动向 变频器进入实用期已超过了1／4个世纪，在此期间，作为变频器技术基础的电力电子技术和微电子技术都经历丁飞跃性的发展，随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越采越高，体积越来越小，而厂家用仍然在不断地为实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化而做着新的努力。从技术方面来看，随着变频器市场的进一步扩大，今后变频器技术将会随着与交频器有关的技术的发展在下面几个方面进一步得到发展： (1)大容量和小体积化， (2)高性能和多功能化， (3)易操作性的提高， (4)寿命和可靠性增加， (5)无公害化． 大容量化和小体积化将会随着电力半导体器件的发展而不断得到发展。近年来，采用电压驱动的电力半导体器件IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor，隔离门极双极晶体管）发展很快，并在迅速进入传统上使用BJT(双极功率晶体管)和功率MOSFET《场效应管》的各种领域。此外，以IGBT为开关器件的IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)和单片功率IC芯片也在不断得到发展。由于IPM和单片功率IC芯片将功率开关器件与驱动电路，保护电路等集成在同一封装内，具有高性能和可靠性好的优点，所以随着它们在大电流化和高耐压化方面的发展，必将在中小型变频器中得到更加广泛地应用。 随着微电子技术和半导体技术的发展，用于变频器的CPU和半导体器件以及各种传感器的性能越来越高。而随着变频器技术的发展，交流调速理论日益成熟，现代控制理论也在不断得到新的应用。这些都为进一步提高变频器的性能提供了条件。此外，随着变频器的进一步推广应用，用户也在不断提出各种新的要求，促使变频器的生产厂家不断地在提高变频器性能和增加变频器功能方面作出新的努力，以满足用户的需要和争取在激烈的市场竞 争中立于不败之地。 随着变频器市场的不断扩大，如何进一步提高变频器的易操作性，使普通的技术人员甚至非技术人员也能很快掌握变频器的使用技术已经成为厂家必须考虑的问题。因为只有容易操作的产品才能够不断获得新的用户，并进一步扩大市场，所以今后的新型变频器将更加容易操作。 随着半导体技术的发展和电力电子技术的发展，变频器中所使用的各种元器件的寿命和可靠性都在不断提高，这些都将使变频器本身的寿命和可靠性进一步增加。 近年来，人们对环境问题非常重视，并因此而出现了“绿色产品”的名称。因此，对于变频器来说，也必须考虑其对周围环境的影响。 在变频器推广应用的初期，噪声问题曾经是一个比较大的问题。随着IGBT的低噪声变频器的出现，这个问题已经基本上得到了解决。但是，随着噪声问题的解决，人们的目光又转向了变频器对周围环境的其它影响并在不断探索新的解决办法。例如，对于采用了二极管整流电路和电压形PWM逆变电路的变频器来说，变频器本身造成的高次谐波将给电源电压和电流带来畸变，并影响接于同一电源的其它设备。但是，通过在变频器中采用PWM整流电路，就可以基本上解决这个问题。虽然因为价格和控制技术等方面的原因目前采用PWM整流电路的变频器尚未得到推广，但是，随着变频器技术的发展和人们对环境问题的重视，不断减少变频器对环境的影响直至推出真正的无公害变频器也已经成为大势所趋。 3.3.1主控制电路 变频器主控制电路的中心是一个高性能的微处理器，并配以PROM、RAM、ASIC芯片和其它必要的周边电路，它通过A / D、D／A等接口电路接收检测电路和外部接口电路送来的各种检测信号和参数设定值，利用事先编制好的软件进行必要的处理，并为变频器的其它部分提供各种必要的控制信号或显示信息。例如，在一个通用变频器中主控制电路主要完成以下任务： (1)输入信号的处理。变频器的输入信号包括频率(速度)指令信号和运行、停止、正转、反转的操作控制信号。 变频器的频率(速度)输入指令信号有两种：模拟指令信号： 0～10V的电压指令信号或4～20mA的电流指令信号。数字指令信号；来自RS—232C、RS—485或数字接口电路卡(通常为选件)等的数字信号。 上述模拟指令信号经过A／D变换器转变为数字信号后送入微处理器，而数字信号则经过绝缘放大器后被送入微处理器。此外，运行、停止、正转、反转以及保护电路的复位信号等顺序控制信号通常也采取光耦绝缘方式送入微处理器。 (2)加减速速率调节功能。外部设定频率指令通常是如图3—20a所示的阶跃型信号。为了使变频器和电动机能够适应这样的突变信号，以达到在抑止变频器电流突变的同时减少机械系统所受冲击的目的，就要求变频器具有自动将阶跃信号类的突变信号转换为如图3—20b所示的变化较小的频率(速度)指令的功能。这就是变频器的加减速速率调节功能。 加减速速率调节功能的基本作用是，对于图3—20a所示的指令变化，使电动机按照事先设定的加速时间TA和加速时间TD沿直线进行加减速，如图3—20b所示。 此外，为了使加减速过程更加平滑，新型变频器都还具有S形加减速功能。所谓S形加减速功能指得是使电动机在加速和减速的初始段具有如图3—20b中心线所示的弧形曲线，以达到进一步减少机械系统冲击的目的。这种S形加减速功能还可以通过对ts1～ts4等时间的设定进行调节。 (3)运算处理。在变频器中，各种所需的算法已经被事先存储在控制电路的PROM中，并在工作过程中被调用。在进行V／f控制时，运算电路输出一个与加减速调节器的输出信号(实际的频率指令)相对应的电压信号，而在进行转差频率控制和矢量控制时，则根据所选控制方式进行各种必要的运算后输出相应的电压信号。此外，运算电路还可以进行各种和保护功能有关的计算，并根据需要输出各种保护信号，为变频器或电动机提供保护。 (4)PWM波形的演算。在PWM控制变频器中，PWM波的生成方式有两种，利用专用电路(如PAL或GAL)生成或由CPU经过计算后直接生成。由于后者的方式更加灵活，随着变频器采用的CPU性能的提高，后者已经逐渐成为主流。 随着半导体技术的发展，新型变频器的控制电路中以高性能微处理器和用户特制的LSI为中心的DDC控制方式已经成为主流，进一步提高了控制性能，增强了功能和可靠性。为了满足变频器的各种特殊需要，目前各大变频器厂家都有自己专用的ASIC芯片。这些芯片将变频器控制中所需要的各种功能集中在一起(有的还包括DSP的功能)，从而达到了增强功能，缩小体积，提高可靠性的目的。而且，随着微处理器性能的提高，过去由硬件电路实现的许多功能现在都改为由软件来完成，因而大大降低了成本，并提高了可靠性。此外，为了进—步提高变频器的运算处理能力，在某些矢量控制变频器中还采用了双CPU结构，专门 用一个CPU进行矢量控制所需要的各种计算。 3．3．2主电路驱动电路 在一般情况下，主电路驱动电路指的是逆变电路的基极或门板驱动电路，而对于带有电源回馈功能的大容量变频器来说，主电路驱动电路还包括对整流电路的控制电路。基极或门极驱动电路的主要作用是为变频器逆变电路的换流器件提供驱动信号。当逆变电路的换流器件为晶体管时，称为基极驱动电路，而当逆变电路的换流器件为IGBT、晶闸管或GTO时，称为门极驱动电路。基极(门极)驱动电路的动作和功能因主电路的半导体换流器件而异，并具有以下的特征： (1)对于功率晶体管、IGBT和功率MOSFET来说，为了达到快速关断换流器件的目的，需要设置施加反向电压(电流)的回路。 (2)由于晶闸管不具有自我关断的能力，所以门极驱动电路非常简单。 (3)对于GTO来说，由于需要为门极提供反向电流才能够关断器件，所以电路较为复杂。 表3—1给出了驱动电路的一些例子。 3．3．3信号检测电路 检测电路的主要作用是将变频器和电动机的工作状态反馈至微处理器，并由微处理器按照事先确定的算法进行处理后为各部分电路给出所需的控制信号或保护信号，以达到控制变频器输出和为变频器及电动机提供必要的保护的目的。 在通用变频器中，检测电路主要包括直流电压检测电路、电流检测电路、输出电压检测电路、给变频器和电动机提供电子热保护所需要的温度检测电路。而在矢量控制变频器中则除了上述检测电路之外，还包括速度检测电路、磁通检测电路等。 在电流和电压的检测方面所用的检测器件主要是霍尔元件。这是因为霍尔元件无论对直流信号还是交流信号都可以给出线性度很好的检测输出信号，便于进行高精度的控制，所以得到了广泛的应用。 目前变频器控制回路都已经实现了数字化，所以在转速检测方面多采用光码盘或磁码盘进行检测，并在变频器内部通过算法处理得到电动机的实际转速。 变频器的温度检测通常包括电动机转子电阻的温度检测和变频器本身的异常温升检测。由于热敏电阻可以对温度的连续变化进行检测，所以被用于检测异步电动机转子电阻的温度变化，以便根据检测结果进行必要的补偿。而双金属片式的热传感器则被用来检测变频器散热片的温升，以便在变频器因过载而发生异常温升时对主电路半导体换流器件进行保护。 3.3．4 保护电路 保护电路的主要作用是由微处理器对检测电路得到的各种信号进行算法处理，以判断变频器本身或系统是否出现了异常。当检测到变频器或系统的异常时，则进行各种必要的处理，包括停止变频器的输出，以对变频器和系统提供保护。 当按照保护功能的目的考虑时，变频器的保护功能可以分为对变频器本身的保护，对驱动电动机的保护和对系统的保护三个方面的内容。其中变频器本身的保护由变频器自身完成，而对驱动电动机的保护和对系统的保护则需要用户根据负载和外部环境 设置必要的工作条件。下面我们就介绍一下变频器对其自身的各种保护功能。 变频器对其自身的保护功能主要包括以下内容： (1)瞬时过电流保护。当变频器输出端由于对电动机进行直接起动，相间短路或对地短路等原因而出现过大的电流峰值，并有可能超过主电路换流器件的容许值时，变频器将关断主电路换流器件并停止输出。 上述过电流保护的电流峰值通常设为变频器额定电流的200％，当变频器输出电流的瞬时值超过此电流时，则保护功能动作。 (2)对地短路保护。当检测出变频器输出电路对地短路，并且该短路电流超过变频器输出的50％时，该保护功能将起作用，停止变频器的输出。而对地短路的检测则是通过检测变频器输出电流的不平衡成分，并经过CPU的计算而完成的。该功能的作用主要是为了保护变频器和保证人身安全。当以防止火灾等为目的时，需要另外连接漏电保护继电器或漏电保护空气开关。 (3)过电压保护。当使电动机以比自然减速更快的速度减速，或在起重机、电梯等负转矩负载的场合，直流中间电路的电压将由于回馈能量而上升。过电压保护功能的作用就是，当直流中间电路的直流电压超过过电压规定值时停止变频器输出，以避免主电路换流器件因过电压而烧毁。 过电压规定值因厂家不同而不同，通常200V级的晶体管变频器为400V，而400V级时则为800V。在必要时可查看厂家提供的用户手册或技术手册。 但是，应该注意，对于错误地在输入端施加过高电压的情况，该功能并不能提供保护。 (4)欠电压保护。当变频器的供电电源电压降低时，直流中间电路的电压将会下降，从而使变频器输出电压过低，并造成电动机输出转矩不足和过热现象。而欠电压保护功能的作用就是，在检测到直流中间电路的直流电压出现规定时间以上的电压过低现象时使变频器停止工作，以避免变频器出现因控制电路电压不足而造成的误动作。此外，当变频器检测到电压不足并进行了欠电压保护时，变频器的全部保护功能也将自动复位。 欠电压的规定值也因厂家不同而不同。通常200V级的晶体管变频器为200V，而400V级时则400V。在必要时可查看厂家提供的用户手册或技术手册。 当电源出现瞬间停电时，直流中间电路的电压也将下降，并可能出现欠电压的现象。为了使系统在出现这种情况时仍能继续正常工作而无需停止运行，新型的高性能变频器都电再起动功能。当停电时间在2s以内时，如果变频器及系统没有出现异常，变频器将自动复位并重新起动，进入正常工作状态。在这种情况下，变频器不向集中报警输出端子输出报警信号也不影响系统的正常工作。 (5)变频器过载保护(电子热保护)。当变频器的输出电流处于110％～115％额定电流左右的过载状态时，变频器将起动自己的电子热保护功能，对变频器主电路的换流器件进行保护。 通常，变频器的过载保护特性被设定为当变频器的过电流值为150％的额定电流并持续lmin时，保护功能动作。 (6)散热片过热保护。 当冷却风扇发生故障或空气过滤器发生堵塞时，散热片将发生过热现象。此时，装在散热片上的热敏继电器将动作，使变频器停止工作或给出警报信号，以达到保护变频器的目的。 (7)由保险丝进行过电流保护。在晶闸管变频器中，使用具有快速熔断特性的保险丝对晶闸管进行保护。而对功率晶体管、IGBT、GTO等具有自我关断能力的换流器件来说，为了防止由于换流器件破损而造成更大的损失，也使用保险丝对电路进行保护。 当由于滤波电容器、IGBT电路的短路等原因造成主电路直流部分保险丝熔断时，保护功能起作用。 (8)控制电路异常保护。当变频器在自检过程中或者工作过程中检测到控制电路异常，或者在控制电路内发现信号传输错误以及元器件故障时，保护功能将起作用，并停止变频器的输出，以免造成主电路损坏和给整个系统带来更大破坏。 控制电路异常主要包括：数字操作盒连接错误，存储器数据写入异常，数字操作盒通讯异常，由于外部干扰信号等原因造成CPU异常等。 3．3．5 外部接口电路 随着变频器技术的发展和变频器在各种领域中的广泛应用，人们开始将变频器作为控制系统中的一个部件而不是一个设备看待，并对其提出了更多的要求。因此，随着变频器的发展，其外部接口电路的功能也越来越丰富。 外部接口电路的主要作用就是为了使用户能够根据系统的不同需要对变频器进行各种操作，并和其它电路一起构成高性能的自动控制系统。 变频器的外部接口电路通常包括以下的硬件电路： (1)顺序控制指令输入电路， (2)频率指令输入电路， (3)监测信号输出电路， (4)数字信号输入输出电路。 而变频器和外部信号的连接则需要通过相应的接点或接口进行。这些接点和接口主要有以下内容； (1)多功能输入端子和多功能输出接点。为了有效地利用有限的输入端子和输出接点，在变频器中采取了可以自由改变这些端子和接点功能的做法，以使变频器具有更多功能。 (2)多功能模拟输入输出信号接点。变频器的模拟输入信号主要包括：频率指令、频率指令的偏置值、频率指令的增益、直流制动的电流指令、过转矩检测值。模拟输出信号主要包括：输出电流检测、输出频率检测。 多功能模拟输入输出信号接点的作用就是使操作者可以将上述模拟输入信号输入变频器和利用模拟输出信号检测变频器的工作状态。 (3)数字输入输出接口。变频器的数字输入输出接口主要用于和数控机床以及PLC的配合使用。其中，数字输入接口的作用是使变频器可以根据数控机床或PLC给出的数字信号指令运行，而数字输出接口的作用则主要是通过脉冲计数器给出变频器的输出频率。 (4)计算机接口。变频器还具有RS—232或RS—485的计算机接口。这些接口的主要作用是和计算机或PLC进行通讯，并按照计算机或PLC的指令完成所需的动作。 通常，各个变频器厂家都备有作为选件的各种接口电路卡。用户可以根据自己的需要选用所需选件来为变频器追加自己所需要的功能。表3—2给出了某一厂家的部分选件，以供读者参考。 3．3．6数字操作显示盒 数字操作显示盒也被简称为数字操作盒。它的作用主要是给用户提供一个良好的人机界面，使变频器及变频器控制系统的操作和故障检测等工作变得更加简单。随着半导体技术和显示技术的提高，数字操作盒本身变的小巧玲珑，而随着变频器内部微处理器性能的提高，数字操作盒所具有的功能也越来越丰富。用户可以利用数字操作盒对系统进行各种运行、停止操作，监测变频器的运行状态，显示故障内容及发生顺序，以及根据系统运行的 需要进行各种参数的设定等。 数字操作盒主要包括以下功能： (1)运行操作。变频器的运行操作包括运行／停止、正转／反转、点动、输出频率的设定等内容，这些操作可以通过顺序控制信号等外部给定信号进行，也可以通过变频器所带的数字操作盒进行。 (2)设定各种内部参数。在新型的数字变频器中，由于使用了高性能的微处理器，内部软件功能非常强，并可以通过数字操作盒来设定各种参数和选择各种所需要的功能。虽然变频器因厂家不同其内部参数的定义也各不相同，但一般来说，内部参数可以分为两大类： 1) 与运行环境和功能选择有关的参数。通过设定这类参数，可以决定是否选择进行S形加减速、过转矩检测和防失速功能等。 2)与变频器工作方式有关的参数。例如，V／f模式和PWM载频频率的设定，转矩提升功能，防失速功能的数值设定，加减速调节器的时间设定等控制参数的设定。 表3—3给出了一个通用变频器的参数设定内容。 (3)监测运行状态。操作盒可以显示出频率指令、实际的输出频率、输出电压(指令值)和实际的输出电压及输出电流等各种反映变频器状态的量。 (4)记录和显示故障内容。当变频器的保护功能动作后，可以通过操作盒显示故障内容及其发生顺序，以便用户根据这些信息查找和排除故障。 图3—21给出了一个通用变频器的硬件结构框图。 3．4 变频器的主要功能 随着变频器技术的发展，变频器，尤其是高性能通用型变频器的功能越来越丰富。在本章中我们将以通用型变频器为例，按其用途将变频器的主要功能进行分类并加以简单说明，以便不太熟悉变频器的读者了解和掌握。 3．4．1 系统所具有的功能 为了构成系统，变频器必须具有以下功能： (1)全区域自动转矩补偿功能。由于电动机转子绕组中阻抗 的作用，当采用V／f控制方式时，在电动机的低速区域将出现转矩不足的情况。因此，为了在电动机进行低速运行时对其输出转矩进行补偿，在变频器中采取了在低频区域提高 V／f值的方法。这种方法称为变频器的转矩补偿功能或转矩增强功能。 所谓全区域全自动转矩补偿功能指的是变频器在电动机的加速、减速和定常运行的所有区域中可以根据负载情况自动调节V／f值，对电动机的输出转矩进行必要的补偿。关于这方面的内容，请参考第2章中有关内容。 (2)防失速功能。变频器的防失功能包括加速过程中的防失速功能、恒速运行过程中的防失速功能和减速过程中的防失速功能三种。 加速过程中的防失速功能和恒速运行过程中的防失速功能的基本作用是：当由于电动机加速过快或负载过大等原因出现过电流现象时，变频器将自动降低变频器的输出频率，以避免变频器因为电动机过电流而出现保护电路动作和停止工作的情况。 对于电压型变频器来说，由于在电动机的减速过程中回馈能量将使变频器直流中间电路的电压上升，并有可能出现因保护电路动作带来的变频器停止工作的情况，减速过程中防失速功能的基本作用是：在电压保护电路未动作之前暂时停止降低变频器的输出频率或减少输出频率的降低速率，从而达到防止失速的目的。 对于具有上述防失速功能的变频器来说，因为即使在变频器的加速或减速时间设置过短的场合也不会出现过电流，失速或者变频器跳闸的现象，所以可以充分保证变频器的驱动能力的发挥。 (3)过转矩限定运行。过转矩限定运行功能的作用是对机械设备进行保护和保证运行的连续性。利用该功能可以对电动机的输出转矩极限值进行设定，使得当电动机的输出转矩达到该设定时时变频器停止工作并给出报警信号。 (4)无传感器简易速度控制功能。无传感器简易速度控制功能的作用是为了提高通用变频器的速度控制精度。当选用该功能时，变频器将通过检测电动机电流而得到负载转矩，并根拒负载转矩进行必要的转差补偿，从而得到提高速度控制精度的目的。利用该功能通常可以使速度变动率得到1／3～1／5的改善。在利用该功能时，为了能够正确地进行转差补偿，必须将电动机的空载电流和额定转差等参数事先输入变频器。因此，必须对每一台电动机分别进行设定。 (5)带励磁释放型制动器电动机的运行。带励磁释放型制动器电动机的运行功能的作用是为了使变频器能够对带励磁释放制动器的电动机进行可靠驱动和调速控制。对于起重机、自动仓库等负载来说，为了达到防止滑落和进行稳定可靠的停止的目的，需要使用带励磁释放制动器的电动机。为了与这种电动机进行有效的配合，变频器中采取了在低频区提高输出电压的同时设定一个防止电动机长时间流过饱和电流的区域的措施，以保证在使用这种电动机时制动器能够被可靠释放，如图3—22所示。 (6)减少机械振动，降低冲击的功能。减少机械振动，降低冲击的功能主要用于机床、传送带和起重机等，其作用是为了达到减少机械振动、减低冲击、保护机械设备和提高产品质量的目的。 这些功能包括对V／f和转矩补偿值进行调节，选择S型加减速模式；选择停止方式，对载频进行调节，对电动机参数设定值进行调节，设定跳越频率等。 表3—4给出了通用变频器减轻冲击和减少机械振动的方法。 (7)运行状态检测显示。运行状态检测显示功能主要用于检测变频器的工作状态，根据工作状态设定机械运行的互锁，对机械进行保护并使操作者及时了解变频器的工作状态。 表3—5给出了这类功能的名称和内容。 (8)出现异常后的再起动功能。变频器的这项功能的作用是，当变频器检测到某些系统异常时将进行自我诊断和再试，并在这些异常消失后自动进行复位操作和起动，重新进入运行状态。具有这项功能的变频器在系统发生某些轻微异常时无需使系统本身停止工作，所以可以达到增加系统可靠性和提高系统运行效率的目的。 由于在进行自我诊断的过程中变频器处于停止输出的状态，在此过程中电动机的转速将会有一定程度的降低。对于这种速度降低，变频器将通过自己的自寻速功能对电动机的实际转速进行检测后输出相应的频率，直至电动机恢复原有速度。 通常用户可以根据需要设定10以内的再试次数。 (9)3线顺序控制。3线顺序控制功能主要用于构成简单的顺序控制，可以通过自动复位型按键开关进行起／停和正／反转操作，如图3—23所示。 (10)通过外部信号对变频器进行起／停控制。变频器通常都还具有通过外部信号强制性地使变频器停止工作的功能。这类功能包括； 1)外部基极遮断信号接点。通过外部基极遮断信号接点的外部信号可以强制性地关断变频器逆变电路的基极(门极)信号，使变频器停止工作。在这种情况下，电动机将自由减速停止。 2)外部异常停止信号接点。当被驱动的机械设备出现异常时，也可以利用外部异常停止信号接点的外部信号强制性地使变频器停止工作。在这种情况下可以将电动机的停止模式选为控制频率减速停止模式或自由减速停止模式。 3．4．2频率设定功能 变频器中和频率设定有关的功能主要有以下内容： (1)多级转速设定功能。多级转速设定功能是为了使电动机能够以预定的速度按一定的程序运行。用户可以通过对多功能端子的组合选择记忆在内存中的频率指令。与用模拟信号设定输入频率相比，采用这种控制方式时可以达到对频率进行精确设定和避免噪音影响的目的。此外，该功能还为和PLC进行连接提供了方便的条件，并可以通过极限开关实现简易位置控制。 (2)频率上下限设定功能。频率上下限设定功能是为了限制电动机的转速，从而达到保护机械设备的目的而设置的。它通过设置频率指令的上下限，相对于输入信号的信号偏置值和信号增益完成，如图3—24所示。 (3)特定频率设定禁止功能(频率跳越功能)。由于在进行调速控制的过程中，机械设备在某些频率上可能因与系统的固有频率形成共振而造成较大振动，应该避开这些共振频率。该功能就是为了这个目的而设置的。它可以用于泵、风机、机床等机械设备，以达到防止机械系统发生共振的目的。特定频率设定禁止功能的工作状态如图3—25所示。 (4)指令丢失时的自动运行功能。指令丢失时的自动运行功能的作用是，当模拟频率指令由于系统故障等原因急剧减少时，可以使变频器按照原设定频率的80％的频率继续运行，以保证整个系统正常工作。 (5)频率指令特性的反转。为了和检测仪器等配合使用，某些变频器中还设置了将输入频率特性进行反转的功能，如图3—26所示。 (6)禁止加减速功能。为了提高变频器的可操作性，在加减速过程中，可以通过外部信号，使频率的上升／下降在短时间暂时保持不变，如图3—27所示。 (7)加减速时间切换。加减速时间切换功能的作用是利用外部信号对变频器的加减速时间进行切换。变频器的加减速时间通常可以分别设为两种，并通过外部信号进行选择。 该功能主要用于机械设备的紧急停止，用一台变频器控制两台不同用途的电动机，或在调速控制过程中对加减速速率进行切换等用途，如图3—28所示。 (8)S型加减速功能。S型加减速功能的作用是为了使被驱动的机械设备能够进行无冲击的起／停和加减速运行，、在选择了该功能时，变频器在收到控制指令后可以在加减速的起点和终点使频率输出的变化成为弧形从而达到减轻冲击的目的(请参考图3—2(及有关内容)。 3．4．3 与保护有关的功能 由于在变频调速系统中，驱动对象往往相当重要，不允许发生故障，随着变频器技术的发展，变频器的保护功能也越来越强，以保证系统在遇到意外情况时也不出现破坏性故障。 在变频器的保护功能中，有些功能是通过变频器内部的软件和硬件直接完成的，而另外一些功能和则与变频器的外部工作环境有密切关系。它们需要和外部信号配合完成，或者需要用户根据系统要求对其动作条件进行设定。前一类保护功能主要是对变频器本身的保护，关于其具体内容我们已经在本章第3节中进行了介绍，而后一类保护功能则主要是对变频器所驱动的电动机的保护以及对系统的保护等内容。在本节中我们将介绍后一类保护功能。 3．4．3．1 电动机的保护 对电动机的保护功能包括以下内容： (1)电动机过载保护。该功能的主要作用是通过根据温度模拟而得到的电子热继电器功能为电动机提供过载保护。当电动机电流(变频器输出电流)超过电子热保护功能所设定的保护值时，则电子热继电器动作，使变频器停止输出，从而达到对电动机进行保护的目的。图3—29给出了电子热继电器动作特性。 对于普通的异步电动机来说，由于是以在工频电源下以额定转速运行为前提的，采用了在电动机轴上安装冷却风扇的方法进行冷却。但是，当采用变频器驱动时，由于在低速范围冷却风扇转速的降低将使风扇的冷却效果变差，电动机的容许温升也相应降低。考虑到上述因素，普通电动机的电子热保护功能在低频范围按照容许温升范围对保护特性进行了一定的补偿，如图3—30所示。而对于变频器专用电动机来说，因为可以用100％的转矩进行连续运行，所以即使在低速区域也可以使用恒转矩特性下的电子热继电器动作特性，如图3—31所示。用户可以根据需要在一定范围内对电子热继电器的动作点和动作特性(热能时间常数)进行调节，以达到最大限度的发挥电动机的作用并为电动机提供过载保护的目的。 应该注意的是，这种功能的保护对象主要是普通的四极三相异步电动机，而对其他类型的电动机有时则不能提供保护，因此必须注意研究对象电动机的特性。当用同一台变频器同时驱动数台电动机时，则应该另外接入热敏继电器。 (2)电动机失速保护。通过光码盘等速度检测装置对电动机的速度进行检测，并在由于负载等原因使电动机发生失速时对电动机进行保护。 (3)光(磁)码盘断线保护。在转差频率控制和矢量控制方式中需要采用光(磁)码盘进行速度检测。当光(磁)码盘出现断线时，变频器的控制电路可以根据信号的波形和电流检测出码盘的故障，从而避免变频器和驱动系统出现故障。 3．4．3．2 系统的保护 系统的保护包括以下内容； (1)过转矩检测功能。该功能是为了对被驱动的机械系统进行保护而设置的。当变频器的输出电流达到了事先设定的过转矩检测值时，保护功能动作，使变频器停止工作，•并给出报警信号。 (2)外部报警输入功能。该功能是为了使变频器能够和各种周边设备配合构成稳定可靠的调速控制系统而设置的。例如，当把制动电阻等周边设备的报警信号接点连接在控制电路端子THR上时，则当这些周边设备发生故障并给出报警信号时变频器将停止工作，从而避免更大故障的发生。 (3)变频器过热预报。该功能主要是为了给变频器驱动的空调系统等提供安全保障措施。该功能的作用是当变频器周围的温度接近危险温度时发出警报，以便采用相应的保护措施。在利用该功能时需要在变频器外部安装热敏开关。 (4)制动电路异常保护。该功能的作用是为了给系统提供安全保障措施。当检测到制动电路晶体管出现异常或者制动电阻过热时给出警报信号，并使变频器停止工作。 3．4．4 与运行方式有关的功能与运行方式有关的功能包括以下内容； (1)停止时直流制动。该功能的作用是为了在不使用机械制动器的条件下仍能使电动机保持停止状态。当变频器通过降低输出频率使电动机减速，并达到预先设定的频率时，变频器将给电动机加上直流电压，使电动机绕组中流过直流电流，从而达到进行直流制动的目的。 (2)无制动电阻时的快速停止。该功能的作用是在不使用机械制动器和制动电阻的条件下使电动机以比自由停车短的时间进行快速停止。其具体的作法是：从电动机处于最高转速时起即给电动机加上直流电压，使电动机进入直流制动状态。通常其使用条件为：减速速率在5％以下，而制动转矩为50％～70％。 (3)运行前直流制动。对于泵、风机等机械设备来说，由于电动机本身有时能处于在外力的作用下进行自由运行的状态，而且其方向也处于不定状态，具有该功能的变频器在对电动机进行驱动时，将自动对电动机进行直流制动，并在使电动机停止后开始正常的调速控制。 (4)自寻速跟踪功能。对于风机、绕线机等惯性负载来说，当由于某种原因使变频器暂时停止输出，电动机进入自由运行状态时，具有这种自寻速跟踪功能的变频器可以在没有速度传感器的情况下自动寻找电动机的实际转速，并根据电动机转速自动进行加速，直至电动机转速达到所需转速，而无需等到电动机停止后再进行驱动。 (5)瞬时停电后自动再起动功能。该功能的作用是在发生瞬时停电时，使变频器仍然能够根据原定工作条件自动进入运行状态，从而避免进行复位、再起动等繁琐操作，保证整个系统的连续运行。 该功能的具体实现是在发生瞬时停电时利用变频器的自寻速跟踪功能，使电动机自动返回预先设定的速度。通常当瞬时停电时间在2s以内时，可以使用变频器的这个功能。 (6)电网电源／变频器切换运行功能。因为在用变频器进行调速控制时，变频器内部总是会有一些功率损失，所以在需要以电网电源频率进行较长时间的恒速驱动时，有必要将电动机由变频器驱动改为电网电源直接驱动，从而达到节能的目的。与此相反，当需要对电动机进行调速驱动时，又需要将电动机由电网电源直接驱动改为变频器驱动。而变频器的电网电源／变频器切换运行功能就是为了满足上述目的而设置的。 在需要将电动机由电网电源直接驱动改为变频器驱动时将要用到变频器的自寻速跟踪功能。 (7)节能运行。该功能主要用于冲压机械和精密机床，其目的是为了节能和降低振动。在利用该功能时，变频器在电动机的加速过程中将以最大输出功率运行，而在电动机进行恒速运行的过程中，则自动将功率降至设定值。 该功能对于实现精密机床的低振动化也很有效。 (8)多V / f选择功能。该功能的作用是用一台变频器分别驱动几台特性各异的电动机或用变频器驱动变极电动机以得到较宽的调速范围。利用变频器的这个功能。可以根据电动机的不同特性设定不同的V / f值，然后通过功能输入端子进行选择驱动。该功能可以用于机床的驱动等用途。 3．4．5 与状态监测有关的功能 与状态监测有关的功能包括： (1)显示负载速度。变频器的数字操作盒除了可以显示变频器的输出频率之外，还可以显示电动机的转速，负载机械的转速，线速度和流量等内容。 (2)脉冲监测功能。变频器可以与脉冲计数器配合，准确地显示出变频器的输出频率。此外，在对输出频率进行显示时，还可以以输出频率的1、6、10、12、36倍的方式进行显示。 (3)频率／电流计的刻度校正。该功能的作用是，当需要对接在模拟量监测端子上的输出频率计和输出电流计进行刻度校正时，可以不专门接入刻度校正用电阻，而是可以通过调节输出增益来达到进行刻度校正的目的。 (4)数字操作盒的监测功能。通过数字操作盒不但可以监测变频器的输出频率和电流，还可以监测输出电压、直流电压、输出功率、输入输出端子的开闭状态，电动机电流以及故障内容等。此外，利用数字操作盒还可以很容易地检测机械设备的运行状态。 即使在断电的情况下，数字操作盒仍可以通过记忆功能保持已发生的异常的内容和顺序。变频器的检测功能使操作者可以很容易地掌握变频器和系统的运行状态，并在系统发生故障时容易查找故障的原因和排除故障。 3．4．6 其他功能 变频器的其他功能包括： (1)载频频率设定功能。该功能的作用主要是为了通过适当地设定变频器逆变电路载频的频率，达到避开共振，降低电动机和机械系统噪音的目的。 (2)高载频运行。具有高载频运行功能的变频器可以通过采用高载频的异步调速控制方式改进变频器的输出特性，从而达到降低低频变频器所具有的金属噪声的目的。 (3)平滑运行。在新型变频器中，通过采用提高载频等方法使变频器的输出电流接近正弦波，从而达到减少输出转矩波动，使电动机在低速运行时也能进行平滑运行的目的。 (4)全封闭结构。为了使变频器能够在恶劣环境下使用，某些变频器采用了将散热片移至变频器箱体之外安装的全封闭结构，以保证变频器内部不受外部环境的影响。 第4章 变频器驱动系统设计 我们了解了变频器的原理、构成及功能以后，这一章就变频器驱动系统的设计进行讨论。所谓变频器驱动系统，简而言之，就是可调速交流电机驱动系统，其构成很简单，如图4—1所示，主要由机械负载、电机及变频器组成，其中虚线部分根据系统的不同可有可无。 从结构上来看，它与传统的拖动系统的不同只是在电动机与供电电源之间接入了变频器。为了了解调速系统如何控制机械负载的转速，必须首先弄清电动机与机械负载之间的关系。 电图4—2a为风机和泵等平方降转矩负载在加速场合的示例。对于电动机驱动系统来说，电动机不仅需要产生对应机械负载特性的负载转矩，同时还要产生对电动机自身(转子)、机械与电机的连接部分以及抱闸轮毂等惯性体进行加速(或减速)的加速(或减速)转矩，即 动机产生的转矩＝负载转矩+加速(减速)转矩 其实上述关系就是拖动系统的运动方程式： TM－TL＝(GD2／375) (dn／dt) (4-1) TM——电动机产生的转矩，N•m； TL——机械负载转矩，N•m； GD2——折合到电机轴上的总的飞轮转矩，kg•m’； N——电动机转速，r／min； T——时间，s。 当dn／dt＝o 系统静止或恒速运行 dn／dt>O 系统加速 dn／dt<O 系统减速 dn／dt＝C≠时，则加速转矩保持为一恒定值，如图4—2b所示为直线型加速，到加速末端时，由于惯性体速度不能突变，电动机产生的转矩如图4—2a口所示a→c移动，而不是由a→b→c那样移动，所以实际速度变化如图4—2b中的虚线所示变得平滑了。 从上述可以看出，只要解决好电动机转矩和负载转矩，就可以自如地控制机械负载的转速。 4．1 机械负载与电动机的转矩特性 正确地把握变频驱动的机械负载对象的转速——转矩特性，是选择电动机及变频器容量、决定其控制方式的基础。机械负载包罗万象，但归纳其转速—转矩的特性，主要有以下三大类：恒转矩负载，平方降转矩负载，恒功率负载。下面就各类负载特性进行说明。 4．1.1 恒转矩负载 对于传送带、搅拌机、挤压成形机等摩擦负载，吊车或升降机等重力负载，无论其速度变化与否，负载所需要的转矩大体上是一个定值，称此类负载为恒转矩负载。其特性如图4—3所示。 例如，吊车所吊起的重物，无论升降速度大小，其重量在地球引力的作用下而产生的重力是永远不变的，即为恒转矩负载。电动机的功率尸可以表达为P=Tn/975其中T为转矩，n为转速，转速和转矩之积为功率，那么恒转矩特性负载消耗的能量与转速成正比。 4．1．2 平方降转矩负载 风扇、风机、泵等流体机械(风机水力机械)，在低速时由于流体的流速低，所以负载只需很小的转矩，而随着电动机转速的增加流速加快，所需转矩自来越大，其转矩大小以转速的平方的比例增减，这样的负载特卡称之为平方降转矩负载，其特性如图4—4所示。在这种场合，因为负载所消耗的能量正比于转速的三次方，所以通过变频器控制流体机械的转速可以得到显著的节能效果。 4．1．3 恒功率负载 机床的主轴驱动，纸机、塑料胶片生产机械的中央传动部分，卷扬机等(如图4—5所示)输出功率为恒值，与转速无关，这样的负载特性称之为恒功率负载。 例如，卷纸机要求以一定的速度和相同的张力卷取纸张。在巷取初期由于纸卷的直径较小，所以为保持恒速纸卷必须以较高窿度旋转，而转矩可以较小；但随着纸卷直径的逐渐变大，纸卷的转速也应随之变低，而转矩则必须相应增大。 4．1．4 电动机的转矩特性 在采用变频器驱动的电机调速控制系统中，电动机的输出转矩特性与电网供电时的电机输出(转速转矩曲线等)决定于变频器的输出特性。其中，变频器输出的V／f值决定电机连续额定输出，而变频器的最大输出电流将决定电动机瞬间最大输出。 图4—6给出了普通异步电动机在V／f控制方式变频器驱动下的输出特性。由于变频器的输出电压不能高于电网电源电压，电动机在50Hz以上运转时，V／f比值减小并造成输出转矩变小。从另一角度来说，由于电动机定子线圈阻抗的电压降增大，作用在转子线圈上的感应电势减小，其转矩以转速的反比减少。 当变频器的输出频率在f1～50Hz(或60Hz)之间时，可以按原来的恒转矩特性考虑，但由于转速的降低将导致电机冷却能力的下降，所以可允许的连续运转转矩也将下降。 在6～f1Hz之间，电动机冷却能力下降，而且电动机定子线圈的阻抗压降的相对影响增大，使得连续运转转矩大幅度下降。此时，运转频率越低变频器输出电压越低，电动机内部压降的影响越大，转矩急剧减小。 4．2 设计变频器驱动系统的要点 上节中介绍了负载的转矩特性和变频器驱动下电动机的转矩特性，在本节中将以V／f／控制方式的变频器为主对如何根据负载类型设计变频器驱动系统以及应该注意哪些问题进行说明。 4．2．1驱动恒转矩负载 恒转矩负载，如传送带、升降机等，所需转矩不随转速的变化而改变，基本保持恒定。采用变频器驱动普通异步电动机的场合，其电机转矩特性如图4—6所示。与直接由电网供电时相比，由于高次谐波的原因，电机的温升要有些增大，此外由于低速时风扇的冷却效果变差，在选择电机时，根据频率的不同，转矩要作相应的折扣，因此电动机容量要适当增大。另外，由于是恒转矩负载，即使转速变化，电动机的电流也基本不变，若电机构造为全封闭外扇型，则低速运转时电机的冷却能力下降，会发生过热现象，为此要注意下列事项： (1)考虑为恒转矩负载选用变频器专用电机； (2)加装专用冷却风扇； (3)增大一档电机容量，降低负载率。 若增大了电动机的容量，空载电流或起动电流及波动电流也随之增加，有时也要同时增大变频器的容量。 对于V／f恒值控制的变频器来说，由于电机内部的阻抗压降导致低频区域转矩下降，在驱动传送带等恒转矩负载时，为了保证在低速也能够得到足够大的起动转矩，变频器必须具备转矩补偿功能，即转矩增强功能。如图4—8所示，电压( V )与频率 ( f )的比，即V／f被补偿增大，尤其在低频区域加大电压补偿，可得到大的低速转矩和起动转矩。但是，在空载或轻载低速稳定运行时，若V／f过大，则电动机的磁路将饱和，励磁电流急剧增加，电机会发生过热、振动、噪音等现象，变频器过载保护功能会因此动作。所以，在选择恒转矩负载的y／／特性时需特别注意。 性能较好的变频器会设置全程自动转矩增强功能，只在加速时提高V／f比值，而稳速运转时按电流比例增加V／f。这是一种比较理想的控制方式。通过对变频器的有效功率以及转矩的高速运算，可实现自动调整V／f以配合负载转矩。只需进行简单的V／f设定，即可得到合适的起动特性和低速运转特性。同时，还可发挥节能的效果。 由于传送带、升降机等运载机械装置是满负载起动，而一般V／f控制变频器驱动系统的起动转矩为额定转矩的70％～120％ (50Hz)，若根据起动加速时间的要求需要更高的起动转矩时，一定要考虑到低速区域(包括起动条件)的V／f特性后，再确定电动机容量和极数以及变频器容量。而在减速过程中或升降机下降时，由于机械负载将产生能量反馈，还必须确定变频器的能量回馈方式或制动方式关于制动电阻的选择请参照第5章。 4．2．2驱动平方降转矩负载 对于以风扇、风机、泵为代表的平方降转矩负载来说，随着转速的降低，所需转矩以平方的比例下降，所以低频时的负载电流很小，即使选用普通异步电动机也不会发生过热现象，因此一般的风机水力机械很适合由V／f控制的变频器进行驱动。一般的V／f控制变频器都预先设置了平方降转矩负载用的V／f特性。但是由于机械种类不同飞轮转矩GD2•有很大不同，比如，由于负载的GD2很大，必须设定很长的加速时间，或者，再起动时可能出现超出预想的大起动转矩等特殊事例，所以需事先仔细斟酌。另外应该注意的一点是，当电动机以超过基频转速以上的速度运转时，负载所需的动力随转速的提高而急剧增加，极易超出电机和变频器的容量，导致运行中断或发生过热现象，所以应避免高频电动机通常采用普通异步电动机，根据安装环境的不同，可选择防爆型、防腐型、户外型等外壳的保护方式。 4．2．3驱动恒功率负载 卷扬机、机床主轴等恒功率负载，其特性如图4—9所示。 变频驱动系统在基频转速(50Hz或60Hz)以上的范围内，可由变频器控制其输出电压为一定值，使电机产生的转矩性质为恒功率特性，所以，在基频转速以上，采用普通异步电动机和通用 变频器，能满足象机床主轴那样高速时转矩变小的特性。而在基频转速以下的范围内，由于变频器采用V／f恒值控制，电机的输出功率与转速成正比，电机产生的转矩与负载所需转矩相反。我们知道，电动机产生的转矩为(磁通)×(转子电流)，所以，在驱动恒功率负载时，为了确保低速高转矩，需要加大磁通量和电机转于电流(当然也要加大电机的定子电流)，这就必须大大增加电机和变频器的容量。 如图4—10所示，驱动恒功率负载时，一般将转速0～1．0之间作为恒转矩区域，转速超过1．0(p．u．)以上的范围作为恒功率区域，1．o(p．u．)的转速称之为基频转速。以基频转速的m(m>1)倍转速进行恒功率运转，称之为1：m的恒功率运转。 如图4—10a为1：2的恒功率控制时的特性。例如采用矢量控制时，当转差频率f s为一定时，在恒功率区域，对电动机电压 (变频器输出电压)与转速(变频器输出频率)的比以 的比例进行控制，可推算出转矩与(B／f )2成正比，因此在转速2．0 (p．u．)点上，转矩有如下关系： TM　∝(B／f )2＝（１／ ）2＝1 / m＝1 / 2 即，转矩为基频转速时的1／2。 在图4-10a中，若电动机定子绕组产生的电压降被忽略，可视V E，而且，在恒转矩区域(低频时)，为增强转矩而进行的电压补偿也被忽略不计。因此变频器能输出的最大输出电压与变频器电源电压几乎一样，最高转速(图中转速为2．0(p．u．)的点)的输出电压为最大输出电压。例如变频器电源电压为380V，转速为2．0(p．u．)时，电动机电压为380V。而在基频转速时的电压为1／ 倍，约266V。 图4—10b表示在上述条件下选择的变频器及电动机所能够输出的界限。如图中虚线所示，保持Ｅ／f到变频器的电源电压为止为一定值，可实现恒转矩特性。若驱动图4—10a那样的负载，图4—10b中电机能够输出的恒转矩范围过宽了。 图4—10c是以基频转速点为变频器最大输出电压，恒功率区域电压固定的输出特性。由于最高转速时的Ｅ／f值是基频转速以下Ｅ／f恒值时的1／2，转矩是恒转矩时的1／4，若按Ｐ＝ＴＭｎ／975进行计算，功率是恒功率时的1／2。以上是保持转差频率f s为一定的情况，实际V / f控制的变频器会使f s增大，输出的是如图4—10d的恒功率特性。 对于一般的普通异步电动机来说，由于受到电动机机构的限制，只能实现1：2最大 1：3的恒功率运转。为了使机床主轴驱动拥有更广泛的恒功率运转范围，有的厂家专门设计了可进行绕组切换的电机，以达到降低基频转速的目的。当采用矢量控制的变频器对其驱动时，恒功率范围可达1：12以上。 4．2．4 驱动四象限运行的负载 以起重机、电梯、吊车等为代表的机械设备要求在四象限运转。例如，吊车将重物提升与放下时需要克服地球的引力(重力)，此时，重物与电机运转的关系如下图4—11所示。 当电动机的能量输出为正时，电动机将电能转换为势能，反之，输出为负时，重物受地球引力的作用，势能反馈回电机或由抱闸吸收。所以驱动四象限的负载时，必须考虑到电动机和变频器不仅能进行电动驱动，而且也能进行回馈制动，在回馈制动频繁的场合，需特别注意制动电阻容量的选定。与此同时，确定抱闸动作的时序以及电机能否产生足够的制动转矩和认真考虑驱动系统的运转顺序也非常重要。 4．2．5驱动脉动转矩负载 往复式压缩机中，利用曲轴将电机的旋转运动转换成往返运动，转矩随着曲轴的角度而变动。在这种情况下，电动机的电流随负载的变动而产生大的脉动，若脉动电流的尖峰达到了使变频器防失速功能动作的程度，就有可能由于变频器防失速功能动作而迫使频率下降导致系统不能加速到所规定的速度。在这种场合，可采用加大飞轮的方法平滑脉动转矩，但此时的GD2很大，加减速时间必须设定的长一些。此外，因为减速时的回馈能量变大，所以在需要短减速时间时，必须重新考虑变频器的回馈放电回路。 4．2．6驱动冲击负载 对冲压机械等用离合器开合的负载机械来说，重负载被瞬间加上，电动机的速度瞬间下降，电流急剧增加，所以为了避免变频器因过流保护动作而跳闸，一般采取增加变频器容量和加装大飞轮等措施。 4．2．7驱动大惯性负载 离心分离机等惯性负载的GD2比较大，若加速时间设定的太短，则在起动时防失速功能动作而不能加速，因此应适当加大加速时间，否则变频器会因过流而跳闸。而在减速时由于回馈能量很大，减速时间过短也会使变频器产生过压跳闸的现象，此时，可将加减速时间设定的长一些。希望比自由停止快些停止时，确认回馈放电回路和核算制动电阻的容量。 4．2．8 驱动高速运转的负载 木工机械、机床、纺织机械、印刷机械、离心分离机、真空泵、电子部件加工机及电动工具用电动机等一般使用3600～30000r／min的高速电机。若采用PWM控制的通用变频器驱动，则由于电机的电流波形失真较大，极易发生电机过热、变频器跳闸、加速时防失速功能动作而无法加速等现象。因此，需考虑变频器容量的选定以及在变频器输出端设置减低电流波动用的电抗器，或采用PAM控制方式的驱动器。 由于普通异步电动机在进行50Hz以上的高速运转时，会发生强烈振动、共振、轴承的寿命下降、噪音、过热、旋转部件的破损等问题，一定要在厂家允许的频率下运转。 4．2．9驱动大起动转矩负载 对于挤压成形机、搬运机械金属加工机床等需要大起动转矩的负载，应考虑下述因素。通常采用V / f控制通用变频器和普通异步电动机组合时，起动转矩能保证在70％～120％(50Hz电机容量在几十千瓦以下)。如前所述，V / f特性的转矩补偿量增大，起动转矩也会增大，但是，若补偿量过大则低速运转时会出现电机过励磁并产生振动、噪音、过热、过流等现象。通常起动时的转矩补偿量应为额定电压的10％，当需要更大的起动转矩时可采取如下措施： (1)将电动机的极数由4极改为6极。此时起动转矩增大，如图4—12所示(将最高频率提高到90Hz即可得到与4极相同的速度范围)。 (2)增加变频器的容量提高过载电流值，再加上转矩补偿的量，可使起动转矩增大。 5．2 主电路、控制电路用电线 5．2．1主电路电线 在选择主电路电线尺寸时，和普通的动力电线相同，应考虑电路中的电流容量，短路保护，因温度升高造成的容量减少和线路上的电压降以及端子构造等问题。 因为变频器的输入功率因数小于1，所以变频器的输入电流通常可能会大于电动机电流，对这点应特别注意。 另外，当变频器和电动机之间的配线距离较长时，线路上的压降较大，有时会出现因电压过低而造成的电动机转矩不足，电流增加，电动机过热等现象。特别是当变频器输出频率较低时输出电压也较低，对于采用了V / f控制的通用变频器来说，线路的压降对V / f的比也将有较大影响，所以尤其需要注意。 一般来说，在选择主电路电线的线径时应保证变频器与电动机之间的线路电压降在 2％～3％以内。而线路上的电压降则可以由下式求得。 （5-1） 式中 V——线路电压降，V； R——单位长度的电线电阻，MΩ／m； L——电线长度，m； I——线路中电流，A。 另外，在配线距离较长的场合，为了减少低速运行区域的压降(将造成电动机转矩不足)，应使用线径较大的电线。当电线线径较大无法在电动机和变频器的接线端上直接连线时，可以如图5—2所示，设一个中继端子。 5．2．2控制电路电线 与控制电源本身以及和外部供电电源有关的电路应选用线径在2mm2以上的电线，操作电路以及信号电路选用线径在0．75mm2以上的电线即可。此外，电源电路以外的连线应选用屏蔽线或双绞屏蔽线。 由于频率指令和操作指令电线在受到感应电压时有出现误动作的可能，在进行控制电路布线时应该按照第7章中给出的布线要求布线。 5．9 变频器与PLC及上位机的连接 当利用变频器构成自动控制系统时，在许多情况下需要和PLC等上位机配合使用。在本节中我们将以PLC为例，介绍一下变频器和上位机进行配合时所需要注意的有关事项。 5．9．1 变频器的输人输出电路(接口电路) 5．9．1．1 运行信号的输入 变频器的输入信号中包括对运行／停止、正转／反转、微动等运行状态进行操作的运行信号(数字输入信号)。变频器通常利用继电器接点或晶体管集电极开路形式与上位机连接，并得到这些运行信号，如图5—12所示。 在使用继电器接点的场合，为了防止出现因接触不良而带来的误动作，需要使用高可靠性的控制用继电器。而当使用晶体管集电极开路形式进行连接时，也同样需要考虑晶体管本身的耐压容量和额定电流等因素，使所构成的接口电路具有一定的裕量，以达到提高系统可靠性的目的。图5—13给出了变频器输入电路的一个例子。 但是，在设计变频器的输入信号电路时还应该注意到，当输入信号电路连接不当时有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用如图5—14所示的连接方式时，由于存在和运行信号(电压信号)并联的继电器等感性负载，继电器开闭时产生的浪涌电流带来的噪声有可能引起变频器的误动作，应该尽量避免这种接法。 此外，当变频器一侧和继电器一侧存在电位差时，电源电路本身可能遭到破坏，所以也应加以注意，并采取相应的措施。 5．9．1．2 频率指令信号的输入 如图5—15所示，频率指令信号可以通过0～10V，0～5V，0～6V等的电压信号和4—20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。而连线阻抗的电压降以及温度变化，器件老化等带来的漂移则可以通过PLC内部的调节电阻和变频器的内部参数进行调节。 当变频器和PLC的电压信号范围不同时(例如，变频器的输入信号范围为0～10V而PLC的输出电压信号范围为0～5V时)，也可以通过变频器的内部参数进行调节(图5—16)。但是，由于在这种情况下只能利用变频器A／D转换器的0～5V的部分，所以和使用输出信号在0～10V范围的PLC时相比，进行频率设定时的分辨率将会变差。反之，当PLC一侧的输出信号电压范围为0～10V，而变频器的输入信号电压范围为0～5V时，虽然也可以通过降低变频器内部增益的方法使系统工作，但是由于变频器内部的A／D转换被限制在0～5V之间，将无法使用高速区域。在这种情况下，当需要使用高速区域时，可以通过调节PLC的参数或电阻的方式将输出电压降低。 通用变频器通常都还备有作为选件的数字信号输入接口卡。在变频器上安装上数字信号输入接口卡，就可以直接利用BCD信号或二进制信号设定频率指令(图5—17)。使用数字信号输入接口卡进行频率设定的特点是可以避免模拟信号电路所具有的由压降和温差变化带来的误差，保证必要的频率设定精度。 变频器也可以脉冲序列作为频率指令，如图5—18所示。但是，由于当以脉冲序列作为频率指令时需要使用F／V转换器将脉冲转换为模拟信号，当利用这种方式进行精密的转速控制时，必须考虑F／V转换器电路和变频器内部的A／D转换电路的零漂，由温度变化带来的漂移，以及分辨率等问题。 当不需要进行无级调速时，可以通过接点的组合使变频器按照事先设定的频率进行调速运行，而这些运行频率则可以通过变频器内部参数进行设定。同利用模拟信号进行速度给定的方式相比，这种方式的设定精度高，也不存在由漂移和噪声带来的各种问题。图5—19给出了一个多级调速的例子。 5．9．1．3 接点输出信号 在变频器的工作过程中，经常需要通过继电器接点或晶体管集电极开路的形式将变频器的内部状态(运行状态)通知外部和晶体管的容许电压、容许电流等因素。此外，在连线时还应该考虑噪声的影响。例如，当主电路(AC200V)的开闭是以继电器进行，而控制信号(DCl2～24V)的开闭是以晶体管进行的场合，应注意将布线分开，以保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。 此外，在对带有线圈的继电器等感性负载进行开闭时，必须以和感性负载并联的方式接上浪涌吸收器或续流二极管(图5—21)。而在对容性负载进行开闭时，则应以串联的方式接入限流电阻，以保证进行开闭时的浪涌电流值不超过继电器和晶体管的容许电流值。 5．9．1．4 模拟量监测信号 变频器输出的监测用模拟信号如图5—22所示。 变频器输出频率监测信号：0～l0V，0～5V／0～l00％， 变频器输出电流监测信号：0～l0V，0～5V／0～l00％，0～200％。 变频器输出频率脉冲信号：输出频率的1～36倍。 无论是哪种情况，都必须注意PLC一侧的输入阻抗的大小，保证电路中的电流不超过电路的额定电流。此外，由于这些监测信号通常和变频器内部并不绝缘，在电线较长或噪声较大的场合，最好在途中设置绝缘放大器。 5．9．2 使用时的注意事项 5．9．2．1 瞬时停电后的恢复运行 在利用变频器的瞬时停电后恢复运行的功能时，如果系统连接正确，则变频器在系统恢复供电后将进入自寻速过程，并将根据电动机的实际转速自动设置相应的输出频率后重新起动。但是，由于在出现瞬时停电时变频器可能出现运行指令丢失的情况，在重新恢复供电后也可能出现不能进入自寻速模式，仍然处于停止输出状态，甚至出现过电流的情况。 因此，在使用变频器的瞬时停电后恢复运行的功能时，应通过保持继电器或者为PLC本身准备无停电电源等方法将变频器的运行信号保存下来，以保证恢复供电后系统能够进入正常的工作状态，如图5—23所示。在这种情况下，频率指令信号将在保持运行信号的同时被自动保持在变频器内部。 此外，在利用瞬时停电后恢复运行功能时，由于在不同的情况下(例如电动机有无速度传感器，不同种类的负载或电动机)系统的组成都互不相同，当有不清楚的地方时最好向厂家咨询一下。 5．9．2．2 PLC扫描时间的影响 在使用PLC进行顺序控制时，由于CPU进行处理时需要时间，总是存在一定时间(扫描时间)的延迟。而在设计控制系统时也必须考虑上述扫描时间的影响。尤其在某些场合下，当变频器运行信号投入的时刻不确定时，变频器将不能正常运行，在构成系统时必须加以注意。图5—24给出了这样一个例子。 5．9．3 通过数据传输进行的控制 在某些情况下，变频器的控制(包括各种内部参数的设定)是通过PLC或其他上位机进行的。在这种情况下，必须注意信号线的连接以及所传数据顺序格式等是否正确，否则将不能得到预期的结果。此外，在需要对数据进行高速处理时，则往往需要利用专用总线构成系统。 5．9．4 接地和电源系统 为了保证PLC不因变频器主电路断路器产生的噪声而出现误动作，在将变频器和PLC等上位机配合使用时还必须注意以下几点： (1)对PLC本体按照规定的标准和接地条件进行接地。此时，应避免和变频器使用共同的接地线，并在接地时尽可能使二者分开。 (2)当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块以及输入输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪音用的变压器等。此外，如有必要，在变频器一侧也应采取相应措施，如图5—25所示。 (3)当把变频器和PLC安装在同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。 (4)通过使用屏蔽线和双绞线达到提高抗噪声水平的目的。此外，当配线距离较长时，对于模拟信号来说应采取4～20mA的电流信号，或在途中加入放大电路等措施。 第6章 变频器的安装调试和维修保养 ６．１变频器的设置环境和安装 6．1．1 变频器的设置环境 变频器是精密的电子装置，为了保证其正常工作，在设置安装方面必须注意周围的环境条件。一般说来，在变频器的设置环境方面应考虑以下因素。 (1)环境温度。对安装在机壳内的变频器来说，所允许的环境温度一般为－10℃～+40℃或45℃。当除去变频器的壳体时，所允许的环境温度有时也为－10℃～+50℃。 对环境温度的要求主要取决于保证变频器控制电路中各种IC正常工作所需的条件和保证主电路和电源电路中电解电容的寿命的条件。 温度对电子元器件的寿命和可靠性影响很大，特别是当半导体元器件的结温度超过规定值时，将会直接造成元器件的损坏。因此，在环境温度较高的场所使用变频器时，必须采取安装冷却装置和避免日光直晒等措施，保证环境温度在厂家要求的范围之内，从而达到保证变频器正常工作的目的。 此外，在进行定期保养维修时还应及时清扫控制柜的空气过滤器和检查冷却风扇是否正常工作。 (2)环境湿度。当空气中的湿度较大时，将会引起金属腐蚀，使绝缘变差，并由此引起变频器的故障。变频器厂家都在变频器的技术说明书中给出了对湿度的要求，因此，应该按照厂家的要求采取各种必要的措施，尤其是要保证变频器内部不出现结露的情况。 当变频器长期处于不使用状态时，应该特别注意变频器内部是否会因为周围环境的变化(例如停用了空调等)而出现结露状态，并采取必要的措施，以保证变频器在重新使用时仍能正常工作。 (3)振动。振动将对变频器内部的电子元器件产生应力，并成为故障的原因。因此，应该注意产品说明书中给出的要求。 对于传送带和冲压机械等振动较大的设备，在必要时应采取安装防振橡胶等措施，将振动抑制在规定值以下。而对于由于机械设备的共振而造成的振动来说，则可以利用变频器的频率跳越功能，使机械系统避开这些共振频率，以达到降低振动的目的。 (4)对环境空气的要求。变频器本体应该设置在无腐蚀性气体和无易燃易爆气体，没有油滴或水珠溅到，以及尘埃和铁粉较少的场所。这是因为，腐蚀性气体和尘埃除了会使电子元器件生锈，出现接触不良等现象之外，还会吸收水分使绝缘变差，并导致短路。而油滴和水珠以及易燃易爆气体则更是造成短路和变频器损坏的直接原因。 作为对策，可以对变频器的壳体进行涂漆处理和采用防尘结构。在某些情况下也可以采用清洁空气内压式或全封闭结构。 此外，对于强制冷却式的控制柜来说，由于尘埃会造成空气过滤器的堵塞并使变频器因冷却能力降低而出现过热，更应该注意保证环境空气的清洁。 在变频器的设置环境方面，除了上面讲到的内容之外，还应注意厂家在说明书中给出的对海拔高度和安装空间的要求。 6．1．2 变频器的柜内安装和冷却方式 前面我们已经提到了环境温度对变频器的重要性。为了保证变频器所处的环境温度在厂家要求的范围之内，正确地对变频器进行柜内安装和冷却是至关重要的。因此下面我们将专门介绍一下这方面的内容。 6．1．2．1 安装方式 在将变频器安装在全封闭式的控制柜中时，可以采用将变频器全部安装在控制柜内的方式和如图6—1所示的将变频器本体安装在控制柜内而将散热片留在柜外的方式。与第一种安装方式相比，第二种安装方式可以通过散热片进行内部空气和外部空气之间的热传导，对柜内冷却能力的要求可以低一些，因此更适合于环境空气条件较差的场合。 6．1．2．2 变频器的发热量 为了满足用户进行控制柜设计的需要，变频器厂家通常在产 品的技术说明书中给出变频器的发热量的参考数值，如表6—1所示。 在利用类似表格中给出的发热量的数值进行设计计算时应该注意的是，当变频器的散热片留在控制柜外面时应采用表6—1中给出的变频器单元内部发热量，而当变频器整体全部安装在控制柜内时，则应使用变频器的整体发热量。 此外，在进行设计计算时，除了变频器本身的发热量之外，还应该考虑到处于同一控制柜内的其它周边设备的发热情况，以保证变频器的正常工作。 6．1．2．3 全封闭式控制柜尺寸的选择 对于全封闭式控制柜来说，其具体尺寸应该由柜内发热量和向柜外的放热量决定，如图6—2所示。图6—2中S＝Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3＋Ｓ4，Ｓ1 为右侧面面积，Ｓ2为左侧面面积，Ｓ3为顶部面积，Ｓ4为前面面积。考虑到设置状态和柜内安装等因素，在计算时不把后面和底面考虑在内。 在决定控制柜的尺寸时可以参照下式进行概略地计算。 △T=TB－Td （6-1） （6-2） 式中△T——柜内温升，℃； TB——柜内温度，℃； Td——周围温度，℃； S——直接与外部空气接触的控制柜外壳面积，m’； W——柜内发热量，W； q——控制柜外壳放热系数，W／℃•m2。 q≈5W／℃•m’，黑色或接近黑色时。 6．1．2．4 强制通风式控制柜内的安装 对于图6—3所示的强制通风式控制柜来说，变频器发出的热量被通过冷却风扇强制性的排放到控制柜外。在这种情况下，冷却风扇的选择应以柜内的总发热量为基准，并考虑到冷却风量和冷却风压力损失等因素。由于和冷却风扇的放热相比，由辐射和对流所造成的放热量很小，可以忽略不计。 设W为控制柜内的总发热量(kW)，而t0为控制柜进气部分的空气温度(℃)，则为了将排气温度(近似等于柜内温度)抑制在温度t1(℃)以下时所需的风量为： （6-3） 式中 Cp——空气的比热，1kJ／(kg•℃)； 　γ——空气的质量密度1．29／(1+0．000367t0)，kg／m3。 而控制柜的风压损失则可以根据图6—4和下式求得。 H ＝ Hi + Hp + Ho (6-4) 式中 H——总压力损失，Pa； Hi——进气部分的压力损失，Pa； Hp——柜内压力损失，Pa； Ho——排气部分压力损失，Pa。 一般情况下，假定柜内的压力损失为30Pa。 在考虑控制柜进气部分和排气部分的压力损失时，能够得到根据式6—4求得的风量Q，应先计算所需的风速v1，然后根据空气过滤器的特性表求出压力损失。而风速v则可以根据下式求得。 (6-5) 式中A为进排气部分的断面面积。 在按照上述步骤求得了所需风量和总的压力损失后，即可以根据这些值和冷却风扇的风量—静压特性表来决定所需风扇的种类和使用个数。 此外，应该注意，当控制柜的进排气口为特殊形状时，或风速过大，以及空气过滤器因尘埃和铁粉等堵塞严重时，压力损失将会增加。因此在这些情况下选择风扇时应该留出一些裕量。 6．2 配线 在完成了变频器的安装之后，就要开始进行变频器主电路和电源，滤波器与电动机之间以及控制电路与PLC和周边设备之间的连线。下面介绍一下进行连线时应该注意的有关事项。 6．2．1主电路配线 在对主电路进行配线之前应该首先检查一下电缆的线径是否符合要求。此外，在进行布线时还应注意将主电路和控制电路的配线分开，并分别走不同的路线。在不得不经过同一接线口时也应该在两种电缆之间设置隔离壁，以防止动力线的噪声侵入控制电路，造成变频器异常。 6．2．2 接地线配线 由于变频器主电路中的半导体开关器件在工作过程中将进行高速的开闭动作，变频器主电路和变频器单元外壳以及控制柜之间的漏电电流也相对变大。因此，为了防止操作者触电，必须保证变频器的接地端可靠接地。 在进行接地线的布线时，应该注意以下事项。 (1)应该按照规定的施工要求进行布线。 (2)绝对避免同电焊机、动力机械、变压器等强电设备共用接地电缆或接地极。此外，接地电缆布线上也应与强电设备的接地电缆分开。 (3)尽可能缩短接地电缆的长度。 (4)在存在多台变频器时，其接地电缆应按照图6—5所示要领进行布线。 6．2．3 控制电路布线 在变频器中，主回路及其直接相连的周边设备处理的是强电信号，而控制电路以及与其直接相关的操作电路和周边设备中所处理的信号则为弱电信号。因此，为了达到保证变频器正常工作的目的，除了应该选取各种必要的周边设备之外，在控制电路的布线方面也应充分注意，并采取各种必要的措施，避免主电路及相关设备中的强电信号产生的干扰进入控制电路。 (1) 控制电路的布线应和主电路电线以及其它动力线分开。 (2)因为变频器的故障信号和多功能接点输出信号等有可能同高压交流继电器相连，所以应该将其连线与控制电路的其它端子和接点分开。 (3)为了避免因干扰信号造成的误动作，在对控制电路进行布线时应采用屏蔽线或双绞线。 (4)布线距离应以100m为参考基准，当布线距离超过100m时使用信号绝缘器或继电器对信号进行放大。 (5)在连线时充分注意模拟信号线的极性。 (6)在检查控制电路连线时不使用蜂鸣功能。 图6—6给出了屏蔽线的连接方式，而图6—7和图6—8则分别给出了双绞屏蔽线和普通屏蔽线线头的处理方式，供读者参考。 6．3 通电前检查 6．3．1 外观及结构检查 在对变频器进行安装之前应根据下面给出的事项对变频器的外观和结构方面进行检查和确认。 (1)确认铭牌。应确认一下实物的规格是否和订单以及系统设计时的选型一致。 (2)确认周边设备与实物是否相符。 (3)根据接线图对各部分连线进行检查。检查控制柜内的连线和控制柜与柜外的操作盒以及各种检测器件之间的连线是否正确。 (4)对安装和连线进行确认。确认变频器的设置环境和主电路线径是否合适，接地线和屏蔽线的处理方式是否正确，接线端子各部分的螺钉有无松动等。 (5)控制柜内的异物处理。用吸尘器等对控制柜内的尘土和碎线头等进行清扫。 6．3．2 绝缘电阻检查 对主电路和接地端子进行如图6—9所示的绝缘电阻检查。虽然变频器的绝缘电阻因厂家而异，但在一般情况下，要求在用500V级的兆欧表进行检测时，绝缘电阻的阻值在5Mrl以上。 对控制电路则不需要进行兆欧表检查。 6．4试运行　 6．4．1 电动机单独运行 在对变频器和周边设备进行了通电前的各项检查之后，下一步工作是利用变频器对电动机进行单独驱动运行。电动机的单独运行指的是将电动机与负载的连接器或皮带去掉，使电动机进行空载运行。当由于机构上的原因，无法将电动机与负载断开时或者电动机为高频电动机时，可以将变频器的输出线断开，使变频器进行单独运行(空载运行)。 电动机的单独运行通常利用变频器的数字操作盒进行。它包括确认电动机的转向，变频器和电动机是否可以正常加速至额定转速，继电器的开关顺序是否正确以及PLC的软件是否可以正常运行等项目。 虽然变频器的操作盒的功能和操作方法因厂家而异，但它们都具有以下几种基本功能。 (1)驱动模式。在驱动模式下，可以进行正转、反转、点动等运行操作。 (2)编程模式。在编程模式下，可以进行功能选择和参数设定等操作。变频器的功能和内部参数的设定因厂家不同而有较大差异，关于各种参数的意义和设定方法，请分别参照厂家的技术说明书。 (3)检测功能。检测功能可以对变频器的工作状态，例如输出频率、输出电压、输出电流等进行检测。 (4)显示异常内容。当变频器出现异常情况时，可以显示异常的内容和发生顺序。此外，在重新接通电源时，将显示上次的异常内容。 6．4．2 负载机械的试运行 在进行负载机械的试运行之前，应首先确认一下负载机械是否满足可以开始运行的条件以及如果机械开始运行的话是否存在安全问题。 在进行负载机械的运行时，请参考下面给出的运行顺序。 (1)根据系统的需要，参照表3—3设置所需的各个参数。 (2)利用外部的点动运行指令，或者按数字操作盒上的点动操作键，进行点动运行。这样做不仅可以确认电动机的转动方向，还可以发现系统是否存在因金属摩擦而产生的异常。当机械设备尚处于磨合阶段，起动摩擦较大时，可以灵活运用变频器的转矩自动增强功能。 (3)逐渐加速，检查系统是否存在机械的异常(振动和异常声音等)。 (4)当速度增至额定转速的一半左右时，使机械暂停，以确认制动功能是否正常。 (5)逐渐加速至额定转速，并在加速过程中注意机械系统是否出现异常现象。 (6)将指令设为额定转速，并在此状态下进行运行／停止等各种运行操作。如果在减速过程中出现变频器防失速功能动作的现象，适当增加减速时间。 (7)根据需要使机械系统以中速或高速进行磨合运行。当变频器的模拟量检测端子上接有电流计或频率计时，参照数字操作盒的显示对其进行校准。 6．5 检查与维修保养 变频器内部包含有功率晶体管、晶闸管、IC等半导体元器件，以及电容、电阻、冷却风扇和继电器等其它器件，是一个相当复杂的精密设备。虽然在新型变频器中尽可能使用了寿命较长的元器件，但是这些元器件的寿命毕竟是有限的，而且存在着老化问题。即使是在正常的工作环境下工作，在超过了使用年限之后，也会出现特性变化和动作异常的情况。而任一元器件的故障都将影响变频器的正常工作。本节将讨论变频器的检查与维修保养问题。 6．5．1 维修保养时应遵照的准则 因为变频器既是含有微处理器等半导体芯片的精密电子设备，又是同时处理着数千瓦到数十千瓦的电力动力设备，所以在进行通电前检查，试运行，调整以及维修保养时都必须十分注意，并严格遵照下面给出的基本准则。 维修保养时应遵照的准则为： (1)由于内部大电容的作用，在切断了变频器的电源之后与充电电容有关的部分将仍有残存电压，在“充电”指示灯熄灭之前不应触摸有关部分。 (2)在出厂之前，厂家都已经对变频器进行过初始设定。请不要任意改变这些设定。而在改变了初始设定后又希望恢复初始设定值时，一般需要进行初始化操作。 (3)在新型变频器的控制电路中使用了许多CMOS芯片。用手指直接触模电路板时将可能使这些芯片因静电作用而遭到破坏，所以应充分加以注意。 (4)在通电状态下不允许进行改变接线和拔插连接插头等操作。 (5)在变频器工作过程中不允许对电路信号进行检查。这是因为在连接测试仪表时所出现的噪声以及误操作有可能带来变频器故障。 (6)必须保证变频器的接地端子可靠接地。 (7)不允许将变频器的输出端子(U，V，W)接在交流电网电源上。 (8)不允许进行电压耐压实验。 (9)在检查控制电路连线时，不应该利用万用表的蜂鸣功能。 6．5．2 定期检查和维修保养 为了防止变频器出现因元器件老化和异常等造成的故障，在变频器的使用过程中必须定期进行保养维修，并根据需要更换老化的元器件。表6—2给出了变频器的定期检查项目，而表6—3则给出了需要定期检查更换的元器件及参考检查更换时间。 第7章 变频器常见异常及其对策 7．1 变频器自身异常及对策 在采用了变频器的交流调速系统中，虽然在系统设计阶段已经充分考虑了电动机容量，变频器容量以及各种周边设备的容量等因素，但是，当变频器的设置状态不当，以及电源系统和周边设备的噪音处理方式不当时，也会造成变频器的误动作和故障。 造成变频器异常或故障的外部因素主要有设置环境不当，外部干扰信号的影响以及供电电源异常等，下面我们将针对这些因素分别介绍应该注意的事项及需要采取的对策。 7．1．1 设置环境 变频器内部含有大量的IC芯片和半导体元器件，属于精密的电子装置。因此，在设置安装方面，必须严格遵守厂家对环境温度、湿度、振动，以及空气清洁度等环境条件的要求，否则将可能出现故障。关于设置环境方面，请参见第6章中的有关内容。 7．1．2外部噪声的影响 在变频器的工作过程中，和变频器处于同一控制柜内的其它设备以及与变频器接在同一供电电源上的其它设备所产生的噪声信号将会通过辐射和电源线传导等方式进入变频器，并有可能引起变频器跳闸甚至烧毁变频器。 虽然在进行变频器设计时对变频器本身已经采取了各种抗干扰措施，并通过各种实验手段进行过验证，但是，由于变频器属于微电子产品，其抗干扰能力有一定的限度，在使用过程中仍然有必要采取措施，以达到抑制进入变频器的内部噪声，保证变频器正常工作的目的。 为了达到减少外部噪声对变频器的影响的目的，通常可以采取以下措施。 (1)在电磁接触器、辅助继电器、电气制动器等带有内部线圈的设备的旁边以并联的方式接入浪涌吸收器，以达到抑制这些设备在进行开关时产生的浪涌电流的目的，如图7—1所示。 (2)模拟信号电路和采用集电极开路输出方式的顺序控制电路等低压电路，除了采取和主回路分别布线的措施之外，还应使用屏蔽线和双绞线，并遵照变频器的布线要求进行布线，如图7—2所示。 (3)接地线应尽可能使用较粗的电线，并按照要求与接地端连接。变频器的接地端应尽量避免与电动机、变压器等共用同一地线。在必须使用同一地线时也应在布线方面将双方至接地点的连线分开。此外，接地施工方面也应遵照有关规定。 (4)在变频器的输入端插入噪声滤波器和交流电抗器，以抑制来自电源的噪音的侵入。 7．1．3 电源异常 由于电源异常包括多种类型，由此造成的变频器异常和故障也有多种类型。由电源异常而造成变频器异常和故障的原因主要有以下几种： (1)由电源波形畸变带来的控制电路误动作； (2)因为遭受雷击或者电源变压器开闭时的浪涌电压等造成的半导体开关器件的损坏； (3)由于电源电压不足，缺相或停电而造成的控制电路误动作。 ’ 下面我们将简单介绍一下上述故障原因和相应的对策。 当某一电源上接有变频器或者直流电动机用的晶闸管整流器时，晶闸管在进行换流时将引起电源波形的畸变，如图7—3所示。 作为对策，当多台变频器或整流器共用同一电源时，可以采取在各个变频器或整流器的输入端分别插入交流电抗器的措施，从而达到减少电源电压波形畸变的目的(参照第5章中电抗器的使用部分)。 产生浪涌电压的原因可能是因为遭受雷击或者电源变压器的开闭。这是因为，如图7—4所示，当电源变压器原边进行开闭时，在变压器的副边也会产生浪涌电压。 为了减轻浪涌电压的影响，在变频器内部一般都设有如图7—5d所示的浪涌吸收器。但是，对于设置在室外的传送带等设备来说，由于存在遭到雷击的可能，必须将浪涌吸收电路接为Y—连接，并将中性点接地，以防止变频器出现对地电位过电压的现象。 在出现停电和瞬间停电等电源异常时，供电电源线上的过渡状态将会出现缺相，电压过低，不平衡电压等现象。为了防止变频器在这些情况下出现异常或故障，除了在进行变频器的设计时应采取各种必要的措施之外，在变频器的应用系统中也同样应该采取必要的措施。 在PWM方式的通用变频器中，由于通常控制电路的直流电压是由直流中间电路的电压源提供，即使在供电电源出现缺相和不平衡电压的情况时，控制电路将仍能正常工作，而只有当主电路的电压降至变频器电压不足的保护值时，变频器才停止工作。 而另一方面，对于采用了晶闸管整流电路的电流型或电压型变频器来说，由于整流电路的门极脉冲是通过与电网电源的线电压同步进行相位控制的，在出现缺相或电压不平衡时门极脉冲的相位可能有较大变化，造成过电流，并烧断保险丝和烧毁晶闸管。 因此，在这类变频器中，当整流电路工作在电力回馈区域并且检测到电压不足或缺相时，采取将门极脉冲移位的措施来抑制电流或者采用增加变频器输出频率的方式使其脱离电力回馈区域，以达到抑制整流电路电流增加的目的。 此外，在采用了变频器的交流拖动系统中利用变频器的瞬间停电恢复功能时，不但需要考虑变频器本身的动作，还必须考虑变频器与上位的PLC以及各种继电器等周边设备的配合，被驱动对象的动作情况等因素，所以在进行系统设计时必须格外小心，才能够保证系统在发生电源异常情况后仍然能够正常工作。