变频器电路分析二——新手入门篇（一）_变频器_电机

变频器电路剖析

方，望您示正，如果以为还行支持一下，给我一些煽惑！
　　变频器维修入门--电路剖析图新手适应篇

要想做好变频器维修，当然理解变频器根本知识是相称主要的，也是迫不及待的。
下面我们就来分享一下变频器维修根本知识。
大家看完后，如果有什么欠妥的地方，希望您向我提出示正，如果以为还行,支持一下，给我一些煽惑！
　　

变频器维修入门--电路剖析图

对付变频器修理，仅理解以上基本电路还是远远不足的，还须深刻理解以下紧张电路。
主回路紧张由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路等部分组成。
图2.1是它的构造图。

1）驱动电路 驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM旗子暗记，经光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）供应驱动旗子暗记。
对驱动电路的各种哀求，因换流器件的不同而异。
同时，一些开拓商开拓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取专用驱动模块。
但是，大部分的变频器采取驱动电路。
从修理的角度考虑，这里先容较范例的驱动电路。
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 当变频器涌现非常时，为了使变频器因非常造成的丢失减少到最小，乃至减少到零。
每个品牌的变频器都很重视保护功能，都费尽心机增加保护功能，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，做好文章。
这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和繁芜性。
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所示的电路是比较范例的过流检测保护电路。
由电流取样、旗子暗记隔离放大、旗子暗记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供应低压电源。
图2.5富士G11型开关电源电路组成的构造图。

直流高压P端加到高频脉冲变压器低级端，开关调度管串接脉冲变压器另一个低级端后，再接到直流高压N端。
开关管周期性地导通、截止，使低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，得到相应的直流输出电压。
它又对输出电压取样比较，去掌握脉冲调宽电路，以改变脉冲宽度的办法，使输出电压稳定。
4）主控板上的通信电路 当变频器由可编程（PLC）或上位打算机、人机界面等进行掌握时，必须通过通信接口相互通报旗子暗记。
图2.6是LG变频器的通讯接口电路。

频器通信时，常日采取两线制的RS485接口。
西门子变频器也是一样。
两线分别用于通报和吸收旗子暗记。
变频器在吸收到旗子暗记后通报旗子暗记之前，这两种旗子暗记都经由缓冲器A1701、75176B等集成电路，以担保良好的通信效果。
以是，变频器主控板上的通信接口电路紧张是指这部分电路，还有旗子暗记的抗滋扰电路。
5）外部掌握电路

变频器外部掌握电路紧张是指频率设定电压输入，频率设定电流输入、正转、反转、点动及停滞运行掌握，多档转速掌握。
频率设定电压（电流）输入旗子暗记通过变频器内的A/D转换电路进入CPU。
其他一些掌握通过变频器内输入电路的光耦隔离通报到CPU中。
变频器事情事理

变频器紧张由整流（互换变直流）、滤波、再次整流（直流变互换）、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（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写。
 2: CVCF  恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写 各国利用的互换供电电源，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。
常日，把电压和频率固定不变的互换电变换为电压或频率可变的互换电的装置称作“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互换电变换为直流电（DC）。
把直流电（DC）变换为互换电（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革的电压或频率的紧张装置叫“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。
利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。
  用于电机掌握的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。
但用于荧光灯的变频器紧张用于调节电源供电的频率。
汽车上利用的由电池（直流电）产生互换电的设备也以“inverter”的名称进行出售。
变频器的事情事理被广泛运用于各个领域。
例如打算机电源的供电，在该项运用中，变频器用于抑制反向电压、频率的颠簸及电源的瞬间断电。

1. 电机的旋转速率为什么能够自由地改变？

　　　　1: r/min 　　　　电机旋转速率单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.　　　　例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min]　　　　4极电机 50Hz 1500 [r/min]　　　　 　　　结论：电机的旋转速率同频率成比例

　　本文中所指的电机为感应式互换电机，在工业中所利用的大部分电机均为此类型电机。
感应式互换电机（往后简称为电机）的旋转速率近似地确决于电机的极数和频率。
由电机的事情事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），以是一样平常不适宜通过改变该值来调度电机的速率。

　　　　其余，频率能够在电机的表面调节后再供给电机，这样电机的旋转速率就可以被自由地掌握。
　　　　因此，以掌握频率为目的的变频器，是作为电机调速设备的优选设备。
　　　　n = 60f/p　　　　n: 同步速率　　　　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掌握方法

　　如果仅改变频率而不改变电压，频率降落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，电压却不可以连续增加，最高只能是即是电机的额定电压。

　　例如：为了使电机的旋转速率减半，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须要从400V改变到约200V　　 2. 当电机的旋转速率（频率）改变时，其输出转矩会若何？

　　　　1: 工频电源　　　　由电网供应的动力电源（商用电源）　　　　2: 启动电流　　　　当发电机开始运转时，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，而当利用变频器供电时，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。
而当利用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，以是电机起动电流和冲击要小些。
　　　　常日，电机产生的转矩要随频率的减小（速率降落）而减小。
减小的实际数据在所有的变频器手册中会给出解释。
　　　　通过利用磁通矢量掌握的变频器，将改进电机低速时转矩的不敷，乃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落

　　　　常日的电机是按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低落。
　　　　当电机以大于50Hz频率速率运行时，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敷。
　　　　举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降落到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=UeIe) 　　 4. 变频器50Hz以上的运用情形

　　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, 电机可以事情在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. 以是我们称之为恒功率调速.

　　　　这时的转矩情形若何呢?　　　　由于P=wT (w:角速率, T:转矩). 由于P不变, w增加了, 以是转矩会相应减小。
　　　　　　我们还可以再换一个角度来看:　　　　电机的定子电压 U = E + IR (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 = kfX, (k:常数, f: 频率, X:磁通), 以是当f由50-->60Hz时, X会相应减小 　　　　对付电机来说, T="K"IX, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会随着磁通X减小而减小.　　　　同时, 小于50Hz时, 由于IR很小, 以是U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也便是为什么常日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成分

　　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: 一样平常变频器所标的额定电流都因此最高载波频率, 最高环境温度下能担保持续输出的数值. 降落载波频率, 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：就象不会由于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.一样平常1000m以下可以不考虑. 以上每1000米降容5%就可以了.　　 6. 矢量掌握是若何改进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（紧张是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩丢失，从而改进电机的输出转矩。
　　　　　　$ 改进电机低速输出转矩不敷的技能　　　　利用"矢量掌握"，可以使电机在低速,如(无速率传感器时)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％）。
　　　　对付常规的V/F掌握，电机的电压降随着电机速率的降落而相对增加，这就导致由于励磁不敷，而使电机不能得到足够的旋转力。
为了补偿这个不敷，变频器中须要通过提高电压，来补偿电机速率降落而引起的电压降。
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。
然而纵然提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。
由于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）。
　　　　"矢量掌握"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。
　　　　"矢量掌握"可以通过对电机真个电压降的相应，进行优化补偿，在不增加电流的情形下，许可电机产出大的转矩。
此功能对改进电机低速时温升也有效。

7.变频器制动的情形: 1: 制动的观点: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(由速率和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。
当动能减为零时，该事物就处在停滞状态。
机器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花费掉。
对付变频器，如果输出频率降落，电机转速将跟随频率同样降落。
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花费。
在用于提升类负载,不才降时, 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"，而该方法可运用于变频器制动。
在减速期间，产生的功率如果不通过热花费的方法花费掉，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，这种运用须要"能量回馈单元"选件。
  若何提高制动能力？ 为了用散热来花费再生功率，须要在变频器侧安装制动电阻。
为了改进制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来办理问题。
请选用"制动电阻"、"制动单元"或"功率再生变换器"等选件来改进变频器的制动容量

8.关于冷却风扇

一样平常功率轻微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。
同时，也建议在掌握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掌握柜。
把稳掌握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，由于空气密度降落，因此应加大柜子的冷却风量以改进冷却效果。
理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。
但由于实际上由于设计上变频器的负载能力和散热能力一样平常比实际利用的要大， 以是也要看详细运用。
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：变频器的发热紧张来自于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。
有的厂祖传播宣传降落开关频率可以扩容， 便是这个道理。
变频器事情事理

变频器紧张由整流（互换变直流）、滤波、再次整流（直流变互换）、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（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写。
 2: CVCF  恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写 各国利用的互换供电电源，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。
常日，把电压和频率固定不变的互换电变换为电压或频率可变的互换电的装置称作“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互换电变换为直流电（DC）。
把直流电（DC）变换为互换电（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革的电压或频率的紧张装置叫“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。
利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。
  用于电机掌握的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。
但用于荧光灯的变频器紧张用于调节电源供电的频率。
汽车上利用的由电池（直流电）产生互换电的设备也以“inverter”的名称进行出售。
变频器的事情事理被广泛运用于各个领域。
例如打算机电源的供电，在该项运用中，变频器用于抑制反向电压、频率的颠簸及电源的瞬间断电。

1. 电机的旋转速率为什么能够自由地改变？

　　　　1: r/min 　　　　电机旋转速率单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.　　　　例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min]　　　　4极电机 50Hz 1500 [r/min]　　　　 　　　结论：电机的旋转速率同频率成比例

　　本文中所指的电机为感应式互换电机，在工业中所利用的大部分电机均为此类型电机。
感应式互换电机（往后简称为电机）的旋转速率近似地确决于电机的极数和频率。
由电机的事情事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），以是一样平常不适和通过改变该值来调度电机的速率。

　　　　其余，频率能够在电机的表面调节后再供给电机，这样电机的旋转速率就可以被自由的掌握。
　　　　因此，以掌握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: 同步速率　　　　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掌握方法

　　如果仅改变频率而不改变电压，频率降落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，电压却不可以连续增加，最高只能是即是电机的额定电压。

　　例如：为了使电机的旋转速率减半，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须要从400V改变到约200V　　 2. 当电机的旋转速率（频率）改变时，其输出转矩会若何？

　　　　1: 工频电源　　　　由电网供应的动力电源（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，而当利用变频器供电时，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。
而当利用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，以是电机起动电流和冲击要小些。
　　　　常日，电机产生的转矩要随频率的减小（速率降落）而减小。
减小的实际数据在有的变频器手册中会给出解释。
　　　　通过利用磁通矢量掌握的变频器，将改进电机低速时转矩的不敷，乃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落

　　　　常日的电机是按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低落。
　　　　当电机以大于50Hz频率速率运行时，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敷。
　　　　举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降落到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=UeIe) 　　 4. 变频器50Hz以上的运用情形

　　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, 电机可以事情在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. 以是我们称之为恒功率调速.

　　　　这时的转矩情形若何呢?　　　　由于P=wT (w:角速率, T:转矩). 由于P不变, w增加了, 以是转矩会相应减小。
　　　　　　我们还可以再换一个角度来看:　　　　电机的定子电压 U = E + IR (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 = kfX, (k:常数, f: 频率, X:磁通), 以是当f由50-->60Hz时, X会相应减小 　　　　对付电机来说, T="K"IX, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会随着磁通X减小而减小.　　　　同时, 小于50Hz时, 由于IR很小, 以是U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也便是为什么常日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成分

　　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: 一样平常变频器所标的额定电流都因此最高载波频率, 最高环境温度下能担保持续输出的数值. 降落载波频率, 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：就象不会由于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.一样平常1000m以下可以不考虑. 以上每1000米降容5%就可以了.　　 6. 矢量掌握是若何改进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（紧张是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩丢失，从而改进电机的输出转矩。
　　　　　　$ 改进电机低速输出转矩不敷的技能　　　　利用"矢量掌握"，可以使电机在低速,如(无速率传感器时)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％）。
　　　　对付常规的V/F掌握，电机的电压降随着电机速率的降落而相对增加，这就导致由于励磁不敷，而使电机不能得到足够的旋转力。
为了补偿这个不敷，变频器中须要通过提高电压，来补偿电机速率降落而引起的电压降。
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。
然而纵然提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。
由于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）。
　　　　"矢量掌握"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。
　　　　"矢量掌握"可以通过对电机真个电压降的相应，进行优化补偿，在不增加电流的情形下，许可电机产出大的转矩。
此功能对改进电机低速时温升也有效。

7.变频器制动的情形: 1: 制动的观点: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(由速率和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。
当动能减为零时，该事物就处在停滞状态。
机器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花费掉。
对付变频器，如果输出频率降落，电机转速将跟随频率同样降落。
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花费。
在用于提升类负载,不才降时, 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"，而该方法可运用于变频器制动。
在减速期间，产生的功率如果不通过热花费的方法花费掉，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，这种运用须要"能量回馈单元"选件。
  若何提高制动能力？ 为了用散热来花费再生功率，须要在变频器侧安装制动电阻。
为了改进制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来办理问题。
请选用"制动电阻"、"制动单元"或"功率再生变换器"等选件来改进变频器的制动容量

8.关于冷却风扇

一样平常功率轻微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。
同时，也建议在掌握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掌握柜。
把稳掌握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，由于空气密度降落，因此应加大柜子的冷却风量以改进冷却效果。
理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。
但由于实际上由于设计上变频器的负载能力和散热能力一样平常比实际利用的要大， 以是也要看详细运用。
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：变频器的发热紧张来自于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。
有的厂祖传播宣传降落开关频率可以扩容， 便是这个道理。