变频器详细教程资料

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1、变频器详细教程变频器详细教程第一章 变频器的选型、安装与测量1.1 变频器的选型1.2 变频器的安装1.3 变频器的内部主电路1.4 变频器的外接主电路1.5 改善功率因数的配件1.6 抗干扰的配件1.7 变频器的测量问题1 选择变频器时，应注意些什么？ v大体上说，有以下几个方面：1.变频器容量的选择 变频器说明书中，有“配用电动机容量”一栏，但并不能作为唯一依据。在许多场合，是需要另作考虑的，详见问题4。v2.变频器类型的选择 目前市场上的变频器，大致可分为三类：v（1）通用型变频器 通常指没有矢量控制功能的变频器，也称简易变频器；v（2）高性能变频器 通常指配备矢量控制功能配备矢量控制功

2、能的变频器；（3）专用变频器 专门针对某种类型的机械而设计的变频器，如水泵、风机用变频器、电梯专用变频器、起重机械专用变频器、张力控制专用变频器等。用户应根据生产机械的具体情况进行选择。3.性能价格比 这里所说的性能价格比，实际上有两个方面：v（1）功能与价格之间的评估 主要是在选择通用变频器或高性能变频器之间的评估；v（2）品质与价格之间的评估 例如，对于一些十分重要，不允许停机的场合，即使价格贵一些，也应选择品质较好，不容易发生故障的变频器。问题2 变频器有哪些额定数据？ v主要的额定数据有：1.输入侧数据输入侧数据（1）额定电压 我国中小容量变频器的额定电压多为交流交流380V，三相；v

3、（2）额定频率 我国为50Hz。v2.输出侧数据输出侧数据（1）额定输出电压 因为变频器的输出电压是随频率而变的变频器的输出电压是随频率而变的，所以，其额定输出电压只能规定为输出电压中的最大值。一般情况下，它总是和输入侧的额定电压相等的；v（2）额定输出电流额定输出电流 允许长时间通过的最大电流，是用户在选择变频器用户在选择变频器容量时的主要依据；容量时的主要依据；v（3）额定输出容量 由额定输出电压和额定输出电流的乘积决定。v（4）配用电动机容量 指在带动连续不变负载的情况下，能够配用的最大电动机容量。与额定输出容量之间的关系如下：vPN =SNMcosM （1-2）v式中 PN配用电动机容

4、量，kW；vM电动机的额定效率；vcosM电动机的额定功率因数。v（5）输出频率范围 即输出频率的最大调节范围，通常以最大输出频率和最小输出频率来表示。问题3 频率精度和分辨率有什么区别？v1.频率精度频率精度 指变频器输出频率的准确程度变频器输出频率的准确程度，即变频器的实际输出频率与给定频率之间的误差。通常用最高频率（由用户设定）的百分数来表示。v例如，频率精度为0.01%，用户设定的最高频率是50Hz。则：输出频率的误差f为：f=500.01%=0.005Hz假设给定频率为40Hz，则实际输出频率在39.99540.005Hz之间。v2.频率分辨率频率分辨率 指输出频率的最小调节量，即每

5、相邻两挡输出频率之间的最小差值。v例如，频率分辨率为0.01Hz，则当输出频率为45Hz时，有：v上一档的最小频率为45.01Hz；而下一挡的最大频率为44.99Hz。问题4 变频器中的配用电动机容量能否作为选择依据？v简单地把配用电动机容量作为选择变频器容量的依据是不恰当的。选用时，须注意以下情况：v1.注意对照变频器和电动机的额定电流 我国通用的我国通用的Y系列三相笼型异步系列三相笼型异步电动机电动机常用规格的额定电流与几种较为典型的变频器额定电流。p是磁极对数，2p是磁极个数。可以看出：v（1）在15kW挡，几种变频器的额定电流都小于8极电动机的额定电流；v（2）艾默生TD3000系列变

6、频器各挡的额定电流都小于8极电动机的额定电流，个别挡（如18.5kW和55kW挡）也小于6极电动机的额定电流。v（3）瓦萨VACON-CX系列变频器37kW以上各挡的额定电流也都小于8极电动机的额定电流。v上述情况说明，在决定变频器的容量时，不能盲目地按变频器说明书中的配用电动机容量来选择，而必须认真对照变频器和电动机的额定数据，以及对负载的轻重进行估计后再行选择。v2.注意测量电动机的最大运行电流 生产机械在决定电动机容量时，是生产机械在决定电动机容量时，是根据电动机的发热情况来进行选择的根据电动机的发热情况来进行选择的。就是说，只要电动机的温升不超过额定温升，短时间的过载是允许的。但变频器

7、的过载能力却很弱。v所以，对于一些负载经常变化的负载，应注意测量电动机的最大运行电流。在选择变频器的容量时，变频器的额定电流必须大于电动机的变频器的额定电流必须大于电动机的最大运行电流。最大运行电流。问题5 在哪些情况下，可以按说明书中的配用电动机容量来选择变频器？v大体上说，在下列情况下，变频器的容量可以按说明书中的配用电动机容量来选择。即，配用电动机容量与实际电动机的容量相同。v1.连续不变负载连续不变负载 即负载是连续运行的，并且在运行过程中，其工作电流基本不变。v2.电动机的裕量较大电动机的裕量较大 即虽然负载是变动的，但由于电动机的裕量较大，负载的最大电流不超过变频器的额定电流。v3

8、.电动机的冲击电流时间甚短者电动机的冲击电流时间甚短者 负载的惯性不大，偶而产生冲击电流，但维持时间不超过1min者。问题6 在哪些情况下，有必要考虑加大变频器的容量？v这里所说的“加大变频器容量”，是相对于变频器的配用电动机容量等于实际电动机容量而言的。大体上说，可归纳如下：v1.变频器的额定电流偏低者 如上述，部分变频器的额定电流小于同容量电动机的额定电流时，应根据电动机的负载情况考虑选择大一挡的变频器。v2.电动机可能短时间过载者 因为电动机所谓的“短时间”，是相对于发热时间常数而言的。少则几分钟，多则几十分钟。而变频器的过载能力，通常是150min，1min。与电动机相比，等于没有过载

9、能力。所以，如果电动机可能在短时间内过载运行的话，变频器的容量应加大。v3.对加、减速时间有特殊要求者 电动机加速时间的长短是一个与惯性大小有关的相对概念。例如，加速时间为5s，相对于惯性较大（GD2大）的负载来说，可能太短；但相对于惯性较小（GD2小）的负载来说，又可能太长。v一般说来，对于需要在重载情况下起动和停机的负载，在下列情况下，需要在重载情况下起动和停机的负载，在下列情况下，应考虑加大变频器的容量：应考虑加大变频器的容量：v（1）要求能够快速起动和停机者；）要求能够快速起动和停机者；（2）点动比较频繁者。）点动比较频繁者。v4.有冲击负载者 例如，电动机与负载之间是通过离合器相结合

10、的，通常是在电动机已经旋转起来状态下，由于离合器的结合，使负载也旋转起来。显然，在离合器刚结合的瞬间，电动机的转速将下降，转差增大，电流也增大，可能导致过电流保护动作。针对这种情况，应加大变频器的容量。问题7 电动机为132kW，实际使用功率约为50kW，能否配用较小的变频器？ v原则上是可以的，但应注意以下问题： 图1-2 接入输出电抗器v1.选择原则 应根据电动机的最大运行电流来选择应根据电动机的最大运行电流来选择，并适当留有余量。2.注意限制起动电流容量大的电动机，每相绕组的匝数较少，电感量较小。故电流的脉动幅度和起动瞬间的冲击电流较大，起动过程中的电流的脉动幅度和起动瞬间的冲击电流较大

11、，起动过程中的加速电流也较大加速电流也较大。因此，有必要采取如下对策：v（1）在变频器和电动机之间接入输出电抗器在变频器和电动机之间接入输出电抗器，如图1-2中之LO所示，LO主要是对冲击电流起缓冲作用，以保护变频器。主要是对冲击电流起缓冲作用，以保护变频器。v（2）起动时的Uf比应预置得小一些。（3）加速时间和减速时间应预置得长一些，如果设备要求快速起动和停机，则变频器的容量不宜选得太小。问题8 负载的最大工作频率为40Hz，能否选用容量较小的变频器？ v这要根据负载特点来决定：v1.恒功率负载 因为在转速下降时，负载功率并不减小，所以变频器的容量不能减小。v2.恒转矩负载 转速下降时，负载

12、的转矩不变，则电动机的工作电流并不减小，故变频器的容量也不能减小。v3.二次方律负载 转速下降时，负载转矩减小，电动机的工作电流也减小，变频器的容量可以考虑减小，但应注意采用问题7中的几项对策。问题9 变频调速时电动机的容量需要比直流电动机加大一挡吗？v一般情况下，是不需要加大的。有时甚至还可以适当减小电动机的容量，如龙门刨床的刨台电动机。但在下列情况下，应注意考虑：1.需要加大电动机容量者 由于通常异步电动机是依靠内部的扇叶来散热的，低速运行时，散热条件变差，不宜长时间运行。所以，如果原来的直流电动机是在较低转速下长时间运行的话，改用变频调速时，在无特殊散热措施的情况下，应考虑加大电动机的容

13、量。v2.需要加大变频器容量者 直流电动机的调压调速装置的过载能力较强，短时间的过载运行是允许的，但变频器则不允许。所以，如果原来的直流电动机在运行过程中有短时间过载现象的话，应考虑加大变频器的容量。问题10 潜水泵在选用变频器时，应注意些什么？v1.潜水泵的运行特点 因为在水底运行时，容易进入杂物。所以：v（1）考虑到进入杂物后，电动机的负载将加重。所以，潜水泵电动机具潜水泵电动机具有较强的过载能力；有较强的过载能力；v（2）在杂物刚进入潜水泵时，有可能产生较大的冲击电流。v2.主要对策（1）加大变频器的容量；（2）在变频器和电动机之间串入一个电抗器。 问题11 一台变频器带动多台电动机时怎

14、样选择变频器容量？v还是按最大电流原则进行选择。根据运行情况的不同，有以下两种情形：v1.多台电动机同时起动和运行 只需按变频器的额定电流大于多台电动机额定电流之和：vIN 1.051.1IMN （1-3）式中IMN同时运行电动机的额定电流之和，A。v2.多台电动机分别起动 必须考虑后起动电动机的直接起动电流：vIN （1.051.1IMN+K1+IST）/K2（1-4）式中 IST电动机的起动电流（为额定电流的57倍），A；vIST同时起动电动机的总起动电流，A；vK1安全系数。v如后起动电动机都从停止状态起动时，K1=1.2；如后起动的电动机有可能从自由制动状态下重新起动时，K1=1.52

15、；vK2变频器的过载能力，K2=1.5。问题12 变频器的几种控制方式有哪些主要特点？ v主要特点见表1-3。v表1-3 变频器几种控制方式的比较 vV/F 无反馈矢量无反馈矢量 有反馈矢量有反馈矢量v VF控制方式 无反馈矢量 有反馈矢量v调速范围 110120 120180 1100以上最低运行频率Hz 3 1（部分为5Hz） 0.1以下最高运行频率Hz 80 100 100v最小加减速时间s 0.2 0.1 数十msv转矩控制 不能 部分可能 可能v额定负载时的转速变化率（%） 35 0.51 0.050.5v注：上述指标因变频器的类别和电动机的特性而异，故表中数据仅供参考。问题13 变

16、频器对周围环境有些什么要求？ v变频器是一台全晶体管设备，所以，对周围环境的要求和其他晶体管设备大致相同。v1环境温度 -1040时，测试环境温度的点应在距变频器约5cm处，如图1-3所示。在环境温度大于在环境温度大于40的情况下，每增加的情况下，每增加5，其运行功率，其运行功率应下降应下降30%。v2环境湿度 相对湿度应不超过90%，无结露现象无结露现象。图1-3 环境温度的测试点v3.其他条件 在变频器安装的位置应无直射阳光、无腐蚀性气体及易燃气体、尘埃少、海拔低于1000m等。图1-4 电解电容器的寿命问题14 变频器长期不用会发生什么问题？ v长期不用可能发生的问题大致如下：v1.高压

17、滤波电容器高压滤波电容器 如长期不用，可能发生电容器盖“鼓包”，甚至内部的电解液溢出等现象；v2.低压电解电容器低压电解电容器 也可能发生电解液溢出，甚至使印制电路板受到腐蚀；v3.冷却风机冷却风机 如长期不用，轴承的润滑油可能干涸，将影响其使用寿命。v所以，对于长期不用的变频器，每隔半年或一年，应通电运行（空转）一天。问题15 电解电容器的寿命有多长？ v电解电容器的使用寿命与环境温度有关，据日本安川公司提供的资料，电解电容器的寿命与环境温度之间的关系如图1-4所示。v由图知，如果周围温度在如果周围温度在30以下，电解电容器的使用寿命可长达以下，电解电容器的使用寿命可长达10年年以上；而当周

18、围温度为以上；而当周围温度为50时，使用寿命只有时，使用寿命只有2.5年。年。问题16 安装变频器时应注意哪些问题？ v和任何设备一样，变频器在运行过程中也一定会有功率损耗，并转换成热能，使自身的温度升高。粗略地说，每每kVA的变频器容量，其损耗功的变频器容量，其损耗功率约为率约为4050W。因此，安装变频器时必须考虑的最主要问题便是如何把变频器所产生的热量充分地散发出去。v壁挂式安装的散热处理 由于变频器本身具有较好的外壳，故一般情况下，允许直接靠墙安装，称为壁挂式。图1-5 单台安装a）挂壁式 b）柜式外冷 c）柜式内冷v为了保证良好的通风，所有变频器都必须垂直安装，所有变频器都必须垂直安

19、装，且变频器与周围阻挡物之间的距离应符合如图1-5a所示的要求。即：两侧：100mm；上下方：150mm。为了防止异物掉在变频器的出风口而阻塞风道，最好在变频器出风口的上方加装保护网罩。v2.单台柜式安装的散热处理 当周围的尘埃较多，或和变频器配用的其他控制电器较多，需要和变频器安装在一起时，可采用柜式安装。如周围环境比较洁净、尘埃较少时，应尽量采用柜外冷却方式，如图1-5b所示；v如必须采用柜内冷却方式时，则应在柜顶加装抽风式冷却风扇。冷却风扇的位置应尽量在变频器的正上方，如图1-5c所示。v3.多台柜式安装的散热处理 当一个控制柜内装有两台或两台以上变频器时，应尽量并排安装（横向排列），如

20、图1-6a所示。v如必须采用纵向方式排列时，则应在两台变频器之间加一隔板，以避免下面变频器排出的热风进入到上面的变频器中去，如图1-6b所示。v户外安装的散热处理 一般说来，变频调速控制柜应安装在室内。如必须安装在户外（例如油田的抽油机用变频器）时，则控制柜必须采用双层结构方式，如图1-7所示。图1-6 两台变频器的柜式安装横向排列 b）纵向排列图1-7 户外控制柜所用控制柜必须既能防止太阳的直接照射，又能防止雨水的浸入。如有可能，在隔层之间，最好能采用强制风冷方式。除此以外，户外安装时，还必须注意当地的冬季最低温度。如果低于10的话，应在柜内安装加热装置。并且，应能进行温度的自动控制。问题1

21、7 变频器壁挂式安装和柜式安装哪个好？ v一般说来，壁挂式安装的主要优点是散热较好，但对周围环境的要求较高。v另一方面，变频器往往还有许多外围器件，如空气断路器、接触器、快速熔断器、电抗器、滤波器等等。v因此，在周围环境比较洁净，进出人员较少的场合，如水泵房、中央空在周围环境比较洁净，进出人员较少的场合，如水泵房、中央空调的控制室等处，在外围器件不多的情况下，可以考虑采用壁挂式安装。调的控制室等处，在外围器件不多的情况下，可以考虑采用壁挂式安装。v反之，对于周围环境不很洁净，来往人员较多，外围器件也较多的场合，反之，对于周围环境不很洁净，来往人员较多，外围器件也较多的场合，最好采用柜式安装。最

22、好采用柜式安装。问题18 在温度较高的控制室内是否一定要装空调？ v有条件的话，安装空调无疑是最好的解决办法。如无条件，则在夏季气温较高时，应将控制柜门打开，并用风扇对着变频器鼓风，也可以起到较好的散热效果。 问题19 在灰尘较多的场合使用变频器时，怎么办？ v最好单独砌一个控制室，并保持室内的通风和洁净。如无条件，则应加强控制柜内的通风，在进风口加过滤网，并经常注意进风口和出风口的除尘。问题20 交-直-交是什么意思？ v中、小容量的低压变频器基本上都采用“交-直-交”变频方式，其主电路的框图如图1-8所示。v变频器在R、S、T端输入频率固定的三相交流电，首先经全波整流电路整流成直流电。然后

23、又经逆变电路“逆变”成频率和电压任意可调的三相频率和电压任意可调的三相交流电，从交流电，从U、V、W端输出，作为三相异步电动机的变频电源。端输出，作为三相异步电动机的变频电源。v可见，在变频器的输入和输出之间，经历了“交流-直流-交流”的过程，故称为“交-直-交”变频。问题21 电压型和电流型变频器的主要特点是什么？ v变频器根据直流电路中滤波方式的不同，分为电压型和电流型两种。v1.电压型电压型 直流电路采用电容器滤波直流电路采用电容器滤波。在波峰（电压较高）时，由电容器储存电场能，在波谷（电压较低）时，电容器将释放电场能来进行补充，从而使直流电压保持平稳。直流电路是一个电压源，故称为电压型

24、，如图1-9a所示。v2.电流型电流型 直流电路采用电抗器滤波直流电路采用电抗器滤波。在波峰（电流较大）时，由电抗器储存磁场能，在波谷（电流较小）时，电抗器将释放磁场能来进行补充，从而使直流电流保持平稳。直流电路是一个电流源，故称为电流型，如图1-9b）所示。 图1-9 电压型和电流型变频器问题22 变频器的内部主电路是怎样构成的？v基本结构 “交-直-交”变频器的基本电路由整流和逆变两大部分组成，如图1-10所示。图1-10 “交-直-交”的主电路 v2.整流和滤波整流和滤波 从从R、S、T端输入频率固定的三相交变电源端输入频率固定的三相交变电源，经三相整流桥（由二极管VD1VD6构成）全波

25、整流成直流电，电压为UD。电容器CF1和CF2为滤波电容器，减小直流回路的电压纹波。v3.逆变 6个IGBT管（绝缘栅晶体管）V1V6构成三相逆变桥，把直流电“逆变”成频率和电压任意可调的三相交流电频率和电压任意可调的三相交流电。问题23 和滤波电容器并联的电阻起什么作用？ v迄今为止，电解电容器的耐压只能做到迄今为止，电解电容器的耐压只能做到450V。而三相380V的电源电压经全波整流后，直流电压的峰值为537V，平均值也有513V。因此，滤滤波电容器只能由两个（或两组）电解电容器串联而成。为了增大电容量，波电容器只能由两个（或两组）电解电容器串联而成。为了增大电容量，改善滤波效果，变频器内

26、总是先将若干个电解电容器并联成一组，然后改善滤波效果，变频器内总是先将若干个电解电容器并联成一组，然后再将两组电容器（再将两组电容器（CF1和和CF2）串联起来）串联起来，如图1-11所示。但由于每个电容器的电容量不可能绝对相同，尤其是电解电容器，其电容量的离散性较大，若干个并联以后，两组电容器的电容量之间的差异是比较明显的。串联以后，两个电容器组上的电压分配必将是不均衡的。这将导致两组电容器寿命的不一致。图1-11 变频器的滤波电路v解决电压不均衡的方法便是在两个电容器组的两端分别并联电阻值相解决电压不均衡的方法便是在两个电容器组的两端分别并联电阻值相等的等的均压电阻均压电阻RC1和和RC2

27、，如图1-11所示。均压的原理如下：v假设： CF1UD2v这将导致： IC2IC1v就是说，CF2上的充电电流较大，从而使UD2有所提高，使UD1和UD2趋于均衡。v以上各式中：CF1、CF2分别是两个电容器组的电容量，F；UD1、UD2分别是两个电容器组两端的电压，V；IC1、IC2分别是两个电容器组的充电电流，A。由于电阻的阻值容易做得比较准确，从而保证了均压效果。问题24 均压电阻烧坏的原因是什么？ v均压电阻烧坏的原因大多是由于滤波电容器组中，有个别电容器变质所致，说明如下：v如图1-12所示，假设C1电容器组中有一个电容器已经损坏，则C1电容器组的电容量C1必小于C2电容器组的电容

28、量C2：C1 UC2图1-12 均压电阻的损坏原因v结果是导致均压电阻RC1和RC2中的电流不相等：vIR1 IR2v如果RC1和RC2容量的裕量不够大，或者电容器组C1中损坏的电容器较多的话，RC1极易首先烧坏。因为电阻烧坏时，电阻值常常锐减，另一个均压电阻也随之烧坏。问题25 整流桥和滤波电容器之间为什么要接一个电阻和接触器（或晶闸管）？v1.接通电源时存在的问题 当变频器刚接通电源（接触器KM1动作）时，滤波电容器上的电压为0V。而电源电压为380V，振幅值为537V，且为了提高滤波效果，滤波电容器的电容量又很大。所以，在刚接通电源的瞬间，必将：v（1）产生很大的冲击电流，有可能损坏整流

29、二极管；（2）使电源电压瞬间下降为0V，形成了对网络的干扰，如图1-13a所示。v2.解决办法 在三相整流桥和滤波电容器之间，接入限流电阻RL，将滤波电容器的充电电流限制在一个允许范围内。但RL如长期接在电路内，将影响直流电压和变频器输出电压的大小。因此，当滤波电容器已经充电完毕后，由接触器KM2将电阻RL短接，如图1-13b所示。图1-13 限流电阻的作用a）无限流电阻时 b）有限流电阻时问题26 限流电阻烧坏了怎么配？v1限流电阻的阻值 原则上可根据变频器的额定电流来选择。例如，变频器的额定电流为10A，则限流电阻的阻值应为：RL537/10=53.7v实际上常并不计算，常见的有：容量较小

30、者：取容量较小者：取 RL=50100；容量；容量较大者：取较大者：取 RL=1040。图1-14 限流电阻中的充电电流v2限流电阻的容量 限流电阻中的充电电流是衰减得很快的，如图1-14所示。并且，很快被开关器件所短路，通电的时间很短。因此，限流电阻的容量不必太大。通常，取：PRL50100W即已足够。电阻值大者取小值；电阻值小者取大值。问题27 直流回路的电源指示为什么不装在面板上？v变频器的电源指示由显示屏进行显示，直流回路的电源指示如图1-15所示，其作用并不在于显示变频器是否通电，而是指示滤波电容器上是否有电。 图1-15 直流回路的电源指示 v当变频器切断电源后，由于逆变桥已经停止

31、工作，滤波电容器的放电过程将十分缓慢。因此，当维修人员打开变频器的盖子后，滤波电容器上往往还有较高的直流电压，有可能影响维修人员的人身安全。v所以，直流回路电源指示的作用是，向维修人员警示：滤波电容器尚未放电完毕，不能触摸带电部分。问题28 每个逆变管旁边，为什么都要反并联二极管？v逆变桥中，每个逆变管旁边，都要反并联一个二极管，如图1-16a中之VD7VD12所示。它们的作用如下：v异步电动机的定子电路是感性电路，其电流的变化将滞后于电压，如图1-16c所示。图中：0t1段：电流i与电压u的方向相反，是绕组的自感电动势（即反电动势）克服电源电压在作功（磁场作功）。这时的电流将通过反并联二极管

32、流向直流回路；t1t2：电流i与电压u的方向相同，是电源电压克服绕组的自感电动势在作功（电源作功）。这时的电流是从直流电源通过逆变管流向电动机的。图1-16 逆变桥的反并联二极管及其作用a）逆变桥 b）电流路径 c）电流波形 v如果没有反并联二极管，则因为逆变管只能单方向导通，绕组的磁场无法与电源（变频器中为直流电路）交换能量，电路的工作将发生畸变。 问题29 变频器的主电路有哪些接线端子？ v主电路接线端子的排列大致如图1-17a所示。说明如下：（1）R、S、T为变频器的输入端子，接至电源；（2）U、V、W为变频器的输出端子，接至电动机；（3）P、N为滤波后直流电路的+、-端子；（4）P+为

33、整流桥输出的+端，出厂时P+端与P端之间用一铜片短接。在需要接入直流电抗器DL时，拆去铜片，将DL接在P+和P之间。v（5）PE为接地端。v图1-17b）所示，是接入直流电抗器和制动单元、制动电阻的情形。图1-17 主电路的端子安排a）主电路的接线端子 b）与原理图的对照问题30 为什么变频器的输入和输出端绝对不允许接反？v变频器的输入端和输出端之间是绝对不允许接错的变频器的输入端和输出端之间是绝对不允许接错的。万一将电源进线错误地接到了变频器的输出（U、V、W）端，则不管哪个逆变管导通，都将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏。图1-18 电源接错的后果v如图1-18所示，假设在某一瞬间，电源

34、的R端为“+”，而S端为“-”，则在逆变管V3导通的瞬间，电流将经VD1和V3而短路。V3将立即烧坏。由于六个逆变管以极高的频率（载波频率）不断地交替导通着，而变频器从跳闸到切断电源是需要时间的。所以，六个逆变管将很快地全部损坏。问题31 变频器各部分电流之间的关系怎样？ v图1-19是变频调速系统的示意图。由图可知： 图1-19 变频器各部分的电流v1.各部分的功率v（1）变频器的输入功率PS = 1.732ui （1-5）式中 PS变频器的输入功率， W；vu电源线电压，V；vi电源线电流，A；v输入电路功率因数，其含义详见45问。（2）直流回路功率PD =UI （1-6）式中 PD直流回

35、路的功率， W；vU直流回路电压，V；vI直流回路电流，A。v（3）变频器的输出功率变频器的输出功率 也是电动机的输入功率也是电动机的输入功率，计算如下：vPM1 =1.732UMIMcos1 （1-7）v式中 PM1变频器的输出功率， W；vUM变频器的输出线电压，也是电动机的输入线电压，V；IM变频器的输出线电流，也是电动机的输入线电流，A；cos1电动机定子侧的功率因数。（4）电动机轴上的输出功率vPM2 =TMnM/ 9550v式中 PM2电动机轴上的输出功率，kW；vTM电动机的转矩，Nm；vnM电动机的转速，r/min。v2.频率下降后各部分的功率（1）电动机的输出功率 电动机是用

36、来拖动负载旋转的。在等速运行的情况下，电动机的转矩必与负载转矩相平衡：vTMTLv式中 TL负载的阻转矩（包括损耗转矩），Nm。假设：负载是恒转矩的，即负载阻转矩的大小与转速大小无关：TL=const则，由式（1-8）知：当电动机的转速因频率下降而下降时，电动机的输出功当电动机的转速因频率下降而下降时，电动机的输出功率也必下降：率也必下降：vPM2=TMnM（）/9550v（2）其他各部分的功率 根据能量守恒的原理，在各部分的功率损失忽略不计的情况下，有：PSPDPM1PM2 （1-9）v式（1-9）是分析各部分电流大小的理论基础。当频率下降时：vPM2PM1PDPSv3.频率下降后各部分电流

37、（1）电动机的电流（即变频器的输出电流） 异步电动机转矩的大小异步电动机转矩的大小与转子电流和磁通的乘积成正比：与转子电流和磁通的乘积成正比：vTM =KTI2cos2 （1-10）式中 KT比例常数；vI2转子电流的折算值，A；vcos2转子侧的功率因数。当负载转矩不变时，电动机的转矩及转子电流也都不变，从而：变频器的输出电流（即电动机的定子电流）基本不变：vIMconstv在这里，PM1的下降是因为变频器的输出电压UM是随频率而下降的结果：vPM1 =1.732UM（）IMcos1（2）直流电流 在直流回路里，电压UD是不变的，但功率PD减小了，所以，频率下降时，电流频率下降时，电流ID将

38、减小：将减小：vID =PD（）UDv（3）输入电流 变频器输入侧的电源电压US也是不变的，但输入功率PS减小了，所以，频率下降时，电流IS也将减小：IS =PS（）/1.732UScos1v4.归纳（1）变频器的输出电流（电动机电流）IM决定于负载转矩。在负载转矩不变的前提下，IM的大小与频率无关；v（2）直流回路的电流将随频率的下降而减小；）直流回路的电流将随频率的下降而减小；（3）变频器的输入电流也将随频率的下降而减小。）变频器的输入电流也将随频率的下降而减小。问题32 在变频器内进行电流采样时，应采样输出电流还是输入电流或直流电流？ v根据采样的目的而不同，说明如下：1.用于测定电动机

39、工况如上述，变频器内，进线电流和直流电流的大小都和频率有关。因此，应采样输出电流。v2.用于进行变频器的过电流保护因为过电流的原因是包括整流电路和滤波电路击穿故障的，所以，应采样输入电流。问题33 变频器的三相输入电流不平衡是正常现象吗？ v变频器在轻载时，三相输入电流容易不平衡，这是正常的。变频器在轻载时，三相输入电流容易不平衡，这是正常的。变频器输入的三相电压经全波整流后的电压波形如图1-20a所示。图1-20 变频器的输入侧a）全波整流后的电压波形 b）第1个波的输入电流 c）第2个波的输入电流v轻载时，由于滤波电容器的放电电流较小，故电容器上的电压波形比较平缓。负载较重时，放电电流较大

40、，电压波形的起伏也较大。故电故电压波形的变化规律和负载电流的大小有关，压波形的变化规律和负载电流的大小有关，和输入电压并不完全一致。v直流电压和输入电压变化规律的不一致，使每相电压在每半个周期中充电电流的波形不相同，如图b和图c所示。故各相充电电流的有效值也不相等。v通常，当三相输入电流不平衡时，哪相电流大，哪相电流小，是并不固定的。v反之，如果某相电流一直偏大，某相一直偏小，则需要检查，是否有发生故障的地方。问题34 多个逆变电路共直流母线时，如何选择各连接线路中的接触器和熔断器？v当同一台机器中有多台变频器时，最好采用共直流母线的方案，如图1-21所示。图1-21 多个逆变器共母线v在这种

41、情况下，首先须根据电动机的额定功率求出直流电流。v PDN=PMNv IDN=PDN/UDD=PMN/UDD（1-11）式中 PDN当电动机工作在额定状态下的直流电路功率，kW；vPMN电动机的额定功率，kW；vIDN在额定状态下，由公共直流母线流入逆变电路的电流，A；UDD直流母线的电压，V。v各连接线路中接触器和熔断器的电流只需大于或等于额定电流IDN即可：vIQNIDNv式中 IQN空气断路器和熔断器的额定电流，A。问题35 将多个变频器的直流电路并联在一起时，如何选择各连接线路中的接触器和熔断器？v1.整流电路的外特性 整流滤波电路相当于直流电源。当负载电流等于0A时，滤波电容器上的电

42、压等于电源电压的峰值，如电源电压为380V，则峰值等于537V；而当负载电流等于额定值时，滤波电容器上的电压将下降为平均值，当电源电压等于380V时，其平均值等于513V。图1-22 整流电路的外特性v所以，整流滤波电路的外特性如图1-22b所示。v2.多台变频器的直流电路并联 多台变频器的直流电路并联相当于多个直流电源并联供电，如图1-23a所示。在这种情况下，各直流电源提供的电流大小将按照各自的外特性进行分配，根据电动机的运行状态，主要有以下两种情形：图1-23 多台变频器直流电路的并联a)电路接法 b)电动状态时电流分配 c)发电状态时电流分配v（1）电动机为电动状态 这时是变频器自身的

43、整流电路和直流母线共同向电动机供电。两个直流电源的外特性如图b所示。图中，曲线是变频器自身整流电路的外特性；曲线是图1-22 整流电路的外特性直流母线的外特性。在多数情况下，直流母线提供的电流IDD大于变频器自身整流电路提供的电流ID1，两者之和等于电动机的电流：vIM1 =ID1+IDD （1-12）v这种情况下，在决定空气断路器和熔断器的额定电流时，可考虑作适当修正：vIQNKDIDN （1-13）式中 KD修正系数，KD1。v（2）电动机为发电状态 这时，是变频器自身的整流电路和电动机发出的电能经与逆变管反并联的整流电路共同向直流母线供电，并通过直流母线向其他电动机供电。两个直流电源的外

44、特性如图c所示。图中，曲线是变频器自身整流电路的外特性，曲线是发电整流电路的外特性。两个整流电路提供的电流分别是ID2和IM2，而流向直流母线的电流IDD是两者之和：vIDD =ID1+IM1 （1-14）v这种情况下，空气断路器和熔断器的额定电流仍可按式（1-13）进行选择，但对于工作在电动机状态的变频调速系统，系数KD1；而对于工作在发电机状态的变频调速系统，如果只有一台电动机在发电，而多台电动机处于电动状态，则应考虑系数KD1。问题36 空气断路器的作用是什么？怎样选择？v1.空气断路器的作用（1）隔离作用 当变频器长时间不用，或需要进行维修时，可通过空气断路器的切断，使变频器与电源隔离

45、；v（2）保护作用 空气断路器具有过电流和欠电压等保护功能，可以对变频器的主电路起一定的保护作用。v2.选择时必须考虑的因素 因为空气断路器具有过电流保护功能，为了避免变频器接通电源时引起空气断路器的误动作，在进行选择时，必须考虑以下因素（图1-24）：图1-24 接通电源时影响断路器误动作的因素a）各种因素示意图 b）变频器的外接主电路v（1）变频器在刚接通电源的瞬间，对于小容量变频器来说，电容器的充电电流可高达额定电流的（23）倍；v（2）变频器的进线电流是脉冲电流，高次谐波成分极多。当基波电流达到额定值时，实际电流的有效值要比额定电流大得多；v（3）变频器本身具有一定的过载能力，通常为1

46、50%，1min。v2.选择方法 为了避免误动作，断路器的额定电流IQN应选：vIQN（1.31.4）IN （1-15）问题37 变频器前面一定要加接触器吗？怎样选择？v1.输入侧接触器的作用 一般说来，在断路器和变频器之间，应该有接触器。其主要作用如图1-25所示：图1-25 输入接触器的作用v（1）控制方便 可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；v（2）发生故障时可自动切断变频器电源 这包括两个方面：v1）变频器自身发生故障，报警输出端子动作（图中之B-C端之间断开）时，可使接触器KM迅速断电，从而使变频器立即脱离电源；v2）当控制系统中有其他故障信号（如图中之AL触点断开）时，也可

47、迅速切断变频器电源。v2.选择要点 因为接触器本身没有保护功能，不存在误动作问题。选择时，只需其主触点的额定电流IKM不小于变频器的额定电流就IN可以了：vIKMIN问题38 变频器前端是否需要加快速熔断器？ v就保护功能而言，快速熔断器的作用和断路器类似。一般说来，可以接熔断器，也可以不接。但也有的认为，快速熔断器的保护动作比断路器快，所以应该接。如接入，其选择方法与断路器相同。问题39 变频器与电动机之间要不要接输出接触器？v1.一台变频器控制一台电动机且不需要切换 当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。主要原因是：v如果接入了输出接

48、触器，则有可能在变频器的输出频率较高的情况下起动电动机，产生较大的起动电流，导致变频器跳闸。图1-26 必须接输出接触器的场合a)一台变频器接多台电动机 b)变频和工频切换v2.必须接输出接触器的场合 必须接输出接触器的情况有两种，如图1-26所示。v（1）一台变频器接多台电动机 这时，每台电动机必须有单独控制的接触器v（2）变频和工频需要切换 这种情况下，当电动机接至工频电源时，必须切断和变频器之间的联系。因此，电动机和变频器之间的接触器是必须接的。问题40 变频器与电动机之间是否需要加热继电器？v和输出接触器类似，当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，由于变频器本身具有

49、热保护功能，所以没有必要接热继电器；v当一台变频器接多台电动机时，由于每台电动机的容量比变频器小得多，变频器不可能对每台电动机进行热保护。则每台电动机只能分别由各自的热继电器进行保护；v当电动机需要在变频和工频之间进行切换控制的情况下，因为在工频运行时，变频器不可能对电动机进行热保护，故热继电器是必需的。问题41 热继电器在变频器输出电路内容易误动作，何故？v变频器的输出电流尽管已经和正弦波十分地接近了，但它毕竟还有和载波频率相同的高次谐波成分。因此，在电动机的输出功率相同的情况下，其每相电流的有效值大于工频运行时的相电流。这就是当电动机在额定状态下运行时，热继电器容易误动作的原因。解决的方法

50、有：v1.加大热继电器的挡次 一般说来，热继电器的动作电流应增加10%左右。v2.接入旁路电容 在热继电器的发热元件旁边，并联一个旁路电容器，使高次谐波电流不流经热继电器的发热元件。问题42 为什么变频器的输出线有时需要加粗？v因为变频器的输出电压是和输出频率一起变化的（详见后述），当输出频率很低时，输出电压也很低。因此，低频运行时线路上的电压降所占的比例将增大，使电动机实际得到的电压减小，严重时将不能正常运行。所以，当电动机和变频器之间的距离较远的情况下，应考虑适当加粗变频器的输出线。一般要求，线路电压降：vU2%3%UPHN （1-16）式中U线路电压降，V；UPHN变频器的额定相电压，V

51、。问题43 变频器与电动机之间的距离最多允许多长？v由于变频器的输出电压是高压脉冲系列，其频率等于载波频率，峰值等于直流回路电压（513V），当变频器和电动机之间的连接线很长时，导线的分布电感和线间分布电容的作用将不可忽视。当电动机和变频器之间的距离较远时，线间的分布电容和电动机的漏磁电感之间有可能因接近于谐振点而导致电动机的输入电压偏高，从而使电动机容易损坏，或运行时发生振动。v由于不同变频器内部的处理方法不同（例如当上下两管交替导通时死区时间的设置等），规定距离也各不相同。不同变频器对电动机距离的有不同的规定，详见说明书。问题44 电动机和变频器之间的距离较远时应采取哪些措施？v当电动机和

52、变频器之间的距离较远时，为了避免电动机的不正常运行，可以采取在变频器的输出侧接入输出电抗器的方法，如图1-28所示。图1-28 接入输出电抗器v如电动机的容量较小，与变频器的距离又并不很远时，则将变频器的三根输出线按同方向一起绕制在高频磁心上就可以了。问题45 采用了变频器后功率因数究竟是高还是低？ v变频器输入侧的功率因数是较低的，但并不是由于cos的原因。说明如下：v变频器输入电流波形 如前述，“交-直-交、电压型”变频器的输入侧是整流和滤波电路。显然，只有当电源线电压的瞬时值uL大于电容器两端的直流电压UD时，整流桥中才有充电电流。因此，充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的

53、脉冲形状，如图1-29a、b和c所示。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明，输入电流中的5次谐波和7次谐波分量是很大的，其谐波分析如图1-26d所示。图1-29 输入电流的波形及其谐波分析a）电路 b）电压波 c）电流波 d）谐波分析 v2.功率因数的定义与分析v（1）功率因数的定义 电路所消耗的平均功率和视在功率之比称为功率因数：v=P/Sv（1-17）v式中功率因数；vP平均功率，kW；S视在功率，kVA。功率因数小于1的根本原因，是出现了无功功率的缘故。（2）电流与电压频率相同时的平均功率 当电流和电压的频率相同时，功率因数的大小取决于电流与电压之间的相位关系。v如图1-30a，假设电

54、流比电压滞后角：=2ft=t （1-18）式中功率因数角，即电流比电压滞后的电角度；f电流的频率，Hz；t时间，s；角频率。功率的瞬时值p等于电压u和电流i瞬时值的乘积：vp=ui （1-19）由图知：在0t1段：u为“+”，i为“-”。所以，p为“-”值；v在t1t2段：u和i都为“+”。所以，p为“+”值。v下半周也一样。可见，平均功率被滞后时段内的负功率抵消掉一部分。正、负抵消的功率称为无功功率。滞后角越大，无功功率也越大，平均功率越小。v滞后角的余弦cos称为位移因数。（3）高次谐波电流的平均功率 以5次谐波电流为例，它所消耗的功率瞬时值的大小等于5次谐波电流瞬时值和电压瞬时值的乘积：

55、vp5 =ui5v式中 p55次谐波电流的功率瞬时值，kW；vi55次谐波电流的瞬时值，A。由上式算得的功率曲线如图1-30b所示。由图知，瞬时功率的一部分为“+”，另一部分为“-”。可以证明，在一个周期内，正功率的总和与负功率的总和正好相等，平均功率等于0。 图1-30 电路消耗的瞬时功率a）电流滞后的特点 b）谐波电流的特点v所以，所有高次谐波电流的平均功率都等于0，都是无功功率。非正弦电流中，高次谐波电流所占的比例，称为畸变因数，等于电流基波分量的有效值与总有效值之比：v（4）完整的功率因数定义v=P/S=P/UI=cos（2-21）v式中功率因数；vcos位移因数。3.变频器输入侧的功

56、率因数 变频器中，输入电流的基波分量基本上与电压同相，故cos1；但电流的畸变因数较低。所以，变频调速系统的功率因数较低，约为0.70.75。v因此，用功率因数表来测量变频器输入侧的功率因数是不正确的。因为，功率因数表是根据电动式偶衡表的原理制作的，其偏转角与同频率电压和电流间的相位差有关。但对于高次谐波电流，则由于它在一个周期内所产生的电磁力将互相抵消，对指针的偏转角不起作用。所以，功率因数表的读数将反映不了畸变因数的问题 问题46 为什么不用电容器而用电抗器来改善功率因数？v过去，在正弦电流的网络里，人们习惯于通过并联电容器来改善功率因数。这是因为，在正弦电流网络里，功率因数低的原因只有位

57、移因数这一个方面，不存在畸变因数的问题（=1）。所以，通过并联电容器，可以减小合成电流的滞后角（角），从而提高了cos。图1-31 接入交流电抗器a）在电路中的接法 b）外形 c）电流波形v但在变频器的输入侧，功率因数低并不是因为电流滞后形成的，而是高次谐波电流形成的。所以，要改善功率因数，必须对症下药，削弱高次谐波电流。具体方法有：v1.接入交流电抗器 交流电抗器AL接在电源和整流桥之间，如图1-31a所示，其外形如图b所示。v接入交流电抗器后的电流波形如图c所示，功率因数可提高到0.85以上。v2.接入直流电抗器 直流电抗器DL接在整流桥和滤波电容器之间，如图1-32a所示。其外形如图b所

58、示。 图1-32 接入直流电抗器a）在电路中的接法 b）外形 c）电流波形v接入直流电抗器DL后的电流波形如图c所示，功率因数可提高到0.9以上。由于其体积较小，故不少变频器已将直流电抗器直接装在变频器内。v直流电抗器除了提高功率因数外，还可削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流。v如果同时配用交流电抗器和直流电抗器，则可将变频调速系统的功率因数提高至0.95以上。问题47 在变频调速系统中，电动机的功率因数是否无关紧要？ v这个问题要从两个方面来说明：v1.调速系统的功率因数不受电动机影响 因为变频器内部，有一个直流环节，把输入侧和输出侧隔开了。所以，电动机功率因数的好坏，对输入侧是毫无影响的。v2

59、.电动机的功率因数影响自身效率 由于电动机电流基本上是正弦波，故可以仍按照正弦波的方法进行分析。如图1-33所示，在电流的有功分量I1a相等的前提下，cos越低（角越大），则定子电流越大，定子的铜损也必增大，效率也越低。具体分析如下：v当功率因数角为1（功率因数为cos1）时，所需电流是I1；而当功率因数角为1（功率因数为cos1）时，所需电流是I1。由图知：11cos1I1I21 r1 I21r13%时，应考虑接入交流电抗器。问题52 怎样选择电抗器？v1.交流电抗器的选择原则（1）基本原则 当输入电流等于额定值时，交流电抗器上的电压降应不超过额定电压的25%。v（2）计算公式L=（25）%

60、UN/2fIN（1-22）式中 L交流电抗器的电感量，H；vUN变频器的额定电压，V；vIN变频器的额定电流，A；vf电源频率，Hz。2.常用电抗器的规格（1）交流电抗器的规格（见表1-5）v电动机容量kW 30 37 45 55 75 90 110 132 160 200v允许电流A 60 75 90 110 150 170 210 250 300 380v电感量mH 0.32 0. 26 0.21 0.18 0.13 0.11 0.09 0.08 0.06 0.05v（2）直流电抗器的规格（见表1-6）v表1-6 常用直流电抗器的规格电动机容量kW 30 3755 7590 110132

61、160200 220v允许电流A 75 150 220 280 370 560电感量 H 600 300 200 140 110 70问题53 怎样自制小容量交流电抗器？ v容量较小的交流电抗器，是可以自行制作的。制作时，需注意以下事项：v（1）只削弱高次谐波电流，三相的基波电流应不受影响；（2）交流电抗器每相绕组的电压降不超过额定电压的2%5%；（3）三相绕组的结构应该完全相同；（4）各相绕组之间必须可靠绝缘。v今以1.5kW变频器为例，说明如下：找一个废旧铁心，将三个绕组按同方向绕在同一个铁心柱上，如图1-36所示。这样，三相基波电流的磁通将互相抵消，所以对基波电流并无阻碍作用。 图1-3

62、6 自制交流电抗器a）三柱铁心 b）单柱铁心 c）允许压降v导线的粗细：以康沃CVF-G2变频器为例，1.5kW变频器的额定电流是3.7A，则安全载流量可按510A计，选0.751mm2的绝缘线即可。线圈的匝数：难以准确估算，可以适当多绕一些，必要时可多加几个中心抽头，以每相电压降不超过额定电压的2%5%为原则进行调整。粗略地说，如果进线端的线电压为380V，则电抗器出线端的线电压只要不低于370V即可。铁心大小：因为每相允许的电压降为2200.03=6.6V；故铁心功率约为PFE36.63.7=73VAv由于铁心内的基波磁通已经抵消，故可以适当选小一些，选50VA照明变压器的铁心即可。问题5

63、4 变频器有哪些干扰源？ v如图1-37所示，变频器的干扰源主要有： 图1-37 变频器的干扰源v1.输入电流 输入电流为非正弦波，如图1-37中之所示。它具有十分丰富的高次谐波成分。它的干扰方式主要有两种：v（1）使网络电压发生畸变；（2）频率较高的谐波电流具有电磁幅射的能力。v2.输出电压 输出电压的波形是经过正弦脉宽调制的高频脉冲序列，如图1-37中之所示。它主要是通过线路的分布电容“窜入”其他设备产生干扰。v3.输出电流 输出电流中具有频率很高（等于载波频率）的高次谐波成分，如图1-34中之所示，故电磁幅射的能量较大。问题55 变频器通过哪些途径干扰其他设备？ v干扰信号的主要传播途径

64、有以下几种：1.线路传播（1）通过电源线路传播 由于变频器的输入电流中有很强的高次谐波成分，使网络电压产生相应的脉动，从而传播到同一网络上的其他电子设备，如图1-38a）中之途径所示；v（2）通过地线传播 如果若干设备的地线联接在一起的话，则变频器输出电流中的高频信号将通过地线传播到其他设备，如图1-38a中之途径所示。v2.电磁波传播 因为变频器的输入电流和输出电流中都有频率较高的高次谐波成分，高次谐波电流所产生的电磁场具有幅射功能。使其他设备（尤其是通讯设备）因接收到电磁波信号而受到干扰，如图1-38b所示。v谐波电流的频率越高，则幅射能越强，但传播的距离则越短。反之，谐波电流中的频率较低

65、者，产生的幅射能较弱，但传播的距离则较远。v3.电磁感应传播 当其他设备的控制线接近变频器的主电路（输入或输出）时，将切割主电路所产生的高频电磁场而产生干扰信号，如图1-38c所示。v4.静电感应传播 当其他设备的控制线接近变频器的输出主电路时，变频器输出的高频电压信号，将通过线间的分布电容，传播到其他设备中去，如图1-38d所示。图1-38 干扰的途径a）线路传播 b）电磁波传播 c）电磁感应 d）静电感应 问题56 怎样防止线路传播引起的干扰？ v线路传播常常是比较主要的干扰途径，防止的方法主要有：1.受干扰设备为大容量电子设备 在变频器的输入侧接入交流电抗器。v2.受干扰设备为小容量电子

66、仪器 图1-39 滤波和隔离v（1）加入滤波电路 如图1-39中之所示。图中，电容器的容量视干扰程度而定。一般情况下，可选（0.472）F，耐压应1000V。v（2）加入隔离变压器 如图1-39中之所示，这是效果较好的一种解决办法。v3.正确接地 如果把各种电子设备的地线连接到一起后再接地，则地线为相互间传播干扰信号提供了路径，如图1-40a所示，这是错误的。正确的接地方法应该是每个设备都单独接地，如图1-40b所示。 图1-40 设备的接地a）错误接地 b）正确接地问题57 买不到隔离变压器，怎么办？ v可以购买两台降压变压器，高压侧的额定电压应与受干扰设备控制电路所要求的电压相符；低压侧的

67、电压不限，但两台变压器必须相同。v如图1-41所示，将两台变压器T1、T2的低压侧对接，则变压器的输出侧和输入侧之间便被隔离了。 图1-41 自制隔离变压器v为了增强隔离效果，可在变压器的输入和输出侧接入滤波电容器。电容器的容量通常可取（0.11）F；当高压侧的电压为220V时，C1和C3的耐压应大于或等于1000V；低压侧的电压如为36V，则C2的耐压应大于或等于150V。问题58 怎样防止电磁幅射引起的干扰？v1.加强屏蔽（1）加强变频器的屏蔽 变频器的外壳本身也具有屏蔽作用。此外，如有条件，最好把变频器放在控制柜内，可以加强屏蔽；v（2）加强主电路的屏蔽 因为高次谐波电流要通过主电路，所

68、以，主电路也是幅射源。应该把主电路的导线穿在金属管内，进行屏蔽；v（3）加强受干扰设备的屏蔽 尽量把受干扰的设备放置在金属箱（或金属柜）内，以削弱进入受干扰设备的电磁波强度。图1-42 滤波器及接法v2.降低载波频率 由于变频器的输出电流中高次谐波的频率与载波频率相同，频率高，幅射能力强。故变频器的幅射干扰多数是由输出电流引起的。适当降低载波频率，可以降低变频器输出电流的幅射强度。v3.屏蔽层良好接地 所有的金属外壳，主电路的金属管等，都必须良好接地。v4.接滤波器 滤波器主要用于抑制具有辐射能力的频率很高的谐波电流，串联在变频器的输入和输出电路中，如图1-42所示。v滤波器主要由线圈和电容器

69、组成，必须注意的是：变频器输出侧的滤波器中，其电容器只能接在电动机侧，且应串入电阻，以防止逆变管因电容器的充、放电而受到冲击。v滤波器内线圈的结构如图中虚线框内所示，由各相的连接线在同一个高频磁心上按相同方向绕4圈（输入侧）或3圈（输出侧）构成。要点如下：v（1）三相的连接线必须按相同方向绕在同一个磁心上，使基波电流的合成磁场为0，因而对基波电流毫无影响；v（2）在一个磁心上绕4圈和在四个磁心上绕1圈是等效的。从而，可根据联接线的粗细灵活地决定其加工方法。问题59 输入和输出滤波器有什么区别？ v主要区别有二：1.线圈的匝数不同 变频器输入电流中，高次谐波分量的频率并不很高，故输入滤波器线圈的

70、匝数稍多；而输出电流中高次谐波分量的频率较高，等于载波频率，故输出滤波器线圈的匝数可略少。v2.附加电路不同 为了提高滤波效果，各生产厂家往往在线圈两端加接电容器。但输出滤波器中，靠近变频器侧是不允许接电容器的。在电动机侧，即使接入电容器时，也应串入限流电阻，如图1-42所示。所以，输出滤波器在接线时，必须注意不能把变频器侧和电动机侧接反。问题60 输入滤波器与噪声滤波器有什么异同？ v两者都用于削弱频率较高的谐波电流，防止通过电磁幅射干扰附近设备的工作。区别在于：v1.结构上的区别 输入滤波器的电路结构比较复杂，如图1-43中的NF所示（不同生产厂家的线路结构也不一样）；噪声滤波器则通常由三

71、个电容器构成，如图1-43中之ZF所示。由于结构简单，故也称为简易形滤波器。v2.功能上的区别 输入滤波器针对的频带较宽，通常为：从无线电的调幅频率到10MHz；噪声滤波器针对的频带较窄，通常为1MHz左右。图1-43 输入滤波器和噪声滤波器 问题61 怎样防止因感应引起的干扰？ v感应干扰主要发生在各种设备的控制线路中，防止的方法有以下几种：v1.正确布线（1）远离 所有的控制线都应该远离变频器的主电路，使它们不受主线路电磁场的影响；v（2）不平行 各种设备的控制线不要和变频器的主电路平行。v2.滤波和隔离 模拟量控制信号大多是直流信号，故可以通过滤波和隔离的方法把由感应引起的附加高频信号削

72、弱或消除。v由于滤波电路很难完全消除高频信号，加以电感线圈的电阻压降有可能削弱原来的信号，故必要时可用线性光电耦合管进行隔离和放大，如图1-44a）所示。v3.信号线相绞 因为感应电动势都呈回路状，信号线相绞后，可使相邻两个“绞圈”内的感应电动势互相抵消，如图1-4b）所示。v4.采用屏蔽线 屏蔽线内的金属屏蔽层，可以阻隔电磁信号的进入。一般情况下，金属屏蔽层只应一端接地，其正确处理方法如图1-41c）所示。问题62 变频器相互间是否干扰？ v多台变频器之间也可能互相干扰，一般说来，大致有两种情况：v多台变频器在同一控制柜中 同一控制柜内多台变频器相互干扰的结果往往是各台变频器都不能正常工作。

73、大多属于感应干扰。解决的方法有：图1-45 主电路隔离v（1）从控制线布线入手 使各变频器控制线远离其他变频器的主电路，防止与其他变频器的主电路平行布线；v（2）从主电路入手 控制柜内使用金属配电板，所有变频器的主电路都从板后走线，如图1-45所示。v2.变频器在同一电路中 多台变频器在同一电路中时，容易使线路电压的波形发生畸变，导致变频器因“过压”或“欠压”而误动作（跳闸）。具体情况也有两种：v（1）变频器容量大台数少 大容量变频器在运行时，线路电压有可能发生严重畸变。在这种情况下，所有变频器都应配置交流电抗器。v（2）变频器容量小台数多 当线路中有很多小容量变频器同时运行时，线路电压的波形

74、虽不一定发生严重畸变，但有许多维持时间很短（微秒级）的“毛刺”，导致各变频器不规则跳闸。解决的方法最好是在每个变频器的输入侧都接滤波器。也可以通过预置变频器的“重合闸”功能来防止变频器停机。问题63 巡检机与400kW变频器紧挨着，因老变频器损坏，换上新变频器后巡检机常因干扰而误动作，怎么办？v老变频器与新变频器的主要区别是载波频率不一样。老变频器的逆变管是BJT管，载波频率通常小于1.5kHz，而新变频器的逆变管是IGBT管，载波频率通常大于2.5kHz。根据所介绍的情况，干扰源应是输出电流中的高频谐波电流所致。可采取的措施有：v（1）尽量减小载波频率。（2）加强巡检机中信号线的屏蔽，并尽量

75、使信号线远离变频器的主电路。v（3）变频器的输入、输出侧接入滤波器。（4）变频器的输出侧接入输出电抗器。问题64 变频器的哪些参数可以用常规仪表进行测量？v工厂里常用的电流表和电压表一般都是电磁式仪表，其符号如图1-46虚线框中所示。在变频调速系统中可用来测量变频器的输入电流和电压，以及变频器的输出电流，如图1-46所示。 图1-46 可用常见仪表的场合问题65 输出电压波的脉冲高度是UD，为什么仪表读数不是UD？v因为变频器的输出电压是正弦脉宽调制后的系列脉冲，如图1-47b和c所示。其特点是： 图1-47 变频器的输出电压a）变频器的外接主电路 b）380V时的波形 c）250V时的波形v

76、（1）电压脉冲的幅值不变，等于直流电压：vUM =UDv式中 UM电压脉冲的幅值，V；vUD变频器内直流回路的电压，V。v（2）输出电压的大小是通过改变脉冲的占空比来进行调节的。比较图b）和图c）可知：当输出电压UX=380V和UX=250V时，脉冲的幅值都等于UXM=UD=513V。但UX=380V时的占空比较大，故平均电压较大；而UX=250V时的占空比则较小，故平均电压也较小。v电压表的读数是和电压的平均值成正比的，所以不等于直流电压。问题66 能不能用电磁式仪表测量输出电压？v电磁式仪表的构造和原理 电磁式仪表的基本结构如图1-48所示。图中，1是线圈，是固定的；2是铁心，是带动指针旋

77、转的（为简明起见，图中所画为吸入式，实际应用中，更多的是推斥式），3是指针 图1-48 电磁式仪表测电压a）电磁式仪表构造 b）测电压的特点 c）测量结果v当线圈中通入与被测量成正比的电流后，铁心被吸入，并带动指针偏转，被测量越大，偏转角也越大。v电磁式仪表的主要优点是偏转部分不必通入电流，这使它的结构比较简单、坚固。又由于其偏转角与电流的二次方成正比，可以十分方便地测量交变量。因此，在工程应用中，电磁式仪表应用得比较普遍。v2.电磁式电压表的特点 电磁式仪表在制作成电压表时，为了减小其取用电流，线圈的圈数很多，故电感量较大。在工频电路中进行测量时，因为各处的频率都相同，线圈的感抗也一样。所以

78、，流经线圈的电流与被测电压成正比，可以保证足够的测量精度。v3.电磁式电压表测量变频电压的结果 当电磁式仪表测量变频器的输出电压时，因为线圈的感抗是和频率成正比的：vXLX=2fXL （1-23）式中 XLX频率为fX时的感抗，；vfX工作频率，Hz；vL线圈的电感，H。v当工作频率fX下降时，感抗XLX也随着减小，在相同的被测电压下，线圈中的电流将增大，从而指针的偏转角和仪表读数偏大，如图1-48c所示。v所以，电磁式仪表用来测量变频器的输出电压时，误差较大。问题67 为什么不能用数字式仪表测量输出电压？v1.数字式仪表的测量原理 数字式仪表中并无线圈，其主要测量方法是利用一系列频率固定的采

79、样脉冲，对被测量进行“采样”，如图1-49b所示。每隔一段时间（如50Hz的一个周期或半个周期）计算一次采样结果的平均值，得到与被测量成比例的数值，作为其测量结果。v2.数字式电压表测量变频电压的结果 由于变频器的输出电压是通过改变占空比来调节其平均电压的，而数字电压表所发出的采样脉冲的宽度和频率是固定不变的。当它测量变频器的输出电压时，有时采样脉冲正好和输出电压脉冲重合，采样结果为直流电压值UD；有时采样脉冲和电压脉冲错开了，采样结果为0V。v因为变频器输出电压的占空比是随着给定频率和所预置的Uf比而变化的。当频率下降，输出电压减小时，电压脉冲的占空比减小，电压表采样到的次数减少。但每次采样

80、到的电压都是直流电压值UD，故测量结果偏大，如图1-49c所示。图1-49 数字式仪表测变频器输出电压a）变频器电路 b）数字式仪表测量过程 c）测量结果问题68 什么用整流式仪表测量变频器的输出电压是比较准确的？v所谓整流式仪表是由磁电式仪表和整流桥组成的，说明如下：v1.磁电式仪表的构造和原理 磁电式仪表的基本结构如图1-50a所示。图中，1是永久磁铁，是固定的；2是线圈，是带动指针旋转的，3是铁心，用于增强磁路的磁通；4是指针。v当线圈中通入与被测量成正比的电流后，将受到磁场的作用力而转动，并带动指针偏转，偏转角与线圈内电流的平均值成正比。磁电式仪表在进行测量时，有以下特点：图1-50

81、整流式仪表测电压a）磁电式仪表 b）整流式仪表 c）测量交流电压 d）测量结果v1）只能测量直流电流和电压 当流经线圈的电流方向改变时，线圈的受力方向也将改变。因此，如果通入线圈的电流是交变电流的话，指针将不偏转。所以，磁电式仪表是不能用来测量交流电压和电流的。v（2）测电压时必须加附加电阻 由于磁电式仪表的偏转部分是线圈，故测量电压时，不能象电磁式仪表那样大量增加线圈的匝数。而必须依靠串联一个阻值很大的附加电阻rA来减小取用电流。v2.整流式仪表及其功用 所谓整流式仪表，就是把交变电压经整流后再通入磁电式仪表，是用磁电式仪表来测量交流电的一种方式，如图1-50b所示。由于线圈的匝数不多，故电

82、感量小。当用来测量交流电压时，因为串联了阻值很大的附加电阻rA，故整个测量电路基本上呈纯电阻性质。所以，利用它来测量变频器的输出电压时，流入线圈的电流波形基本上和电压波形相同，如图1-50c所示。利用这一特点，由整流式仪表来测量变频器的输出电压是比较准确的，其测量结果如图1-50d所示。由于变频器的输出电压中含有高次谐波成分，故测量结果与基波电压相比，略大一些。v需要注意的是，磁电式仪表的读数是和电流的平均值成正比的，要得到有效值，须进行必要的校准。问题69 市场上买不到整流式电压表怎么办？ v可以自制，方法如下： 图1-51 自制整流式电压表v（1）在市场上购买一个磁电式的低压直流电压表，量

83、程不限；v（2）找一个阻值较大的电位器RP（500k左右）与电压表串联，开始时将RP调至最大值；v（3）用一个整流桥（击穿电压应1000V），其交流输入侧接至变频器的输出端，直流输出侧接至电压表和电位器的串联电路，如图1-51所示；v（4）变频器接通电源，将输出频率调至50Hz。这时，变频器的输出电压应显示为380V；v（5）微微调节电位器RP，使电压表的指针指最大量程处，则电压表的最大量程为380V；v（6）测量电位器的阻值，用一个固定电阻取代电位器，并装入表内。问题70 运行频率为50Hz时，输入侧的电流小于输出侧的电流，为什么？v根据能量守恒的原理，当变频调速系统的运行频率为50Hz时，

84、变频器输入侧的电流理应不低于输出侧的电流。但在容量较大的变频调速系统中，实测的结果往往并非如此。这是由于输入侧的非正弦电流的测量误差引起的。说明如下：v1.数字式仪表引起的误差 数字式仪表测量输出电流时，准确度是较高的，如图1-52c所示。但在测量输入电流时，由于输入电流在半周内有部分区间电流为0A，采样的结果也是0，如图a所示。故算出的平均电流偏小，也造成了输入侧电流小于输出侧电流的假象。 图1-52 数字式仪表测非正弦电流a）测输入电流 b）变频器接线 c）测输出电流v2.电流互感器引起的误差 由于高次谐波电流的频率较高，普通电流互感器可能导致测量误差的原因有以下几个方面：v（1）普通互感

85、器铁心对于频率较高的谐波电流的磁场，导磁率将下降；而铁损（包括磁滞损失和涡流损失）则增加。所以，高次谐波电流在变换过程中能量损失较大，故流入电流表的电流中，高次谐波成分被削弱较多。v（2）对于高次谐波电流，由绕组分布电容旁路掉的漏电流将增加，导致进入电流表的部分减少，如图1-53a所示（图c为7次谐波电流示例）。v（3）当电流频率较高时，互感器二次绕组的漏磁电抗以及仪表绕组的感抗都将增加，故流入仪表的高次谐波电流将进一步被削弱。v上述几个方面的因素，都将使电流表的读数减小，造成输入侧电流小于输出侧电流的假象。图1-53 输入电流的测量a）用电流互感器 b）用附加电阻 c）电流波形v3.输入电流

86、的准确测量方法 将电磁式仪表直接接入被测电路，如被测电流超过了电流表的量程的话，可并联一个分流电阻RD，如图1-53b）所示。问题71 为什么输出侧可以用两表法测量三相电功率，输入侧却不能？ v1.电动式仪表 电动式仪表由两组线圈构成：固定线圈1和偏转线圈2，指针3与偏转线圈同轴，如图1-54a所示。v当两个线圈中通入电流时，它们的磁场相互作用，使偏转线圈受力而旋转，偏转角与两线圈内电流的乘积成正比。v电动式仪表通常用来作为功率表。一般情况下，不动的线圈1为电流线圈，导线较粗，串联在被测电路中；偏转线圈2为电压线圈，导线较细，经串联附加电阻后跨接在被测电压两端，如图1-54b所示。v2.变频器

87、功率的测量 因为电动机的三相电流是平衡的，故可用两表法来测量三相电功率。v但三相整流桥的输入电流（即变频器的输入电流）常常是不平衡的，尤其是在负载较轻时。所以只能各相分别测量，再把测量结果相加，得到三相总功率：P=P1+P2+P3图1-54 电动式仪表和功率测量a）电动式仪表 b）测量功率接法 c）变频器输入输出功率的测量 问题72 为什么不能用功率因数表测量变频器输入侧的功率因数？v1.变频器输入侧的功率因数的特点（1）畸变因数低 如问题45所述，变频器的输入电流中，高次谐波成分很大。所以，变频器输入电流的畸变因数较低，导致功率因数降低。v（2）位移因数高 因为变频器输入电流的基波分量基本上

88、是与电源电压同相位的，所以，其位移因数很高，几乎等于1。v2.功率因数表的测量结果 功率因数表是根据偶衡表的原理制作的，其偏转角与同频率电压和电流间的相位差有关。所以，它能够准确地测量位移因数。v但对于高次谐波电流，则由于它在一个周期内所产生的电磁力将互相抵消，对指针的偏转角不起作用。所以，如果用功率因数表来测量变频器输入侧的功率因数，所得到的结果是错误的。问题73 用兆欧表直接检查变频器的绝缘电阻有哪些危害？v变频器的线路特点 变频器逆变电路中的IGBT管是需要由驱动电路（如图1-55中之D1D6）来驱动的，驱动电路又是接受控制板来进行控制的。因此，控制板与主电路之间，是直接连接的。例如，驱

89、动电路D2、D4、D6的G端都和主电路的N相接；而D1、D3、D5的G端则分别和主电路的U、V、W相接等。图1-55 变频器的线路特点v所以，用兆殴表来测量变频器的绝缘电阻时，兆殴表的直流高压很容易进入控制板，把控制电路击穿。v2.测量绝缘电阻的方法（1）外接线绝缘电阻的测量 为了防止兆欧表的高电压施加到变频器上，必须把需要测量的外接线拆离变频器后再进行测量。v（2）变频器主电路绝缘电阻的测量 测量时，必须把变频器所有的进线端（R、S、T）和出线端（U、V、W）都连接起来，然后再进行测量，如图1-56所示。v3.控制电路绝缘电阻的测量 应该用万用表的高阻挡进行测量，而不要用兆欧表或其他有高电压

90、的仪表进行测量。图1-56 绝缘电阻的测量第二章 频率调节与加减速v2.1 变频器的键盘与功能预置v2.2 频率控制功能v2.3 频率的相关功能v2.4 升速和起动功能v2.5 降速和停机功能v2.6 制动电阻与制动单元问题1 键盘输入器上主要配置哪些键？ v不同变频器的键盘配置的差异较大，图2-1所示是不同类型的三个例子 图2-1 变频器的键盘配置a）森兰SB61 b）三菱A540 c）ABB-ACS800归纳起来，变频器的键盘主要有以下几类按键：1.模式转换键 用于更改工作模式，如运行模式（操作模式）、编程模式（功能预置模式）等。如图2-1a中的“功能数据”键，图b中的“MODE”键，图c

91、中的“PAR”（编程模式）和“ACT”（操作模式）键等；v数据增、减键 用于增加或减小数据。包括：v（1）在编程模式下寻找功能码，以及修改数据码等；v（2）在运行模式下增加或减小变频器的输出频率等。v如图2-1a中的“和”键，图b中的“和”键，图c中的“和”和“和”（快速增、减）键等；v3.读出、写入键 在功能预置模式下，用于“读出”或“写入”数据码。如图2-1a中的“功能数据”键，图b中的“SET”键，图c中的“ENTER”键等；v4.运行操作键 在运行模式下，用于进行“运行”、“停止”、“正转”、“反转”等操作。如图2-1a中的“运行”键和“停止复位”键，图b中的“FWD”、“REV”和“

92、STOPRESET”键，图c中的（起动）和（）（停止）、（正转）和（反转）键等；v5.复位键 用于在故障跳闸后，使变频器恢复为正常状态。如图2-1a中的“停止复位”键，图b中的“STOPRESET”键，图c中的“RESET”键等。问题2 变频器的功能包括哪些方面？ v变频器的功能十分丰富，主要的常用功能有以下几个方面：1.操作方式的选择功能 包括：（1）给定方式的选择 如键盘给定、外接给定等；（2）操作方式的选择 如键盘操作、外接端子控制等。v2.频率控制功能 包括：（1）频率范围的设定功能 如最高频率、上限频率和下限频率等；v（2）频率给定功能 如堑率给定信号的选择、模拟量给定的范围选择与调

93、整等；v（3）其他功能 如回避频率、载波频率等。v3.加速与减速功能 包括：（1）加、减速时间的设定功能 如一挡加、减速时间的设定，多挡加、减速时间的设定等；v（2）加、减速方式的设定功能 如线性加、减速，S形加、减速，半S形加、减速等；v（3）起动功能 如起动频率、起动过程中的暂停加速、起动前的直流制动等；v（4）停机功能 如停机方式选择、直流制动等。v4.特性调整功能 包括：（1）控制方式的选择功能 如VF控制方式、无反馈矢量控制方式、有反馈矢量控制方式等；v（2）VF模式下的补偿功能 如Uf线的选择、转差补偿等；v（3）矢量控制的相关功能 如电动机参数的自测定等。v5.外接控制端子的设定

94、功能 包括：（1）输入控制端子的设定功能；（2）输出控制端子的设定功能。v6.系统控制功能 包括：（1）程序控制功能；（2）PID控制功能。v7.保护功能 包括：（1）变频器对各种故障的保护功能 如过载保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护等；v（2）防止跳闸功能 如过电流和过电压的自处理功能、瞬时停电的重合闸功能、跳闸后的重合闸功能等。问题3 什么是功能码和数据码？ v用户在进行功能预置时，首先要找到所需预置的功能，然后用简单明了的方式来预置所要求的数据。为此，变频器必须对各种功能以及在该功能中提供选择的数据进行编码。v1.功能码 变频器的功能多达一、二百种，为了使用户能够便捷地找到所需要

95、的功能，各种变频器都对所有功能按照一定规律进行了编码。所以，变频器的每种功能都有一个代码，称为功能码。v例如，在森兰SB61系列变频器中，功能码“F001”表示频率给定方式选择；“F413”表示加、减速方式等。在安圣TD3000变频器中，功能码“F0.08”表示上限频率；功能码“F0.10”表示升速时间等。v2.数据码 表示各种功能所需预置的数据或代码。它有以下几种情形：v（1）直接数据 有些功能中所需预置的内容本身就是数据，如最高频率为50Hz；升速时间为20s等。v（2）间接数据 有些功能中所需预置的内容难以提供准确的数据，而只能将该项内容分成若干挡，如对于“转矩补偿”（转矩提升）功能，选

96、择第“5”档Uf线等。v（3）赋值代码 有些功能中所需预置的内容本身并不是数据，例如频率给定方式、升速、降速方式等，在这种情况下，通常对于不同的预置内容分别用不同的代码来表示，称之为赋值代码。例如，在安圣TD3000系列变频器中，对于操作模式的选择功能，分别赋值为：0表示键盘操作方式；1表示外部操作方式；2表示通信控制方式，等。v问题4 变频器的功能码有哪几种编码规律？不同的变频器对功能码的编制方式也不一样，但大致有以下几种类型：v（1）连续编码型 即所有的功能码基本上都是连续编码的。属于这种类型的变频器如：森兰SB61系列、三菱FR-640系列（日）、富士G11S系列（日）等。v（2）分区编

97、码型 即，将所有的功能分成若干个功能区，从一个功能区到另一个功能区，须通过按“模式转换”键进行转换。例如：v康沃CVF变频器将主要功能分为基本功能区（b功能区）、中级功能区（L功能区）和高级功能区（H功能区）。在预置完基本功能后，须按“MODE”键，才能进入中级功能区，再按“MODE”键，便进入高级功能区；v安圣TD3000系列变频器则将主要功能分为16个功能区，分别为：F0（基本功能）、F1（电动机参数）、F2（辅助参数）、F3（矢量控制）、F4（VF）控制、F5（开关量端子）、F6（模拟量端子）、F7（过程PID）、F8（简易PLC）、F9（通信及总线）、FA（增强功能）、Fb（编码器功能

98、）、FC（保留功能）、Fd（显示及检查）、FE（厂家保留）、FF（通信参数）。F0、F1FF之间的转换，只需按键或键即可。v明电VT230系列变频器（日）的功能码又多了一个层次：除了把主要功能分为A组、B组、C组和U组外，每个功能中还有若干个子功能。v（3）按搜索方式分类编码型 有的变频器把编码表中部分常用的功能单独列出，称为“快速编程功能”。例如：安川CIMR-G7A系列（日）变频器把350余种功能中，常用的28种功能作为快速编程功能。当切换至“快速编程模式”时，只能对该28种功能进行预置。如不需要快速编程时，则切换为“高级编程模式”，可以对350余种功能（包括上述28种功能）进行预置。v（

99、4）按典型应用分类 有的变频器在说明书中，按照不同的典型应用（也叫“应用宏”）所需要预置的功能分别列出，以利用户掌握。例如：v瓦萨CX系列变频器为用户提供了6种典型应用，分别是：标准应用、本机遥控应用、多挡速度应用、PI控制应用、多用途控制应用和泵类、风机控制应用。用户首先选择其中的一种，然后根据该典型应用的功能表进行功能预置。问题5 变频器出厂时已经把各种功能预置好了，为什么还要进行功能预置？v生产机械的类型十分繁多，它们的负荷特性千差万别，对变频调速系统的要求也各不相同。变频器的生产厂家所进行的功能预置，不可能符合所有生产机械的要求。所以，用户应针对生产机械的具体要求，进行核对和重新预置。

100、v例如，某工业洗涤用的甩干机，要求在甩干最后阶段的最高频率为90Hz。而变频器对最高频率的出厂设定大多是50Hz或60Hz。所以，用户有必要对最高频率进行重新预置。问题6 进行功能预置一般需要哪些步骤？ v一般功能预置都是通过编程方式来进行的。因此，功能预置都必须在“编程模式”下进行。尽管各种变频器的功能预置各不相同，但基本方法和步骤是十分类似的。今以三菱FR-A540系列变频器把加速时间（功能码为P.7）从出厂设定的5s增加为20s为例，其功能预置的过程如图2-2所示：v变频器开机后，都处于运行模式下，显示屏显示给定频率，如50Hz。v第1步：按MODE键，切换为编程模式，显示屏显示“Pr.

101、”；v第2步：按键或键，找出需要预置的功能码P.7；v第3步：按SET键，“读出”该功能码中原有的数据，显示屏显示“5.0”，说明原有数据是5s；v第4步：按键或键，将数据码修改为“20.0”；v第5步：按SET键1.5s，“写入”新数据；图2-2 功能的预置流程a）基本步骤 b）键盘操作 c）显示屏显示v这时，新数据“20.0”与“Pr.”交替显示，询问预置工作是否结束？如果预置尚未结束，则转为第2步，再选下一个需要预置的功能码；如果需要预置的功能都已预置完毕，则：v第6步：按MODE键，切换为运行模式。问题7 怎样找到需要预置的功能码？ v寻找功能码是进行功能预置的关键步骤。由于各种变频器

102、对功能码的安排很不相同，故寻找功能码的步骤也不尽相同。但归纳起来，大致可以分为三类：图2-3 康沃CVF变频器寻找功能码a）找出功能区 b）找出功能码v（1）连续编码型 寻找功能码的步骤与上述三菱FR-A540系列变频器大同小异。v（2）分区编码型 以康沃CVF变频器为例，寻找方法如图2-3所示：v1）找出功能区 如图a所示，连续按MODE键，切换顺序如下：v运行模式（显示屏显示输出频率）vMODE显示内容切换模式vMODE基本功能区vMODE中级功能区vMODE高级功能区vMODE返回运行模式。2）找出功能码 通过键和键寻找，如图b所示。（3）分层编码型 典型例子是明电VT230S系列变频器

103、，寻找方法如图2-4所示：图2-4 明电VT230S变频器寻找功能码a）找出功能区 b）找出主功能 c）找出子功能v1）找出功能区 如图a所示，连续按RSTMOD键，切换顺序如下：v运行模式RSTMODA功能区RSTMODb功能区RSTMODC功能区vRSTMODU功能区vRSTMOD返回运行模式。2）找出主功能 连续按LCL键，切换顺序如图b所示：vA010LCLA020LCLA030LCLA040v3）找出子功能 旋转键，切换顺序如图c所示：vA000A001A002A003A004问题8 变频器主要应预置哪些功能？ v一般说来，必须注意的功能有以下几个方面：（1）基本设定 如最高频率、基

104、本频率、操作方式、给定方式等；v（2）控制方式的设定 选择控制方式，并对该控制方式中的相关功能进行预置；v（3）加、减速时间的设定 根据生产机械的要求，调整加、减速时间；v（4）保护功能的设定（5）其他功能的设定 根据需要，对输入、输出控制端子的功能进行预置，以及是否需要预置系统控制功能等 问题9 变频器有几种频率给定方式？ v常用的给定方式如下：1.面板给定 如图2-5a所示。（1）键盘给定 即通过键盘上的升键（、或）和降键（）来调节频率，是数字量调节。图2-5 频率给定方式 a）面板给定 b）外接给定c）端子升、降速给定 d）端子多挡速给定v（2）电位器给定 即通过面板上的电位器来调节频率

105、。v2.外接给定 即通过从外部输入给定信号来调节频率，如图b所示。v（1）电压信号给定 在大多数情况下，是利用变频器内部提供的给定电源，通过外部接入电位器来得到所需的电压信号。多数变频器常常有两个或两个以上的电压信号输入端，如图b中之VI1和VI2端。v给定电压的范围有：0+10V、010V、0+5V、05V等。v（2）电流信号给定 如图b中之II端。给定范围有：020mA和420mA。v（3）脉冲给定 频率给定信号为脉冲信号，如图b中之X7所示。v3.接口给定 即通过变频器提供的RS485接口由微机或PLC给定。v4.多功能输入端子给定 在变频器功能输入端子中，经过功能预置，使其中的两个或多

106、个端子用于频率给定。常用的有：v（1）升速、降速给定 在多功能输入端子中任选两个，经过功能预置，使之成为“升速”端子和“降速”端子，如图c所示。v（2）多挡速给定 在多功能输入端子中任选若干个，经过功能预置，使之成为多挡速控制端子，如图d所示，则通过该几个端子的不同组合，可以得到不同的转速。 问题10 变频器怎样决定采用何种给定方式？ v选择给定方式时，应考虑的主要问题有：1.控制精度 对频率给定要求精度不高者，可以采用模拟量输入；如对频率给定要求精度较高者，则应选择数字量给定方式。v2.控制距离 即操作人员与变频器之间的距离。距离较远者，应采用外接给定方式。故有的变频器常把外接给定方式称为远

107、程给定方式。v3.抗干扰要求 如变频器周围有较强的干扰源的话，必须考虑抗干扰问题。一般说来：v（1）通过外接输入端子进行开关量控制的抗干扰能力最强；（2）在模拟量给定方式中，电流给定的抗干扰能力较强。问题11 通过外接信号来改变电动机的旋转方向时须注意哪些问题？v1.控制方式 通过外接信号控制电动机的旋转方向时，主要有两种方式：v（1）由信号的正负来控制正、反转 给定信号可“-”可“+”，正信号控制正转，负信号控制反转，如图2-6a所示。v（2）由给定信号中间的任意值作为正转和反转的分界点，如图2-6b所示。 图2-6 模拟量给定的正、反转控制a）以原点为零输出 b）以中间值为零输出v2.需要

108、注意的问题v（1）设置死区 用模拟量给定信号进行正、反转控制时，0”速控制很难稳定，在给定信号为“0”时，常常出现正转或反转的“蠕动”现象。为了防止这种“蠕动”现象，需要在“0”速附近设定一个死区X，使给定信号在此区间内，输出频率为0Hz。v（2）设置有效“0” 在给定信号为单极性的正、反转控制方式中，存在着一个特殊的问题。即，万一给定信号因电路接触不良或其他原因而“丢失”，则变频器的给定输入端得到的信号为“0”，其输出频率将跳变为反转的最大频率，电动机将可能从正常工作状态转入高速反转状态。十分明显，在生产过程中，这种情况的出现将是十分有害的，甚至有可能损坏生产机械。v对此，变频器设置了一个有

109、效“0”功能。就是说，让变频器的实际最小给定信号不等于0（Xmin0），而当给定信号X=0时，变频器将认为是故障状态，如图b所示。v例如，将有效“0”预置为0.3V或更高。则：当给定信号X=0.3V时，变频器的输出频率为fmin；当给定信号X0Hz的情况下直接起动，不会产生太大的冲击电流。图2-30 暂停升速功能之一a）带式输送机示意图 b）暂停升速功能问题36 由于带式输送机静摩擦力较大而难以起动，怎么办？v一方面，在静摩擦力较大的场合，也应该预置起动频率，使负载在起动时有一点冲击力，以帮助它克服静摩擦力；另一方面，使负载在起动频率fS下运行一个短时间，确保它已经运转起来后再升速。这种在较低

110、转速下运行一个短时间的功能，称为暂停升速功能，如图2-30b所示。暂停升速功能也可用于某些惯性较大的负载中。暂停升速的时间tDR可以由用户根据负载的具体情况进行预置。问题37 起动频率以多大为宜？v1.恒转矩负载 一般情况下，以起动时电动机的同步转速不超过额定转差为宜。例如，Y-132M-4电动机（7.5kW）的额定转速为nMN=1440rmin，则额定转差为：vn=1500-1440=60r/min和额定转差对应的频率是：vf=pn/60=260/60=2Hzv则起动频率的预置范围应该是：vfS2Hzv个别情况下，如需要进一步加大起动转矩，起动频率的上限值fSH也以不超过5Hz为宜：vfSH

111、5Hzv2.二次方律负载 由于二次方律负载在低速时的阻转矩很小，故起动频率可以适当升高：vfSH10Hz问题38 某机床起动时齿轮箱齿轮间有撞击，影响齿轮的寿命，能否缓解？ v齿轮箱的齿轮之间总是存在间隙的，其工作特点如下：如图2-31a，在停机过程中，其啮合点为A点，B1和B2处于分开状态；起动时，B1与B2将啮合，并且在开始啮合时将发生撞击，如果转速上升太快，撞击力太大，将影响齿轮的寿命。v为了减轻在起动过程中齿轮间的撞击力，也可预置一个暂停升速的时间tDR。但这时，变频器应该从0Hz开始起动，如图-31b所示。就是说，电动机从零速开始缓慢地起动，又在极低频率下运行一个短时间，使齿轮的齿之

112、间充分啮合后再开始升速。从而有效地减缓了轮齿间的撞击。图2-31 暂停升速功能之二a）齿轮的工作特点 b）暂停升速功能问题39 风机在不工作时，叶轮因自然通风而倒转，如何处理？v风机在停机状态下，叶片由于自然通风而自行转动时，通常是反转的。在这种情况下，即使变频器的输出频率（从而同步转速n0）从0Hz开始上升，也会在起动瞬间引起电动机的过电流。v此外，如果拖动系统在停机时预置了自由制动（惯性制动）方式，则当系统尚未停住前，如果需要再次从0Hz开始起动，也会在起动瞬间引起电动机的过电流。v总之，如果拖动系统由于某种原因在非零速的状态下起动时，变频器将很容易因过电流而跳闸。为了保证电动机在零速状态

113、下开始起动，可在起动前先向电动机的定子绕组内通入直流电流，待电动机的转子停住后再升速，如图2-32所示。图a是电动机的升速状况；图b是直流制动的预置项目。这种通过在定子绕组中加入直流电流来保证负载在零速下起动的功能称为起动前的直流制动功能。 不同变频器对于起动前直流制动功能的设置不尽相同。多数变频器可以预置直流电压UDB的大小和进行直流制动的时间tDB，如图2-32b所示。但也有的变频器只需预置起动前直流制动有效即可，具体参数由变频器内定。 问题40 给定信号不为“0时”，怎样起动电动机？v1.给定信号不为0的情况v（1）上次运行后，停机时因预置了“记忆”功能，而保留了停机前的频率给定信号；v

114、（2）外接电位器给定时，电位器的滑动触点不在“0”位，如图2-33b所示。图2-33 电动机的起动操作a）键盘操作 b）外接控制起动v2.起动方法v（1）键盘起动 按键盘上的正转键（FWD）或运行键（RUN），如图2-33a所示，电动机将从起动频率开始起动；v（2）外接控制端子起动 如图2-33b所示，将外接控制端子中的正转端子（FWD）或运行端子（RUN）接通，就可使电动机从起动频率开始起动。问题41 变频起动和软起动器起动有什么区别？ v软起动实际上就是无级减压起动。异步电动机在改变电源电压时，其机械特性的临界转差是不变的，但临界转矩减小较多。因此，在低压起动时，起动转矩将大幅减小，如图2

115、-34a所示。v实现变频调速后，因变频器有各种补偿功能和矢量控制功能，电动机的机械特性将大为改善，可以保证有较大的起动转矩，如图2-34b所示。图2-34 软起动与变频起动a）软起动机械特性 b）变频起动机械特性问题42 变频器在减速过程中为什么容易引起过电压跳闸？v1.减速过程中电动机的状态 电动机从较高转速降至较低转速的过程称为减速过程。在变频调速系统中，是通过降低变频器的输出频率来实现减速的。v假设某4极电动机，减速前在额定转速下运行，其基本状态如图2-35a所示，运行转速为1440r/min。今将频率下降为45Hz，当频率刚下降的瞬间，旋转磁场的速（同步转速）立即下降为1350r/mi

116、n，但由于拖动系统具有惯性的缘故，电动机转子的转速不可能立即下降，仍为1440r/min。于是，转子的转速超过了同步转速，转子绕组切割磁场的方向和原来相反了。从而，转子绕组中感应电动势和感应电流的方向，以及所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了，电动机处于发电机状态，如图2-35b所示。由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反，能够促使电动机的转速迅速地降下来，故也称为再生制动状态。图2-35 减速过程a）减速前状态 b）减速状态 c）逆变电路 d）电流波形v2.泵升电压 电动机在再生制动状态时，由于转子电流方向的变化，定子电流与电压之间的相位差角将大于2电角度，如图2-35d所示。由图知，电流i与

117、电压u的方向相反的时间较多，通过反并联二极管流向直流回路的时间，比电流i与电压u的方向相同，电流是从直流电源通过逆变管流向电动机的时间长，如图2-35c所示。结果是直流电路的电压UD升高，称为泵升电压。v3.过电压跳闸 如果减速时间预置得过短，频率下降得过快，由于惯性的原因，电动机的转速将跟不上同步转速的下降，再生制动过程中产生的电流增大，直流电路中的泵升电压也增大，当直流电压超过所规定的限值时，变频器将因过电压而跳闸。问题43 变频器在减速过程中也会过电流吗？v再生制动状态的电流波形 频率下降过快，电动机转子由于跟不上同步转速的下降而处于再生制动状态时，由于也必须从电源（变频器）吸取励磁电流

118、的原因，其定子电流与电动机状态相比，在频率相同的情况下，波形并未改变，但相位则不同，如图2-36a和b所示。图2-36 再生制动状态的电流a）电动机状态b）发电机状态v分时间是电源电压克服了电动机定子绕组的反电动势而作功，电流从直流回路经逆变管流向电动机；部分时间是电动机定子绕组的反电动势克服了电源电压而作功，电流从定子绕组经反并联的二极管流向直流回路。v（2）相异点 在电动机状态，电源作功的时间大于反电动势作功的时间；而在发电机状态，则是反电动势（由动能转换而得）作功的时间大于电源作功的时间。v3.减速过程中的过电流（1）一般情况 一方面，减速过快时，流向直流回路的再生电流也有可能超过限值而

119、导致过电流；另一方面，再生电流增大时，泵升电压也迅速上升，反过来又阻止着再生电流的增大。所以，在正常情况下，减速过电流发生得较少。v（2）特殊情况 如果制动回路的制动电阻值选择得太小，制动单元导通时，放电电流太大，超过了限值时，容易导致减速过电流跳闸。v所以，当变频器出现减速过电流跳闸时，应注意审核制动电阻值的大小。图2-37 斜坡制动和惯性制动a）斜坡制动 b）惯性制动v逐渐下降，如图2-37a所示。由于电动机转速的下降呈斜坡状，故也称斜坡制动。v惯性制动也叫自由制动，这时，变频器的逆变桥处于封锁状态，电动机转速的下降时间由拖动系统的惯性来决定，处于不受控制的状态，如图2-37b所示。问题4

120、5 怎样防止停机后的蠕动？ v有的负载由于惯性较大，常常停不住，停机后有“蠕动”（也称爬行）现象，可能造成十分危险的后果。消除蠕动的有效方法是预置直流制动功能。v所谓直流制动，就是向电动机的定子绕组内通入直流电流，使异步电动机处于能耗制动状态。v1.直流制动的原理 如图2-38a，由于定子绕组内通入的是直流电流，故定子磁场的转速为0。这时，转子绕组切割磁力线后产生的电磁转矩与转子的旋转方向相反，是制动转矩。因为转子绕组切割磁力线的速度较大，故所产生的制动转矩比较强烈，从而可缩短停机时间。v又由于即使频率下降至0Hz了，直流磁场还有吸住转子的力量，从而可以防止拖动系统的蠕动。v2.直流制动功能的

121、预置（1）直流制动的起始频率fDB 在大多数情况下，直流制动都是和再生制动配合使用的。即：首先用再生制动方式将电动机的转速降至较低转速，然后再转换成直流制动，使电动机迅速停住。其转换时对应的频率即为直流制动的起始频率fDB，如图2-38b所示。v预置起始频率fDB的主要依据是负载对制动时间的要求，要求制动时间越短，则起始频率fDB应越高。v（2）直流制动强度 即在定子绕组上施加直流电压UDB或直流电流IDB的大小，它决定了直流制动的强度，如图2-38b所示。图2-38 直流制动原理和预置a）直流制动原理 b）直流制动的功能预置v预置直流制动电压UDB（或制动电流IDB）的主要依据是负载惯性的大

122、小，惯性越大者，直流制动强度（UDB或IDB）也应越大。v（3）直流制动时间tDB 即施加直流制动的时间长短。预置直流制动时间tDB的主要依据是负载是否有“爬行”现象，以及对克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB应适当长一些。问题46 有的变频器允许在额定频率下实施直流制动，可以既不需要制动电阻，又能快速地停住，是否算是一种较好的停机方式？v在额定频率下实施直流制动，虽然可以使拖动系统快速停机，但在高速情况下施加强力的制动转矩时，电动机以及传动机构各部分的传动轴将受到很大的剪切力，影响其寿命。严重时，传动轴可被剪断。v所以，除非有特殊需要，一般不宜在高速情况下直接进行直流制动。问题47 直流制

123、动能否代替电磁制动电磁铁？v不可以。主要原因如下：v（1）直流制动时间不能太长 直流制动电流一般大于电动机的额定电流，故通电时间不宜太长；v（2）直流制动的制动力不足 在电动机不转的情况下，定子磁场对转子的吸引力与电磁制动电磁铁相比，相去甚远；v（3）直流制动无法防止一旦停电时产生的问题 电磁制动电磁铁在电路中通常设计成：得电时松开，断电时抱紧。这样，一旦电源发生故障而停电时，制动电磁铁仍处于抱紧状态，不会出现危险。变频调速的直流制动则不可能在停电的情况下吸住转子。v问题48 如果选择了自由制动方式，应注意哪些问题？v使用“自由制动”方式应注意的事项主要有：v（1）应注意避免电动机在尚未停住时

124、再起动。所以，自由制动只能用于停机时间较长的场合；v（2）必须具体情况具体分析。例如，对于供水系统中的水泵，如使用“自由制动”方式，电动机会立即停住，容易产生“水锤效应”，故不应采用自由制动方式。而应使电动机在一定的“降速时间”内逐渐地停下来。问题48 如果选择了自由制动方式，应注意哪些问题？v使用“自由制动”方式应注意的事项主要有：v（1）应注意避免电动机在尚未停住时再起动。所以，自由制动只能用于停机时间较长的场合；v（2）必须具体情况具体分析。例如，对于供水系统中的水泵，如使用“自由制动”方式，电动机会立即停住，容易产生“水锤效应”，故不应采用自由制动方式。而应使电动机在一定的“降速时间”

125、内逐渐地停下来。问题49 在预置了下限频率后，变频器怎样停机？v在预置了下限频率的情况下，依靠减小给定信号是不能使变频器的输出频率下降为0Hz的。停机的方法如下：v1.键盘操作 按键盘上的STOP键，使电动机停机，如图2-39a所示；v2.外接控制端子操作 如图2-39b所示，将外接控制端子中的正转端子（FWD）或运行端子（RUN）断开，就可使电动机停机。图2-39 预置了下限频率时的停机方式a）键盘操作 b）外接控制端子操作问题50 问题50风机在自由制动时，因为惯性大，停机时间很长，能否使它发电？v不能。异步电动机要发电，必须首先建立磁场。在自由制动状态下，变频器的逆变电路已被封锁，电动机

126、的定子绕组中没有电流，产生不了磁场。所以，即使转子在旋转，因并未切割磁力线，是发不了电的。再生制动时，变频器的逆变电路在工作，电动机有定子磁场，所以能够发电。问题51 变频器的直流电压太大时，能否将多余的电能反馈给电源？ v变频器的直流电压超过一定限值时，是可以将多余的电能反馈给电源的。但需要附加一个“电能反馈元件”，如图2-40中之RG所示。也有的变频器本身具有电能反馈功能。毫无疑问，把多余的直流电能反馈给电源将取得十分良好的节能效果。但由于电能反馈元件的价格较高，几乎相当于一台变频器的价格。因此，应用得不够普及。图2-40 电能反馈元件问题52 在降速或停机过程中有哪些措施可以防止直流电压

127、过高？v1.将变频器的自动电压调整（AVR）功能预置为“有效”大多数变频器中，都具有自动电压调整（AVR）功能，即自动调整变频器输出电压的功能。拖动系统在降速或停机过程中，由于直流电压的升高，变频器的输出电压也必升高。这时，变频器将自动地降低其输出电压，从而减小电动机的磁通，以达到减小再生电流的目的。但这种方法只能用在直流电压上升较慢的场合。v2.采用制动电阻和制动单元 在直流电压上升较快的场合，应接入制动电阻和制动单元，将直流回路多余的电荷释放掉，详见下述。v3.采用电磁制动器 利用机械式的电磁制动器将电动机的轴抱紧，以达到迅速停机的目的。这是工频运行时常采用的办法。在变频调速系统中，如需要

128、在停机后把电动机轴抱紧的话，通常也是配合制动电阻和制动单元，先通过再生制动将转速降得很低时，再把轴抱紧。问题53 在哪些情况下需要配制动电阻？ v总的原则是：如果因再生制动导致直流电路容易过电压的话，必须配制动电阻，将滤波电容器上多余的电荷释放掉，如图2-41所示。图2-41 制动电阻和制动单元 v图中，制动单元BV的作用是：当直流电压UD超过一定限值时，BV导通，使电容器通过制动电阻RB放电；当直流电压UD降到限值以内时，BV截止，停止放电。在具体工作中，有必要考虑配制动电阻的场合有：（1）起动和制动比较频繁的场合；（2）要求快速制动的场合；（3）有位能负载的场合，如起重机械等。 问题54

129、怎样决定制动电阻的阻值？ v准确计算制动电阻的方法是比较麻烦的，必要性也不大。这里介绍的是根据各说明书提供的数据统计而得的粗略算法。v1.粗略算法 当通过制动电阻的电流等于电动机额定电流的50%时，所得到的制动转矩约等于电动机的额定转矩，用公式表达如下：如 IB=UDH/RB=0.5IMN （2-2）vTBTMNv式中 IB通过制动电阻的电流，A；vUDH直流电压的上限值，V；vRB制动电阻的阻值，；vIMN电动机的额定电流，A。vTB制动转矩，Nm；vTMN电动机的额定转矩，Nm。v在满足TBTMN的情况下，制动电阻可计算如下：vRB=2UDH/IMN（2-3）v2.制动电阻的取值范围 各变

130、频器生产厂家为了减少制动电阻的阻值档次，常常对若干种不同容量的电动机提供阻值相同的制动电阻。因此，在制动过程中所得到的制动转矩的差异是较大的。统计结果表明：v（1）制动转矩的估算及取值范围 如上述，制动转矩可估算如下vTB2TMNIB/IMN （2-4）v通常取 TB=（0.82.0）TMNv（2）制动电阻的取值范围RB=2.5UDH/IMNUDH/IMN（2-5）可以看出，制动电阻的大小，是允许在一定范围内变动的。v问题55 怎样决定制动电阻的容量？在决定制动电阻的容量时，必须注意根据具体情况进行具体处理。v1.电路导通时电阻消耗的功率 当制动电阻接入电路时，它所消耗的电功率：vPB0=UD

131、H UDH /RB（2-6）式中 PB0制动电阻接入电路时消耗的功率，kW。图2-42 不重复放电a）能耗电路 b）工作频率c）直流电压 d）电路工况v2.制动电阻的工况制动电阻的工况可分为：v（1）不重复放电 惯性较大的负载，如要求减速时间较短时，直流电压容易超过限值，如图2-42所示。图a中，RB是制动电阻，BV是制动单元；图b是降速过程中的频率变化；图c是直流电压的变化，UDN是额定状态下的直流电压值，UDH是直流电压的上限值；图c是制动单元的工作情况，ON表示通电，OFF表示断开。v由图知，能耗电路放电的时间是很短的，制动电阻处于短时运行的状态。显然，制动电阻的容量没有必要按式（2-6

132、）来选择，而可以进行较大幅度的修正。v（2）频繁加、减速时的重复放电 在加、降速比较频繁的情况下，为了减小过渡过程的时间，一般要求尽量缩短加速过程和减速过程。故制动电阻的工况如图2-43所示。v图a是频繁加、降速时频率的变化情形，图b是直流电压的变化情形，图c是能耗电路的工况。v由图知，制动电阻处于断续运行的状态。其容量也没有必要按式（2-6）来选择，也可以进行修正。v（3）连续作下降运动时的放电 其主要代表如向下传输的带式输送机、向下运行的自动扶梯以及起重机械等，如图2-44a所示。图b是直流电压的变化情形，图c是能耗电路的工况。图2-43 频繁加减速的重复放电a）频率 b）直流电压 c）工

133、况v图b和图c表明，当直流电压超过上限值（UDUDH）时，能耗电路开始放电。放电的结果是UD下降，当UD下降到UDH以下时，能耗电路截止，停止放电。但因为负载的下降运行还在继续，故UD又将上升，上述过程将反复进行，制动电阻也处于断续运行的状态。但断续运行过程中的间隔时间较短。图2-44 连续下降运动的负载a）实例 b）直流电压 c）工况v3.电阻容量的修正 由上述，制动电阻常常是处于断续运行甚或短时运行的状态下。所以，实际所需容量应在式（2-6）的基础上进行适当修正：vPB=PB0B （2-7）式中B修正系数。v根据各变频器说明书所提供相关数据的统计结果，修正系数B的粗略取值如下：vPMN18

134、.5kWB=0.110.3；vPMN22kWB=0.250.4问题55 按照说明书选择制动电阻有问题吗？ v一般情况下，应该是没有问题的。但如上述，变频器生产厂为了减少制动电阻的档次，常常对若干种不同容量的电动机提供相同阻值和容量的制动电阻。例如，安圣TD3000系列变频器说明书中，对于配用电动机容量为22kW、30kW和37kW的变频器，所提供的制动电阻规格，都是3kW、20。选用时，应注意根据生产机械的具体情况进行调整。v1.调整的主要依据（1）负载对减速时间的要求 减速时间越短，则泵升电压大，制动电阻的阻值应取偏小值；v（2）拖动系统的惯性大小 惯性越大，则在减速时间相同的情况下，则泵升

135、电压大，制动电阻的阻值也应取偏小值。v2.调整的基本原则在满足要求的情况下，基本原则如下：（1）制动电阻的阻值 电阻值大，则消耗功率小，对逆变电路的冲击也小，故电阻值宜大不宜小；v（2）制动电阻的容量 容量大，则热容量大，不易损坏。所以，容量也是宜大不宜小。对于起重机械下放重物的场合，则由于在下放重物的整个过程中，电动机一直处于再生制动状态，制动电阻的运行时间较长，通常取：B=1。问题56 制动电阻经常因过热而报警，怎么处理？ v首先要观察过热的程度。如过热程度较轻，则设法加强制动电阻的散热；如过热程度相当严重，则须考虑更换制动电阻，原则如下：在制动转矩较大的情况下，首先考虑增大电阻值。如式（

136、2-6），电阻值增大后，电阻的容量可以减小；v如果是起重机械放下重物的情况下，则因为对制动转矩的要求较高，应考虑加大制动电阻的容量。问题57 自己能否制作制动电阻？ v变频器说明书中提供的制动电阻的容量，是针对一般降速时计算的。如果起动和停机特别频繁，或在重力负载向下运行时，制动电阻常常因容量太小而烧坏。v替代器件 一般情况下，制动电阻可以用电炉丝或其他电热设备中的发热元件来代替。由于发热元件的额定电压通常是220V，而处于再生制动状态的直流回路的平均电压约为650V，故发热元件应以三组串联为宜，如图2-45所示。v发热元件电阻值的计算 发热元件的额定数据只有两个：额定功率和额定电压。图2-4

137、5 自制制动电阻 v上述数据是在发热状态下的数值。根据额定数据，其热态电阻值可计算如下：vRE=U2EN/PEN（2-8）v式中 PEN发热元件的额定功率，W；vUEN发热元件的额定电压，V；vRE发热元件的热态电阻，。v由于总体上说，制动电阻并不处于连续工作的状态。接入电路的时间通常是断续的。因此，发热元件作为制动电阻使用时，其实际温度达不到电热设备的温度。所以，由式（2-8）计算出的热态电阻值，与冷态或温态时的电阻值相比，略微偏大一些。但因为电热设备的工作温度一般在200以内，热态电阻与冷态电阻的差别并不很大，故式（2-8）的计算结果是可用的。v3.计算举例 现以某37kW电动机为例，说明

138、书中的原配制动电阻是20、5kW。在再生制动过程中，直流电压的平均值以650V计，则制动电阻接入电路时消耗的功率是：vPB0=6502/20=21125W21kWv则说明书中制动电阻的修正系数是：vB=5/21=0.2380.24v对于起动与制动比较频繁的负载，以及对于向下运行的重力负载来说，上述修正系数显然是太小了。v用发热元件代替的方案可有多种，例如，用9根2kW的发热元件串、并联来代替，如图2-45所示。则：v（1）合成热态电阻RB的大小为RB=24.2冷态电阻值接近于20。（2）总的额定功率PB=29=18kWv修正系数增大为B=18/21=0.8570.86v应该说，制动电阻的容量已

139、经足够了。用发热元件作制动电阻时，非但价格比较低廉，并且在安装时可以根据用户的具体情况灵活安排。问题58 制动单元是怎样工作的？ v制动单元的功能：当直流回路的电压UD超过规定的限值UDH时，接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻RB释放能量。其基本构成如图2-46的虚线框所示，分述如下：图2-46 制动单元框图v（1）功率管VB 用于接通与关断能耗电路，是制动单元的主体。v（2）电压取样与比较电路 由于功率管VB的驱动电路是低压电路，故只能通过电阻RS1和RS2进行分压，按比例取出UD的一部分US作为采样电压，和稳定不变的基准电压UA进行比较，得到控制VB导通或截止的指令信号。基准电压UA的大

140、小应与限值UDH成比例。v（3）驱动电路 驱动电路用于接受比较电路发出的指令信号，驱动VB导通或截止。v问题60 制动单元在运行过程中损坏了，怎样处理才不耽误生产？v基本对策 作为临时的应急措施，制动单元中的开关器件可以用三相交流接触器来代替，如图2-47所示。这时，接触器的三对触点必须串联，原因如下：图2-47 用接触器触点代替制动单元v（1）耐压的考虑 交流接触器触点的额定电压是500V，而直流电压则大于500V。串联以后，耐压可达1500V，具有较大裕量；v（2）灭弧的考虑 直流电路在接通和断开过程中的电弧比交流电路严重得多。将三对触点串联以后，可以起到分割电弧的作用，有利于灭弧。v2.

141、接触器的选择（1）主触点的额定电流 考虑到接触器有可能比较频繁地接通和断开，故主触头的额定电流应适当地选大一些，一般说来，可按制动电流的（1.52）倍进行选择：vIKN（1.52）IB （2-9）式中 IKN接触器触点的额定电流，A。上例中，制动回路的平均电流约为IB=650/20=32.5Av由式（2-9）：IKN（1.52）32.5=（48.7565）Av选 IKN=60Av（2）接触器的线圈电压 与控制柜中的控制电压相同即可。v3.接触器的控制方法（1）起重机械 由控制吊钩下行的接触器的辅助触点或通过中间继电器KB来进行控制。使吊钩在每次向下运行时，制动回路就处于放电状态。v（2）频繁起

142、、制动的机械 由停机按钮通过中间继电器KB来进行控制。使生产机械在每次停机时，制动回路就处于放电状态。v必须说明，上述方法只能作为应急措施临时使用。如长期使用，则可能造成电能的浪费。v必须说明，上述方法只能作为应急措施临时使用。如长期使用，则可能造成电能的浪费。v4.YAB型制动单元 针对上述需求，已经有专门开发的产品YAB型制动单元，如图2-48所示。主要特点如下：v（1）基本原理 图2-48a所示，与图2-47所示的制动单元基本相同。但根据在能耗制动过程中，直流电压不够稳定，开关电源容易损坏的特点，稳压电源采用单独的变压器降压的方式。v（2）结构特点 制动单元并不包括接触器。所需接触器由用

143、户根据具体情况自行配置。其优点是：v由于采用单独的变压器降压方式，制动单元的控制部分一般不易损坏，通常只损坏接触器。将制动单元的控制部分与接触器分开后，非但降低了制动单元的价格，并且由于接触器是否损坏，以及损坏后的更换，一般电气工作人员都能判断和操作，有利于用户的自行维修。图2-48 YAB-型制动单元a）原理图 b）接线图v（3）工作特点 为了防止接触器的抖动，故接触器的吸合电压值UDH1和释放电压值UDH2之间设置了一个回差值UD，如图2-49所示：vUD=UDH1-UDH2v目的是增大接触器在每两次接通之间的时间间隔，使接触器的接通和断开不要太频繁。图2-49 制动单元的回差v（4）应急

144、处理接触器损坏 只需更换接触器即可；控制电路损坏 只要将应急继电器的触点KB接至K1和K2端子之间，就可以像图2-47那样由外部继电器来进行控制了，如图2-49b所示。v问题61 22kW变频器配同容量电动机，起、制动比较频繁，按说明书配105kW制动电阻，发热严重，怎么处理？v1.核算（1）放电电流 直流电压上限按700V计，则：vIB=700/10=70Av（2）制动转矩 电动机的额定电流IMN=42.5A，由式（2-4），求出制动转矩为：vTB= 2 TMN70/42.5vTMN=3.3TMNv可见，制动转矩太大，或者说，制动电阻值选得太小，应增大制动电阻值。v（3）容量核算 由式（2-

145、6）计算，制动电阻的通电功率为：vPB0=7002/10=49000W=49kWv由式（2-7），制动电阻的容量修正系数为：vB=5/49=0.1v对于起、制动比较频繁的负载来说，此B值太小。或者说，制动电阻的容量太小了。v2.重选（1）制动电阻值 实际工作中，应根据负载的惯性大小，和对减速时间的要求来进行选择。这里按一般规律，把起动转矩减小一半，则选RB=20v（2）制动电阻容量电阻的通电功率PB0=700220=24500W=24.5kWv可以按问题55中所举例子，用9根2kW发热元件串、并联来代替，如图2-45所示的那样。问题59 一开机制动电阻就烫是什么原因？v1.基本分析 刚开机时，

146、电动机不可能就减速，直流电路不存在泵升电压，能耗回路不应该通电，制动电阻是不发热的。v制动电阻在一开机时发热，说明能耗电路一开机就导通了。显然，制动单元的工作是不正常的。v2.可能原因（1）制动单元内的功率管已经击穿，制动单元已经损坏；（2）制动单元的控制部分发生故障。第三章 控制方式及应用3.1 电动机的带负载能力3.2 变频器的控制方式3.3 V/F控制方式3.4 V/F控制方式的派生功能3.5 V/F控制的应用3.6 电压与频率不符时的处理3.7 矢量控制3.8 矢量控制方式的派生功能3.9变频调速系统的有效转矩线 问题1：异步电机的机械特性说明了什么问题？v描绘电动机转速与转矩之间的关

147、系n=f(T)的特性曲线，称为电动机的机械特性。v异步电动机机械特性的特点可以通过三点来描述：理想空载点、起动点、临界点。 n=no-n1 s= (n0-n1)/n0v机械特性说明的问题：当转速较高为n1时，转差n1较小，转子绕组的感应电流以及所产生的转矩都很小（假设旋转磁场的磁通大小不变）；反之当转速较低为n2时，转差n2较大，转子绕组的感应电流以及产生的转矩较大。v正常情况下，异步电机通过增大或减小转速来调整轴上的转矩。 问题2：负载的机械特性说明什么问题？v1 恒转矩特性 不论转速高低，负载转矩的大小基本不变，带式输送带是典型的代表。v2 恒功率转矩 不论转速高低，负载所需要的功率大小基

148、本不变，而转矩和转速成反比，卷绕机械是典型的代表。v3 二次方转矩 负载的阻转矩与转速的二次方成正比，离心式风机、水泵是典型代表。问题3：拖动系统的运行状态是怎样决定的？v拖动系统的转矩平衡 电动机带负载运行时，转速大小必符合以下规律： TMTL n变大 TMTL1时系统必将加速，随着转速的上升，TM逐渐减小，而TL逐渐增大，直至到Q点，才能稳定下来。 (2) 转速上升为n2：当转速为n2时，电动机的转矩将减小为TM2,而负载的转矩将增大为TL2,TM20 拖动系统加速 （2） TJ0 拖动系统减速 （3） TJ=0 拖动系统等速运行问题38：电梯和电动机车采用转矩控制有什么好处？v在电梯和电

149、动机车一类的牵引装置中，拖动系统主要特点： （1）负载的轻重是随机的，无规律可循的。 （2）对起动过程要求高 实践证明，在电气机车和电梯中，乘客的感觉和速度大小无关，但与加速度有关，与加速的变化率更有关系，因此要求起动和加速度必须平稳。 dn 375Tj dt GD2 dn/dt-拖动系统的加速度 GD2-拖动系统飞轮的力矩v不同控制方式的起动过程 （1）转速控制的起动过程 在转速控制模式下，动态转矩的大小不可能根据负载轻重进行自动调整。为防止起动不起来的情况，总是按照负载转矩最大的情况来预置起动转矩。这样负载较轻时，起动瞬间因发生冲击而抖动。火车起动时就是例子。 （2）转矩控制的起动过程 在

150、转矩控制模式下，可以使电动机的电磁转矩 从0开始逐渐增大，直至能够克服负载转矩，动态转矩和加速度从0开始缓慢增加，从而使启动过程平稳。 但当拖动系统已经启动之后，如果电动机的转矩给定信号还在继续增大，会导致动态转矩和加速度不断增大，一直加速到上限转速为止。若果不这样，加速度的不断上升会引起乘客的不舒适，所以，当起动到一定转速后，应切换为转速控制，使拖动系统按照预置的加速时间加速到正常的运行速度。问题39：卷曲机械采用转矩控制有什么好处？v卷曲机械有：各种薄膜的收卷或放卷机械，如塑料薄膜、金属薄膜、纸张等在生产过程中都需要有收卷或放卷的工序；还有各种电缆的收卷或放卷机械。 （1）被卷物的张力保持

151、恒定 （2）被卷物的线速度保持不变 随着被卷物的卷径增大： （1）负载的阻转矩随卷径的增大而增大 （2）负载的转速随卷径的增大而减小 （3）拖动系统运行功率将保持不变 因此也叫恒功率负载。 薄膜线速度控制 变频器采用转速控制，用于控制薄膜线速度大小，并使线速度恒定。 卷绕的恒张力控制 电机拖动卷绕锟，变频器在转矩控制模式下运行。 使转矩给定信号设定在某一值下不变，电动机的电磁转矩也不变，随着卷绕锟卷径D增大，动态转矩将变为负值，拖动系统将处于减速状态。 减速时的速度大小应符合能量守恒定律原理。 电动机的输出功率也将保持不变。 拖动系统的转速将随卷径的增大而不断下降。 改变给定转矩的大小，可以改

152、变卷绕的松紧程度。问题40：低频运行时有效转矩为什么变小？v就产生电磁转矩的能力而言，异步电动机在实现变频调速后，不论哪种控制方式，都能使低频时的临界转矩达到或接近额定频率时的临界转矩，但并不能长时间持续地运行。这是因为，普通异步电机的散热是依靠转子轴上的扇叶来进行。转子的转速下降后，散热效果也下降，其运行电流和有效转矩也必须下降。 所以低频运行时有效转矩下降的主要原因是电动机的散热条件的变差。 除此之外，在V/F控制方式下，由于低频运行时常常需要转矩补偿，在负荷变动时，磁路因饱和而发热。问题41：怎样使用普通电动机实现恒转矩调速？v改善有效转矩线的根本途径是加强散热。所以实现恒转矩调速的有效

153、方法 （1）外部通风 用一个风扇对这点击吹风，进行强迫冷风。 （2）采用变频器调速专用电机 在变频器调速专用电机中，在输出轴上，安装一个按额定转速运行的风扇，改善了散热条件；同时，其电磁负荷设计的比较大，磁路不容易饱和。问题42：高频运行时有效转矩为什么变小？v1 高频运行特点 （1）输出电压不变 （2）主磁通减少 随着fx的上升，U不变，U/fx比下降，主磁通减小。 （3）允许电流不变 电动机的额定电流是由温升决定，所以在多大频率工作下，电动机允许的工作电流不变。 （4）最大输入功率基本保持不变 因为电动机的电压和允许电流保持不变，功率因数变化不大，所以最大输入功率的大小基本不变。v2 最大

154、输入功率不变，假设电机的效率也不变，则电动机的输出功率也不变。 所以在额定频率以上的有效转矩具有和恒功率一样的特点。 在额定频率以上，电动机的有效转矩与频率调节比成反比。 问题43：电动机的工作最高频率最高可以达到多少？v1 电动机的转速超过了额定转速后，要注意的问题： （1）轴承受能力 最高一般4000r/min. （2）转子动平衡 一般在3000-4000r/min.条件下进行v2 高频运行存在的问题 由于电动机有效转矩的大小是和频率成反比，频率太高了，电动机的有效转矩减小的太多，实用价值不大。问题44：如何把基本频率预置为45HZ，会有什么结果？v1 电动机的磁通 把基本频率预置为45H

155、Z后 ，电动机内的磁通比额定状态增加11%，由于增加得不多，电动机磁路接近饱和，但尚未饱和。v2 电动机的有效转矩 在额定电流不变的情况下磁通的增加使电动机的有效转矩增加11%，但如果把电动机的有效转矩增加至50HZ时，则因为对应的电压仍为380v，故有效转矩与额定转矩相等。v由此可以看出，如果负载的工作频率50HZ的话，适当的降低基本频率，可以增大电动机的有效转矩。问题45：低频时，电动机功率会减少吗？v一般来说电动机在额定转速以下运行，其输出功率都减小。因为： （1）电磁转矩不增加 任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果。通常电动机的电流和磁通都不允许超过额定值。因为磁通太大使磁

156、路饱和，电流太大使电动机发热。 所以，低速运行时，电动机的电磁转矩是不可能增大的。 （2）功率将随转速的变化 因为机械功率是与转矩和转速的乘积成正比。低速运行时，转矩不变而转速下降，故电磁功率是随转速而下降的。第四章 变频器的控制电路v4.1 变频器控制电路的安排v4.2 变频器的外接输入端子v4.3 变频器的外接输出端子v4.4 变频调速系统的基本控制电路v4.5 变频运行和工频运行的切换v4.6 变频器跳闸后的故障切换电路v4.7 变频器的程序控制v4.8 变频调速的同步控制v4.9 变频器与PLC配合问题1：变频器的内部框架图？v1 主控电路 主要功能如下： （1）接受各种信号 1）在功

157、能预置阶段，接受对各种功能的预置信号。 2）接受从外键盘或外接输入端子输入的给定信号。 3）接受从外接输入端子或通信接口输入的控制信号。 4）接受从检测电路输入的检测信号。 5）接受从保护电路输入的保护执行信号等。 （2）基本计算 最主要的运算包括： 1）进行矢量控制运算或其他必要的运算。 2）实时的计算出SPWM各切换点的时刻。 （3）输出计算结果 1）输出至逆变管模块的驱动电路，是逆变管给定的信号及预置要求输入SPWM电压波。 2）输出给显示器，显示当前的各种状态。 3）输出给外接输出控制端子。 4）向保护电路发出保护指令，进行保护。v2 检测电路 接受电压、电流以及模块温度等采样信号，并

158、转换成主控制电路所能接受的信号。v3 保护电路 接受主控电路输入的保护指令，并实施保护。同时也直接从检测电路输入检测信号，以便对某些紧急情况实时保护。问题2：变频和外接控制电路之间是怎样联系的？v主要通过外接端子进行联系，外接端子有两类： 1 输入信号端子 2 输出信号端子问题3：变频器的外接输入端子有哪些？v1 模拟量输入端 （1）按照输入信号的物理量分为电压信号、电流信号。 （2）按照功能分为主给定信号和辅助给定信号。 主给定信号如：主要的频率给定信号、PID控制的目标给定信号。 辅助给定信号：叠加到主给定信号的附加信号、PID控制的反馈信号v2 开关量输入端 接受外部输入的各种开关量信号

159、，以便对变频器的工作状态和输出频率进行控制。 （1）基本控制输入端 正反转、点动、复位等，其功能比较固定。 （2）可编程输入端 端子的具体功能通过功能预置来决定，如多档速控制，多档升，降速时间控制，可编程控制等。 问题4：变频器的外接输出端子有哪些？v1 报警输出端 当变频器因为故障跳闸时，报警输出端将动作，发出报警。v2 测量信号输出端 向外接仪表提供与运行参数成正比的测量信号。 （1）模拟量输出信号 （2）脉冲信号 脉冲频率与被测频率成正比 （3）状态信号输出端问题5：变频器是怎样提供外接开关量信号的？v变频器的开关量输出信号电路主要有3种类型： 1 晶体管输出型 输出为集电极开路输出，由

160、于受到晶闸管耐压的限制，只能用于直流低压电路中。 2 继电器输出型 继电器触点耐压较高。 3 晶体管双向输出型 问题6：怎样确定通过外接端子进行操作？v演示VACON变频器的外接端子操作。问题7：外接的基本操作功能有哪些？v变频器的外接输入控制端子中，有一部分端子功能是固定的。或是出厂设定中已有明确的功能，通过功能预置更改，各种变频器对基本操作输入端的设置不尽相同。 演示VACON变频器该功能。问题8：变频器怎样使用点动控制？v1 键盘控制v2 外接输入端子控制v问题9：变频器怎样实现升降速控制？v问题10：变频器怎样实现多段速控制？v问题11：进行多段速控制时应预置哪些功能？v问题12：怎样

161、实现多档加减速控制？v问题13：进行多档速加减控制时应预置哪些功能？ -参照VACON应用手册进行讲解。问题14：同一拖动系统，有必要改变加减速时间吗？v有的情况下加减速度是有必要进行调整的。 （1）加工工艺的要求 如龙门刨床在刨刀未切入工件之前首先加速至较低的转速。这个加速过程是在空载情况下进行的，加速时间可以预置的短些；当刨刀切入工件之后，在加速到刨床所需的速度时，由于加速是在刨床过程中进行的，为了防止刀具和工件磨损，加速时间应长些。 （2）控制不同机台的要求 某些小型桥式起重机的大车和小车是不允许同时运行的，因此可以用同一台变频器来控制其运行。但因为大车拖动系统的惯性大，其加速时间应预置

162、的长些，而小车拖动系统的惯性较小，其加减速时间应预置的短些。问题15：外接端子可以预置哪些选择性能？v变频器可以通过功能预置使各输入控制端子具有选择功能，结合VACON用户手册与应用手册讲解。 问题16：怎样利用变频器的报警输出端子？v对报警输出端子的利用主要有两个方面，体现在： （1）切断变频器的电源 （2）进行声光报警问题17：怎样选择和处理外接测量仪表？v变频器的外接模拟量输出端子主要用于测量变频器的运行数据，如输出频率、输出电流、输出电压等。v但变频器提供的模拟量信号都是与被测参数成正比的直流电压和直流电流。用户在市场上也只能买到低压的直流电压表或直流毫安表。因此，需要进行必要的技术处

163、理。v不通变频器输出信号也不一样，有0-10V，0-20mA，4-20mA等几种。v例如：假设变频器的最高频率预置0-50HZ，则仪表的10V与50HZ对应，只需将仪表的刻度盘做处理就可以了。问题18：对变频和工频的切换过程有哪些要求？v这个问题要从切换控制的主电路来进行分析。v（1）切换控制电路的组成，如图示。v（2）切换时的动作顺序 切换时，应先断开KM2，使电动机脱离变频器，经适当的延时合上KM3，将电动机接至工频电源。 由于在变频器的输出端是不允许与电源连接的，因此接触器KM2和KM3绝对不允许同时导通，相互间有非常可靠的连锁。v（3）运行切换控制的基本要求 运行切换是从变频的50HZ

164、换到工频50HZ，切换之前的转速等于或接近于额定转速。 当KM3闭合，电动机接至工频电源时，电动机的转速不应下降很多，以防止产生较大的冲击电流。一般说，电动机的转速不应低于额定转速的70%为宜。因此，切换时延长时间应短些。 必须避免在切换过程中产生过大的冲击电流，干扰电网。问题19：变频和工频切换时，哪些情况可能出现大电流？v这个问题主要和电动机从变频电源上断开后的过渡过程有关。 （1）自由制动的过渡过程 就是在电动机断电后拖动系统转速的下降过程。自由制动的时间长短主要和拖动系统的惯性大小有关。在自由制动过程中，拖动系统的转速下降过程称为拖动系统的机械过渡过程。比较典型的例子就是风机和水泵。

165、风机惯性较大，电动机断电后转速下降较慢；水泵由于水的位能具有阻止水泵的继续旋转过程的作用，故电动机的惯性很快被克服，停机十分迅速。v电磁反应过渡过程 当电动机切断电源之后，其基本状态如下： （1）定子绕组的自感应电动势立即消失 KM2断开，电动机定子绕组中电流及磁场立即消失，其能量消耗在KM2断开瞬间触点的电弧上，因此定子绕组的自感应电动势将随磁场的消失而消失 （2）转子绕组中存在存在衰减的直流电流 由于电动机的转子绕组是自成回路，所以，根据楞次定律，转子绕组的自感电动势将阻止电流的消失。从而转子绕组中的电流将有一个逐渐衰减的过程。，它不再交变，其初始值取决于KM2断开瞬间的转子电流值。 与此

166、同时，转子电流将产生一个逐渐衰减的直流磁场。 （3）电动机处于同步发电状态 转子是直流磁场，定子是三相绕组，这是同步发电机的基本组态。转子在因为惯性而继续旋转的过程中，其直流磁场被定子绕组切割，并在定子绕组中产生感应电动势。v切换过程的主要矛盾 一方面，为了在切换瞬间，电动机的转速不要下降太多。所以下降时间应尽量短；另一方面，缩短切换时间，在切换瞬间，电磁过渡过程远未结束，存在着定子绕组的电动势和电源电压叠加问题。v产生大电流的原因 电动机与工频电源接通瞬间，电源电压恰好与定子绕组的感应电动势同相，切换时没有附件的冲击电流；反之，如果恰好反相，则切换时必将产生很大的冲击电流，最严重的情况下，冲

167、击电流可接近直接启动电流的2倍。问题20：怎样避免切换时的冲击电流？v不同负载的具体措施也不同。v对于大惯性负载 大惯性负载在制动过程中，转速下降缓慢，可达数秒数十秒。而电磁反应过渡过程的时间很短，只有1s左右。因此，当电动机从变频电源上断开，到接通工频电源之间的延时，只要大于1s，就可以躲开电磁过渡过程，也就避免了冲击电流的产生。v对于小惯性负载 如部分水泵，其自由制动的过程与电磁反应过渡过程十分相似，则切换时必须进行相位搜索，以保证再接通工频电源的瞬间，工频电源的电压与定子电动势处于同相位状态，从而避免冲击电流。v5.1 闭环控制的概念v5.2 闭环系统的控制逻辑v5.3 目标信号和反馈信

168、号的相关功能v5.4 变频器的PID功能设置v5.5 PID的控制运行v5.6 闭环控制的起动问题v5.7外接PID控制v5.8控制参数的选择v5.9关于转速闭环控制第5章 变频调速的闭环控制v以空气压缩机的恒压控制系统为例，如图5-1所示。其基本工作过程是：电动机拖动空气压缩机旋，使之产生压缩空气，并储存于储气罐中。储气罐中空气压力的大小取决于空气压缩机产生压缩空气的能力（在本系统中，就是取决于电动机的转速 ）和用户用气量之间的平衡状况。图5-1 闭环控制的目的a）压力小于目标值 b）压力大于目标值问题1 闭环控制要达到什么目的？为了保证供气质量，要求储气罐的空气压力稳定在某一个数值上。这个

169、数值，是我们的控制目标，称之为目标压力，用 表示。 恒压控制对于拖动系统的具体要求是： 当用户的用气量增加，储气罐内的实际压力 小于目标压力 时，要求电动机加速，使储气罐内的压力上升至目标值，如图5-1a所示； 反之，当用户的用气量减少，储气罐内的实际压力 大于目标压力 时，要求电动机减速，使储气罐内的压力下降至目标值，如图5-1b所示。 这就是闭环控制所要达到的目的。问题2 什么是目标信号？什么是反馈信号？如图5-2所示，与目标压力PT对应的电信号，称为目标信号，用XT表示。在变频器中，XT也称目标值或给定值。图5-2 目标信号与反馈信号与储气罐内的实际压力PX对应的电信号，称为反馈信号，用

170、XF表示。在变频器，XF也称反馈量或当前值。在恒压控制系统中，要求XF永远无限接近于XT：XFXT1.闭环控制的信号安排（1）目标信号 图中，目标信号由电位器RP根据需要人为地给定，接至变频器的给定输入端VRF。（2）反馈信号 通过传感器SP测得，接至变频器的反馈输入端VPF。2.闭环控制的工作过程（1）空气压力PX不足XF0变频器的输出频率fX电动机的转速nX空气压力PX，直至PX与目标压力pT相等为止；（2）空气压力PX过大XFXT（XT-XF）0变频器的输出频率fX电动机的转速nX空气压力PX，直至PX与目标压力PT相等为止。问题4 为什么要加入比例增益？1.问题的提出 如上述，变频器的

171、输出频率fX取决于目标信号XT和反馈信号XF的差值（XT-XF）。那么，能否直接把差值（XT-XF）作为频率给定信号XG呢？如上述，闭环控制的目的是使XFXT，或（XT-XF）0。如果XG=（XT-XF）0，则必有变频器的输出频率fX0，如图5-4所示，空气压缩机将停止运转。显然，这将不可能使储气罐的压力保持稳定。图5-4 出现的问题在这里，一方面，要求频率给定信号XG与差值（XT-XF）成正比；另一方面，XG又不能直接等于（XT-XF），这就是问题所在。2.比例增益的引入 根据频率给定信号XG与差值（XT-XF）成正比的特点，如果将差值（XT-XF）放大KP倍后再作为频率给定信号XG，即：

172、XG=KP（XT-XF） （5-1）式中 XG变频器的频率给定信号；KP比例增益（放大倍数）XT目标信号；XF反馈信号。如图5-5所示。则：当电动机以某一转速nX运行，其对应的频率和给定信号分别是fX和XG时，反馈信号与目标信号之差为： X=XT-XF=XG/KP（5-2）式中X稳态时的控制误差，也称偏差或静差，即反馈信号与目标信号之差。图5-5 引入比例增益由式（5-2）知，比例增益越大，则反馈信号与目标信号之间的偏差越小，储气罐内的压力越稳定。这就是引入比例增益的目的。问题5 积分环节和微分环节起什么作用？1.问题的提出 如上述，比例增益KP越大，则静差越小。因此，为了减小静差，应加大KP

173、，如图5-6a）所示。图5-6 P调节的结果a）比例增益的作用 b）KP太大的后果但KP太大了，XF和XT稍有差异，变频器的给定信号XG和输出频率fX以及电动机的转速nX都迅速变化。到了（XT-258 变频调速460问XF）0时，由于传动系统和控制电路都有惯性，上述变化不能立即停住，形成“超调”，即调过了头。于是又反过来变化，再次超调，形成振荡，如图5-6b）所示。2.解决办法（1）积分控制 为了消除系统的振荡，引入了积分环节I，其目的是：使给定信号XG的变化与乘积KP（XT-XF）对时间的积分成正比。意思是说，尽管KP（XT-XF）一下子增大（或减小）了许多，但XG只能在“积分时间”内逐渐地

174、增大（或减小），从而减缓了XG的变化速度，防止了振荡。积分时间越长，XG的变化越慢，如图5-7a所示。图5-7 积分与微分环节a）增加积分环节 b）又增加微分环节只要偏差不消除（XT-XF0），积分就不停止。所以，积分环节还能有效地消除静差。但积分时间（I）太长，又会发生当用气量急剧变化时，被控量（压力）难以迅速恢复的情况。（2）微分控制 微分控制是根据偏差变化率d/dt的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服了因积分时间太长而使恢复滞后的缺点，如图5-7b所示。问题6 什么是负反馈？以图5-8a所示的空气压缩机恒压控制为例，当压力由于用气量增大而低于目标压力时（PXT）时

175、，反馈信号上升（XF），要求变频器的输出频率上升（fX），以提高电动机的转速（nX），加大冷空气吹入室内的风量，使室内温度保持恒定。 这种变频器的输出频率与反馈量的变化趋势相同的控制方式，称为正反馈，如图5-9b所示。图5-9 正反馈控制问题8 变频器怎样预置反馈逻辑？各种变频器对于反馈逻辑的称谓很不统一，甚至有类似的称谓，而含义却相反的情形。大体上说，有以下几种：1.无反馈逻辑的选择功能 少数变频器未设置反馈逻辑的选择功能，实际上是只有负反馈功能。2.有“正”、“负”选择功能 但名称和含义很不一致，见表5-1所示。3.按偏差X的正负选择 选择项目（数据码）通常为“不倒置”或“倒置”。这里：“

176、不倒置”的含义是按正常情况进行，指负反馈；“倒置”的含义是按相反的情况进行，指正反馈。各种变频器对反馈逻辑选择功能的设置见表5-1。表表5-1 各种变频器对反馈逻辑选择功能的设置各种变频器对反馈逻辑选择功能的设置问题9 怎样进行目标值给定？各种变频器的目标值给定功能不完全一致，大致有以下几种：1.自动转换法 多数变频器在预置PID功能有效时，其频率给定功能即自动转为目标值给定，如表5-2中之安川CIMRG7A系列变频器。2.通道选择法 部分变频器则专门设置了选择目标值给定通道的功能，如表5-2中之康沃CVFG2系列变频器、森兰SB12系列变频器以及瓦萨CX系列变频器等。其中，瓦萨CX系列变频器

177、还可以用升、降速端子来调整目标值。问题10 反馈信号接到哪里？各种变频器都有若干个“频率给定输入端”，在这些输入端子中，如果已经确定一个为目标信号的输入通道的话，则其他的输入端子都可以作为反馈信号的输入端，但电压信号和电流信号必须从不同的端子输入，反馈信号的范围可以选择。比较典型的几种设置方法见表5-3。问题11 怎样用键盘来预置目标值？1.电路特点 用键盘来预置目标值时，变频器的任意一个频率给定端都可以作为反馈信号的输入端，如图5-10a）所示。图中，压力传感器SP由变频器的辅助直流电源供电，其输出的电压信号作为反馈信号XF接至变频器的给定信号输入端VI1端。2.目标值的预置 如图5-10b

178、）所示：（1）按MODE键，使变频器由“监控模式”转换为“监控参数查询”模式；（2）按键或键，将功能码调整为d6（PID设定值）；（3）按ENTER键，读出原有数据，假设为30.0；（4）按键或键，将数据码调整为要求的目标值，假设为60.0；（5）按ENTER键，写入新数据。问题12 怎样确定目标值的大小？因为目标信号和反馈信号常常并不是同一种物理量，难以直接进行比较。所以，大多数变频器的目标信号和反馈信号都用传感器（SP）量程的百分数来表示。例如，要求储气罐内的空气压力保持为0.6MPa，传感器的输出信号为420mA的电流信号，则：当SP的量程为01MPa时，有：与0.6MPa对应的百分数为

179、60%，对应的信号电流为：XT=4+（20-4）0.6mA=13.6mA目标值定为60%，如图5-11a所示；当SP的量程为05MPa时，有：与0.6MPa对应的百分数为12%，对应的信号电流为：XT=4+（20-4）0.12=5.92mA目标值定为12%，如图5-11b所示。问题13 怎样决定变频器的PID功能是否有效？应用变频器的PID功能时，必须事先将PID功能预置为“有效”。具体方法有两种：1.通过功能预置来决定 例如，康沃CVFG2系列变频器中，功能码H48用于预置“内置PID控制”，其数据码是：“0”无PID控制；“1”普通PID控制；“2”恒压供水PID。2.通过外接端子的状态来

180、决定（如图5-12） 图a是富士G11S系列变频器在多功能输入控制端子X1X9中任选一个，将功能码E01E09（与端子X1X9相对应）预置为“20”，则该端子即具有决定PID控制是否有效的功能（“ON”无效；“OFF”有效）。图b是明电VT230S系列变频器在多功能输入控制端子PSI1PSI5中任选一个，将功能码C031C035（与端子PSI1PSI5相对应）预置为“8”，则该端子即具有决定PID控制是否有效的功能（“OFF”无效；“ON”有效）。图c是安川CIMRG7A系列变频器在多功能输入控制端子S1S10中任选一个，将功能码H101H110（与端子S1S10相对应）预置为“19”，则该端

181、子即具有决定PID控制是否有效的功能（“ON”无效；“OFF”有效）。需要说明的是，大部分变频器兼有上述两种预置方式，但也有的变频器只有一种方式。例如，康沃CVFG2系列变频器没有通过外接端子的状态来决定PID控制是否有效的功能；而明电VT230S系列变频器则不能通过功能预置来决定。图5-12 通过外接端子决定PID功能是否有效a）富士G11S b）明电VT230S c）安川G7A问题14 变频器的PID功能有效时，有哪些功能将发生变化？当变频器的PID功能有效时，下列功能将发生变化：1.模拟量输入端 模拟量输入端将不再输入频率给定信号，而输入目标信号或反馈信号。2.加、减速时间 变频器预置的

182、加速时间和减速时间将不起作用，电动机的实际加、减速时间将由P、I、D的运算结果来决定。3.开关量输入端 在开关量输入端中，只有运行信号（RUN或FWD）起作用，其他操作信号（如点动等）都将不起作用。问题15 反馈信号的滤波时间起什么作用？ 因为被测物理量的变送器通常安装在工作现场，而变频器则安装在控制室，两者之间的距离往往较远。因此，反馈信号线往往较长，容易受到干扰。就是说，变频器所得到的反馈信号中，有可能出现一些不规则的干扰信号。 为了防止和削弱干扰信号，变频器在接受反馈信号时，先要对反馈信号进行滤波。滤波时间（也叫采样时间）可以由用户根据现场的具体情况进行调整。 滤波时间越长，滤波效果越好

183、，但控制系统的灵敏度将降低。反之，如果要求保持较高的灵敏度，则滤波时间应适当地预置得短一些，但滤波效果稍差。问题16 PID输出的滤波时间和反馈信号的滤波时间有什么区别？ 如上述，反馈信号的滤波时间主要用于抗干扰。但PID输出的滤波时间却和干扰无关。上面提到，如果P、I、D的参数预置不当，有可能使拖动系统发生振荡。万一，拖动系统的振荡频率和机械的固有振荡频率相等或接近，将引起谐振而发生振动。严重时，将损坏机械。设置了PID输出的滤波时间，将改变拖动系统的振荡频率，甚至可以消除振荡，也就避免了机械的谐振。问题17 如何处理反馈信号的断线故障？ 如上述，反馈信号线往往较长，因此也容易受到损伤。为此

184、，各种变频器都设置了一旦反馈信号发生断线故障时，如何应对的功能，如表5-4所示。 表5-4中，瓦萨CX系列变频器只设定反馈信号的上限值和下限值，如果反馈电路断线，反馈信号必在限值之外，变频器将报警或停机。问题18 变频器的PID功能有效时，有什么变化？当PID功能有效时，变频器的主要变化如下：1.给定信号 不论是键盘给定，或是外接给定，所给定的信号不再是频率给定信号，而是目标值给定信号XT。2.加、减速时间 当PID功能有效时，变频器所预置的加速时间和减速时间都不再起作用。其速度的改变仅仅根据P、I、D的运算结果来决定。3.显示内容 当PID功能有效时，显示屏上显示的将是目标信号或反馈信号的百

185、分数。问题19 怎样预置和调整P、I、D等参数？1.P、I、D的预置原则（1）比例增益P 一般说来，在初次调试时，P可按中间偏大值来预置；（2）积分时间I I的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小者，积分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大者，积分时间应长些。（3）微分时间D D的取值也和拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小者，微分时间也应短些；反之，拖动系统的时间常数较大者，微分时间也应长些。2.P、I、D的调整 如P、I、D预置不当，主要现象和调整方法如下：（1）被控量在目标值附近振荡 首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减小比例增益P。（2）被控量在变化后

186、难以恢复 首先加大比例增益P，如反应仍较迟缓，可适当减小积分时间I。如果有D功能者，还可以加大微分时间D。问题20 闭环控制时，PID调节系统的工作过程是怎样的？图5-13是变频调速恒压供气系统在正常工况下的PID调节过程。图a是用户用气量Q的变化情形；图b是储气罐的压力p（与之对应的反馈量是XF）的变化情形，由于PID调节的结果，它的变化是很小的；图c是用气量Q发生变化（从而储气罐的压力也变化）时PID的调节量PID，调节量PID只是在压力反馈270 变频调速460问量XF与目标值XT之间有偏差时才出现。在无偏差的情况下，PID=0；图d是变频器输出频率fX和电动机转速nX的变化情形。具体工

187、作过程如下：（1）稳态运行 用户的用气量无变化时，气压P稳定而无变化，反馈信号与目标信号近乎相等（XFXT），PID的调节量PID为0，电动机在频率fX下匀速运行，如图5-12中之0t1段；图5-13 恒压供气的正常工况a）用气量 b）压力 c）调节量 d）频率（2）用气量增加 当用气量增大时，储气罐的压力P有所下降，反馈信号XF减小，合成信号（XT-XF）则增大，PID产生正的调节量（PID为“+”），变频器的输出频率fX和电动机的转速nX上升，压力回复，如图5-12中之t1t2段。当压力P由于电动机转速的升高而恢复到目标值时，PID的调节量减小为0（PID=0），变频器的输出频率fX和电动

188、机的转速nX不再上升，空气压力又复恢为目标值，如图5-12中之t2t3段。（3）用气量减小 当用气量减少时，储气罐的压力P上升，反馈信号XF增大，合成信号（XT-XF）则减小，PID产生负的调节量（PID为“-”）。结果是变频器的输出频率fX和电动机的转速nX下降，压力P又开始回复，如图5-12中之t3t4段。当压力大小由于电动机转速的降低而重又回复到目标值时，系统恢复稳定运行，如图5-12中t4以后的情形。问题问题21 闭环控制时，频率显示总在变化是正常现象吗？闭环控制时，频率显示总在变化是正常现象吗？ 闭环控制时，频率显示总在变化是正常现象。如上述，由于用户的用气量或用水量是不断变化的，实

189、际压力也随之变化。为了保持压力恒定，就必须不断地通过调整变频器的输出频率来调节电动机的转速。所以，当PID功能有效时，应该观察被控量（即反馈量，如压力）是否稳定，而并不是看频率是否稳定。问题问题22 某料泵电动机采用了某料泵电动机采用了PID控制，但振荡范围大，怎么解决？控制，但振荡范围大，怎么解决？ 振荡范围大，说明比例增益可能偏大，而积分时间则可能偏小。应适当减小比例增益或增大积分时间。 首先减小比例增益，以减小振荡范围。然后增大积分时间，以消除振荡； 如果增大积分时间后，反应过于迟缓，则不宜再增大积分时间，而应继续调整比例增益。如果有微分功能者，可增大微分时间D。问题23 系统的压力变化

190、后恢复得太慢，怎么办？ 压力变化后恢复太慢，说明积分时间过长，或比例增益太小。如果原来预置的比例增益和积分时间都预置得较大，则应首先考虑减小积分时间。如果原来预置的比例增益并不大，则应首先考虑加大比例增益。如果控制系统有微分环节的话，则可适当增大微分时间。问题24 PID控制系统在运行过程中，被控量有时会发生不规则的变化，怎么办？ 被控量发生不规则的变化，说明反馈信号受到了干扰。 如果不规则变化只是偶而发生，则可以通过延长滤波时间来解决。 如果不规则变化经常发生，甚至连续发生，说明干扰严重，应查找干扰源，并设法使反馈信号线远离干扰源，如无法远离，则消除或削弱干扰源。问题25 闭环控制与开环控制

191、在运行过程中能够互相切换吗？ 在图5-12（问题13）中，部分变频器是可以通过外接输入端子的状态来决定PID功能是否有效的，在这种情况下，是可以通过外接输入端子来对闭环控制与开环控制进行切换的。 瓦萨CX系列变频器的情形如图5-14所示。其切换用的外接输入端子是固定的，为16号端子（DIB6）。当DIB6处于“ON”状态（图中的KA闭合）时，PI功能无效。图5-14 闭环控制与开环控制的切换问题26 闭环控制系统在起动过程中为什么容易跳闸？ 许多拖动系统在起动前，反馈信号为“0”。和目标信号之间的偏差值X很大，由PID运算出的调节量PID也很大。由于当PID功能“有效”时，变频器的“加速时间”

192、和“减速时间”都将失效，电动机加、减速的快慢只取决于PID的调节量PI。因此，在起动过程中，拖动系统有可能因加速过快而导致“过电流跳闸”。问题27 闭环控制时，怎样解决电动机的起动？针对上述情况，处理方法有以下几种：1.在起动过程中通过外接端子切换成开环控制 部分变频器可以通过功能预置，选择一个输入控制端子，具有闭环控制和开环控制的切换功能。则在起动过程中，使变频器处于开环状态，待起动到一定频率后再切换成闭环控制。例1：瓦萨CX系列变频器控制方法如图5-15所示。将端子8（DIA1）预置为“起动停止”控制端，由继电器KA1控制：KA1闭合时电动机起动，KA1断开时电动机停止。将端子16（DIB

193、6）预置为“PID有效选择”控制端，由继电器KA2控制：KA2断开，PID功能有效；KA2闭合，PID功能无效。图5-15 电动机的起动控制第六章变频调速的应用基础 负载的转速范围为（32320）r/min，电动机的额定转速为960r/min，传动比3。卷绕过程的示意图620a所示。其机械特性如图b的曲线所示第7、8章第7章 变频器调速的经济性7.1 节能的几个方面问题问题1 实现变频调速是否一定节能？实现变频调速是否一定节能？ 不是的。变频调速是用来调节冬季的转速的，而负载所需要的机械功率，是和转速有关的。因此，实现变频调速后，是否具有节能效果，归根结底，是和负载转速密不可分的。主要有一下几

194、个方面： 1.负载的平均转速 首先是：负载是否需要调速？在恒转矩负载的情况下，当转速为额定转速的70%时，负载所需功率也只有额定功率的70%；在二次方律负载的情况下，当转速为额定转速的70%时，负载所需功率只有额定功率的41%。可见，如果负载在运行过程中的平均转速低于额定转速的话，就存在着节能空间，反之，如果负载并不需要调速，始终以50Hz运行，负载本身所需要的功率并不减少，那么，根据能量守恒的原则，节能是无从谈起的。2.负载的机械特性 如果是恒功率负载，负载功率的大小与转速无关，既是在运行过程中是需要调速的，也并没有节能的空间。3.调速方法 详细分析如下述。问题问题2 异步电动机各部分功率与

195、机械特性有什么联系？异步电动机各部分功率与机械特性有什么联系？ 1.电动机的输出功率 在传动机构的损失忽略不计的情况下，电动机的输出功率就能与负载功率。PL1等于负载转矩乘以实际转速/95502.电磁功率 如果转子内没有任何损失的话，那么，转子所得到的电磁功率将全部转换到电动机的输出轴上，则转子的转速应能与同步转速相一致。PM1等于负载转矩乘以电动机同步转速/9550。3.转差功率 上述两部分功率之差，称为转差功率，其大小等于转子侧的损失功率。问题问题3 为什么说变频调速最节能？为什么说变频调速最节能？ 这是变频调速与其他几种调速方法相比较而得出的结论。比较的情况如下：1.绕线转子异步电动机的

196、调速 绕线转子异步电动机是迄今为止在起重机械中应用的较多的一种，它是通过在转子回路中串联电阻的方法来进行调速的，转子回路串入电阻后，临界转矩不变，但临界转差增大，拖动系统的工作点下降，在负载转矩未变的情况下，转速下降。拖动系统的转差功率大为增加。十分明显的是：转子回路串入电阻后，电阻中将消耗大量的功率。事实上，这是一种通过增大转子电路中的功率损失来降低转速的方法。就是说，减小了的机械功率实际上消耗到转子电路中的电阻中去了。2.电磁调速电动机（滑差电动机）的调速 （1） 基本原理 电磁调速电动机的基本结构相当于两级异步电动机： 第一级与普通的异步电动机无异，同步转速为N01，转子的转速为NM1第

197、二级的旋转磁场由第一级的转子带动直流磁场形成，转速为NM1，第二级的转子转速即为负载所需转速NM2。由于电子调速电动机可以通过直流磁场调节器SR和转速反馈来实现无级调速。所以，在纺织和塑料机械中曾经得到广泛的应用。 （2） 功耗分析 电磁调速电动机中的“第二级电动机”并不能如齿轮箱那样具有放大转矩的作用。当通过调节器SR把输出转速降低（NM2TMN 。在变频调速电路中，由变频器的输出电流具体反应出来。如第1章所述，电动机根据其发热情况是允许短时间过载的。由于发热时间常数较长，所以，电动机所谓的短时间过载，一般都在数分钟以上。而变频器所允许的“过载能力”,通常只有1min，它只是在电动机的启动过

198、程中才有意义。而对于电动机在运行过程中的过载来说，实际上并不起作用。因此电动机的过载电流应在变频器的额定电流范围内。第第8 8章章 故障分析与变频器的保护功能故障分析与变频器的保护功能8.1 8.1 变频器的过载保护变频器的过载保护问题问题2 在哪些情况下电动机的过载是允许的？在哪些情况下电动机的过载是允许的？ 1.电动机的短时间过载 变频器的输出电流已经超出了电动机的额定电流，但未超过变频器的额定电流。则只要电动机的温升没有超过额定值，变频器将不做反应。如图a所示2.短时间的冲击过载 电动机在运行过程中可能遇到短时间的冲击过载，只要冲击电流的峰值不超过变频器的过载能力，持续时间不超过1min

199、，变频器也做反应。如图b所示问题问题3 变频器怎样判断电动机是否过载？变频器怎样判断电动机是否过载？不同的变频器预置电动机的额定电流的方法不尽相同，主要有：1.直接预置法 即直接向变频器预置电动机的额定电流。2.间接预置法 考虑到：（1）在某些情况下，变频器的容量需要比电动机的容量大一档；（2）即变频器的容量与电动机的容量相吻合，但不同变频器的额定电流并不一致；同容量电动机在磁极对数不同的情况下，额定电流也不相等。 因此，须向变频器预置“电流取用比”： IM%=IMN/IN*100% (8-1) 式中 IM%电流取用比 IN变频器的额定电流，A问题问题4 过载保护有什么特点？过载保护有什么特点

200、？ 主要特点如下：1.反时限特性 即过载电流越大，允许运行的时间越短，其保护曲线如图a，图中，横坐标是电动机的电流负荷率： 1=IM/IMN 式中 1电动机的电流负荷力； IM电动机的运行电流，A IMN电动机的额定电流，A 纵坐标是变频器的跳闸时间tT,也就是允许运行的时间。由图知，当11.0时： 如321 则t1t2t32. 保护曲线与工作频率有关，因为工作频率越低，电动机的散热越差，故在过载程度相同的情况下，允许运行的时间（即跳闸时间）越短，如图b中之曲线1、曲线2、和曲线3所示。由图知，在电流负荷率相同（都等于X）的情况下：如FcFbFa 则 TcTb IN2.增加了检测位置 由于产生

201、过电流的原因，除了输出侧工作不正常外， 也有可能是因为变频器内部的不正常所引起。所以，判断过电流的依 据，除了输出电流外，还必须同时检测输入电流，如图 8-4所示。3.变频器的处理方法不同 过载保护如上述，按反时限特性进行保护；过 电流保护则根据不同情况分别进行处理：（1）如在升速或运行过程中发生过电流，但尚未超过变频器的过载能力，则可以通过“防止跳闸功能”进行自处理；（2）当电流超过了变频器的过载能力时，则必须立即跳闸。8.2 变频器的过流保护变频器的过流保护图8-4 变频器的过电流 问题问题8 怎样判断变频器输出端的短路故障？怎样判断变频器输出端的短路故障？ 现代的变频器保护功能都十分完善

202、，即使输出侧短路也不会损坏变频 器。所以，在未找出原因的情况下，可以重新通电后再做试验。但再 试验时必须注意输入侧电压表的反映。如果在继电器 KA 的触点闭 合，起动电动机的瞬间，输入侧电压表的读数有所减小，说明变频器 的输出侧发生了短路，应立即进行检查（图 8-5）。图 8-5问题问题9 在哪些情况下可能导致变频器的逆变桥在哪些情况下可能导致变频器的逆变桥“直通直通”？逆变管直通的原因，大致有以下几个方面：1.死区变窄 当同一桥臂的两个逆变管在交替导通过程中的死区小到一定程度后，就容易发生直通。导致死区变窄的原因主要有：（1）环境温度过高 随着环境温度的升高，逆变管在交替导通过程中的死区将变

203、窄；（2）逆变管老化 逆变管老化后，死区也会变窄。2.逆变管进入放大区 如果逆变管进入放大区，功耗将大大超过其额定值，该逆变管将迅速损坏，而同一桥臂中，只要有一个逆变管损坏，另一个一旦导通，也必跟着损坏，形成直通 （图 8-6）。导致逆变管进入放大区的可能原因有： （1）驱动电路的电源电压下降；（2）逆变管老化。图 8-6 变频器的逆变电路直通a）逆变管直通 b）直通的反映3.计算机运算紊乱 如由于某种原因，使计算机的软件出错，运算结果发生紊乱，也可能导致逆变管直通。问题问题10 变频器的功能预置不当会形成过电流么？变频器的功能预置不当会形成过电流么？变频器因功能预置不当而形成过电流的情形主要

204、有以下两种：1.加速时间预置过短 当加速时间太短时，电动机转子的转速因跟不上频率的上升而产生过电流，如图 8-7a和 b所示。2.转矩提升预置不当 这是比较常见的情形。例如，电动机的负载是二次 方律负载，其机械特性如图 8-7d）中之曲线所示。当频率较低，为 fX 时，负载转矩 TLX是很小的。如果转矩提升 （U/f）预置较大，如 图 c中之曲线 （曲线是转矩提升为 0时的 U/f线），则电动机的 有效转矩线如图 d中之曲线所示。当频率为 fX 时，电动机的有效转 矩TMX比 TLX大得多，电动机处于严重轻载的状态，磁路严重饱和， 励磁电流的波形严重畸变，其峰值有可能超过变频器的过载能力，并

205、导致跳闸，如图 e所示。图 8-7 功能预置不当形成的过电流a）加速时间 b）加速电流 c）压频比的预置d）严重轻载 e）磁路饱和后的励磁电流问题问题11 电动机在过载情况下有可能因过流而跳闸么？电动机在过载情况下有可能因过流而跳闸么？在以下情况下，是有可能因过电流而跳闸的：1.长时间超过变频器额定电流 如第 1章中表 1-2，如果在变频器选型时不注意分析负载的工作特点，简单地按变频器说明书的“配用电动机容量”来决定变频器的容量。则变频器的额定电流有时与电动机额定电流十分接近，电动机稍有过载时，也超过了变频器的额定电流。当过载的时间超过了变频器允许的承受时间后，变频器即判断为“过电流”。如图

206、8-8a所示。 2.电动机遇到冲击负载 当电动机由于某种原因而遇到冲击负载时，如果冲击电流的峰值超过了变频器的过载能力（额定电流的 1.5倍）时，变频器将因过电流而跳闸，如图 b 所示。图 8-8 运行过程中的过电流a）超过变频器额定电流时间较长 b）冲击负载问题问题12 怎样判断因变频器内部的检测异常而导致过电流？怎样判断因变频器内部的检测异常而导致过电流？如果电动机的负载很正常，变频器的内外电路也都无异常现象，而变频器却经常发生因过电流而跳闸。遇到这种情况，应使变频器显示输出电流，观察是否真的过电流。如果显示电流的确很大，但负载又较轻，则首先检查转矩提升是否预置得太大。如果转矩提升并不大，

207、则有必要在外部实际测量一下变频器的输出电流，如图 8-9 所示。如果实测电流与变频器的显示电流差异较大，则需要检查变频器内部的电流检测系统是否异常？因为变频器是根据自身测量出来的电流进行判断和保护的。图 8-9 检测异常引起的过电流问题问题13 变频器一接通电源就变频器一接通电源就“过电流过电流”跳闸是什么原因？跳闸是什么原因？ 1.主电路的原因 变频器在发生故障进行保护时，将立即封锁六个逆变管。因此，如果空气断路器和快速熔断器都无反映的话，说明逆变管损坏的可能性较大。 2.检测和控制电路的原因 如经过检查，逆变管全部正常，则应检查检测电路和控制电路。首先将检测电路和主控板之间的接插件脱开，重

208、新接通电源，如不再发生“过电流”，则说明问题在检查检测部分；如果仍然因“过电流”而跳闸，则说明主控板工作不正常。问题问题14 变频器在哪些情况下发生过电流可以不跳闸？变频器在哪些情况下发生过电流可以不跳闸？ 因为变频器每次跳闸，都会给生产带来损失。所以，对于某些由于非故障原因引起的过电流，变频器尽量采取一些自行消除过电流的措施，以避免跳闸。在许多说明书里，把这种防止跳闸的自处理功能，称为防失速功能。 1.加速过程防止跳闸功能 如图 8-10a，当变频器的输出电流超过变频器的额定电流（或由用户自行设定的电流值）时，变频器就自动地延长加速时间（或暂停加速），待加速电流减小到额定值以内后，再恢复原来

209、的加速时间。如此反复，直至加速到给定频率 （如最高频率）为止。 2.运行中防止跳闸功能 在运行过程中，如由于某种原因，运行电流超过了变频器的额定电流，则变频器可自行适当降低运行频率，如图 8-10b所示。这种方法在二次方律负载中尤为见效，如图 8-10c所示。图 8-10 变频器的过电流自处理功能a）加速自处理 b）运行自处理 c）降频减负原理问题问题15 如果生产机械要求的加速时间很短，而拖动系统的惯如果生产机械要求的加速时间很短，而拖动系统的惯性又很大怎么办？性又很大怎么办？ 在这种情况下，为了满足生产机械所需要的加速时间，又使变频器在加速过程中不因过电流而跳闸，可以采取的措施有： （1）

210、预置加速过程防止跳闸功能 但变频器在执行防止跳闸功能时，实际上把加速时间延长了，应注意测定加速时间是否满足要求。 （2）加大变频器的容量 如果在预置加速过程防止跳闸功能后，实际加速时间不能满足生产机械要求的话，应考虑把变频器的容量加大一挡。 8.3变频器的电压保护问题问题16 导致变频器过电压的原因有哪些？导致变频器过电压的原因有哪些？ 主要原因有以下几种： 1.电源过电压 （图 8-11a） 这种现象并不多见。因为进口变频器的电压上限常常设定在直流电压 700V 以上，相当于电源电压 500V 左右。比 380V 超过30% 以上，这在我国是很少见的。但个别单位，由于变压器在夜间的负载与白天

211、相比，相差很远，变压器的输出电压过高，导致跳闸的情形也并非没有。 2.减速过电压 （图 8-11b） 在第 2章中已经说明，变频器的输出频率在下降过程中，电动机处于再生制动状态，使变频器的直流回路中产生泵升电压。如果减速时间预置得太短，则在减速过程中泵升电压较大，导致直流电压超过上限值，如图8-11b所示。 3.投入补偿电容 当变电所内的补偿电容柜刚投入时，变压器的输出电压将有一个过渡过程，在过渡过程中，变压器输出电压的波形将发生畸变，产生很高的尖峰电压，足以使变频器跳闸，如图 8-11c所示。 图 8-11 过电压的原因a）电源过电压 b）减速过电压 c）投入补偿电容问题问题 17 针对上述

212、过电压原因，变频器可以有哪些对策？针对上述过电压原因，变频器可以有哪些对策？ 1.电源过电压（1）如果电压的最高峰值超过标准在 10V 以内，可以通过在输入侧接入交流电抗器来适当降低变频器的输入电压。（2）如果超过标准太多，则只有设法调整变压器的输出电压了。 2.减速过电压 可以采取的措施有：（1）预置减速自处理功能 如图 8-12a，当变频器的直流电压超过变频器的上限值时，变频器就自动地延长减速时间（或暂停减速），待直流电压减小到正常值以内后，再恢复原来的减速时间。如此反复，直至减速到给定频率（如 0Hz）为止。（2）接入制动电阻和制动单元 一般说来，接入制动电阻和制动单元后，可以有效地防止

213、直流电路的过电压，如图 8-12b所示。如果原来已经接入了制动电阻和制动单元，而变频器仍因过电压跳闸，则应适当减小制动电阻值。 3.投入补偿电容引起的过电压 由于过电压的时间很短，并且在 1 2个周期内即可消失，故可以通过预置“重合闸”功能来解决（“重合闸”功能的含义见下述）。 图 8-12 减速防止跳闸措施a）自处理功能 b）接入制动电阻和制动单元 问题问题18 导致变频器欠压的原因有哪些？导致变频器欠压的原因有哪些？ 如图 8-13，主要有如下几种情况： 1.限流电阻损坏 如图 a所示，当限流电阻损坏后，滤波电容将不能充电，故变频器判断为欠电压。 2.电源缺相 当电源电压缺相后，整流电路变

214、成了单相全波整流，其平均值将只有 342V （如图 b），远低于正常直流电压。 3.其他设备的干扰 例如，附近有容量较大的晶闸管设备，则在晶闸管导通的瞬间，电源电压将出现下降的凹口，如图 c所示，使变频器瞬时欠电压。 4.变频器的互相干扰 在变频器台数很多时，电网电压将会出现时间极短的不规则下降，如图 d所示。对于干扰形成的瞬间欠电压，宏观上不会使直流电压有较大的下降，不应该影响电动机的运行。但由于滤波用的电解电容器不能很好地吸收瞬间欠电压，而电压检测电路的灵敏度又较高，使这些瞬间欠电压常常被检测到而导致跳闸。针对这种情形，也可以通过预置“重合闸”功能来解决。图 8-13 欠电压的原因a）限流

215、电阻损坏 b）缺相c）干扰 d）互相干扰问题问题19 限流电阻的损坏原因有哪些？限流电阻的损坏原因有哪些？归根结底，这和限流电阻的容量选择有关。说明如下：1.限流电阻的容量选择（图 8-14）图 8-14 限流电路（1）限流电阻的耗用功率 假设限流电阻 RL的取值为： RL =20 则滤波电容器在充电过程中消耗在限流电阻上的平均功率为 PL =UD2/2RL7kW（2）限流电阻的通电时间 假设滤波电容器的电容量 CF 为 CF =5000F 则充电时间常数为： = RL CF =205000=100000s=0.1s 在这么短的时间里，电阻是来不及发热的。所以，实际选择的限流电阻的容量比上面的

216、计算值小得多，常常只有几十瓦。但有些变频器中限流电阻的容量选得太小，容易经不起非正常的工况。例如，由于某种原因，用于限流电阻 “切出”电路的短路器件（接触器或晶闸管）导通得迟了一点，限流电阻就容易损坏。2.电动机的起动方法不当 某些用户常常通过接通变频器电源来起动电动机，如果起动次数比较频繁的话，由于变频器机箱内温度较高，限流电阻的散热较慢，热量容易积累，也就容易损坏。3.短路器件损坏 常用的把限流电阻“切出”电路的短路器件是接触器和晶闸管，如图 8-13a中之 SL，如果 SL 损坏了，变频器接通电源后，限流电阻将因长时间接在电路中而很快烧坏。 问题问题 20 变频器在切断电源后为什么显示变

217、频器在切断电源后为什么显示“UL”（欠压）？（欠压）？ 变频器内部，由于控制电路中的微机对电源稳定度的要求较高，故控制电路的电源中，滤波电容器的总容量很大，过渡过程的时间常数较长。在切断电源后，控制电路的电压在相当长时间 （如图中之 tC）内，几乎并不下降，如图 8-15b）所示。因此，在这段时间内，控制电路仍在正常地工作。但直流高压回路的电压却下降较快，如图 8-15a所示。当直流电压下降到欠压保护的限值UDL时，微机将判断为发生了欠电压故障，所以显示“UL”。 图 8-15 变频器断电后a）直流电压 b）控制电压问题问题21 许多变频器对于直流电压的下限值定的很低，是什么许多变频器对于直流

218、电压的下限值定的很低，是什么原因？原因？ 不少变频器的直流下限电压定得很低，例如，富士 G11S系列变频器的 直流下限电压为 400V，相当于电源电压的有效值为283V，只有额定 电压（380V）的 74% ；ABB公司的 ACS800系列变频器的直流下限 电压为 334V，相当于电源电压有效值为236V，只有额定电压的62 这样处理的原因大致如下： 1.减少误动作的次数 例如，对于上面提到的电网电压因受干扰而产生的瞬间低电压，降低了直流下限电压后，可以减少检测电路捕捉到的机率。此外，对于由于网络内大电动机起动形成的电压下降，也可以减少跳闸的机率。 2.变频器具有自动调整输出电压的功能 现代变

219、频器都具有自动电压调整（AVR）功能，在额定频率以下运行时，如果由于电源电压下降，导致输出电压过低时，可以在一定范围内自动地调整变频器的输出电压。8.4 变频器跳闸后的重合闸功能问题问题22 怎样使变频器的保护系统误动作时不停止工作？怎样使变频器的保护系统误动作时不停止工作？ 近年来，由于电力电子技术的飞速发展，大功率电子设备的应用越来越普及，网络电压的波形常常因受到干扰而发生不规则的畸变，使变频器的保护系统发生误动作。此外，变频器本身的控制系统十分复杂，运行过程中发生误动作的情况也时有发生。 针对上述所发生的误动作，变频器采取的对策是设置了“重合闸”功能。如图 8-16所示，当变频器因故障而

220、跳闸（误动作）时，变频器的逆变管被迅速封锁，变频器停止输出，电动机处于自由制动状态。用户在预置重合闸功能时，可以预置每两次合闸之间的间隔时间 t SP，如图 a所示。这样，当变频器跳闸 （误动作）后，经过间隔时间 t SP，将自动重新合闸。 重新合闸时，变频器的输出频率可以从 0Hz开始上升；也可以进行自动搜索。自动搜索的过程大致是：变频器将输出频率恢复至跳闸前的频率，检测电流大小，如电流超过限值，则降低频率再试，直至电流大小在正常范围内以后，再将频率上升至跳闸前的状态，如图 b所示。 图 8-16 重合闸功能a）变频器的工作情况 b）电动机的转速 问题问题23 多台变频器相互干扰怎么办？多台

221、变频器相互干扰怎么办？v如果变频器的容量较大，变频器的台数又不多时，应在每台变频器前配置交流电抗器；如果变频器的容量不大，但台数很多，配置交流电抗器非但费钱，并且费工时，可考虑对每台变频器预置重合闸功能。在预置重合闸功能时，注意以下几点：v（1）时间间隔尽量短一些；（2）有的变频器具有跳闸后仍按减速时间停机的功能，则选择此功能有效；v（3）减速时间尽量长一些。总之，中心思想是在重新合闸时，使电动机的转速尽量地下降得少一些。问题问题24 车间内的大功率电动机启动时变频器跳闸，怎么办？车间内的大功率电动机启动时变频器跳闸，怎么办？ 这实际上也是一种误动作。一般说来，预置了变频器的重合闸功能后，就可

222、以避免变频器停止工作了。由于大功率电动机起动电流的峰值可能持续若干个周期，所以，在预置重合闸的间隔时间 tSP时，应适当长一些，如 tSP100ms。问题问题25 电网短路或遇雷击时电源电压突降，约电网短路或遇雷击时电源电压突降，约100ms左右左右接触器未释放，但变频器却跳闸了，影响生产，怎样解决接触器未释放，但变频器却跳闸了，影响生产，怎样解决？ 可供考虑的解决方法有：1.预置重合闸功能 多数变频器都具有瞬时停电后的自动重合闸功能，说明如下： （1）允许重合闸的前提 如 “问题 15” 中所述，电源停电后，控制系统的电压能够维持的时间较长。只要控制系统的电压并未衰减到下限值以下，电源恢复时

223、，都可以重合闸。因此，在预置瞬时停电后的重合闸功能时，很重要的一个数据便是，变频器允许停电的时间 t0，如图 8-17a所示。 （2）重合闸的处理 和上述跳闸误动作时的处理方式基本相同，如图 8-17b和图 c所示。但在瞬时停电期间，变频器因为失去了电源，所以是不可能按减速时间停机的，电动机只能处于自由制动状态。 2.在变频器的输入侧串联交流电抗器 交流电抗器除了能改善功率因数外，还可以缓解电源电压的突然变化。 图 8-17 瞬时停电后的自动重合闸a）电源电压 b）输出频率 c）电动机转速8.5 其他保护 问题问题26 变频器因变频器因“过热过热”跳闸的可能原因有哪些？跳闸的可能原因有哪些？

224、一般说来，可能的原因有以下几种：1.环境温度过高 注意检查环境温度，不要超过变频器说明书的规定。2.变频器通风不良 这需要从两个方面进行检查：（1）变频器本身的风道是否被阻塞；（2）控制柜的风道是否被阻塞。3.风扇故障 变频器中的风扇寿命较短，应经常检查。4.模块的散热板堵塞 模块散热板上的“散热槽”有可能被灰尘堵塞，影响散热效果，应注意清理。5.温度检测故障 当变频器显示的温度与实际温度不相吻合时，说明温度检测电路发生了故障，应进行修理或更换。 除了上述的风扇以外，寿命较短的便是是电解电容器了。对于电解电容 器，须注意以下两点：1.电解电容器的寿命和周围温度有关 如图 8-18所示，周围温度

225、越高，使用寿命越短。2.电解电容器不宜长期不用 电解电容器如果长时间不用，将因内部的化学反应而被腐蚀。所以，变频器买来后，如果必须长时间存放时，每年都应该定期地通电一定的时间。图8-18 问题问题28 变频调速系统中空气断路器跳闸是什么原因？变频调速系统中空气断路器跳闸是什么原因？ 1.大容量变频器 空气断路器跳闸的主要原因是短路，如图 8-19所示。变频器的输入侧或输出侧发生短路，或者内部逆变管直通，都可能使空气断路器跳闸。 2.小容量变频器 除了短路之外，还有在接通电源时的充电电流导致空气断路器跳闸。其特征是：当接触器第一次接通电源时跳闸，但在第二次或第三次接通时却不跳闸了。这是因为，第一

226、次接通后，尽管跳闸了，但空气断路器的跳闸是需要时间的，在此时间内，滤波电容器上已经充上了相当的电荷。所以，第二次或第三次接通时，充电电流就大为减小，可能就不跳闸了。遇到这种情况，应将空气断路器的容量选大一些。 图 8-19 空气断路器的跳闸原因a）输入、输出侧短路 b）接通电源时充电 3.大容量与小容量的分界 这是由变频器所选限流电阻的电阻值RL来决定的。 例如，如果 RL = 50，则变频器在接通电源时的最大充电电流 ICM为ICM =537/50=10.74A则 8.5kVA（配用 5.5kW 电动机）及以上的变频器都可以算是大容量的。因为，8.5kVA 变频器的额定电流是 13A，空气断

227、路器的额定电流肯定大于 13A，大于 ICM，故充电时不会跳闸。又如，如果 RL = 10，则变频器在接通电源时的最大充电电流 ICM为ICM =537/10=53.7A则 40kVA（配用 30kW 电动机）及以上的变频器才可以算是大容量的。因为，40kVA 下变频器的额定电流都小于 53.7A，如果空气断路器的额定电流小于 ICM，则接通电源时就有可能跳闸。8.6 变频调速系统的机械振动问题问题 29 怎样判断是否发生了机械谐振？怎样判断是否发生了机械谐振？ 1.机械谐振的含义（1）任何机械在运转过程中，都会发生振动的。转速不同，振动的频率也各异。（2）任何固体和由多个固体件组成的机械，都

228、存在着一个固有振荡频率。当机械在运行中的振动频率和它的固有振荡频率相等或接近时，便发生机械谐振。 2.机械谐振的主要特点 只在某一转速下发生振动，并且振动有越来越强烈的趋势，则说明在该转速下发生了机械谐振。 3.消除机械谐振的方法（1）检查所有的机械紧固件，如有松动者，应进行紧固。这样，就改变了机械的固有振荡频率，也就破坏了发生谐振的条件。（2）如果所有的机械紧固件并无松动的现象，则变频器预置“回避频率”，把发生谐振的转速回避开（跳过去）。问题问题 30 产生机械振动的可能原因有哪些？产生机械振动的可能原因有哪些？ 除了机械本身的原因以外，就变频器的原因而言，大致如下：1.电动机和变频器之间的

229、距离较远 由于变频器输出电压的载波频率较高，当距离较远时，导线的分布电容和分布电感的影响显著增加，有可能导致电动机发生振动。针对这种情况，可在变频器的输出电路内接入一个输出电抗器，可削弱或消除振动。2.电动机的参数预置不当 采用矢量控制时，必须准确预置电动机的各项数，并准确进行电动机参数的自测定。如果参数测定不准确，容易发生振动，应重新进行自测定，并检查其他参数是否预置正确？3.无反馈矢量控制的工作频率太低 部分变频器在采用无反馈矢量控制方式时，当工作频率低于 6Hz时，因运行不够稳定而发生振动。针对这种情况，应设法提高最低工作频率。4.变频器的三相输出电压不平衡 当电动机的三相电压不平衡时，

230、定子绕组所产生的旋转磁场在旋转过程中，其磁场强度将发生变化，成为“椭圆旋转磁场”，故电动机在旋转过程中，容易因转矩不均衡而发生振动。对于这种情况，原因常常在于主控板和 IGBT的驱动模块，用户一般难以自行解决。8.7 变频器的维修问题问题31 怎样判断整流模块的好坏？怎样判断整流模块的好坏？ 整流模块由六个二极管构成，测量时，只需记住整流桥各个端子的符 号就可以了，如图 8-20a所示。 以检查二极管 VD1为例，由图 a知，VD1在变频器的输入端子 R 与内 部直流电路的 P + 之间。并且 R 为二极管的正端，P+为二极管的负 端。用普通的万用表即可判断，正常情况下：当黑表笔（万用表内部电

231、 池的 “+”端）接 R 端，红表笔（万用表内部电池的“-”端）接 P+端 时，二极管处于导通状态，如图 b所示；交换黑表笔与红表笔，则二极 管处于截止状态。图 8-20 整流模块的检查a）整流电路 b）测量方法问题问题32 怎样判断怎样判断IGBT管是否正常？管是否正常？ 用万用表只能粗略地判断 IGBT管是否已经损坏。如图 8-21a，将万用 表的黑表笔接至 IGBT的发射极 （E 极），红表笔接至 IGBT 的控制 极 （G 极），使 GE 之间得到反向电压。这时，IGBT的集电极 （C极）与发射极 （E 极）之间应该是截止的。反之，如图 8-21b， 将万用表的黑表笔接至 IGBT的

232、G 极，红表笔接至 IGBT的 E 极使 GE 之间得到正向电压。这时，IGBT的集电极 （C极）与发射极（E极）之间应该是导通的。 图 8-21 IGBT管的粗测a）IGBT的截止 b）IGBT的导通问题问题33 怎样判断逆变模块是否正常？怎样判断逆变模块是否正常？ 逆变模块除了有六个 IGBT外，还有六个反并联的二极管，其测量方法 与整流桥完全相同，如图 8-22所示。举例说明如下： 以检查 VD12为例，由图 a知，二极管 VD12在逆变电路中，接在端子 N 与输出端子 V 之间。N 为二极管的正端，V 为二极管的负端。 在正常情况下：当黑表笔 （万用表内部电池的 “+”端）接 N 端，

233、红表 笔（万用表内部电池的“”端）接 V 端时，二极管处于导通状态；交 换黑表笔与红表笔，则二极管处于截止状态。 图 8-22 逆变桥反并联二极管的检查a）逆变模块的电路 b）测量方法问题问题34 滤波电路中的均压电阻为什么会烧坏？滤波电路中的均压电阻为什么会烧坏？均压电阻烧坏的原因主要有：1.均压电阻的容量不够大 如果在选择均压电阻时，其容量没有留有足够大的余量，则当直流电压偏高时，容易烧坏。图 8-23 均压电阻烧坏的原因 2.滤波电容器损坏如图 8-23，如果在串联着的两组电容器组中，有 一 个 电 容 器 损坏，则两个电容器组的总容 量 将 不 相 等。图中，假设 C1 中损坏了一个电

234、容器，则 C1 总电容量将小于 C2 的总电容量：C1 IR2 式中 IR1 C2 的充电电流 （流经 RC1），A； IR2 C1 的充电电流 （流经 RC2），A。 显然，电阻 RC1较容易烧坏。 问题问题35 变频器的面板操作正常，但外接控制不工作什么原因变频器的面板操作正常，但外接控制不工作什么原因？十分明显的是，变频器的外接输入端子电路发生了故障。检查方法大致如下： 首先，用万用表测量接线端子上的电压，如图 8-24所示 图 8-24 输入控制端的检查万用表 （图 a）测量变频器输出到外接给定电路的电压；万用表 （图 b）则测量输入控制电路的电压。 如果电压正常，则从外部进行检查，如

235、电位器的滑动端是否接触不良 等。如果电压为 0V，则须打开盖子，把接插件 CN1或 CN2脱开，检 查是内部电源不正常，还是接插件接触不良，或连接线与接插件之间接 触不良。 第九章 异步电动机的基本原理 9.1 异步电动机的结构与旋转原理 9.2 异步电动机的分析方法9.3 矢量及矢量控制9.4 直接转矩控制问题 1 变频调速技术为什么主要应用于异步电动机？ v这是因为在所有电动机中，由于三相交流异步电动机转子绕组由两侧端部互相短接的铜条或铝条（俗称鼠笼条）构成，和外电路之间没有任何电的联系，可自成一体，象个“鼠笼”。这种结构在简单、坚固方面是首屈一指的。这带来了使用寿命长、易于维修、以及价格

236、低廉等极为突出的优点，使它在整个电力拖动领域独占鳌头。在20世纪80年代以前，约占工农业生产机械中电动机总量的85%以上。所以，变频调速技术只有以三相交流异步电动机为主要对象，才能得到最广泛的应用。 问题 2 什么是旋转磁场？用什么方法可以得到旋转磁场？ v如果有一对磁极在空间旋转，则它所产生的磁场便是旋转磁场。如果这种磁极是由直流电流进行励磁的话，可以称之为直流旋转磁场。大体上说，产生旋转磁场的方法有两大类：（1）用机械的方法产生。如上述的直流旋转磁场，它必须用一台电动机来带动它，方能旋转起来；（2）多相交变电流流入多相绕组后所产生的合成磁场，也是旋转磁场。问题 3 三相交流异步电动机内的旋

237、转磁场是怎样产生的？ v三相交流异步电动机的定子铁心里，安放了三个在空间互差2/3的绕组AX、BY和CZ，称为三相绕组。三相绕组中分别通入相位上互差 2/3的三相交变电流iA、iB 和 iC。在这种情况下，其合成磁场的特点如下：当t=0时，iA =0；iB 为“-”，故 B相电流从 Y（绕组的尾端）流入，B（绕组的首端）流出；iC 为“+”，故C相电流从 C（绕组的首端）流入，而从 Z（绕组的尾端）流出。各相电流产生的磁场以及三组绕组的合成磁场如图 9-4b所示；图 9-4 三相交变电流的合成磁场a）三相电流 b）t=0时的磁场c）t=5T/12时的磁场 d）当 t=5T/12时， iA 和

238、iB 都为 “+”，且相等，电流分别从各绕组的首端 A 和 B流入，而从绕组的尾端 X 和 Y 流出； iC 为“-”，故 C相电流从 Z流入，而从 C流出。各相电流产生的磁场以及三组绕组的合成磁场如图 9-4c所示，由图可以看出，磁场的轴线顺时针旋转了 5/6角。当 t= 5T/6时， iB = 0； iA 为 “-”，A 相电流从 X 流入，而从 A 流出； iC 为 “+”，C相电流从 C流入，而从 Z流出。各相电流产生的磁场以及三组绕组的合成磁场如图 9-4d所示，与 t=0时相比，磁场的轴线顺时针旋转了 5/3角。显然，当电流交变一个周期 （t= T）时，合成磁场的轴线也将旋转一周。

239、当电流的频率为 f（即每秒钟交变 f周）时，则合成磁场的轴线也旋转 f周，其每分钟转速为 60fr/min。问题 4 怎样改变三相旋转磁场的磁极对数？ v如果在电动机的定子铁心里，放置两组三相绕组，分别是a1x1、b1y1 和 c1z1 （第 1 组）； a2x2、 b2y2 和 c2z2（第 2组），每组绕组在空间上只占电动机定子的一半。两相绕组的同一相绕组之间互相串联：图 9-5 三相 4极接法vA 相：x1 和 a2 相接，余下两端为相头 A（a1）和相尾 X（x2）；B相：y1 和 b2 相接，余下两端为相头 B（b1）和相尾 Y（y2）；C相：z1 和 c2 相接，余下两端为相头 C

240、（c1）和相尾 Z（z2）。如图 9-5所示。则磁场特点 （在说明磁场特点时，绕组本身将不再画出）如图 9-6所示。 a）三相电流波形 b）t=0时的磁场c）t=5T/12时的磁场 d）t=5T/6时的磁场v当 t=0时， iA =0； iB 为 “-”，故电流从 Y（绕组的尾端，也是第 2组绕组的尾端 y2）流入，从 b2 流出后又进入 y1，最后从 B（绕组的首端，也是第 1 组绕组的首端 b1）流出； iC 为“+”，故电流从 C（绕组的首端，也是第 1组绕组的首端 c1）流入，从 z1 流出后又进入 c2，最后从 Z（绕组的尾端，也是第 2组绕组的尾端 z2）流出。三相电流的合成磁场如

241、图 b）所示，它具有两对磁极，每对磁极也只占定子空间的一半。在电机学中，把每对磁极下所对应的空间角度作为 2电角度。所以，在两对磁极的情况下，沿着定子旋转一周（即旋转 2空间角度），相当于旋转了 2 2= 4电角度。如果有 p对磁极的话，则相当于旋转了 p2电角度。v当 t=0时， iA =0； iB 为 “-”，故电流从 Y（绕组的尾端，也是第 2组绕组的尾端 y2）流入，从 b2 流出后又进入 y1，最后从 B（绕组的首端，也是第 1 组绕组的首端 b1）流出； iC 为“+”，故电流从 C（绕组的首端，也是第 1组绕组的首端 c1）流入，从 z1 流出后又进入 c2，最后从 Z（绕组的尾

242、端，也是第 2组绕组的尾端 z2）流出。三相电流的合成磁场如图 b）所示，它具有两对磁极，每对磁极也只占定子空间的一半。在电机学中，把每对磁极下所对应的空间角度作为 2电角度。所以，在两对磁极的情况下，沿着定子旋转一周（即旋转 2空间角度），相当于旋转了 2 2= 4电角度。如果有 p对磁极的话，则相当于旋转了 p2电角度。当 t=5T/12时， iA 和 iB 都为 “+”，且相等。电流分别从绕组的首端 A 和 B 流入，而从绕组的尾端 X 和 Y 流出； iC 为“-”，C相电流从尾端 Z流入，而从首端 C 流出。三相电流的合成磁场如图 c）所示，磁场的轴线顺时针旋转了 5/6电角度，但就

243、空间角度而言，则只旋转了 5/12。当 t=5T/6时， iB =0； iA 为 “-”，A 相电流从绕组的尾端X 流入，而从绕组的首端 A 流出； iC 为 “+”，C 相电流从首端C流入，而从尾端 Z流出。三相电流的合成磁场如图 d）所示，与 t=0时相比，磁场的轴线顺时针旋转了 5/3电角度，但就空间角度而言，则只旋转了5/6。可见，当电流交变一个周期 （t= T）时，合成磁场的轴线只旋转了半周。当电流的频率为 f，磁极对数为 p时，旋转磁场的每分钟转速可求出如下：n0 =60f/p （9-1）v式中 n0旋转磁场的转速，也称同步转速，r/min；vf交变电流的频率，Hz；p磁极对数。问

244、题 5 两相交变电流的合成磁场也是旋转磁场吗？ v是的，说明如下：在电动机的定子铁心里，安放两个在空间互相垂直的绕组和；将相位上互差/2的两相交变电流 i和 i分别通入两个绕组， i和 i的周期是T，如图 9-7a所示。则磁场特点如下：当 t=0时， i=0， i为 “-”，故电流从（绕组的尾端）流入，而从（绕组的首端）流出，两者的合成磁场如图 b所示；图 9-7 二相交变电流的合成磁场a）二相电流 b）t=0时的磁场c）t=3T/8时的磁场 d）t=3T/4时的磁场v当 t=3T/8时，i和 i都为 “+”，且相等。各相电流分别从绕组的首端和流入，而从绕组的尾端和流出。它们的合成磁场如图 c

245、所示，磁场的轴线顺时针旋转了 3/4角；当 t=3T/4时， i为 “-”， i= 0。相电流从绕组的尾端流入，而从绕组的首端流出。合成磁场如图 d所示，与 t=0时相比，磁场的轴线顺时针旋转了3/2角。v显然，当电流交变一个周期 （t= T）时，合成磁场的轴线也将旋转一周。当电流的频率为 f（即每秒钟交变 f周）时，则合成磁场的轴线也旋转 f周，其每分钟转速为 n0 =60f。问题 6 怎样改变两相旋转磁场的磁极对数？v如果在电动机的定子铁心里，放置两组两相绕组，分别是1 -1、1 -1和2 -2、2 -2，每组绕组在空间上只占电动机定子的一半。两相绕组的同一相绕组之间互相串联：相：1和2

246、相接，余下两端为相头和相尾；相：1和2 相接，余下两端为相头和相尾。图 9-8 两相 4极接法 如图 9-8所示，则磁场特点如下：为清楚起见，在说明磁场特点时，绕组本身将不再画出，如图 9-9所示。 图 9-9 两相 4极磁场a）两相电流波形 b）t=0时的磁场c）t=3T/8时的磁场 d）t=3T/4时的磁场v当 t=0时， i=0， i为 “-”，故电流从（绕组的尾端，也是第 2组绕组的尾端2）流入，从2 流出后又进入1，最后从（绕组的首端，也是第 1组绕组的首端1）流出。两者的合成磁场如图 b所示，它具有两对磁极，每对磁极只占定子空间的一半。当 t=3T/8时， i和 i都为 “+”，且

247、相等。各相电流分别从绕组的首端和流入，而从绕组的尾端和流出。它们的合成磁场如图 c所示，磁场的轴线顺时针旋转了3/4电角度，但就空间角度而言，则只旋转了 3/8；当 t=3T/4时， i为 “-”， i= 0。相电流从绕组的尾端流入，而从绕组的首端流出。合成磁场如图 d所示，与 t=0时相比，磁场的轴线顺时针旋转了 3/2电角度，但就空间角度而言，则只旋转了 3/4。显然，当电流交变一个周期 （t= T）时，合成磁场的轴线在空间只旋转了半周。如果电流的频率为 f，即每秒钟交变 f周，则合成磁场的轴线只旋转f/2周。如果有 p对磁极的话，则每分钟转速也可由式（9-1）求出。问题 7 三相旋转磁场

248、和两相旋转磁场有什么区别？v就所产生的磁场而言，并无区别。但由于绕组结构的不同，绕组相互间的耦合情况是不同的。v三相绕组由于各相绕组在空间位置上互差2/3电角度，因而任何一相电流所产生的磁通，必然要穿过另外两相绕组，在另外两相绕组中产生互感电动势，即三相绕组相互间存在着磁的耦合，如图 9-10a所示。v图 9-10 三相绕组与二相绕组的比较 v a）三相绕组 b）二相绕组v两相绕组由于各相绕组在空间位置上互相垂直，因而任何一相电流所产生的磁通，并不穿过另外一相绕组，相互间不存在着磁的耦合，如图 9-10b所示。问题 8 异步电动机是怎样把电能转换成机械能的？v三相交流异步电动机的定子中安置着三

249、相绕组，如图 9-3和 9-5所示。当把电源的三相交变电流通入三相绕组时，其输入功率为三相电功率： P1 = 3UL I1cos1 =3 U1 I1cos1 （9-2）式中 P1电动机输入的三相电功率，kW；vUL电源的线电压，V；vU1电源的相电压，V；vI1电动机定子侧的输入电流，A；vcos1定子侧的功率因数。如上述，三相电流的合成磁场是旋转磁场，转速为 n0。旋转磁场的磁力线被转子的短路绕组切割，在短路绕组中产生感应电动势和感应电流。流过感应电流的短路绕组在定子磁场的作用下，产生电磁力，并形成电磁转矩 TM，使转子以转速 nM旋转，如 图 9-11 所 示。转子轴上便输出机械功率：P2

250、 =TM nM/9550 （9-3）图 9-11 异步电动机的工作原理 v式中 P2电动机轴上输出的机械功率，kW；TM电动机的电磁转矩， Nm；nM电动机的转速，r/min。v总结上述，则异步电动机是通过电磁感应把定子输入的三相电功率转换成机械功率，从轴上输出的。所以，异步电动机也称为感应电动机。问题 9 异步电动机为什么只能异步？v由上述，如果电动机转子的转速和旋转磁场的转速相同的话，转子绕组将不再切割磁力线，也就没有了感应电动势和感应电流，从而也不可能产生电磁力和电磁转矩，转子的转速将无法维持。所以，转子的转速将永远也不可能“追”上同步转速。或者说，保持转子旋转的必要条件是转子转速和同步

251、转速之间必须保持一定的转差：n = n0 - nM （9-4）式中 n电动机的转差，r/min。在多数情况下，用转差率来表示：vs=n/n0=n0 nM/n0 （9-5）式中 s转差率。问题 10 什么是主磁通和漏磁通？ v1.主磁通 在定子电流产生的磁通中，凡能够穿过空气隙与转子绕组相链的部分。所谓 “与转子绕组相链”，也就是能够被转子绕组切割，使转子绕组因产生感应电动势和感应电流而得到能量。所以，主磁通是能够传递能量的部分。v2.漏磁通 在定子电流产生的磁通中，未能穿过空气隙与转子绕组相链，从而并不起能量传递作用的磁通，称为漏磁通。问题 11 异步电动机为什么要用等效电路来分析？ v（1）

252、因为在定子电路和转子电路之间只有磁的联系，而没有电的联系，如图 9-13所示。所以，两个电路的电压和电流之间的相互关系，难以简单地进行定量描述；v（2）转子绕组是在旋转的，其能量用于带动负载旋转，而定子绕组却是静止的。因此，存在着一个如何把旋转着的机械能定量地反映在静止电路中的问题。v要解决好上面两个问题，只有借助于等效电路。等效电路非但要把两个互不相连的电路等效地连接到一起，还要把电动机输出的机械能等效地反映到静止的电路中。v借助于等效电路，人们对异步电动机的定量分析变得简单得多了。图 9-13 异步电动机的电路a）结构示意图 b）定、转子电路问题 12 定子的等效电路是怎样得出的？ v1.

253、概述 异步电动机的定子主要由铁心和三相绕组所组成，因此属于三相电感电路。根据电工基础的知识：在电感电路中，电流的大小取决于电源电压和自感电动势之间的平衡关系。而在电动机的定子绕组中，自感电动势有以下两个特点：v（1）其表现形式由定子绕组切割自己的旋转磁场而产生。但就本质而言，仍然是自身磁通变化的结果；v（2）如上述，在电动机里，定子磁通被分成为主磁通和漏磁通两个部分，它们在传递能量方面的作用不同，所以，在等效电路里的处理方法也不一样。v2.主磁通的自感电动势 因为定子电路由对称的三相绕组构成，所以，在分析时可以只拿一相来进行观察。v（1）自感电动势的大小 所有交变磁通都会在绕组中产生自感电动势

254、，电动机的定子绕组切割了自己产生的主磁通而感应的自感电动势，是定子电路中和电源电压相抗衡的主要成分。或者说，电源电压主要是克服了自感电动势而作功的，因而常称为反电动势。其大小决定于：ve1 = -d1/dt= - L1di1/dt （9-6）v式中 1主磁通的瞬时值，W b；vd1/dt主磁通的变化率；ve1定子反电动势的瞬时值，V；vL1主磁通引起的自感系数，mH；vdi1/dt定子电流的变化率，A/s。由式 （9-6）可以推导出反电动势的有效值如下：E1 =4.44KE f1N11 （9-7）v式中 E1反电动势的有效值，V；vKE比例常数；vf1定子电流的频率，Hz；vN1每相定子绕组的

255、匝数。v式 （9-7）的物理意义如图 9-14所示：比较图 a和图 b知：频率 f1 增大，则磁通1 的变化率也增大，反电动势 e1 的振幅值和有效值随之增大；比较图 a和图 c知：在频率相等的情况下，磁通1 的振幅增大，其变化率必增大，反电动势 e1 的振幅值和有效值也随之增大。v（2）反电动势的意义 式 （9-7）还表明：在频率 f1 一定的情况下，反电动势的有效值 E1 和主磁通1 成正比。因此，反电动势的大小直接反应了主磁通的大小，也反应了向转子传递能量的大小。v3.漏磁通的自感电动势 定子绕组切割漏磁通所产生的自感电动势，由下式决定：ve01 = -d0/dt= - L01di1/d

256、t （9-8）式中 0漏磁通的瞬时值，W b；ve01定子漏磁电动势的瞬时值，V；vL01定子漏磁通引起的自感系数，mH。v定子漏磁电动势 e01的有效值在数值上等于：E01 = I1 X1 （9-9）v式中 E01定子漏磁电动势的有效值，V；vI1定子的相电流，A；vX1定子绕组的漏磁电抗，。其大小决定于：X1 =2f1 L01 （9-10）v就是说，漏磁通引起的自感电动势通常是以漏磁电抗的方式来表达的。v4.定子等效电路与电动势平衡方程v（1）定子等效电路 综合上述，可以作出一相定子绕组的等效电路，如图 9-15所示。图中 U1电源的相电压，V；vr1定子每相绕组的电阻，；vX1定子每相绕

257、组的漏磁电抗，；图 9-15 定子绕组的等效电路E1定子每相绕组的反电动势，V。v（2）电动势平衡方程 在定子电路中，电压 U1 是从电源输入电能的标志；电流 I1 是电能作功的标志；电能在作功过程中要克服的主要反作用是反电动势 E1。借助等效电路，可以得到定子每相绕组的电动势平衡方程： U1 = -E1 +I1 r1 + jI1 X1 （9-11）v式中，电压、电动势和电流都用复数，说明它们之间并非代数加减的关系。由式 （9-11）知，定子电流可计算如下：I1 =U1 +E1/r1 + jX1 （9-12）v问题 13 怎样从定子侧看能量的传递关系？v定子侧的能量传递关系如图 9-16所示，

258、说明如下：v1.输入功率 定子的输入功率就是从电源吸取的功率，其计算公式如式（9-2）：P1 =3U1I1cos1v2.损 失 功 率 主 要有：（1）定子铁损耗 用PFe1表示，包括定子铁心中的涡流损失和磁滞损失；（2）定子铜损耗 用 PCu1表示，就是定子绕组的电阻所消耗的功率：PCu1 =3I2 r1 （9-13）v3.电磁功率 输入功率中减去损失功率后余下的功率，就是通过主磁通传递到转子去的功率，称为电磁功率，用 PM 表示。计算公式如下：PM1 =3E1 I1cos1 （9-14）图 9-16 定子的能量关系式中 PM1定子侧传递给转子的电磁功率，kW。由式 （9-7）：E1 = K

259、Ef11 （9-15）式中 KE常数， KE=4.44KE N1式 （9-14）表明，传递到转子去的电磁功率中，有两个十分重要的方面：v（1）电流大小 众所周知，电动机中，电流的大小是和负载轻重密切相关的。所以说，电磁功率的大小是根据负载的轻重而随时调整的。v（2）反电动势 反电动势 E1 的大小直接表示了交变磁场传递功率的能力。它既和主磁通 1 的大小成正比，又和频率 f1成正比。这是交变电磁场传递能量的一个重要规律。十分明显的是，如果频率等于 0Hz（即直流电）的话，就不可能产生旋转磁场，也就不可能把能量传递到转子中去。问题 13 怎样从定子侧看能量的传递关系？v定子侧的能量传递关系如图

260、9-16所示，说明如下：v1.输入功率 定子的输入功率就是从电源吸取的功率，其计算公式如式（9-2）：P1 =3U1I1cos1v2.损 失 功 率 主 要有：（1）定子铁损耗 用PFe1表示，包括定子铁心中的涡流损失和磁滞损失；（2）定子铜损耗 用 PCu1表示，就是定子绕组的电阻所消耗的功率：PCu1 =3I2 r1 （9-13）v3.电磁功率 输入功率中减去损失功率后余下的功率，就是通过主磁通传递到转子去的功率，称为电磁功率，用 PM 表示。计算公式如下：PM1 =3E1 I1cos1 （9-14）图 9-16 定子的能量关系 v式中 PM1定子侧传递给转子的电磁功率，kW。由式 （9-

261、7）：E1 = KEf11 （9-15）式中 KE常数， KE=4.44KE N1v式 （9-14）表明，传递到转子去的电磁功率中，有两个十分重要的方面：v（1）电流大小 众所周知，电动机中，电流的大小是和负载轻重密切相关的。所以说，电磁功率的大小是根据负载的轻重而随时调整的。v（2）反电动势 反电动势 E1 的大小直接表示了交变磁场传递功率的能力。它既和主磁通 1 的大小成正比，又和频率 f1成正比。这是交变电磁场传递能量的一个重要规律。十分明显的是，如果频率等于 0Hz（即直流电）的话，就不可能产生旋转磁场，也就不可能把能量传递到转子中去。问题 14 怎样把旋转着的转子电路等效成静止的三相

262、电路？v转子电路的等效过程 如图 9-17所示：v（1）把转子的笼条用旋转着的多相电路来表示，如图a和图b所示。在图b中：vE2每相绕组（笼条）的感应电动势；vr2每相绕组的电阻；vX2每相绕组的漏磁电抗；vI2每相电流。v（2）用旋转着的等效三相电路来代替旋转的多相电路，如图 c所示。等效的原则是：等效前后，转子的功率不变。v（3）把旋转着的三相电路 又等效成静止的三相电路，如图 d所示。图中，各参数都缀以“”，说明它是等效值，而不是实际值。等效的原则仍然是：等效前后，转子的功率不变。这里，一个十分重要的问题，是如何在静止电路中，反映电动机轴上旋转着的机械功率。v图 9-17 转子等效电路的

263、作出a）转子截面 b）转子等效电路 c）变换成三相电路vd）变换成静止的三相电路 e）转子轴输出机械能v2.负载电阻的含义 图 d与图 c相比，每相都增加了一个等效的负载电阻 RL。它便是电动机输出的机械功率在静止电路中的反映。因此，在 RL上所消耗的电功率，应等于轴上的机械功率：3I2RL=TM nM/9550 （9-16）式中 I2转子每相等效绕组中的电流，A；vRL机械负载在转子每相等效绕组中的等效电阻，；vTM电动机的电磁转矩，Nm；vnM电动机的转速，r/min。v3转子的一相等效电路 和定子相仿，转子的三相等效电路也是对称的。所以，在分析时可以只拿一相来进行观察。转子的一相等效电路

264、如图 9-18所示。v图中 E2转子每相等效绕组的感应电动势；vr2转子每相等效绕组的电阻，；vX2转子每相等效绕组的漏磁电抗，；vU2转子每相等效绕组中，机械负载等效电阻两端的电压，相当于转子绕组输出侧的端电压，V。v4.转子的电动势平衡方程 在转子电路中，电动势 E2是从定子侧输入的功率通过磁通传递给转子，在转子中转换成电能的标志。在转子电路中，它相当于电源电动势；电流 I2是电能作功的标志；电能在作功过程中除了要克服转子绕组自身的电阻和漏磁电抗外，更主要的是，要克服负载阻转矩的等效电阻 RL。v借助等效电路，可以得到转子每相绕组的电动势平衡方程：vE2= -U2+I2r2+ jI2X2

265、（9-17）v转子等效电路中的所有物理量的符号旁，都缀以“”。等效电路中的物理量和实际电路中物理量之间的换算关系，称为折算。因此，所有缀以“”的物理量，都是“折算值”。因为电动机输出的是机械功率，而负载转矩与转速的大小在运行过程中是有可能经常变化的。所以， RL是一个可变等效电阻，其大小应能随负载的变化而变化。问题 15 怎样从转子侧看能量关系？ v转子侧的能量传递关系如图 9-19所示，说明如下：1.电磁功率 就是转子绕组切割定子主磁通得到的功率，或者说，是通过磁场传递给转子的功率。是转子侧的输入功率。其计算公式如下：PM2 =3E2I2cos2 （9-18）v式中 PM2转子侧得到的电磁功

266、率，kW。图 9-19 转子的能量关系v2.损失功率v（1）转子铁损 用 PFe2表示，包括转子铁心中的涡流损失和磁滞损失；v（2）转子铜损 用 PCu2表示，就是转子绕组的电阻所消耗的功率：PCu2 =3I2r2 （9-19）v3.输出功率 因为输出的是机械功率，由式（9-3）计算。在等效电路中，则表现为等效的电功率：P2 =3U2I2=322RL （9-20）问题 16 怎样做出电动机的一相等效电路？v1.定、转子等效电路的合并把上面的定、转子等效电路放到一起，就得到如图 9-20a所示的等效电路。如果在把转子绕组变换成等效三相绕组时，使每相绕组的匝数 N2与定子每相绕组的匝数 N1 相等

267、：N1 = N2则定、转子绕组切割同一个旋转磁场所产生的感应电动机也是相等的：E1 = E2于是，图 a两侧的电路就可以合二为一了，如图 b所示。中间的绕组统称为励磁绕组。v2.励磁支路 励磁绕组所在的电路称为励磁支路，由电阻rm 和电抗 Xm 所构成，如图 c）所示。 rm 和 Xm 的物理意义如下：v图 9-20 完整的电动机等效电路va）磁耦合的定、转子等效电路vb）N1 = N2时的定、转子等效电路vc）电动机等效电路的完成vrm 是铁损（包括涡流损失和磁滞损失）的等效电阻；Xm 则是由主磁通引起的等效电抗。流经励磁支路的电流称为励磁电流，用 I0 表示。图 9-20是比较基本的，也是

268、比较常见的等效电路，除此以外，根据不同的需要和考虑，异步电动机的等效电路还可以有各种不同的形式，不再赘述。问题 17 定子电流和转子电流之间有怎样的关系？ v1.磁动势平衡方程 在异步电动机的磁路中，定子电流的磁动势 I1N1 是产生磁场的 “源”，是输出能量的一方；磁通（通常用基波分量1 表示）是磁场作功的标志；转子电流的磁动势 I2N2 （或 I2N1）则是得到能量的一方，它在得到能量的过程中，必然对输出能量的一方产生反作用。因此，磁路传递能量的工作过程，就是定子电流的磁动势 I1N1 在克服了转子电流磁动势 I2N2 （或 I2N1）的去磁效应 （反作用）后产生磁通 的过程，如图 1-2

269、1所示。其能量平衡关系由磁动势平衡方程来描述：v图 9-21 磁动势和电流的平衡a）磁动势的平衡 b）电流的平衡vI1N1 = -I2N1 +I0N1 （9-21）v式中 I1N1定子电流的磁动势；vI2N1转子电流的磁动势；vI0N1励磁磁动势。v励磁磁动势 I0N1 是定子电流的磁动势 I1N1 和转子电流的磁动势 I2N1 互相平衡的结果，用于产生磁通。v2.电流平衡方程 由于式 （9-21）两边的 N1 可以约去，故磁动势之间的平衡关系也可以简单地通过电流平衡方程来表述：I1 = -I2+I0 转子电流 I2的有效值总是和负载转矩成比例的，故常称为转矩分量；I0 则是励磁分量，或称为励

270、磁电流。问题 18 怎样看异步电动机的能量关系？ v把定子和转子的能量图综合到一起，便得到整台电动机的能量关系图，如图 1-22所示。归纳如下： 图 9-22 全电动机的能量图v1.输入功率 电动机输入的是三相电功率：P1 =3U1 I1cos1在这里，决定输入功率大小的主要因素是电源相电压 U1和相电流 I1。v2.电磁功率 从定子侧看，传输给转子的电磁功率是：PM1 =3E1 I1cos1电磁功率的大小主要由反电动势 E1 和相电流的有功分量I1cos1 决定从转子侧看，转子得到的全部功率是：PM2 =3E2I2cos2电磁功率的大小也决定于转子电动势 E2和转子电流 I2的有功分量 I2

271、cos2。在不计损失的情况下，上述两种方法计算的结果是相同的：PM1 PM2v3.输出功率 电动机输出的是轴上的机械功率：P2 =TM nM/9550在等效电路中，其大小也可由下式计算：P2 =3U2I2=3I2RL （9-22）v上述两种计算方法的计算结果是相同的。就是说，电动机的输出功率可以从两个方面（电的和机械的）来进行计算。问题 19 异步电动机的电磁转矩与哪些因素有关？ v1.基本因素 因为异步电动机的电磁转矩是转子电流和定子主磁通互相作用的结果，所以，电磁转矩的大小必然与转子电流与主磁通的乘积成正比：TM I21v式中 1主磁通基波分量的有效值，W b。v2.电磁转矩与功率因数的关

272、系 如图 9-23所示，图 a是转子电流 i2 与电动势 e2 同相位的波形图。图 b是在正半周产生电磁转矩的示意图，导体外圈画出了感应电动势的方向，导体内所画，则是感应电流的方向。当转子电流与电动势同相位时，两者是相同的。在这种情况下，N 极下各导体中的电流方向，以及 S极下各导体的电流方向都是相同的，所产生的电磁转矩将是最大的。当转子电流 i2比电动势 e2 滞后2 角，如图 c所示时，转子各导体中感应电流的方向并不完全和电动势的方向相同，各磁极下导体中的电流方向也并不完全相同。因此，所产生的电磁转矩相对较小，如图 d所示。v3.电磁转矩的计算公式 综合上述，电磁转矩的计算公式如下：TM

273、= KT I21cos2 （9-23）式中 KT转矩常数。问题 20 什么是空间矢量？什么是时间矢量？ v1.空间矢量 就是在空间具有具体方向的矢量。它的方向可以是固定的，也可以是旋转的。2.时间矢量 实际是用来表示正弦函数的旋转矢量，它并无空间方向的意义。如图 9-24a，以电流矢量为例，矢量的长度等于电流的振幅值 Im，旋转的角速度为 图 9-23 电磁转矩与功率因数的关系 a）转子电流与电压同相位 b）转子的电磁力c）转子电流比电压滞后d）转子的电磁力图 9-24 时间矢量 a）旋转矢量 b）旋转矢量的投影值vt=2ft （9-24）式中 t时间，s；v角频率，与频率的关系是v =2f

274、（9-25）图 9-25 异步电动机中的时间矢量与空间矢量a）电动机输入侧的电压、电流 b）电压、电流瞬时失量图 c）时间矢量图 d）同步转速 n0 的旋转磁场 e）三相旋转的磁通矢量v则在 t时刻矢量旋转的角度为t，它在纵轴上的投影就等于电流的瞬时值：vi= Im sintv由式 （9-24）知，频率相同的正弦量的旋转速度也是相同的。因此，它们的相对位置（由相位关系决定）是不变的。所以，在分析若干个同频率正弦量之间的关系时，是没有必要旋转的。由此作出的矢量图，就称为时间矢量。例如，图9-25a所示的异步电动机输入侧的电压与电流都是正弦量，它们的瞬时值曲线如图 9-25b所示，根据各相电压和电

275、流之间的相位关系，作出矢量图如图 9-25c所示，毫无疑问，这是时间矢量。但三相电流所产生的合成磁场是以同步转速 n0 旋转着的磁场，如图 9-25d所示。旋转磁场的磁通如果用矢量表示，则是一个在空间旋转的矢量，如图 9-25e所示。用磁通矢量表示的旋转磁场是空间矢量，其方向与磁场的轴线相一致，矢量的长度等于三相的合成磁通1 （或磁感应强度 B1），在空间按一定的速度旋转，如图 9-25e所示。问题 21 异步电动机有哪些空间矢量？v本来，电动机内实际存在的空间矢量只有磁通矢量。但变频调速技术发展起来以后，出于控制上的需要，其他物理量的空间矢量也衍生了出来。说明如下：v1.磁通矢量 有定子电流

276、产生的磁通1，和转子电流产生的磁通2。两者在空间的轴线并不重合，但在负载一定的情况下，两者在空间的相对位置不变。因此，可以用直接用并不旋转的空间矢量来表示，如图 9-26a）所示。通常规定，凡空间矢量，都用粗体字表示，如1 和2。如上述，磁通矢量是实际存在于电动机内的。图 9-26 电动机的空间矢量a）磁通矢量 b）磁动势和电流矢量c）电压矢量v2.磁动势和电流矢量磁通是由磁动势产生的，既有了磁通矢量，就有对应的磁动势矢量 F1 和 F2。磁动势在数值上等于电流与线圈匝数的乘积：F1 = I1N1F2 = I2N2v式中 F1 和 F2分别是定子绕组和转子绕组的磁动势；vI1 和 I2分别是定

277、子和转子的相电流，A；vN1 和 N2分别是定子绕组和转子绕组的匝数。v线圈匝数N1 和 N2是常数，故磁动势矢量也可用电流矢量I1 和 I2来表示，如图9-26b所示（当单独画出某一物理量的空间矢量时，通常取基准方向）v电流矢量在空间并不实际存在，但却能够代表在空间实际存在的电动势和磁通。v3.电动势和电压 电流是由电动势或电压产生的，既有了电流矢量，也就有对应的电压矢量。从图9-23可以看出，转子电动势和转子电流的分布在空间位置上是不一致的，就是说，它们的轴线在空间并不重合，两者之间的夹角便是转子的功率因数2。同理可知，定子电压和定子电流之间的夹角是定子的功率因数角1。于是得到转子电动势矢

278、量E2和定子电压矢量U1，如图9-26c所示。v电压矢量在空间并不实际存在，也不能代表实际存在的矢量。但在理论分析和控制方法上却具有重要价值。问题22 不同方式产生的旋转磁场之间能够等效变换吗？v只要所产生旋转磁场的磁感应强度和转速相同，就可以进行等效变换。但变换时，应考虑尽量的简化。例中：两个在空间互相垂直的直流磁场（9-27a中之M和T），用机械方法使之以同步转速旋转，所产生的旋转磁场和二相旋转磁场（如图9-27b和c）之间：两者都是两个互相垂直的磁场的合成（坐标系相同），只是在交流和直流之间进行变换，相对比较容易，称为“直交变换”。v又如，二相旋转磁场和三相旋转磁场之间：两者都是多相交变

279、磁场的合成，只是坐标系不同，变换时只需进行坐标变换就可以了，也比较容易，称为“2/3变换”。问题 23 异步电动机和直流电动机的主要区别在哪里？v1.直流电动机的主要特点 直流电动机的定子是磁极，转子是电枢，如图 9-28所示。其主要特点是：v（1）两个磁场 主磁场 （磁通是1）和电枢磁场 （磁通是A）在空间互相垂直；v（2）两个电路 励磁电路和电枢电路是互相独立的。因此，在调节转速时，可以只调节其中一个的参数，而另一个的参数则不变。v上述两个特点是直流电动机的调速性能比较优越的重要因素。v2.异步电动机的主要特点 异步电动机则恰恰相反：v（1）异步电动机的输入量是时间矢量；（2）励磁电流和转

280、矩电流都包含在定子电流内，无法直接分开，且相互影响。（3）定子磁通、转子磁通和空气隙的磁通都是旋转着的空间矢量。所以，异步电动机要改善调速特性就比较困难。图 9-28 直流电动机的磁场和电路 a）直流电动机的磁场 b）直流电动机的电路 问题 24 什么是矢量控制？ v1.基本思路 矢量控制的基本思想是：仿照直流电动机的调速特点，使异步电动机的转速也能通过控制两个互相垂直的直流磁场来调节转速，从而具有和直流电动机一样的调速特性。v2.矢量控制的框图（1）对给定信号的处理 把异步电动机假想成一个旋转的过电流电动机，变频器在控制电路中，将给定信号分解成两个互相垂直的直流磁场信号：iM相当于励磁电流分

281、量，iT相当于转矩电流分量，以模拟直流电动机的两个磁场。v（2）进行等效变换v1）通过“直/交变换”将互相垂直的直流磁场信号变换成等效二相磁场的控制信号 i和 i；v2）再通过 “2/3变换”将二相磁场的控制信号变换成三相磁场的控制信号 iA、iB、iC，用来控制逆变桥的工作。当给定信号改变时，使直流磁场之一（转矩分量）得到调整，而励磁分量则不变，从而获得和直流电动机相彷的调速特性。v转速反馈的作用，是使电动机的转速严格地和给定转速保持一致，因此，电动机的机械特性是很硬的，并且具有很高的动态响应能力。图 9-29 矢量控制框图问题 25 什么是无反馈矢量控制？ v由于矢量控制技术的核心是等效变

282、换，而转速反馈信号并不是等效变换的必要条件。因此，出现了无反馈矢量控制方式。v所谓无反馈矢量控制，仅仅指用户不需要在变频器外部另装转速反馈装置，而并不是说，变频器内部也是开环的。v由于转速反馈需要在变频器外部附加测速装置，比较麻烦。进一步的研究表明，在了解电动机参数的前提下，即使只检测电动机的端电压和电流，也能算出转子磁通及其角速度，并进而推算出转矩电流指令 iT和励磁电流 iM指令，实现矢量控制。v无反馈矢量控制也能得到较硬的机械特性，但由于运算环节相对较多，故动态响应能力与有反馈矢量控制相比，略见逊色。问题 26 采用了矢量控制的变频调速系统与直流电动机调速系统相比较，如何？v时至今日，异

283、步电动机变频调速系统与直流电动机调速系统相比，已经毫不逊色了。v1.用于二次方律负载 对于离心式风机、水泵一类的二次方律负载，其阻转矩与转速的二次方成正比，转速较低时，阻转矩减小较多，这就要求电动机的电磁转矩也不必太大，以免造成能量的浪费。异步电动机在低频运行时，如不进行补偿，其电磁转矩较小，与负载的特性比较接近。甚至还可以进行“负补偿”，进一步减小电磁转矩，提高节能效果。而直流电动机在额定转速以下，电磁转矩是恒定的，在拖动风机、水泵类负载时，节能效果不佳。如图 9-30所示。图 9-30 拖动水泵的比较v图中，曲线 1是水泵的机械特性；曲线 2是异步电动机变频调速无补偿时的有效转矩线，它与曲

284、线 1比较接近；曲线 3是直流电动机调压调速时的有效转矩线，它具有恒转矩的特点，与曲线 1相距较远，低速时能量不能充分利用。所以说，当调速系统应用于二次方律负载时，异步电动机低频运行时转矩减小的缺点变成了优点。v2.额定转速以上的运行特点v（1）直流电动机的运行 如上所述，直流电动机的优点之一，是电枢回路和励磁回路互相独立，故容易实现调速。然而，直流电动机在调速过程中的硬机械特性，是通过两个闭环（电流环和速度环）而得到的。由于其两个电路是互相独立的，两个闭环只可能作用于电枢电路。所以，在额定转速以上的部分（弱磁调速部分），机械特性是较“软”的，如图 9-31b所示。所以，只能用于拖动辅助运动。

285、以龙门刨床为例，它只能用于刨台返回过程，而不能用于高速切削过程中。v（2）异步电动机的运行 异步电动机中，电流的转矩分量和励磁分量都在同一个电路中，这本是使它难以得到硬机械特性的缺点。然而，一旦成功地通过矢量控制法得到了硬机械特性，由于毕竟只有一个电路，矢量控制的方法，非但适用于额定频率以下，也同样适用于额定频率以上。因此，在额定转速以上，也可以得到硬机械特性，如图 9-31a）所示，它完全可以应用于龙门刨床的高速切削过程中。v所以，在额定转速以上运行时，直流电动机两个电路互相独立的优点变成了缺点。图 9-31 额定转速以上的特性比较 a）异步电动机的特性 b）直流电动机的特性3.调速范围 迄

286、今为止，异步电动机矢量控制的调速范围只能达到 11000；而直流电动机的调速范围则可达 110000。所以，在某些调速范围要求很大的特殊场合，异步电动机矢量控制还不能代替直流电动机。问题 27 直接转矩控制与矢量控制有哪些主要区别？v简单地说，直接转矩控制与矢量控制的主要区别如下：1.控制特点 矢量控制以转子磁通的空间矢量为定向（基准）。为此，在控制过程中：v（1）需要电动机的参数多，定向准确度受参数变化的影响较大；v（2）要进行复杂的等效变换（直-交变换、2/3变换等），调节过程需要若干个开关周期才能完成，故响应时间较长，大于100ms。而直接转矩控制以定子电压的空间矢量为定向（基准）。为此

287、，在控制过程中：v（1）只需要电动机的定子电阻一个参数，既易于测量，定向准确度也高；（2）不必进行等效变换，故动态响应快，只需 1 5ms；（3）容易实现无速度传感器控制。v2.脉宽调制 矢量控制采用正弦脉宽调制（SPWM）方式，故：v（1）必须有 SPWM 发生器，结构复杂；（2）输出电流的谐波分量较小，冲击电流小；（3）载波频率是固定的，电磁噪声小。v直接转矩控制不采用正弦脉宽调制 （SPWM）方式，而采用“砰 -砰”控制（双位控制）方式，逆变电路的开关状态（是否有电压输出）取决于实测转矩信号 TS与给定转矩信号 TG之间进行比较的结果：vTS TG逆变电路有电压输出；vTS TG逆变电路

288、无电压输出。因此：v（1）不需要 PWM 发生器，故结构简单，且转矩响应快；（2）输出电流的谐波分量较大，冲击电流也较大，逆变器输出端常常需要接入输出滤波器或输出电抗器，但这又将导致输出电压偏低；v（3）逆变电路的开关频率不固定，电动机的电磁噪声较大。v问题 28 直接转矩控制是一种比矢量控制更为先进的控制方式吗？v根据清华大学反复实验以及用户使用后的反馈信息来看，直接转矩控制和矢量控制是各有优缺点的。除了上面所述的比较外，一般说来，直接转矩控制在高频运行和低频运行时的实际性能都不如矢量控制。v目前，两种控制方式正在互相渗透。例如，有的变频器在矢量控制方式中加入转矩控制功能；而采用直接转矩控制

289、方式的变频器在低频段也正在借助矢量控制的方法来改善其低频运行特性。问题 29 哪些场合使用直接转矩控制更好？ v一般认为，直接转矩控制方式更适用于需要快速转矩响应的大惯性拖动系统中，例如电动机车及交流伺服拖动系统等。v在具有齿轮传动的拖动系统中，转矩的过快变化对齿轮是不利的，故不宜采用直接转矩控制方式。v此外，对于如风机、水泵以及一般工业用拖动系统来说，直接转矩控制也并不优越。第 10章 电力电子器件v10.1 电力电子器件在变频器中的作用v10.2 晶闸管 （SCR）v10.3 电力晶体管（GTR或BJT）v10.4 门极可关断晶闸管（GTO）v10.5 功率场效应晶体管（PowerMOSF

290、ET）问题 1 交 -直 -交变频的框图是怎样的？ v迄今为止，普及应用得最为广泛的是“交-直-交”变频器，其基本框图如图 10-1所示。图 10-1 “交-直-交”变频器的框图 v变频器的工作可分为两个基本过程：（1）先将电源的三相（或单相）交流电全波整流成直流电（交-直变换），这方面的技术早已解决了，并已为大家所熟知；v（2）再把直流电“逆变”成频率和电压任意可调的三相交流电 （直-交变换），这是长期以来要解决的核心问题。问题 2 变频器是怎样把直流变成交流的？ v首先通过单相逆变桥的工作情况来看一下直流电是如何“逆变”成交流电的？v单相逆变桥的构成如图 10-2所示。图中，将四个开关器件

291、（V1、V2、V3、V4）接成桥形电路，两端加直流电压 UD，负载ZL 接至两个 “桥臂”的中点 a与 b之间。现在来看看负载 ZL 上是怎样得到交变电压和电流的。图 10-2 单相逆变桥 a）逆变电路 b）电压波形v1.前半周期 令 V1、V2导通；V3、V4截止。则负载 ZL上所得电压为 a“+”、b“-”，设这时的电压为“+”。v2.后半周期 令 V1、V2截止；V3、V4导通。则负载 ZL上所得电压为 a“-”、b“+”，电压的方向与前半周期相反，为 “-”。v上述两种状态如能不断地反复交替进行，则负载 ZL 上所得到的便是交变电压了。这就是把直流电“逆变”成交流电的工作过程。三相逆变

292、桥的工作过程与单相逆变桥相同，只要注意三相之间互隔 T3（T是周期）就可以了。即，V 相比 U 相滞后 T3，W 相又比 V 相滞后 T3，如图 10-3所示。具体的导通顺序如下：v第 1个 T6：V1、V6、V5导通，V4、V3、V2截止；第 2个 T6：V1、V6、V2导通，V4、V3、V5截止；第 3个 T6：V1、V3、V2导通，V4、V6、V5截止；第 4个 T6：V4、V3、V2导通，V1、V6、V5截止；第 5个 T6：V4、V3、V5导通，V1、V6、V2截止；第 6个 T6：V4、V6、V5导通，V1、V3、V2截止。总之，所谓“逆变”过程，就是若干个开关器件长时间不停息地交

293、替导通和关断的过程。图 10-3 三相逆变桥 a）逆变电路 b）电压波形问题 3 变频器怎样实现变频又变压的？ v在变频器中，电压的平均值是通过调节脉冲宽度和各脉冲间的 “占空比”来改变的，称为脉宽调制，常用 PW M 表示，如图 10-4所示。占空比的定义是：d =tP/tC （10-1）v式中 d占空比；vtP脉冲宽度，s；vtC脉冲周期，s。v频率较高时，脉冲的占空比较大，如图 a所示；频率较低时，脉冲的占空比较小，如图 b所示，但两者的振幅值是一样的。PW M 的优点是不必控制直流侧，因而大大简化了电路。图 10-4 PW M 的含义 a）频率较高 b）频率较低问题 4 什么是正弦脉宽

294、调制（SPWM）？ v如果脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律分布的话，便是正弦脉宽调制（SPWM）,如图10-5所示。当正弦值较大时，脉冲宽度和占空比都大；而当正弦值较小时，脉冲宽度和占空比都小，其电压波形如图 a所示。SPWM 的显著优点是：由于电动机的绕组具有电感性，因此，尽管电压是由一系列的矩形脉冲构成的，但通入电动机的电流却和正弦波十分接近，如图 b所示。图 10-5 SPW M 的含义 a）电压波形 b）电流波形问题 5 怎样实现 SPWM ？ v产生 SPWM脉冲系列的基本方法是各脉冲的上升沿与下降沿由正弦波和三角波的交点来决定，具体方法又分两种。v1.单极性调制 特点是在每半个周期

295、内，三角波的极性是单方向的，所得到的脉冲系列的极性也是单方向的，如图 10-6所示。通常，正弦波称为调制波，三角波称为载波。调制时，三角波的振幅是不变的，当正弦波的振幅值较大时，则调制所得的脉冲系列的占空比较大，如图a中之曲线和图b所示；反之，当正弦波的振幅值较小时，则调制所得的脉冲系列的占空比也较小，如图a中之曲线和图 c所示。在改变频率时，则：v（1）正弦波的频率随给定频率而变；三角波的频率原则上也跟着一起变化，但变化规律在不同品牌的变频器中不尽相同。v（2）正弦波的振幅按比值U1X/fX 和给定频率fX同时变化；三角波的振幅则不变。v单极性调制方式易于理解，但由于调制所得的线电压波形并不

296、好，实际上已很少使用。图 10-6 单极性调制 a）调制方式 b）电压较高 c）电压较低图 10-7 双极性调制v2.双极性调制 实际变频器中，更多地使用双极性调制方式，其特点是：三角波和所得到的相电压脉冲系列都是双极性的，但线电压脉冲系列却是单极性的，如图 10-7所示。双极性调制的工作特点是：每个桥臂的上下两管总是处于不断地交替导通的状态。问题 6 什么是电流跟踪的PWM调制？ v1.指导思想 归根到底，人们希望，经过PWM 调制后所得到的电流波形能够无限接近于正弦波。基于这样的想法，如果让实际电流实时地与标准的正弦波进行比较，由比较结果来决定脉宽调制的上升沿和下降沿，从而达到使变频器的输

297、出电流无限接近于正弦波的目的。v2.调制波的产生如图 10-8所示。ia是标准正弦电流的波形，是进行比较的基准。ia 是实测电流的波形。调制波的上升沿与下降沿按如下方式决定：当 ia ia时。则脉冲下降。v电流跟踪的 PW M 调制也是双极性调制。图 10-8 电流跟踪的含义 问题 7 变频器对电力电子器件有些什么要求？ v逆变桥是实现变频的关键部分，构成逆变桥的开关器件必须满足以下要求：v1.能承受足够大的电压 我国三相交流电的线电压为380V，经三相全波整流后的直流电压的峰值为 537V。所以，开关器件能够承受的电压必须超过 537V，如图 10-9所示。目前, 各低压变频器中所用开关器件

298、的耐压均为1200V。v2.能承受足够大的电流 电动机的额定容量大至成百上千kW，额定电流高达数千 A，不言而喻，逆变管允许通过的电流至少应超过电动机电流的振幅值。v3.允许长时间频繁地接通和关断 这是由逆变电路的工作过程所决定的。v4.开通时间和关断时间应尽量地短 一方面，可提高载波频率，改善电流波形；另一方面，可缩短上下两个器件在交替导通过程中的死区时间，提高调制后的平均电压，如图 10-10所示。图 a是双极性调制时电压波形的一部分；交替导通过程如图 b所示：从 V1和 V4交替导通时，必须等待导通管完全关断后，另一个管子才能开始导通，所需等待时间t即为死区。死区实际上是不工作区，故死区

299、时间越长，变频器输出的平均电压越低。图 10-10 交替导通时的死区 a）双极性调制波形 b）交替导通的死区问题 8 晶闸管有哪些基本特点？ v1.晶闸管的 “极” 图 10-11a所示是晶闸管在电路中的符号。它有三个极：图 10-11 晶闸管及其工作特点 a）晶闸管的符号 b）晶闸管的特性v（1）阳极 A 当接至电源的 “+”端时，晶闸管才有可能导通；v（2）阴极 K 当接至电源的 “-”端时，晶闸管才有可能导通；v（3）门极G也叫控制极，用于控制晶闸管的导通。当门极与阴极之间施加正电压时，晶闸管导通。v从阳极 A 流向阴极K的电流IA称为阳极电流；从门极G流向阴极K的电流IG称为门极电流或

300、控制电流；阳极和阴极之间的电压UA称为阳极电压，在导通情况下，则为晶闸管的管压降。v2.晶闸管的特性 如图 10-11b所示：当门极电流 IG =0时，阳极电流 IA = 0，晶闸管处于截止状态；当门极电流 IG0时，阳极电流 IA 急剧上升，晶闸管处于导通状态。这时，管压降极小；IG 越大，则导通越快；如阳极与阴极之间加反向电压时，晶闸管将始终处于截止状态。问题 9 晶闸管在直流电路里的工作特点是怎样的？ v晶闸管接在直流电路中的情形如图 10-12所示， UC 为电源电压，HL是负载，VR 是晶闸管，UA 是管压降。图 10-12 晶闸管在直流电路中 a）门极加正信号 b）撤消门极信号 c

301、）门极加脉冲信号问题 10 晶闸管在交流电路里的工作特点是怎样的？v晶闸管接在交流电路中的情形如图 10-13所示， uC 为交流电压， RL 是负载。在 uC 的正半周，如在门极与阴极之间加入触发脉冲 uG，则 VR 导通。在 uC 的负半周，由于阳极与阴极之间施加的是反向电压，故 VR 截止。v从晶闸管开始承受正向电压到出现触发脉冲之间对应的电角度称为移相角。比较图 b和图 c可知：较小时，负载上得到的平均电压 UL 较大；反之，如将移相角增大为，则 UL 较小。v所以，改变移相角的大小，就可以调节负载所得到的平均电压了。图 10-13 晶闸管在交流电路中 a）基本电路 b）移相角较小 c

302、）移相角较大v当门极与阴极之间加入正电压信号 UG 时，VT导通，如图 a所示。v当门极与阴极之间撤消 UG 时，VT将继续保持导通状态，如图 b所示。v根据上述特点，只要在门极与阴极之间加入一个脉冲信号uG，则 VR 即可保持导通状态，如图 c所示， uG 称为触发脉冲。v问题 10 晶闸管在交流电路里的工作特点是怎样的？v晶闸管接在交流电路中的情形如图 10-13所示， uC 为交流电压， RL 是负载。在 uC 的正半周，如在门极与阴极之间加入触发脉冲 uG，则 VR 导通。在 uC 的负半周，由于阳极与阴极之间施加的是反向电压，故 VR 截止。v从晶闸管开始承受正向电压到出现触发脉冲之

303、间对应的电角度称为移相角。比较图 b和图 c可知：较小时，负载上得到的平均电压 UL 较大；反之，如将移相角增大为，则 UL 较小。v所以，改变移相角的大小，就可以调节负载所得到的平均电压了。图 10-13 晶闸管在交流电路中 a）基本电路 b）移相角较小 c）移相角较大问题 11 晶闸管有哪些主要参数？ v1.额定电压 URN 晶闸管不被击穿的最大瞬时电压。v2.额定电流 IR 在晶闸管的结温不超过额定结温的条件下，所允许的最大通态平均电流。v3.通态平均电压 UR 在额定电流和额定结温的条件下，阳极与阴极间电压降的平均值，简称管压降。v4.维持电流 IH 在室温和门极断开的条件下，晶闸管从

304、较大通态电流降至能保持导通的最小电流。v5.擎住电流 IL 晶闸管在刚导通就去除触发电压后，能够使管子维持导通的最小阳极电流。通常， IL 比 IH 大数倍。v6.门极触发电压 UG 和触发电流 IG 在室温下，当阳极电压等于 6V 时，使晶闸管从截止状态转入导通状态所需要的最小门极电流，称为触发电流，对应的门极电压称为触发电压。问题 12 晶闸管逆变电路有什么特点？ v由晶闸管构成的逆变桥如图 10-14所示， UD 是直流回路的电压，设平均值为 UD =513V。因 为 在 直 流 电 路中，晶闸管导通后是不能自行关断的。要想关断已经导通的晶闸管，必须在晶闸管两端加反向电压。图 10-14

305、 是主电路的大致结构，说明如下：v假设晶闸管 VR1已经处 于 导 通 状 态，这时，A1 点的电位与直流正端 （P 端） 相同，而如果 VR3和 VR5都处于截止状态的话，则 B1点和 C1点都是0电位。如要关断 VR1，必须令 VR3或 VR5导通，今假设 VR3导通。在 VR3导通的瞬间，B1点的电位突然上升 513V，由于电容器 C13两端的电压是不能跃变的，故 A1点的电位也同时上升513V，使 VR1 的阴极电位高于阳极电位，从而迫使 VR1 截止。v所以，在图 10-14中，各电容器是用来使各晶闸管相互关断的；二极管 VD1 VD6则用于隔开逆变桥的上下两个桥臂的。图 10-14

306、 晶闸管逆变电路问题13 以SCR为逆变管的变频器有什么特点？ v如上述，晶闸管逆变桥是由同一侧的晶闸管相互关断的，所以，输出的电压波是矩形波，如图10-15a所示；而电流波则如图10-15b所示。图10-15 晶闸管逆变的电压和电流波形 a）电压波形 b）电流波形v晶闸管变频器除了电压和电流波形不好外，并且因为用于相互关断的电容器要求电压较高、容量也较大，故价格昂贵。除此以外，在不同的负载电流下，晶闸管的关断条件也并不一致，这又影响了其工作的可靠性。v所以，晶闸管虽然使变频调速成为了可能，实现了近百年来人们对于变频调速的企盼。但由于缺点较多，并不能达到普及推广的阶段。问题14 电力晶体管与普

307、通晶体管有什么区别？ v电力晶体管实际上是由两个或多个晶体管复合而成的复合晶体管（达林顿管）构成，如图10-16所示。也称为大功率晶体管（GTR）或双极晶体管（BJT）。复合后的集电极就作为GTR的C极；复合后的发射极就作为GTR的E极；复合后的基极就作为GTR的B极，如图a所示。图10-16 电力晶体管的内部电路 a）单管模块电路 b）双管模块电路v由于在变频器内，主要用于逆变桥，故常把两个GTR集成到一起，做成双管模块如图b所示，也有把六个GTR集成到一起，做成六管模块的。又因为在变频器中，各逆变管旁边总要反并联一个二极管，所以，模块中的GTR旁边，都已经把反并联的二极管也放进去了。问题1

308、5 电力晶体管的工作状态与普通晶体管相同吗？ v就基本工作状态而言，电力晶体管和普通晶体管是一样的，也有三种状态： 图10-17 电力晶体管的工作状态 a）放大状态 b）截止状态 c）饱和导通状态v1.放大状态 集电极电流的大小由基极电流来决定（图10-17a）：IC=IB （10-2）v式中 IC集电极电流，A；vIB基极电流，A；v电流放大倍数。GTR两端承受的电压为UCE=UC-ICRC （10-3）v式中 UCEGTR的集电极与发射极之间承受的电压，V；vUC电源电压，V；vIC集电极电流，A；vRC集电极电阻（负载电阻），。v2.截止状态 当基极电流等于0时，GTR处于截止状态，如图

309、b所示，这时：IC0A（只有极小的泄漏电流）；UCEUC（C、E间承受电源全电压）。v3.饱和导通状态 当IBUCRC时，GTR处于饱和导通状态，如图c所示，这时：管压降接近于0V（实际约为23V）：UCE0V集电极电流基本上取决于欧姆定律：ICUC/RC问题16 GTR的主要参数有哪些？v1.截止状态下的主要参数（1）击穿电压 在截止状态下能使集电极与发射极之间击穿的最小电压。在基极开路时，用UCEO表示，在基极与发射极之间反向偏置时，用UCEX表示，在大多数情况下，两者的数值是相等的。在380V等级的变频器中，通常选用UCEO=1200V。v（2）漏电流 在截止状态下从集电极流向发射极的电

310、流。在基极开路时，用ICEO表示，在基极与发射极之间反向偏置时，用ICEX表示。 图10-18 晶体管的开关时间 v2.饱和导通状态下的参数（1）集电极最大电流 饱和导通时的集电极最大允许电流，用ICM表示。v（2）饱和电压降 饱和导通时，集电极和发射极之间的电压降，用UCES表示。v3.开关过程中的参数v（1）开通时间 从基极通入正向信号电流IB1时起，到集电极电流上升到饱和电流的90%（0.9ICS）所需要的时间，用tON表示，如图10-18所示。v（2）关断时间 从基极电流撤消（或加入反偏基极电流IB2）时起，到集电极电流下降至饱和电流的10%（0.1ICS）所需要的时间，用tOFF表示

311、，如图10-18所示。v开通时间和关断时间的大小，将直接影响到脉宽调制时的载波频率。使用GTR时的上限载波频率为2kHz，实际使用的载波频率在1.5kHz以下。问题17 GTR的基极驱动电路有什么特点？ v总的指导思想是：尽量缩短开通与关断的时间。如图10-19所示：图10-19 GTR的驱动 a）对驱动电流的要求 b）集成驱动电路举例v1.从截止转为饱和 为了使晶体管尽快进入饱和状态，开始导通时的基极电流应大一些。当晶体管已经进入饱和状态后，为了便于在切换时容易退出饱和状态，应适当减小基极电流，减轻饱和深度。v2.从截止转为饱和 为了使晶体管尽快截止，应在基极B和发射极E之间进行反向偏置。在

312、B-E间刚开始加入反向电压时，基区里过剩的载流子被迅速抽出，故有较大的反向电流。v由于晶体管B、E间的反向击穿电压UEBO较低（常小于6V），为了防止在反向偏置时被击穿，在B、E间须接入保护电阻或二极管，如图10-16a中之RB1、RB2和VDB所示。v目前，GTR的驱动大多采用集成驱动电路，如图10-19b所示。图中，晶体管V1和V2构成外接的互补驱动电路，V1用于向GTR（VT）提供正向驱动电流，V2则提供反向偏置。v问题18 GTR的缓冲电路起什么作用？缓冲电路的主要作用是减小GTR从饱和转为截止时，C-E之间的电压变化率。基本缓冲电路的结构如图10-20所示。以VT1为例，说明如下：图

313、10-20 缓冲电路v当VT1从饱和状态转为截止状态时，C-E间的电压将由接近于0V迅速上升至直流电压值UD（513V），这过高的电压变化率将导致GTR的损坏。v图中，减小电压变化率的关键元器件是电容器C01。因为C01两端的电压不能跃变，这就减缓了UCE的上升速率。v在VT1截止期间，C01上的电压将充至513V。当VT1又转为饱和导通时，C01上的513V电压将直接向VT1放电，产生十分强大的冲击电流，足以导致GTR的损坏。为了减小放电电流，在放电回路中串入了电阻R01。v但R01的接入，又将影响C01减缓电压变化率的作用。为此，用一个二极管VD01和R01并联。由于二极管具有钳位作用，所

314、以，当VT1从饱和转为截止时，C01减缓电压变化率的作用不受影响；而当VT1从截止转为饱和时，C01的放电电流则能够被R01削弱。v实际的缓冲电路常在此基础上进行许多改进和补充，这里不再赘述。问题19 为什么GTR模块的额定功率比电压与电流的乘积小很多？v以某U=1200V、IC=300A的GTR为例，其额定功率只有PC=2kW。而如果按电压与电流的乘积计算的话，功率可达360kW！v这是因为，在变频器中的GTR，是作为开关器件来应用的。就是说，只应用其截止与饱和两种状态。v在截止状态下，由于泄漏电流极小，GTR消耗的功率微不足道。而在饱和状态下，GTR的饱和电压降常不足5V，如按5V计，则当

315、电流为300A时，功耗为1.5kW。可见，GTR的额定功率是在饱和状态下功耗的基础上，适当留有余量而确定的。v问题20 以GTR为逆变管的变频器有些什么特点？vGTR变频器的逆变电路如图10-21a所示，其主要特点有：图10-21 GTR变频器的主要特点 a）逆变电路 b）电压波形 c）电流波形v1.输出电压 可以采用脉宽调制方式，故输出电压为幅值等于直流电压的强脉冲序列，如图b所示。v2.载波频率 GTR由于开通和关断时间较长，故允许的载波频率较低，大部分变频器的上限载波频率约为1.21.5kHz。v3.电流波形 因为载波频率较低，故电流的高次谐波成分较大，如图c所示。这些高次谐波电流将在硅

316、钢片中形成涡流，并使硅钢片相互间因产生电磁力而振动。又因为载波频率处于人耳对声音较为敏感的区域，故电动机有较强的电磁噪声。v4.输出转矩 因为电流中高次谐波的成分较大，故在50Hz时，电动机轴上的输出转矩与工频运行时相比，略有减小。问题21 为什么电源停电时变频器中的GTR容易烧坏？v1.变频器内的直流电源 变频器内主要有三种直流电源：（1）主电路直流电源 即电源电压经全波整流后的直流电压，由于受电解电容器规格的限制，滤波电容的容量不可能很大。v（2）驱动电路的直流电源 如问题17中所述，因为要求GTR的基极电流在快速饱和后又略有减小，故滤波电容的容量不宜太大，使基极电流在维持过程中，滤波电容

317、上的电压能自动地下降一点。v（3）控制电路的直流电源 控制电路的主体是微机电路，对电源的稳定性要求极高，故滤波电容的容量很大。v2.停电时各电源的衰减速度（1）主电路电源的衰减 主电路滤波电容的容量虽然不是最大，但因为电动机属于电感性负载，故停电后电压的衰减速度并不很快。v（2）驱动电源的衰减 由于驱动电路的滤波电容的容量较小，且由于GTR的放大倍数不大（多数GTR的值为75左右），基极电流并不很小，故衰减速度较快。v（3）控制电源的衰减 如上述，其滤波电容的容量很大，而控制电路的电流通常是毫安级的，故衰减时间很长，可达数十秒。v3.停电后GTR的状态 一方面，控制电路还能维持正常工作，另一方

318、面，由于GTR的基极电流减小较快，GTR很容易脱离饱和而进入放大状态，C、E间的电压迅速上升，以问题19中的GTR为例，假设实际电流为200A，UCE为50V，则GTR的功耗为：PC=50200=10000W=10kW2kWv所以，遇到突然停电时，如果变频器未设置相应保护功能的话，GTR很容易因进入放大状态而烧坏。问题22 什么是门极可关断晶闸管？v1.概述 门极可关断晶闸管常简称可关断晶闸管，用GTO表示，其基本结构和普通晶闸管类似，它的三个极也是阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。在电路中的符号也和普通晶闸管相似，只是在门极上加一短线，以示区别，如图10-22a所示。v2.工作特点 图10

319、-22 门极可关断晶闸管 a）GTO的符号 b）触发方式v（1）在门极上加正电压或正脉冲（图10-22b中之开关SG投向位置“1”），则GTO导通。其后，即使撤消信号（SG恢复至位置“0”），GTO保持导通状态，这和普通晶闸管的导通过程完全相同。v（2）如在G、K之间加入反向电压或较强的反向脉冲（开关SG投向位置“2”），可使GTO关断。问题23 门极可关断晶闸管的主要参数有哪些？v1.最大可关断阳极电流IRM 即用门极控制的方法能够关断的最大阳极电流。v2.通态有效电流IR GTO在导通状态下，能够承受的最大电流。v3.关断状态最大电压URM 在关断状态下，能够承受而不被击穿的最大电压。v4

320、.维持电流IH 能够使GTO保持导通状态的最小阳极电流。v5.擎住电流IL 刚从断态转入通态，在立即取消门极电流的情况下，能够保持通态的最小电流。v6.通态电压UR GTO在导通状态下，阳极与阴极间的电压降。v7.门极最小触发电流IGL GTO由断态转入通态所需的最小触发电流。v8.门极反向关断电流IGR GTO由通态转入断态所需的反向关断电流。v9.开通时间tON GTO由断态转入通态所需时间。v10.关断时间tOFF GTO由通态转入断态所需时间。问题24 GTO的门极驱动电路有什么特点？v1.对门极触发信号的要求（1）正向门极触发电流 正向触发脉冲如图10-23a所示，其主要特点是：v1

321、）前沿陡度应尽量地大，一般要求：diG1/dt5A/s2）触发脉冲宽度约为1060s；3）触发脉冲的后沿陡度应比较平缓。v（2）反向门极关断电流 如图b所示。主要特点是：v1）前沿陡度应尽量地大，一般要求：diG2/dt10A/s2）关断脉冲宽度应30s；3）门极关断电流的幅值应满足：-IGM=（1513）IR可见，关断电流是相当大的。2.门极触发电路举例 如图10-23c所示。图10-23 GTO的触发 a）触发信号 b）反向门极关断电流 c）触发电路举例v（1）开通过程 令晶体管V1、V2导通，则触发电流iG1从GTO的门极流向阴极，使GTO开通；v（2）关断过程 令晶闸管VR1和VR2导

322、通，则关断电流从GTO的阴极流向门极，使GTO关断。问题25 门极可关断晶闸管主要用于何种变频器？ v门极可关断晶闸管因为具有了象GTR那样的可关断能力，也可以应用脉宽调制技术来实现变频调速。在变频器中的应用大致如下：v由于开关频率较低，通常低于1kHz，故在中小容量变频器中已基本不用；但其基本结构与晶闸管相同，故具有高电压、大电流特点。迄今，最高水平已超过10kA、12kV。所以成为高电压、大容量变频器中的主要逆变器件。问题26 功率场效应晶体管有哪些基本特点？v1.图形与符号 场效应晶体管的图形符号如图10-24a所示。图10-24 功率场效应晶体管 a）图形符号 b）基本接法v它也有三个

323、极，分别是源极（S）、漏极（D）和栅极（G）。场效应晶体管用MOSFET来表示，在电路中，可简单地用符号VM表示（图b）。v2.工作特点 G、S间的控制信号是电压信号uGS，改变uGS的大小，主电路的漏极电流ID也跟着改变。由于G、S间的输入阻抗很大，故控制电流几乎为0，所以，驱动功率很小。问题27 场效应管有哪些主要参数？v1.最大漏极电流IDM 是允许连续运行的最大漏极电流。v2.击穿电压UDS 在截止状态下，漏极与源极之间的最大维持电压。v3.导通电阻RON 是MOSFET在饱和导通时，D-S间的电阻值。RON具有正温度系数，即电流越大，RON的值也因温度的升高而增大。所以，VM具有自动

324、抑制电流的能力。v4.阀值电压UGS 能够使MOSFET导通的最低栅极电压。实际使用时，所需栅极电压应为UGS的1.52.5倍。在多数情况下，栅极电压都设计为15V。v5.开关频率 MOSFET的开关频率比GTR高12个数量级，最高可达500kHz以上。问题28 场效应管的驱动电路有什么特点？v1.对栅极控制电压的要求 比较理想的栅极控制电压的波形如图10-25a所示。从截止转为导通时，应适当提高栅极电压uG1的上升率，以缩短开通时间；从导通转为截止时，应适当加入负偏压uG2，以加快关断过程。v2.驱动电路举例 如图b所示，说明如下：当驱动信号uI为“+”时，晶体管V1导通，V2截止，则G、S

325、间加入正向栅压，使VM导通；当驱动信号uI为“-”时，晶体管V1截止，V2导通，则G、S间加入反向偏压，使VM截止。图10-25 MOSFET的驱动 a）驱动信号 b）驱动电路举例问题29 场效应管变频器有什么特点？ v用功率场效应晶体管作为变频器的逆变器件时，由于载波频率较高，故电动机的电流波形较好，不再有电磁噪声，是比较理想的功率器件。v但迄今为止，功率场效应晶体管的额定电压和额定电流都还不够大。所以，只能作为电压较低（如220V），容量较小的变频器逆变器件 问题30 绝缘栅双极型晶体管的基本特点有哪些？v1.结构特点 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是场效应晶体管（MOSFET）和电力晶体

326、管（GTR）相结合的产物。其主体部分与GTR相同，也有集电极（C）和发射极（E），而控制极的结构却与MOSFET相同，是绝缘栅结构，也称为栅极（G），如图10-26a所示。图10-26 IGBT的基本特点 a）结构特点 b）基本电路v2.工作特点图10-27 IGBT模块 a）双管模块 b）六管模块 v（1）控制部分 控制信号为电压信号uGE，栅极与发射极之间的输入阻抗很大，故信号电流与驱动功率（控制功耗）都很小。v（2）主体部分 因为与GTR相同，额定电压与电流容易做得较大，故在中小容量的变频器中，IGBT已经完全取代了GTR。v就是说，IGBT是一种以极小的控制功率来控制大功率电路的器件。

327、v变频器所用的IGBT管，通常已经制作成各种模块，如图10-27b所示。问题31 IGBT的主要参数有哪些？v1.集电极-发射极额定电压UCES 是IGBT在截止状态下集电极与发射极之间能够承受的最大电压。v2.栅极-发射极额定电压UGES 是栅极与发射极之间允许施加的最大电压，通常是20V。v3.集电极额定电流IC 是IGBT在饱和导通状态下，允许持续通过的最大电流。v4.集电极-发射极饱和电压UCE 是IGBT在饱和导通状态下，集电极与发射极之间的电压降。v5.开关频率 由于IGBT的开通时间和关断时间都很小，故开关频率较高，可达3040kHz。在变频器中，实际使用的载波频率大多在15kH

328、z以下。问题32 IGBT的驱动电路有什么特点？vIGBT对驱动信号的要求与MOSFET基本相同，其驱动电路基本上都已经模块化。今以EXB850模块为例，其内部电路及引脚安排如图10-28a所示，外接电路如图b所示。今说明其工作过程如下：v当晶体管V3的基极得到驱动信号时，V3导通，引脚（15）与（14）之间的光耦合管导通，放大器AMP的输出为“+”，晶体管V1导通，控制电源的“+”极从引脚（2）进入，经V1、引脚（3）接至IGBT的栅极。同时，IGBT的发射极经引脚（1）、稳压管VS、引脚（9）接至控制电源的“0V”端。IGBT因G、E间得到正电压而导通。这时，电容器C2上的充电电压是上“+

329、”下“-”，电压大小取决于稳压管VS。v当驱动信号撤消后，V3截止，引脚（15）与（14）之间的光耦合管也截止，AMP的输出为“-”，V1截止，而V2导通。这时，IGBT的栅极G经引脚（3）、V2、引脚（9）与电源的“0V”相接，而发射极E则与电容器C2的正端相接，IGBT的G、E间得到负偏压，IGBT迅速截止。图10-28 IGBT的驱动模块 a）内部电路示意图 b）外接电路概况问题33 以IGBT为逆变管的变频器有什么特点？ v以IGBT为逆变管的变频器的逆变电路与GTR的逆变电路基本相同，如图10-29a所示。其主要特点如下：v1.载波频率高 大多数变频器的载波频率可在（315）kHz的

330、范围内任意可调，其电压波形如图b所示。载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，电流波形如图c所示。v2.功耗减小 由于IGBT的驱动电路取用电流极小，几乎不消耗功率。而GTR基极回路的取用电流常常是安培级的，消耗的功率不可小视。v3.瞬间停电可以不停机 这是因为，IGBT的栅极电流极小，停电后，栅极控制电压衰减较慢，IGBT管不会立即进入放大状态。故在瞬间停电后，变频器允许自动重合闸，而可以不必跳闸。图10-29 IGBT变频器的主要特点 a）逆变电路 b）电压波形 c）电流波形问题34 智能模块是怎样构成的？ v所谓智能模块，是把与逆变管配套的驱动电路、检测与保护电路以及某些接口电路等和功率模块都集成到一起的功率集成模块，通常用IPM表示。其内部电路如图10-30所示。说明如下：v1.控制侧 如图，UP、VP、WP是与直流电路正端相接的各IGBT管的控制输入端；UFO、VFO、WFO是这些逆变管的保护输出端；UN、VN、WN则是与直流电路负端相接的各IGBT管的控制输入端；FO是它们共同的保护输出端。v2.输出侧 P为直流电源“+”端，N为“-”端；U、V、W为三相交流输出端；B为外接制动电阻的接线端，由图知，该模块除了包含完整的逆变电路外，还把制动单元及其驱动电路也包括进去了。结束结束