充電電流，這就使輸入電壓波形產(chǎn)生畸變。 　　1.電網(wǎng)中存在各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負(fù)載及照明設(shè)備等大量諧波源 　　電源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。例如：當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有較大容量的晶閘管換流設(shè)備時(shí)，因晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，故容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴(yán)重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害，從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。 　　2.電力補(bǔ)償電容對變頻器的干擾 　　電力部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。 　　3.電源輻射傳播的干擾信號 　　電磁干擾(EMI)，是外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導(dǎo)和以場的形式傳播的[2]即以電磁波方式向空中幅射，其輻射場強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。 　　對于1、2兩項(xiàng)產(chǎn)生的干擾抑制可以在變頻器輸入電路中，串入交流電抗器，它對于基波頻率下的阻抗是微不足道的。但對于頻率較高的高頻干擾信號來說，呈現(xiàn)很高的阻抗，能有效地抑制干擾的作用。對于3項(xiàng)的干擾信號主要通過吸收方式來削弱。變頻器電源輸入端，通常都加有吸收電容。也可以再加上專用的"無線電干擾濾器"，來進(jìn)一步削弱干擾信號。 （二）變頻器對周邊設(shè)備的干擾及對策 上面已經(jīng)講過變頻器能使輸入電源電壓產(chǎn)生高次諧波。同時(shí)，變頻器的輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多高次諧波的成分，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，這些高次諧波對周圍設(shè)備帶來不良的影響。其中，供電電源的畸變，使處于同一供電電源的其他設(shè)備出現(xiàn)誤動作，過熱、噪聲和振動；產(chǎn)生的無線干擾電波給變頻器周圍的電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等無線電接收裝置帶來干擾，嚴(yán)重時(shí)不能正常工作；對變頻器的外部控制信號產(chǎn)生干擾，這些控制信號受干擾后，就不能準(zhǔn)確、正常地控制變頻器運(yùn)行，使被變頻器驅(qū)動的電動機(jī)產(chǎn)生噪音，振動和發(fā)熱現(xiàn)象。 　　1.對接在同一電源設(shè)備帶來的干擾 　　當(dāng)變頻器的容量較大時(shí)，將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變，通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其它電路。消除或削弱對接在同一電源的設(shè)備帶來的干擾，可以將變頻器的輸入端串入交流電抗器，在變頻器的整流側(cè)插入直流電抗器。也可以在變頻器電源輸入端插入濾波器，如下圖1所示: 　　LC濾波器是被動濾波器，它由電抗和電容組成對高次諧波的共振回路，從而達(dá)到吸收高次諧波的目的。有源濾波器的工作原理是：通過對電流中高次諧波進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果，輸入與高次諧波成分相位相反的電流來削弱高次諧波的目的。 　　2.對于產(chǎn)生的無線電干擾波 　　目前，變頻器絕大部分是采用PWM控制方法。變頻器輸出信號是高頻的開關(guān)信號，在變頻器的輸出電壓、輸出電流中含有高次諧波，通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，產(chǎn)生無線電干擾波。這些干擾波有的通過電線傳導(dǎo)，有些輻射至空中的電磁波和電場直接輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會干擾變頻器的正常工作。 　　電線傳導(dǎo)的無線電干擾波的抑制，可以采用噪聲濾波變壓器，對高次諧波形成絕緣；插入電抗器，以提高對高次諧波成分的阻抗，在變頻器的輸入端插入濾波器。 　　輻射無線電干擾波的抑制，較傳導(dǎo)無線電干擾波要困難一些。這種無線電干擾的大小，決定于安裝變頻器設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)，和電動機(jī)電纜線長短等許多因素有關(guān)?？梢员M量縮短電動機(jī)電線，電線采用雙絞措施，減少阻抗；變頻器輸入、輸出線裝入鐵管屏蔽；將變頻器機(jī)殼良好地接；變頻器輸入、輸出端串接電抗器，插入濾波器。 　　3.對于產(chǎn)生的噪聲干擾 　　由于變頻器采用了PWM控制方式，變頻器的輸出電壓波形不是正弦波，通過電動機(jī)的電流也難免含有許多諧波。變頻器輸出的諧波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振，在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大，變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機(jī)殼、軸架等諧波在其固有頻率附近的噪聲增大。因此，利用變頻器對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，電動機(jī)繞組和鐵芯由于諧波的成分而產(chǎn)生噪聲。 　　對于噪音的抑制可以采取的措施為: 　?。?）選用以IGBT等為逆變模塊的載波頻率較高的低噪音變頻器。選用變頻器專用電動機(jī)，在變頻器與電動機(jī)之間串入電抗器，以減少PWM控制方式產(chǎn)生的高次諧波。 　?。?）在變頻器與電動機(jī)之間插入可以將輸出波形轉(zhuǎn)換成正弦波的濾波器。 　?。?）選用低噪音的電抗器。 　　4.對于產(chǎn)生的振動干擾 　　采用變頻器對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，同噪音相同的原因，會使電動機(jī)產(chǎn)生振動。特別是較低階的高次諧波所產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩，給電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出帶來較大的振動。若機(jī)械系統(tǒng)與這種振動發(fā)生共振時(shí)，其振動就更為嚴(yán)重。 　　通?？梢圆扇∫韵麓胧p小振動： 　?。?）強(qiáng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性，將剛性連接改為強(qiáng)性連接。 　　（2）在變頻器與電動機(jī)之間串入電抗器 　?。?）降低變頻器的輸出壓頻比。 　?。?）改變變頻器的載波頻率。 　　在變頻器對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速過程中，如果調(diào)速范圍較大時(shí)，應(yīng)先測到機(jī)械系統(tǒng)的共振頻率，然后利用變頻器的頻率跳躍功能，避開這些共振頻率。如果轉(zhuǎn)距有余量，可以將U/f給定小些。 　　5.對于導(dǎo)致控制部件電動機(jī)過熱的干擾