变频器谐讲义波治理
变频器谐波的产生与抑制
变频器谐波的产生与抑制∙时间：07-08-08 09:21:35 来源：进入论坛∙【字体大小：大中小】本文从变频器的内部结构入手，分析了变频器谐波产生的原因和危害，在此基础上提出了抑制谐波常用方法。
1：前言采用变频器驱动的电动机系统因其节能效果明显，调节方便维护简单，网络化等优点，而被越来越多的应用，但它的非线性，冲击性用电的工作方式，带来的干扰问题亦倍受关注。
对于一台变频器来讲，它的输入端和输出端都会产生高次谐波，输入端的谐波会通过输入电源线对公用电网产生影响。
什么是谐波谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。
谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶（M.Fourier）分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。
谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。
谐波可以区分为偶次谐波与奇次谐波，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，3次谐波则是150Hz。
一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。
对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。
谐波定义示意图如图1所示。
一、谐波的产生从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。
间接变频将工频电流通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。
直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流，没有中间的直流环节。
它的每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。
正反两组按一定周期相互切换，在负荷上就获得了交变输出的电压U0,U0的幅值决定于各整流装置的控制角，频率决定于两组整流装置的切换频率。
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高
变频器原理与应用
7.集成门极换流晶闸管（IGCT）
IGCT是GTO的派生器件，其基本结构在GTO的基础 进行了改进，如特殊的环状门极、与管芯集成在一起 的门极驱动电路等等。 使IGCT不仅具有与GTO相当的容量，而且具有优良 的开通和关断能力。 目 前 ， 4000A 、 4500V 及 5500V 的 IGCT 已 研 制 成 功。在大容量变频电路中，IGCT被广泛应用。
缺点
•驱动功率大，驱动电 路复杂；
•工作频率不够高，一 般在10KHz以下。
优点
•电 压 、 电 流 容 量 较 大 ， 可 达 到 6000V 、 6000A。 •多 应 用 于 大 功 率 高 压 变频器。
变频器原理与应用
4.电力晶体管（GTR）
电气符号
伏安特性
内 部 结 构 ： 与普通的 双极结型晶体管类似。
1. PWM技术的基本原理
理论基础:面积等效原理
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。
冲量
窄脉冲的面积
效果基本相同
环节的输出响应波形基本相同
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
tO
t
a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数
主要内容： §1.1 三相异步电动机 §1.2 三相异步电动机的起动和制动 §1.3 电力电子器件简介 §1.4 脉冲宽度调制（PWM）原理 §1.5 变频器的组成和分类
变频器原理与应用
§1.1 三相异步电动机
本节主要内容： 三相异步电动机结构及工作原理 三相异步电动机的电磁特性 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的调速方式
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常见类型及特点
01
02
03
按电压等级分类
高压变频器、中压变频器、 低压变频器。
按功能用途分类
通用变频器、专用变频器、 多功能变频器。
特点
调速范围广、精度高、动 态响应快、节能效果显著 等。
应用领域与市场前景
应用领域
电力、冶金、石油、化工、造纸、食品等各个工业领域。
市场前景
随着工业自动化程度的不断提高，变频器市场需求不断增长， 未来市场前景广阔。同时，变频器技术也在不断发展，更加智 能化、高效化、环保化是未来的发展趋势。
指变频器正常工作所需的电网电压和电流，应与现场供电条件相匹配。
控制精度与动态响应
反映变频器对电机速度、转矩等参数的控制能力，影响传动系统的稳定性。
功能与保护特性
包括过载保护、短路保护、过压/欠压保护等，确保设备安全可靠运行。
不同场景下选型策略
恒转矩负载
对于负载转矩基本恒定的场合，应选用通用 型变频器，满足基本调速要求。
01
技术创新
随着电力电子技术和控制理论的发展，变频器将实现更高效、更智能、
更环保的目标。
02 03
应用拓展
变频器将在更多领域得到应用，如新能源、环保、智能制造等；同时， 随着物联网和大数据技术的发展，变频器将实现远程监控和预测性维护 等功能。
产业政策
国家将继续加大对节能减排和绿色发展的支持力度，推动变频器等节能 技术的研发和应用；同时，各行业也将加强节能减排工作，提高能源利 用效率。
正确接线方法和检查流程
按照电气图纸接线
01
根据电气图纸要求，正确连接变频器的输入、输出、控制等线
路。
检查接线端子和紧固件
02
变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析
变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。
这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。
其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。
变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
变频器原理及报警原因
变频器是利用电力 半导体器件的通断 作用讲工频电源变 换为另一频率的电 能控制的装置。
变 频 器 （ Variablefrequency Drive， VFD ） 是 应 用 变 频 技术与微电子技术， 通过改变电机工作 电源频率方式来控 制交流电动机的电 力控制设备
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变频器分类
交-交变频器
交交变频器其工作原理是将 三相工频电源经过几组相控 开关控制直接产生所需要变 压变频电源。
2020
变频器原理及应用
培训人：梁萧 日期：2020年02月06日
目录 CONTENTS
01 变频器发展历史 02 变频器原理 03 变频器应用 04 常见问题处理
变频器发展历史
第3页
发展 历史
诞生背景
变频器技术诞生背景是在交流电机无极调速的广泛需求上。传统上的直流调速技 术因体积大故障率高而应用受限。1967 世界上第一台变频器,芬兰瓦萨控制系统 有限公司，前身瑞典的STRONGB，于20世纪60年代成立，于1967年开发出世 界上第一台变频器，被称为变频器的鼻祖，开创了世界商用变频器的市场。
第 14 页
整流滤波单元
三相桥式整流电路
第 15 页
对称三相正弦电压
三相对称工频交流电源：三相对称工频交流电是 由三相发电机产生的频率相同、幅值相同、相位 相差120度的三相对称正弦交流电。
三相桥式整流原理：根据优先导通原则，在每一瞬间，共 阴极组中电位最高的二极管导通；共阳极组中电位最低的 二极管导通。
矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、 q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目 的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM 波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。
变频器的原理和应用课件
交流电抗器一般装在变频器输入端或者输出端，直流电抗器串接在直流母线中间
ห้องสมุดไป่ตู้
注意：必须保证输入和输出不能接反 制动单元正负极正确
1.高温对变频器的危害
高温会造成变频器功率原件寿命变短，甚至损坏，变频器 必须有良好的散热能力，环境温度适中。
2.电网污染对变频器的危害
高次谐波对对电子原件损害较大，必要是变频器要加装交 流电抗器，或直流电抗器。
2.滤波：通过并联在直流母线间的电容对整流得到的直流电进行滤波，一般在直流 母线上测的电压要高于513V，因为电容有升压作用。
3.充电电阻：作用是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容二 端的电压为 0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻 在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大 的电流导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选 择范围一般为：10-300Ω。
1.变频器除尘与清洁
要经常对变频器除尘吹灰，保证散热片干净，散热风扇 运行良好。
2.外接端子检查
接线端子必须紧固，松动，打火都可能造成变频器损坏。
3.外接电机的绝缘检测
定期对外围设备进行绝缘检测，用兆欧表检测绝缘时， 必须把电机和变频器脱离，然后对电机进行绝缘检测。
4.在没有采取措施的情况下，不能直接用兆欧表对变频器进
以下所述内容主要为“交直交”变频器
1.变频器原理简图
2.变频器内部常见原件
控制部分
控制部分包括：检测部分，IGBT驱动部分，cpu主控部分
3.变频器主电路示意图
1.整流部分：变频器的整流部分由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。 对于380V的额定电源，通过三相整流后得到一个513V的直流电压。
变频器的基本原理与应用
正常（频率33Hz左右，电流7~8A）。 h.频率、电流、压力反馈值正常，则变频器运作稳定。
变频器的基本原理与应用
基本概念 结构与原理 应用领域
应用意义 实际应用与操作 故障判断与排除
变频器故障的判断与排除
6.常见故障判断与排除
常见故障原因与对策
现象 电机不旋转 电机在旋转，但速度不上升 电动机旋转方向与指令相反
原因
检查和对策
主电源没有正确输入
检查输入电压、输出电压是否平衡
负载过大
测定输出电流 确认机械性制动是否动作
最高输出频率的设定较低
确认最高输出频率（F03）的数据
加速时间极长或极短
确认加速时间（F07）的数据
变频器的基本原理与应用
变频器的基本原理与应用
基本概念 结构与原理 应用领域
应用意义 实际应用与操作 故障判断与排除
变频器的基本概念
1.基本概念
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频率电源变换 为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、 变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护 等功能。
同时，变频器具有过载、过压、过流、欠压等自动保护功能。 自动控制：完全实现自动控制，且可与其它自控装置进行电气联 锁，实现的自动保护及计算机控制。 环保：电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境 的影响。
变频器的基本原理与应用
基本概念 结构与原理 应用领域
应用意义 实际应用与操作 故障判断与排除
电机额定功率 电机额定电流
初始化
注：每修改完一个代码数据都需按FUNC/DATA键进行保存。
ABB变频器培训讲义
ABB变频器工作原理一、基本概念：把电压和频率固定不变的交流电变换为电压和频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
所有变频器的工作原理基本上相同。
主要工作方式：三相交流电经桥式整流变为直流电，通过限流电阻给电容充电75％时，接触器吸合，限流电阻被短接，然后直接充电到变频器的额定电压。
变频器的CPU当接到启动信号时，发出触发信号，使驱动电路工作触发LGBT，将直流电压变成频率可调的三相交流电，驱动电机。
目前，变频装置有两种，一种是交—交变频装置，三相感应电动机的每相绕组由两套极性相反的晶闸管整流装置供电，交替地以低于电源频率切换正、反两组整流电路的工作状态，使负载端得到相应频率的交变电压。
第二种是交—直—交变频装置，先用晶闸管整流装置将交流转换成直流，再用逆变器将直流变成频率可调的交流供给电动机。
最常见的是后一种，它主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
变频器的调速公式：n=(1-s)n0= (1-s)60f/p n: 转速s: 转差率n0: 同步转速f: 电源频率p: 电机极对数由上式可看出，电机的转差率及极对数已经固定不变，要想改变电机转速，将电源的频率改变即可。
由于电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的，由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适合通过改变该值来调整电机的速度。
由上式可以看出，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在0～50Hz 的围变化时，电动机转速调节围非常宽，变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。
频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。
变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动，电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。