變頻器控制電路設計畢業(yè)設計(論文)

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p><b>　　變頻器控制電路設計</b></p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學生學號： </p><p>　　院 （系）： 電氣工程 &

2、lt;/p><p>　　年級專業(yè)：電氣工程及其自動化 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　二〇一四年十二月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　變頻器已應用于各行各業(yè)多種設備,并成為

3、當今節(jié)電,改造傳統(tǒng)工業(yè),改善工藝流程,提高生產過程自動化水平,提高產品質量,改善環(huán)境主要技術之一。變頻器技術是一種綠色技術,是國民經濟和日常生活中普遍需要新技術,也是國際上技術更新換代最快領域之一。 開關器件是變頻器核心器件,絕緣柵雙極型品體管(ICBT)投入市場以后,很快成為中小功率電力電子設備主導器件,而且其電壓、容量及開關頻率性能還在提高。智能功率模塊(IPM)集成了多個常規(guī)IGBT,為用戶降低設計和生產成本提供了便利條件

4、,并使系統(tǒng)性能和可靠性得到了有效提高。IPM內部集成驅動和保護電路可簡化系統(tǒng)設計,其自我保護功能可使功率模塊在測試及現場應用中損壞可能性大大降低。采用IPM后系統(tǒng)綜合性能極大提高,其性價比已經超過IGBT,有很好經濟性。 </p><p>　　本文使用IPM模塊PM50RSAl20設計一款小型通用變頻器,功率為1500 W,并將開關電源也集成到變頻器中,體積小,方便在小功率場合使用。 </p>&l

5、t;p>　　關鍵詞：變頻器、控制電路、PM50RSAl20、小功率電路</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Composed with SCM of the VVVF controller being able to start from low frequency (50Hz) to 1000Hz.It can re

6、move the working band in the past start the impingement to the electric motor directly. At the same time, since the frequency converter can adjust output voltage fit in with itself, making loads motor can work under fixe

7、d voltage, which not only energy conservation but also prolong the life time of the motor.</p><p>　　In this paper, cross - straight - cross the main circuit design, in front of a rectifier circuit, the back

8、is a full-bridge inverter circuit, which by the four N-channel MOSFET component, such as tubes formed by the same symmetry of the bridge circuit of better control of small pressure drop, reducing the energy loss of this;

9、 output link using the LC filter circuit. Inverter circuit by the drive circuit composed of discrete components, that while an increase of circuit complexity, but greatly re</p><p>　　Keywords: Single-Chip Co

10、mputer，motor，PM50RSAl20，drive，inversion</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要……………………………………………………………………………</p><p>　　ABSTRACT…………………………………………………………………………</p><p>

11、;　　1.緒論……………………………………………………………………………‥2</p><p>　　2.課題可行性分析及方案比較…………………………………………………‥8</p><p>　　2.1.可行性分析……………………………………………………………‥…‥8</p><p>　　2.2.方案比較及確定………………………………………………………………8</p

12、><p>　　3.單元電路設計…………………………………………………………………10</p><p>　　3.1.變頻器電路原理……………………………………………………………10</p><p>　　3.2.變頻器控制電路設計原理…………………………………………………13</p><p>　　3.3.輔助電源設計……………………………………………

13、…………………15</p><p>　　4.變頻器的容量計算及選擇方法………………………………………………16</p><p>　　5.參數計算與設定………………………………………………………………18</p><p>　　6.變頻器整體調試………………………………………………………………20</p><p>　　7.變頻器軟故障分析…………

14、…………………………………………………21</p><p>　　8.變頻器電路故障及分析………………………………………………………22</p><p>　　結論………………………………………………………………………………27</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………28</p><p>　　致謝……

15、…………………………………………………………………………29</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　隨著電力電子技術、計算機技術以及自動控制技術的迅速發(fā)展，電氣傳動技術正面臨一場歷史性的革命。經過了二十多年的發(fā)展，近代交流傳動逐漸成為電氣傳動的主流。異步電動機調速系統(tǒng)中，效率最高、性能最好的是變頻調速系統(tǒng)，因此，對變頻調速的研究是當前電氣

16、傳動研究中最活躍、最有實際應用價值的工作。變頻器產業(yè)的潛力非常巨大，值得強調的是，這里的“變頻器產業(yè)”應該是“變頻器技術產業(yè)”，或者是inverter technology產業(yè)。正如IT產業(yè)不僅限于PC一樣，變頻器技術產業(yè)包括所有與變頻器技術相關的產業(yè)，即電力電子器件的生產、驅動保護集成電路的生產、電氣傳動與系統(tǒng)控制技術、工業(yè)應用與其它。當前競爭的焦點在于高壓變頻器的研究開發(fā)生產方面。變頻器的發(fā)展水平是由電力電子技術、電機控制方式以及自

17、動化控制水平三個方面決定的。國產變頻器都停留在V/F控制方式，決定了國產變頻器只在中低端市場，特別是在風機、泵類的調速應用市場為主，難以和進口品牌匹敵。</p><p>　　在低壓變頻器領域，由于電力電子器件的耐壓問題已解決，因此，形成了標準的電路拓樸結構，也不容易產生新的創(chuàng)新拓樸。其中的應用之一就是使真正的直接高壓變頻器成為了現實。電機控制方式決定了變頻器的性能水平和應用范圍、效果。大功率高速開關器件串聯這一世

18、界難題的解決，實現了用低壓器件對高壓電能變換的控制，使人類從此可以對幾千伏、幾萬伏、幾十萬伏的高壓電能運用電子技術進行任意控制，如變頻、直流輸電、城市電網穩(wěn)壓、無功補償、有源濾波、大功率驅動、蓄能電站控制等，必將提高到一個嶄新的水平，使電子技術的二次革命得以最后完成。而直接速度控制理論(DSC)的誕生，則標志著中國在電機控制技術方面不僅超越了自我，也超越了國外同行。</p><p>　　IGBT直接高壓變頻器這樣

19、的新技術在大學和重要的學術交流研討會中產生轟動，從而獲得了許多“第一”這樣的榮譽。成功地將這些技術轉化為公司的生產力是最重要的，只有將轟動的技術轉化成商業(yè)應用的公司才算是取得成功的公司。</p><p>　　變頻調速技術以其顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調速性能以及廣泛的適用性而成為電氣傳動發(fā)展的主流方向。</p><p>　　中國大部分用戶對于應用變頻器首先是通過國外變頻器來獲得認識的。因此中國

20、變頻器產業(yè)的發(fā)展與生俱來便是處于與狼共舞。據統(tǒng)計，我國僅待調速節(jié)能的風機就有4000萬臺，耗電約1500億kWh, 節(jié)能潛力達450kWh/年; 我國電網總容量為3.5億kW, 電機年耗用量約為86724億kWh，其中高壓電機占50%～60%，這是一個龐大的市場。據統(tǒng)計，我國1993年變頻器總銷售額為4億元，1995年為7億元，1999年為20億元，可見，調速變頻器尤其是高壓變頻器市場還處于初期開發(fā)階段，但其20%～30%高速增長的速度

21、及十五期間300多億的市場容量，吸引了眾多廠家和資金的投入，市場競爭加劇。</p><p>　　由于變頻器在空調、電梯、冶金、機械等行業(yè)的廣泛應用，變頻調速電機和與之配套的變頻器發(fā)展迅速。從空氣動力研究用的變頻控制器到潛艇船舶用的變頻螺旋槳控制器。從風機水泵用的變頻器到家用中央空調變頻控制器。目前變頻器的國內電機配比率仍低于1%，潛在市場巨大，國內變頻器市場在未來的5~10年內仍將保持高速發(fā)展。</p>

22、;<p>　　2．課題可行性分析及方案比較</p><p><b>　　2.1 可行性分析</b></p><p>　　設計思路：通用型變頻器的硬件電路主要由3部分組成:整流電路、開關電源電路以及逆變電路。整流電路將工頻交流電整流為直流,并經大電容濾波供給逆變單元;開關電源電路為IPM和計算機控制電路供電;逆變電路是由PM50RSAl20組成,對于逆變電

23、路本文主要闡述其控制電路的設計。</p><p>　　應用的技術分析：該課題涉及到電力電子技術、計算機技術、模電與數電技術、自動化技術等。</p><p>　　2.2 方案比較及確定</p><p>　　1、使用IPM模塊作為控制芯片</p><p>　　本論文使用IPM模塊PM50RSAl20設計一款小型通用變頻器,功率為1500W,并將開

24、關電源也集成到變頻器中,體積小,方便在小功率場合使用。</p><p>　　2、使用50A/l200V智能功率模塊，開關頻率20KHz</p><p>　　設計重點難點：逆變驅動和電流采樣的硬件設計，控制軟件設計。</p><p>　?。场M50RSAl20簡介[1]</p><p>　　PM50RSAl20是日本三菱公司推出的50 A/l

25、200 V智能功率模塊,開關頻率20kHz,其內部電路如圖1所示。</p><p>　　PM．50RSAl20中共有7塊:IGBT,其中6塊構成橋路,另一塊用于控制制動電阻的接人。P-N間接人前方整流模塊整流后的直流電壓(0 V～800 V);U、V、W是輸出端子;B-P間接入制動電阻,在能耗制動過程中消耗制動能量;VUP1-Vupc,VVP1-VVPC,VWP1- VWPC,VN1-VNC間提供各IGBT模塊的

26、電源．典型值為15 V；UP-VUPc，VP_VVPC，WP-VWPC，UN·VN·WN·Br-VNc間為控制各IGBT導通和截止的控制端.當電壓在0．8 V以下時，IGBT導通，在4 V。15 V之問時．：IGB3"。截止；UF0-VUPc,VFo_-VVPC，Wm-V州，FO-VNC間為錯誤報告電壓提供端,為了使接口電路盡量簡化．該IPM模塊用一個錯誤指示信號來通知控制器在該模塊內發(fā)生的所有錯

27、誤?？刂破魍ㄟ^檢測來判斷是否發(fā)生了溫升過高、過電流或短路故障．區(qū)別以上故障的依據是檢測錯誤指示信號維持時間。短路和過電流故障信號的維持時間的典型值是1.5 ms．溫升過高指示信號在溫度超過允許值時有效,一直維持到溫度降至復位值以下,這一過程的典型時間為十幾秒。</p><p><b>　　3單元電路設計</b></p><p>　　３．1變頻器電路原理</p&g

28、t;<p><b>　　1．驅動電路</b></p><p>　　驅動電路是將主控電路中CPU產生的六個PWM信號，經光電隔離和放大后，作為逆變電路的換流器件（逆變模塊）提供驅動信號。</p><p>　　對驅動電路的各種要求，因換流器件的不同而異。同時，一些開發(fā)商開發(fā)了許多適宜各種換流器件的專用驅動模塊。有些品牌、型號的變頻器直接采用專用驅動模塊。但是

29、，大部分的變頻器采用驅動電路。從修理的角度考慮，這里介紹較典型的驅動電路。圖2.2是較常見的驅動電路（驅動電路電源見圖2.3）。驅動電路由隔離放大電路、驅動放大電路和驅動電路電源組成。三個上橋臂驅動電路是三個獨立驅動電源電路，三個下橋臂驅動電路是一個公共的驅動電源電路。</p><p><b>　　2、保護電路</b></p><p>　　當變頻器出現異常時，為了使變

30、頻器因異常造成的損失減少到最小，甚至減少到零。每個品牌的變頻器都很重視保護功能，都設法增加保護功能，提高保護功能的有效性。</p><p>　　在變頻器保護功能的領域，廠商可謂使盡解數，作好文章。這樣，也就形成了變頻器保護電路的多樣性和復雜性。有常規(guī)的檢測保護電路，軟件綜合保護功能。有些變頻器的驅動電路模塊、智能功率模塊、整流逆變組合模塊等，內部都具有保護功能。</p><p>　　圖2.

31、4所示的電路是較典型的過流檢測保護電路。由電流取樣、信號隔離放大、信號放大輸出三部分組成。</p><p><b>　　3、開關電源電路</b></p><p>　　開關電源電路向操作面板、主控板、驅動電路及風機等電路提供低壓電源。圖2.5富士G11型開關電源電路組成的結構圖。</p><p>　　直流高壓P端加到高頻脈沖變壓器初級端，開關調整

32、管串接脈沖變壓器另一個初級端后，再接到直流高壓N端。開關管周期性地導通、截止，使初級直流電壓換成矩形波。由脈沖變壓器耦合到次級，再經整流濾波后，獲得相應的直流輸出電壓。它又對輸出電壓取樣比較，去控制脈沖調寬電路，以改變脈沖寬度的方式，使輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　4、主控板上通信電路</p><p>　　當變頻器由可編程（PLC）或上位計算機、人機界面等進行控制時，必須通過通信接口

33、相互傳遞信號。圖2.6是LG變頻器的通訊接口電路。</p><p>　　頻器通信時，通常采用兩線制的RS485接口。西門子變頻器也是一樣。兩線分別用于傳遞和接收信號。變頻器在接收到信號后傳遞信號之前，這兩種信號都經過緩沖器A1701、75176B等集成電路，以保證良好的通信效果。所以，變頻器主控板上的通信接口電路主要是指這部分電路，還有信號的抗干擾電路。</p><p><b>

34、　　5、外部控制電路</b></p><p>　　變頻器外部控制電路主要是指頻率設定電壓輸入，頻率設定電流輸入、正轉、反轉、點動及停止運行控制，多檔轉速控制。頻率設定電壓（電流）輸入信號通過變頻器內的A/D轉換電路進入CPU。其他一些控制通過變頻器內輸入電路的光耦隔離傳遞到CPU中</p><p>　　3.２變頻器控制電路設計原理</p><p>　　通

35、用型變頻器的硬件電路主要由3部分組成:整流電路、開關電源電路以及逆變電路。整流電路將工頻交流電整流為直流,并經大電容濾波供給逆變單元;開關電源電路為IPM和計算機控制電路供電;逆變電路是由PM50RSAl20組成,對于逆變電路本文主要闡述其控制電路的設計。</p><p><b>　　1、整流電路原理</b></p><p>　　整流電路中,輸人為380V工頻交流電。

36、YRl～YR3為壓敏電阻,用于吸收交流側的浪涌電壓,以免造成變頻器損壞。輸人電源經二極管整流橋6R130G-160整流為直流,并經El～E4大電容濾波后成為穩(wěn)定的直流電壓,再經電感和電容濾波后作為逆變單元和開關電源單元的電源。R2和R3是為了消除電容的離散性而設置的均壓電阻,同時還起到放電的作用。發(fā)光二極管用于指示變頻器的工作狀態(tài)。Rl是啟動過程中的限流電阻,由于E1～E4容量較大,上電瞬間相當于短路,電流很大,尺l可以限制該電流大小,

37、電路正常狀態(tài)后由繼電器RLYl將該電阻短路以免增加損耗。繼電器的控制信號SHORT來自于計算機,上電后延時一定時間計算機發(fā)出該信號將電阻切除。R1應選擇大功率電阻,本電路中選擇的是20W的水泥電阻,而且為了散熱該電阻安裝時應懸空。電路中的+5V、+12V和±15V電壓是由開關電源提供的電壓。LVl是電壓傳感器,用于采集整流電壓值,供檢測和確定控制算法用。UDCM是電壓傳感器的輸出信號。通過外接插排連接至外接計算機控制電路。&l

38、t;/p><p><b>　　2、開關電源電路</b></p><p>　　該電路主要由PWM控制器TL3842P、MOSFETK1317和開關變壓器組成,其功能是對整流電路的直流輸出電壓進行變換,為IPM模塊和外接的計算機控制電路提供電源,提供的電壓為±15V、+12V、+5v。</p><p>　　3、IPM的控制電路</p&g

39、t;<p>　　這里只給出了其中一個ICBT的控制電路,其它IGBT與之相同。</p><p>　　在電路中,HCPL4504是高速光耦,隔離計算機信號與變頻器控制板,LM、UM是算機輸入,控制對應的IGBT導通的控制信號,VNI、WN、F0、VNC為對應IGBT的信號引腳。P52l是光電隔離器件,其輸出信號FOUT是錯誤信號,表明IPM內部出現錯誤,通過計算機響應進行錯誤處理。LA58是電流傳感器

40、,用于采集變頻器輸出U相和W相的電流,為控制算法提供現場數據。在整個電路板中, 與計算機接口信號是通過插排接出的。</p><p><b>　　3.３輔助電源設計</b></p><p>　　需要注意的是6R130G-160、PM50RSAl20都屬于發(fā)熱量較大的器件,在電路板中要注意散熱問題,必須安裝散熱片,并涂以散熱硅膠,以免溫度超過器件的額定溫升。</p&

41、gt;<p><b>　　1、整流器</b></p><p>　　最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。 </p><p><b>　　2、平波回路</b></p><p>　　在整流器整流后的直流電壓中，含有電

42、源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 </p><p><b>　　3、逆變器</b></p><p>　　同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可

43、以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。 </p><p>　　控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。 </p><p>　?。?）運算電路：將外部的速度、轉矩

44、等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 </p><p>　?。?）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 </p><p>　?。?）驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。 </p><p>　?。?）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度

45、信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。 </p><p>　?。?）保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。</p><p>　　4、變頻器的容量計算及選擇方法 </p><p>　　采用變頻器驅動異步電動機調速，在異步電動機確定后，通常應根據異步電動機

46、的額定電流來選擇變頻器，或者根據異步電動機實際運行中的電流最大值來選擇變頻器。當運行方式不同時，變頻器容量的計算方式和選擇方法不同，變頻器滿足的條件也不一樣。變頻器的運行常見的有以下幾種。</p><p>　　1、連續(xù)運轉時所需變頻器容量的計算　　由于變頻器傳給電動機的是脈沖電流，其脈運值比工頻供電時電流要大，因此需將變頻器的容量留有適當的余量，此時，變頻繁器應同時滿足以下三個條件：</p>&l

47、t;p>　　Pcn≥kPm／nCOSa (kVA) (1)</p><p>　　Icn≥KIm (A) (2)</p><p>　　Pcn≥K1.732VmIm×1/1000 (kVA) (3)</p><p>

48、<b>　　式中：</b></p><p>　　Pm、n、COSa、Vm、Im分別為電動機輸出功率、效率（取0.85），功率因素（取0.75），電壓（V），電流（A）：K：電流波形的修正系數(PWM方式取1．O5～ 1．1)；PCN：變頻器的額定容量(kVA)；IcN，變頻器的額定電流(A)式中IM如按電動機實際運行中的最大電流來選擇變頻器時，變頻器的容量可以適當縮小。</p&g

49、t;<p>　　2、加減速時變頻器容量的選擇 變頻器的最大輸出轉矩是由變頻器的最大輸出電流決定的，一般情況下，對于短時的加減速而言， 變頻器允許達到輸出電流的130％～150％(視變頻 器容量)，因此，在短時加減速時的輸出轉矩也可以增大；反之，如只需要較小的加減速轉矩時，也可降低選擇變頻器的容量。由于電流的脈運原因，此時 應將變頻器的最大輸出電流降低10％后再進行選定。</p><p>　

50、　3、頻繁加減速運轉時變頻器容量的選定</p><p>　　根據加速、恒速、減速等各種運行狀態(tài)下的電流值，按下式確定：</p><p>　　Icn=[(I1t1+I2t2+…+I5t5)/(t1+t2+…+t5)]Ko</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Icn:變頻器額定輸出電流（A）;&l

51、t;/p><p>　　I1t1+I2t2+…+I5t5:各運行狀態(tài)平均電流(A);</p><p>　　t1+t2+…+t5:各運行狀態(tài)下的時間;</p><p>　　Ko:安全系數（運行頻繁時取1.2，其它條件下為1.1）。</p><p>　　4、電動機直接起動時所需變頻器容量的計算</p><p>　　通常，三相異步

52、電動機直接用工頻起動時電流 為其額定電流的5～7倍，對于電動機功率小于 10KW的電機直接起動時，可按下式選取變頻器：</p><p>　　Icn≥Ik/KgKg：變頻器的允許過載倍數Kg=1．3～1．</p><p>　　在運行中，如電機電流不規(guī)則變化，此時不易獲得運行特性曲線，這時可使電機在輸出最大轉矩時的電流限制在變頻器的額定輸出電流內進行選定。</p><p&

53、gt;　　5、輕載電動機時變頻器的選擇</p><p>　　電動機的實際負載比電動機的額定輸出功率小時，多認為可選擇與實際負載相稱的變頻器容量。</p><p>　　以上介紹的是幾種情況下變頻器的容量計算與選擇方法，具體選擇容量時，既要充分利用變頻器的過載能力，又要不至于在負載運行時使裝置超溫。</p><p>　　6、變頻器的控制電路</p><

54、;p>　　給異步電動機供電(電壓、頻率可調)的主電路提供控制信號的網絡，稱為控制回路，控制電路由頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路以及逆變器和電動機的保護電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控，在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機的速度進行更精確的閉環(huán)控制。</p><p><b>　　參數計算與設定

55、</b></p><p>　　1、載波頻率(CFS)載波頻率是外接時鐘頻率和一個倍率系數N的函數，N的十進制值由初始化寄存器中的一個3位的CFS字決定。載波頻率fCARR由式（1）決定。</p><p>　　fCARR=fCLK/(512×2 n＋1)（1）</p><p>　　式中：fCLK為時鐘輸入頻率，本系統(tǒng)所選用的晶振為20MHz。取n

56、=1，CFS=001，實際fCARR==9.766kHz。</p><p>　　2、輸出電源頻率范圍(FRS)頻率范圍給出了輸出頻率的上限值。頻率范圍fRANCE=fCARR×2m/384，取m=1，即FRS=(001)B。 </p><p>　　3、死區(qū)時間（tpdy）tpdy=（63－PDY）/（fCARR×512）；PDY在0～63之間，取PDY=37=（1001

57、01）B；則實際的tpdy=(26/26.2144)5μs=4.959μs。</p><p>　　4、脈沖取消時間(PDT)經調制后SPWM的脈寬可以很小，但實際上，過小的脈寬沒有用，因為時間過短，功率管還沒來得及完全打開就關閉了，只增加了功率管的損耗，降低了系統(tǒng)的效率。脈沖取消時間tpd=(127－PDT)/(fCARR×512)；依此公式，若定義最小寬度為3μs，實際最小脈寬為tpd－tpdy，則t

58、pd=7.959μs，可得PDT=85.272，取PDT=85=（1010101）B，因此，實際tpd=8.01μs，脈沖最小寬度為tpd－tpdy=8.01μs－4.959μs=3.051μs。</p><p>　　5、波形選擇SA866AE有三種標準波形供選擇，即純正弦波，正弦波帶三次諧波（增強型）和帶死區(qū)的三次諧波（高效型）。波形采用對稱技術保證每個功率管的開通角度相同。本系統(tǒng)選用帶三次諧波的正弦波作為調制

59、波，即有：WS=（01）B。</p><p>　　6、V/f曲線控制FC用來確定是線性定律還是風扇定律，本系統(tǒng)設定工作在線性曲線狀態(tài)，即FC=0。圖4為SA866AE/AM所提供的線性特性。PED是一個8位參數，用來確定在頻率為0時電機上的電壓。如果設置PED=255，則VVVF線性特性沒用。Pedestal(％)=PED×100/255，本系統(tǒng)的初始值設定為10％，可得PED=25.5，取25，實際的

60、Pedestal(％)=9.8。GRAD為一個8位二進制數，決定恒轉矩區(qū)曲線的斜率，根據基頻和PED值計算：GRAD=(255－PED)×fRANGE/（16×fbase）；GRAD255，取fbase=50Hz；則有GRAD=15=（1111）B。</p><p>　　7、其他參數由于線性曲線中不用KAY，在此KAY=（0000000）B；A/D轉換的零閾值的控制參數ZTH=（00）B；將

61、上述所有參數字經統(tǒng)計得CHKSUM=（001）B。AWS=（0000）B。</p><p>　　由上述計算可得到參數分布表如表1所列。</p><p><b>　　表1 參數分布表</b></p><p>　　表中“＊”表示任意項，在寫入時寫成01010101</p><p>　　根據設計做成的通用變頻器,進行了調速、起

62、動、停止、反向、過載調節(jié)和加減速時間調節(jié)等試驗，試驗表明，該變頻器各項性能良好，符合設計要求，并已先后在廣東和江蘇等地的空調制冷機、壓縮機、紡織生產線和塑料制品生產線上得到應用。該變頻器結構簡潔、成本低、可靠性高、具有較高的性價比和靈活的適應性，是驅動小功率電機及此類生產線最理想的選擇。</p><p><b>　　6、變頻器整體調試</b></p><p><

63、b>　　靜態(tài)測試</b></p><p><b>　　1、測試整流電路 </b></p><p>　　找到變頻器內部直流電源的P端和N端，將萬用表調到電阻X10檔，紅表棒接到P，黑表棒分別依到R、S、T，正常時有幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到P端，紅表棒依次接到R、S、T，有一個接近于無窮大的阻值。將紅表棒接到N端，重復以上步驟，都應得到

64、相同結果。如果有以下結果，可以判定電路已出現異常，A.阻值三相不平衡，說明整流橋有故障。B.紅表棒接P端時，電阻無窮大，可以斷定整流橋故障或啟動電阻出現故障。 </p><p><b>　　2、測試逆變電路 </b></p><p>　　將紅表棒接到P端，黑表棒分別接U、V、W上，應該有幾十歐的阻值，且各相阻值基本相同，反相應該為無窮大。將黑表棒N端，重復以上步驟應得

65、到相同結果，否則可確定逆變模塊有故障。 </p><p><b>　　動態(tài)測試</b></p><p>　　在表態(tài)測試結果正常以后，才可進行動態(tài)測試，即上電試機。在上電前后必須注意以下幾點： </p><p>　　1、上電之前，須確認輸入電壓是否有誤，將380V電源接入220V級變頻器之中會出現炸機（炸電容、壓敏電阻、模塊等）。 </p&

66、gt;<p>　　2、檢查變頻器各接播口是否已正確連接，連接是否有松動，連接異常有時可能會導致變頻器出現故障，嚴重時會出炸機等情況。 </p><p>　　3、上電后檢測故障顯示內容，并初步斷定故障及原因。 </p><p>　　4、如未顯示故障，首先檢查參數是否有異常，并將參數復歸后，在空載（不接電機）情況下啟動變頻器，并測試U、V、W三相輸出電壓值。如出現缺相、三相不平衡

67、等情況，則模塊或驅動板等有故障。 </p><p>　　5、在輸出電壓正常（無缺相、三相平衡）的情況下，負載測試，盡量是滿負載測試。 </p><p><b>　　故障判斷</b></p><p><b>　　1、整流模塊損壞 </b></p><p>　　通常是由于電網電壓或內部短路引起。在排除內

68、部短路情況下，更換整流橋。在現場處理故障時，應重點檢查用戶電網情況，如電網電壓，有無電焊機等對電網有污染的設備等。 </p><p><b>　　2、逆變模塊損壞 </b></p><p>　　通常是由于電機或電纜損壞及驅動電路故障引起。在修復驅動電路之后，測驅動波形良好狀態(tài)下，更換模塊。在現場服務中更換驅動板之后，須注意檢查馬達及連接電纜。在確定無任何故障下，才能運

69、行變頻器。 </p><p><b>　　3、上電無顯示 </b></p><p>　　通常是由于開關電源損壞或軟充電電路損壞使直流電路無直流電引起，如啟動電阻損壞，操作面板損壞同樣會產生這種狀況。 </p><p>　　4、顯示過電壓或欠電壓 </p><p>　　通常由于輸入缺相，電路老化及電路板受潮引起。解決方法是

70、找出其電壓檢測電路及檢測點，更換損壞的器件。 </p><p>　　5、顯示過電流或接地短路 </p><p>　　通常是由于電流檢測電路損壞。如霍爾元件、運放電路等。 </p><p>　　6、電源與驅動板啟動顯示過電流 </p><p>　　通常是由于驅動電路或逆變模塊損壞引起。</p><p>　　7、空載輸出電

71、壓正常，帶載后顯示過載或過電流 </p><p>　　通常是由于參數設置不當或驅動電路老化，模塊損壞引起。</p><p>　　7、變頻器軟故障分析</p><p><b>　　1、過流 </b></p><p>　　過流是變頻器報警最為頻繁的現象。</p><p><b>　　1.1現

72、象</b></p><p>　　(1)重新啟動時，一升速就跳閘。這是過電流十分嚴重的現象。主要原因有:負載短路，機械部位有卡住;逆變模塊損壞;電動機的轉矩過小等現象引起。</p><p>　　(2)上電就跳，這種現象一般不能復位，主要原因有:模塊壞、驅動電路壞、電流檢測電路壞。</p><p>　　(3)重新啟動時并不立即跳閘而是在加速時，主要原因有:加

73、速時間設置太短、電流上限設置太小、轉矩補償(V/F)設定較高。</p><p><b>　　2、過壓</b></p><p>　　過電壓報警一般是出現在停機的時候，其主要原因是減速時間太短或制動電阻及制動單元有問題。</p><p><b>　　3、欠壓</b></p><p>　　欠壓也是我們在使

74、用中經常碰到的問題。主要是因為主回路電壓太低(220V系列低于200V，380V系列低于400V)，主要原因:整流橋某一路損壞或可控硅三路中有工作不正常的都有可能導致欠壓故障的出現，其次主回路接觸器損壞，導致直流母線電壓損耗在充電電阻上面有可能導致欠壓.還有就是電壓檢測電路發(fā)生故障而出現欠壓問題。</p><p><b>　　4、過熱</b></p><p>　　過熱

75、也是一種比較常見的故障，主要原因:周圍溫度過高，風機堵轉，溫度傳感器性能不良，馬達過熱。</p><p><b>　　5、輸出不平衡</b></p><p>　　輸出不平衡一般表現為馬達抖動，轉速不穩(wěn)，主要原因:模塊壞，驅動電路壞，電抗器壞等。</p><p><b>　　6、過載</b></p><p

76、>　　過載也是變頻器跳動比較頻繁的故障之一，平時看到過載現象我們其實首先應該分析一下到底是馬達過載還是變頻器自身過載,一般來講馬達由于過載能力較強, 只要變頻器參數表的電機參數設置得當,一般不大會出現馬達過載.而變頻器本身由于過載能力較差很容易出現過載報警.我們可以檢測變頻器輸出電壓,電流檢測電路,等故障易發(fā)點來一一排除故障.</p><p>　　現階段，在能源日趨緊張，生產成本居高不下的時代，加大節(jié)能降耗

77、力度，最大限度降低電力消耗，是建設節(jié)約型社會的內在需要和必然選擇；而變頻技術無疑是實現這一目標的重要支柱。本文主要是向業(yè)界同仁介紹了變頻器的安裝、調試、故障處理、保養(yǎng)與維護；希望對于業(yè)界同仁們在電氣傳動設備技術改造和推進高新技術產品的普及應用工作中能有所參考和借鑒；減少由于低級錯誤而引發(fā)重大的經濟損失。</p><p>　　8、變頻器電路故障及分析</p><p>　　隨著變頻器在制藥生產

78、中被廣泛地應用，了解變頻器的結構、主要器件的電氣特性、常用參數的作用及其常見故障對于實際工作越來越重要。 </p><p><b>　　1、變頻器控制電路</b></p><p>　　給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的，稱為控制回路?？刂齐娐酚深l率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅

79、動電路，以及逆變器和電動機的保護電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測電路(即增加速度指令)，可以對異步電動機的速度進行更精確的閉環(huán)控制。其中： (1)運算電路將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。</p><p>　　(2)電壓、電流檢測電路為與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。</p><p>　　(3

80、)驅動電路為驅動主電路器件的電路，它與控制電路隔離，控制主電路器件的導通與關斷。</p><p>　　(4) I/O電路使變頻更好地人機交互，其具有多信號（比如多段速度運行等）的輸入，還有各種內部參數（比如電流、頻率、保護動作驅動等）的輸入。</p><p>　　(5)速度檢測電路將裝在異步電動機軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號設為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按

81、指令速度運轉。</p><p>　　(6)保護電路檢測主電路的電壓、電流等。當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。</p><p>　　2、逆變器控制電路中保護電路，可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種，保護功能如下： （1）逆變器保護 ①瞬時過電流保護，用于逆變電流負載側短路等，流過逆變電器回件電流達到異常值（超過容

82、許值）時，瞬時停止逆變器運轉，切斷電流，變流器輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉。 ②過載保護，逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通超過規(guī)定時間，為防止逆變器器件、電線等損壞，要停止運轉，恰當保護需要反時限特性，采用熱繼電器或電子熱保護，過載是負載GD2（慣性）過大或因負載過大使電動機堵轉而產生。 ③再生過電壓保護，應用逆變器使電動機快速減速時，再生功率使直流電路電壓升高，超過容許值，可以采取停止逆變器運轉或停止快

83、速方法，防止過電壓。 ④瞬時停電保護，毫秒級內瞬時斷電，控制電路工作正常。但瞬時停電達數10ms以上時，通?？刂齐娐氛`動作，主電路供電，檢測出后使逆變器停止運轉。 ⑤接過電流保護，逆變器負載接時，保護逆變器，要有接過電流保護功能。但保證人身安全，需要裝設漏電保護斷路器。 ⑥冷卻風機異常，有冷卻風機裝置，當風機異常時裝置內溫度將上升，采用</p><p>　?。?）、異步電動機的保護<

84、/p><p>　　①過載保護。過載檢測裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉過熱時，在異步電動機內埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內的電子熱保護來檢出過熱。動作過頻時，應考慮減輕電動機負荷，增加電動機及逆變器的容量等。</p><p>　?、诔俦Ｗo。逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉。</p><p>　?、鄯乐故龠^電流。加速時，如果異

85、步電動機跟蹤遲緩，則過電流保護電路動作，運轉就不能繼續(xù)進行（失速）。所以，在負載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉中的過電流，有時也進行同樣的控制。</p><p>　?、芊乐故僭偕^電壓。減速時產生的再生能量使主電路直流電壓上升，為防止再生過電壓電路保護動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止不能運轉（失速）。</p><p><b>

86、;　?。?）、其他保護</b></p><p>　?、俜乐故龠^電流，加速時，異步電動機跟蹤遲緩，則過電流保護電路動作，運轉就不能繼續(xù)進行（失速）。，負載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。恒速運轉中過電流，也進行同樣控制。 ②防止失速再生過電壓，減速時產生再生能量使主電路直流電壓上升，為防止再生過電壓電路保護動作，直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止不能運轉（失速）。

87、</p><p>　　3、變頻器控制回路的抗干擾措施</p><p>　　由于主回路的非線性（進行開關動作），變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量、弱信號回路，極易遭受其他裝置產生的干擾，造成變頻器自身和周邊設備無法正常工作。因此，變頻器在安裝使用時，必須對控制回路采取抗干擾措施。 （1）、變頻器的基本控制回路 一般而言，同外部進行信號交流的基本回籠路有模擬

88、與數字兩種：(1)4～20 mA電流信號回路（模擬），1～5 V/0～5 V電壓信號回路（模擬）；(2)開關信號回路，變頻器的開停指令，正反轉指令等（數字）。 外部控制，指令信號通過上述基本回路導入變頻器，同時干擾源也在其回路上產生干擾電勢，以控制電纜為媒介侵入變頻器。 （2）、干擾的基本類型及抗干擾措施 ①靜電耦合干擾</p><p>　　靜電耦合干擾指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容

89、耦合在電纜中產生的電勢。當加大與干擾源電纜的距離，達到導體直徑40倍以上時，干擾程度就會不太明顯，也可在兩電纜間設置屏敝導體，再將屏蔽導體接地。 ②靜電感應干擾</p><p>　　靜電感應干擾指周圍電氣回路產生的磁通變化在電纜中感應出的電勢。其強度取決于干擾源電纜產生的磁通大小、控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對角度。</p><p><b>　?、?/p>

90、電波干擾</b></p><p>　　電波干擾指控制電纜成為天線，由外來電波在電纜中產生電勢?？垢蓴_措施同3.2.1、3.2.2，必要時將變頻器放入鐵箱內進行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱務必接地。</p><p><b>　　④接觸不良干擾</b></p><p>　　接觸不良干擾指變頻器控制電纜的電接點及繼電器觸點接觸不良，電阻發(fā)生變化

91、在電纜中產生的干擾，對此，采用并聯觸點或提高電器件等級來解決。對于電纜連接點應定期做擰緊加固處理。</p><p><b>　　⑤接地干擾</b></p><p>　　接地干擾指機體接地或信號接地，對于弱電壓，電流回路，任何不合理的接地均可誘發(fā)各種意想不到的干擾，比如設置兩個以上接地點，接地處會產生電位差，產生干擾。可將速度給定的控制電纜取一點接地，接地線不作為信號的

92、通路使用，電纜的接地在變頻器側進行，使用專設的接地端子，不與其他接地端子共用。 </p><p>　　4、變頻器的常見故障分析（1）、變頻器充電起動電路故障</p><p>　　通用變頻器一般為用壓型變頻器，采用交—直—交工作方式。當變頻器剛上電時，由于直流側的平波電容容量非常大，充電電流很大，通常采用一個起動電阻來限制充電電流。充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點將電阻短路。起動電路故

93、障一般表現為起動電阻燒壞，變頻器報警顯示為直流線線電壓故障。一般情況下，變頻器在設計時，為了減小變頻器的體積而選擇較小起動電阻，其值多為10～50 Ω，功率為10～50 W；當變頻器的交流輸入電源頻繁接通，或者旁路觸器的觸點接觸不良時，都會導致起動電阻燒壞。因此在替換電阻的同時，必須找出原因，如果故障是由輸入側電源頻率開始引起的，必須消除這種現象才能將變頻器投入使用，如果故障只由旁路觸元件引起，則必須更換這些器件。 </p>

94、<p>　?。?）、變頻器無故障顯示</p><p>　　變頻器無故障顯示，卻不能高速運行，經檢查變頻器參數設置正確，調速輸入信號正常，經上電運行測試，變頻器直流母線電壓只有450V左右（正常應在580～600 V），再測輸入側，發(fā)現缺了一相。故障原因是輸入側的一個空氣開關一相接觸不良。造成變頻器輸入缺相不報警，仍能在低頻段工作，是因為多數變頻器的母線電壓下限為400 V，只有當母線電壓降至400

95、V以下時，變頻器才報告故障。而當兩相輸入時，直流母線電壓為380 V×1.2=452 V＞400 V。當變頻器不運行時，由于平波電容的作用，直流電壓也可達到正常值，新型的變頻器都采用PWM控制技術，調壓調頻的工作在逆變橋完成，所以在低頻段輸入缺相時仍可以正常工作，但因輸入電壓，輸出電壓低，造成異步電動機轉速低頻率上不去。 （3）、變頻器顯示過流</p><p>　　出現這種顯示時，首先檢查加速時

96、間參數是否太短，力矩提升參數是否太大，然后檢查負載是否太重。如果沒有這些現象，可以斷開輸出側的電流互感器和直流側的霍爾電流檢測點，復位后運行，看是否出現過流現象。如果是，很可能是IPM模塊出現故障，因為IPM模塊內含有過壓過流，欠壓，過載、過熱，缺相、短路等保護功能，而這些故障信號都是經模塊控制引腳的輸出Fn引腳傳送到控制器的。微控制器接收到故障信息后，一方面封鎖脈沖輸出，另一方面將故障信息顯示在面板上。此時應更換IPM模塊。</

97、p><p>　?。?）、變頻器顯示過壓故障</p><p>　　變頻器出現過壓故障，一般是在雷雨天，由于雷電串入變頻器的電源中，使變頻器直流側的電壓檢測器動作而跳閘，這種情形，通常只需斷開變頻器電源1 min左右再上電即可；另一種情況是變頻器驅動大慣性負載，而出現過電壓現象。這種情況下，可通過以下方法解決：（1）將減速時間參數加長或增大制動電阻（制動單元）；（2）將變頻器的停止方式設置為自由停

98、車方式。</p><p>　?。?）、電機發(fā)熱，變頻器顯示過載</p><p>　　電機發(fā)熱，變頻器顯示過載，對于已經投入運行的變頻器，必須檢查負載狀況，對于新安裝的變頻器出現這種故障，很可能是V/F曲線設置不當或電機參數設置有問題，此時必須正確設置好各種參數。另外，電機在低頻的工作時散熱性能變差，也會出現這種情況，這時就需加裝散熱裝置。</p><p>　　采用變

99、頻器作為異步電動機驅動器，盡管其可靠性很高，但是如果使用不當或發(fā)生偶然事件，也會造成變頻器損壞。要想在生產過程中，使用好變頻器，熟悉變頻器的結構原理，了解常見故障，對于技術人員尤為重要。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本文采用智能功率模塊PM50RSAl20設計了一款小型通用1500 W變頻器,該變頻器包含了交-直-交變頻電路和開關電源

100、,具有結構緊湊、集成度高、可靠性高，體積小、穩(wěn)定性好、可靠性高等特性,適應于小型電機驅動及實驗。</p><p>　　采用變頻器作為異步電動機驅動器，盡管其可靠性很高，使用不當或偶然事件，也會造成變頻器損壞，要想生產過程中，使用好變頻器，熟悉變頻器結構原理，了解常見故障，技術人員尤為重要。</p><p>　　本設計中整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數，只用一級可控功率的環(huán)節(jié)，電

101、路結構簡單。逆變電路的驅動電路均由分立元件組成，這樣做雖然增加了電路的復雜性，但大大降低了設計成本。采用SPWM能消除或抑制低次諧波，可以得到接近正弦波的輸出電壓，滿足負載需要，使負載電機在近正弦波的交變電壓下運行，轉矩脈沖小，調速范圍寬。通過對輸出脈沖的寬度控制就可以改變輸出電壓的大小， 大大加快了變頻電路的動態(tài)響應速度。</p><p>　　變頻器不僅調速平滑，范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效

102、果明顯。因此，交流變頻調速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調速、變極調速、直流調速等調速系統(tǒng)，越來越廣泛的應用于冶金、紡織、印染、煙機生產線及樓宇、供水等領域。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　胡崇岳.現代交流調速技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998</p><p>　　王占奎.變頻調速應用百例[M].科學出版

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109、　致謝</b></p><p>　　論文寫作已結束，課題的研究也已經告一段落?；厥讓W習的時間，無論在學習還是在生活中，自始至終都離不開各位老師的關懷以及同學的幫助。</p><p>　　在這里要感謝我的指導老師，論文的完成是在于*老師的認真指導與及時督促下進行的，他嚴謹的治學方法將長遠的影響我今后的學習和工作，在此我謹向**老師致以深深的謝意，同時也感謝各科老師的教導，他們?yōu)槲?/p>