变频器基础.doc

变频器基础第一节变频器原理目前使用最多的是交——直——交变频器。

交流变直流的过程非常简单，通过二极管整流桥，电容滤波，就可将工频交流电变为直流电。

变频器的难点是直流电变为可变频率的交流电。

为了使大家方便地看懂其原理，先做如下叙述。

一、变频器如何把直流电变为正弦交流电1、直流电变为交流电由图1—1可看出，直流电源为U，负载为灯泡，K1、K2、K3、K4为开关。

K1、K3与K2、K4交替闭合和打开。

当K2、K4打开，K1、K3闭合时，灯中电流由左向右流动。

当K1、K3打开，K2、K4闭合时，灯中电流由右向左流动。

如此交替进行，灯中电流就是矩形交流电。

图1—1直流电变为交流电2、直流电变为正弦交流电的正半波在矩形波中占空比是指脉冲与整个周期的比值，一般是脉冲电源中用来衡量开关管导通或截止状况。

是在连续的脉冲频率（载波频率）或周期不变的前提下定义的,用来测开关管的导通和关断的比例的。

如占空比为50%,则指开与关的时间比是1:1。

占空比是指高低电平所占的时间的比率。

占空比越大，电路导通时间就越长，输出等效电压就越高。

相反，占空比越小，电路导通时间就越短，输出等效电压就越低。

由图1—2可看出，当K1、K3闭合时间短、打开时间长，然后逐渐增加闭合时间、缩短打开时间，最后再逐渐缩短闭合时间、增加打开时间。

灯中的电流等效为由小到大、又由大到小的变化。

这就是等效为正弦交流电的正半波。

图1—2直流电变为正弦交流电的正半波3、直流电变为正弦交流电的负半波由图1—3可看出，当K2、K4闭合时间短、打开时间长，然后逐渐增加闭合时间、缩短打开时间，最后再逐渐缩短闭合时间、增加打开时间。

灯中的电流等效为由小到大、又由大到小的变化。

这就是等效为正弦交流电的负半波。

图1—3直流电变为正弦交流电的负半波4、直流电变为正弦交流电由图1—4可看出，重复上述二和三的步骤，就可得到等效的正弦交流电。

K1、K3与K2、K4交替的时间间隔长，交流电的频率就低。

相反，K1、K3与K2、K4交替的时间间隔短，交流电的频率就高。

变频器就是改变交替导通的时间间隔，实现变频的。

图1—4直流电变为等效正弦交流电二、变频器是如何改变频率的变频器是用IGBT作为高速开关管，IGBT可用K1、K2、K3、K4来等效。

开关闭合等效IGBT 导通，开关打开等效IGBT关断。

变频器等效电路如下图1—5。

图1—5变频器等效图1、10 Hz交流电的由来。

10Hz波形示意图如下图1—6，黑色是实际的波形——矩形波，浅色是等效波形。

图1—6 等效的10Hz交流电波形示意图每次闭合时间较短（占空比小），等效的幅值就较低（电压低）。

闭合时间较长（占空比大），等效的幅值就较高（电压高）。

10 Hz波形的周期是0.1秒，半个周期的时间就是0.05秒。

由K1、K3导通变为K2、K4导通，就实现了交流电流的换向。

由K1、K3导通变为K2、K4导通，需要0.05秒。

2、20 Hz交流电的由来。

20Hz波形示意图如下图1—7，黑色是实际的波形——矩形波，浅色是等效波形。

图1—7 等效的20Hz交流电波形示意图每次闭合时间较短（占空比小），等效的幅值就较低（电压低）。

闭合时间较长（占空比大），等效的幅值就较高（电压高）。

20 Hz波形的周期是0.05秒，半个周期的时间就是0.025秒。

由K1、K3导通变为K2、K4导通，就实现了交流电流的换向。

由K1、K3导通变为K2、K4导通，需要0.025秒。

3、50Hz交流电的由来。

50Hz波形示意图如下图1—8，黑色是实际的波形——矩形波，浅色是等效波形。

图1—8 等效的50Hz交流电波形示意图50 Hz波形的周期是0.02秒，半个周期的时间就是0.01秒。

由K1、K3导通变为K2、K4导通，就实现了交流电流的换向。

由K1、K3导通变为K2、K4导通，需要0.01秒。

对比图1—6、图1—7、图1—8，可以看出，图1—8的每个矩形较宽（导通时间较长），所以等效波形就较高，电压较高。

图1—6的等效电压低于图1—7、图1—8的。

50Hz时，等效的正弦波最大值与直流电压相等。

还可以看出，图1—6中K1、K3导通次数较多，时间长了才改变为K2、K4导通，所以频率较低。

图1—6的频率低于图1—7、图1—8的。

也就是说，频率在增高的时候，输出电压也在增高；频率在降低的时候，输出电压也在降低。

变频器的载波频率，就是IGBT的每秒钟的开关次数，相当于K1、K3或K2、K4的闭合与打开的次数。

变频器的载波频率与输出功率成反比，调整好以后就不再轻易改变了。

比如400kw 的皮带运输机变频器的载波频率较小，一般为1kHz，采煤机变频器的载波频率比较高。

上述的图是简单的，能够说明问题就行了。

实际上在每个等效的正弦波形内，至少有几百、几千个矩形。

第二节变频器的共性目前煤矿使用的变频器种类有带式输送机变频器、电牵引采煤机专用变频器、局部通风机专用变频器。

它们都是由通用变频器改造得来，都具有一定的共性。

一、PLC所有变频器都和PLC配合。

所有变频器都有键盘。

变频器的参数，通过键盘修改。

PLC 的程序，通过笔记本电脑修改。

变频器在正常情况下，都是由外接端子经过PLC操作。

但是变频器在维修时，都可通过键盘操作（在确保安全的前提下）。

变频器具体到由端子操作还是由键盘操作，由键盘的参数设置决定。

键盘设置为端子操作时，即使去掉键盘，也不影响端子操作。

PLC也称电控装置，变频器几乎都通过PLC来控制。

1、皮带变频器PLC电控：①选择运行方式（变频运行、工频运行、变频启动转工频运行，共三种）。

②变频运行与工频运行的互锁。

③实现变频启动转工频运行的切换。

④实现本身操作与远控操作（操作箱）的切换。

⑤实现多台变频器的互锁——只要有一台报故障，则全部停机。

2、采煤机PLC电控：①来电自保。

②操作二启真空接触器。

③给变频器送电。

④瓦斯超限停机。

⑤具备遥控器操作。

⑥具备两端头操作。

⑦实现电控液——按钮操作滚筒升降。

⑧截割电机电流达到1.1——1.3倍额定电流时，控制变频器停止牵引，然后反向牵引5秒钟，再继续向前牵引。

⑨截割电机电流超1.3倍额定电流时，控制变频器停止牵引。

PLC的输入和输出都对应有指示灯，根据指示灯的显示，可判断故障的范围。

记住指示灯的状态是关键。

多数电控装置没有保护——没有过流、过压、漏电保护。

它是控制变频器的前哨。

掌握PLC的输入与输出的指示灯状态，可以区分故障范围。

3、区分变频器和PLC电控的故障：当PLC有故障时，变频器开不了。

当变频器本身有故障时，变频器也开不了。

因此，对于变频器开不了的故障，必须首先区分PLC的故障还是变频器本身的故障。

方法一：对于采用电压模拟量输入的变频器，预先短接一个方向，然后将指针万用表拨在电阻挡，黑表笔搭在速度指令端子正极上，红表笔搭在速度指令端子负极上。

此时变频器运行，则说明变频器是好的，问题出在主控器上。

如果变频器不运行，则需要将速度指令端子通往主控器的线解下一根（排除靠主控器一侧的速度指令短路），再使用万用表试验开机，如果仍然不能开机，则属于变频器故障。

对于数字万用表也可试验，只不过其红表笔带正电、黑表笔带负电，与指针万用表相反。

方法二：用键盘操作变频器，也是区分PLC电控和变频器故障的办法。

如果键盘能够开了变频器，说明问题出在PLC电控或变频器的输入端子上；如果键盘开不了变频器，说明问题出在变频器上。

二、提示所有变频器输入端的外侧明显位置标注“电源”，输出端的外侧明显位置标注“电机”，不能只标注“RST、UVW”。

所有变频器的明显位置标注警示牌：（1）电源严禁接在输出侧，否则烧坏变频器。

（2）电机停止转动后，方准再启动。

（3）正转时，严禁立即反转。

反转时，严禁立即正转。

（4）严禁使用摇表测量变频器绝缘。

测量电机、电缆绝缘前，必须与变频器脱离（断开隔离开关或从变频器侧解下电缆）。

（5）不准频繁给变频器停送电，防止烧断预充电电阻。

（6）不准长时间在10Hz频率以下运行。

（7）靠风扇冷却的电机，不可长时间低频率运行，否则风量减小影响散热。

（8）负荷电缆不宜过长，应小于50米。

（9）负荷侧严禁接入电容性负载。

负荷侧严禁接磁力真空起动器（因为有阻容吸收）。

（10）必须通风良好，对于采用液管散热的变频器，必须水平放置，严禁前面高后面低，否则影响散热。

（11）PLC输出错误或不输出，可通过复位按钮或重新送电恢复。

（12）内部有大电容存着电，防止触电，严禁直接放电。

变频器停电后的一定时间内，电容上的电压不会消失。

（13）内部必须放置吸潮剂，尤其在7、8月份。

（14）非专责电工严禁开盖、严禁修改参数。

带电严禁拨脱光缆。

光缆未插入，严禁送电。

光缆被光照射时，上下IGBT会导通将电源短路。

（15）必须单独接地，不准采用串联方式接地。

对于皮带变频器还应该标注：（16）启动过程中，未达到40Hz，就报过压，应该缩短加速时间。

启动过程中，过了40Hz 才报过压，应该提高上限频率。

（17）工频如果反转，需要倒电源或倒负荷的相序。

变频反转，需要改参数。

如果不会改参数，则记住：变频倒负荷、工频倒电源。

”三、两相电试验所有变频器都可以使用两相交流电来做实验和培训。

因为，两相交流电来的容易，即使在办公室或教室，都可用简单的单相变压器得来。

笔者曾经在ABB变频器、三菱变频器、安川变频器上面输入两相交流电，驱动5.5kw电机，用于培训学习。

采用两相交流电就可使变频器运转起来，还可说明以下问题：说明1、变频器的转向与输入的交流电相序无关，也就是说输入的交流电的相序改变，不会使变频器输出的相序改变。

说明2、两相交流电整流后的直流电的质量不如三相的。

说明3、两相交流电整流后的直流电，当负载较轻时，也能满足要求。

说明4、任何办公室、家庭，都可简单地用220V变出380V单相交流电，供380V的三相变频器试验用，前提是只能带小负载——小电机。

常用的变频器是用直流电变出三相交流电。

单相交流电可以整流出直流电，两相交流电也可以整流出直流电，三相交流电更可以整流出直流电。

三相交流电整流出的直流电的波形比两相交流电整流出的直流电的波形要平缓——纹波小，也就是质量高。

四、电容变频器内的大电容串联的目的是增加总耐压，并联的目的是增加总容量。

电容串联后的总容量的计算同电阻的并联，电容并联后的总容量的计算同电阻的串联。

每台变频器的总容量一般为几万μF。

几万μF的电容，必须经过电阻（几Ω到几十Ω/几十瓦到几百瓦）充电，严禁直接充电；必须经过电阻放电，严禁直接放电；否则损坏电容和损坏整流桥等电源装置。

目前单个电容的耐压为400V和450V。

380V的变频器内的直流电压可以达到560V；660V的变频器内的直流电压可以达到1000V；1140V的变频器内的直流电压可以达到1800V。