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作者|PaulAvery,Yaskawa

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掌握這50個與變頻器設(shè)計、使用、實施和維護(hù)有關(guān)的術(shù)語定義，將使用戶更容易正確地應(yīng)用變頻器。

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掌握變頻器（VFD）的眾多術(shù)語可能并不容易。本文總結(jié)了在很多變頻器手冊和技術(shù)文章中頻繁出現(xiàn)，以及在實際應(yīng)用中主要涉及的50個定義。學(xué)習(xí)與變頻器設(shè)計、使用、實施和維護(hù)有關(guān)的術(shù)語定義，將使用戶更容易正確地應(yīng)用變頻器。

1.整流器/轉(zhuǎn)換器：變頻器主電源電路的三個主要部分之一，是功率流的第一部分。輸入的交流線路電壓，在轉(zhuǎn)換器部分被整流為直流電壓，轉(zhuǎn)換器部分由二極管、可控硅整流器（SCR）或以全波橋配置連接的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）組成。

2.直流母線：變頻器主電源電路的第二個主要部分，主要由電容器組成，這些電容器平滑的存儲由轉(zhuǎn)換器整流的功率。直流母線部分還可能包含一個預(yù)充電電路和一個鏈路扼流圈。

直流母線是變頻器主電源電路的第二個主要部分，主要由電容器組成，這些電容器平滑地存儲由轉(zhuǎn)換器整流的功率。

3.逆變器：變頻器主電源電路的第三個主要部分。逆變器部分由IGBT組成，IGBT使用脈沖直流母線電壓或脈沖寬度調(diào)制，產(chǎn)生正弦輸出電流。因為逆變器，是變頻器和直流驅(qū)動器之間的主要區(qū)別，因此變頻器本身有時也被稱為逆變器。

4.隔離柵雙極晶體管（IGBT）：電子驅(qū)動的高速半導(dǎo)體開關(guān)。通過在IGBT的柵極和發(fā)射極點之間施加一個小的正電壓，允許電流從集電極點流向發(fā)射極點。變頻器中的IGBT開關(guān)頻率范圍為2至15kHz。

5.脈寬調(diào)制（PWM）：一種變頻器控制方案，其中恒定直流電壓，被用于利用一組6個功率開關(guān)（通常為IGBT），重建仿交流電壓波形。改變固定幅值脈沖的寬度，可控制有效電壓。這種脈寬調(diào)制方案之所以有效，是因為電機(jī)是一個大電感器，不允許電流像電壓一樣脈沖。正確排序后，PWM以近乎完美的正弦波形輸出電機(jī)電流。

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▎整流器/轉(zhuǎn)換器是變頻器主功率電路的三個主要部分之一。

6.載波頻率：在基于PWM的變頻器中，輸出晶體管關(guān)閉或開啟的速率，通常為2至15kHz。數(shù)值越高，電流波形越好，但變頻器損耗也越大。

在基于脈寬調(diào)制（PWM）的變頻器中，載波頻率是輸出晶體管關(guān)閉或開啟的速率，通常為2至15kHz。

7.公共母線：連接單獨變頻器的直流母線段，或從公共直流電源運行多個獨立逆變器段的方法。這種方法的優(yōu)點是，可以使用電機(jī)運行順序，來平衡電機(jī)和再生，因此只需要很少或不需要動態(tài)制動。

8.動態(tài)制動：在變頻器中，這是指通過晶體管將電阻器連接到直流母線。晶體管閉合，僅當(dāng)直流母線電壓超過設(shè)定水平時才將電源分流至電阻器，這通常發(fā)生在負(fù)載快速減載時。

9.接地：接地是輸入交流電源的參考點。如果電源導(dǎo)線意外接觸地面，交流電源保護(hù)電路會立即將交流電源與接觸點進(jìn)行電氣隔離。為了創(chuàng)建接地點，通常會將一根接地棒連接至大地，所有接地電路都連接到該接地點。當(dāng)變頻器機(jī)箱連接回該接地時，會創(chuàng)建一條安全的傳導(dǎo)路徑，以防導(dǎo)體意外短路到外殼的金屬部分。

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▎在基于脈寬調(diào)制（PWM）的變頻器中，載波頻率是輸出晶體管關(guān)閉或開啟的速率，通常為2至15kHz。

10.kVA:變頻器的有效功率，基于其提供的輸出電壓和電流。（kVA=V×A×√3，用于三相輸出。）將輸出VA乘以負(fù)載功率因數(shù)，得出輸出功率。在確定變頻器使用的部件（如變壓器和保險絲）規(guī)格時，了解額定輸入的kVA很有用。

11.kW/hp:電機(jī)的功率測量值，其中kW=hpX0.746.由于感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的無功電流分量，電機(jī)的功率容量不是V×A，而是hp。

12.泄漏電流：電機(jī)電纜和接地導(dǎo)體之間以及電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間會產(chǎn)生寄生電容，PWM脈沖與其相互作用產(chǎn)生的共模電壓對時間（dv/dt）求導(dǎo)。以這種方式產(chǎn)生的泄漏電流會出現(xiàn)在接地電路上，并且可能會給連接到同一接地點的敏感設(shè)備帶來問題。

13.漏感：電機(jī)電感特性的一部分，與磁通或電壓損失同義。電壓損失源于電機(jī)導(dǎo)體上的電壓下降，但不產(chǎn)生連接定子和轉(zhuǎn)子的磁通。漏感的典型例子是定子繞組每一匝產(chǎn)生的磁通，該磁通發(fā)生在鐵芯外部。這是由定子磁極產(chǎn)生的，而與轉(zhuǎn)子無關(guān)。較高的工作電流和頻率會放大漏感的影響。

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▎線路電抗器是一種由繞在鐵芯上的導(dǎo)體組成的裝置；它可以減少變頻器諧波。

14.線路電抗器：由繞在鐵芯上的導(dǎo)體組成的裝置。當(dāng)電流流過線圈時，鐵芯中就會產(chǎn)生磁場。電流幅值或方向的任何變化，都與鐵芯中現(xiàn)有的磁場相反，直至達(dá)到平衡。線路電抗器減少了變頻器轉(zhuǎn)換器導(dǎo)致的電流不連續(xù)性。減少這種不連續(xù)性或電流牽引失真，可以減少變頻器產(chǎn)生的諧波電流。由于線路電抗器安裝在變頻器之前，因此它還可以通過降低與流經(jīng)驅(qū)動器的電流成比例的電壓，來幫助保護(hù)驅(qū)動器免受大多數(shù)電壓瞬變的影響。電抗器和電感器這兩個術(shù)語經(jīng)?；Q使用，指的是同一個設(shè)備，盡管電抗和電感不是可互換的術(shù)語。

15.鏈路扼流圈：在變頻器中，布置在直流母線電容器前的單個電抗器。鏈路扼流圈減少由變頻器產(chǎn)生的諧波（由于其扭曲的輸入電流牽引），其方式與線路電抗器相同，但對電壓瞬變提供的保護(hù)較少。與線路電抗器不同，直流鏈路扼流圈沒有電流依賴性壓降。

16.恒定扭矩和可變扭矩負(fù)載：

·恒定扭矩：扭矩要求不會隨速度的變化而變化，有時需要間歇性過載。

·可變扭矩：扭矩要求隨速度的變化而自然增加（如風(fēng)扇或泵），且不需要間歇性過載。

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▎鏈路扼流圈是一個單獨的電抗器，布置在變頻器直流母線電容器之前，可以減少變頻器諧波。

17.矩陣變換器：一種交流到交流（ac-to-ac）變頻器，沒有整流器/變換器或直流（dc）總線來實現(xiàn)ac-dc-ac轉(zhuǎn)化，就像大多數(shù)商用驅(qū)動器一樣。根據(jù)目標(biāo)輸出電壓和頻率，控制9個雙向開關(guān)。優(yōu)點包括占地面積小的四象限運行、低輸入電流諧波失真、低共模電壓和共模電流。然而，矩陣驅(qū)動器的輸出電壓被限制在輸入電壓的90%左右。

18.電機(jī)極數(shù)：在感應(yīng)電機(jī)中，定子用于在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生磁場，從而磁化其轉(zhuǎn)子并導(dǎo)致軸旋轉(zhuǎn)。線圈纏繞在對稱的鐵心上，依次排列在定子內(nèi)徑周圍。當(dāng)電流通過線圈時，就會產(chǎn)生電磁鐵。在單相電機(jī)中，這些電磁鐵中的每一個都與另一個相差180°且極性相反的電磁鐵相匹配，從而產(chǎn)生磁場。在三相交流電動機(jī)中，三個這種電磁鐵構(gòu)成一個電動機(jī)極。電機(jī)的極數(shù)是確定電機(jī)每hp扭矩和每Hz轉(zhuǎn)速的因素之一。

19.預(yù)充電電路：當(dāng)線路電源初次連接變頻器時，直流母線電容器處于不帶電狀態(tài)，其表現(xiàn)很像短路。這種短路狀態(tài)引起的大電流涌入，會損壞電容器和其它變頻器主電路組件。當(dāng)電容器開始充電時，預(yù)充電電路可以限制涌入的電流。一旦電容器充電到目標(biāo)電壓，接觸器就會旁路預(yù)充電電路。

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▎電機(jī)的極數(shù)是確定電機(jī)每hp扭矩和每Hz轉(zhuǎn)速的因素之一。此圖顯示了一個2極的電機(jī)。

20.反射波：所有基于PWM的變頻器，都會產(chǎn)生上升和下降時間很短的輸出電壓脈沖。這些高dv/dt脈沖與電纜電感和電容相互作用，并在電機(jī)端子處產(chǎn)生輸入電壓脈沖的反射。如果電機(jī)和變頻器之間的距離超過允許的距離，反射波會使電機(jī)端子處的電壓峰值接近直流母線電壓的兩倍。這種高電壓可能超過電機(jī)絕緣的額定電壓。

21.再生：只要轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度超過定子磁場，電機(jī)就可以成為發(fā)電機(jī)，并將電力回送至主線。在這種情況下，負(fù)載被稱為再生。每當(dāng)變頻器試圖使電機(jī)減速時，或當(dāng)負(fù)載檢修電機(jī)時，都可能發(fā)生這種情況。在這種狀態(tài)下，電機(jī)的反向電磁場大于施加的電壓，這會導(dǎo)致母線電壓升高，并可能導(dǎo)致變頻器故障。為了避免再生過程中出現(xiàn)變頻器故障，使用了某種形式的功耗，如動態(tài)制動或線路再生。

22.飽和：在變頻器中，飽和是指施加在電機(jī)上的電壓，高于產(chǎn)生正弦磁場密度所需電壓的一種狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下增加電壓，不會產(chǎn)生額外的機(jī)械扭矩，但會因電流增加而增加電機(jī)的發(fā)熱。

23.單相電源：典型的230-VAC單相電氣系統(tǒng)，使用兩根火線和一根中性線來傳輸電源。這種系統(tǒng)主要用于不需要三相電力的應(yīng)用，或三相電力傳輸成本過高的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

24.三相電源：主要用于商業(yè)和工業(yè)設(shè)施，三相電氣系統(tǒng)使用中性點或接地，以及三條火線，每條傳輸一個交流相位。每個相位都是一個正弦波，相差120度，即周期的三分之一。每個相位在不同的時間達(dá)到峰值，使總電源看起來像是連續(xù)的直流電源。

25.漏極和源極：涉及通過變頻器和其它組件的數(shù)字輸入和輸出的電流。在漏極電路中，電流從電源流過負(fù)載，到達(dá)開關(guān)，然后到達(dá)接地。NPN晶體管通常與漏極電路有關(guān)。在源極電路中，電流以相反的方向流動。PNP晶體管通常與源極電路有關(guān)。

26.轉(zhuǎn)差：電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場（由定子產(chǎn)生）和電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)之間的速度差。在感應(yīng)電動機(jī)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩需要轉(zhuǎn)差。

27.12脈沖整流：用于減少輸入電流總諧波失真（THD）。由于電流失真會導(dǎo)致電壓失真，因此電壓失真也會降低。12脈沖整流需要一個雙二極管橋式輸入（每個6個脈沖）和一個多相變壓器。后者通過其中一個6個脈沖輸入二極管電橋之一，將電壓波形偏移30°。該偏移可以消除第5和第7個諧波；它們約占THD的75%，因此在額定工作點，輸入電流的THD降至額定電流的10%左右。

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▎此圖顯示了一個4極的電機(jī)。

28.18脈沖整流：用于減少輸入電流THD。18脈沖整流需要一個三重二極管橋式輸入（每個6個脈沖）和一個多相變壓器。變壓器通過6個脈沖輸入二極管電橋?qū)㈦妷翰ㄐ纹?0°。該偏移可以消除第5、7、11和13個諧波。這4個諧波約占THD的90%，因此在額定工作點，輸入電流的THD降低至額定電流的5%左右。

29.控制板：控制板是一塊印刷電路板（PCB），是用于連接外部設(shè)備和運行人員與變頻器之間接口的主要組件。作為變頻器的大腦，PCB接受現(xiàn)實世界中的指令，如“運行”或“加速”，并執(zhí)行目標(biāo)功能?？刂芇CB通常通過門驅(qū)動板與變頻器的主電路連接。

30.柵極驅(qū)動板：包含操作（門控）變頻器輸出晶體管所需電路的PCB。柵極驅(qū)動板還可以監(jiān)控主電路的溫度、電流和電壓。通常，較小的變頻器沒有單獨的柵極驅(qū)動器，而是將柵極與邏輯電源結(jié)合起來形成電源板。

31.智能功率模塊（IPM）：用于某些變頻器的輸出部分。IPM包括IGBT、門電路、熱傳感器和自我保護(hù)裝置。與IPM組件單獨布置在外部PCB上相比，IPM包含在變頻器套件中更方便，占用的空間也更小。

32.復(fù)制鍵盤：一種變頻器鍵盤，可以將編程存儲到鍵盤本身的非易失性RAM中。這些存儲的參數(shù)通?？梢约虞d到另一個需要相同編程的變頻器中。

33.交流永磁電機(jī)：永磁電機(jī)是一種同步交流電機(jī)。兩種主要的交流永磁電機(jī)，包括表面安裝和內(nèi)部安裝。與普通感應(yīng)電機(jī)不同，在永磁電機(jī)正常運行期間，定子和轉(zhuǎn)子之間沒有轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)子中沒有I2R損耗，因此PM電機(jī)的額定效率高于感應(yīng)電機(jī)。由此帶來節(jié)能和更小的尺寸，使永磁電機(jī)成為感應(yīng)電機(jī)的有用替代品，盡管并非所有變頻器都能操作永磁電機(jī)。

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▎雙接觸器旁路是一種附件，允許電機(jī)通過線路或變頻器運行。三接觸器旁路可用于以比變頻器輸入電路效率更高的恒定速度運行電機(jī)。

34.雙接觸器旁路：變頻器的附件，允許電機(jī)通過線路或通過變頻器運行。一個接觸器安裝在進(jìn)線和電機(jī)之間，另一個安裝在變頻器輸出和電機(jī)之間。雙接觸器旁路允許電機(jī)直接從進(jìn)線運行，繞過變頻器；在變頻器故障的情況下，可直接從進(jìn)線以恒定速度運行電機(jī)。

35.三接觸器旁路：允許電機(jī)在線路上或通過變頻器運行的附件。一個接觸器安裝在進(jìn)線和變頻器輸入之間，另一個（旁路）接觸器安裝在進(jìn)線和電機(jī)之間，第三個安裝在變頻器輸出和電機(jī)之間。這允許電機(jī)在線路運行時進(jìn)行變頻器維修，也可用于以比變頻器輸入電路效率更高的恒定速度運行電機(jī)。

36.V/F模式：也稱為V/Hz模式，這是一種通過變頻器對交流感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行簡單控制的方法。根據(jù)基礎(chǔ)電壓和電機(jī)基礎(chǔ)頻率額定值確定比率。這個比率產(chǎn)生一個線性模式，變頻器遵循該模式來產(chǎn)生額定電機(jī)轉(zhuǎn)矩。電壓與頻率之比是機(jī)器中的磁通水平，它反過來決定了機(jī)器在給定工作點產(chǎn)生的扭矩量。

37.開環(huán)矢量：一種復(fù)雜但有效的電機(jī)控制方法，允許變頻器實現(xiàn)直流驅(qū)動控制的最佳特性（在較寬的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)精確扭矩控制），無需直流電機(jī)的電刷維護(hù)和高初始成本。為了獲得最佳性能，必須知道或準(zhǔn)確估計電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置或偏差。在開環(huán)矢量控制中，由于缺乏實際的軸位置反饋，必須通過其它方法計算轉(zhuǎn)子位置。然而，與閉環(huán)矢量操作相比，消除反饋裝置、變頻器輸入和相關(guān)布線的成本節(jié)約，抵消了電機(jī)性能的輕微損失。

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▎V/Hz模式是一種通過變頻器對交流感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行簡單控制的方法。

38.閉環(huán)矢量：一種復(fù)雜但高效的電機(jī)控制方法，允許變頻器實現(xiàn)直流驅(qū)動控制效益，而沒有直流電機(jī)的物理限制。編碼器或分解器等反饋裝置，提供必要的電機(jī)轉(zhuǎn)差信息，以閉合變頻器輸出頻率和實際電機(jī)軸轉(zhuǎn)速之間的回路。

39.比例、積分和微分（PID）：PID控制算法廣泛應(yīng)用于整個工業(yè)控制。當(dāng)通過添加反饋（空氣流量、壓力或液位等變量），創(chuàng)建過程回路并發(fā)送至變頻器時，可通過PID回路控制調(diào)節(jié)變量。變頻器的PID算法利用數(shù)學(xué)特性，來確定對系統(tǒng)設(shè)定值和反饋測量的實際狀態(tài)之間變化的響應(yīng)。

40.自動調(diào)諧：變頻器測試連接和空載電機(jī)，以確定最佳調(diào)諧參數(shù)的過程。

41.短路電流額定值（SCCR）：設(shè)備在短路事件中能夠承受、而不會失去其外部完整性的最大電流。設(shè)備或設(shè)備組合的SCCR，應(yīng)大于其輸入端可能的故障電流。

42.安培中斷電流（AIC）：在額定電壓下，保護(hù)變頻器的過電流保護(hù)裝置打開而實現(xiàn)安全停機(jī)的對稱電流量。

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▎通過電流保護(hù)裝置（OCPD）將下游的故障電流量降低到其通過電流額定值。

43.允許通過電流：過電流保護(hù)裝置（OCPD）通常打開，并允許低于最大故障電流的有限電流流過。OCPD允許流過的電流稱為“通過”電流。因此，OCPD將下游的故障電流量降低到其通過電流額定值。故障電流必須在OCPD裝置的范圍內(nèi)。

44.現(xiàn)場總線：可用于自動化的通信網(wǎng)絡(luò)，由用于傳輸消息的物理方式以及消息的結(jié)構(gòu)定義。這些網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是串行的。現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理實現(xiàn)可以由RS-485或以太網(wǎng)組成。許多變頻器都有內(nèi)置的現(xiàn)場總線連接，盡管有些現(xiàn)場總線協(xié)議需要選項板。

45.RS-485：串行網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，定義了工業(yè)環(huán)境中傳輸和接收信息的電氣和物理特性。RS-485的一個主要特點是，它是一種多點連接方案，允許許多設(shè)備僅使用兩根或四根電線和一個屏蔽線進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。

46.以太網(wǎng)：一種定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或節(jié)點的硬件和消息傳輸規(guī)范。它由OSI模型的前兩層：物理層（電纜、RJ45連接器）和數(shù)據(jù)鏈路層（即定義消息如何從一個設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€設(shè)備）組成。

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▎三電平輸出是一種改進(jìn)的輸出PWM模式。

47.協(xié)議：定義如何創(chuàng)建用于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)消息的一組規(guī)則。這些規(guī)則將詳細(xì)說明如何構(gòu)建和交付設(shè)備（如變頻器）之間的通信。如果不使用網(wǎng)關(guān)設(shè)備，不同的協(xié)議通常不能在單個網(wǎng)絡(luò)中混合使用。常見的協(xié)議示例包括EtherNet/IP、DeviceNet、Profibus、Profinet、ModbusRTU和ModbusTCP/IP等。

48.運行源：每個變頻器都需要定義啟動電機(jī)命令的來源。通常，啟動命令有就地（如鍵盤）和遠(yuǎn)程（如網(wǎng)絡(luò)命令）。通?？梢酝ㄟ^鍵盤選擇就地或遠(yuǎn)程指令源。需要注意的是，通常一次只能有一個指令源處于活動狀態(tài)，其它所有指令源都將被忽略。

49.參考源：指定變頻器速度指令的來源。它也被稱為頻率參考，因為大多數(shù)變頻器默認(rèn)使用以Hz為單位的頻率，作為默認(rèn)的轉(zhuǎn)速指令。有時，但并非總是，參考源與指令源出自同一個地方。

50.三電平輸出：一種改進(jìn)的輸出PWM模式，使用額外的IGBT、中性點鉗位和自定義開關(guān)模式，來實現(xiàn)三種可能的輸出電壓電平（E/2、0、-E/2，其中E/2為直流母線中點電壓）。變頻器的三電平輸出，自然會降低共模電壓和噪聲，并顯著降低導(dǎo)致電機(jī)軸承過早故障的軸承電流。