常见变频器故障原因分析

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 2、PWM和PAM的不同点是什麽？

PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什麽不同？

变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。 4、为什麽变频器的电压与电流成比例的改变？

非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。

5、电动机使用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对於变频器驱动,如果频率下降时电压也下降，那麽电流是否增加？

频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？

采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%~200%)。用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对於带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。 7、V/f模式是什麽意思？

频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置(ROM)中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？

频率下降时完全成比例地降低电压，那麽由於交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。 9、在说明书上写著变速范围60~6Hz，即10:1，那麽在6Hz以下就没有输出功率吗？

在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率(起动频率)根据机种为0.5~3Hz. 10、对於一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？

通常情况下时不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。 11、所谓开环是什麽意思？

给所使用的电机装置设速度检出器(PG)，将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈。 12、实际转速对於给定速度有偏差时如何办？

开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内(1%~5%)变动。对於要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近於给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器(选用件)。

13、如果用带有PG的电机，进行反馈後速度精度能提高吗？

具有ＰＧ反馈功能的变频器，精度有提高。但速度精度的植取决於ＰＧ本身的精度和变频器输出频率的解析度。

14、失速防止功能是什麽意思？

如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速(电角频率)的变化，变频器将因流过过电流而跳闸，运转停止，这就叫作失速。为了防止失速使电机继续运转，就要检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率。减速时也是如此。两者结合起来就是失速功能。

15、 有加速时间与减速时间可以分别给定的机种，和加减速时间共同给定的机种，这有什麽意义？ 加减速可以分别给定的机种，对於短时间加速、缓慢减速场合，或者对於小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对於风机传动等场合，加减速时间都较长，加速时间和减速时间可以共同给定。 16、 什麽是再生制动？

电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为非同步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。

17 、是否能得到更大的制动力？

从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由於电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20%。如采用选用件制动单元，可以达到50%~100%。 18 、转矩提升问题

自控系统的设定信号可通过变频器灵活自如地指挥频率变化，控制工艺指标，如在烟草行业的糖料、香料工序，可由皮带称的流量信号来控制变频器频率，使泵的转速随流量信号自动变化，调节加料量，均匀地加入香精、糖料。也可利用生产线起停信号通过正、反端子控制变频器的起、停及正、反转，成为自动流水线的一部分。此外在流水生产线上，当前方设备有故障时後方设备应自动停机。变频器的紧急停止端可以实现这一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列变频器中可以预先设定三四个甚至多达七个频率，在有些设备上可据此设置自动生产流程。设定好工作频率及时间後，变频器可使电机按顺序在不同的时间以不同的转速运行，形成一个自动的生产流程。 19、电机超过60HZ时应注意什么问题？

1）机械和装置在该转速下运转要充分可能（机械强度、噪声、振动等）

2）电机进入恒功率输出范围，其输出转矩要能够维修工作（风机、泵等轴输出功率与速度 的立方成比例增加，所以转速少许升高时也要注意） 3）产生轴承寿命问题，要充分加以考虑。

4）对于中容量以上的电机特别是2极电机，在60HZ以上运转时要特别注意。 20、要想高原有输送带的速度，以80HZ运转，变频器的容量该怎样选择？

设基准速度为50HZ，50HZ以上为恒功率输出特性。像输送带这样的恒转矩负载增速时，容量需要增大为80/50=1。6倍。电机容量也像变频器一样增大。

21、 想使两台2。2KW、4极电机顺序起动，用一台变频器传动时容量应怎样考虑？

如果两台2。2KW的电机同时起动、同时停止，设2。2KW的额定电流为10A，那么以两倍的20A计算用5。5KW（额定电流24A）的变频器就足够了。顺序起动时，第2台电机起动所需要的电流，相当于全压起动，以额定值的6倍计算，则需要能承受的过电流为（10+6X10）A=70A的变频器，即以15KW以上，因此，用一台变频器进行顺序起动在价格、大小方面没有优势，以采用两台单独的变频器为好。 22、什么是变频器分辨率？有什么意义？

对于数字控制器的变频器，即使频率指令为模拟信号，输出频率也是有级给定。这个级差的最小单位就称为变频分辨率。

变频分辨率通常取值为0。015~0。5HZ。例如，分辨率为0。5HZ，那么23HZ的上面可变频23。5、24。0HZ，因此电机的动作也是有级的跟随。这样对于像连续卷取控制的用途就造成问题，在这种情况下，如果

分辨率为0。015HZ左右，对于4极电机1个级差为1RPM以下，也可充分适应。另外，有的机种给定分辨率与输出分辨率不相同。

24、 不采用软起动，将电机直接投入到某固定频率的变频器时是否可以？

在很低的频率下是可以的，但如果给定频率高则同工频电源直接起动的条件相近。将流过大的起动电流（6~7倍额定电流），由于变频器切断过电流，电机不能起动。 变频器常见的十大故障现象和故障分析[转帖] 1过流（OC）

过流是变频器报警最为频繁的现象。 1.1现象

(1) 重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有:负载短路，机械部位有卡住;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。

(2) 上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有:模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。 (3) 重新启动时并不立即跳闸而是在加速时，主要原因有:加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿(V/F)设定较高。 1.2 实例

(1) 一台LG-IS3-4 3.7kW变频器一启动就跳“OC”

分析与维修:打开机盖没有发现任何烧坏的迹象，在线测量IGBT(7MBR25NF-120)基本判断没有问题，为进一步判断问题，把IGBT拆下后测量7个单元的大功率晶体管开通与关闭都很好。在测量上半桥的驱动电路时发现有一路与其他两路有明显区别，经仔细检查发现一只光耦A3120输出脚与电源负极短路，更换后三路基本一样。模块装上上电运行一切良好。

(2) 一台BELTRO-VERT 2.2kW变频通电就跳“OC”且不能复位。

分析与维修:首先检查逆变模块没有发现问题。其次检查驱动电路也没有异常现象，估计问题不在这一块，可能出在过流信号处理这一部位，将其电路传感器拆掉后上电，显示一切正常，故认为传感器已坏，找一新品换上后带负载实验一切正常。 二、 过压（OU）

过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。 (1) 实例

一台台安N2系列3.7kW变频器在停机时跳“OU”。

分析与维修:在修这台机器之前，首先要搞清楚“OU”报警的原因何在，这是因为变频器在减速时，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致，所以我们应该着重检查制动回路，测量放电电阻没有问题，在测量制动管(ET191)时发现已击穿，更换后上电运行，且快速停车都没有问题。 三、欠压（Uu）

欠压也是我们在使用中经常碰到的问题。主要是因为主回路电压太低(220V系列低于200V，380V系列低于400V)，主要原因:整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。 3.1 举例

(1) 一台CT 18.5kW变频器上电跳“Uu”。

分析与维修:经检查这台变频器的整流桥充电电阻都是好的，但是上电后没有听到接触器动作，因为这台变频器的充电回路不是利用可控硅而是靠接触器的吸合来完成充电过程的，因此认为故障可能出在接触器或控制回路以及电源部分，拆掉接触器单独加24V直流电接触器工作正常。继而检查24V直流电源，经仔细

检查该电压是经过LM7824稳压管稳压后输出的，测量该稳压管已损坏，找一新品更换后上电工作正常。 (2) 一台DANFOSS VLT5004变频器 ，上电显示正常，但是加负载后跳“ DC LINK UNDERVOLT”(直流回路电压低)。

分析与维修:这台变频器从现象上看比较特别，但是你如果仔细分析一下问题也就不是那么复杂，该变频器同样也是通过充电回路，接触器来完成充电过程的，上电时没有发现任何异常现象，估计是加负载时直流回路的电压下降所引起，而直流回路的电压又是通过整流桥全波整流,然后由电容平波后提供的，所以应着重检查整流桥，经测量发现该整流桥有一路桥臂开路，更换新品后问题解决。 四、过热（OH）

过热也是一种比较常见的故障，主要原因:周围温度过高，风机堵转，温度传感器性能不良，马达过热。 举例

一台ABB ACS500 22kW变频器客户反映在运行半小时左右跳“OH”。

分析与维修:因为是在运行一段时间后才有故障，所以温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高，通电后发现风机转动缓慢，防护罩里面堵满了很多棉絮(因该变频器是用在纺织行业)，经打扫后开机风机运行良好，运行数小时后没有再跳此故障。 五、输出不平衡

输出不平衡一般表现为马达抖动，转速不稳，主要原因:模块坏，驱动电路坏，电抗器坏等。 5.1举例

一台富士 G9S 11KW变频器，输出电压相差100V左右。

分析与维修:打开机器初步在线检查逆变模块(6MBI50N-120)没发现问题，测量6路驱动电路也没发现故障，将其模块拆下测量发现有一路上桥大功率晶体管不能正常导通和关闭，该模块已经损坏，经确认驱动电路无故障后更换新品后一切正常。 六、过载

过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一，平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强,只要变频器参数表的电机参数设置得当,一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压。 七、开关电源损坏

这是众多变频器最常见的故障，通常是由于开关电源的负载发生短路造成的，丹佛斯变频器采用了新型脉宽集成控制器UC2844来调整开关电源的输出，同时UC2844还带有电流检测，电压反馈等功能，当发生无显示，控制端子无电压，DC12V,24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。 八、SC故障

SC故障是安川变频器较常见的故障。IGBT模块损坏，这是引起SC故障报警的原因之一。此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。安川在驱动电路的设计上，上桥使用了驱动光耦PC923，这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦，安川的下桥驱动电路则是采用了光耦PC929，这是一款内部带有放大电路，及检测电路的光耦。此外电机抖动，三相电流，电压不平衡，有频率显示却无电压输出，这些现象都有可能是IGBT模块损坏。IGBT模块损坏的原因有多种，首先是外部负载发生故障而导致IGBT模块的损坏如负载发生短路，堵转等。其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，或驱动电压波动太大而导致IGBT损坏,从而导致SC故障报警。 九、GF—接地故障

接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。 十、限流运行

在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。对于一般的变频器在限流报警出现时不能正常平滑的工作，电压(频率)首先要降下来，直到电流下降到允许的范围，一旦电流低于允许值，电压(频率)会再次上升，从而导致系统的不稳定。丹佛斯变频器采用内部斜率控制，在不超过预定限流值的情况下寻找工作

点，并控制电机平稳地运行在工作点，并将警告信号反馈客户，依据警告信息我们再去检查负载和电机是否有问题。

常见变频器故障原因分析 过电流跳闸的原因分析

（1）重新起动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。 主要原因有：

1）负载侧短路 2）工作机械卡住 3）逆变管损坏

4）电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来 （2）重新起动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸 可能的原因有：

1）升速时间设定太短 2）降速时间设定太短

3）转矩补偿设定较大，引起低速时空载电流过大

4）电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起误动作 电压跳闸的原因分析

（1）过电压跳闸，主要原因有： 1）电源电压过高 2）降速时间设定太短

3）降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想 a.来不及放电，应增加外接制动电阻和制动单元 b.放电支路发生故障,实际并不放电 (2) 欠电压跳闸,可能的原因有: 1) 电源电压过低 2) 电源断相 3) 整流桥故障 电动机不转的原因分析 (1)功能预置不当

1)上限频率与最高频率或基本频率和最高频率设定矛盾 2)使用外接给定时,未对\"键盘给定/外接给定\"的选择进行预置 3)其他的不合理预置 (2)在使用外接给定时,无\"起动\"信号 (3)其它原因：

1)机械有卡住现象 2)电动机的起动转矩不够 3)变频器的电路故障

1.变频器基础

1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。

2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒

频率，也就是人们所说的恒压恒频。

我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95％左右。

无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。

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

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。

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

一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。

变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。

对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。

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

变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中，不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。

用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。

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

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

 n = 60f/p(1-s) n: 电机的转速 f: 电源频率 p: 电机磁极对数 s：电机的转差率

电机的转速 = 60(秒)＊频率（Hz)/电机的磁极对数 - 电机的转差率

电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpm 

电机的旋转速度同频率成比例 同步电机的转差矩为0,同步电机的转速 = 60(秒)*频率(Hz)／电机的磁极对数

异步的转速比同步电机的转速低。

例如：4极三相步电机 60Hz时 低于 1,800 [r/min]  4极三相异步电机 50Hz时低于 1,500 [r/min]

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。

感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极对数和频率。

由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数1个磁极对数等于2极，电机的极数不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。

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

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 

改变频率和电压是最优的电机控制方法

如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。

例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从400V改变到约200V。

 如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。

变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。 因此，我们要重视散热问题啊！

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

 通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算:

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

这时可以用估算: 变频器容量（KW）×60 [W] 因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品. 注意： 如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此最好安装位置最好和变频器隔离开， 如装在柜子上面或旁边等。

那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢?

当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。

根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。

如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。

还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。

变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的!

关于冷却风扇

一般功率稍微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。其他关于散热的问题

1、在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大， 所以也要看具体应用。 比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。

2、 开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT， IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。 有的厂家宣称降低开关频率可以扩容， 就是这个道理。

矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

 1: 转矩提升

 此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。  改善电机低速输出转矩不足的技术

 使用\"矢量控制\"，可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。

 对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”。

 转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。

 “矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。  \"矢量控制\"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。

变频器制动的情况

1: 制动的概念

 指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速。

 负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。

 机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。

 对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。

 在用于提升类负载,在下降时, 能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧,进行制动。

 这种操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于变频器制动。

 在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做“功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要“能量回馈单元”选件。

2：怎样提高制动能力？

 为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。

 为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用“制动电阻”、“制动单

元”或“功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。

 3. 当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？

变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动时的起动转矩和最大转矩。

 我们经常听到下面的说法：“电机在工频电源供电时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些”。如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流 ）。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。

 通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。

 通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

当变频器调速到大于额定频率20％时，电机的输出转矩将降低

通常的电机是按照额定频率电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe) 变频器输出频率大于额定频率时（如我国的电机大于50Hz），电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。

当电机以大于额定频率20％速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

举例，额定频率为50Hz的电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. (P=Ue*Ie)

变频器的工作原理

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

[注:再次整流（直流变交流）--->更贴切的叫法是 逆变!在这里感谢蔡工给我们编辑们提的意见!也欢迎大家多给我们编辑组提出更多宝贵的意见和建议!mym(2005.08.23) ]

1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ *1: r/min

电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min] 4极电机 50Hz 1500 [r/min]

$电机的旋转速度同频率成比例

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。 感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。 由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。

另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数

$ 改变频率和电压是最优的电机控制方法

如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。

输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。 例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V

2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？ *1: 工频电源

由电网提供的动力电源（商用电源） *2: 起动电流

当电机开始运转时，变频器的输出电流

------变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动------ 电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。

通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。

通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

3. -----当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低-----

通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe)

变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。

当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。 因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. (P=Ue*Ie)

4. 变频器50Hz以上的应用情况

大家知道, 对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的. 如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上

当转速为50Hz时, 变频器的输出电压为380V, 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60Hz, 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速.

这时的转矩情况怎样呢?

因为P=wT (w:角速度, T:转矩). 因为P不变, w增加了, 所以转矩会相应减小. 我们还可以再换一个角度来看:

电机的定子电压 U = E + I*R (I为电流, R为电子电阻, E为感应电势) 可以看出, U,I不变时, E也不变.

而E = k*f*X, (k:常数, f: 频率, X:磁通), 所以当f由50-->60Hz时, X会相应减小

对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.

同时, 小于50Hz时, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变-->最大转矩不变)

结论: 当变频器输出频率从50Hz以上增加时, 电机的输出转矩会减小.

5. 其他和输出转矩有关的因素

发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。 载波频率: 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率, 最高环境温度下能保证持续输出的数值. 降低载波频率, 电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。 环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.

海拔高度: 海拔高度增加, 对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑. 以上每1000米降容5%就可以了.

6. 矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？ *1: 转矩提升

此功能增加变频器的输出电压（主要是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。 $ 改善电机低速输出转矩不足的技术

使用\"矢量控制\"，可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。

对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做\"转矩提升\"（*1）。

转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。 \"矢量控制\"把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。

\"矢量控制\"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。

变频调速器的常见故障分析和预防措施 附件:

近年来，随着微电子技术及IGBT功率期间的迅速发展，作为交流电机主要调速方式的变频调速技术也获得了前所未有的发展。尤其是矢量控制变频器，以其优异的控制性能在调速领域独树一帜，在港口机械、冶金、造纸、电梯等多个领域得到迅速推广。日本，欧美等变频技术发达国家，均承认以进入AC（交流）时代。我国港口机械设备中的场桥（RTG）、门座式起重机、装卸桥（C/C）也广泛使用了变频调速器，从37kW到440kW均有应用实例。随着使用数量的不断增加，也遇到了故障维修问题。我公司于1997年对4台门机的变幅及旋转机构进行了变频调速改造，经过一年多的实际运行，下面就变频器的常见故障及预防措施进行分析及探讨。

1.变频器的主要故障原因及预防措施

由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果，为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。图1所示为变频器硬件回路框图。

1.1外部的电磁感应干扰

如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理，更必要。以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法。

（1）变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如RC吸收器。

（2）尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离。

（3）指定采用屏蔽线的回路，必须按规定进行，若线路较长，应采用合理的中继方式。 （4）变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊，动力接地混用。 （5）变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。 以上即为不输出干扰、不传送干扰、不接受干扰的“三不”原则。 1.2安装环境

变频器属于电子器件装置，在其规格书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施。

（1）振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因。对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施。

（2）潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路。作为防范措施，应对控制板进行防腐防尘处理，并进量采用封闭式结构。

（3）温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，特别是半导体器件，若结温超过规定值将立刻造成器件损坏，因此应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。 除上述3点外，定期检查变频器的空气滤请器及冷却风扇也是非常必要的。

对于特殊的高寒场合，为防止微处理器因温度过低而不能正常工作，应采取设置空间加热器等必要措施。 1.3电源异常

电源异常表现为各种形式，但大致分以下3种，即：缺相、低电压、停电。有时也出现它们的混合形式。这些异常现象的主要原因多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些电网或自行发电单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。

(1)如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，硬是变频器供电系统分离，减小相互影响。

(2)对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合，除选择合适规格的变频器外，还因预先考虑负载电机的降速比例。变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式，当电压回复后，通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流。

(3)对于要求必须量需运行的设备，要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。

二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。 1.4雷击、感应雷电

雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路器开，闭也能产生较高的冲击电压。如图2 所示。

变压器一次侧真空断路器断开时，通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。

（1）为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件，保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。如图3所示。

（2）当使用真空断路器时，应景量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。

（3）若变压器一次侧有真空断路器，因在控制时序上保证真空断路器动作前先将变频器断开。

2.变频器本身的故障自诊断及预防功能。

过去的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸，不容易再起动，过负载能力低。由于IGBT及CPU的迅速发展，变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。

有图4变频器故障解析示意图可知，

如果使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中“起动转矩不足”，“环境条件变化造

成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化。

此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如： 1. 对自由停车过程中的电机进行再起动； 2. 对内部故障自动复位并保持连续运行；

3. 负载转矩过大时能自动调整运行曲线，避免Trip； 4. 能够对机械系统的异常转矩进行检测。

3.变频器对周边设备的影响及故障防范

变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，有时甚至导致其他设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施时非常必要的。 3.1电源高次谐波

由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施。 （1）采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离。

（2）在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量，如图5所示。

对于有进相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重，必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量。如图6 所示，对电抗器的电感应合理分析计算，避免形成LC振荡。

3.2电动机温度过高及运行范围

对于现有电机进行变频调速改造时，由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外，因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认电机的负载状态和运行范围之后，采取以下的相应措施。 （1）对电机进行强冷通风或提高电机规格等级。 （2）更换变频专用电机。

（3）限定运行范围，避开低速区。 3.3振动、噪声

振动通常是由于电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，特别是当脉动转矩与机械共振电恰好一致时更为严重。噪声通常分为变频装置噪声和电动机噪声，对于不同的安装场所应采取不同的处理措施。

（1）变频器在调试过程中，在保证控制精度的前提下，应尽量减小脉冲转矩成分。

（2）调试确认机械共振点，利用变频器的频率屏蔽功能，使这些共振点排除在运行范围之外。 （3）由于变频器噪声主要有冷却风扇机电抗器产生，因选用低噪声器件。

（4） 在电动机与变频器之间合理设置交流电抗器，减小因PWM调制方式造成的高次谐波。 3.4高频开关形成的尖峰电压对电机绝缘不利

在变频器的输出电压中，含有高贫贱风浪用电压。这些高次谐波冲击电压将时电动机绕组的绝缘强度降低，尤其以PWM控制型变频器更为明显，应采取以下措施。

（1）尽量缩短变频器到电机的配线距离。

（2）采用阻断二极管的浪涌电压吸收装置，对变频器输出电压进行处理。 （3）对PWM型变频器应尽量在电机输入侧加装图7所使得滤波器。

图7b中无滤波器是输出电压上升沿有明显冲击电压，容易造成电机绝缘损伤。

以上时本人在变频器使用中的经验总结，希望能给其他用户提供参考，使变频器能在我国更好地推广使用。

天津港第六港埠公司 马会军 交流伺服电机的工作原理

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

10kV配电变压器保护配置方式的合理选择

摘要：10 kV配电变压器的保护配置主要有断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器等。负荷开关投资省，但不能开断短路电流，很少采用；断路器技术性能好，但设备投资较高，使用复杂，广泛应用不现实；负荷开关加熔断器组合的保护配置方式，既可避免采用操作复杂、价格昂贵的断路器，弥补负荷开关不能开断短路电流的缺点，又可满足实际运行的需要，该配置可作为配电变压器的保护方式，值得大力推广，为此，对10 kV环网供电单元和终端用户10 kV配电变压器采用断路器、负荷开关加熔断器组合的保护配置方式进行技术-经济比较，供配电网的设计和运行

无论是在环网供电单元、箱式变电站或是终端用户的高压室结线方式中, 如配电变压器发生短路故障时，保护配置能快速可靠地切除故障，对保护10 kV高压开关设备和变压器都非常重要。保护方式的配置一般有两种：一种利用断路器；另一种则利用负荷开关加高遮断容量的后备式限流熔断器组合。这两种配置方式在技术和经济上各有优缺点，以下对这两种方式进行综合比较分析。

1环网供电单元接线形式 1.1环网供电单元的组成

环网供电单元(RMU)由间隔组成, 一般至少有3个间隔，包括2个环缆进出间隔和1个变压器回路间隔, 参见图1所示。 1.2环网供电单元保护方式的配置

环缆馈线与变压器馈线间隔均采用负荷开关, 通常为具有接通、隔断和接地功能的三工位负荷开关。变压器馈线间隔还增加高遮断容量后备式限流熔断器来提供保护。实际运行证明，这是一种简单、可靠而又经济的配电方式。 1.3环网供电单元保护配置的特点

负荷开关用于分合额定负荷电流, 具有结构简单、价格便宜等特点, 但不能开断短路电流，高遮断容量后备式限流熔断器为保护元件, 可开断短路电流，如将两者有机地结合起来,可满足配电系统各种正常和故障运行方式下操作保护的要求。断路器参数的确定和结构的设计制造均严格按标准要求进行，兼具操作和保护两种功能，所以其结构复杂，造价昂贵，大量使用不现实。环网柜中大量使用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合装置，把对电器不尽相同的操作与保护功能分别由两种简单、便宜的元件来实现，即用负荷开关来完成大量发生的负荷合分操作，而采用高遮断容量后备式限流熔断器对极少发生短路的设备起保护作用，很好地解决问题，既可避免使用操作复杂、价格昂贵的断路器，又可满足实际运行的需要。表1列出3种保护配置方式的技术-经济比较。

10 kV配电变压器保护配置方式的合理选择从表1可以看出： a) 断路器具备所有保护功能与操作功能，但价格昂贵；

b) 负荷开关与断路器性能基本相同，但它不能开断短路电流；

c) 负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合，可断开短路电流，部分熔断器的分断容量比断路器还高，因此，使用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合不比断路器效果差，可费用却可以大大降低。 1.4负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合的优点 采用负荷开关加高遮容量熔断器组合，具有如下优点：

a) 开合空载变压器的性能好。环网柜的负荷种类，绝大部分为配电变压器，一般容量不大于1 250 kVA，极少情况达1 600 kVA，配电变压器空载电流一般为额定电流的2%左右，较大的配电变压器空载电流较小。环网柜开合空载变压器小电流时，性能良好，不会产生较高过电压。

b) 有效保护配电变压器，特别是对于油浸变压器，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器比采用断路器更为有效，有时后者甚至并不能起到有效的保护作用。有关资料表明，当油浸变压器发生短路故障时，电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间，油会将压力传给变压器油箱体，随短路状态的继续，压力进一步上升，致使油箱体变形和开裂。为了不破坏油箱体，必须在20 ms内切除故障。如采用断路器，因有继电保护再加上自身动作时间和熄弧时间，其全开断时间一般不会少于60 ms，这就不能有效地保护变压器。而高遮断容量后备式限流熔断器具有速断功能，加上其具有限流作用，可在10 ms之内切除故障并短路电流，能够有效地保护变压器。因此，应采用高遮断容量后备式限流熔断器而尽量不用断路器来保护电器，即便负荷为干式变压器，因熔断器保护动作快，也比用断路器好。

c) 从继电保护的配合来讲，在大多数情况下，也没有必要在环网柜中采用断路器，这是因为环网配电网络的首端断路器(即110 kV或220 kV变电站的10 kV馈出线断路器)的保护设置一般为：速断保护的时间为0 s，过流保护的时间为0.5 s，零序保护的时间为0.5 s。若环网柜中采用断路器，即使整定时间为0 s动作，由于断路器固有动作时间分散，也很难保证环网柜中的断路器而不是上一级断路器首先动作。

d) 高遮断容量后备式限流熔断器可对其后所接设备，如电流互感器、电缆等都可提供保护。高遮断容量后备式限流熔断器的保护范围可在最小熔化电流(通常为熔断器额定电流的2～3倍)到最大开断容量之间。限流熔断器的电流-时间特性，一般为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短的时间内熔断，切除故障。如果采用断路器作保护。必定使其它电器

如电缆、电流互感器、变压器套管等元件的热稳定要求大幅度提高，加大了电器设备的造价，增大工程费用。 在这里，有必要指出在采用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合时，两者之间要很好地配合，当熔断器非三相熔断时，熔断器的撞针要使负荷开关立即联跳，防止缺相运行。

2终端用户高压室接线形式

标准GB 14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，选择配电变压器的保护开关设备时，当容量等于或大于800 kVA，应选用带继电保护装置的断路器。对于这个规定，可以理解为基于以下两方面的需要：

a) 配电变压器容量达到800 kVA及以上时，过去多数使用油浸变压器，并配备有瓦斯继电器，使用断路器可与瓦斯继电器相配合，从而对变压器进行有效地保护。

b) 对于装置容量大于800 kVA的用户，因种种原因引起单相接地故障导致零序保护动作，从而使断路器跳闸，分隔故障，不至于引起主变电站的馈线断路器动作，影响其他用户的正常供电。

此外，标准还明确规定，即使单台变压器未达到此容量，但如果用户的配电变压器的总容量达到800 kVA时，亦要符合此要求。

目前，多数用户的高压配电室的接线方案如图2所示，这是基本的结线方式，在此基础上可以派生出一主一备进线或双进线加母线分段等方式。

从图2可知，一般在A处装设断路器，在B处也装设断路器，这样，视继电保护的配置情况，可以用A或B达到GB 14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》的两个要求，在其中1台变压器需要退出运行时，操作B处的断路器即可实现。

根据有关的理论及现场试验，在B处装设熔断器作为保护装置更为合理、有效。笔者认为，在采用图2的接线方式时，在B处应当装设负荷开关加高遮断容量后备式熔断器的组合，在A处装设断路器，既达到GB 14285—1993《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，而在B处装设熔断器作为每台变压器的相间短路保护，且利用负荷开关又可进行每台变压器的投切操作，这样，在B处装设的就不是常用的开关柜而是环网负荷开关柜，其造价较低，体积较小，能够有效节省配电投资。此外，如果处理好负荷开关转移电流以及与熔断器交接电流的选择，也不排除在B处用每台负荷开关进行对应变压器零序保护的可能性。

3结束语

10 kV配电变压器的保护配置主要有断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器，综合技术-经济性能和运行管理因素，无论在10 kV环网供电单元还是在终端用户高压配电单元中，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，并具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器，为此，推荐采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的配置作为配电变压器保护的保护方式。

变频器与电机的距离对系统的影响及防止措施

1.在工业使用现场，变频器与电机安装的距离可以大致分为三种情况：源远距离、中距离和近距离。20m以内为近距离，20-100m为中距离，100m以上为远距离。

由于变频器输出的电压波形不是正弦，波形中含有大量的谐波成分，其中高次谐波会使变频器输出电流增大，造成电机绕组发热，产生振动和噪声，加速绝缘老化，还可能损坏电机；同时各种频率的谐波会向空间发射不同程序的无线电干扰，还可能导致其它设备误动作。因此，希望把变频器安放在被控电机的附近。但是，由于生产现场空间的，变频器和电

机之间往往要有一定距离。如果变频器和电机之间为20m以内的近距离，可以直接与变频器连接；对于变频器和电机之间为20m到100m的中距离连接，需要调整变频器的载波频率来减少谐波及干扰；而对变频器和电机之间为100m以上的远距离连接，不但要适度降低载波频率，还要加装输出交流电抗器。

2.在高度自动化的工厂里，可以在中心控制室监控所有的控制设备，变频器系统的信号也要送到中控室，变频器的位置若在中心控制，总控台与变频器之间，可以直接连接，通过0-5/10v的电压信号和一些开关量信号进行控制。但是，变频器的高频开关信号的电磁辐射对弱电控制信号会产生一些干扰，因此也不一定要美观整齐，把变频器放在中心控制室内。如果变频器与中心控制室距离远一点，可以采用4-20ma的电流信号和一些开关量作控制连接；如果距离更远，可以采用rs485串行通信方式来连接；若还要加长距离，可以利用通信中间继电器达到1km的距离；如果采用光纤连接器，可以达到23km之远。采用通信电缆连接，可以很方便地构成多及驱动控制系统，从而实现主/从和同步控制等要求。与目前流行的现场总线系统相连接将使数据变换速率大大提高。中心控制室与变频器机柜之间的距离的延长，有利于缩短变频器到电机之间的距离，以便用更加合理的布局改善系统性能。

总之安装变频器时，需要综合考虑中心控制室、变频器、电机三者之间的距离，尽量减少谐波的影响，提高控制的稳定性。

变频器50Hz以上运行时电机会怎样

大家知道, 对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的.

如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上

当转速为50Hz时, 变频器的输出电压为380V, 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60Hz, 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速.

这时的转矩情况怎样呢?

因为P=wT (w:角速度, T:转矩). 因为P不变, w增加了, 所以转矩会相应减小.

我们还可以再换一个角度来看:

电机的定子电压 U = E + I*R (I为电流, R为电子电阻, E为感应电势) 可以看出, U,I不变时, E也不变.

而E = k*f*X, (k:常数, f: 频率, X:磁通), 所以当f由50-->60Hz时, X会相应减小

对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.

同时, 小于50Hz时, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变-->最大转矩不变)

结论: 当变频器输出频率从50Hz以上增加时, 电机的输出转矩会减小.

变频器功能解析之加、减速时间和方式

1 加、减速的时间与方式

1.1基础概念

(1) 工频起动和变频起动

电动机从较低转速升至较高转速的过程称为加速过程，加速过程的极限状态便是电动机的起动。

(a)工频起动

这里所说的工频起动，是指电动机直接接上工频电源时的起动，也叫直接起动或全压起动，如图1(a)所示。

图1 工频起动

在接通电源瞬间: ·电源频率为额定频率(50Hz)，如图1(b)的上部所示。以４极电动机为例，同步转速高达1500r/min。 ·电源电压为额定电压(380V), 如图1(b)的下部所示。 由于转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，故转子电动势和电流都很大，从而定子电流也很大，可达额定电流的(4～7)倍，如图1(c)所示。

工频起动存在的主要问题有: ·起动电流大。当电动机的容量较大时，其起动电流将对电网产生干扰。 ·对生产机械的冲击很大，影响机械的使用寿命。

(b) 变频起动

采用变频调速的电路如图2(a)所示, 起动过程的特点有:

图2 变频起动

·频率从最低频率(通常是0Hz)按预置的加速时间逐渐上升，如图2(b)的上部所示。仍以4极电动机为例，假设在接通电源瞬间，将起动频率降至0.5Hz，则同步转速只有15r/min，转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频起动时的百分之一。

·电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升，如图2(b)的下部所示。

·转子绕组与旋转磁场的相对速度很低，故起动瞬间的冲击电流很小。同时，可通过逐渐增大频率以减缓起动过程，如在整个起动过程中，使同步转速n0与转子转速nM间的转差Δn在一定范围内，则起动电流也将在一定范围内，如图2(c)所示。

另一方面，也减小了起动过程中的动态转矩，加速过程将能保持平稳，减小了对生产机械的冲击。

(2) 加速过程中的主要矛盾 (a) 加速过程中电动机的状态

图3 加速过程

假设变频器的输出频率从fX1上升至fX2，如图3(b)所示。图3(a)所示是电动机在频率为fX1时稳定运行的状态，图3(c)所示是加速过程中电动机的状态。比较图3(a)和图3(c)可以看出:当频率fX上升时，同步转速n0随即也上升，但电动机转子的转速nM因为有惯性而不能立即跟上。结果是转差Δn增大了, 导体内的感应电动势和感应电流也增大。

(b) 加速过程的主要矛盾

加速过程中，必须处理好加速的快慢与拖动系统惯性之间的矛盾。

一方面，在生产实践中，拖动系统的加速过程属于不进行生产的过渡过程，从提高生产率的角度出发，加速过程应该越短越好;

另一方面，由于拖动系统存在着惯性，频率上升得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的上升，转差Δn增大，引起加速电流的增大，甚至可能超过一定限值而导致变频器跳闸。

所以，加速过程必须解决好的主要问题是:在防止加速电流过大的前提下，尽可能地缩短加速过程。

(3) 变频调速系统的减速

(a) 减速过程中的电动机状态

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，如图4(b)所示。图中，电动机的转速从n1下降至n2(变频器的输出频率从fX1下降至fX2)的过程即为减速过程。

图4 减速过程

当频率刚下降的瞬间，旋转磁场的转速(同步转速)立即下降，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。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。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。

(b) 泵升电压

电动机在再生制动状态发出的电能，将通过和逆变管反并联的二极管VD7～VD12全波整流后反馈到直流电路，使直流电路的电压UD升高，称为泵升电压。

(c) 多余能量的消耗

如果直流电压UD升得太高，将导致整流和逆变器件的损坏。所以，当UD上升到一定限值时，须通过能耗电路(制动电阻和制动单元)放电，把直流回路内多余的电能消耗掉。

(4) 减速过程中的主要矛盾 (a) 减速快慢的影响

如上述，频率下降时，电动机处于再生制动状态。所以，和频率下降速度有关的因素有: ·制动电流

就是电动机处于发电机状态时向直流回路输送电流的大小。 ·泵升电压

其大小将影响直流回路电压的上升幅度。

(b) 减速过程的主要矛盾

和加速过程相同，在生产实践中，拖动系统的减速过程也属于不进行生产的过渡过程，故减速过程应该越短越好。

同样，由于拖动系统存在着惯性的原因，频率下降得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的下降，转差Δn增大，引起再生电流的增大和直流回路内泵升电压的升高，甚至可能超过一定限值而导致变频器因过电流或过电压而跳闸。

所以，减速过程必须解决好的主要问题是在防止减速电流过大和直流电压过高的前提下，尽可能地缩短减速过程。在一般情况下，直流电压的升高是更为主要的因素。

1.2 加、减速的功能设置

变频器中，针对电动机在升、降速过程中的特点，以及生产实际对拖动系统的各种要求，设置了许多相关的功能，供用户进行选择。

(1) 加、减速时间

(a) 加速时间的定义

不同变频器对加速时间的定义不完全一致，主要有以下两种: ·定义1

变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率所需要的时间; ·定义２

变频器的输出频率从0Hz上升到最高频率所需要的时间。 在大多数情况下，最高频率和基本频率是一致的。 加速时间的定义如图5(a)所示。

图5 加速时间的定义

(b) 减速时间的定义

·定义１

变频器的输出频率从基本频率下降到0Hz所需要的时间; ·定义２

变频器的输出频率从最高频率下降到0Hz所需要的时间。 减速时间的定义如图5(b)所示。

(2) 加、减速方式 (a) 加速方式

加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线，称为加速方式。变频器设置的加速方式有: ·线性方式

变频器的输出频率随时间成正比地上升，如图6(a)所示。大多数负载都可以选用线性方式。

图6 加速方式

·S形方式

在加速的起始和终了阶段，频率的上升较缓，加速过程呈S形，如图6(b)所示。例如，电梯在开始起动以及转入等速运行时，从考虑乘客的舒适度出发，应减缓速度的变化，以采用S形加速方式为宜。 ·半S形方式

在加速的初始阶段或终了阶段，按线性方式加速;而在终了阶段或初始阶段，按S形方式加速，如图6(c)和6(d)所示。图6(c)所示方式主要用于如风机一类具有较大惯性的二次方律负载中，由于低速时负荷较轻，故可按线性方式加速，以缩短加速过程; 高速时负荷较重，加速过程应减缓，以减小加速电流; 图6(d)所示方式主要用于惯性较大的负载。

(b) 减速方式

和加速过程类似，变频器的减速方式也分线性方式、S形方式和半S形方式。

·线性方式

变频器的输出频率随时间成正比地下降，如图7(a)所示。大多数负载都可以选用线性方式。

图7 减速方式

·Ｓ形方式

在减速的起始和终了阶段，频率的下降较缓，减速过程呈Ｓ形，如图7(b)所示。 ·半S形方式

在减速的初始阶段或终了阶段，按线性方式减速; 而在终了阶段或初始阶段，按S形方式减速，如图7(c)和7(d)所示。

减速时S形方式和半S形方式的应用场合和加速时相同。

2 变频调速的起动功能 2.1 起动频率与暂停加速功能 (1) 起动频率

(a) 功能含义

电动机开始起动时，并不从0Hz开始加速，而是直接从某一频率下开始加速。在开始加速瞬间，变频器的输出频率便是起动频率。

设置起动频率是部分生产机械的实际需要，例如:

·有些负载在静止状态下的静摩擦力较大，难以从0Hz开始起动，设置了起动频率后，可以在起动瞬间有一点冲力，使拖动系统较易起动起来;

·在若干台水泵同时供水的系统里，由于管路内已经存在一定的水压，后起动的水泵在频率很低的情况下将难以旋转起来，故也需要电动机在一定频率下直接起动;

·锥形电动机如果从0Hz开始逐渐升速, 将导致定、转子之间的磨擦。所以, 设置了起动频率, 可以在起动时很快建立起足够的磁通, 使转子与定子间保持一定的空气隙等等。

(b) 设置起动频率的方式 主要有两种方式:

·稍有给定信号(X=0+)，变频器的输出频率即为起动频率fS，如图8(a)所示;

图8 起动频率

·设置一个死区XS%，在给定信号X(2) 暂停加速功能

(a) 功能含义

电动机起动后，先在较低频率fDR下运行一个短时间，然后再继续加速的功能。 在下列情况下，应考虑预置暂停加速功能： ·对于惯性较大的负载，起动后先在较低频率下持续一个短时间tDR，然后再加速； ·齿轮箱的齿轮之间总是存在间隙的，起动时容易发生齿间的撞击，如在较低频率下持续一个短时间tDR，可以减缓齿间的撞击； ·起重机械在起吊重物前，吊钩的钢丝绳通常是处于松弛状态的，预置了暂停加速功能后，可首先使钢丝绳拉紧后再上升; ·有些机械在环境温度较低的情况下，润滑油容易凝固，故要求先在低速下运行一个短时间，使润滑油稀释后再加速; ·对于附有机械制动装置的电磁制动电动机，在磁抱闸松开过程中，为了减小闸皮和闸辊之间的磨擦，要求先在低频下运行，待磁抱闸完全松开后再升速，等等。

(b) 设置暂停加速的方式

设置暂停加速的方式主要有两种: ·变频器输出频率从0Hz开始上升至暂停频率fDR，停留tDR后再加速，如图9(a)所示;

图9 低频持续时间

·变频器直接输出起动频率fS后暂停加速，停留tDR后再加速，如图9(b)所示。 2.2 起动前直流制动功能 (1) 功能含义

起动前先在电动机的定子绕组内通入直流电流，以保证电动机在零速的状态下开始起动。

如果电动机在起动前，拖动系统的转速不为0(nm=0)的话，而变频器的输出频率(从而同步转速n0)从0Hz开始上升，则在起动瞬间，电动机或处于强烈的再生制动状态(起动前为正转时)，或处于反接制动状态(起动前为反转时)，如图10(a)所示，容易引起电动机的过电流。例如:

拖动系统以自由制动的方式停机，在尚未停住前又重新起动; 风机在停机状态下，叶片由于自然通风而自行转动(通常是反转)。

(2) 功能设置 ·选择功能

即选择是否需要起动前的直流制动功能; ·制动量

即应向定子绕组施加多大的直流电压UDB; ·直流制动时间

即进行直流制动(施加直流电压)的时间tDB。如图10(b)所示。 图10 起动前的直流制动 3 变频调速的停机功能

3.1 基础概念

(1)电动机的停机方式

在变频调速系统中，电动机可以设定的停机方式有: (a) 减速停机

即按预置的减速时间和减速方式停机，如上述，在减速过程中，电动机处于再生制动状态，如图11(a)所示。 图11 变频器的停机功能 (b) 自由制动

变频器通过停止输出来停机, 这时, 电动机的电源被切断, 拖动系统处于自由制动状态。由于停机时间的长短由拖动系统的惯性决定, 故也称为惯性停机, 如图11(b)所示。 (c) 减速加直流制动

首先按预置的减速时间减速，然后转为直流制动，直至停机，如图11(c)所示。

(d) 在低频状态下短暂运行后停机, 当频率下降到接近于0时, 先在低速下运行一个短时间,

然后再将频率下降为0Hz, 如图11(d)所示。在下列情况下, 应考虑预置暂停减速功能: 惯性大的负载从高速直接减速至0Hz时，有可能因停不住而出现滑行的现象。如先在低速段运行，然后从低速降为0Hz，可消除滑行现象;

对于需要准确行车的场合，如卷扬机，为准确停车，即在低速短时运行即爬行后，再减至0Hz，即可达到准确停车的目的。

对于附有机械制动装置的电磁制动电动机, 在磁抱闸抱紧前先在低速段作短时运行, 可减少磁抱闸的磨损, 等等。

(2) 设置暂停减速的方式

和暂停加速相同，需要预置的参数有: (a) 暂停减速的频率fDD;

(b) 停留时间tDD，如图11(d)所示。

3.2 变频器的直流制动功能 (1) 基础概念

(a) 采取直流制动的必要性 ·有的负载要求能够迅速停机，但减速时间太短将引起电动机实际转速的下降跟不上频率的下降，产生较大的泵升电压，使直流回路的电压超过允许值。采用直流制动，能增大制动转矩、缩短停机时间，且不产生泵升电压; ·有的负载由于惯性较大，常常停不住，停机后有“爬行”现象，可能造成十分危险的后果。 采用直流制动, 可以实现快速停机, 并消除爬行现象。

(b) 方法和原理

直流制动就是向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。如图12(a), 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。此外, 停止后, 定子的直流磁场对转子铁心还有一定的“吸住”作用, 以克服机械的“爬行”。

(2) 功能设置

采用直流制动时，需预置以下功能:

(a) 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12(b)所示。

图12 直流制动原理和预置

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。

(b) 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12(b)所示。

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小，惯性越大者，UDB也应越大。

(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。

4 变频器的预励磁和零伺服功能 4.1 基础概念

(1) 电磁制动电动机及其控制特点

对于要求停机位置十分准确的场合，常常采用带有机械制动功能的电磁制动电动机。 (a) 电磁制动电动机简介

以YEJ系列电磁制动电动机为例，其基本电路如图13所示。

图13 电磁制动电动机

当接触器KM断开、电动机Ｍ未运行时，制动电磁铁的线圈YB处于失电状态，制动器的抱闸为抱紧状态;

当接触器ＫＭ接通时，YB经ＫＭ的辅助接点而得电，所得电压是经半波整流的相电压(DC99Ｖ)。这时，制动器的抱闸松开，电动机起动。

图13中，二极管VD1用于进行半波整流; VD2用于当外加电压过０时，为线圈YB提供一个续流通路;压敏电阻RV1、RV2用于当ＫＭ断开时，防止线圈YB因反电动势过大而击穿。

(b) 电磁制动电动机的控制特点

由于磁抱闸从通电到完全松开，以及从断电到完全抱紧，都需要时间(约0.3～0.6s)，并且有一个逐渐松开和逐渐抱紧的过程。在逐渐松开和逐渐抱紧的过程中，希望在抱闸和闸辊之间，尽量减少滑动磨擦。最好是在电动机停住的状态下抱紧，在抱闸完全松开后起动。

(2) 起重机械的溜钩问题

起重机械由于重物本身具有重力加速度，当重物从空中的停止状态转为上升或下降的运动状态时，如果使制动电磁铁YB先通电，等抱闸松开后再接通电动机，则在抱闸逐渐松开，而电动机尚未通电的过程中，重物必将下滑，形成“溜钩”。如果使电动机和制动电磁铁YB同时通电，则当抱闸尚未完全松开的过程中，电动机将处于过载状态。

同样，当重物从上升或下降的运动状态转为停止状态时，如果使电动机和制动电磁铁Y

B同时断电，则因为抱闸从断电到完全抱紧，需要时间，在抱闸尚未完全抱紧的过程中，重物也必将下滑，形成“溜钩”。如果令制动电磁铁YB在电动机断电之前，提前断电，待电动机断电时，抱闸已经抱紧了。在制动电磁铁YB逐渐抱紧的过程中，电动机也必将处于过载状态。

4.2 功能设置

在“有反馈矢量控制”方式下，当变频器的运行信号有效，但频率给定信号为0Hz时, 可以使变频器向电动机提供足够的励磁电流，产生足够大的零速转矩，以防止重物“溜钩”。

(1) 预励磁功能

当电动机从停住状态转为运行状态时，预先向电动机绕组内输入足够大的励磁电流，使电动机产生足够强的零速转矩的功能。

(2) 零伺服功能

当电动机从运行状态转为停住状态时，变频器在运行指令有效的情况下，在频率给定信号为０时，变频器使电动机保持足够强的零速转矩的功能。

5 某些变频器的特殊功能 (1) 加、减速的衔接功能

生产实践中，有时会遇到这样的情况:在拖动系统正在加速的过程中，又得到减速或停机的指令。这时，就出现了加速过程和减速过程的衔接问题。

变频器对于在加速过程尚未结束的情况下，得到停机指令时减速方式的处理如图14所示。

图14 加减速的衔接功能

图14(a)是运行指令，图14(b)是加、减速曲线。曲线①是在运行指令时间较长情况下的Ｓ形加速曲线;曲线②和曲线③是在加速过程尚未完成，而运行指令已经结束时的减速曲线。用户可根据生产机械的具体情况进行选择。

(2) 加、减速时间的最小极限功能

某些生产机械，出于特殊的需要，要求加、减速时间越短越好。对此，有的变频器设置了加、减速时间的最小极限功能。其基本含义是:

(a) 最快加速方式 在加速过程中，使加速电流保持在变频器允许的极限状态(IA≯150%IN，IA是加速电流，IN是变频器的额定电流)下，从而使加速过程最小化。 (b) 最快减速方式

在减速过程中，使直流回路的电压保持在变频器允许的极限状态(UD≯95%UDH, UD是减速过程中的直流电压，UDH是直流电压的上限值)下, 从而使减速过程最小化。 (c) 最优加速方式

在加速过程中，使加速电流保持在变频器额定电流的120%(IA≯120%IN)，使加速过程最优化。

(d) 最优减速方式

在减速过程中，使直流回路的电压保持在上限值的93%(UD≯93%UDH)，使减速过程最优化。

(3) 异常停机功能

当生产机械发生紧急情况时，将发出紧急停机信号。对此，有的变频器设置了专门用于处理异常情况的功能。在异常停机期间，其操作信号都将无效。 1 引言

静电放电(ESD)和电快速瞬变脉冲群(EFT)对变频器系统会产生不同程度的危害。当电缆暴露在4～8kV静电放电环境中时，信息传输电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V，这个电压远远超出了变频器输入、输出端口和通信端口的门限电压值，典型的感应脉冲持续时间大约为400ns。

变频器在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致变频器内部电子器件的损坏，损坏的现象是使变频器中的半导体器件(包括二极管、晶体管、晶闸管和集成电路等)被烧毁或击穿。据统计变频器控制部分的故障有75％是由于瞬变和浪涌造成的。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破，就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些，都是变频器控制端口和通信端口的危害源。因此，为了提高变频器的可靠性就必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。

2 防雷端口

根据变频器应用的工程实践，变频器受雷击可大致分为直击雷、感应雷和传导雷。但不论以哪一种形式到达设备都可归纳为从以下4个部位侵入的雷电浪涌，在此把这些部位称为防雷端口，并以变频器举例说明。

2.1 外壳端口

比如说，我们可以把任何一个大的或小的变频器或系统视为一个整体的外壳，如传感器、传输线、信号中继、现场仪表、DCS系统等，它们都有可能完全暴露在环境中受到直接雷击，造成设备损坏。标准规定，当设备外壳受到4kV的雷电静电放电时，都会影响变频器或系统的正常运行。例如放置于室外输入变频器的传感器有可能受到雷电接触放电;位于室内的变频器柜有可能受到建筑物避雷引线泄流时的空间放电。

2.2 信号线端口

在变频器控制系统中,为了实现信号或信息的传递总要有与外界连接的部位,那么这些从外界输入信号或变频器输出的信号接口都有可能受到雷电浪涌冲击。因为变频器柜外部信号输入变频器端口的浪涌往往通过长电缆，所以采用10/700μs波形，标准规定线到线间浪涌电压为0.5kV，线到地间浪涌电压为1kV。而楼内变频器之间传递信号的端口受到浪涌冲击相当于电源线上的浪涌冲击，采用1.2/50(8/20)μs组合波，线到线、线到地浪涌电压限值不变。一旦超过限值，信号端口和端口后的设备有可能遭受损坏。

2.3 电源端口

电源端口是分布最广泛也最容易感应或传导雷电浪涌的部位，变频器的电源端口为从配电屏到变频器电源输入端和从变频器输出端到电动机。标准规定在1.2/50(8/20)μs 波形下线与线之间浪涌电压限值为0.5kV，线到地浪涌电压为1kV。但这里的浪涌电压是指明工作电压为220V交流进入的，如果工作电压较低则不能以此为标准，电源线上受较小的浪

涌冲击不一定立即损坏设备，但至少对寿命有影响。

2.4 接地端口

尽管在标准中没有专门提到接地端口的指标，实际上变频器的接地端口是非常重要的。在雷电发生时接地端口有可能受到地电位反击、地电位升高影响，或者由于接地不良、接地不当使地阻过大，达不到参考电位要求使设备损坏。接地端口不仅对接地电阻/接地线极(长度、直径、材料等)、接地方式、地网的设置等有要求，而且还与设备的电特性、工作频段、工作环境等有直接的关系。同时从接地端还有可能反击到变频器内的直流工作电源端口，损坏以直流为工作电压的单元电路。综上所述，变频器的防雷可以考虑从四个关键的端口入手， 3 变频器的端口保护 3.1 外壳端口

变频器的外壳端口保护不仅仅是建筑物外壳，也应当包括变频器外壳或变频器柜的外壳，比如说变频器、变频器柜室等。按照IEC 1312—1《雷电电磁脉冲的防护》第一部分(一般原则)的适用范围为:建筑物内或建筑物顶部变频器系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护。其保护方法主要有三种:接地、屏蔽及等电位连接。 （1） 接地

IEC1024—1已经阐述了建筑物防雷接地的方法，主要是通过建筑物地下网状接地系统达到要求。变频器系统防雷时还要求对相邻两建筑物之间通过的电力线，信号传输电缆均必须与建筑物接地系统连接起来(不能形成回路)，以利用多条并行路径来减少电缆中的电流。 变频器系统的接地更应当注意系统的安全性和防止其它系统干扰。一般来说工作状态下变频器系统接地不能直接和防雷地线相连，否则将有杂散电流进入变频器系统引起信号干扰。正确的连接方式应当在地下将两个不同地网，通过放电器低压避雷器连接，使其在雷击状态下自动连通。 （2） 屏蔽

从理论上考虑，屏蔽对变频器外壳防雷是非常有效的。但从经济合理角度来看，还是应当从设备元器件抗扰度及对屏蔽效能的要求来选择不同的屏蔽方法。线路屏蔽，即在变频器系统中采用屏蔽电缆已被广泛应用。但对于设备或系统的屏蔽需要视具体情况而定。IEC提出了采用建筑物钢筋连到金属框架的措施举例。

IEC1312—2作了如下描述:建筑物内部变频器系统的主要电磁干扰源是由一次闪击时的几个雷击的瞬时电流造成的瞬态磁场。如果包含变频器系统的建筑物或房间，用大空间屏蔽，通常在这样的措施下瞬时电场被减少到一个足够低的值。 (3) 等电位接连

等电位连接的目的是减小变频器之间和变频器与金属部件之间的电位差。在防雷区的界面处的等电位连接要考虑建筑物内的变频器系统，在那些对雷电电磁脉冲效应要求最小的地方，等电位连接带最好采用金属板，并多次与建筑物的钢筋连接或连接在其它屏蔽物的构件上。对于变频器系统的外露导电物应建立等位连接网，原则上一个电位连接网不需要直接连在大地，但实际上所有等电位连接网都有通大地的连接。

3.2 信号线端口

信号线端口保护现在已经在已有许多类型的较为成熟的保护器件，比如变频器信号端口保护器、变频器通信端口保护器等。在保护器选择时除了保护器本身的性能外，应该注意保护设备的传输速率、插入衰耗限值、驻波比、工作电压、工作电流等相关指标，如果在同一系统使用多级保护还应该考虑相互配合问题。

在信号端口窜入的瞬态电流最容易损坏变频器内部的信号交换或转换单元及控制单元，如主

板、并行口、信号接口卡等。事实上瞬态电流或浪涌可能通过不同途径被引入到信号传输网络中，若变频器控制系统和上位机通信采用以太网结构，则IEEE 802—3以太网标准中列出了四种可能对网络造成威胁的情况:

(1) 局域网络元件和供电回路或受电影响的电路发生直接接触; (2) 局域网电缆和元件上的静电效果;

(3) 高能量瞬态电流同局域网络系统耦合(由网络电缆附近的电缆引入);

(4) 彼此相连的网络元件的地线电压间有细小差别(例如两幢不同建筑的安全地线电压就有可能略有不同)。

以变频器通信线为例，在RS-232的串、并行口的标准中，用于泄放高能浪涌和故障电流的地线同数据信号的返回路径共享一条线路，而小至几十伏的瞬态电压都有可能通过这些串、并行口而毁坏上位机及终端等设备，信号传输线也能直接将户外电源线上的瞬态浪涌传导进来，而信号接口能够传导由闪电和静电泄漏引起的浪涌电压。

用户应当对数据线保护器慎重选择，有些保护器虽然起到了“分流”作用，但常常是将硅雪崩二极管(SAD)接在被保护线路和保护器外壳之间，测试表明SAD的箝位性能很好，但它电涌分流能力有限。同时压敏电阻(MOV)也不能在数据线保护器上使用。先进的过程控制系统的信号接口防雷保护装置(无论是RS-232串等通信接口还是计算机同轴网络适配器接口)目前均采用瞬态过电压半导体放电管，其冲击残压参数指标很重要。有条件时能够采取多级保护设计电路效果更佳。

3.3 电源端口

原则上采用多级SPD做电源保护，但变频器控制系统的电源保护由于其敏感性必须采用较低的残压值的保护器件，且此残压应当低于需要保护设备的耐压能力。同时还必须考虑到电磁干扰对变频器系统的影响，因此带滤波的分流设计应当更加理想。所以对于变频器系统电源保护特别注意的两点是:前两级采用通流容量大的保护器，在变频器终端处则采用残压较低的保护器。最后一级的保护器中最好有滤波电路。对变频器系统电源端口安装SPD时应注意以下问题:

(1) 多级SPD应当考虑能量配合、时间配合、距离配合。如果配合不当的话，效果将适得其反。

(2) 连接防雷保护器的引线应当尽量粗和短。 (3) 全保护时尽可能将所有连接线捆扎在一起。

4 结束语

变频调速传动系统中，重视变频器的的端口防护，已成为变频变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题，也是变频器应用和推广的关键问题之一。变频器的端口防护问题一定会不断发展和完善。

变频器选型注意事项

1.负载类型和变频器的选择：变频器不是在任何情况下都能正常使用，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多了解,电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。

A:风机和水泵是最普通的负载：对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机

容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量）。

B:起重机类负载：这类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。

C:不均行负载：有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等。

D:大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此启动时可能会振荡，电动机减速时有能量回馈。应该用容量稍大的变频器来加快启动，避免振荡。配合制动单元消除回馈电能。

2.长期低速动转，由于电机发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必须采用加大减速比的方式或改用6级电机，使电机运转在较高频率附近。

3.变频器安装地点必需符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件才能正常运转。

变频器过电压故障原因分析及对策

1、引言

变频器过电压故障保护是变频器中间直流电压达到危险程度后采取的保护措施，这是变频器设计上的一大缺陷，在变频器实际运行中引起此故障的原因较多，可以采取的措施也较多，在处理此类故障时要分析清楚故障原因，有针对性的采取相应的措施去处理。

2、变频器过电压的危害

变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压主要危害在于：

(1) 引起电动机磁路饱和。对于电动机来说，电压主过高必然使电机铁芯磁通增加，可能导致磁路饱和，励磁电流过大，从面引起电机温升过高；

(2) 损害电动机绝缘。中间直流回路电压升高后，变频器输出电压的脉冲幅度过大，对电机绝缘寿命有很大的影响；

(3) 对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在DC800V左右，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。

3、产生变频器过电压的原因

3.1 过电压的原因

一般能引起中间直流回路过电压的原因主要来自以下两个方面：

(1) 来自电源输入侧的过电压

正常情况下的电源电压为380V，允许误差为-5%～+10%，经三相桥式全波整流后中间直流的峰值为591V，个别情况下电源线电压达到450V，其峰值电压也只有636V，并不算很高，一般电源电压不会使变频器因过电压跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压等，主要特点是电压变化率dv/dt和幅值都很大。

(2) 来自负载侧的过电压

主要是指由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的6个续流二极管回馈到变频器的中间直流回路中。此时的逆变器处于整流状态，如果变频器中没采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电容器的电压上升。达到限值即行跳闸。

3.2 从变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因

从变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因如下:

(1) 变频器减速时间参数设定相对较小及未使用变频器减速过电压自处理功能。

当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设定的比较小，在减速过程中，变频器输出频率下降的速度比较快，而负载惯性比较大，靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量处理单元或其作用有限，因而导致变频器中间直流回路电压升高，超出保护值，就会出现过电压跳闸故障。

大多数变频器为了避免跳闸，专门设置了减速过电压的自处理功能，如果在减速过程中，直流电压超过了设定的电压上限值，变频器的输出频率将不再下降，暂缓减速，待直流电压下降到设定值以下后再继续减速。如果减速时间设定不合适，又没有利用减速过电压的自处理功能，就可能出现此类故障。

(2) 工艺要求在限定时间内减速至规定频率或停止运行

工艺流程限定了负载的减速时间，合理设定相关参数也不能减缓这一故障，系统也没有采取处理多余能量的措施，必然会引发过压跳闸故障。

(3) 当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态

位能负载下降过快，过多回馈能量超过中间直流回路及其能量处理单元的承受能力，过电压故障也会发生。

(4) 变频器负载突降

变频器负载突降会使负载的转速明显上升，使负载电机进入再生发电状态，从负载侧向变频器中间直流回路回馈能量，短时间内能量的集中回馈，可能会中间直流回路及其能量处理单元的承受能力引发过电压故障。

(5) 多个电机拖动同一个负载时，也可能出现这一故障，主要由于没有负荷分配引起的。以两台电动机拖动一个负载为例，当一台电动机的实际转速大于另一台电动机的同步转速时，则转速高的电动机相当于原动机，转速低的处于发电状态，引起了过电压故障。处理时需加负荷分配控制。可以把变频器输出特性曲线调节的软一些

(6) 变频器中间直流回路电容容量下降

变频器在运行多年后，中间直流回路电容容量下降将不可避免，中间直流回路对直流电压的调节程度减弱，在工艺状况和设定参数未曾改变的情况下，发生变频器过电压跳闸几率会增大，这时需要对中间直流回路电容器容量下降情况进行检查。

4、过电压故障处理对策

对于过电压故障的处理，关键一是中间直流回路多余能量如何及时处理；二是如何避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内。下面是主要的对策:

(1) 在电源输入侧增加吸收装置，减少过电压因素

对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。

(2) 从变频器已设定的参数中寻找解决办法

在变频器可设定的参数中主要有两点:

·减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能释放的太快，该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过压情况下可减至的频率值，暂缓后减速至零，减缓频率减少的速度。

·是中间直流回路过电压倍数。

(3) 分析工艺流程，在工艺流程中寻找解决办法

如我厂氢氧化铝捞取浮游物项目袋滤机系统，有8台50kW进料泵、4台30kW回流泵采用富士变频器调速，在袋滤机工作流程中每隔20～30min需要将吸附在滤布上的滤饼除去，除去滤饼的方法是使滤布的出料侧压力高于进料侧压力，形成较高的压差使料浆倒流来实现的。在蓄能阶段，进料泵闭环于流量参数，为了保持恒定流量，变频器的频率一直在提升，到了回流阶段，进料阀门突然关闭，进料泵变频器负载突降，电机进入再生发电状态，引发过电压故障。我们分析在蓄能阶段后期只要在袋滤机内形成满足去除滤饼所要求的压力即可，没有必要形成过高的压力，而使变频器运行于过高的频率段，对于此故障可以在蓄能阶段引入袋滤机内部压力值，达到所需压力即停止频率的上升。或可以在蓄能的整个阶段停止频率的上升，这样就可以大幅减少回流阶段负载侧能量向中间直流回路的回馈。这一点在DCS集散控制系统中是可以办到的。

如袋滤机系统中回流泵因2～3台袋滤机对滤布反冲洗时，循环卸料，时间短，流量大，料浆中混有空气，引起回流泵打空转，负载突减，使电动机处于再生制动工况，导致变频器中间直流回路过电压，变频器保护跳闸，对于这一故障，可以从工艺方面入手，在每台袋滤机的回流出口至回流槽处加缓冲槽，改变回流流量突变状况，减小流量变化对变频器的影响，解决过电压问题。

(4) 采用增加泄放电阻的方法

一般小于7.5kW的变频器在出厂时内部中间直流回路均装有控制单元和泄放电阻，大于7.5kW的变频器需根据实际情况外加控制单元和泄放电阻，为中间直流回路多余能量释放提供通道，是一种常用的泄放能量的方法。其不足之处是能耗高，可能出现频繁投切或长时间投运，致使电阻温度升高、设备损坏。

(5) 在输入侧增加逆变电路的方法

处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加逆变电路，可以将多余的能量回馈给电网。但逆变桥价格昂贵，技术要求复杂，不是较经济的方法。这样在实际中就了它的应用，只有在较高级的场合才使用。

(6) 采用在中间直流回路上增加适当电容的方法

中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器是解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法，是以增大变频器容量的方法来换取过电压能力的提高。

(7) 在条件允许的情况下适当降低工频电源电压

目前变频器电源侧一般采用不可控整流桥，电源电压高，中间直流回路电压也高，电源

电压为380V、400V、450V时，直流回路电压分别为537V、565V、636V。有的变频器距离变压器很近，变频器输入电压高达400V以上，对变频器中间直流回路承受过电压能力影响很大，在这种情况下，如果条件允许可以将变压器的分接开关放置在低压档，通过适当降低电源电压的方式，达到相对提高变频器过电压能力的目的。

(8) 多台变频器共用直流母线的方法

至少两台同时运行的变频器共用直流母线可以很好的解决变频器中间直流回路过电压问题，因为任何一台变频器从直流母线上取用的电流一般均大于同时间从外部馈入的多余电流，这样就可以基本上保持共用直流母线的电压。使用共用直流母线存在的最大的问题应是共用直流母线保护上的问题，在利用共用直流母线解决过电压的问题时应注意这一点。

(9) 通过控制系统功能优势解决变频器过电压问题

在很多工艺流程中，变频器的减速和负载的突降是受控制系统支配的，可以利用控制系统的一些功能，在变频器的减速和负载的突降前进行控制，减少过多的能量馈入变频器中间直流回路。如对于规律性减速过电压故障，可将变频器输入侧的不可控整流桥换成半可控或全控整流桥，在减速前将中间直流电压控制在允许的较低值，相对加大中间直流回路承受馈入能量的能力，避免产生过电压故障。而对于规律性负载突降过电压故障，可利用控制系统如FOXBORO的DCS集散系统的控制功能，在负载突降前，将变频器的频率作适当提升，减少负载侧过多的能量馈入中间直流回路，以减少其引起的过电压故障。

5、结束语

变频器中间直流过电压故障是变频器的一个弱点，关键是要分清原因，结合变频器本身参数、控制系统状况和工艺流程等情况，才能制定相应的对策，只要认真对待，该过电压故障是不难解决的。

电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

*1: r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min] 4极电机 50Hz 1500 [r/min]

$电机的旋转速度同频率成比例

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。

感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。 由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。 另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n = 60f/p

n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数

$ 改变频率和电压是最优的电机控制方法

如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。 输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。 例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V

变频器各部分的电压、电流的测定方法

图片：

测定位置和测定仪表的接线

变频器的电源测、输出测的电压和电流因为含有谐波成分，所以测量仪表和测定回路不同，所得的数据也不同。请用下表指定的仪表对下图回路进行测量。

电机软启动器的探讨

电动机起动方式的选择

作为应用最广泛的鼠笼型异步电动机，它采用降压起动的条件：一是电动机起动时，机械不能承受全压起动的冲击转矩；二是电动机起动时，其端电压不能满足规范要求；三是电动机起动时，影响其他负荷的正常运行。

对于降压起动目前有两种方式，一种是降压起动，一种是软起动。他经过了三个发展阶段，一是“ Y-Δ” 起动器和自藕降压起动器，二是磁控式软启动器，三是目前最先进最流行的电子软启动器。电子软启动器一般都是采用16位单片机进行智能化控制，他既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击，同时，还能实现直接计算机通讯控制，为自动化智能控制打下良好的基础。

它们的造价比较是：“ Y-Δ”起动器须六根出线而且故障率太高，维修费也高已不常采用，自藕方式每个千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的体积较大且故障率较高，维修费较高，电子软启动器每个千瓦在80元到150元之间，一般情况下，一台开关柜能放多台电子软启动器，节省工程造价，且故障率较低，维修费也低。所以，电子软启动器应是我们首选的目标。

三、电子软启动器的选择

通过以上所述，毋庸置疑地在工程设计和工程改造中，要想改善工艺提高自动化水平，降低成本提高企业效益，对电动机的起动就必须首先采用先进的起动设备——电子软启动器。

在应用电子软启动器时应考虑哪些问题呢？做为软启动器首先要看它的起动性能和停车性能，目前的软启动器有以下五种起动方式：

软起动器疑难问题解答 1．什么是软起动器？

软起动器是一种用来控制鼠笼型异步电动机的新设备，集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为 Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。 运用不同的方法，控制三

相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

什么是电动机的软停车？

电机停机时，传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。但有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高层建筑、大楼的水泵系统，如果瞬间停机，会产生巨大的“水锤”效应，使管道，甚至水泵遭到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，即软停车，采用软起动器能满足这一要求。在泵站中，应用软停车技术可避免泵站的“拍门”损坏，减少维修费用和维修工作量。 软起动器中的软停车功能是，晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。停车的时间根据实际需要可在0 ~ 120s调整。

变频器基频设置参数的概念

图片：

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一、基频参数的概念

变频器基频参数的示意图如图： 图1

基频以下，变频器的输出电压随输出频率的变化而变化，V/F=常数，适合恒转矩负载特性。

基频以上，变频器的输出电压维持电源额定电压不变，适合恒功率负载特性。

二、如何设置基频

基频参数设置应该以电动机的额定参数设置，而不能根据负载特性设置，即使电动机选型不适合负载特性，以必须尽量遵循电动机的参数，否则，容易过流或过载。

例如：如果电机的额定工作频率为50HZ，基频应设置为50HZ；如果电机的额定工作频率为60HZ，基频应设置为60HZ；如果电机的额定工作频率为100HZ，基频应设置为100HZ。

如果电动机选择专用的交流变频电机，电机一般都标注恒转矩、恒功率调速范围。如果标注5～100HZ为恒转矩，100～150HZ为恒功率，基频应该设置为100HZ。

三、基频设置的注意点

基频参数直接反映变频器输出电压和输出频率的关系，如果设置不当容易造成电动机的过流或过载。如图2所示。 图2

如图2所示，一台交流电动机的额定工作频率为50HZ，额定电压380V。

如果变频器的基频设置低于50HZ（如基频1），V/F比例高，同等频率的输出电压高，输出电流高，在启动时，容易造成过流。

如果变频器的基频设置高于50HZ（如基频2），V/F比例低，同等频率的输出电压低，输出电流低，在启动时，容易造成无法启动而过载

浅谈变频器容量的选择

一、引言

随着电力电子学、微电子学、计算机技术和控制理论的迅速发展，交流传动系统，在宽

调速、高精度、快速响应和四象限运行等性能方面也达到了与直流调速相媲美的效果。尤其是以变频器为核心的变频调速因其优异的调速性能而被公认为最有发展前途的调速方式。目前，变频器已迈进了高性能、多功能、小型化和廉价化阶段。为便于变频器的合理使用，本文将对变频器容量选择过程作简略探讨。

二、变频器容量的选择

变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备投资。

（一）变频器容量选择的三步骤

1．了解负载性质和变化规律，计算出负载电流的大小或作出负载电流图I=f(t)；

2．预选变频器容量；

3．校验预选变频器,必要时进行过载能力和起动能力的校验。若都通过，则预选的变频器容量便选定了；否则从2开始重新进行，直到通过为止。

在满足生产机械要求的前提下，变频器容量越小越经济。

（二）基于不同电动机负载电流下的变频器容 量选择

1．变频器的容量有三种表示方法

一般地说，变频器的容量有三种表示方法：

●额定电流；

●适配电动机的额定功率；

●额定视在功率。

2．变频器的过载能力

不管是哪一种表示方法，归根到底还是对变频器额定电流的选择，应结合实际情况根据电动机有可能向变频器吸收的电流来决定。通常变频器的过载能力有两种：

●1.2倍的额定电流，可持续1min；

●1.5倍的额定电流，可持续1min。

而且变频器的允许电流与过程时间呈反时限的关系。如1.2(1.5)倍的额定电流可持续1min；而1.8(2.0)倍的额定电流，可持续0.5min。这就意味着：不论任何时候向电动机提供在允许过载电流的持续时间都必须在限定的范围内；过载能力这个指标，对电动机来说，只有在起动（加速）过程中才有意义，在运行过程中，实际上等同于不允许过载。

三、如何根据电动机负载电流来选择变频器的容量

（一）一台变频器只供一台电动机使用（即一拖一）

在计算出负载电流后，还应考虑三个方面的因素：一是用变频器供电时，电动机电流的脉动相对工频供电时要大些；二是电动机的起动要求，即是由低频、低压起动，还是额定电压、额定频率下直接起动；三是变频器使用说明书中的相关数据是用该公司的标准电机测试出来的。

要注意按常规设计生产的电机在性能上可能有一定差异，故计算变频器的容量时要留适当余量。

1．恒定负载连续运行时变频器容量的计算

由低频、低压起动，变频器用来完成变频调速时，要求变频器的额定电流稍大于电动机的额定电流即可：

IFN≥1.1IMN

式中：IFN—变频器额定电流；

IMN—电动机额定电流。

额定电压、额定频率直接起动时，对三相电动机而言，由电动机的额定数据可知，起动电流是额定电流的5～7倍。因而得用下式来计算变频器的频定电流IFN。

IFN≥IMst/KFg

式中：IMst—电动机在额定电压，额定频率时的起动电流；

KFg—变频器的过载倍数。

2．周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算

很多情况下电动机的负载具有周期性变化的特点。显然，在此情况下，按最小负载选择变频器的容量，将出现过载，而按最大负载选择，将是不经济的。由此推知，变频器的容量可在最大负载与最小负载之间适当选择，以便变频器得到充分利用而又不到过载。

首先作出电动机负载电流图n=Φ(t)及I=f(t),然后求出平均负载电流Iav再预选变频器的

容量，关于Iav的计算采用如下公式：

Iav=（I1t1+I2t2+…+Ijtj+…）÷（t1+t2+…+tj+…）

考虑到过渡过程中，电动机从变频器吸收的电流要比稳定运行时大，而上述Iav没有反映过渡过程中的情况。因此，变频器的容量按IFN≥（1.1～1.2）Iav修正后预选（式中，Ij为第j段运行状态下的平均电流，tj为第j段运行状态下对应的时间），同时若过渡过程在整个工作过程中占较大比重，则系数(1.1～1.2)选偏大的值。

3．非周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算

这种情形一般难以作出负载电流图，可按电动机在输出最大转矩时的电流计算变频器的额定电流，可用下式确定：

IFN≥IM(max)/KFg

式中：IM(max)为电动机在输出最大转矩时的电流。

（二） 一台变频器同时供多台电动机使用（即一拖多）

除了要考虑一拖一的几种情形外，还可以根据以下情况区别对待。

1．各台电动机均由低频低压起动，在正常运行后不要求其中某台因故障停机的电动机重新直接起动，这时变频器容量为：

IFN≥IM(max)+ΣIMN

式中：ΣIMN为其余各台电动机的额定电流之和；

IM(max)为最大电动机的起动电流。

2．一部分电动机直接起动，另一部分电动机由低频、低压起动。除了使电动机运行的总电流不超过变频器的额定输出电流之外，还要考虑所有直接起动电动机的起动电流，即：

IFN≥(ΣIMst’+ΣIMN’)/ KFg

式中：ΣIMst’为所有直接起动电动机在额定电压，额定频率下的起动电流总和；

ΣIMN’为全部电动机额定电流的总和。

上述是变频器容量选择的一般原则和步骤。生产实际中，还需要针对具体生产机械的特殊要求，灵活处理，很多情况下，也可根据经验或供应商提供的建议，采用一些比较实用的方法。

四、变频器起动加速能力的

校验

在电动机起动（加速）的过程中电动机不仅要负担稳速运行的负载转矩，还要负担加速转矩，如果生产机械对起动（加速）时间无特殊要求，可适当延长起动（加速）时间来避让峰值电流。若生产机械对起动（加速）时间有一定要求，就要慎重考虑。

如前所述，变频器的允许电流与过程时间呈反时限关系。如果电动机起动（加速）时，其电流小于变频器的过载能力，则预选容量通过，如果电动机起动（加速）时，其电流已达到变频器的过载能力，而要求的加速时间又与变频器过载能力规定的时限发生冲突，这时，变频器的容量应在预选容量的基础上增容。

五、结束语

本文结合实际中可能遇到的几种情况，总结了在不同电动机负载电流下变频器容量的选择方法，从而为变频器容量的合理选择提供了一些有益的参考。

恒功率和恒转矩的区别

恒功率和恒转矩是同一个电机的不同工作区间；

大家都知道汽车在低速时的输出扭矩比较大，而高速时其输出最大扭矩随速度增加在变小，这就表明汽车发动机进入了恒功率区；电机的工作状态已是一样；对于额定功率为P0电机，在电机输出功率未到额定功率时，可以进行额定扭矩范围内的恒扭矩输出控制，而随着转速的提高输出功率一旦达到P0，则将保持功率恒定，转速和扭矩成反比的关系！

变频器在离心机中的应用分析

分离机械是将液体与固体颗粒混合物进行分离的设备，主要分为离心机、分离机、压滤机、滤油器、过滤器等设备。分离机械一般是工艺流程中的后处理设备，所以直接关系到最终产品的质量。从整体上看，我国分离机械技术水平与国外先进水平相比存在较大差距。主要表现在：分离机械品种、规格少，不能完全满足国内生产需要，特别是分离物料粘度大、精度细的机械，效率高、生产能力大、自动化程度高的分离机械绝大多数依赖进口；分离机理和应用技术研究落后，新产品开发速度慢；制造工艺落后，生产效率低，产品可靠性、稳定性较差，技术水平和自动化水平较低；配套设备和材料不能满足分离机械产品生产的需要，尤其是产品的质量、可靠性很不稳定。

从分离机械的发展来看，数字交流变频器将替代原来的电磁调速、直流调速、液力偶合调速、多速电机，而逐步成为分离机械的主要驱动装置。本文将介绍的是ABB公司的新品ACS550变频器在分离机械的设计和应用。

ACS550是ABB公司最新推出的智能性变频器，该系列变频器用于0.75KW～355KW低压交流传动。它能精确地控制速度和转矩，能匹配现有的标准鼠笼异步电动机。ACS550

具有三种控制方式，即标量V/F控制、无传感器矢量控制、转矩控制，所以该款变频器不仅能够适合于最简单的电机运转，同时也可以应用在复杂的工作场合。其可靠的过载能力设计，也可以同时满足普通负载和重载工作。

分离机械的驱动电机一般分为单电机驱动和多电机驱动两种，本文将主要介绍ACS550变频器在作为单电机驱动的典型案例三足式离心机的应用和作为多电机取得驱动的典型案例卧螺离心机的应用。

2、变频器在三足式离心机中的应用

三足式离心机是一种结构简单、对物料的适应性很强、应用面最广的立式离心机。分沉降型和过滤型两大类。应用最多的是过滤型三足式离心机。它即能适于分离粒径仅为数微米的细颗粒，也能用于成件物品的脱液。通过调整各操作工序的延续时间，可用于分离过滤难易程度不同的各种悬浮液，通过调节滤饼的洗涤时间，可以满足不同的洗涤要求。这种机型主要适用于中小型的生产规模，但由于有上述很多长处，所以广泛应用于制药、化工、轻工、纺织、食品、机械制造等工业部门。

在本应用中，变频器驱动的是离心机的转鼓，启动平稳，分离因数可调；彻底克服了传统直流碳刷式离心机噪音大、故障率高、使用寿命短、转速不稳定等缺点，是重力沉降分离设备更新换代产品。交流变频离心机在减震系统和变频电机等几项重要指标上具有鲜明的特色和独创性。常见的三足式离心机的单机驱动功率在3KW与55KW之间，ACS550完全可以胜任。

ACS550在三足式离心机中的应用原理 ACS550变频器的原理，在其外围线路中，主要分三个部分：

（1）直流母线UDC+、UDC－端接制动单+、—端，然后根据不同的选择（如回馈制动接电网三相、能耗制动则接制动电阻），Tk为制动单元的内部继电器，当本单元出现故障时，Tk动作，通过变频器的端子DI4定义，瞬间封锁U/V/W输出。

（2）控制回路输入、输出端子中，采用宏9902＝5的定义 DI1：手动/自动起动/ 停车 ( 手动): 得电起动 DI2：正转/ 反转( 手动): 得电转向为反转 DI3：EXT1/EXT2 选择: 得电选择自动控制 DI4：运行允许: 一旦断开变频器将停车

DI5：正转/ 反转( 自动): 得电转向为反转 DI6：起动/ 停车 ( 自动): 得电起动

AI1：外部速度给定 1: 0…10 V ( 手动控制，电位器、参考电压 10 VDC ) AI2：外部速度给定 2: 0…20 mA ( 自动控制，参考信号: 0…20 mA ) AI1：外部速度给定 1: 0…10 V ( 手动控制，参考电压 10 VDC )

AI2：外部速度给定 2: 0…20 mA ( 自动控制，参考信号: 0…20 mA ) RO2C/2B：继电输出2， 可编程（默认动作：运行） RO3C/3B：继电输出3， 可编程（默认动作：故障） AO1：直流数显仪（频率或转速指示）

离心机使用变频器时，制动方式应优先考虑向电网回馈能量的再生制动，电能回馈制动是将制动的能量反馈回电网再利用，从节能的角度来看，是一种最好的方式，而且没有热量产生，非常适合安装在易燃场合（因为能耗制动会有大量热量产生）。在不宜采用这种再生制动装置的地方，如有电网谐波要求（因为一般的能量回馈制动单元谐波系数不尽理想），应安装足够容量的制动电阻器，并采取散热措施；当然在非易燃场合，从节省一次性安装成本考虑，也大都采用能耗制动。

一般的能耗制动单元都具有如下的基本功能：

（1）参数设定

动作电压设定：通过拨码开关可以设定动作电压设定值660V或710V（进线为380V级）。

制动使用率：通过拨码开关可以设定制动单元的工作使用率，一般的能耗制动单元默认值为10％，但由于系统对制动要求的不同，可以设置不同的制动率，最大到100％。

（2）状态结点

模块异常：当直流回路发生短路、过载或IGBT模块损坏时制动单元报警，故障继电器Tk动作。 散热器过热：制动单元散热器过热报警，故障继电器Tk动作。

制动单元运行正常时，Tk闭合，变频器处于使能状态可以正常工作；遇故障动作时，Tk打开，通过对变频器输入端子DI4的定义,，即可瞬间封锁U/V/W输出，起到保护作用。

对于直接回馈制动，目前已经有了成熟的产品，但造价普遍高出能耗制动的几倍。在实现变频器的直流回路与进线电网电源间的双向能量传递，一种最有效的办法就是采用有源逆变技术：即将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动，它采用了电流追踪型PWM整流器，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度。同时，这样的拓扑结构使得我们能够完全控制交流侧和直流侧之间的无功和有功的交换。当然不同的产品有不同的控制方式，我们必须同时注意到功率因数、谐波分量、输出相位等。

3、ABB变频器在卧螺离心机上的应用

卧式螺旋卸料沉降离心机（简称卧螺离心机）广泛应用于石油、化工、冶金、医药、食品、轻工等部门。即可用于固体脱水和分级，也可用于液体的澄清，在离心机领域占有重要地位。

由于这种离心机具有单机处理能力大、操作方便、能连续自动操作、劳动强度低、占地面积少以及维护费用低等优点，所以自五十年代以来，螺旋离心机在污泥脱水中得到广泛应用，逐渐取代其他脱水机械成为大型城市污水处理厂污泥脱水的首选设备。悬浮液通过在螺旋输送器中心的进料管进入高速旋转转鼓内，由于离心力的作用，较重或较大的颗粒被抛向旋转

的转鼓内壁，通过螺旋小端的喷射孔喷出转鼓，而较轻的固体颗粒及液相通过转鼓大头的溢流孔溢出转鼓。悬浮液由一台可实现无级调速的螺杆泵进料。

从发展趋势看，卧螺的传动已经从能耗严重的涡流

制动发展到目前最主流的双电机双变频驱动。 典型的卧螺离心机中有两个传动轴：一个轴带动筒体转动、另一轴带动筒轴转动，两者的转速需要精确的配合。变频矢量控制针对不同液体浓度自动适应负载变化，高效可靠的完成离心分离过程。具体的分离控制功能则被集成在PLC离心机控制软件中。从接线方式看，交流电网接到主变频器的进线端，两变频器的直流母线直接并联辅机传动变频器并不直接接驳进线380V，这样就可以方便而可靠地实现能量共享。在正常运行情况下，辅机都是处在发电状态，主电机则是在电动状态，辅机发电导致母线电压泵升，然后通过母线互联，将泵升电压消耗在主机上，从而减少了从电网吸纳的电能，起到了节能的作用。

在本方案中，由于辅机传动电机需要的无功励磁电流和副电机偶尔作为电动机运行（例如启动阶段和加减速过渡过程）时的有功电流都要由主变频器提供，因此，选取主变频器的功率时应予以考虑进线整流桥的容量，必须保证通过电流为两电机电动电流之和。本设计方案的特点是电路简单，不需要调试，动作可靠性极高。本离心机控制的特点：（1）离心机速度的矢量控制方式保证了速度控制的正确性；（2）可以使用公共直流母线；（3）速度差控制，取消了编码器，而采用开环的无传感器矢量控制可以解决昂贵的带编码器的反馈控制方案；（4）筒轴传动的负载补偿。

综合看来，卧螺离心机的变频应用具有以下特点：

（1）节能：共母线双电机双变频器驱动在卧螺离心机上广泛应用，即主、副电机各用一台普通变频器驱动，其直流母线用适当的方式并接，较好的解决了这个问题,在能源日益紧缺的今天,有特别重要的意义。现代离心机螺旋与转鼓之间的速差可以根据进料的变化自动调节，变频调速相对于涡流制动和液力耦合制动来说对电能的利用率高，在耗能方面比较节省。

（2）动态响应快：差转速调节过程从PID调节器的数分钟减小为变频无传感器矢量控制的数秒钟，速差调节精确（甚至可以达到±0.05转/分），从而大大提高了卸料物中干物质含量（以处理污泥而言在2%左右）。

（3）转矩控制功能：利用ACS550的转矩控制可以非常容易实现速度与转矩切换，并处理突发事件造成的转鼓内物料的堆积，从而提高工作效率。采用ACS550的离心机其有效扭矩更大，最小持续扭矩为5,000Nm，瞬间负载扭矩可达27,000Nm。