通用變頻器

電力電子器件的自關斷化、模塊化，變流電路開關模式的高頻化和控制手段的全數字化促進了變頻電源裝置的小型化、多功能化、高性能化。尤其是控制手段的全數字化，利用了微型計算機的巨大的信息處理能力，其軟體功能不斷強化，使變頻裝置的靈活性和適應性不斷增強。現在中小容量的一般用途的變頻器已經實現了通用化。採用大功率自關斷開關器件（GTO、BJT、IGBT）作為主開關器件的正弦脈寬調製式（SPWM）變頻器，已成為通用變頻器的主流。

低頻轉矩輸出180% ，低頻運行特性良好■輸出頻率最大600Hz，可控制高速電機

全方位的偵測保護功能(過壓、欠壓、過載)瞬間停電再起動

加速、減速、動轉中失速防止等保護功能

電機動態參數自動識別功能，保證系統的穩定性和精確性

高速停機時響應快

豐富靈活的輸入、輸出介面和控制方式，通用性強

採用SMT全貼裝生產及三防漆處理工藝，產品穩定度高

全系列採用IGBT功率器件，確保品質的高質量

變頻器的正確選擇對於控制系統的正常運行是非常關鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人們在實踐中常將生產機械分為三種類型：恆轉矩負載、恆功率負載和風機、水泵負載。

恆轉矩負載：

負載轉矩TL與轉速n無關，任何轉速下TL總保持恆定或基本恆定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬於恆轉矩負載。

變頻器拖動恆轉矩性質的負載時，低速下的轉矩要足夠大，並且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速運行，應該考慮標準非同步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。

恆功率負載：

機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恆功率負載。負載的恆功率性質應該是就一定的速度變化範圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，TL不可能無限增大，在低速下轉變為恆轉矩性質。負載的恆功率區和恆轉矩區對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恆磁通調速時，最大容許輸出轉矩不變，屬於恆轉矩調速；而在弱磁調速時，最大容許輸出轉矩與速度成反比，屬於恆功率調速。如果電動機的恆轉矩和恆功率調速的範圍與負載的恆轉矩和恆功率範圍相一致時，即所謂“匹配”的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。

風機、泵類負載：

在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度範圍內所產生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉速的減小，轉速按轉速的2次方減小。這種負載所需的功率與速度的3次方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調速的方式來調節風量、流量，可以大幅度地節約電能。由於高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行。

西門子公司可以提供不同類型的變頻器，用戶可以根據自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項：

1.根據負載特性選擇變頻器，如負載為恆轉矩負載需選擇siemens MMV/MDV 變頻器，如負載為風機、泵類負載應選擇siemens ECO變頻器。

2.選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據，電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動機的功率因數和效率都會變壞。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網供電相比較，電動機的電流增加10%而溫升增加20%左右。所以在選擇電動機和變頻器時，應考慮到這中情況，適當留有裕量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。

3.變頻器若要長電纜運行時，此時應該採取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

4.當變頻器用於控制並聯的幾台電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許範圍內。如果超過規定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F控制方式，並且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每台電動機上加熔斷器來實現保護。

5．對於一些特殊的應用場合，如高環境溫度、高開關頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

6.使用變頻器控制高速電機時，由於高速電動機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用於高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。

7．變頻器用於變極電動機時，應充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數轉換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。

伴隨著自動化領域的不斷向前發展，變頻器的應用也深入到了各行各業各個領域，變頻器也在不斷地推陳出新，功能越來越強大，可靠性也相應地越來越高。但是如果使用不當，操作有誤，維護不及時，仍會發生故障或運行狀況改變縮短設備的使用壽命。因此，日常的維護與檢修工作尤為重要。

一． 注意事項：操作人員必須熟悉變頻器的基本工作原理、功能特點，具有電工操作基本知識。在對變頻器檢查及保養之前，必須是在設備總電源全部切斷；並且等變頻器燈完全熄滅的情況下進行。

二． 日常檢查事項：在變頻器上電之前應先檢查周圍環境的溫度及濕度，溫度過高時會導致變頻器過熱報警，嚴重的則會直接導致變頻器功率器件損壞、電路短路；空氣過於潮濕會導致變頻器內部直接短路。變頻器運行時要注意其冷卻系統是否正常，比如：風道排風是否流暢，風機是否有異常聲音。一般防護等級比較高的變頻器如：IP20以上的變頻器可直接敞開安裝，IP20以下的變頻器一般應是櫃式安裝，所以變頻櫃散熱效果如何將直接影響變頻器的正常的運行。

三． 定期保養 清掃空氣過濾器冷卻風道及內部灰塵。檢查螺絲釘、螺栓以及即插件等是否鬆動，輸入輸出電抗器的對地及相間電阻是否有短路現象，正常應大於幾十兆歐。導體及絕緣體是否有腐蝕現象，如有要及時用酒精擦試乾淨。如條件允許的情況下，要用示波器測量開關電源輸出各路電壓的平穩性，如：5V、12V、15V、24V等電壓。測量驅動電路各路波形的方波是否有畸變。UVW相間波形是否為正弦波。接觸器的觸點是否有打火痕迹，嚴重的要跟換同型號或大於原容量的新品；確認控制電壓的正確性，進行順序保護動作試驗；確認保護顯示迴路無異常；確認變頻器在單獨運行時輸出電壓的平衡度。建議定期檢查，應一年進行一次。

四． 備件的更換 變頻器由多種部件組成，其中一些部件經長期工作后其性能會逐漸降低、老化，這也是變頻器發生故障的主要原因，為了保證設備長期的正常運轉，下列器件應定期更換：

1．冷卻風扇 變頻器的功率模塊是發熱最嚴重的器件，其連續工作所產生的熱量必須要及時排出，一般風扇的壽命大約為10Kh-40Kh。按變頻器連續運行折算為2-3年就要更換一次風扇，直接冷卻風扇有二線和三線之分，二線風扇其中一線為正極，另一線為負極，更換時不要接錯；三線風扇除了正、負極外還有一根檢測線，更換時千萬注意，否則會引起變頻器過熱報警。交流風扇一般為220V、380V之分，更換時電壓等級不要搞錯。

2．濾波電容 中間電路濾波電容：又稱電解電容，其主要作用就是平滑直流電壓，吸收直流中的低頻諧波，它的連續工作產生的熱量加上變頻器本身產生的熱量都會加快其電解液的乾涸，直接影響其容量的大小。正常情況下電容的使用壽命為5年。建議每年至少定期檢查電容容量一次，一般其容量減少20%以上就需要更換了。

一、引言

變頻器本身具有相當豐富的異常故障顯示和保護功能。若保護功能動作時，變頻器立即跳閘，LED顯示故障代碼，或者將故障信息存儲在程序的某個參數內，使電動機處於自由運轉狀態到停止。

在消除故障原因、用TESET鍵或控制電路端子RST輸進複位之前，始終維持跳閘狀態，以便維修檢查。變頻器異常故障分為軟故障和硬故障兩大類，前者多因操縱或參數設置不當造成的，硬故障是由於變頻器本身器件損壞造成的，維修起來可能很不便。

處理故障前應留意查看故障前變頻器的運行記錄，主要包括電流、轉速、繞組及軸承溫度等，以便於故障的分析和檢查。當出現變頻器顯示某類故障，但故障排除過程中卻未發生相應故障的情況，此時應仔細檢查故障檢測元件或故障信息處理系統有無題目。

故障檢查或維修時，留意須先切斷電源，將變頻器的輸進變壓器進線側的高壓櫃斷路器搖出，並將變頻器A1、A2進線櫃主開關斷開，且須等斷電8min電容放電完畢后，方可打開櫃門進行維修，切忌停機后立即進行檢查。

因變頻器額定運行時，其直流母排電壓可達到1000V左右，且濾波所用電解電容器的數目達120個，單個容量6800μF，儲存了大量的電能，停機后須待電容模塊前的電壓平衡電阻將其放電，電壓降低后(其放電時間為8min)，方可開櫃進行檢查。一般來說，變頻器常見的保護功能有以下幾個方面。

二、過電流保護功能

變頻器中過電流保護的對象主要指帶有突變性質的、電流的峰值超過了過電流檢測值(約額定電流的200%)，變頻器顯示OC表示過電流，由於逆變器件的過載能力較差，所以變頻器的過電流保護是至關重要的一環。

三、過電流原因分析

過流故障可分為加速、減速、恆速過電流。其可能是由於變頻器的加減速時間太短、負載發生突變、負荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設計、對線路進行檢查等來解決。假如斷開負載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已壞，需要更換變頻器。根據變頻器顯示，可從以下幾方面尋找原因：

（1）工作中過電流，即拖動系統在工作過程中出現過電流。其原因大致有以下幾方面：

● 一是電動機碰到衝擊負載或傳動機構出現“卡住”現象，引起電動機電流的忽然增加；

● 二是變頻器輸出側發生短路，如輸出端到電動機之間的連接線發生相互短路，或電動機內部發生短路等、接地（電機燒毀、盡緣劣化、電纜破損而引起的接觸、接地等）；

● 三是變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一橋臂的兩個逆變器件在不斷交替的工作過程中出現異常。如環境溫度過高，或逆變器元器件本身老化等原因，使逆變器的參數發生變化，導致在交替過程中，一個器件已經導通、而另一個器件卻還未來得及關斷，引起同一個橋臂的上、下兩個器件的“直通”，使直流電壓的正、負極間處於短路狀態。

（2）升速、降速時過電流：當負載的慣性較大，而升速時間或降速時間又設定得太短時，也會引起過電流。在升速過程中，變頻器工作頻率上升太快，電動機的同步轉速迅速上升，而電動機轉子的轉速因負載慣性較大而跟不上往，結果是升速電流太大；在降速過程中，降速時間太短，同步轉速迅速下降，而電動機轉子因負載的慣性大，仍維持較高的轉速，這時同樣可以使轉子繞組切割磁力線的速度太大而產生過電流。

處理方法

（1）起動時一升速就跳閘，這是過電流十分嚴重的現象，主要檢查：

● 工作機械有沒有卡住；

● 負載側有沒有短路，用兆歐表檢查對地有沒有短路；

● 變頻器功率模塊有沒有損壞；

● 電動機的起動轉矩過小，拖動系統轉不起來。

（2）起動時不馬上跳閘，而在運行過程中跳閘，主要檢查：

● 升速時間設定太短，加長加速時間；

● 減速時間設定太短，加長減速時間；

● 轉矩補償（U/f比）設定太大，引起低頻時空載電流過大；

● 電子熱繼電器整定不當，動作電流設定得太小，引起變頻器誤動作

四、過載保護及原因分析

電動性能夠旋轉，但運行電流超過了額定值，稱為過載。過載的基本反映是：電流固然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的衝擊電流。輸出電流超過反時限特性過載電流額定值，保護功能動作，變頻器的容量偏小。

過載的主要原因

（1）機械負荷過重：負荷過重的主要特徵是電動機發熱，並可從顯示屏上讀取運行電流來發現。主要原因是變頻器負載太大，加減速時間、運行周期時間太短；V/F特性的電壓太高；變頻器功率太小。

（2）三相電壓不平衡：引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘，其特點是電動機發熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發現(因顯示屏只顯示一相電流)。

（3）誤動作：變頻器內部的電流檢測部分發生故障，檢測出的電流信號偏大，導致跳閘。

檢查方法

（1）檢查電動機是否發熱

假如電動機的溫升不高，則首先應檢查負載的大小，加減速時間，運行周期時間設置是否公道，並修正V/F特性，檢查變頻器的電子熱保護功能預置得是否公道，如變頻器尚有餘量，則應放寬電子熱保護功能的預置值；如變頻器的答應電流已經沒有餘量，不能再放寬，且根據生產工藝，所出現的過載屬於正常過載，則說明變頻器的選擇不當，應加大變頻器的容量，更換變頻器。

這是由於，電動機在拖動變動負載或斷續負載時，只要溫升不超過額定值，是答應短時間(幾分鐘，甚或幾十分鐘)過載的，而變頻器則不答應。假如電動機的溫升過高，而所出現的過載又屬於正常過載，則說明是電動機的負荷過重。這時，首先應考慮能否適當加大傳動比，以減輕電動機軸上的負荷。

如能夠加大，則加大傳動比；假如傳動比無法加大，則應加大電動機的容量。

（2）檢查電動機側三相電壓是否平衡

若電動機側的三相電壓不平衡，則應再檢查變頻器輸出真箇三相電壓是否平衡，如不平衡，題目在變頻器內部，應檢查變頻器的逆變模塊及其驅動電路；如變頻器輸出真箇電壓平衡，則題目出現在從變頻器到電動機之間的線路上，應檢查所有接線真箇螺釘是否都已緊固，假如在變頻器和電動機之間有接觸器或其他電器，則還應檢查有關電器的接線端是否都已緊固，以及觸點的接觸狀況是否良好等。

假如電動機側三相電壓平衡，則應了解跳閘時的工作頻率：如工作頻率較低，又未用矢量控制(或無矢量控制)，則首先降低U/f比，如降低后仍能帶動負載，則說明原來預置的U/f比過高，勵磁電流的峰值偏大，可通過降低U/f比來減小電流；假如降低后帶不動負載了，則應考慮加大變頻器的容量；假如變頻用具有矢量控制功能，則應採用矢量控制方式。

（3）檢查是否誤動作

經過以上檢查，均未找到原因時，應檢查是不是誤動作。判定的方法是在輕載或空載的情況下，用電流表丈量變頻器的輸出電流，與顯示屏上顯示的運行電流值進行比較，假如顯示屏顯示的電流讀數比實際丈量的電流大得較多，則說明變頻器內部的電流丈量部分誤差較大，“過載”跳閘有可能是誤動作。

五、欠電壓保護

欠壓也是我們在使用中經常碰到的題目。電源電壓降低后，主電路直流電壓若降到欠電壓檢測值以下，保護功能動作。

另外，電壓若降到不能維持變頻器控制電路的工作，則全部保護功能自動複位（檢測值：DC400V）。當出現欠壓故障時，首先應該檢查輸進電源是否缺相，假如輸進電源沒有題目，就要檢查整流迴路是否有題目，假如都沒有題目，那就要看直流檢測電路上是否有題目了。

假如由於主迴路電壓太低(380V系列低於400V)，主要原因是整流橋某一路損壞或晶閘管三相電路中有一相工作不正常，都有可能導致欠壓故障的出現，其次主迴路斷路器、接觸器損壞，導致直流母線電壓損耗在充電電阻上面有可能導致欠壓。

電壓檢測電路發生故障而出現欠壓題目，由於變頻器故障或雜訊引起的誤動作等造成主電路直流端（P、N之間）超過了檢測值，這就需與製造商聯繫。

六、過電壓保護

來自電動機的再生電流增加，主電路直流電壓若超過電壓檢測值，錯誤施加過高電壓時保護功能動作（檢測值：DC750V）。過電壓保護主要有三種現象：加速時過電壓、減速時過電壓、恆速時過電壓。

過電壓報警一般是出現在停機的時候，其主要原因是減速時間太短或制動電阻及制動單元有題目。

變頻器的過電壓集中表現在直流母線的電壓上。正常情況下，變頻器直流電為三相全波整流后的均勻值。若以380V線電壓計算，則均勻直流電壓Ud=1.35UL=513V。在過電壓發生時，直流母線的儲能電容將被充電，當電壓上至760V左右時，變頻器過電壓保護動作。因此，變頻器都有一個正常的工作電壓範圍，當電壓超過這個範圍時很可能損壞變頻器。

常見的過電壓主要是發電制動時的過電壓，這種情況出現的概率較高，主要是電機的同步轉速比實際轉速還高，使電動機處於發電狀態，而變頻器又沒有安裝制動單元，有兩起情況可以引起這一故障。

（1）當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設的比較小，在減速過程中，變頻器輸出的速度比較快，而由於負載特性本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉速比變頻器輸出的頻率所對應的轉速還要高，電動機處於發電狀態，而變頻器沒有能量回饋單元，因而變頻器直流迴路電壓升高，超出保護值，出現故障。

而紙機中的這類故障經常發生在乾燥部分，處理這種故障可以增加再生制動單元，或者修改變頻器參數，把變頻器減速時間設的長一些。增加的再生制動單元有能量消耗型，並聯直流母線吸收型、能量回饋型。能量消耗型在變頻器直流迴路中並聯一個制動電阻，通過檢測直流母線電壓來控制功率管的通斷。

並聯直流母線吸收型使用在多電機傳動系統，這種系統往往有一台或幾台電機經常工作於發電狀態，產生再生能量，這些能量通過並聯母線被處於電動狀態的電機吸收。

能量回饋型的變頻器網側變流器是可逆的，當有再生能量產生時可逆變流器就將再生能量回饋給電網。

（2）多個電動機拖動同一個負載時，也可能出現這一故障，主要由於沒有負荷分配引起的。以兩台電動機拖動一個負載為例，當一台電動機的實際轉速大於另一台電動機的同步轉速時，則轉速高的電動機相當於原動機，轉速低的處於發電狀態，引起故障。

七、其他保護

1 過熱OH4

過熱是經常會碰到的一個故障。當碰到這種情況時，首先會想到散熱風扇是否運轉，觀察機器外部就會看到風扇是否運轉，此外對於30kW以上的機器在機器內部也帶有一個散熱風扇，此風扇的損壞也會導致OH4的報警。根據L1-04的設定值，變頻器停止輸出，電機過熱時，修正負載的大小，加減速時間，運行周期時間；修正V/F特性；確認從端子A1/A2輸進的電機溫度。

.2 接地故障GF

接地故障也是常會碰到的故障，變頻器輸出側的接地電流超過了變頻器額定輸出電流的50%，主要原因是變頻器輸出側發生了接地短路（電機燒毀、盡緣劣化、電纜破損而引起的接觸、接地等）。在排除電機接地存在題目的原因外，最可能發生故障的部分就是霍爾感測器了，霍爾感測器由於受溫度，濕度等環境因素的影響，工作點很輕易發生飄移，導致GF報警。對於安川變頻器，假如快熔未燒壞，則需檢驗觸發板上的光耦；假如快熔燒壞了，則需要更換模塊、快熔，還需檢驗觸發板上的光耦合等。

3電動機不旋轉

（1）即使按下操縱器的RUN鍵，電機也不轉，這時，可考慮以下原因：運行方法的設定有錯誤。（運行指令的選擇）b1－02=1（控制迴路端子）時，即使按下了RUN鍵，電機也不運行，按下LOCAL/REMOTE鍵切換到操縱器或設定b1－02=0（操縱器）。頻率指令太低：頻率指令低於E1-09（最低輸出頻率）所設定了的頻率時，變頻器不能運行，變更頻率指令使大於最低頻率。

（2）即使輸進了外部運行信號，電機仍不轉，重要的原因是：未處在驅動模式，變頻器在預備狀態，不能起動。按下MENU鍵，DRIVE LED閃爍，再按下DATA/ENTER鍵，進進驅動模式。進進了驅動模式，DRIVE LED燈亮。

（3）加速時及連接負載時，電機停轉了，負載太大。變頻器固然有防止失速功能及全自動力矩提升功能。但是加速度太大及負載太大時，超過了電機的響應界限，請延長加速時間，減小負載。另外也可以考慮加大電機的功率。

（4）電機只能向一個方向轉。選擇了禁止反轉，當b1－04(選擇禁止反轉)=1（禁止反轉）時，變頻器不接受反轉指令。正轉、反轉兩方向都要使用時，請設定b1－04=0（可以反轉）。

在通用變頻器中，採用“動力制動”新技術將做到真正的無污染！

在通用變頻器、非同步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中，當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將可能處於再生髮電制動狀態；或當電動機從高速到低速（含停車）減速時，頻率可以突減，但因電機的機械慣性，電機也有可能處於再生髮電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極體回送到變頻器的直流迴路中。此時的逆變器處於整流狀態。這時，如果變頻器中沒採取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間迴路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應該認真考慮考慮了。

在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：

1、耗散到直流迴路中人為設置的與電容器並聯的"制動電阻"中，稱之為動力制動狀態；

2、使之回饋到電網，則稱之為回饋制動狀態（又稱再生制動狀態）。還有一種制動方式，即直流制動，它是用於要求準確停車的情況或起動前制動電機由於外界因素引起的不規則旋轉。

在書籍、刊物上有許多專家談論過有關變頻器制動方面的設計與應用，尤其是近些時間有過許多關於"能量回饋制動"方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動方法，它具有"回饋制動"的四象限運轉、運行效率高等優點，也具有"動力制動"對電網無污染、可靠性高等好處。

隨著通用變頻器應用領域的拓寬，變頻器制動方面的應用技術將大有發展前途，具體來講，主要用在礦井中的吊籠（載人或裝料）、斜井礦車（單筒或雙筒）、起重機械等行業。總之需要能量回饋裝置的場合都可選用。

應用行業

□自動扶梯 □線纜機械 □印染設備 □化工機械 □塑料機械 □油田設備 □礦山機械設備