变频器基础问答.docx

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变频器基础问答

　　要想做好变频器维修，当然了解变频器基础知识是相当重要的，也是迫不及待的。

下面我们就来分享一下变频器维修基础知识。

大家看完后，如果有不正确地方，望您指正，如果觉得还行支持一下，给我一些鼓动！

变频器维修入门－－电路分析图对于变频器修理，仅了解以上基本电路还远远不够的，还须深刻了解以下主要电路。

主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。

图2.1是它的结构图。

变频器基本电路图分析

目前，通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器，通常尤以电压器变频器为通用，其主回路图（见图1.1），它是变频器的核心电路，由整流回路（交—直交换），直流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直—交变换）组成，当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分。

1）整流电路

如图1.2所示，通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。

它的功能是将工频电源进行整流，经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。

三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。

网络的作用，是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压，从而避免由此而损坏变频器。

当电源电压为三相380V时，整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V，最大整流电流为变频器额定电流的两倍。

2）滤波电路

逆变器的负载属感性负载的异步电动机，无论异步电动机处于电动或发电状态，在直流滤波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。

同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。

为了减小直流电压和电流的波动，直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。

通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组，以得到所需的耐压值和容量。

另外，因为电解电容器容量有较大的离散性，这将使它们随的电压不相等。

因此，电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻，消除离散性的影响，因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。

3）逆变电路

逆变电路的作用是在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。

逆变电路的输出就是变频器的输出，所以逆变电路是变频器的核心电路之一，起着非常重要的作用。

最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件（GTR、IGBT、GTO等）组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断，可以得到任意频率的三相交流输出。

通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。

智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。

如三菱公司生产的IPMPM50RSA120，富士公司生产的7MBP50RA060，西门子公司生产的BSM50GD120等，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测保护功能。

模块的典型开关频率为20KHz，保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。

逆变电路中都设置有续流电路。

续流电路的功能是当频率下降时，异步电动机的同步转速也随之下降。

为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。

在逆变过程中，寄生电感释放能量提供通道。

另外，当位于同一桥臂上的两个开关，同时处于开通状态时将会出现短路现象，并烧毁换流器件。

所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路，以保证电路的正常工作和在发生意外情况时，对换流器件进行保护.

1）驱动电路

驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号。

对驱动电路的各种要求，因换流器件的不同而异。

同时，一些开发商开发了许多适宜各种换流器件的专用驱动模块。

有些品牌、型号的变频器直接采用专用驱动模块。

但是，大部分的变频器采用驱动电路。

从修理的角度考虑，这里介绍较典型的驱动电路。

图2.2是较常见的驱动电路（驱动电路电源见图2.3）。

驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。

三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。

2）保护电路

当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的损失减少到最小，甚至减少到零。

每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保护功能的有效性。

在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。

这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。

有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。

有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。

图2.4所示的电路是较典型的过流检测保护电路。

由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。

3）开关电源电路

开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路及风机等电路提供低压电源。

图2.5富士G11型开关电源电路组成的结构图。

直流高压P端加到高频脉冲变压器初级端，开关调整管串接脉冲变压器另一个初级端后，再接到直流高压N端。

开关管周期性地导通、截止，使初级直流电压换成矩形波。

由脉冲变压器耦合到次级，再经整流滤波后，获得相应的直流输出电压。

它又对输出电压取样比较，去控制脉冲调宽电路，以改变脉冲宽度的方式，使输出电压稳定。

4）主控板上通信电路

当变频器由可编程（PLC）或上位计算机、人机界面等进行控制时，必须通过通信接口相互传递信号。

图2.6是LG变频器的通讯接口电路。

频器通信时，通常采用两线制的RS485接口。

西门子变频器也是一样。

两线分别用于传递和接收信号。

变频器在接收到信号后传递信号之前，这两种信号都经过缓冲器A1701、75176B等集成电路，以保证良好的通信效果。

所以，变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路，还有信号的抗干扰电路。

5）外部控制电路

变频器外部控制电路主要是指频率设定电压输入，频率设定电流输入、正转、反转、点动及停止运行控制，多档转速控制。

频率设定电压（电流）输入信号通过变频器内的A/D转换电路进入CPU。

其他一些控制通过变频器内输入电路的光耦隔离传递到CPU中。

在下面文章中,上传了有关变频器的维修知识供大家分享!

根据大家对我的提议以及对我的支持，现在将一些变频器最基本，基础的知识贡献给大家

变频器开关电源电路，变频器开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。

我们公司产品开关电源电路如下图，是由UC3844组成的开关电路：

开关电源主要有以下特点:

1,体积小,重量轻:

由于没有工频变频器，所以体积和重量吸有线性电源的20~30%2，功耗小，效率高：

功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管的上功耗小，转化效率高，一般为60~70%，而线性电源只有30~40%

二极管限幅电路

限幅器是一个具有非线性电压传输特性的运放电路。

其特点是：

当输入信号电压在某一范围时，电路处于线性放大状态，具有恒定的放大倍数，而超出此范围，进入非线性区，放大倍数接近于零或很低。

在变频器电路设计中要求也是很高的，要做一个好的变频器维修技术员，了解它也相当重要。

1、二极管并联限幅器电路图如下所示：

2、二极管串联限幅电路如下图所示：

变频器控制电路组成

如图1所示，控制电路由以下电路组成：

频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。

在图1点划线内，无速度检测电路为开环控制。

在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。

1）运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

2）电压、电流检测电路　　与主回路电位隔离检测电压、电流等。

3）驱动电路　　为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

4）I/0输入输出电路　　为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入（比如运行、多段速度运行等）信号，还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等）信号。

5）速度检测电路　　以装在异步电动轴机上的速度检测器（TG、PLG等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

6）保护电路　　检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，保护功能如下

变频器驱动电路的HCPL-316J特性　　HCPL-316J是由Agilent公司生产的一种IGBT门极驱动光耦合器，其内部集成集电极发射极电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路，为驱动电路的可靠工作提供了保障。

其特性为：

兼容CMOS/TYL电平；光隔离，故障状态反馈；开关时间最大500ns；“软”IGBT关断；欠饱和检测及欠压锁定保护；过流保护功能；宽工作电压范围（15～30V）；用户可配置自动复位、自动关闭。

DSP与该耦合器结合实现IGBT的驱动，使得IGBTVCE欠饱和检测结构紧凑，低成本且易于实现，同时满足了宽范围的安全与调节需要。

HCPL-316J保护功能的实现　　HCPL-316J内置丰富的IGBT检测及保护功能，使驱动电路设计起来更加方便，安全可靠。

其中下面详述欠压锁定保护（UVLO）和过流保护两种保护功能的工作原理：

（1）IGBT欠压锁定保护（UVLO）功能　　

在刚刚上电的过程中，芯片供电电压由0V逐渐上升到最大值。

如果此时芯片有输出会造成IGBT门极电压过低，那么它会工作在线性放大区。

HCPL316J芯片的欠压锁定保护的功能（UVLO）可以解决此问题。

当VCC与VE之间的电压值小于12V时，输出低电平，以防止IGBT工作在线性工作区造成发热过多进而烧毁。

示意图详见图1中含UVLO部分。

图1HCPL-316J内部原理图

（2）IGBT过流保护功能　　

HCPL-316J具有对IGBT的过流保护功能，它通过检测IGBT的导通压降来实施保护动作。

同样从图上可以看出，在其内部有固定的7V电平，在检测电路工作时，它将检测到的IGBTC～E极两端的压降与内置的7V电平比较，当超过7V时，HCPL-316J芯片输出低电平关断IGBT，同时，一个错误检测信号通过片内光耦反馈给输入侧，以便于采取相应的解决措施。

在IGBT关断时，其C～E极两端的电压必定是超过7V的，但此时，过流检测电路失效，HCPL-316J芯片不会报故障信号。

实际上，由于二极管的管压降，在IGBT的C～E极间电压不到7V时芯片就采取保护动作。

　整个电路板的作用相当于一个光耦隔离放大电路。

它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器（DSP-TMS320F2812）产生XPWM1及XCLEAR*信号输出给HCPL-316J，同时HCPL-316J产生的IGBT故障信号FAULT*给控制器。

同时在芯片的输出端接了由NPN和PNP组成的推挽式输出电路,目的是为了提高输出电流能力，匹配IGBT驱动要求。

当HCPL-316J输出端VOUT输出为高电平时，推挽电路上管（T1）导通，下管（T2）截止，三端稳压块LM7915输出端加在IGBT门极（VG1）上，IGBTVCE为15V，IGBT导通。

当HCPL-316J输出端VOUT输出为低电平时，上管（T1）截止，下管（T1）导通，VCE为-9V，IGBT关断。

以上就是IGBT的开通关断过程。

三菱A540-55K变频器，这台机本来是坏了一个模块，换好模块后，这位新手想测量驱动是否正常，把模块触发线拨掉，结果一通电就跳闸，检查后发现又烧掉一个模块！

他想很久都弄不明白为什么会这样！

原来IGBT模块的触发端在触发线拨掉后有可能留有小量电压，此时模块处于半导通状态，一通电就因短路而烧坏，GTR模块没有这特性，才可这样测试！

维修三菱A240-22K变频器，不少都是坏模块！

原因是保养不好，如散热器尘多堵塞、电路板太脏、散热硅脂失效等，这变频器的输出模块（PM100CSM120）是一体化模块，就是坏一路也要整个换掉，维修价格高！

好的模块也难找！

如果你的变频器还没坏，则要多加小心保养！

特别是这几天天气炎热！

三菱变频器用户小心接线！

把三菱A240-5.5KW变频器换成A540-5.5KW时把A540-5.5KW“N”线接地！

一送电变频器就发出巨响！

变频器损坏严重！

一方面是A540-5.5KW的“N”线与A240-5.5KW变频器的地线的位置相似！

有的电工没看清楚就把地线接上去；有的电工则误认为“N”线就是地线！

请三菱变频器用户小心接线！

给三菱A540变频器的辅助电源（R1、T1）接线时没有拿掉短接片！

结果在把变频器烧掉后还弄不明白其道理，原来当短接片没拿掉时，变频器内部R与R1、T与T1是已连在一起，电工以为从R、T引来两条线没有分别，结果把R接到S1、T接到R1，造成相间短路，由于R与R1、T与T1的连线是通过电源板的中间层，结果把电源板烧掉，爆开成两层！

一般情况下没必要接辅助电源（R1、T1）！

维修变频器要用假负载--------经常看到有的维修高手过于自信，维修变频器不用假负载，觉得太麻烦，结果还是有烧模块的可能！

如果用假负载，几乎可做到万无一失！

除非你买的是假模块！

！

有的维修新手在维修变频器时不懂利用假负载，一当驱动有故障，烧掉模块后就说模块质量不好！

假负载就是用一个几百欧的电阻（电灯炮也可以），串在主回路上，如有快熔就把它拿掉，装上电阻；没有快熔则可在主回上任何地方断开，串上这电阻！

这个电阻起到限流作用，当模块有短路时也不会把模块烧掉，等开机后测量变频器输出正常，才把这假负载撤掉！

！

很多工厂供电是发电机发电，当发电机有故障时，输出高压电常把变频器及电子仪器烧坏！

一家拉丝厂一次就坏了二十几台30KW变频器，停产十几天，造成重大损失，工厂在发电机搞了很多保护方法可效果不太明显！

后来我们想了一个被动的保护方法，在变频器或仪器的输入端的空气开关上加了压敏电阻（380V用821K，220V471K），这样当有高压电时压敏就会短路，空气开关跳闸，保护了变频器，变频器故障率大大减小，压敏电阻很便宜，这个方法可说是花小钱办大事！

并联（三相是三角接法）的压敏电阻瓦数大小没有严格要求，输入电流大的则选取的压敏电阻相对大一点（或几个并联）！

当压敏电阻发生作用时它是完全短路！

这时也要求你的空气开关质量好，反应快！

保护电流也不要太大！

接的地方当然是空气开关的输出端！

说到压敏电阻问题，问到有的变频器里面输入端也有压敏电阻，也应该有保作用！

但根据修过的变频器的实际情况来看，轻伤的就只烧断电路板的铜线，重伤的就烧坏整流模块，开关电源，CPU板，电容，造成重伤的原因可能是当压敏电阻短路爆炸时它的金属碎片到处飞；爆炸时发出强大的静电及电磁波（很象雷击）；烧断电路板的铜线使空气开关不动作。

所以在变频器外面另加压敏电阻情况就好很多！

用压敏电阻保住很多变频器及针织机械的电子板！

可见效果是明显的！

！

有一位电工说他在给变频器试机时发现变频器输出电压有1000多伏（输入380V），问是否是变频器故障？

是否会烧电机？

他还不明白变频器只会降压，不会升压！

原来他是用数字万用表测量，由于变频器输出电压是高频载波，普通没防干扰的数字表在这里测量是很不准！

维修变频器要充分利用模块的互换性！

有的人买模块时要求型号一字不差！

其实完全没必要这样，如模块7MBR25NF-120与7MBR25NE-120的参数是一样的，前者只多了四个定位脚！

由于IGBT模块的驱动是电压控制，有更好的互换性，只要耐压、电流参数一样，不同型号的IGBT模块很多是可互换！

有的安装尺寸不同的还可另钻孔！

GTR模块则还需要考虑其放大倍数，互换性差一点！

维修变频器要充分利用模块的互换性，避开用市场上热销的模块，不然模块价格高或难找到！

怎样选购模块：

维修变频器，判定模块的质量也是关键！

首先你要看模块是否被拆开过（看外观痕迹），现在有很多模块是维修过的，参数正常但质量很差！

耐压值是最重要的参数，可用耐压表测量，输入380V的变频器的输出模块耐压值要大于1000V，220V则要600V！

电流则可用电容表来比较判定大小！

IGBT模块还可以用指针式万用表10K档检测其是否能动作，用指针（黑—红）去触发模块的G—E，可使模块C—E导通，当G—E短接时则C—E关闭！

这方法是最简单最基本的测量方法，是维修新手可以做到的，专业的可不是这样测量！

维修变频器更换的模块没几天又坏掉，原来是有的螺丝没拧紧！

看起来好象是小事，但对变频器却是致命的！

据发现，有很多变频器当装在有震动的设备上（如工业洗衣机、机床等）运行一段时间后，其主回路的连接螺丝和模块的紧固螺丝容易松动，此时最先损坏一般是模块，如果换了模块后没有紧固其它螺丝，则模块很快坏掉，就埋怨模块质量不好！

也特别强调不要把变频器装在有震动的设备上，不然多好的变频器可能很快就坏了！

经常看到有的维修高手过于自信，维修变频器不用假负载，觉得太麻烦，结果还是有烧模块的可能！

如果用假负载，几乎可做到万无一失！

除非你买的是假模块！

！

一台安川616G5-55KW变频器，损坏严重，其原来是有一个快熔断了（三相各有一个快熔），电工可能是没有经验，没有检查模块是否有问题，又一时找不到快熔，就用一条铜线代替，开机后发出一声巨响，两个模块炸裂，吸收回路坏，推动板也无法维修，换新板，造成重大损失！

按经验，如果快熔断则模块大多有问题，但模块坏快熔不一定断！

铜线代替快熔的做法已见过不少次！

很多人打来电话问到外观一样的模块怎样测出其电流的大小，其实很简单，只要用电容表，测出模块G-E或C-E结的电容量，电流大的电容量也大！

注意要在同类型的模块中比较！

*1:

VVVF改变电压、改变频率（VariableVoltageandVariableFrequency）的缩写。

*2:

CVCF恒电压、恒频率（ConstantVoltageandConstantFrequency）的缩写各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。



通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。



把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”（逆变器）。

由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：

变频器变频器也可用于家电产品。

使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。

用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。



汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。

例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

2.电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

*1:

r/min电机旋转速度单位：

每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：

4极电机60Hz1,800[r/min]4极电机50Hz1,500[r/min]电机的旋转速度同频率成比例本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。



感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。

由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。

由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。

另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n=60f/pn:

同步速度f:

电源频率p:

电机极数改变频率和电压是最优的电机控制方法如果仅改变频率，电机将被烧坏。

特别是当频率降低时，该问题就非常突出。

为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压例如：

为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

例如：

为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

如果要正确的使用变频器,必须认真地考虑散热的问题.变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。

使用寿命随温度升高而成指数的下降。

环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。

因此，我们要重视散热问题啊！

在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的,变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响通常，变频器安装在控制柜中。

我们要了解一台变频器的发热量大概是多少.可以用以下公式估算:

发热量的近似值＝变频器容量（KW）×55[W]在这里,如果变频器容量是以恒转矩负载为准的（过流能力150%*60s）如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器,并且也在柜子里面,这时发热量会更大一些。

电抗器安装在变频器侧面或侧上方比较好。

这时可以用估算:

变频器容量（KW）×60[W]因为各变频器厂家的硬件都差不多,所以上式可以针对各品牌的产品.注意：

如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。

那么,怎样采能降低控制柜内的发热量呢?

当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。



根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。

因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。

如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。

由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。

还可以用隔离板把本体和散热器隔开,使散热器的散热不影响到变频器本体。

这样效果也很好。

变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的!

关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器，都带有冷却风扇。

同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。

进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。

注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。

其他关于散热的问题

1。

在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。

理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。

但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体应用。

比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。



2。

开关频率：

变频器的发热主要来自于IGBT，IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。

因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。

有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，就是这个道理。

矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

*1:

转矩提升此功能增加变频器的输