1、 变频器的保护及处理方法1、 过电流保护功能变频器中,过电流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了变频器的容许值的情形.由于逆变器件的过载能力较差,所以变频器的过电流保护是至关重要的一环,迄今为止,已发展得十分完善.(1) 过电流的原因1、工作中过电流 即拖动系统在工作过程中出现过电流.其原因大致来自以下几方面: 电动机遇到冲击负载,或传动机构出现“卡住”现象,引起电动机电流的突然增加. 变频器的输出侧短路,如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路,或电动机内部发生短路等. 变频器自身工作的不正常,如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替的工作过程中出现异常。例如由于环境温度过高，
2、或逆变器件本身老化等原因，使逆变器件的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通、而另一个器件却还未来得及关断，引起同一个桥臂的上、下两个器件的“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。2、升速时过电流 当负载的惯性较大，而升速时间又设定得太短时，意味着在升速过程中，变频器的工作效率上升太快，电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大。3、降速中的过电流 当负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，也会引起过电流。因为，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这时同样可以是转子绕组切割磁力线的速度太大而
3、产生过电流。（2）处理方法1、 起动时一升速就跳闸，这是过电流十分严重的现象，主要检查 工作机械有没有卡住 负载侧有没有短路，用兆欧表检查对地有没有短路 变频器功率模块有没有损坏 电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来2、 起动时不马上跳闸，而在运行过程中跳闸，主要检查 升速时间设定太短，加长加速时间 减速时间设定太短，加长减速时间 转矩补偿（ U/F 比）设定太大，引起低频时空载电流过大 电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作这些是我们工作时的经验，希望我们的电工在平时多看看书，理论知识加上实践工作努力，那我们一定能做好每一件事情！祝你们工作愉快！上海际成传动技术-技术部
4、电压保护功能1、 过电压保护产生过电压的原因及处理方法： 电源电压太高 降速时间太短 降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想，来不及放电，请增加外接制动电阻和制动单元； 请检查放电回路有没有发生故障，实际并不放电；对于小功率的变频器很有放电电阻损坏：2、 欠电压保护产生欠电压的原因及处理方法： 电源电压太低 电源缺相； 整流桥故障：如果六个整流二极管中有部分因损坏而短路，整流后的电压将下降，对于整流器件和晶闸管的损坏，应注意检查，及时更换。以上内容对于刚刚接触变频器的朋友，希望你们好好的记牢；我们将会在以后写出更多变频器技术和大家一起学习。同时也欢迎各行各业同仁来电来函，或到我公司考察。上海
5、际成传动技术有限公司-技术部逆变器件的介绍：1.SCR 和 GTO 晶闸管普通晶闸管 SCR 曾称可控硅，它有三个极：阳极，阴极和门极。SCR 的工作特点是，当在门极与阴极间加一个不大的正向电压（G 为+ ，K 为）时，SCR 即导通，负载 Rl 中就有电流流过。导通后，即使取消门极电压，SCR 仍保持导通状态。只有当阳极电路的电压为 0 或负值时，SCR 才关断。所以，只需要用一个脉冲信号，就可以控制其导通了，故它常用于可控整流。作为一种无触点的半导体开关器件，其允许反复导通和关断的次数几乎是无限的，并且导通的控制也十分方便。这是一般的“通-断开关”所望尘莫及的，从而使实现异步电动机的变频调
6、速取得了突破。但由于变频器的逆变电路是在直流电压下工作的，而 SCR 在直流电压下又不能自行关断，因此，要实现逆变，还必须增加辅助器件和相应的电路来帮助它关断。所以，尽管当时的变频调速装置在个别领域（如风机和泵类负载）已经能够实用，但未能进入大范围的普及应用阶段。门极关断（GTO）晶闸管 SCR 在一段时间内，几乎是能够承受高电压和大电流的唯一半导体器件。因此，针对 SCR 的缺点，人们很自然地把努力方向引向了如何使晶闸管具有关断能力这一点上，并因此而开发出了门极关断晶闸管。GTO 晶闸管的基本结构和 SCR 类似，它的三个极也是：阳极（A） 、阴极（K）和门极（G） 。其图行符号也和 SCR
7、 相似，只是在门极上加一短线，以示区别。GTO 晶闸管的基本电路和工作特点是： 在门极 G 上加正电压或正脉冲（开关 S 和至位置 1）GTO 晶闸管即导通。其后，即使撤消控制信号（开关回到位置 0） ，GTO 晶闸管仍保持导通。可见， GTO 晶闸管的导通过程和 SCR 的导通过程完全相同。 如在 G、K 间加入反向电压或较强的反向脉冲（开关和至位置 2） ，可使 GTO 晶闸管关断。用 GTO 晶闸管作为逆变器件取得了较为满意的结果，但其关断控制较易失败，故仍较复杂，工作频率也不够高。而几乎是与此同时，大功率管（GTR）迅速发展了起来，使GTO 晶闸管相形见拙。因此，在大量的中小容量变频器
8、中，GTO 晶闸管已基本不用。但其工作电流大，故在大容量变频器中，仍居主要地位。逆变器件的介绍：上次我们向大家介绍了普通晶闸管（SCR ）和门极关断晶闸管（GTO ） ，最重要是让大家了解变频器中逆变器件是如何工作的，它们起到什么作用！接下来我们讲：大功率晶体管（GTR）大功率晶体管，也叫双极结型晶体管（BJT） 。1、 变频器用的 GTR 一般都是达林顿晶体管（复合管）模块，其内部有三个极分别是集电极 C、发射极 E 和基极 B。根据变频器的工作特点，在晶体管旁还并联了一个反向连接的续流二极管。又根据逆变桥的特点，常做成双管模块，甚至可以做成 6 管模块。2、 工作时状态 和普通晶体管一样，
9、 GTR 也是一种放大器件，具有三种基本的工作状态：放大状态 起基本工作特点是集电极电流 Ic 的大小随基极电流 Ib 而变Ic=Ib式中 -GTR 的电流放大倍数。GTR 处于放大状态时，其耗散功率 P较大。设U=200V ，R =10 ，=50 ，I =200（0.2）计算如下：I= I =50*0.2A=10AUce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100VPc=UceIc=100*10W=1000W=1KW饱和状态 I增大时， I随之而增大的状态要受到欧姆定律的制约。当IU/R 时，I=I的关系便不能再维持了，这时，GTR 开始进入“饱和状态。而当I的大小几乎完全由欧姆定律决
10、定，即 IcsUc/Rc时，GTR 便处于深度饱和状态（Ics 为饱和电流） 。这时，GTR 的饱和压降 Uces 约 为 1-5V。GTR 处于饱和状态时的功耗是很小的。上例中，设 Uces=2V，则Ics=Uc/Rc=200/10A=20APc=UcesIcs=2*20W=40W可见，与放大状态相比，相差甚远。截止状态 即关断状态。这是基极电流 I0 的结果。在截止状态，GTR 只有很微弱的漏电流流过，因此，其功耗是微不足道的。GTR 在逆变电路中是用来作为开关器件的，工作过程中，总是在饱和状态间进行交替。所以，逆变用的 GTR 的额定功耗通常是很小的。而如上述，如果 GTR 处于放大状态
11、，其功耗将增大达百北以上。所以，逆变电路中的 GTR 是不允许在放大状态下小作停留的。3.主要参数在截止状态时 击穿电压 Uceo 和 Ucex：能使集电极 C 和发射极 E 之间击穿的最小电压。基极 B开路是用Uceo 表示，B、E 间接入反向偏压时用 Ucex 表示。在大多数情况下，这两个数据是相等的。 漏电流 Iceo 和 Icex：截止状态下，从 C 极流向 E 极的电流。B 极开路时为 Iceo，B、E 间反偏时为 Icex。在饱和状态时 集电极最大电流 Icm：GTR 饱和导通是的最大允许电流。 饱和压降 Uces：当 GTR 饱和导通时，C、E 间的电压降。在开关过程中 开通时间
12、 Ton：从 B 极通入正向信号电流时起，到集电极电流上升到 0.9 Ics 所需要的时间。 关断时间 Toff：从基极电流撤消时起，至 I下降至 0.1 Ics 所需的时间开通时间和关断时间将直接影响到 SPWM 调制是的载波频率。通常，使用 GTR 做逆变管时的载波频率底于 2KH。4.变频器用 GTR 的选用 Uceo 通常按电源线电压 U 峰值的 2 倍来选择。Uceo2 厂 2U在电源电压为 380V 的变频器中，应有 Uceo2 厂 2U*380V=1074.8V，故选用 Uceo=1200V 的 GTR 是适宜的。Icm 按额定电流 In 峰值的 2 倍来选择Icm2 厂 2 I
13、nGTR 是用电流信号进行驱动的，所需驱动功率较大，故基极驱动系统比较复杂，并使工作频率难以提高，这是其不足之处。1、 功率场效应晶体管（POWER MOSFET） 它的 3 个极分别是源极 S、漏极 D 和栅极 G其工作特点是，G、S 间的控制信号是电压信号 Ugs。改变 Ugs 的大小，主电路的漏极电流 Id 也跟着改变。由于 G、S 间的输入阻抗很大，故控制电流几乎为 0，所需驱动功率很小。和 GTR 相比，其驱动系统比较简单，工作频率也比较高。此外，MOSFET 还具有热稳定性好、安全工作区大 等优点。但是，功率场效应晶体管在提高击穿电压和增大电流方面进展较慢，故在变频器中的应用尚不能
14、居主导地位。2、 绝缘栅双极晶体管（IGBT） IGBT 是 MOSFET 和 GTR 相结合的产物，是栅极为绝缘栅结构（MOS 结构）的晶体管，它的三个极分别是集电极 C、发射极 E 和栅极 G。工作特点是，控制部分与场效应晶体管相同，控制信号为电压信号 Uge,输入阻抗很高，栅极电流 I0，故驱动功率很小。而起主电路部分则与 GTR 相同，工作电流为集电极电流I。至今，IGBT 的击穿电压也已做到 1200V，集电极最大饱和电流已超过 1500A，由IGBT 作为逆变器件的变频器容量已达到 250KVA 以上。此外，其工作频率可达 20KHZ。由 IGBT 作为逆变器件的变频器的载波频率一
15、般都在10KHZ 以上，故电动机的电源波形比较平滑，基本无电磁噪声。在 VVVF 的实施，有两种基本的调制方法：1.脉幅调制 （PAM ） 逆变器所得交流电压的振幅值等于直流电压值（ Um=Ud） 。因此，实现变频也是变压的最容易想到的方法，便是在调节频率的同时，也调节直流电压。这种方法的特点是，变频器在改变输出频率的同时，也改变了电压的振幅值，故称为脉幅调制，常用 PAM(Pulse Amplitude Modulation)表示。PAM 需要同时调节两部分：整流部分和逆变部分，两者之间还必须满足 Ku 和 Kf 间的一定的关系，故其控制电路比较复杂。2.脉宽调制（PWM） 把每半个周期内，
16、输出电压的波形分割成若干个脉冲波，每个脉冲的宽度为 T1，每两个脉冲间的间隔宽度为 T2，那么脉冲的占空比 =T1/（T1+T2） 。这时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。当电压周期增大（频率降低） ，电压脉冲的幅值不变，而占空比在减小，故平均电压降低。此法的特点是，变频器在改变输出频率的同时，也改变输出电压的脉冲占空比（幅值不变）故称为脉宽调制，常用 PWM(Pulse width modulation)表示。PWM 只须控制逆变电路便可实现，与 PAM 相比，控制电路简化了许多。正弦波脉宽调制
17、(SPWM)1、QPWM 的概念 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。SPWM 脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波(基准波或调制波)和等腰三角波(载波) 的交点来决定的。具体方法如后所述。2、单极性 SPWM 法(1)调制波和载波：曲线 是正弦调制波，其周期决定于需要的调频比 kf，振幅值决定于 ku,曲线是采用等腰三角波的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，
18、等于 ku=1时正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角波的极性均相同(即单极性) 。调制波和载波的交点，决定了 SPWM 脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度，每半周期内的脉冲系列也是单极性的。(2)单极性调制的工作特点：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时通时断地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反，流经负载 ZL 的便是正、负交替的交变电流。3、双极性 SPWM 法(1)调制波和载波： 调制波仍为正弦波，其周期决定于 kf，振幅决定于 ku,中曲线，载波为双极性的等腰三角波，其周期决定于载波频率，振幅不变，与 ku=1 时正
19、弦波的振幅值相等。调制波与载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是双极性的，但是，由相电压合成为线电压(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)时，所得到的线电压脉冲系列却是单极性的。(2)双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息，而流过负载 ZL 的是按线电压规律变化的交变电流。4、实施 SPWM 的基本要求(1)必须实时地计算调制波( 正弦波)和载波(三角波) 的所有交点的时间坐标，根据计算结果，有序地向逆变桥中各逆变器件发出“通”和“ 断”的动作指令。(2)调节频率时，一方面，调
20、制波与载波的周期要同时改变( 改变的规律本文不作介绍)；另一方面，调制波的振幅要随频率而变，而载波的振幅则不变，所以，每次调节后，所胶点的时间坐标都 必须重新计算。要满足上述要求，只有在计算机技术取得长足进步的 20 世纪 80 年代才有可能，同时，又由于大规模集成电路的飞速发展，迄今，已经有能够产生满足要求的 SPWM 波形的专用集成电路了。电流跟踪型 SPWM 逆变器输出电压基波公式，我还是从变频器的转速讲起：电动机的转速n=60f/p 式中 f-电动机的频率 p-电动机的极对数！在电流频率 f=50Hz 那么 P=1，n=3000r/min；P=2，n=1500r/min；P=3，n=1
21、000r/min；P=4，n=750r/min.在 SPWM 变频也是变压 1.保持 m=const 的措施，如保持 E1/f1=const但 E1 的大小无法进行控制，作为其近视的替代方法。根据电动势平衡方程中，E1 的主导地位基本不变的实际情况，因为 U1E1 所以 m=K*E1/f1K*U1/f1式中 K-常数，K=1/Ke从以上可以看出，如果在变频过程中使 U1/f1=const则磁通 m 可保持基本不变（mconst ） 。所以，在变频的同时也要变压，常用VVVF 表示。2.调频比与调压比 如 f1 调节为 fx 时，U1 调节为 Ux，则（1）频率调节比（调频比）Kf=fx/fN（
22、2）电压调节比（调压比）Ku=Ux/UN式中 fN-电动机的额定频率；UN-电动机的额定相电压。所以，保持 mconst 的近似方法是Ku=Kf在实践中，4 极电动机的情况下，电机转速为 1500r/min，电压为 380V，我只是这样认为 10Hz 为 300min，输出三相电压近似为 180V20Hz 为 600min，输出三相电压近似为 240V30Hz 为 900min，输出三相电压近似为 300V40Hz 为 1200min，输出三相电压近似为 350V50Hz 为 1500min，输出三相电压近似为 400V噪声与振动及其对策采用变频器调速，将产生噪声和振动，这是变频器输出波形中含
23、有高次谐波分量所产生的影响。随着运转频率的变化，基波分量、高次谐波分量都在大范围内变化，很可能引起与电动机的各个部分产生谐振等。（1） 噪声问题及对策用变频器传动电动机时，由于输出电压电流中含有高次谐波分量，气隙的高次谐波磁通增加，故噪声增大。电磁噪声由以下特征：由于变频器输出中的低次谐波分量与转子固有机械频率谐振，则转子固有频率附近的噪声增大。变频器输出中的高次谐波分量与铁心机壳轴承架等谐振，在这些部件的各自固有频率附近处的噪声增大。变频器传动电动机产生的噪声特别是刺耳的噪声与 PWM 控制的开关频率有关，尤其在低频区更为显著。一般采用以下措施平抑和减小噪声：在变频器输出侧连接交流电抗器。如
24、果电磁转矩有余量，可将 U / f 定小些。采用特殊电动机在较低频的噪声音量较严重时，要检查与轴系统（含负载）固有频率的谐振。（2） 振动问题及对策变频器工作时，输出波形中的高次谐波引起的磁场对许多机械部件产生电磁策动力，策动力的频率总能与这些机械部件的固有频率相近或重合，造成电磁原因导致的振动。对振动影响大的高次谐波主要是较低次的谐波分量，在 PAM 方式和方波 PWM 方式时有较大的影响。但采用正弦波 PWM 方式时，低次的谐波分量小，影响变小。减弱或消除振动的方法，可以在变频器输出侧接入交流电抗器以吸收变频器输出电流中的高次谐波电流成分。使用 PAM 方式或方波 PWM 方式变频器时，可
25、改用正弦波 PWM方式变频器，以减小脉动转矩。从电动机与负载相连而成的机械系统，为防止振动，必须使整个系统不与电动机产生的电磁力谐波。负载匹配及对策生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，其转矩特性不同，因此应用变频器前首先要搞清电动机所带负载的性质，即负载特性，然后再选择变频器和电动机。负载有三种类型：恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。不同的负载类型，应选不同类型的变频器。（1） 恒转矩负载恒转矩负载又分为摩擦类负载和位能式负载。摩擦类负载的起动转矩一般要求额定转矩的 150%左右，制动转矩一般要求额定转矩的 100%左右，所以变频器应选择具有恒定转矩特性，而且起动和制动转矩都比较大，过
26、载时间和过载能力大的变频器，如 FR-A540 系列。位能负载一般要求大的起动转矩和能量回馈功能，能够快速实现正反转，变频器应选择具有四象限运行能力的变频器，如 FR-A241 系列。（2） 风机泵类负载风机泵类负载是典型的平方转矩负载，低速下负载非常小，并与转速平方成正比，通用变频器与标准电动机的组合最合适。这类负载对变频器的性能要求不高，只要求经济性和可靠性，所以选择具有 U/f=const 控制模式的变频器即可，如 FR-A540(L)。如果将变频器输出频率提高到工频以上时，功率急剧增加，有时超过电动机变频器的容量，导致电动机过热或不能运转，故对这类负载转矩，不要轻易将频率提高到工频以上
27、。（3） 恒功率负载恒功率负载指转矩与转速成反比，但功率保持恒定的负载，如卷取机、机床等。对恒功率特性的负载配用变频器时，应注意的问题：在工频以上频率范围内变频器输出电压为定值控制， ，所以电动机产生的转矩为恒功率特性，使用标准电动机与通用变频器的组合没有问题。而在工频以下频率范围内为 U/f 定值控制，电动机产生的转矩与负载转矩又相反倾向，标准电动机与通用变频器的组合难以适应，因此要专门设计。发热问题及对策变频器发热是由于内部的损耗而产生的，以主电路为主，约占 98%，控制电路占2%。为保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热。主要方法有：（1） 采用风扇散热：变频器的内装风扇可将变频器箱体内部散热带走。（2） 环境温度：变频器是电子装置，内含电子元件机电解电容等，所以温度对其寿命影响较大。通用变频器的环境运行温度一般要求10+50 ，如果能降低变频器运行温度，就延长了变频器的使用寿命，性能也稳定。：“配用变频器前的线路损耗P1=3*82 平方*0.255/1000KW=5.14KW”3-是三相电源线， 82 平方-是 I1=82A0.255-是单根导线的电阻 r=0.017*1500/100=0.255式中 0.017 是铜的电阻率，单位是 mm 平方/m 。也就是说负载消耗的电功率 P=UI=I 平方 R
