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1.7变频器
1.7变频器
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1.7.1 变频器的工作原理
1.7.2 变频器的使用介绍
1.7.3 变频器的常见故障及排除
1.7.4 变频器应用与维护
1.7.1 变频器的工作原理
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变频器的控制方式可分为两种，即开环控制和闭环控制。开环控制有V／F控制方式，闭环控制有矢量控制等方式。
1．V／F控制
2．矢量控制
1．v／f控制
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感应式交流电机的旋转速度，
其中 常称为电机理想空载旋转速度，
式中n为交流电机旋转速度，f1为电源频率，p为电机极数。
感应式交流电机的旋转速度近似地决定于电机的极数和频率。改变电源频率就可以实现交流电机的调速。以控制频率为目的的变频器，是作为电机调速设备的优选设备。
从上式可知，若定子外加电压不变，则随着f1的升高，气隙磁通Φ将减小，电机的转矩为：
可以看出，气隙磁通Φ的减小，导致电机的转矩下降，使电动机的利用率降低，严重时会使电动机堵转。
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当频率降低时，问题也很突出。在额定频率下调节频率，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。
因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。v／f控制比较简单，现多用于通用变频器、风机、泵类节能型变频器。
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2．矢量控制
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矢量控制是这样的一种控制方式，即将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）。该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。在直流电动机中，利用整流子和电刷机械换向，使两者保持垂直，并且可分别供电。对异步电动机来讲，其定子电流在在电动机内部，利用电磁感应作用，可在电气上分解为磁场电流和垂直的转矩电流。
矢量控制就是根据上述原理，将定子电流分解成磁场电流和转矩电流，任意进行控制。两者合成后，决定定子电流大小，然后供给异步电动机。
矢量控制方式使交流异步电动机具有与直流电动机相同的控制性能。目前这种控制方式的变频器已广泛应用于生产实际中。
3．各种控制方式的变频器特性比较
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（1）V／F控制变频器特点
①它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。
②与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在1：10左右的调速范围内使用。
③急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限。
④不能精密控制电动机实际速度，不适合于同步运转场合。
（2）矢量控制变频器特点
①需要使用电动机参数，一般用做专用变频器。
②调速范围在1：100以上。
③速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能适用任何场合。
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1.7.2 变频器的使用介绍
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1．变频器的安装
（1）物理环境
①环境温度和湿度。
②空气质量。
③标高和振动。
（2）电气环境
①防止电磁波干扰。
②防止输入端过电压。
（3）接地与防雷
2. 变频器的外部配置
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（1）选择合适的外部常规配件
（2）选择变频器的引入和引出电缆
（3）在输入侧安装交流电抗器或EMC滤波器
1.7.3 变频器的常见故障及排除
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1．过电流跳闸的原因分析
（1）重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。主要原因有：负载侧短路；负载过重，工作机械卡住；逆变管损坏；电动机的启动转矩过小，拖动系统转不起来；电动机自由滑行时启动输出或恢复输出。
（2）重新启动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸。可能的原因有：同负载惯量（GD2）相比，升、降速时间设定太短；V/F曲线选择不当或转矩补偿设定值较大，引起低速时空载电流过大；电子热继电器整定值不当，动作电流设定值太小，引起误动作。
2．电压跳闸的原因分析
（1）过电压跳闸，主要原因有：输入电源电压过高；同负载惯量（gd2）相比，降速时间设定太短；变频起负载侧能量回馈过大，降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想——如来不及放电，此情况可考虑增加外接制动电阻和制动单元；还有可能放电之路发生故障，实际不放电。
（2）欠电压跳闸，可能的原因有：输入电源电压过低；电源容量过小（接有焊机、大电机等）；电源缺相；电源侧接触器不良；变频器整流桥故障。
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3．电动机不转的原因分析
（1）功能预置不当：上限频率与最高频率或基本频率和最高频率设定矛盾；使用外接给定时，未对“键盘给定/外接给定”的选择进行预置。
（2）在使用外接给定时，无“启动”信号。
（3）存在其它原因：机械尤卡住现象；电动机的启动转矩不够；变频器的电路故障。
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1.7.4 变频器应用与维护
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1．维护时注意事项
（1）进行维护时，操作者必须直接确认变频器的输入电源情况。
（2）切断电源后，变频器主电路的电解电容器里，仍有可能充有残留高压。
（3）必须等待和确认放净电容器里的残留电压后，才可以进行操作。参考步骤：切断电源→等待5～10分钟，充电指示灯熄灭→用万用表测量直流滤波电容电压<36V→对变频器进行维修、检查。
（4）直接测量变频器输出电压时，必须使用整流式交流电压表。使用其他一般电压表或数字电压表测量高脉冲电压时，容易产生误动作或显示不准确。
2．日常检查
使用变频器时，应每天注意观察如下事项：安装环境是否还适合，冷却系统是否工作正常，周围振动情况及变频器及周围发热情况。
3．定期检查内容
（1）是否受环境影响发生螺丝松动或锈蚀现象，若有则立即拧紧或更换。
（2）变频器内部或散热板上是否落入异物，若有则立即用压缩空气吹掉异物。
（3）变频器印刷电路板上各插件是否良好接触，认真确认各插件连接情况。
（4）冷却风扇、电解电容器、接触器等性能是否良好，及时调换不良品。
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4．使用注意事项
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（1）负载类型和变频器的选择：电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。
A:风机和水泵是最普通的负载：对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量）。
B:起重机类负载：这类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。
C:不均匀负载：有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等。
D:大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此启动时可能会振荡，电动机减速时有能量回馈。应该用容量稍大的变频器来加快启动，避免振荡。配合制动单元消除回馈电能。
（2）长期低速动转，由于电机发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必须采用加大减速比的方式或改用6极电机，使电机运转在较高频率附近。
（3）变频器安装地点必需符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件才能正常运转。
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