第一章：变频调速基础知识

1）关于调速 n=60f/p(1-s)

p---变极调速特点：有级调速，系统简单，最多4段速

s---调压调速、转子串电阻调速特点：无级调速，调速范围窄电机最大出力能力下降，效率低，系统简单，性能较差。

f---变频调速特点：真正无级调速，调速范围宽，电机最大出力能力不变，效率高,系统复杂，性能好，可以和直流调速系统相媲美。

2）变频技术

交流变频是强弱电混合综合性技术，既要处理大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的技术分成功率转换和弱电控制两大部分。前者要解决与高压大电流变流技术有关的问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题，目前广泛应用的是全数字控制技术。

变频器的控制对象：三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是2/4极。

3）变频调速的发展历程 P7

大功率半导体技术：

70年代：可控硅(SCR: Silicon Controlled Rectifier)是可控硅整流器的简称，也称晶闸管。可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。单向可控硅用于直流电路，也是可控整流电子元件（相当于可控制输出的二极管）；双向可控硅可用于交、直流电路。

GTR 是三极管的一种，Giant Transistor，巨型晶体管由于可工作在高电压、高电流下，也称电力晶体管。

BJT 也是三极管的一种，Bipolar Junction Transistor，双极型面接触晶体管。

80年代以后：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

脉冲宽度调制技术：PWM (Pulse Width Modulation) 即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，其中SPWM法又包括：等面积法、硬件调制法、软件生成法（包括自然采样法、规则采样法）等等。采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效

果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而

宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输

出电压的大小,也可改变输出频率.

5)变频器简要工作原理

主要由四大部分组成：

（1）整流部分：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波。

（2）储能环节：含预充电电阻、储能电容及均压电阻、制动电阻及再生制动的放电回路等。

（3）逆变部分：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦。

（4）控制系统：包括单片机、PWM发生器、驱动电路、电压、电流、温度检测等装置。

滤波电容要均压

充电过程要限流

逆变电路的结构

思考:每个逆变器旁并的是什么, 起什么作用?续流二极管

续流二极管作用：

1）电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。续流二极管作为无功分量返回直流电源的通道。

2）当频率下降得较快时，电动机可能处于再生制动状态，此时的再生电流将通过续流二极管整流后回馈给直流回路。3）进行逆变的基本工作过程是，同一桥臂的两个逆变管处于不停地交替导通和截止状态。在这交替导通和截止的换相过程

中，也不时地需要提供通路。

6）变频器故障维修方法：

望—即目视检查,以发现形态上的异常,重点注意以下内容:

i)变频器前端整流元件有无爆裂？

ii)预充电电阻是否有烧毁（表面是否灰白色或掉渣）的迹象预充电电阻的切除继电器是否有拉弧、烧坏迹象

iii)快熔是否熔断

iv)直流母线电容器是否有爆裂与飞弧的熏黑迹象

v)与功率元件相连的阻容吸收元件、压敏器件有无爆裂？

vi)各线路板上是否有元器件爆裂、烧毁、开焊等现象？

vii)系统内是否存在异物，小动物或昆虫尸体，有无液体侵入，大量灰尘堆积等情况？

闻—系统中是否留有元件爆裂、飞弧、烧毁等焦糊味道

问—仔细询问对故障发生过程中经历的人员故障发生的现象和过程

切—逐步检测，若前面的检查无所发现，则按后面步骤进行。其中包括：

一、静态测试

1、测试整流电路

找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。

2、测试逆变电路

将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N 端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障。

3、用高阻表做绝缘检查：将变频器的U1、V1、W1、C、D、U2、V2、W2各点用一组测试短路线（如带有鳄鱼的短路线，应自制）短路成一点。其高阻检测表的正极性表笔接上述短路点，负表笔接系统外壳（PE），测试电压可选DC-500V或DC-1000V在上述端子外侧无其它连接的情况下，测得的电阻值应》2兆欧姆（多在2兆欧姆-10兆欧姆之间）。但这个结果有时会受现场环境湿度的影响，端子外部保有连接的情况下也会对此值有大的影响。

二、动态测试

在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点:

1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V 级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。

2、检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。

3、上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。

4、如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载(不接电机)情况下启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。如果U、V、W三相输出电压值偏离，可检测直流母线电压，一般在513（负载）~573V（空载）左右为正常。

5、在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。

7）变频器/逆变器的正确拆装：

❑1、在设备断电和完全放电后进行。

❑2、场地干净，拆、装工具与部件、结构件应有区域存放。

❑3、有正确、适用的拆装工具。

❑4、准备好清洗剂（无水酒精）、耗材，注意防火。

❑5、拆卸过程中做好记录，“好记性不如烂笔头”，以备回装时查用。

❑6、操作时穿着防静电工作服，佩带防静电完腕扣。注意经常执行静电释放动作。避免身体的静电损坏线路板及半导体元、器件。

❑7、有些无禁固部件的放置形态（如D尺寸装置中的电流互感器）需要注意安放方向标记。

❑8、拆装前必须完成装置的数据备份。在有工艺调节板（T400，T300，T100等）时，要将工艺板的参数备份或记录完整。另一种方法是将原CU原封不动暂存，用另一块CU板在维修期间暂用。❑9、紧固可控硅与IGBT等功率器件时，应按照指明的紧固力矩植，用力矩扳手操作。

❑10、可控硅与IGBT模块在与散热器接触的底面上涂有导热硅脂，器件拆下后，用无水酒精将安装基面擦洗干净，器件安装时要重新涂覆导热硅脂。注意不是多多益善，越薄、越均匀越好。

8）常见的故障现象和原因分析

1过流（OC）

过流是变频器报警最为频繁的现象。

1.1现象

（1）重新起动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。

主要原因有:负载侧短路，机械部位有卡住;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。

(2) 上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有:模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。

(3) 重新启动时并不立即跳闸而是在加速时，主要原因有:加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿(V/F)设定较高。

二、过压（OU）

过电压报警和跳闸，其主要原因是 1）电源电压过高；2）减速时间设定太短；3）降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想，来不及放电；4）应增加外接制动电阻和制动单元；5）放电支路发生故障,实际并不放电。

三、欠压（Uu）

欠压报警和跳闸，其可能的原因有: 1) 电源电压过低(220V 系列低于200V，380V系列低于400V)；2) 电源断相；3) 整流桥故障，如整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。

四、过热（OH）

过热也是一种比较常见的故障，主要原因:周围温度过高，风机堵转，温度传感器性能不良，马达过热。

五、输出不平衡

输出不平衡一般表现为马达抖动，转速不稳，主要原因:模块坏，驱动电路坏，电抗器坏等。

六、过载

过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一，平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强,只要变频器参数表的电机参数设置得当,一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压。

七、开关电源损坏

这是众多变频器最常见的故障，通常是由于开关电源的负载发生短路造成的，丹佛斯变频器采用了新型脉宽集成控制器UC2844来调整开关电源的输出，同时UC2844还带有电流检测，电压反馈等功能，当发生无显示，控制端子无电压，DC12V,24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。

八、SC故障

即短路故障是变频器较常见的故障。IGBT模块损坏，这是引起SC故障报警的原因之一。此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报

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警。此外电机抖动，三相电流，电压不平衡，有频率显示却无电压输出，这些现象都有可能是IGBT模块损坏。IGBT模块损坏的原因有多种，首先是外部负载发生故障而导致IGBT模块的损坏如负载发生短路，堵转等。其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，或驱动电压波动太大而导致IGBT损坏,从而导致SC故障报警。

九、GF—接地故障

接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。

十、限流运行

在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。对于一般的变频器在限流报警出现时不能正常平滑的工作，电压(频率)首先要降下来，直到电流下降到允许的范围，一旦电流低于允许值，电压(频率)会再次上升，从而导致系统的不稳定。

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