通用变频器
通用变频器的设计
通用变频器的设计通用变频器是一种重要的电力传动装置，在现代工业中得到广泛应用。
其主要功能是将交流电动机的输入频率变换为可调节的输出频率，从而实现电动机转速调节。
通用变频器的设计涉及到电路设计、控制算法设计等方面，下面将对通用变频器的设计进行详细介绍。
首先，通用变频器的设计需要考虑的一个重要因素是功率因数校正。
功率因数是指电路中的有功功率与视在功率的比值，其数值范围在-1到1之间。
在实际应用中，功率因数通常要求尽量接近1，以提高电网的功率利用率。
为了实现功率因数校正，可采用有源功率因数校正电路。
该电路由功率因数校正电流采样电路和功率因数控制电路组成，通过对反馈信号的调整，使电路的功率因数接近1其次，通用变频器的设计还需要考虑到其输出电压和电流的调节。
通用变频器通过电路调节器件的开关控制来改变输出电压和电流的大小和波形。
其中，电压调节主要涉及到PWM技术的应用，通过调节开关器件的占空比来改变输出电压；电流调节主要涉及到电流反馈回路的设计，通过对电流进行采样和比较，控制开关器件的导通时间，从而调节输出电流的大小。
此外，通用变频器的设计还需要考虑到保护功能的实现。
保护功能可以通过设计过流保护、过压保护、过温保护等来实现，以保证变频器正常运行并保护电机免受损害。
过流保护主要通过电流采样和比较，当电流超过设定值时，及时切断电路以防止电机烧坏。
过压保护可以通过电压检测电路来实现，当输出电压超过设定值时，切断输出电路以防工作电机电压过高。
过温保护主要通过温度传感器来实现，当变频器温度过高时，及时切断电路以防止设备过热。
此外，通用变频器的设计还需要考虑到调速算法的选择和实现。
常见的调速算法有串级PID调速算法、模糊PID调速算法、自适应控制算法等。
选择合适的调速算法取决于具体的应用场景和要求。
例如，对于要求响应速度快且高精度的应用，在调速算法上可以选择模糊PID算法实现，可以快速响应变频器的输出频率调整。
最后，通用变频器的设计还需要考虑到EMC（电磁兼容）设计。
通用变频器选型
通用变频器选型一、通过变频器的控制方式选择变频器类型通用变频器根据其性能、控制方式和用途的不同，习惯上可分为通用型、矢量型、多功能高性能型和专用型等。
（一）风机、水泵、空调专用型通用变频器是一种以节能为主要目的的通用变频器，多采用U/f控制方式（电压频率控制），主要在转矩控制性能方面是按降转矩负载特性设计，零速时的起动转矩相比其他控制方式要小一些。
（二）高性能矢量控制型通用变频器采用矢量控制方式（将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量和产生转矩的电流分量分别加以控制）或直接转矩控制方式（把磁通和转矩直接作为被控量直接控制转矩），并充分考虑了通用变频器应用过程中可能出现的各种需要，其中重要的一个功能特性是零速时的起动转矩和过载能力，通常起动转矩在150%-200%范围内，甚至更高，过载能力可达150%以上，一般持续时间为60S。
这类通用变频器的特征是具较硬的机械特性和动态性能，广泛应用于各类生产机械装置，如机床、塑料机械、生产线、传送带、升降机械以及电动车辆等对调速系统性能和功能有较高要求的场合。
（三）专用变频器是为了满足某些特定应用场合的需要而设计生产的，基本上采用矢量控制方式，主要应用于对异步电动机控制性能要求较高的专用机械或系统。
例如，在机床主轴驱动专用的高性能变频器中，为了便于和数控装置配合完成各种工作，变频器的主电路、回馈制动电路和各种接口电路等被做成一体，。
另外还有电梯专用变频器、中频专用变频器、伺服控制专用变频器、抽油机专用变频器、塑料专用变频器等。
（四）中、高压变频器也就是我们常说的高压变频器，对应的电压等级为1500V、3KV、6KV、10KV，这类变频器通常采用GTOPWM控制方式（变频器的输出频率与逆变器换流器件的开关频率不同），输出频率可达120 Hz，在风机、水泵、矿山机械、电力设备等领域中广泛应用。
（五）单相变频器是指单相进、三相出，是单相交流220V输入，三相交流200-230V输出，主要用于输入为单相电源的三相交流电动机场合。
通用型变频器参数设置
对于通用型变频器来说，其主要参数和设置可以从以下几个方面来考虑:频率信号参数设定变频器运行频率:通用型变频器可以从以下几个方面来获得运行频率。
(1) 操作面板在变频器的显示面板上，都有频率增加和频率减少按键，通过它可以改变变频器的运行频率，这是一种数字设定频率的方式，由于这种方式不能在现场实时修改变频器的运行频率，因此，其应用范围受到一定的限制。
只能在单电机拖动且不经常修改运行频率的场合中使用。
(2) 模拟端子通用型变频器模拟端子基本都有电压输入和电流输入两种，电压输入有0~5VDC，0~10VDC，-5~5VDC，-10~10VDC等几种;电流输入基本上有0~20mA和4~20mA两种，可以任意设定其中的一种或多种输入，变频器内部用10位以上的A/D 把它转换成数字量。
应用这种方式设定变频器的运行频率可以实现外控操作，且在现场可以实时修改，但是众所周知模拟量在传输过程中易受干扰，特别是电压信号，更易受干扰，造成系统运行不稳定，这里建议用电流信号;另外用模拟量设定运行频率，在纸机传动控制系统中还要解决速度同步问题。
(3) 数字端子这种设定频率的方式，各种品牌的变频器叫法不一，如ABB变频器叫电动电位器，而富士变频器叫上升/下降功能等，其实际上就是利用变频器本身的多功能数字输入端子来改变变频器的运行频率，且升/降速的速率可调。
这种方式在纸机传动系统中以八缸纸机应用最为典型。
(4) 通讯方式这种以串行通讯的方式设定变频器的运行频率在大型纸机传动系统中应用最为广泛。
常见的有RS-485或CAN总线等。
当然，在通用型变频器的频率设定方式中，常见的是以上4种，这4种方式也并非独立存在，它们可以组合使用，例如ABB800系列变频器在设定频率时就可以用模拟量的代数和，多个模拟量的最大值，多个模拟量的最小值，模拟量的乘积，模拟量与通讯量的和等多种组合方式，在使用中，应根据实际情况，灵活运用。
2.2 控制命令它包括控制电机的起动/停止，电机的运行方向等。
通用变频器 标准
通用变频器标准
范围
本标准规定了通用变频器的范围、规范性引用文件、术语和定义、分类与命名、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存等内容。
本标准适用于通用变频器的设计、制造和验收。
规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2008 包装储运图示标志
术语和定义
3.1 变频器：一种将固定频率的交流电转换为可变频率和可变电压的交流电的电气设备。
3.2 负载电动机：连接在变频器输出端的电动机，用于驱动机械负载。
3.3 控制电路：用于控制变频器的工作方式和输出特性的电路。
3.4 保护电路：用于检测和处理变频器异常情况的电路。
变频器的分类与命名
4.1 变频器按控制方式可分为以下几类：
a) V/f控制变频器；
b) 矢量控制变频器；
c) 直接转矩控制变频器。
4.2 变频器按用途可分为以下几类：
a) 通用变频器；
b) 专用变频器；
c) 高频变频器。
4.3 变频器的命名可采用以下规则：
a) 型号由字母和数字组成，字母表示类型，数字表示额定输出容量（单位为kV）。
例如，型号GFC500表示额定输出容量为500 kV的通用变频器。
b) 对于专用变频器和高频变频器，可以在型号后加字母来表示用途，例如：型号SVC500表示额定输出容量为500 kV 的专用变频器。
5. 技术要求
5.1 通用要求：变频器应符合国家相关标准的要求，并经过国家认证机构的认证。
通用变频器使用概述
通用变频器使用概述一、MM420系列变频器的使用MM420（MICROMASTER420）系列变频器是西门子公司的通用变频器产品，属于第2代通用变频器。
该系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率11KW 可供用户选用。
例如，YL-335B实训设备中，所用的变频器为三相380V电源电压，额定功率750W的MM420机型，其外形尺寸为A型，采用基本操作板（BOP）作为操作面板，外观如图1所示。
图1 变频器外观图 MM420系列变频器具有如下特点：• 采用IGBT作为功率输出器件，其脉冲宽度调制的开关频率从2kHz～16kHz分级可选， 额定值为4 kHz。
用户可根据运行要求、环境情况选择不同的开关频率（参数P1800），达到降低电动机运行的噪声，或减少变频器的损耗，或降低射频干扰发射的强度等目的。
• 变频器由微处理器控制，控制功能和保护功能较为全面且完善，即具有功能的多样性和很高的运行可靠性，并且为变频器和电动机提供了良好的保护。
• 控制方式都是基于U/F 控制特性，包括普通U/F控制，用于如风机和水泵等类型负载的抛物线（平方）U/F 控制，带磁通电流控制（FCC）的高性能型U/F控制。
根据不同的应用对象可选择不同的控制关系。
1、MM420变频器的接线接线端子在变频器机壳下盖板内，拆卸盖板后可以看到变频器的接线端子如图2所示。
图2 MM420变频器（A型）的接线端子变频器主电路和控制电路的接线图如图3所示。
图3 MM420变频器方框图2、BOP 操作面板MM420 变频器在标准供货方式时装有状态显示板（SDP），对于一般用户来说，利用SDP 和制造厂的缺省设置值，就可以使变频器成功地投入运行。
但如果工厂的缺省设置值不适合设备情况，则可利用基本操作板（BOP）或高级操作板（AOP）修改参数，使之匹配起来。
图4是这三种操作面板的外形。
BOP 和AOP 都是作为可选件供货的，下面仅介绍国内用户使用最多的BOP 操作面板。
通用变频器和专用变频器的区别
通用变频器和专用变频器的区别对于用户来说，为关心的是的用途。
根据用途的不同，变频器可分为通用变频器和专用变频器。
1．通用变频器通用变频器是变频器家族中数量多、应用为广泛的一种。
顾名思义，通用变频器的特点是通用性。
随着变频技术的发展和市场需求的不断扩大，通用变频器正在朝着两个方向发展：一是以节能为主要目的而简化了一些系统功能的低成本简易型通用变频器，它主要应用于水泵、风扇、鼓风机等对于系统调速性能要求不高的场合，并具有体积小、价格低等方面的优势；二是在设计过程中充分考虑了应用中各种需要的高性能、多功能通用变频器，在使用时，用户可以根据负载的特性选择算法对变频器的各种参数进行设定，也可以根据系统的需要选择厂家所提供的各种备用选件来满足系统的特殊需要。
高性能的多功能通用变频器除了可以应用于简易型变频器的所有应用领域外，还可以广泛应用于、、电动车辆等对调速系统的性能有较高要求的场合。
过去，通用变频器基本上采用的是电路结构比较简单的U/f控制方式，与VC 方式相比，在转矩控制性能方面要差一些。
但是，随着变频技术的发展，目前一些厂家已经推出采用VC的通用变频器，以适应竞争日趋激烈的变频器市场的需求。
这种多功能通用变频器可以根据用户需要切换为“U/f控制运行”或“VC运行”方式，但价格方面却与U/f方式的通用变频器持平。
因此，随着技术和计算机技术的发展，今后变频器的性价比将不断提高。
2．专用变频器(1)高性能专用变频器。
随着控制理论、交流调速理论和电力电子的发展，异步的VC得到发展，VC 变频器及其专用电动机构成的交流伺服系统已经达到并超过了直流伺服系统。
此外，由于还具有环境适应性强、维护简单等许多直流伺服所不具备的优点，在要求高速、高精度的控制中，这种高性能交流伺服变频器正在逐步取代直流伺服系统。
(2)高频变频器。
在超精密机械加工中常采用高速电动机。
为了满足其驱动要求的需要，出现了采用PAM控制的高频变频器，其输出主频高达3kHz，驱动两极异步电动机时的转速为18000r/min。
通用变频器原理及应用
3.交流调速传动概述
目前人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动。除变频以外的另一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，虽然仍在特定场合有一定的应用，但由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
通用变频器原理及应用
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学习情境2：变频器的结构、原理分析-1
学习情境2：变频器的结构、原理分析 -1
了解矢量控制变频器基本原理； 认识通用变频器在采用不同分类方法的各类型变频器的特性； 掌握通用变频器的基本结构、原理； 掌握通用变频器的SPWM控制的实现和优势。
通用变频器的发展
60年代中期，普通晶闸管、小功率晶体管的实用化，使交流电动机变频调速也进入了实用化。采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速系统、采用电压型或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机调速系统（包括不属变频方案的绕线转子异步电动机的串级调速系统）等先后实现了实用化，使变频调速开始成为交流调速的主流。
据统计，目前变频器中的开关器件，容量为 1500kW以下的采用IGBT；1000～7500kW的采用GTO。
（3）变频装置的高性能化
早期的变频调速系统，基本上是采用U/F控制，无法得到快速的转矩响应，低速特性也不好（负载能力差）。
1971年德国西门子公司发明了所谓“矢量控制”技术。一改过去传统方式中仅对交流电量的量值（电压、电流、频率的量值）进行控制的方法，实现了在控制量值的同时也控制其相位的新控制思想。使用坐标变换的办法，实现定子电流的磁场分量和转矩分量的解耦控制，可以使交流电动机像直流电动机一样具有良好的调速性能。
吉泰科 GK500 系列通用变频器说明书
前言感谢您购买江苏吉泰科电气股份有限公司的GK500系列通用变频器产品。
本用户手册详细介绍了GK500系列通用变频器的产品特征、结构特点、功能、安装、调试及维护等方面的内容。
使用前请务必认真阅读本手册中的安全注意事项，在确保人身及设备安全的前提下使用该产品。
目录前言 (1)第一章安全注意事项 (1)1.1安全事项 (1)1.2其它注意事项 (3)第二章产品信息 (4)2.1产品型号命名规则 (4)2.2产品铭牌说明 (4)2.3产品系列说明 (5)2.4产品技术规格 (5)2.5产品部件图 (7)2.6产品外形和安装尺寸及重量 (7)2.7操作面板外形尺寸 (8)2.8操作面板托板外形尺寸 (9)第三章安装及配线 (10)3.1安装环境 (10)3.2安装方向和空间 (10)3.3操作面板拆装及翻盖开合 (11)3.4产品外围器件 (12)3.5产品端子配置 (12)3.6主回路端子及配线 (13)3.7控制端子配线 (14)3.8控制端子功能说明 (15)3.9控制端子应用说明 (15)3.10信号切换跳线功能说明 (18)3.11配线中的EMC问题 (18)第四章操作和运行说明 (20)4.1操作面板的使用 (20)4.2操作面板按键功能 (20)4.3操作面板指示灯说明 (21)4.4面板电位器给定说明 (21)4.5提示信息状态 (21)4.6功能码参数设置方法 (22)第五章功能参数表 (23)第六章故障诊断及异常处理 (41)6.1故障原因及其对策 (41)第七章日常保养及维护 (44)7.1日常检查和保养 (44)7.2定期维护 (44)7.3易损部件的更换 (45)7.4变频器的存贮 (45)第一章 安全注意事项安全定义：本手册所涉及的安全标记说明：危险：由于没有按要求操作，可能导致火灾或人身严重伤害，甚至死亡的情况。
注意：由于没有按要求操作，可能导致中度伤害或轻伤，以及发生设备损坏的情况。
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2020/6/27 学习情境5：变频器的调试、运行、维护及故障处理 7
通用变频器原理及应用
（1）一台独立的变频器，驱动一台电动机，适用于一般 工业负载。
（2）一台独立的变频器，带一个能量回馈单元，驱动一 台电动机，适用于电梯、升降机等四象限运行的负载。
（3）一个整流单元下挂多个逆变单元，驱动多台电动机， 适用于生产线等辊道传动的负载。
（4）一个整流单元带一台能量回馈单元，下挂多个逆变 单元，驱动多台电电气工程系
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通用变频器原理及应用
5.1.2 有速度传感器的矢量控制变频器
高性能变频器的主要控制方法是矢量控制，它的基本思 想是根据电动机的动态模型，将用于产生转矩的电流和用于 产生磁场的电流进行解耦，然后分别控制。西门子公司 6SE70系列变频器组成这种控制模式的主要特点如下：
单元可下挂多个逆变单元，驱动多台电动机，特别适用于生
产线上的辊道传动。
2020/6/27
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通用变频器原理及应用
3．带能量回馈单元的变频器
高性能通用变频器驱动电梯、升降机、可逆轧机等负载 时，都要求四象限运行，所以必须配置能量回馈单元。能量 回馈单元的功能是将电动机制动时产生的再生能量回馈给电 网。能量回馈单元不单独使用．必须接到变频器上才能运行。
（3）在全速度设定范围内，转矩上升时间约为sins，转 矩波动小于2％额定转矩。
（4）转矩控制精度，在恒磁通工作区间，小于2．5％； 在弱磁工作区间，小于5％。以上这些性能指标需用1024脉 冲/r以上的脉冲编码器（PG）。
利用有速度传感器的矢量控制变频器驱动电动机时，一 般适于单机传动和较低转速时有较高的动态特性和较高的转 速控制精度的场合，如轧钢机传动控制、货物运输控制、升 降机控制和位置控制等。
西门子公司6SE70系列变频器是一种工程型高性能变频 器，有以下四种控制模式，如图5—1所示。
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通用变频器原理及应用
图5－1 直流母线式变频器和独立式变频器及其回馈单元
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通用变频器原理及应用
高性能通用变频器的类型主要有三种：第一种是有速度 传感器的矢量控制变频器；第二种是无速度传感器的矢量控 制变频器；第三种是无速度传感器的直接转矩控制变频器。
5.l.l 高性能通用变频器结构
2．公共直流母线式变频器
公共直流母线式变频器是将变频器的整流单元和逆变单
元分离开来，分别放置在各自的机壳内；整流单元的功能是
将电压和频率不变的交流电转换成电压恒定的直流电，形成
公共直流母线逆变单元挂到公共直流母线上，．其功能是将
中压恒定的直流电转换成电压和频率均可调的交流电，用于
驱动电动机。公共直流母线式变频器的最大特点是一个整流
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通用变频器原理及应用
5.1.4 直接转矩控制变频器
直接转矩控制（DTC）于 1985年由德国学者 M．Depenbrock提出。它摒弃了矢量控制中的解耦思想，而 是通过实时检测磁通幅值和转矩值，分别与磁通和转矩给定 值比较，由磁通和转矩调节器直接输出所需要的电压矢量值。 图5－2是ABB公司ACS600系列变频器直接转矩控制系统图。
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通用变频器原理及应用
5.1.3 无速度传感器的矢量控制变频器
无速度传感器的矢量控制变频器的控制模式是在有速度 传感器矢量控制模式的基础上，去掉转速检测环节，通过计 算来估测电动机速度的反馈值。利用无速度传感器的矢量控 制变频器一般用于单机传动、调速范围要求不高且低速转矩 要求不高的场合，如风机、泵类和移动装置。虽然控制精度 和系统的动态性能和带速度闭环的矢量控制相比有所下降， 但变频器系统简单、操作方便、价格便宜。
（1）调速范围宽，可达1：10O以上。
（2）转速控制精度高，在n＞10％额定转速时，为 0．0005％；在n＜5％额定转速时，为0．001％；在弱磁工 作区间，为0．001％；
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通用变频器原理及应用
通用变频器原理及应用 学习情境5：变频器的调试、运行、维护及故障处理
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通用变频器原理及应用
学习情境5：变频器的调试、运行、维护及故障处理
知识目标： 1、明确使用变频器时的注意事项； 2、弄清变频器日常维护与检查项目.
能力目标： 1、掌握1～2种类型变频器的基本功能的设定； 2、掌握变频器现场调试、故障特性及故障诊断的基本方法。
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通用变频器原理及应用
5.1 高性能通用变频器的类型
高性能通用变频器大多分为两类：一类是适于一般负载 的一般通用变频器；另一类是适于高精度控制的高性能通用 变频器。高性能的变频器主要有西门子公司6SE70系列变频 器、ABB公司ACS600系列变频器、施耐德公司Altivor66系列 变频器、罗克韦尔公司 A－B 1336FORCE系列变频器等。 本章主要以西门子公司6SE70系列变频器为例介绍高性能通 用变频器的运行。
高性能通用变频器为了满足不同的工程需要，有几种硬 件结构：独立式变频器、公共直流母线式变频器和带能量回 馈单元的变频器。
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2020/6/27 学习情境5：变频器的调试、运行、维护及故障处理 4
通用变频器原理及应用
1．独立式变频器
独立式变频器是将整流单元和逆变单元放置在一个机壳 内，是目前应用最多的变频器，一般只驱动一台电动机，用 于一般的工业负载。