通用變頻器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  變頻器的結(jié)構(gòu)

1）整流單元。三相橋式不可控整流電路。

2）逆變單元。由6個(gè)大功率開關(guān)管組成的三相橋式電路，大功率開關(guān)多為IGBT模塊。

3）濾波環(huán)節(jié)。電阻與電解電容器。

4）計(jì)算機(jī)控制單元。用于控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是變頻器的核心。

5）主電路接線端子。電源、電動(dòng)機(jī)、直流電抗器、制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻等外接單元的接線端子。

6）控制電路接線端子。    7）操作面板。用于變頻器的功能與頻率設(shè)定，以及控制操作等。如設(shè)定頻率（基波頻率、載波頻率、上限頻率、下限頻率、高、中、低速頻率等），運(yùn)行正、反轉(zhuǎn)選擇（及正、反轉(zhuǎn)防止設(shè)定），起動(dòng)、停車的加速度設(shè)定，過載電流設(shè)定等，以及起動(dòng)、停止、點(diǎn)動(dòng)、升速、降速等的操作。

8）冷卻風(fēng)扇。用于變頻器機(jī)體內(nèi)的通風(fēng)。

變頻器的外部接線如圖2所示。主電路接線端子接線圖如圖3所示。

圖2   變頻器外部接線圖

圖3   主電路接線端子接線圖

根據(jù)負(fù)載的要求來選擇變頻器的類型，具體要求如下。

1）風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，它們的阻力轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，起動(dòng)及低速時(shí)阻力轉(zhuǎn)矩較小，通常可以選擇普通功能型。

2）恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶等，則有兩種情況。一是可采用普通功能型變頻器；二是采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器，其實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運(yùn)行比較理想。

3）對(duì)一些動(dòng)態(tài)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，如軋鋼、塑料薄膜加工線等，可采用矢量控制型變頻器。

（1）加減速時(shí)間

加速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時(shí)間，減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需時(shí)間。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來確定加減速時(shí)間。在電動(dòng)機(jī)加速時(shí)須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過電流，減速時(shí)則限制下降率以防止過電壓。 

加速時(shí)間設(shè)定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算出來，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定較長(zhǎng)加減速時(shí)間，通過起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無過電流、過電壓報(bào)警；然后將加減速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時(shí)間。 

（2）轉(zhuǎn)矩提升

轉(zhuǎn)矩提升又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，是為補(bǔ)償因電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍f/V增大的方法。設(shè)定為自動(dòng)時(shí)，可使加速時(shí)的電壓自動(dòng)提升以補(bǔ)償起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)加速順利進(jìn)行。如采用手動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動(dòng)特性，通過試驗(yàn)可選出較佳曲線。對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)的輸出電壓過高，而浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，甚至還會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。

（3）電子熱過載保護(hù)  

本功能為保護(hù)電動(dòng)機(jī)過熱而設(shè)置，它是變頻器內(nèi)CPU根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)電流值和頻率計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的溫升，從而進(jìn)行過熱保護(hù)。本功能只適用于“一拖一”場(chǎng)合，而在“一拖多”時(shí)，則應(yīng)在各臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加裝熱繼電器。

電子熱保護(hù)設(shè)定值（%）=[電動(dòng)機(jī)額定電流（A）/變頻器額定輸出電流（A）>×100%。

（4）頻率限制

即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號(hào)源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。在應(yīng)用中按實(shí)際情況設(shè)定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機(jī)，由于輸送物料不太多，為減少機(jī)械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅(qū)動(dòng)，并將變頻器上限頻率設(shè)定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機(jī)運(yùn)行在一個(gè)固定、較低的工作速度上。

（5）偏置頻率

有的又叫偏差頻率或頻率偏差設(shè)定。其用途是當(dāng)頻率由外部模擬信號(hào)（電壓或電流）進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可用此功能調(diào)整頻率設(shè)定信號(hào)最低時(shí)輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí)，偏差值可作用在0～fmax范圍內(nèi)，有的變頻器還可對(duì)偏置極性進(jìn)行設(shè)定。如在調(diào)試中當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí)，變頻器輸出頻率不為0Hz，而為xHz，則此時(shí)將偏置頻率設(shè)定為負(fù)的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。

（6）頻率設(shè)定信號(hào)增益

此功能僅在用外部模擬信號(hào)設(shè)定頻率時(shí)才有效。它是用來彌補(bǔ)外部設(shè)定信號(hào)電壓與變頻器內(nèi)電壓（+10v）的不一致問題；同時(shí)方便模擬設(shè)定信號(hào)電壓的選擇，設(shè)定時(shí)，當(dāng)模擬輸入信號(hào)為最大時(shí)（如10v、5v或20mA），求出可輸出f/V圖形的頻率百分?jǐn)?shù)并以此為參數(shù)進(jìn)行設(shè)定即可；如外部設(shè)定信號(hào)為0～5v時(shí)，若變頻器輸出頻率為0～50Hz，則將增益信號(hào)設(shè)定為200%即可。

（7）轉(zhuǎn)矩限制

可分為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值，經(jīng)CPU進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算，其可對(duì)加減速和恒速運(yùn)行時(shí)的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速和減速控制。假設(shè)加減速時(shí)間小于負(fù)載慣量時(shí)間時(shí)，也能保證電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動(dòng)加速和減速。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能提供了強(qiáng)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差，而將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)，甚至在加速時(shí)間設(shè)定過短時(shí)，也不會(huì)引起變頻器跳閘。在加速時(shí)間設(shè)定過短時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也不會(huì)超過最大設(shè)定值。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大對(duì)起動(dòng)有利，以設(shè)置為80～100%較妥。

制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小，其制動(dòng)力越大，適合急加減速的場(chǎng)合，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過大會(huì)出現(xiàn)過壓報(bào)警現(xiàn)象。如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動(dòng)機(jī)在減速時(shí)，不使用制動(dòng)電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會(huì)跳閘。但在有的負(fù)載上，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%時(shí)，減速時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成變頻器反復(fù)起動(dòng)，電流大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使變頻器跳閘，應(yīng)引起注意。

（8）加減速模式選擇

又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如風(fēng)機(jī)等；S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其加減速變化較為緩慢。設(shè)定時(shí)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，選擇相應(yīng)曲線，但也有例外，筆者在調(diào)試一臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)的變頻器時(shí)，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)變頻器就跳閘，調(diào)整改變?cè)S多參數(shù)無效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動(dòng)前引風(fēng)機(jī)由于煙道煙氣流動(dòng)而自行轉(zhuǎn)動(dòng)，且反轉(zhuǎn)而成為負(fù)向負(fù)載，這樣選取了S曲線，使剛起動(dòng)時(shí)的頻率上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當(dāng)然這是針對(duì)沒有起動(dòng)直流制動(dòng)功能的變頻器所采用的方法。

（9）轉(zhuǎn)矩矢量控制

矢量控制是基于理論上認(rèn)為：異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流，分別進(jìn)行控制，同時(shí)將兩者合成后的定子電流輸出給電動(dòng)機(jī)。因此，從原理上可得到與直流電動(dòng)機(jī)相同的控制性能。采用轉(zhuǎn)矩矢量控制功能，電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩，尤其是電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域。

現(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進(jìn)行轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，使電動(dòng)機(jī)具有很硬的力學(xué)特性，對(duì)于多數(shù)場(chǎng)合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設(shè)置速度反饋電路。這一功能的設(shè)定，可根據(jù)實(shí)際情況在有效和無效中選擇一項(xiàng)即可。

與之有關(guān)的功能是轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制，其作用是為補(bǔ)償由負(fù)載波動(dòng)而引起的速度偏差，可加上對(duì)應(yīng)于負(fù)載電流的轉(zhuǎn)差頻率。這一功能主要用于定位控制。

（10）節(jié)能控制

風(fēng)機(jī)、水泵都屬于減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即隨著轉(zhuǎn)速的下降，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設(shè)計(jì)有專用V/f模式，這種模式可改善電動(dòng)機(jī)和變頻器的效率，其可根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)降低變頻器輸出電壓，從而達(dá)到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設(shè)置為有效或無效。

要說明的是，九、十這兩個(gè)參數(shù)是很先進(jìn)的，但有一些用戶在設(shè)備改造中，根本無法啟用這兩個(gè)參數(shù)，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有：

1）原用電動(dòng)機(jī)參數(shù)與變頻器要求配用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)相差太大。

2）對(duì)設(shè)定參數(shù)功能了解不夠，如節(jié)能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。

3）啟用了矢量控制方式，但沒有進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)的手動(dòng)設(shè)定和自動(dòng)讀取工作，或讀取方法不當(dāng)。

1）嚴(yán)禁將變頻器的輸出端子U、V、W連接到AC電源上。

2）變頻器要正確接地，接地電阻小于10Ω。

3）變頻器存放兩年以上，通電時(shí)應(yīng)先用調(diào)壓器逐漸升高電壓。存放半年或一年應(yīng)通電運(yùn)行一天。

4）變頻器斷開電源后，待幾分鐘方可維護(hù)操作，直流母線電壓應(yīng)在25V以下。

5）避免變頻器安裝在水滴飛濺的場(chǎng)合。

6）不準(zhǔn)將P+、P-、PB任何兩端短路。

7）主回路端子與導(dǎo)線必須牢固連接。

8）變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)長(zhǎng)期低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，建議選用變頻電機(jī)。

9）變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)期超過50Hz運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證電機(jī)軸承等機(jī)械裝置在使用的速度范圍內(nèi)，注意電機(jī)和設(shè)備的震動(dòng)、噪聲。

10）變頻器驅(qū)動(dòng)減速箱、齒輪等需要潤(rùn)滑機(jī)械裝置，在長(zhǎng)期低速運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意潤(rùn)滑效果。

11）變頻器在一確定頻率工作時(shí)，如遇到負(fù)載裝置的機(jī)械共振點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置跳躍頻率避開共振點(diǎn)。

12）變頻器與電機(jī)之間連線過長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)加輸出電抗器。

13）嚴(yán)禁在變頻器的輸入側(cè)使用接觸器等開關(guān)器件進(jìn)行頻繁啟停操作。

14）電機(jī)首次使用或長(zhǎng)期放置后使用，必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行絕緣檢測(cè)。使用500V電壓型兆歐表檢測(cè)，電機(jī)絕緣電阻大于5MΩ。

15）對(duì)電機(jī)絕緣檢測(cè)時(shí)必須將變頻器與電機(jī)連線斷開。

16）在變頻器的輸出側(cè)，嚴(yán)禁連接功率因數(shù)補(bǔ)償器、電容、防雷壓敏電阻。

（1）短路保護(hù)

若變頻器運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)短路保護(hù)，說明是變頻器內(nèi)部或外部出現(xiàn)了短路因素。這種情況下如果把負(fù)載甩開，即將變頻器與負(fù)載斷開，空開變頻器，變頻器應(yīng)工作正常。這時(shí)我們用兆歐表(或稱搖表)測(cè)量一下電機(jī)絕緣，電機(jī)繞組將對(duì)地短路，或電機(jī)線及接線端子板絕緣變差，此時(shí)應(yīng)檢查電機(jī)及附屬設(shè)施。

（2）過流保護(hù)

變頻器出現(xiàn)過流保護(hù)，一般是由于負(fù)載過大引起，即負(fù)載電流超過額定電流的1.5倍即故障停機(jī)而保護(hù)。這一般對(duì)變頻器危害不大，但長(zhǎng)期的過負(fù)荷容易引起變頻器內(nèi)部溫升高，元器件老化或其他相應(yīng)的故障。

這種保護(hù)也有因變頻器內(nèi)部故障引起的，若負(fù)載正常，變頻器仍出現(xiàn)過流保護(hù)，一般是檢測(cè)電路所引起，類似于短路故障的排除，如電流傳感器、取樣電阻或檢測(cè)電路等。

這種保護(hù)也有因變頻器內(nèi)部故障引起的，若負(fù)載正常，變頻器仍出現(xiàn)過流保護(hù)，一般是檢測(cè)電路所引起，類似于短路故障的排除，如電流傳感器、取樣電阻或檢測(cè)電路等。

（3）過、欠電壓保護(hù)

?變頻器出現(xiàn)過、欠壓保護(hù)，大多是由于電網(wǎng)的波動(dòng)引起的，在變頻器的供電回路中，若存在大負(fù)荷電機(jī)的直接啟動(dòng)或停車，引起電網(wǎng)瞬間的大范圍波動(dòng)即會(huì)引起變頻器過、欠壓保護(hù)，而不能正常工作。這種情況一般不會(huì)持續(xù)太久，電網(wǎng)波動(dòng)過后即可正常運(yùn)行。這種情況的改善只有增大供電變壓器容量，改善電網(wǎng)質(zhì)量才能避免。?

當(dāng)電網(wǎng)工作正常時(shí)，即在允許波動(dòng)范圍(380V±20%)內(nèi)時(shí)，若變頻器仍出現(xiàn)這種保護(hù)，這就是變頻器內(nèi)部的檢測(cè)電路出現(xiàn)故障了。

（4）溫升過高保護(hù)

變頻器的溫升過高保護(hù)，一般是由于變頻器工作環(huán)境溫度太高引起的，此時(shí)應(yīng)改善工作環(huán)境，增大周圍的空氣流動(dòng)，使其在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)工作。?

再一個(gè)原因就是變頻器本身散熱風(fēng)道通風(fēng)不暢造成的，有的工作環(huán)境惡劣，灰塵、粉塵太多，造成散熱風(fēng)道堵塞而使風(fēng)機(jī)抽不進(jìn)冷風(fēng)，因此用戶應(yīng)對(duì)變頻器內(nèi)部經(jīng)常進(jìn)行清理(一般每周一次)。也有的因風(fēng)機(jī)質(zhì)量差運(yùn)轉(zhuǎn)過程中損壞，此時(shí)應(yīng)更換風(fēng)機(jī)。?

還有一種情況就是在大功率的變頻器(尤其是多單元或中高壓變頻器)中，因溫度傳感器走線太長(zhǎng)，靠近主電路或電磁感應(yīng)較強(qiáng)的地方，造成干擾，此時(shí)應(yīng)采取抗干擾措施。如采用繼電器隔離，或加濾波電容等。

（5）電磁干擾太強(qiáng)

這種情況變頻器停機(jī)后不顯示故障代碼，只有小數(shù)點(diǎn)亮。這是一種比較難處理的故障。包括停機(jī)后顯示錯(cuò)誤，如亂顯示，或運(yùn)行中突然死機(jī)，頻率顯示正常而無輸出，都是因變頻器內(nèi)外電磁干擾太強(qiáng)造成的。?

這種故障的排除除了外界因素，將變頻器遠(yuǎn)離強(qiáng)輻射的干擾源外，主要是應(yīng)增強(qiáng)其自身的抗干擾能力。特別對(duì)于主控板，除了采取必要的屏蔽措施外，采取對(duì)外界隔離的方式尤為重要。?

首先應(yīng)盡量使主控板與外界的接口采用隔離措施。我們?cè)诟咧袎杭暗蛪捍蠊β首冾l器及提升機(jī)變頻器中采用了光纖傳輸隔離，在外界取樣電路(包括短路保護(hù)、過流保護(hù)、溫升保護(hù)及過、欠壓保護(hù))中采用了光電隔離，在提升機(jī)與外界接口電路中采用了PLC隔離，這些措施都有效避免了外界的電磁干擾，在實(shí)踐應(yīng)用中都得到了較好的效果。