交流调速系统讲义（小编整理）

第一篇：交流调速系统讲义

课程名称：调速系统

班级：电气 09－5 班

时间：2012.9.25 三、四节 第一章

交流调压调速系统 定义：改变异步电动机定子供电电压的大小以调节电动机运行速度的系统，称为交流调压调速系统，这属于转差功率消耗型调速系统。

1.1 异步电动机调压调速的原理 1.1.1 调压调速的原理 根据异步电动机的电磁转矩公式：（也可以叫机械特性方程）

])()/ [(2/ 32 “20 12 ”2 1 1“221X X s r r fs r U nTpe  

（1－1）

式中可变的参数只有转差率 s 和定子电压 U 1，当 s 一定时，电磁转矩 T e 与定子电压 U 1正比。一般在一工况下负载转矩不变，改变 U 1，s 随之变化，而同步转速pnfn1160 是不变的，则电动机的转速 n 发生了变化。这就是调压调速的原理。

1.1.2 调压调速的机械特性 根据式（1－1）可得调压调速的机械特性如图 1－1

图 1－1 异步电动机在不同电压下的机械特性 根据图 1－1 曲线可得出异步电动机调压调速机械特性的特点：

1、不同电压时，空载转速 n 0 不变；pnfn n11 060 

2、不同电压时，临界转差率 s m 不变；2 ”20 121“2)(X X rrs m 

3、调压调速属于一种弱磁调速;根据公式N smK N fU1144.4 

0风机类负载特性011N7.0 U1NU1N5.0 U0nECABDSnmSFeTmax

eT图5-1

异步电动机在不同电压下的机械特性

4、调压调速的稳定工作范围为 0

1.1.3 力矩电机调压调速的机械特性 如何解决异步电机调速范围小的问题：只有增大 s m。根据2 ”20 121“2)(X X rrs m  可得，只有增大电动机转子电阻，才能使 s m 增大。这种转子电阻很大的电动机称为力矩电动机。它的调压调速的机械特性如图 1－2 所示。

图 1－2 力矩电动机调压调速的机械特性 力矩电机高压调速机械特性很软,调速范围较大,开环应用不多。

1.1.4 调压调速的方法  1、自耦变压器调压（TU）；－对小容量电机,体积重量大。

 2、带直流磁化绕组的饱和电抗器调压（LS）；－控制铁心电感的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。

 3、晶闸管交流调压（TVC）。用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。

图 1－3 调压器调压

饱和电抗器调压

晶闸管交流调压 1.1.5 晶闸管交流调压电路的控制方式 对电力电子电路中的晶闸管器件，有两种控制方式,现以晶闸管单相交流调压器电路如图 1－4 为例来加以说明:

图 1－4 晶闸管单相调压电路

1、相位控制方式

通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压。电压输出波形如图 1-5 所示。

特点：输出电压较为精确、快速性好；但有谐波污染。

图 1－5 单相交流调压电路相位控制方式时输出电压波形

2、开关控制方式

把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几个半波，然后再完全断开几个半波。交流电压的大小靠改变通断时间比 t 0 / tp 来调节。输出电压波形如图 1-6 所示。

图 1－6

单相交流调压电路开关控制方式时输出电压波形 特点：是有级调速，转矩脉动较大，不产生谐波污染，通常用于电加热设备中。

~RU1U1VT2VT图5-3

晶闸管单相调压电路U0    2  t 图5-4

晶闸管相位控制下的负载电压波形U00t 通 pt 断t 图5-5

晶闸管开关控制下的负载电压波形

1.2 晶闸管三相交流调压电路 1.2.1 三相交流调压电路的接线形式 晶闸管三相交流调压器有多种接线形式，这里列举五种：

图 1－7 三相全波星形联接的调压电路

图 1－8 带零线的三相全波星形联接调压电路

图 1－9 三相半控星形联接的调压电路

图 1－10

晶闸管三角形联接的调压电路

图 1－11 晶闸管与负载接成内三角形的调压电路

1、三相半控星形联接的调压电路 三相半控星形联接的调压电路如图 1－7 所示。

特点：每相电压和电流波形正、负不对称，负载电路中有偶次谐波，不存在直流分量，输出转矩小，效率低。

应用：要求不高的小容量场合。

2、晶闸管三角形联接的调压电路

晶闸管三角形联接的调压电路如图 1－10 所示 特点：电路结构简单，谐波成分复杂，运行效率低。

应用：小容量电动机。

3、带零线的三相全波星形联接调压电路

带零线的三相全波星形联接调压电路如图 1－8 所示 特点：零线电流大，谐波对电机和电网影响大。

应用：很少应用。

第二篇：交流电动机调速系统软件设计-本科论文(精)

XXX大学本科毕业设计(论文电机交流调速软件设计 学生姓名: 学生学号: 院(系: 年级专业: 指导教师:教授 助理指导教师:副教授 二〇一一年六月

Xxx大学本科毕业设计(论文摘要 摘要

本文主要介绍基于意法公司STM32处理器的三相交流异步电动机调速系统的软件设计。详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及软件实现。使用IAR公司的EWARM开发环境进行C语言程序开发,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性。然后通过MATLAB/Simulink 软件进行仿真验证。实验及仿真结果表明,所设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。

关键词三相异步电动机,矢量控制,SVPWM,STM32,μcos-ii实时操作系统,MATLAB仿真

本科毕业设计(论文 ABSTRACT 目录 绪论 矢量控制的基本原理 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理 4 STM32简介 μcos-ii实时操作系统简介 基于STM32的μcos-ii实时操作系统移植 7 MATLAB/Simulink仿真软件简介 8 调速系统软件实现 9 调速系统仿真模型及仿真 1 绪论

当前,三相交流异步电动机已广泛应用于现代工业及相关领域,其调速系统显然成为应用的关键,而调速系统的实现有很多种方式。20世纪70年代德国学者Blaschke等人提出了矢量控制方法。这种控制方法就是采用矢量变换使交流异步电机定子电流励磁分量和转矩分量之间实现解耦,交流异步电动机的磁通和转矩分别进行独立控制,从而使交流异步电动机变频调速系统具有了直流调速系统的优点。因此,近几年来得到相当广泛的应用。

矢量控制采用脉宽调制(PWM技术控制输出电压,PWM技术主要有正弦PWM(SPWM、消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM、电流滞环跟踪PWM(CHBPWM、电压空间矢量PWM(SVPWM等控制技术。其中经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波,并未顾及输出电流的波形。而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流,使之在正弦波附近变化,这就比只要求正弦电压前进了一步。然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目标是在电

动机空间形成圆形旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩,这正是电压空间矢量PWM(SVPWM控制技术的控制目标。如此,SVPWM控制技术具有系统逆变器直流端母线电压利用率高、开关损耗小、电动机转矩波动小等优越性能,应用更为广泛。

本文详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及基于意法公司STM32处理器的软件实现,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性,然后通过MATLAB/Simulink软件进行仿真验证。实验及仿真结果表明,该设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。矢量控制的基本原理 2.1矢量控制的基本思路

通过坐标变换,使异步电动机等效成直流电动机,模仿直流电动机的控制策略,得到直流电动机的控制量,然后经过相应的坐标反变换,就能够控制异步电动机。即通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统(VC 系统。基结构框图如图2-1。

2.2坐标变换 2.2.1坐标变换引出

由于异步电动机的动态数学模型复杂,即是一个多变量(多输入输出,并且电压(电流、磁通、转速、频率之间相互影响的高阶、强耦合、非线性系统,因此,要分析和求解这样的数学模型所列的方程显然是十分困难的。在实际应用中必须设法予以简化,而简化的基本方法就是坐标变换。

2.2.2坐标变换的基本思路

坐标变换的基本思路是能把异步电动机的物理模型等效的变换为类似直流电动机的模式,所依据的原则是:在不同的坐标下所产生的磁动势完全一样。

首先看看直流电动机的物理模型,如图2-1中所示。图中F 为励磁绕组,A 为电枢绕组,其中F 在定子上,A 在转子上。这里把F 的轴线称作d 轴,主磁通Ф的方向就是沿着d 轴的方向;A 的轴线则称为q 轴,由于换向器电刷的作用,电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相同的,因此,电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在q 轴位置上,其效果好象一个在q 轴上静止的绕组一样,即电枢绕组。由此可描述直流电动机的物理模型是建立在两个相互垂直的坐标系上的,其中d 轴励磁绕组A 的励磁电流a i 决定主磁通Ф,而q 轴电枢绕组F 的电枢电流f i 在主磁通Ф下产生电磁转矩,与主磁通Ф无关。

在交流电动机三相对称的静止绕组A、B、C 中,通以三相平衡的正弦电流A i ,B i ,C i 时,所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ,它在空间呈正弦分布,以同步转速 1 顺着 A-B-C 的相序旋转。其物理模型如图2-2(a 所示。

依据坐标变换的原则,要建立与直流电动机的物理模型等效的物理模型,可由下面的方法进行坐标变换:一是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系(3/2变换,二是将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系(3s/2r 变换,如图2-2。如

此得到与直流电动机的物理模型的等效的坐标系。2.2.3坐标变换之三相二相变换(2s/2r 变换

2s/2r 变换即二相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,α、β轴为静止的, d,q 轴是以转速 1ω旋转的,α轴与d 轴的夹角为ϕ,根据文献[8]知,(式2-4 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡C B A β232302121132αi i i i i

⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323021211322/3C ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2321232110322/3C ⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡q d s 2/r 2q d βαcos sin sin cos i i C i i i i ϕϕϕϕ 则两相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换的变换阵为,(式2-5 由(式2-4两边左乘以变换阵的逆矩阵,可得(式2-6 则二相静止坐标系到两相旋转坐标系变换的变换阵为,(式2-7 2.3异步电动机在两相同步旋转坐标上的数学模型 2.3.1磁链方程

在dq 坐标系的磁链方程为,(式2-8 其中, —— dq 坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感;

—— dq 坐标系定子等效两相绕组的自感;——dq 坐标系转子等效两相绕组的自感;sd ψ、sq ψ、rd ψ、rq ψ分别表示d、q 轴上定子磁链,d、q 轴上转子磁 链;⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos s 2/r 2C ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡βαq d cos sin sin cos i i i i ϕϕϕϕ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos r 2/s 2C ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r m r m m s m s rq rd sq sd 00000000i i i i L L L L L L L L ψψψψr m r l L L L +=ms m 23L L =s m s l L L L += sd i、sq i、rd i、rq i 分别表示d、q 轴方向定子绕组电流,d、q 轴方向转子绕组电流;2.3.2电压方程

在dq 坐标系的电压方程为,(式2-9 其中, s R 为转子内电阻,r R 为定子内电阻;1ω为同步角转速,其等于定子频率;s ω为转差,ωωω-=1s ,ω为转子转速;sd u、sq u、rd u、rq u 分别表示d、q 轴方向定子绕组电压,d、q 轴方向转子绕组电压。

2.3.3转矩与运动方程 在dq 坐标系的电转矩方程为，(式2-10 运动方程为,(式2-11 2.3.4异步电动机在两相同步旋转坐标上的状态方程 由于鼠笼型转子内部是短路的,故有 rd u = rq u = 0 ,由代数变换可知,其状 态方程,即s r i--ψω状态方程, ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+-+--+=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r r r s m m s r s r r m 1m m m 1s s s 1m 1m s 1s s rq rd sq sd i i i i p L R L p L L L p L R L p L p L L p L R L L p L L p L R u u u u ωωωωωωωω(rq sd rd sq m p e i i i i L n T-=t n J T T d d p L e ω+=(式2-12(式2-13(式2-14(式2-15(式2-16 其中, ——电机漏磁系数;——转子电磁时间常数。2.4按转子磁链定向的矢量控制 2.4.1按转子定向的旋转坐标系

现令d 轴沿着转子总磁链矢量方向,并称之为M 轴,而q 轴再逆时针转90°,即垂直于转子总磁链矢量,称之为T 轴。即有

r rm rd ψψψ==, 0==rt rq ψψ(式2-17 2.4.2按转子定向的旋转坐标系的状态方程 转矩方程为(式2-18 L p rq sd rd sq r m 2p(d d T J n i i JL L n t--=ψψωsd

r m rq 1rd r rd(1d d i T L T t +-+-=ψωωψψsq r m rd 1rq r rq(1d d i T L T t +---=ψωωψψs sd sq 1sd 2r s 2m r 2r s rq r s m rd r r s m sd d d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+++-+=s sq sd 1sq 2r s 2m r 2r s rd r s m rd r r s m sq d d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+-+--=r r r R L T =r s 2m 1L L L-=σr st r m p e ψi L L n T = 转差方程为(式2-19 d、q 解耦方程(式2-19 2.4.3按转子磁链模型(计算 ϕ 按转子磁链模型如下图图2-3, 2.4.4按转子磁链定向的矢量控制 矢量控制的结构框图如下图2-4，r r st m s 1ψωωωT i L ==-sm r m r 1i p T L +=ψ 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理 4 STM32简介

4.1基于CORTEX-M3内核的STM32 CORTEX-M3是ARM公司最新推出的基于ARM v7体系架构的处理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特点,专门为嵌入式应用领域设计。ARM v7架构采用了Thumb.2技术。保持了对现存ARM解决方案完整的代码兼容性,比单纯 ARM代码少使用3l%的内存,减少了系统开销,同时能够比Thumb技术高出38%的性能。在中断处理方面,CORTEX-M3集成了嵌套向量中断控制器 NVIC。NVIC可以配置 1~ 240 个带有256个优先级、8级抢占优先权的物理中断。同时,抢占(Pre-eruption、尾

链(Tail-chaining、迟到技术(Late-arriving的使用,大大缩短了异常事件的响应事件。CORTEX-M3异常处理过程中由硬件自动保存和恢复处理器状态,进一步缩短了中断响应时间,降低了软件设计的复杂性。

STM32是意法公司基于CORTEX-M3内核的一款高性能单片机,在具有与其它单片机相同功能的同时,在电机控制方面尤为突出,可产生高精度的可控6路PWM 波,其可设置死区时间与故障输出保护,并且设有正交编码器速度反馈接口,实现高精度速度检测。并且意法公司针对交流感应电动机还专门设计了应用程序库,方便使用者二次开发。ARM是目前嵌入式领域应用最广泛的 R I S C微处理器结构,它以低成本、低功耗、高性能等优点占据了嵌入式系统应用领域的领先地位。

C o r t e x-M3内核是 A R M新型 V 7架构系列的微控制器版本,广泛应用于企业、汽车系统、家庭网络和无线技术领域,特别在电机数字控制领域的性能尤为突出。

4.2STM32的高级定时器 4.2.1高级定时器的结构图 参考文献[11],其结构如下图4-1, 4.2.2高精度PWM产生

时钟可为APB总线频率的2倍,最大72MHz,可提供13.8ns 定时精度。有边沿或中心对称模式,方便PWM波的结构调整。在更新率倍频模式,中心对称模式下无精度损失,每个PWM周期可产生两次中断或DMA连续传输。

4.2.2高精度PWM管理

可编程的死区产生是其最大的特点,由8位寄存器控制死区时间,在时钟为

72MHz时13.8ns 最大精度(从0 到14µs, 非线性。有专门的故障停机输入控制,由关闭6路PWM输出且发出中断请求来实现,且异步操作(无须时钟同步,更适合实时控制。

4.3STM32的速度检测

STM32可直接与增量式正交编码器相连而无需外部逻辑电路,其中正交编码器的第三个输出口,可连至外部中断口来触发定时器的计数器复位。当自动重载寄存器的值配置为正交编码器每转产生的计数脉冲时,则计数器的值直接为转子的角度/位置,非常方便速度检测。

4.4STM32的ADC ADC转换速度可达1MHZ,精度为达12位,采样时间可编程(1.5-239.5个时钟周期,最小采样时间达107ns,满足高性能异步电动机调速的采样频率要求。有多通道基于定时器的扫描采样功能,且每个ADC通道可被来自定时器的6个事件触发,或由外部事件和软件触发,由此可将ADC与定时器并联控制,得到更好的调速性能。μcos-ii实时操作系统简介

µC/OS-II是著名的源代码公开的实时内核,是一个完整的,易移植、易固化、易裁剪的占先式实时多任务内核。µC/OS-II是用ANSI C编写的,包含一小部分与微处理器类型相关的汇编语言代码,使之可供不同架构的微处理器使用。虽然µC/OS-II是在PC机上开发和测试的,但µC/OS-II的实际对象是嵌入式系统,并且很容易移植到不同架构的微处理器上。至今,从8位到64位,µC/OS-II已在超过40中不同架构的微处理器上运行。基于STM32的μcos-ii实时操作系统移植 7 MATLAB/Simulink仿真软件简介 8 调速系统软件实现

8.1调速系统软件的结构图 调速系统软件的结构图如图8-1，磁场定向控制(FOC 软件的流程图如图8-2, 8.2 9 调速系统仿真模型及仿真 电流采样

(A i ,B i ,C i =得到相电流(αi ,βi = Clarke(A i ,B i ,C i(d i ,q i = Park(αi ,βi *d V = PID 调节(d i ,*d i *q V = PID 调节(q i ,*d i(q V ,d V = 饱和处理(*q V ,*d V(αV ,βV = 反Park(q V ,d V SVPWM(αV ,βV

结 束 结论

参考文献

[1] 华成英,童诗白.模拟电子技术基础[M] 北京:高等教育出版社,2006 攀枝花学院本科毕业设计(论文参考文献

[2] 杨路明.C语言程序设计教程[M] 北京:北京邮电大学出版社,2005 [3] 王晓明.电动机的单片机控制.北京:北极航空航天大学出版社,2002.[4] 王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2000.[5] 李华德,白晶,李志明.交流调速控制系统.北京:电子工业出版社,2004.[6] 罗政球.提高电子电路抗干扰能力经验谈[J].电子制作,2006,10.[7] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2006,3.[8] 陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社,2004,07.[9](澳霍姆斯(Holmes,D.G.,(美利波(Lipo,T.A.著;周克亮译.电力电子变换 器PWM技术原理与实践.北京:人民邮电出版社,2010,02.[10](英姚文详,宋岩译.ARM Cortex-M3权威指南.北京:北京航空航天大 学出版社,2009,7.[11] 彭刚,春志强.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践.北京:电子

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电出版社,2010,08.[15] 马小亮.大功率交--交变频调速及矢量控制技术(第3版.北京:机械工业出版社,2004, 07.[16] Schildt, Herbert.c: The complete Reference(c 4/E.McGraw-Hill/Osborne Media ,2000,4.[17] Jean J.Labrosse.Embedded Software.Newnes ,2007,9.65 攀枝花学院本科毕业设计（论文）(空 1 行 附录 A：XX 公式的推导 附录 A：XX 公式的推导(空 1 行(空 1 行 黑体三号居中 XX 公式的推导过程是：（宋体五号，距行固定值 20 磅，英文用 Times New Roman 五号）65 攀枝花学院本科毕业设计（论文）(空 1 行 致谢 致 谢(空 1 行 黑体三号居中 XXX…（宋体小四号，距行固定值 20 磅）67

第三篇：《交流调速》实验报告题目及要求

1、matlab集成仿真环境simulink的了解熟悉。

图文说明显示模块、子系统封装

2、熟悉simulink的15个常用模块，了解电气系统工具箱SimPowerSystems3、熟悉基本电路元件和典型电机与变压器的仿真模型。

4、熟悉基本电力电子器件的仿真模型。

5、熟悉电力电子变流器典型驱动装置和典型测量元件的仿真模型。

以上五个实验报告要求：

1、文字说明熟悉了解的对象。

2、图文说明重点对象和模块。

6、交流电机开环调压调速系统的仿真。

7、交流电机速度反馈调压调速系统的仿真。

8、交流电机串级调速系统的仿真。

以上三个实验报告要求：

1、实验原理

2、仿真模型主图和子系统模型图

3、仿真参数设置说明

4、仿真结果

第四篇：交流变频调速技术复习考试总结

1、交流电动机的变频交流调速技术：用半导体电力电子器件构成的变频器，把50或60Hz的交流电变成频率可调的交流电，供给交流电动机，用以改变交流电动机的运转速度的技术。

2、转差率：同步转速n0与定子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S。额定状态下运行时，异步电动机的转差率sn在0.01~0.06之间；空载时，sn在0.05以下。

3、三相异步电动机的调速方法：调频调速、改变磁极对数、改变转差率。

4、三相异步电动机的机械特性：三个主要特征点理想空载点（N0）：负载转矩T为零，异步电动机的转速n最大，达到同步转速n0。启动点（S）：异步电动机接通电源瞬间，电动机的转速n为零，此时的和转矩为启动转矩Ts，称为堵转转矩。临界点（K）：异步电动机的机械特性有一个拐点K，此时对应的转速为临界转速nk。

5、异步电动机负载的机械特性主要是指负载的阻转矩与转速的关系。常见的有恒转矩负载、恒功率负载和二次方率负载。恒转矩负载（负载功率与转速成正比）、恒功率负载（转速和转矩成反比）、二次方率负载（负载的阻转矩与转速的二次方成正比）。

6、变频器的分类：⑴按变换环节：①(间接变频)交-直-交变频器②(直接变频)交-交变频器 ⑵按电压的调制方式：①PAM(脉幅调制)②PWM(脉宽调制)⑶按滤波方式：①电压型变频器②电流型变频器 ⑷按输入电源的相数：①三进三出变频器②单进三出变频器⑸按控制方式：①v/f控制变频器②转差频率控制变频器③矢量控制变频器④直接转矩控制变频器⑹按用途：①通用变频器②高性能专用变频器③高频变频器⑺按变频器的供电电压的高低分类：①低压变频器②高压变频器

7、直流电动机的工作原理。为什么直流电动机有优越的调速特性！

答：直流电动机有两个独立的绕组：定子和转子。定子绕组通入直流电，产生稳定磁场；转子绕组通入直流电，产生稳恒电流；定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。并且，此机械转矩分别为和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。

因为直流电动机的定子电路和转子电路彼此独立，互不干扰；可以分别调节定子磁场的强弱和转子电流的大小。二者相互作用产生的机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。所以，直流电动机有优越的调速性能。

8、三相异步交流电动机的工作原理和机械特性，画出异步电动机的机械特性曲线！答：三相异步交流电动机的工作原理是：定子绕组通过相位差为120°的三相对称的交流电，产生大小不变的旋转磁场。此旋转磁场切割笼型转子导体，在转子中感应出电流；旋转磁场又和感生电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。其特性：一只有定子回路从外界供电，电枢电路中的电流是由转子导体切割定子电流产生的旋转磁场感应而来的，两者并不相互独立。二两个磁场值相差很小的度数，也不相互独立，电枢感应磁场不能单独存在，很难从外部进行控制。

9、功率晶体管（GTR）的结构及其特点：其结构分为二级或三级达林管模块化结构。其工作特点是电流控制型器件，其优点：控制方便，大大简化了控制电路，提高了工作的可靠性；能较好地实现正弦脉宽调制技术；具有自关断能力。主要用于高电压、大电流的场合。GTR有三种工作状态：放大状态、饱和状态、截止状态。GTR的主要参数：开路阻断电压UCEO集电极最大持续电流ICM电流增益hFE④开关频率。

10、功率场效应晶体管（MOSFET）的结构、工作特点：结构由场效应晶体管组成的模块，是单极性的。工作特点：其是电压控制型器件，优点：控制方便，驱动电路简单；自关断能力强，开关频率高（≦20MHz）；输入阻抗极高。

11、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构与特点：其结构由场效应晶体管和功率晶体管模块组合而成。工作特点：其是电压控制型器件，优点：输入阻抗高，开关速度快；电流波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大；驱动电路简单，已经集成化；通态电压低，能承受高电压；能耗小；增强了对故障的自处理能力，故障率大为减小。

12、MOS控制晶闸管的结构与工作特点：其结构是由MOSFET和晶闸管复合而成的器件。工作特点：其是电压型器件，优点：其具有高电压、大电流、高电流密度、低导通压降；可以承受极高的电流、电压的变化率；开关速度高，损耗小。

13、智能电力模块（IPM）的结构与工作特点：结构由逆变的半导体器件和其配套的驱动、保护、检测、以及接口电路集成在一起的模块。其优点：具有过电流、短路、欠压和过热等保护电路。

14、变频调速的基本原理：只要平滑地调节三相交流电的频率，就能实现异步电动机的无级调速，就有可能使三相异步电动机的调速性能赶超直流电动机。变频调速最大的特点：电动机从高速到低速，其转差率始终保持最小的数值，因此变频调速时，异步电动机的功率因数都很高。但其需要由特殊的变频装置供电，以实现电压和频率的协调控制。

15、变频调速系统的控制方式：在基频以下调速(属于恒转矩调速)和在基频以上调速（属于恒功率调速）。

16、通用变频器五部分组成：整流、逆变单元、驱动控制单元、中央处理单元、保护与报警单元、参数设定和监视单元。

17、滤波电路中的电容除了具有滤波外，还具有在整流与后面的逆变电路之间起去耦作用，消除两电路之间的互相干扰；为整个电路的感性负载提供容性无功补偿；电容还具有储能的作用。

18、交频器主回路的外置硬配件：断路器、主接触器、交流电抗器、进线与电机侧滤波器、直流电抗器、外接制动单元与外接电阻。

19、V/F控制型通用变频器的优缺点：优点：转速开环控制，无需速度传感器，控制电路比较简单；电动机选择通用标准异步电动机，因此通用性比较强，性价比比较高。缺点：不能恰当地调整电动机转矩，不能补偿适应转矩的变化。无法准确地控制电动机的实际转速。转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力。

20、转差频率控制系统的控制思想：当转差频率fs较小时，如果E1/f1为常数，则电动机的转矩基本上与转差频率fs成正比，即在进行E1/f1控制的基础上，只要对电动机的转差频率fs进行控制，就可以达到控制电动机输出转矩的目的。

21、转差频率控制系统的控制原理：在电动机转子上安装测速发电机等测速检测装置，转速检测器可以测出fn,并根据希望得到的转矩的调节变频器的输出转矩f1，就可以输出电动机具有设定的转差频率fs0，即使电动机具有的输出转矩，就是转差频率控制的基本原理。优点控制电机的转差频率还可以达到控制和限制电动机转子电流的目的，从而起到保护电动机的作用。而且过电流的限制效果也更好。

22、矢量控制的基本思想：仿照直流电动机的调速特点，使异步交流电动机的转速也能通过控制两个相互独立的直流磁场进行调节。矢量控制的核心：是等效变换，变换分别为坐标变换矢量旋转变换。

23、试述异步电动机直接转矩控制的基本思路：直接转矩控制是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。他用空间矢量的调速方法，直接在定子坐标系下计算与控制转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节产生PWM信号，把转矩的检测值和转矩给定值做比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获取转矩的高动态性能。

24、直流转矩控制系统的结构：电动机的定子电流、母线电压由电压、电流检测单元测出后，经坐标变换器变换到模型所用的d、q坐标系下，计算出模型磁通和转矩。它与转速信号n一起作为电动机模型的参数，同给定的磁通、转速、转矩值等输入量比较后送入各自的调节器，经过两点式调节，输出相应的磁通和转矩开关量。这个量作为开关信号选择单元的输入，以选择适当开关状态来完成直接转矩控制。

25、简答：变频技术的发展方向：①、高水平的控制。②、开发清洁电能的变流器。③、缩小装置的尺寸。④、高速度的数字控制。⑤、模拟器与计算机辅助设计技术

26、交-直-交变频器的主电路包括哪些组成部分：整流电路、中间直流电路、逆变器。

27、高压变频为什么不采用双电平控制方式？简述其工作原理：在高电压、大电容、交-直-交电压源型变频调速系统中，为了减少开关损耗和每个开关承受的电压，不采用双电平控制方式，人们提出了三电平或五电平逆变器。进而还可以改善输出电压波形，减少转矩脉动。1变频器的额定数据和性能指标有哪些？额定数据有：输入侧的额定值：电压、频率、相数；输出侧的额定值；输出电压的最大值Un;输出电流的最大值In；输出功率容量Sn=(√3Un*In)；配用电动机功率Pn；超载能力；性能指标有：频率指标；在0.5HZ时能输出多大的启动转矩；速度调节范围的控制精度；转矩控制精度；低转速时的转速脉动；噪声及谐波干扰；发热量

2变频器的选择主要考虑哪些方面？负载情况；工作环境；选择变频器的特性和根据需要选择附件

3变频器所带负载的主要类型有哪些？各个负载的机械特性及功率特性是什么？恒转矩类负载；其机械特性为转矩恒定；其功率特性为功率正比于转速N。恒功率负载；其机械特性为功率恒定；其功率特性为转矩反比于转速N。风机、泵类负载；其机械特性为转矩TL正比于转速n的平方；其功率特性为功率正比于转速n的三次方。

4变频器的容量用所配备的电动机功率（KW)、输出功率容量（KV*A）、额定输出电流（A）表示。额定输出电流是指变频器连续运行时输出的最大交流电流的有效值。输出容量决定于额定输出电流与额定输出电压下的三相视在输出功率。

5根据控制功能变频器分：普通功能型V/F控制变频器；具有转矩控制功能的高功能型V/F控制变频器；矢量控制高性能型变频器

6电网与变频器的切换？一旦断开工频电网，必须等电动机完全停止以后，再切换到变频器侧启动；即使不使电动机完全停止就能切换到变频器侧，一般是先断开电网后，再使自由运行中的电动机与变频器同步，然后再使变频器输出功率。

6变频器的外围设备：1电源变压器2避雷器3电源侧断路器4电源侧交流接触器5电动机侧电磁接触器和工频电网切换用接触器6热接触器

7外围设备的目的？1保证变频器驱动系统能够正常工作2提供对变频器和电动机的保护3减少对其他设备的影响

8构建变频调速系统的基本要求：1负载的机械特性，要确定异步电动机在实施了变频调速之后，能在整个频率范围内都能带动负载长时间的运行2电动机在变频调速后的有效转矩线 9构建变频调速系统在机械特性方面的要求：1对调速范围的要求2对机械特性硬度的要求3对升、降速过程及动态响应的要求4负载对动态响应的要求

10构建变频调速系统在运行可靠性方面的要求：1对于过载能力的要求2对于机械震动和寿命的要求

什么是有效转矩线？它对变频调速有什么作用？1电动机在某一频率下允许连续运行的最大转矩称为有效转矩。电动机在某一频率下工作时，对应的机械特性曲线只有一条，而有效转矩只有一个点，将所有频率下的有效转矩点连接起来，即可得到电动机在变频调速范围内的有效转矩线。2要使拖动系统在全调速过程中都能正常运行，必须使有效转矩线把负载的机械特性曲线包围在内。如果负载的机械特性曲线超越了电动机的有效转矩线，则超越的部分不能正常工作

恒转矩负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？对恒转矩负载在构成变频调速系统时，必须注意工作频率范围、调速范围和负载转矩的变化范围能否满足要求，以及电动机和变频器的选择

恒功率负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？恒功率负载在构成变频调速系统时，必须注意的主要问题是如何减小拖动系统的容量

风机和水泵负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？电机：绝大多说的风机水泵在出厂时都已经不配上了电动机，采用变频器调速后没有必要另配。变频器：1风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低，最高工作频率不得超过额定频率2配置了进行多台控制的切换功能3 配置了一些其他专用于能耗控制的功能，如睡眠与唤醒功能，PID调节功能等

当Fx≦Fn时，电动机的散热效果将因转速下降而变差。长时间运行在额定转矩下运行，会导致电动机过热而损坏，能够长时间运行的实际有效转矩下降。若能充分改善散热条件，如外加强迫通风或拖动短时负载，电动机有效转矩线可以是恒转矩

当Fx≧Fn时有效转矩线的特点：1当Fx≧Fn时，Ux=Un.因此随着f的上升主磁通Φm将减小2电动机的额定电流是由电动机的允许温升决定的，所以不管在多大的频率下工作，电动机的允许工作电流是不变的

当Fx≧Fn时有效转矩线有哪几类？1功率不变的有效转矩线2过载能力不变的有效转矩线3全频率范围内的有效转矩线

平方律负载的特点：负载的阻转矩与与转速的二次方成正比，负载的功率与转速的三次方成正比

平方律负载实现变频调速后的主要问题是如何得到最佳节能效果

混合特殊性负载是金属切削机床中的低速段是恒转矩负载；而在高速段，将保持切削功率不变，属于恒功率性质

电力拖动系统中应用变频器有哪些优点？电机交流变频调速技术以其优异的调速和启动、制动性能，高效率、高功率因数，显著的节能效果，进而可以改善工艺流程，提高产品质量，改善工作环境，推动技术进步，还有广泛的使用范围的优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方法

构建恒压供水变频调速系统时，变频器的选用和功能设置？1变频器的选用：一般情况下直接选用“风机水泵专用型”的变频器；但对于杂质或泥沙较多的场合，应根据水泵对过载能力的要求选用通用型变频器；如果是齿轮泵，它属于恒转矩负载，应选用V/F控制方式的通用型变频器；对于具有恒转矩特性的齿轮泵以及应用在特殊场合的水泵，应以带的动的原则，根据具体工况进行设定。2功能设置：最高频率；上线频率；下线频率；启动频率；加速与减速时间；睡眠与苏醒功能

机床的变频调速系统变频器的选用和功能设置？变频器的容量应比正常的配用电动机容量加大一档。功能设置：1控制方式①V/F控制方式，能满足切削精度，但节能效果不理想②无反馈矢量控制方式，能够克服V/F控制方式的缺点，故是一种最佳选择③有反馈矢量控制，需要增加编码器等反馈控制环节，不但增加费用而且安装麻烦2频率给定：无级调速频率给定；分段调速频率给定；配合PLC的分段调速频率给定

溜钩问题？由于制动器从抱紧到松开以及从松开到抱紧的动作过程需要时间，而电动机转矩的产生与消失是在通电或断电的瞬间完成的，因此两者在动作的配合上极易出现问题，使电动机处于未通电且制动器尚未抱紧的状态，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。溜钩现象降低了重物在空中定位的准确性，有时还会产生严重的安全问题。

金属切削机床的基本运动是切削运动。切削运动由主运动和进给运动组成。在切削运动中承受主要切削功率的运动称为主运动。

变频器运行时需要设置基本功能参数和选用功能参数。基本功能参数是指变频器运行所必须具有的参数，包括：转矩补偿、上下限频率、基本频率、加减速时间、电子热保护等。选用功能参数是指根据选用的功能而需要预置的参数，如PID调节的功能参数等如果不需要预置参数，则变频器参数自动按出厂时的设定选取。

选用功能参数设置大致步骤：1查功能码表，找出需要预置参数的功能码2在参数设定模式下，读出该功能码中原有的数据3修改数据，送入新数据

基本频率给定是指在给定信号Ug或Ig从0增加到最大值的过程中给定频率的范围从fmin线性的增加到最大频率fmax。用什么方式频率给定？数字量给定的方式；模拟量给定的方式

与生产机械所要求的最高（低）转速相对应的频率称为上（下）限频率。用fh(fl)表示。上（下）限频率不是最大（小）频率。上限频率必小于最高频率

1、直流电动机调速好的原因是什么？

（1）、定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。

（2）、两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。

2、三相交流异步电动机工作原理？

在定子内由永久磁铁形成的固定磁场内放置绕有n闸线圈的转子，线圈在感应电流和电磁力的作用下与定子形成旋转磁场。转子跟随旋转磁场转动。

3、同步转速n0与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S=(n0-n)/n0

1、直流电动机调速好的原因是什么？

（1）、定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。

（2）、两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。

2、三相交流异步电动机工作原理？

在定子内由永久磁铁形成的固定磁场内放置绕有n闸线圈的转子，线圈在感应电流和电磁力的作用下与定子形成旋转磁场。转子跟随旋转磁场转动。

3、同步转速n0与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S=(n0-n)/n0

4、分析题P38图基频以下与基频以上：

一、在基频以下调速1：在此通量最大值不变前提条件下2：控制过程中必须U1/f1等于常量3：它具有恒转矩特点励磁电流I1不变，电动机的转矩不变所以在基频以下调速时电动机调速机械特性具有恒转矩特性。

二、在基频以上调速 1：E1/f1不能是常量2：U1小于等于Un 3：变大所以基频以上调速属于弱磁恒功率调速。

5、P45电源型交-直-交变频电路结构图；各元件作用，工作情况

滤波电路 本电路滤波元件是电容器Cf,受到电解电容器的容量和耐压能力的限制，滤波电容器通常是由若干个电容器并联成一组在由Cf1和Cf2串联而成，在电容器组Cf1和Cf2旁各并联一个R1和R2两者其阻值相等 起均压作用。

电容器组Cf1和Cf2作用：滤波、在整流与后面的逆变电路之间起去耦作用，消除两电路之间的相互干扰、为整个电路的感性负载提供容性无功补偿、Cf1和Cf2还有储能作用。限流电阻Rl作用：在变频器接通电源瞬间滤波电容的充电电流很大，此冲击电流可能损坏整流桥。当电路中串入限流电阻Rl后，就限制了电容的充电电流对整流桥起保护作用。晶闸管Kl作用:当电容器组Cf1和Cf2充电到一定程度时，限流电阻Rl就起反作用，妨碍电容器组Cf1和Cf2进一步充电。所以在RL旁并联一个短路开关Kl，当电容器组Cf1和Cf2充电到一定程度时让Kl接通Rl短路，变频器中Kl可用晶闸管代替。电阻R01和二极管D01的作用：R01不起作用或者限流作用。

6、续流电路是由续流二极管D7到D12构成。主要功能1：为电动机的感性无功电流返回直流电源提供”通道”2：当频率下降同步转速也下降电动机处于回馈制动状态，再生电流将通过续流二极管返回直流电源3：逆变过程中同一桥壁的两个逆变管以很高的频率交替“导通”和“截止”，在其换向过程中也需要续流二极管提供通道。

7、变频器外围设备选择：1电源变压器2避雷器3电源侧断路器4电源侧交流接触器5电动机侧电磁接触器和工频电网切换用接触器6热继电器

8、电抗器的作用：输入交流电抗器的作用1实现变频器和电源的匹配，限制因电网电压突变和操作过电压所引起的冲击电流，保护变频器2改善功率因数3减少高次谐波的不良影响。输出交流电抗器的作用1降低电动机噪声，降低输出高次谐波的不良影响2限制与电动机相连的电缆的容性充电电流，使电动机在引线较长时也能正常工作3限制电动机绕组上的电压上升率。

9、滤波器作用，其目的在于允许特定频率的信号通过，阻止干扰信号沿电源线传输并进行阻抗变换，使干扰信号不能通过地线传播而被反射回干扰源。

10、制动电阻的作用：当电动机制动运行时，储存在电动机中的功能经过PWM变频器回馈到直流侧，从而引起滤波电容电压升高每当电容电压超过设定值后，就经过制动电阻消耗回馈的能量。

11、抑制谐波干扰常用的方法具体常用方法：

(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输 入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。

(2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。

(3)电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。

(4)信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上)，切断辐射干扰。

(5)变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。

12、变频调速的基本原理

答：交流电动机的同步转速No=60f1/p，异步电动机的转速n=60f1(1-s)/p，由此可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率

f1，就可以平滑地改变电动机的同步转速和相应的电动机转速，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。

13、电动机拖动系统的工作点指的是电动机的机械特性与负载机械特性的交点Q。

14、变频调速的优点主要有：

（1）调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无级调速；（2）启动电流小，而启动转矩大；

（3）启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备；（4）对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；（5）具有显著的节电效果；

（6）通过调节电压和频率的关系方便的实现恒转矩或者恒功率调速

15、试简述风机和水泵类负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点。答：1 电动机的选择：绝大多数风机水泵在出厂时都已经配上电动机，采用变频调速后没有必要另配。2变频器的选择：大多数生产变频器的工厂都提供了风机和水泵用变频器可供选用。他们的主要特点有：①风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低，为120%/1min。因此，在进行功能预置时必须主要，由于负载的转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大的超过额定转矩，使电动机过载。所以，其最高过载频率不得超过额定频率。②配置了进行多台控制的切换功能。如上述，在水泵的控制系统中，常常需要有1台变频器控制多台水泵的情况。为此，大多数变频器都配置了能够自动切换的功能。③配置了一些其他专用于能耗控制的功能，如睡眠和唤醒功能，PID调节功能等。

16、简述构建恒压供水变频调速系统时，变频器的选用和功能设置？

答：变频器的选型：一般情况下可直接选用“风机，水泵专用型”的变频器系列，但对于杂质或泥沙较多的场合，应根据水泵对过载能力的要求，选用通用型变频器，如果是齿轮泵，它属于恒转矩负载，应选用V/F控制方式的通用型变频器。大部分变频器都给出两条“负补偿”的V/F线，对于具有恒转矩特性的齿轮泵以及应用在特殊场合的水泵，则应以带得动为原则，根据具体工况进行设定。变频器的功能预设：（1）最高频率：变频器的工作频率是不允许超过额定频率的，其最高频率只能与额定频率相等。

（2）上限频率：是与生产机械所要求的最高转速相对的频率，它不是最高频率，一般比额定频率略低一些，所以上线频率设为49.5Hz最宜。

（3）下线频率：转速过低会 出现水泵的全杨程小于基本杨程，形成水泵“空转”现象，所以一般下线频率设为30--35Hz。

（4）启动频率：水泵在启动前，其叶轮全部是静止的，启动时存在着一定的阻力，在从0Hz开始启动的一段频率内，实际上转不起来，因此应适当预置启动频率，使其在启动瞬间有一点冲力。

（5）加速和减速时间:减速时间只需和加速时间相等即可。

（6）暂时功能：在生活供水系统中，夜间的用水量尝尝是很少的，即使水泵在下限频率下运行，供水压力仍可能超过目标值，这时可使主水泵暂时运行。

第五篇：交流变频调速技术在天车的改造

（一）前言

1、交流电动机传统调速控制技术介绍

随着我国工业生产的快速发展，对起重机调速性能要求在不断提高，由于起重机使用的电动机都是三相异步绕线式电动机，调速的方法比较单一，对起重机使用的绕线式电动机传统的调速方法有以下几种：

定子调压调速——控制加于电动机定子绕组的电压：

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值较大的绕线式电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。在电子的调压调速技术诞生之前，这两种方法是在定子调压中主要使用的方法。

绕线式异步电动机转子串入附加电阻调速：

绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。这种方法是使用最为广泛的一种调速方法，目前还有很多起重机在使用这种方法。

绕线转子异步电动机转子串电阻调速，缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，对机械的冲击很大，已不能满足工业生产的特殊要求，特别是象我厂这样的冶金企业。

2、交流变频调速技术的发展及优势

随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断的提高，交流变频驱动技术也得到了飞速的发展，应用越来越广泛，作为交流调速系统中重要部分的变频器技术也取得了显著的发展，并逐渐进入了实用阶段。目前，变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎扩展到了工业生产的所有领域，并且在许多的家电产品中也得到了广泛的应用，例如像变频空调、变频微波炉、变频电冰箱等。

通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。而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。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通

过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

利用变频器控制对交流电动机进行控制相对传统控制有许多的优点：如节能；容易实现对现有电动机的调速控制；可以实现大范围内的高效连续调速控制；容易实现电动机的正反转切换；可以高频度的起停运转；可以进行电气制动；可以对电动机进行高速驱动；可以适应比较恶劣的工作环境；用一台变频器对多台电动机进行调速控制；变频器的电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等。

在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差率较小的范围内，使电动机获得较宽的调速范围，并可达到提高运行效率的目的。

变频器驱动系统是通过改变变频器的输出频率来达到调速目的的，当变频器把输出频率将至电动机的实际工作频率以下时，负载的机械能将被转换成电能，并回馈到变频器，而变频器则可以利用自己的制动回路将这部分能量以热能消耗或回馈给电网，并形成电气制动。与传统的机械制动相比，电气制动可靠性好、维护简单、对机械系统有较好的保护。但是应该注意到一点，由于在静止状态下，电气制动并不能使电动机产生保持转矩，所以在某些场合还必须与机械制动器配合同时使用。

在使用电网电源对异步电动机进行起动是，电动机的起动电流会很大，通常为额定电流的3～5倍，而采用变频器对异步电动机进行起动时，由于可以将输出频率将至一个很低的值起动，电动机的起动电流很小，对电机会起到较好的保护。

可以看出随着交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的桥式起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是桥式起重机交流调速技术发展的主流。

（二）起重机的简介 1、80/20T起重机的结构与特点

80/20T桥式起重机是炼钢厂经常使用的一种适用于液体金属的起重机，起升高度可达24m，主起升最大起吊重量为80T，副起升的最大起吊重量为20T。该车采用“四主梁结构”，一般由起升机构、小车走行机构、大车走行机构组成。小车部分分为主小车

部分和副小车部分。主小车部分包括：主起升运行系统和主小车运行系统；副小车部分包括：副起升运行系统和副小车运行系统。起重机大车运行机构的驱动方式采用四机构驱动，即大车两侧各有两台电动机和减速机，分布在大车的四个角，每个主动车轮各用一台电动机驱动，使用变频器控制时就要采用一拖二的控制方式，整车共需两台变频器，桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式。本车的电动运行机构由五个基本独立的拖动系统组成。①大车拖动系统：拖动整台起重机顺着车间做“横向”运动（以操作者的坐向为准）。②主小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。③副小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。④主吊钩拖动系统：拖动重物作吊起或放下的上下运动。重物在空中具有位能，是位能负载。其特点是：重物上升，电机克服各种阻力（包括重物重力，磨擦阻力等）做功，属于阻力负载；重物下降时，当重物重力大于阻力时，电机是能量的接受者，此时负载属于动力负载，但当重物重力小于阻力时，重物下降还要靠电机的拖动，此时负载仍是阻力负载。⑤副吊钩拖动系统：同主起升部分是一样的，只是吊运的重量不同。

相对于提升机构控制，桥式起重机在大车拖动以及小车拖动方面对于变频器的控制要求比较低，所以本文重点介绍安川系列变频器在提升（主起升系统）机构控制上的应用并且对平移（大车系统）机构的设计进行了介绍。提升机构的运转具有大惯性，四象限运行的特点，与其他传动机械相比，对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。2、80/20T运行特征

(1)桥式起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩；

(2)由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序；

(3)当起升机构向下运行或平移机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向直流电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量；

(4)起升机构在抓吊重物离开或接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制。

（三）起升机构组成

1、起升机构电动机

电动机型号：YTSP 355M-10 110KW 转速:600r/min；定子电流：215A

调速频率范围：0～50HZ 为了满足80T变频调速桥式起重机的安全稳定的运行，选择电动机应满足的要求:具有高启动转矩、低速满转矩、高绝缘等级、宽调速范围、高效率和高可靠性等。起升、大车和小车运行机构的驱动电动机均选用变频调速三相异步电动机，经过载荷换算和机械效率计算各运行机构驱动电动机的数据如下: 电机容量的选择 P≧GV/6120η

该起重机的起升速度是每分钟10米，机械效率是0.7 电机容量＝（8000KG×10m）/（6120×0.7）

＝186KW 考虑到电机的自身损耗和其他损耗，以及对变频器选择方面的考虑，我们选取两台功率为110KW的电动机作为主起升机构的驱动电机。

2、起升机构变频器

为了能满足行车式起重机运行特点，即具有高启动转矩、低速满转矩、快速的转矩上升时间和抱闸顺序控制等功能的高性能工程型变频器，变频调速系统由主令控制器或电位器作为输入给定，通过变频调频电控设备、限位开关、制动器等配合使用，来控制起重机的起升机构等交流变频异步电动机起、制动、可逆运转与调速。我们选用的是安川CIMR-G7电流矢量控制变频器。下面就变频器容量的选择做以下介绍：

变频器的容量必须大于负载所需求的输出，即: P0=K×PM/η×cosφ

式中:K—过载系数1.33；

PM—负载要求的电动机轴输出功率，kW； η—电动机效率 0.85； cosφ—电动机的功率因数 0.9。

起升机构要求的起动转矩为1.3～1.6倍的额定转矩，考虑到需有125%的超载要求，其最大转矩需有1.6～2倍的额定转矩，以确保其安全使用。对于拖动等额功率电动机的变频器来说，可提供长达60s、150%额定转矩的过载能力，因此过载系数k=2/1.5=1.33。

经过计算，我们得出每台变频器的容量为175KW，故，选择的变频器为安川CIMR-G7 180KW变频器，共用两台。

在变频器容量选定后，还应做电流验证，即:

ICN≥kIM

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05～1.1)；

ICN—变频器额定输出电流，A； IM—工频电源时的电动机额定电流，A；

80T变频调速行车式起重机是双驱动的起升机构，起升机构由两台电动机驱动一台减速机，带动两个钢丝绳卷筒进行转动，再经过动滑轮组多级减速提升吊钩。该车的减速机为行星式差速减速机，在一台电机出现故障时，可以单独使用另一台电机进行正常的吊运工作。图2为安川变频器外部接线图；图3为起升机构变频器控制回路运行原理图；图4为主回路运行原理图。

图2 安川变频器外部接线图

图3

起升机构控制回路运行原理图

图4

起升机构主回路运行原理图

3、工作原理

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。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均

可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成，图5和图6所示为典型的变频器主回路和控制回路原理图。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

图5 变频器主回路原理图

图6 变频器控制回路原理图

变频器选择从控制回路端子输入运转频率指令，运转指令由主令控制器提供。通过主令控制器的触点闭合顺序，将控制信号输入到变频器的多段速端子1、2、5、6、7、8，其中1、2端子是正反向控制信号，5、6、7、8端子是调速信号，为了和主令控制器闭合表相对应，选择使用：频率指令

1、频率指令

2、频率指令

4、频率指令8 和点动频率。

之后，要进行参数设置，对起升机构的参数设置，和平移机构是有很大不同的，主要涉及到重物在吊运过程中的零速度力矩的问题。所以，在进行一些必要参数设置的同时，对电动机零速度和低速度下，重力负载曲线的设置是必不可少的。起升机构变频器参数的设置主要有以下几方面：驱动方式设置、制动停车方式设置、多段速运行频率设定、电动机的电压和频率选择的设定、重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速

度高转矩的频率设置等。

在对参数设置完成后，由控制器给入输入信号后，变频器便根据设定好的频率和参数进行工作，起升机构采用一拖一的开环V/f控制方式控制方式，可以满足生产实践的需要。

在图纸可以看到这样一个继电器，它称为：固态继电器。加装它的原因是因为变频器的多功能输出点（M1、M2）功率不够大，直接驱动抱闸接触器（ZDC）容易造成输出点的损坏。通过它来控制制动器接触器，延长了变频器内部接点的使用寿命。

在变频器电源输入端子（R、S、T）和电源之间，配有断路器Q1和AC电抗器。其中断路器Q1的容量为变频器额定电流的1.8倍，感应电流在30mA以上,可以检出对人体有危险的高频漏电流，防止事故的发生；而其AC电抗器和变频器内的电抗器以及输出侧的滤波器可有效改善电源侧的功率因数，降低对外界的干扰。另外，在制动器接触器侧为了安全考虑，也安装了断路器Q2，来给制动器接触器供电。

4、起升机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

L参数：L2-02 瞬时停电补偿时间；L2-03 最小基极封锁时间；

L4-01 频率检出值；L4-02 频率检出幅；L4-03 频率检出幅度（+/-）

5、制动电阻

当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高。若不采取必要的措施，当中间直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。

在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案: 8

(1)在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动；

(2)采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。动力制动方式控制简单、成本低，但节能效果不如回馈制动。回馈制动方式虽然节能效果好，能连续长时制动，但控制复杂、成本较高。应该注意的是，只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网压降不大于10%)，才可以采用回馈制动方式。在再生发电制动运行时，电网电压的故障时间大于2ms，则变频器控制板用“低电压”故障切断并断开网侧接触器，退出回馈制动运行，从而造成制动不能连续进行的故障。这样就需要进行电气制动，也就是配置制动单元和制动电阻，制动单元的容量是根据变频器的容量进行选择的，而制动电阻的阻值就需要进行计算了。

制动电阻容量的计算：

（1）制动电阻的容量＝电机的容量（2）制动电阻的阻值计算： RB≦U2/PM

式中：RB－制动电阻阻值（Ω）

U－变频器直流回路电压（V），选取700V

PM－电机容量（KW）

带入各种数据，制动电阻阻值＝700x700/110000＝4.45Ω。

（四）平移机构的简介

1、平移机构的简介

80/20T变频调速行车式起重机的平移机构分大车机构、主小车平移机构及副小车平移机构，除了大车机构采用一拖二的传动方案外，其他两种机构均采用一拖一的传动方案。由于起重机平移机构的转动惯量较大，为了加速电动机需有较大的起动转矩，因此行车式起重机平移机构所需的电动机轴输出功率Pm应由负载功率Pj和加速功率Pa组成，即: Pm≥Pj+Pa

由于大车平移机构采用一台变频器拖动两台电动机的通用V/F开环频率控制方式，因此在变频器容量选择时，还要满足以下公式: Icn≥knIm

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05~1.1)

Icn—变频器额定输出电流，A

Im—工频电源时单台电动机的额定电流，A

n—一一台变频器拖动的电动机数量

按照上述选型、计算公式进行换算，大车变频器选定为 安川CIMR-G7 55KW，由于大车走行机构是四台电动机，所以大车变频器为两台；一台主小车变频器选定为安川CIMR-G7 22KW；一台副小车变频器选定为安川CIMR-G7 15KW。

平移机构的工作原理同起升机构的原理基本相同，只是部分参数的设置与主起升变频器的设置不相同，主要是重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速度高转矩的频率设置等。由于起升机构和平移机构在运行过程中的负载情况不同，所以起升机构的参数更为复杂一些，因此，在设置平移机构参数时，这些参数的设置没有起升机构那么严格的要求。

首先，重力负载的曲线设置，可以选择任意的曲线，基本上就可以满足使用的要求；其次，电动机保护的设置，保护值的调整只需要将一些必要的保护设置好就可以，不像起升机构设置的全面；第三，由于平移机构的工作时的转矩不需要像起升机构运行时那么大的转矩，因此，这部分的参数设置基本上可以忽略不计。

2、平移机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

图5平移机构变频器运行原理图。

（五）变频器的安装调试

1、变频器的安装

(1)安装使用环境

变频器应避开油腻，风棉，尘埃等有浮游物的环境，安装在干燥清洁的场所，或安装在浮游物无法侵入的全封闭型柜内。安装在柜内时，变频器周围环境温度要在允许温度范围之内，变频器正常使用的环境温度容许值为0～40℃，但80/20T变频调速起重机主要用于吊装液体金属（钢水或者铁水），环境温度比较高，尤其是在夏季，环境温度能够达到50~60度，对于变频器来说不能满足变频器使用环境温度的要求。由于不能把变频器的环境温度限制在其允许值以下，因此只能在环境温度上进行解决，通常采用下述方法来保证它们的正常运行：第一，降低电控柜内的温升，在其顶部安装冷却风扇，下方设有带金属丝网的进气孔，并让大发热量器件尽量靠近冷空气进风口，提高散热效率，使空气对流畅通；第二，将设备安装在电气室内，并在电气室内加装空调器，进行温度调节，以保证变频器在适合的环境温度下工作。

(2)电磁兼容性

现在市场上出售的变频器大多采用不可控整流电源及PWM脉宽调制技术，致使变频器输出电流富含各种高次谐波，属于强电磁干扰源。因此，消除或减弱干扰的方法针对干扰形成的三项因素，即干扰源、干扰途径和敏感电路，我们采取了以下两方面的措施。

一、是消除或降低干扰源的强度。变频器属于强电磁干扰源，为了减少谐波污染造成的干扰，尽量降低变频器的载波频率。本例中，所有变频器的载波频率设为2kHz。

二、是破坏干扰途径，防止干扰侵入敏感电路。长线传输引入的干扰是主要因素。为了在强电磁干扰环境中减小过程通道中的干扰，80/20T变频调速行车式起重机采用了以下技术措施。变频器的输入信号线与动力线在电控柜内和主梁内分开走线，且沿各自的线槽进行配线，并使二者之间保持尽可能大的距离。

2、变频器的接线及注意事项

（1）.主回路接线要求

变频调速起重机起升机构变频器采用直接转矩控制（DTC）方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检程序来完成的，如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。变频器与电动机之间的电缆敷设距离过长会引起线路压降大，有时产生电机转矩不足等问题，特别是变频器输出频率较低时其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为允许值，布线时电机电缆的截面积可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够，所以在主回路布线过程中要力求减小变频器到电动机的电缆长度。

（2）.控制回路接线要求

变频器的控制信号为微弱的电压，电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的布线不能与主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内，信号线与动力线必须分开走线，使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，必须将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线，距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规定，该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。

信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部，连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰，同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此，放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。

模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm～2mm。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（约5～7mm），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引入干扰。为了提高接线的简易性和可靠性，最好在信号线上使用压线棒端子。

3、运行前的测试

1、静态测试（1）测试整流电路

找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑 表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。

（2）、测试逆变电路

将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障。

2、动态测试

在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点:（1）上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。

（2）检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。

（3）上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。

（4）如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载(不接电机)情况下启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。

（5）在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。

(1)变频器主回路

80/20T变频调速起重机起升机构的变频器采用直接转矩控制(DTC)方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检测程序（变频器的自学习功能）来完成的。如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到了参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。另外，变频器与电动机之间的电缆敷设距离长，则线路压降大，有时产生电机转矩

不足。特别是变频器输出频率较低时，其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为容许值，电机电缆的截面可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，采用PWM控制方式的变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够。所以在行车式起重机的布线设计中，应力求减小变频器到电动机的电缆的长度总和。

(2)控制回路

变频器的控制信号为微弱的电压、电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的配线不能与变频器主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内敷设。为了进一步提高抗干扰效果，本例采用1.0mm2绝缘屏蔽导线传输变频器与主令控制器之间的控制信号。绝缘屏蔽导线的接地在变频器侧进行单点接地，使用专用的接地端子。

4、调试

（1）、变频器带电机空载调试

1）设置电机的功率、极数，要综合考虑变频器的工作电流。

2）设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。最高频率是变频器/电动机系统可以运行的最高频率，由于变频器自身的最高频率可能较高，当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时，应按电动机及其负载的要求进行设定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的V/F 类型图和负载特点，选择其中的一种类型。通用变频器均备有多条V/F 曲线供用户选择，用户在使用时应根据负载的性质选择合适的V/F 曲线。如果是风机和泵类负载，要将变频器的转矩运行代码设置成变转矩和降转矩运行特性。为了改善变频器启动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载启动的要求，要调整启动转矩。在异步电机变频调速系统中，转矩的控制较复杂，在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持VPF为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩，一般变频器均由用户进行人工设定补偿。

3）将变频器设置为自带的键盘操作模式，按运行键、停止键，观察电机是否能正常地启动、停止。

4）熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。变频器的使用人员可以按变频器的使用说明书，对

变频器的电子热继电器功能进行设定，电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者的额定电流的比值，通常用百分数表示。当变频器的输出电流超过其容许电流时，变频器的过电流保护将切断变频器的输出。因此，变频器电子热继电器的门限最大值不超过变频器的最大容许输出电流。

（2）变频器带负载调试

1）手动操作变频器面板的运行停止键，观察电机运行停止过程及变频器的显示窗，看是否有异常现象。

2）如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间;若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是频繁启动、制动时。

3）如果变频器在限定的时间内仍然是过流保护，应改变启动、停止的运行曲线，从直线改为S形、U形线或反S形、反U形线。电机负载惯性较大时，应该采用更长的启动停止时间，并且根据其负载特性设置运行曲线类型。

4）如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%～20%的保护余量。

5）如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。

（六）常见故障分析

1、变频器整流模块损坏

变频器整流模块的损坏是变频器的常见故障之一，早期生产的变频器整流模块均采用二极管，目前，大部分整流模块则采用晶闸管。中大功率普通变频器整流模块一般为三相全波整流，整流器件易过热，也易被击穿，当其损坏后伴随着快速熔断器熔断，整机停机。在更换整流模块时，要求其在与散热片接触的面上均匀地涂上一层传热性能良好的硅脂，再紧固安装螺丝。如果没有同型号整流模块时，可用同容量的其他类型的整流模块代替。

2、变频器充电电路故障

通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式，由于直流侧的平波电容容量较大，在变频器接入电源的一瞬间充电电流很大，可能导致电源开关跳闸，为此在充电回路中设置一个起动电阻来限制充电电流，而在充电完成后，控制电路通过接触器的触点或晶闸管将电阻短路，充电电路故障一般表现为起动电阻被烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障。当变频器的交流输入电源频繁通断时，或者短路接触器的触点接触不良或晶闸管的导通阻值变大时，都会导致起动电阻被烧坏，如遇这种情况，可购买同规格的电阻更换。同时必须找出烧坏电阻的原因，如果故障是由输入电源频繁通断引起的，必须消除这种现象，如果故障是由短路接触器触点或短路晶闸管引起，则必须更换这些元器件，才能再将变频器投入使用。

3、变频器显示过流

过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其原因是变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等因素引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载，变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已损坏，需要更换变频器。

系统在工作过程中出现过电流，具体有以下几方面：

（1）电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住”现象时，引起电动机电流的突然增加。

（2）变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。

（3）变频器自身工作不正常，如逆变桥中同一个桥臂的上、下两个器件发生“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。

（4）负载的惯性较大，而升速时间设定得太短时，电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果使升速电流太大。

（5）负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，结果使转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。

针对上述故障现象主要检查以下几个方面：（1）工作机械有没有被卡住。（2）用兆欧表检查负载侧短路点。（3）变频器功率模块有没有损坏。

（4）电动机的起动转矩是否过小，使拖动系统转不起来。（5）升速时间设定是否太短。

（6）减速时间设定是否太短。

（7）转矩补偿（V/F比）设定是否太大，引起低频时空载电流过大。

（8）电子热继电器整定是否不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。

4、变频器过压欠压保护动作

变频器出现过压欠压保护动作，大多是由电网电压的波动引起的。在变频器供电回路中，若存在大负荷电机的直接启动或停车，会引起电网电压瞬间大范围波动，导致变频器过压欠压保护动作，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网电压波动过后即可正常运行，而这种情况只有增大供电变压器容量，改善电网质量才能避免。

另外，变频器出现过压故障还可能是由于变频器驱动大惯性负载，因为在这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，变频器直流侧的电压就会超过直流母线的过电压保护整定值而跳闸。对于这种故障，一是将减速时间参数设置长一些，或增大制动电阻，或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。

另一种情况是变频器整流部分损坏或检测电路损坏而引起故障报警，电压检测一般都是通过对直流母线电压采样，然后与过电压保护整定值进行比较，再将比较差值传送到微控制器。如果整流桥、滤波电容、采样电路或比较电路中任一器件出现问题，都会出现这种报警。

5、驱动电路故障

变频器的逆变驱动电路也容易发生故障。一般有明显的损害痕迹，诸如元器件（电容、电阻、二极管及印刷版）爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路全部损害的情况。处理方法一般是按照原理图，每组驱动电路逐级寻找故障点。处理时首先对整块电路板清灰除污，如发现电路断线，则进行补线处理，查出损坏的元器件进行更换，根据经验分析，对怀疑的元器件，进行测量、对比、替代等方法判断，有的元器件需要离线测定。驱动电路修复后，应用示波器观察各组驱动电路信号的输出波形，如果三相脉冲大小、相位不相等，则驱动电路仍然有异常（更换的元器件参数不匹配，也会引起这类现象），应重复检查处理。大功率晶体管驱动电路的损坏也是导致过流保护动作的原因之一，驱动电路损坏表现出来最常见的现象是缺相，三相输出电压不相等，三相电流不平衡等特征。

6、电机发热变频器显示过载

过载故障包括变频过载和电机过载，其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等，负载

过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况。对于新安装的变频器如果出现这种故障，很有可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。如一台新装变频器，驱动的变频电机，额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置参数为380 V/50 HZ。由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，过载而发热。所以，在新变频器使用之前，必须设置好相应参数。另外，使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，若没有正确设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机过载发热。还有一种情形是设置的变频器载波频率过高时，也会导致电机发生过载发热。最后一种情况是变频器经常处于低频段工作，使电机长时间在低频段工作，电机散热效果又不好，致使电机工作一段时间后过载发热，对于这种情况，需加装散热装置。

（七）日常维护

1、变频器的日常维护及注意事项

变频器在运行过程中经常会出现一些故障，而这些故障并不是变频器本身的原因造成的，多是由于设备操作管理人员维护不当或维护不及时引起的，有些变频器长期缺乏正常日常维护，造成变频器内灰尘多、元器件老化加速，故障频发。

因此设备维护人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作基本知识。在对变频器检查及保养之前，必须在设备总电源全部切断；并且等变频器Chang灯完全熄灭的情况下进行。日常的维护有以下几个方面：

1）、日常检查事项

变频器上电之前应先检测周围环境的温度及湿度，温度过高会导致变频器过热报警，严重时会直接导致变频器功率器件损坏、电路短路；空气过于潮湿会导致变频器内部直接短路。在变频器运行时要注意其冷却系统是否正产，如：风道排风是否流畅，风机是否有异常声音。一般防护等级比较高的变频器如：IP20以上的变频器可直接敞开安装，IP20以下的变频器一般应是柜式安装，所以变频柜散热效果如何将直接影响变频器的正常运行，变频器的排风系统如风扇旋转是否流畅，进风口是否有灰尘及阻塞物都是我们日常检查不可忽略的地方。电动机电抗器、变压器等是否过热，有异味；变频器及马达是否有异常响声；变频器面板电流显示是否偏大或电流变化幅度太大，输出UVW三相电压与电流是否平衡等。

a、加强变频器的规范化使用管理，建立变频器的日常保养维护制度

设立专人负责保养，具体内容有做好运行数据记录和故障记录，定期测量变频器及电机的运行数据，包括变频器输出频率，输出电流，输出电压，变频器内部直流电压，散热器温度，工作环境温度、湿度等参数，与合理数据对照比较，以利于提早发现故障隐患；变频器如发生故障跳闸，务必记录故障代码和跳闸时变频器的运行工况，以便于具体分析故障原因。

b、加强日常检查

最好每半月检查一次，检查、记录运行中的变频器输出三相电压，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录变频器的三相输出电流，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录散热器温度，工作环境温度；察看变频器有无异常振动、声响，风扇是否运转正常。

c、加强变频器的日常保养

做到变频器每季度保养一次，要及时清除变频器内部的积灰、脏物，将变频器保持清洁，操作面板清洁光亮；在保养的同时要仔细检查变频器内有无发热变色部分，阻尼电阻有无开裂，电解电容有无膨胀、漏液、防爆孔突出等现象，PBC板有无异常，有没有发热烧黄部位等。

2）、定期保养

进行定期保养和维护时，主要应清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否松动，输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象，正常应大于几十兆欧。导体及绝缘体是否有腐蚀现象，如有要及时用酒精擦拭干净。在条件允许的情况下，要用示波器测量开关电源输出各电路电压的平稳性，如：5V、12V、15V、24V等电压。测量驱动器电路各路波形的方法是否有畸变。U、V、W相间波形是否为正弦波。接触器的触点是否有打火痕迹，严重的要更换同型号或大于原容量的新品；确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作试验；确认保护显示回路无异常；确认变频器在单独运行时输出电压的平衡度。

（八）结束语

结束语：

随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其成为起重机械一种优选的调速方案。但是，要使变频器成功地应用于起重机调速，就必须针对起重机的特点，计算和选择变频器及其外围的辅件，并在安装与布线时采取特殊技术措施，以保证变频调速起重机安全、可靠地运行。本文提出的变频调速控制方案和设计计算方法已成功应

用于我公司的接收跨、出坯跨的起重机上。经过几年多的实际运行证明，各项调速性能均优于传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统，再加上变频器完善的故障诊断和显示功能，使整个调速系统的可靠性、可维修性得到大幅度提高。

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