一、變頻器的技術規范

1、一般通用變頻器的技術數據分為型號、額定輸入輸出參數、控制方式等，其中包括控制精度、控制參數、顯示模式參數、保護特性參數及環境參數等五大類。

2、通用變頻器的額定數據主要有輸入側數據和輸出側數據，輸出側數據包括額定輸出電流、額定輸出容量、配用電動機容量和輸出頻率范圍。變頻器的最高輸出頻率因型號不同會相差很大。變頻器的額定輸出電流是指變頻器連續運行時輸出的最大交流電流的有效值，通用變頻器與標準異步電動機相比較，其電流瞬時過載能力較小。

3、如果變頻器外接電位器損壞，重新選擇時遵循的原則是電位器的阻值只可增大而不可減小，電位器的功率宜大不宜小。

4、通用變頻器的給定頻率設定方法一般有面板設定、預置給定、外界給定和通信給定。

二、變頻器主體電路的結構

不同系列交-直-交變頻器內部的主體電路基本相同，變頻調速過程中出現的許多現象都可通過主體電路來進行分析。

1、交-直變換電路

交-直-交變頻器的交-直變換電路部分由整流電路、濾波電路、限流電路和電源指示電路組成。

交-直變換電路就是整流和濾波電路，其任務是把電源的三相(或單相)交流電變換成平穩的直流電。由于整流后的直流電壓較高，且不允許再降低，因此在電路結構上具有其特殊性。

1）全波整流電路

在SPWM變頻器中大多采用橋式全波整流電路，在中、小容量的變頻器中整流器件采用不可控的整流二極管或二極管模塊，如下圖所示變頻器交-直變換電路中的VD1~ VD6。當三相線電壓為380V時，整流后的峰值電壓為537V，平均電壓為515V。

2）濾波電路

在上圖中，濾波電路是指CF1和C F2 。由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，濾波電路通常由若干個電容器并聯成一組，又由兩個電容器組CF1和CF2串聯而成。因為電解電容器的電容量有較大的離散性，故電容器組CF1和CF2的電容量不能完全相等。其結果是各電容器組承受的電壓UD1和UD2不相等，使承受電壓較高一側的電容器組容易損壞。為了使UD1和UD2相等，在CF1和CF2旁各并聯一個阻值相等的均壓電阻RC1和R C2 。

3）限流電路

（1）在上圖中，限流電路是指串接在整流橋和濾波電容器之間，由限流電阻RL和短路開關SL組成的并聯電路。

（2）限流電阻RL的作用是：變頻器在接入電源之前，濾波電容器C F (由CF1和CF2串聯而成)上的直流電壓U D =0。因此,變頻器剛接入電源的瞬間,將有一個很大的沖擊電流經整流流向濾波電容，可能損壞整流橋。如果電容器的容量很大，還會使電源電壓瞬間下降而形成對電網的干擾。限流電阻RL是為了削弱該沖擊電流而串接在整流橋和濾波電容間的。

（3）短路開關SL的作用是：如果限流電阻RL長期接在電路內，會影響直流電壓UD和變頻器輸出電壓的大小。所以，當UD增大到一定程度時，令短路開關SL接通，把RL切出電路。SL大多由晶閘管構成，在容量較小的變頻器中常由繼電器的觸點構成。

4）電源指示電路

電源指示燈HL除了表示電源是否接通外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上的電荷是否已經釋放完畢。

由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態下進行，所以CF沒有快速放電的回路，其放電時間往往長達數分鐘。又由于CF上的電壓較高，如果不放完電，對人身安全將構成威脅，故在維修變頻器時，必須等HL完全熄滅后才能接觸變頻器內部的導電部分。所以，HL也具有提示保護的作用。

2、直-交變換電路

1）三相逆變橋電路

逆變橋電路的功能是把直流電轉換成三相交流電。逆變橋電路由下圖中的開關器件 V1~V6 構成。目前中、小容量的變頻器中，開關器件大部分使用IGBT 管。

2）續流電路

續流電路由上圖中的VD7~VD12構成。其功能如下：

（1）為電動機繞組的無功電流返回直流電路提供通路。

（2)當頻率下降從而同步轉速下降時，為電動機的再生電能反饋至直流電路提供通路。

（3）為電路的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。

3）緩沖電路

逆變管在關斷和導通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆變管受到損害。因此，每個逆變管旁還應接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。緩沖電路的結構因逆變管的特性和容量等的不同而有較大差異，下圖所示的是比較典型的一種緩沖電路(由R01~~R06~、C01~~C06~、VD01~~VD06~構成)。

各元件功能如下:

（1）電容C01~~C06~

逆變管 V1V6每次由導通狀態轉換成截止狀態的過程中，集電極和發射極之間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至UD~。在此過程中，電壓增長率是很高的，很容易導致逆變管損壞。C01~~C06的功能便是減小V1V6在關斷時的電壓增長率。

（2）電阻R01~~R06~

V1V6每次由截止狀態轉換為導通狀態時，C01C06上所充的電壓(等于U D )將向V1V6 放電。放電電流的初始值是很大的，并且將迭加到負載電流上，導致V1V6 損壞。電阻R01R06就是用來限制C01~~C06對V1~V6的放電電流的。

（3）二極管VD01~VD06

限流電阻R01~~R06的接入，又會影響C01C06在V1V6關斷時限制電壓增長率的效果，VD01VD06接入后，在V1V6的關斷過程中，使R01R06不起作用。

3、能耗制動電路

1）能耗制動電路的作用

在變頻調速系統中，電動機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現的。在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電動機的轉速未變。當同步轉速低于轉子轉速時，轉子繞組切割磁力線的方向相反了，轉子電流的相位幾乎改變了180°,使電動機處于發電狀態，也稱為再生制動狀態。

電動機再生的電能經續流二極管(上圖中的VD7VD12)全波整流后反饋到直流電路中。由于直流電路的電能無法回輸給電網，只能由CF1和CF2~吸收，使直流電壓升高為“泵升電壓”。過高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，當直流電壓超過一定值時，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉，這一條放電回路就是能耗制動電路。

2）能耗制動電路的構成

能耗制動電路由制動電阻RB和制動單元BV構成，如下圖所示。

制動電阻RB用于消耗掉直流電路中的多余電能，使直流電壓保持平穩。制動單元BV的功能是控制放電回路的工作，具體地說，當直流回路的電壓UD超過規定的限值時，VB導通，使直流回路通過RB釋放能量，降低直流電壓；而當UD在正常范圍內時，VB將可靠截止，以避免不必要的能量損失。

4、主體電路

將上述各部分電路匯總后成為主體電路，如下圖所示。

1）交-交變頻器又稱為直接變頻器。交-交變頻器輸出電壓是依靠調節反并聯整流橋晶閘管的觸發相位來實現的，輸出頻率則取決于輸出端A、B、C各組間的換流頻率。根據輸出電壓波形的不同，交-交變頻器可分為120°導通型方波電流源變頻器、180°導通型正弦波電壓源變頻器。

2）矢量控制變頻調速系統可以使異步電動機的調速具有和直流電動機相媲美的高精度和快速響應能力。矢量控制變頻調速系統能適應惡劣的工作環境，可應用于要求高速響應的工作機械、高精度的電力拖動裝置。

三、變頻器的內部控制框圖

變頻器主控電路以微機電路為主體，要求提供穩定性非常高的0~+5V電源。

1、主控電路的基本任務

1）接收各種信號

（1）在功能預置階段，接收對各種功能的預置信號；

（2）接收從鍵盤或外部輸入端子輸入的給定信號；

（3）接收從外部轉輸入端子輸入的控制信號；

（4） 接收從電壓、電流采樣電路以及其他傳感器輸入的狀態信號。

2）進行基本運算

（1）進行矢量控制運算或其他必要的運算；

（2）實時地計算出正弦脈寬(SPWM)波形各切換點的時刻。

3）輸出計算結果

（1）輸出至逆變管模塊的驅動電路，使逆變管按給定信號及預置要求輸出正弦脈寬(SPWM)電壓波形；

（2） 輸出給顯示器,顯示當前狀態；

（3）輸出給外接輸出控制端子。

2、主控電路的其他任務

1）接受從鍵盤和外接輸入端子輸入的各種控制信號，對SPWM信號進行啟動、停止、升速、降速、點動等控制。

2）實施各項保護功能：接收從電壓、電流采樣電路以及其他傳感器(如溫度傳感器)的信號，結合功能中預置的限值，進行比較和判斷，如果認為已經出現故障，則停止發出SPWM信號，使變頻器終止輸出，向輸出控制端輸出報警信號，向顯示器輸出故障原因信號。

3、外接輸入控制端

外接輸入控制端接收外部輸入的各種控制信號(如正轉FWD、反轉REV、點動JOG等屬于基本控制信號)，以便對變頻器的工作狀態和輸出頻率進行控制。

各種變頻器都配有接收從外部輸入給定信號的端子，根據給定信號類別的不同，通常有電壓信號給定端和電流信號給定端。變頻器外接輸入控制端接收的都是開關信號，變頻器內部則由光電耦合管來接收信號。

四、變頻器操作面板的使用

1、使用變頻器之前，首先要熟悉它的面板顯示和鍵盤操作單元，并且按照使用現場操作面板的要求合理設置參數。變頻器的鍵盤一般都配有模式轉換鍵、數據增減鍵、讀出/寫入鍵和運行操作鍵。

2、變頻器鍵盤面板的各種功能以菜單方式顯示和選擇，可按照菜單選擇必要的功能，按FUNC/DATA鍵，即能顯示所選功能的畫面。變頻器的數據顯示屏在功能預置時顯示功能碼、數據碼。變頻器的LCD顯示屏一次可以顯示若干個數據。

3、正常運行時，鍵盤面板操作體系的基本結構如下圖所示。

4、報警發生時，保護功能動作，鍵盤面板將由正常運行時的操作體系自動轉換為報警時的操作體系。報警發生時出現的報警模式畫面顯示各種報警信息，如下圖所示。

程序菜單、各種功能畫面和補充畫面仍和正常運行時的情況一樣。但是，由程序菜單轉換為報警模式只能通過PRG鍵來實現。此外，若5min不操作仍會自動轉入報警模式。

5、變頻器的報警原因菜單能確認最新的報警和同時發生的報警以及報警歷史，選擇報警的FUNC/DATA按鍵，可顯示其報警原因及有關故障診斷內容。

五、變頻器的功能預置

各種變頻器都具有許多功能可供用戶選擇，用戶在使用前必須根據生產機械的特點和要求預先對各種功能進行設定，這種預先設定的工作稱為功能預置。準確地預置變頻器的各項功能，可使變頻調速系統的工作過程盡可能地與生產機械的特性和要求相吻合，使變頻調速系統運行在最佳狀態。

1、變頻器常用功能

不同的變頻器對功能碼的編制方式不一樣,但大致有兩種類型：大模式型和功能碼分區型。功能碼分區型是將所有的功能分成若干個功能區，從一個功能區到另一個功能區必須經過模式轉換。

1）輸入通道的選擇功能

主要有給定通道的選擇和控制通道的選擇。

2）頻率的控制功能

主要有頻率范圍的設定功能、頻率給定功能、其他功能(如回避頻率、載波頻率)。

3）加速與減速功能

主要有加、減速時間的設定功能，加、減速方式的設定功能，啟動功能，停機功能(如停機方式的選擇、直流制動)等。

4）特性調整功能

包括控制方式的選擇功能、U/f模式下的補償功能、矢量控制的相關功能。

5）外接控制端子的設定功能

包括輸入控制端子的設定功能、輸出控制端子的設定功能。

6）系統控制功能

包括程序控制功能、PID控制功能。

7）保護功能

包括變頻器對各種故障的保護功能、防止跳閘功能。

2、變頻器的功能預置

變頻器功能預置一般都是通過編程方式來進行的，因此功能預置都必須在“編程模式”下進行。盡管各種變頻器的功能預置各不相同，但基本方法和步驟是十分類似的。變頻器功能參數的預置過程為：查找功能碼，在“編程模式”下讀出該功能碼中原有的數據，修改數據，寫入新數據。現以三菱FR-A540系列變頻器的加速時間(功能碼為P.7)從出廠設定的5s增加到20s為例，介紹功能預置的過程。

1）第一步

由于變頻器開機后都處于“運行模式”下，顯示屏顯示給定頻率(如50Hz)，所以先按 MODE 模式轉換鍵，切換為“編程模式”，顯示屏顯示“Pr”。

2）第二步

按增加或減少鍵，找出需要預置的功能碼P.7。

3）第三步

按SET數據確認鍵，“讀出”該功能碼中原有的數據，顯示屏顯示“5.0”，說明原有數據是5s。

4）第四步

按增加或減少鍵，將數據碼修改為“20.0”。

5）第五步

按SET數據確認鍵1.5s，“寫入”新數據。這時，新數據“20.0”與“Pr…”交替顯示，詢問預置工作是否結束。如果預置尚未結束，則轉為第二步，再選下一個需要預置的功能碼；如果需要預置的功能都已預置完畢，則進入下一步。

6）第六步

按MODE模式轉換鍵，切換為“運行模式”。

七、變頻器頻率的給定功能

1、變頻器的給定方式

1）要調節變頻器的輸出頻率，首先必須向變頻器提供改變頻率的信號，這個信號稱為給定信號。所謂給定方式，就是調節變頻器輸出頻率的具體方法，也就是提供給定信號的方式。

2）給定方式有模擬量給定方式和數字量給定方式。當變頻器給定信號為模擬量時,稱為模擬量給定方式，其給定信號有電壓信號、電流信號、零信號。變頻器數字量給定方式有面板給定，外接升、降速端子給定，外接脈沖給定。

3）變頻器的給定頻率設定方法有面板給定、預置給定、外界給定和通信給定。

4）變頻器的給定量為電位器給定時，端子“10V”為變頻器提供的直流10V電源；端子“GND”是輸人信號的公共端；端子“VR1”為電壓信號輸入端。

2、變頻器輸入端子的給定功能

1）假設變頻器輸入端子X1、X2、X3被預置為多擋速的信號輸入端，則通過繼電器KA1、 KA2、KA3不同組合可輸入七擋轉速信號。在使用變頻器多段速功能時，必須先通過預置，確定哪幾個輸入端子為多擋轉速輸入端子，然后預置與各擋轉速對應的工作頻率。

2）在變頻器的外控端子中有兩個升、降速控制端，即由外部的開關信號通過這兩個控制端子來進行升速和降速的控制。

八、變頻器的升速啟動功能

1、變頻器的升速功能

變頻器的升速功能有預置升速時間、預置升速方式、預置暫停升速功能和預置升速過流的自處理功能等。

1）預置升速時間

變頻器升速時間對啟動過程影響較大，設置升速時間時可先將升速時間預置得長一些，觀察拖動系統在啟動過程中電流的大小，如果啟動電流較小，可逐漸縮短升速時間，直至啟動電流接近最大允許值為止。有些負載對啟動和制動時間并無要求，如風機和水泵，其升、降速時間可適當地預置得長一些。變頻器預置升速時間的基本原則是在不出現過電流的前提下，升速時間越短越好。

2）預置升速方式

根據不同機械對啟動過程的不同要求，變頻器除了可以控制升、降速時間外，還可以通過對升速方式的預置，對不同時段的加速度進行控制。常見的升速方式有線性方式和非線性方式(包括“S”形方式和半“S”形方式)。

（1）線性方式

在升速過程中，頻率與時間呈線性關系，即為線性方式。多數負載可預置為線性方式。

（2）非線性方式

①“S”形方式

在開始階段和結束階段，升速的過程比較緩慢；而在中間階段，則按線性方式升速。在電梯中，如果加速度變化過快，會使乘客感到不舒服，故宜采用“S”形方式。

②半“S”形方式

升速過程呈半“S”形，風機類負載在低速時負載轉矩很小，升速過程可以快一些，但隨著轉速的增加，負載轉矩增大較多，升速過程應減緩一些，采用半“S”形升速方式是比較適宜的。

非線性升速方式的預置方法主要有兩種：用戶在一定范圍內(如0~5s)預置非線性區的時間長短；用戶只需預置采用“S”形或半“S”形方式即可，其非線性區的時間由變頻器內定。

3）預置暫停升速功能

有些負載在啟動的初始階段，拖動系統的轉速上升過程常常跟不上頻率的變化，會致因過電流而跳閘，所以變頻器可預置暫停升速功能。

另外,生產中有些負載需要在啟動頻率下運行較短的一段時間再開始升速，為此，變頻器還可以預置啟動頻率維持時間

2、變頻器升、降速端子代替電位器的方法及優點

1）變頻器升、降速端子代替電位器的方法：通過功能預置，確定輸入端子，使端子X1為速端子，X2為降速端子。按下SB1使X1接通頻率上升，松開SB1使X1斷開頻率保持不變；按下SB2使X2接通頻率下降，松開SB2使X2斷開頻率保持不變。

2）與電位器給定相比，升、降速端子給定具有如下優點：電位器容易磨損，而按鈕開關不易損壞，所以其壽命長；電位器給定屬于模擬量給定，而升、降速端子給定屬于數字量給定，故其精度高；因為升、降速端子給定的控制信號是開關量，所以其抗干擾能力比模擬量給定強得多。

3、實現多段速控制的方法

1）在變頻器的外接輸入控制端子中，通過功能預置，可以將若干個(通常為24個)輸入端作為多擋(316擋)轉速控制端。

2）轉速的切換由外接的開關器件通過改變輸入端子的狀態及其組合來實現，轉速的擋次是按二進制的順序排列的，故2個輸入端可以組合成3擋或4擋(0狀態不計時為3擋，0狀態計入時為4擋)轉速，3個輸入端可以組合成7擋或8擋(0狀態不計時為7擋，0狀態計入時為8擋)轉速，4個輸入端可以組合成15擋或16擋(0狀態不計時為15擋，0狀態計入時為16擋)轉速。