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变频器维修知识大全
变频器维修知识大全
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
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。
1.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：
2极电机50Hz3000[r/min] 4极电机50Hz1500[r/min]
结论：
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，在工业中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），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。
另外，频率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:
电机极对数
结论：
改变频率和电压是最优的电机控制方法
如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。
因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。
输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
例如：
为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V
2.当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？
*1:
工频电源 由电网提供的动力电源（商用电源）
*2:
起动电流 当电机开始运转时，变频器的输出电流
变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动
电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。
工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。
而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。
通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。
减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。
通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。
3.当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低
通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。
因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.（T=Te，P<=Pe）。
变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。
当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。
因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*Ie）。
4.变频器50Hz以上的应用情况
大家知道，对一个特定的电机来说，其额定电压和额定电流是不变的。
如变频器和电机额定值都是:
15kW/380V/30A，电机可以工作在50Hz以上。
当转速为50Hz时，变频器的输出电压为380V，电流为30A.这时如果增大输出频率到60Hz，变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A.很显然输出功率不变.所以我们称之为恒功率调速。
这时的转矩情况怎样呢?
因为P=wT（w:
角速度，T:
转矩）.因为P不变，w增加了，所以转矩会相应减小。
我们还可以再换一个角度来看:
电机的定子电压U=E+I*R（I为电流，R为电子电阻，E为感应电势），可以看出，U，I不变时，E也不变.而E=k*f*X，（k:
常数，f:
频率，X:
磁通），所以当f由50-->60Hz时，X会相应减小，对于电机来说，T=“K”*I*X，（K:
常数，I:
电流，X:
磁通），因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.同时，小于50Hz时，由于I*R很小，所以U/f=E/f不变时，磁通（X）为常数.转矩T和电流成正比.这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载（转矩）能力.并称为恒转矩调速（额定电流不变-->最大转矩不变）。
结论:
当变频器输出频率从50Hz以上增加时，电机的输出转矩会减小.
5.其他和输出转矩有关的因素
发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。
载波频率:
一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率，最高环境温度下能保证持续输出的数值.降低载波频率，电机的电流不会受到影响。
但元器件的发热会减小。
环境温度：
就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.海拔高度:
海拔高度增加，对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑.以上每1000米降容5%就可以了.
6.矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？
*1:
转矩提升
此功能增加变频器的输出电压（主要是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。
改善电机低速输出转矩不足的技术，使用”矢量控制”，可以使电机在低速，如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。
对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。
为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。
变频器的这个功能叫做”转矩提升”（*1）。
转矩提升功能是提高变频器的输出电压。
然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。
因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。
”矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。
”矢量控制”可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。
此功能对改善电机低速时温升也有效。
7.变频器制动的情况
*1:
制动的概念:
指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速高于同步转速.负载的能量分为动能和势能.动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。
当动能减为零时，该事物就处在停止状态。
机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。
对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。
这时会产生制动过程.由制动产生的功率将返回到变频器侧。
这些功率可以用电阻发热消耗。
在用于提升类负载，在下降时，能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧，进行制动.这种操作方法被称作”再生制动”，而该方法可应用于变频器制动。
在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做”功率返回再生方法”。
在实际中，这种应用需要”能量回馈单元”选件。
怎样提高制动能力？
为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。
为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。
请选用”制动阻”、”制动单元”或”功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。
8.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。
变频器维修，基本术语篇
三相380V电网电压从变频器的L1， L2， L3输入端输入后，首先要经过变频器的整流桥整流，后经过电容的滤波，输出一大约530V左右的直流电压（这530V也就是我们常用来判断变频器整流部分好坏的最常测试点，当然整流桥最初是要经过断电测试的）然后经过逆变电路，通过控制逆变电路的通断来输出我们想要的合适频率的电压（变频器能变频最主要的就是控制逆变电路的关断来控制输出频率），变频器故障有无数种，好在现在变频器都趋于智能化，一般的故障它自己都能检测，并在控制面版上显示出其代码，用户只需查一下用户手册就能初步判断其故障原因。
但有时，变频器在运行中或启动时或加负载时，突然指示灯不亮，风扇不转，无输出。
这时我们初学者就不知该怎办了。
其实很简单的，我们只要把变频器的电源断了。
断电测试一下它的整流部分与逆变部分，大多情况下就能知其故障所在了。
这里有一点要千万注意，断电后不能马上测量，因变频器里有大电容存有几百伏的高压，一定要等上十几分钟再测，这一点千万要注意。
变频器上电前整流桥及逆变电路的测试。
具体测量方法如下：
找到变频器直流输出端的”＋”与”－”，然后将万用表调到测量二极管档，黑表笔接”＋”表笔分别接变频器的输入端L1， L2， L3端，整流桥的上半桥若是完好，万用表应显示0.3……的压降，若损坏则万用表显示”1”过量程。
相反将红表笔接”－”黑表笔分别接L1， L2， L3端应得到上述相同结果，若出现”1”则证明整流桥损坏。
然后测试其逆变电路，方法如下：
将万用表调到电阻×10档将黑表笔接”＋”红表笔接变频器的输出端U， V， W应有几十欧的阻值，反向应该无穷大。
反之将红表笔接到”－”重复上述过程，应得到同样结果。
这样经过测量在判断变频器的整流部分与逆变部分完好时，上电测量其直流输出端看是否有大约530V高压，注意有时万用表显示几十伏大家以为整流电路工作了，其实它并没工作，它正常工作会输出530V左右的高压，几十伏的电压是变频器内部感应出来的。
若没530V左右高压这时往往是电源版有问题。
有的变频器就是由于电源版的一小贴片电阻被烧毁，导致电源板不工作，以致使变频器无显示无输出，风扇不转，指示灯不亮。
这样就可以初步判断出变频器是哪部分出现了故障，然后拆机维修时就可以重点测试怀疑故障部分。
二. 技术基础
1、Electronic Line Shafting---ELS，许多工业生产线都由多台机器组成，各轴之间具有运动关系。
过去是使用机械机构连接各轴，如果使用电子方式连接各轴，各州各有其驱动马达，则称为”Electronic Line Shafting”（ELS）。
2、 Auto Tuning（自动调校），常见于磁束向量型变频器的一种技术，能自动监测（找出）马达的参数，如转差频率/场电流/转矩电流/定子阻抗/转子阻抗/定子感抗/转子感抗等.有了这些参数后才能作[专据估算]及[转差（滑差）补偿].也因为此技术，在无编码器的运转下仍能获得良好的运转精度.
3、无编码器运转，在速度控制上，与旧式variable frenquency变频器的开回路比较，磁束向量型变频器内部由速度观测计算功能达成闭回路.马达侧不用装编码器也能达到良好的速度精度.无编码器运转有如下好处:
1），配线精省;2），不必担心RF杂讯对编码器低电压信号的影响;3），在多震动的场合不用担心编码器的高故障率.
4、变频器的矢量控制，在AC马达中，转子由定子绕组感应电流产生磁场.定子电流含两部分一部分影响磁场，另一部分影响马达输出转矩.要使用AC马达在需要速度与转矩控制的场合，必须能够把影响转矩的电流分离控制，而磁束矢量控制就能够分离这两部分进行独立控制.（具有大小及方向的物理量称为矢量）。
5、Field WeakeningField Weakening线路可用以减弱马达的场电流，改变与磁场的平衡关系，使马达高于基本转速运转
6、定转矩应用，所需转矩大小不因速度而变的场合，常用到[定转矩应用].如传送带等负载.[定转矩应用]通常需要较大的起动转矩.[定转矩应用]在低速运转时易有马达发热问题，解决的方法:
最好
（1）加大马达功率;
（2）使用装有定速冷却的变频器专用马达（即马达的冷却方式为强制风冷）.
7、变转矩应用，多见于离心式负载，例如泵/风机/风扇等，其使用变频器的目的一般为节能.比如当风扇以50%转速运转时，其所需转矩小于全速运转所需.可变转矩变频器能够仅给与马达所需转矩，达到节能效果.次应用中短暂的巅峰负载通常无需给与马达额外的能量.故变转矩变频器的过载能力可以适用于大部分用途. *定转矩变频器的过载（电流）能力须为额定值150%/1minute，而可变转矩变频器所需过载（电流）能力仅需额定值120%/1minute.因为离心式机械用途中很少会超出额定电流.另外，变转矩用途所需起动转矩也较定转矩用途小.
8， 变频器专用马达，所谓[Inverter-duty Motor]，主要特征如下:
1），分离式它力通风（它力风冷）;2），10Hz-60Hz为定转矩输出;3），高起动转矩;4），低噪音;5），马达装有编码器.*但并非所有称之为变频器专用马达的马达都具有上列特征.
9，关于调速：
1）调速：
根据工况需要调整设备运行速度，以达到节能降耗、减少磨损、按需生产等目的。
2）直流调速（DC Controler/motor）：
由直流控制器调节直流电机以达到调整速度的目的。
3）交流变频调速（AC inverter/motor）：
由变频器输出频率变化的三相交流电流从而控制交流电机的转速。
4）矢量变频调速（AC vector inverter）：
通过复杂的计算变换，使交流变频器按照直流电机的控制方式去控制交流电机，从而达到精确速度控制、转矩控制、提高输出扭矩等特性。
5）伺服控制系统（Servo control system）：
在运动系统中引入速度反馈或位置反馈元件，通过负反馈的作用达到极其精密的的速度控制、定位控制以及高动态响应。
10，几个常见工业元件：
1）测速发电机（Tacho-generator）：
一种转速测量元件，有交流、直流之分。
2）旋转变压器（Resolver）：
一种经济、准确地转速和角位移测量元件。
3）光电编码器（Encoder）：
一种精密的角位移、转速测量元件，适合在位置控制系统中作为反馈元件。
4）PLC：
工业用计算、控制装置，实现逻辑、时序、计算等控制功能，一般作为整个自动化控制系统的上位主机。
5）HMI（Human-Machine Interface）：
人机界面。
6）现场总线（Field-Bus System）：
应用于工业控制现场的串行通讯总线系统，大幅度降低接线成本，提高控制的抗干扰能力。
7）分布式控制（Distributed control）：
区别于传统的集中式控制，强调各个节点设备的智能化，一般由现场总线系统将各子设备连接起来。
极大地提高系统应用的灵活性、可靠性，降低上位机的运算负担。
11，关于电机的三个术语：
1）防护等级（Protection Code）：
（IP**）考察一个设备防止异物进入和防水的能力，使IEC标准之一。
其两个数字分别代表防异物和防水的能力，数值越高表明可以防止更细小的物体进入以及经受更强烈的水流冲击。
一般为IP54（防尘，防泼洒水滴）以上防护等级的设备可以直接应用于露天。
2）绝缘等级（Insulation Grade）：
考察一个电气设备（一般针对电机）在保证良好绝缘特性的前提下所能承受的极限温升能力，是IEC标准之一。
一般有B级（85度）、F级（105度）、H级（125度）。
变频器维修，常用元器件识别
一、电阻
电阻在电路中用”R”加数字表示，如：
R1表示编号为1的电阻。
电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置等。
1、参数识别：
电阻的单位为欧姆（Ω），倍率单位有：
千欧（KΩ），兆欧（MΩ）等。
换算方法是：
1兆欧=1000千欧=1000000欧，电阻的参数标注方法有3种，即直标法、色标法和数标法。
a、数标法主要用于贴片等小体积的电路，如：
472表示47×100Ω（即4.7K）；104则表示100K。
b、色环标注法使用最多，现举例如下：
四色环电阻五色环电阻（精密电阻）。
2、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示：
颜色有效数字倍率允许偏差（%）
银色/x0.01±10
金色/x0.1±5
黑色0+0/
棕色1x10±1
红色2x100±2
橙色3x1000/
黄色4x10000/
绿色5x100000±0.5
蓝色6x1000000±0.2
紫色7x10000000±0.1
灰色8x100000000/
白色9x1000000000/。
二、电容
1、电容在电路中一般用”C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。
电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。
电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。
容抗XC=1/2πfc（f表示交流信号的频率，C表示电容容量）电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
2、识别方法：
电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。
电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：
毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。
其中：
1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法，容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10uF/16V，容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示；字母表示法：
1m=1000uF1P2=1.2PF1n=1000PF；数字表示法：
一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。
如：
102表示10×102PF=1000PF224表示22×104PF=0.22uF。
3、电容容量误差表
符号FGJKLM，允许误差±1%±2%±5%±10%±15%±20%，如：
一瓷片电容为104J表示容量为0.1uF、误差为±5%。
三、晶体二极管
晶体二极管在电路中常用”D”加数字表示，如：
D5表示编号为5的二极管。
1、作用：
二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。
正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。
电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：
整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如1N4148肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等。
2、识别方法：
二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为”P”、”N”来确定二极管极性的。
发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。
3、测试注意事项：
用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。
4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下：
型号：
1N4001、1N4002、1N4003、1N4004、1N4005、1N4006、1N4007，耐压（V：
50、100、200、400、600、800、1000，电流（A）：
均为1
四、稳压二极管
稳压二极管在电路中常用”ZD”加数字表示，如：
ZD5表示编号为5的稳压管。
1、稳压二极管的稳压原理：
稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。
这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。
2、故障特点：
稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。
在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。
常用稳压二极管的型号及稳压值如下表：
型号：
1N4728、1N4729、1N4730、1N4732、1N4733、1N4734、1N4735、1N4744、1N4750、1N4751、1N4761，稳压值：
3.3V、3.6V、3.9V、4.7V、5.1V、5.6V、6.2V、15V、27V、30V、75V。
五、电感
电感在电路中常用”L”加数字表示，如：
L6表示编号为6的电感。
电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。
直流可通过线圈，直流电阻就是导线本身的电阻，压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。
电感在电路中可与电容组成振荡电路。
电感一般有直标法和色标法，色标法与电阻类似。
如：
棕、黑、金、金表示1uH（误差5%）的电感。
电感的基本单位为：
亨（H）换算单位有：
1H=103mH=106uH。
六、变容二极管
变容二极管是根据普通二极管内部“PN结”的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。
变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上，实现低频信号调制到高频信号上，并发射出去。
在工作状态，变容二极管调制电压一般加到负极上，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。
变容二极管发生故障，主要表现为漏电或性能变差：
（1）发生漏电现象时，高频调制电路将不工作或调制性能变差。
（2）变容性能变差时，高频调制电路的工作不稳定，使调制后的高频信号发送到对方被对方接收后产生失真。
出现上述情况之一时，就应该更换同型号的变容二极管。
七、晶体三极管
晶体三极管在电路中常用”Q”加数字表示，如：
Q17表示编号为17的三极管。
1、特点：
晶体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。
它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。
电话机中常用的PNP型三极管有：
A92、9015等型号；NPN型三极管有
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