变频器原理

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变频器原理范文第1篇

关键词：变频器；PID；智能PID调节仪

引言

目前，随着我国科学技术、电子技术、计算机网络等高新技术的不断发展，变频器的功能越来越丰富，制造商在开发、制造变频器时，充分考虑到用户需求，设计了多种可供用户选择的功能，其中PID控制技术是过程控制的一种常用方法，在保证系统平稳安全运行方面起着十分关键的作用。

1 变频器PID控制工作原理分析

1.1 结构原理

PID控制属于闭环控制，是指将被控量的检测信号（即由传感器测得的实际值）反馈到变频器，与被控量的目标信号进行比例、积分、微分运算，来调整变频器的输出频率，如尚未达到，则根据两者的差值进行调整，使被控量始终稳定在目标量上，通常适用于流量控制，压力控制及温度控制等，过程控制基本原理框图如下：

1.2 PID控制的工作过程

以空气压缩机为例，某变频调整系统基本构成如下图所示：图中BP是压力变送器，用以测量储气罐的实际压力。

R.S.T为变频器三相电源进线，U.V.W为变频器三相电源出线，+5V为频率设定用电源，VRF、VPF为模拟量输入端子，GND为公共端，RP为频率调节电位器，其中，5V、VFRF、GND构成变频器外部频率给定。

空气压缩机变频调速系统的基本要求是保持储气罐压力的恒定，系统工作过程介绍如下。设XT为目标信号，其大小与所需的储气罐压力相对应，XF为压力变送器的反馈信号，则变频器输出频率f的大小由合成信号（XT-XF）决定。

如储气罐压力超过目标值，则XF>XT（XT-XF）

以上举例说明为PID输出特性为正特性，即当反馈信号大于PID的给定量时，要求变频顺输出频率下降才能使PID达到平衡，如收卷的张力PID控制。

PID的负特性指当反馈信号大于PID给定，要求变频器输出频率上升，才能使PID达到平衡，如放卷的张力PID控制。

2 PID参数意义

2.1 比例增益P

决定整个PID调节器的调节强度，P越大调节强度越大，该参数为100表示PID反馈量和给定量的偏差为100%时，PID调节器对输出频率指令的调节幅度为最大频率。

2.2 积分时间I

决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差进行积分调节的快慢，积分时间是指当PID反馈量和给定的偏差为100%时，积分调节器经过该时间连续调整，调整量达到最大频率。积分时间越短，调节强度越大。

2.3 微分时间D

决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差的变化率进行调节的强度，微分时间是指若反馈量在该时间内变化100%，微分调节器的整定量为最大频率，微分时间越长调节强度越大。

3 PID参数调试方法

PID调节仪虽然具有自整定功能，但是自整定得到的参数值不一定是最佳值，所以自整定后仪表的控制效果不一定很理想。如不能满足控制系统的精度要求，可通过微调这几个参数的值，使系统达到满意的控制效果。

3.1 比例带P的选取

由于P的大小直接影响到系统的超调量，过渡时间和稳态误差，因此，P的选取尤为重要，比例带P减小，系统动作灵敏度加快。但偏小，超调量增大，振荡次数增多，调节时间越长。P增大，系统会趋向平稳定，若P太大，会使系统动作缓慢，P的大小与稳态误差呈反比关系。减小比例作用，可减小比例作用，可减小稳态误差，提高控制精度。

3.2 积分时间I的选取

积分作用指在消除稳态误差，积分时间I与积分作用的强弱是反比关系，I太小积分作用太强，使系统不稳定，振荡次数较多，而I太大对系统性能影响减弱，以至不能消除稳态误差。

3.3 微分时间D的选取

微分作用能够预测偏差，产生超前校正作用，可以较好的改善动态性能。

由以上可以看出，比例作用的快速性，积分作用的彻底性，微分作用的超前性三个参数相互影响相压制约，另外，PID的取值与系统惯性大小有很大关系。因此，很难一次调定，在许多要求不高的控制系统中，微分功能D可以不用，保持变频器的出厂值不变，使系统运转起来，观察其工作情况。如压力下降式上升难以恢复，说明反应太慢，同应加大比例增益P，直至比较满意为止；在增大P后，虽然反应快了，却容易在目标值附近波动，说明系统有振荡，应加大积分时间，直至基本不振荡为止。

总之，在反应太慢时，应调大KP式减小积分时间，在发生振荡时，应调小KP式加大积分时间。在某些对反应速度要求较高的系统中，可考虑增大微分环节D。

4 结合实际说明PID在恒压供水的应用

以英威腾CHF-100A系列变频器为例，要求：PID恒压控制，压力保持2Mpa，用4-20mA，5Mpa电流型压力变送器控制线怎么接，参数如何设置？

答：压力变送器约“+”接变频器“+10V”压力变送器为“-”接变频器“AI2”变频器J16跳线为电流端（I与GND短接）相关参数设置如下表：

5 再介绍一下PID调节仪与变频器的连接使用

以XMT62X系列智能PID调节器为例，简单的说就是将压力变送器的电流信号先输入到PID调节仪，经内部运算处理后，输出连续约4-20mA调节信号，输出的信号与变频器的控制端子相连，其工作原理与外置电位置一样，不同点就是电位器反馈电压信号，而PID调节仪反馈电流信号，PID调节仪能直观的显示实际值与设定值操作更方便简洁。

由上述分析可知，PID控制是用于过程控制的一种常用方法，通过对被控信号与目标信号的差量进行比例，积分微分运算，来调节变频器输出频率，构成负反馈系统，使被控量稳定在目标量上。可广泛用于石化，供暖、供水、冶金、食品、热变换等行业，对温度压力液位流量等参数进行测量，显示精确控制，而且具有通讯功能，能方便的与计算机式PIC联网，实现远程控制。

参考文献

[1]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京机械工业出版社，2004.

[2]黄威，黄禹.变频器的使用与节能改选[M].北京化学工业出版社，2011.

变频器原理范文第2篇

关键词 高压变频器；原理；应用

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-113-01

现代工业领域中，拥有大量的大功率风机、泵类设备，例如高炉鼓风机、炼钢制氧机、除尘风机、石化生产的压缩机，还有电力工业的给水泵、引风机，矿山的排水泵、排风扇以及城市供水泵等、这些设备的驱动电动机都是400 kW-40000 kW、3 kV-10kV的大功率高压交流电动机，如果不用调速装置，将使电能造成很大的浪费。轧钢机、电力机车等也常用大功率高压电动机驱动或牵引，也需要调速装置来进行精确控制。据统计，高压电动机用电量占总的电动机用电量的2/3以上。因此，在工作实践中不断加强对高压变频器的原理及应用的分析是十分必要的。

1 高压变频器的原理及分类

1.1 原理分析

所谓高压变频器，一般情况下是指电压高于AC380V的变频器，常见的有0.69 kV、2.3 kV、3kV、6kV和10kV电压等级。由于和电网电压相比，只能算作中压，因此在国外通常也称这类变频器为中压变频器（MidiumVoltage）。高压变频器和低压变频器实质上区别不大，在变频原理、机械特性与负载特性、控制技术、对周边电气设备的影响等方面基本上是相同的。只是由于开关器件的耐压、造价和谐波对周边设备影响较大等原因，开发了新的高压变频器主电路拓扑结构。此外因负载对动稳态的要求较高，故对PWM控制方法及控制技术等方面也有许多新的开发。

1.2 高压变频器的分类

高压变频器按结构特点可分为两类结构方式：第一类为高一低一高式高压变频器，由降压变压器将电网高压降为市用低压（如400 V），接人一般低压变频器变频，再经升压变压器升为高压，驱动高压电动机，包含了高、低、高三个环节，故称为高一低一高式高压变频器；第二类为高一高式高压变频器，变频器直接接到电网高压，变频后直接接到高压电动机，只有高、高两个环节，没有低压环节，故称为高一高式高压变频器。这类变频器又分开关器件串联式、钳位式和功率单元串联式三种高压变频器。所谓开关器件串联是指一般两电平变频器每个桥臂用两个或两个以上开关器件串联，以适应承受高压的需要。高压变频器按输出电平可分为两电平和多电平两类，两电平变频器输出只有两个电平，包括高一低一高式、开关器件串联式高压变频器；多电平变频器是指输出多于两电平的变频器，包括钳位式变频器和功率单元串联式变频器，其中三电平钳位式变频器应用最广。

2 电厂应用高压变频器的问题与对策

2.1 选择合适的高压变频器类型

在电厂实际生产中，特别是100 MW以上的机组，生产辅机中高压电机占主要地位，这部分的负载用电占厂自用电的比例很大，因此，使用高压变频技术进行节能改造大有潜力。火电厂可以使用高压变频器的负载很多，主要有锅炉引风机、鼓风机、给水泵、循环水泵、灰浆泵以及给料系统等。目前，结合电厂负荷实际情况做好选型工作是使用高压变频技术最重要的一步。工程实践中，通常选用高―低―高型变频器以及直接高压型变频器中的三电平方案和单元串联多电平方案。①负载容量小于500 kW这个容量范围的变频器占全厂总负荷比例较小，无论是老设备改造还是新建的项目，当谐波并非主要问题时，完全可以采用6脉冲（或者12脉冲），价格低廉，投资回报快，相比之下如果采用变频器，由于系统结构的原因，单位价格（元/kW）非常高，有些大材小用。当然更为理想的是能够采用扃―中方案，变频器直接驱动690VAC电机，系统效率和应用效果都能处于最佳。②负载容量在500 kW-800 kW之间此段容量的高压变频器既可以采用高―低―高方案，也可以采用直接输出高压方案，这就需要用户对装置性能、谐波影响、装置尺寸、安装场地、投资运算、使用维护等多方面综合进行评估。通常情况下，对于新建项目，采用高―中方案，变频器直接驱动690VAC电机，整个系统的综合性能价格比较高，而对于老设备改造项目，如果原有电机不做改动，那么采用三电平电压源型高压变频器和单元串联多电平型高压变频器比较合适。③负载容量在800 kW以上800 kW以上的高压变频器负荷容量相对较大，对于高―低―高或高―中方案来说，690VAC部分的输出电流比较大，截面积较大的输出电缆不便于铺设和连接，因此适宜选用直接输出高压型方案，建议采用三电平电压源型高压变频器或者单元串联多电平型高压变频器。

2.2 实际应用中的问题与对策

高压变频器是集电力电子技术和控制技术为一体的大型电气设备，实际应用中可能碰到各种具体问题需要采取不同对策，以保证设备长期可靠运行。

1）变频器散热无论是哪种形式的高压变频器，其正常发热量大约为容量的4%-6%。对于安装场所来说，必须做好通风散热，过高的环境温度会使变频器输出功率降低，并加速电子元件的老化，影响变频器使用寿命，因此建议给变频器加装通风散热风道或加装空调。

2）变频电机普通电机通过自有的风扇冷却，但在变频调速过程中其冷却效果随着电机转速降低而下降，对于长期运行在较低频率且需要输出较大转矩的场合，应当考虑采用独立电源供电的变频电机。

3）变压器几乎所有形式的高压变频器都有进线变压器，如果采用干式变压器放置在配电室内，最好能配置柜体，并考虑散热。

4）控制电源某些品牌高压变频器需要低压控制电源，建议对控制电源增设UPS保证可靠供电，防止因控制电源故障导致变频器跳闸。

5）旁路刀闸切换对于重要场合的负载，建议增加工频旁路，可以采用简单可靠的旁路刀闸（3只刀闸）配置成切换柜，3只刀闸间建立相互联锁的关系，当变频器故障跳闸后通过刀闸切换，使工频电网直接驱动电机运行。

参考文献

变频器原理范文第3篇

关键词：变频器；称重仪表；皮带输送机：恒量

一、工作原理与应用

封闭式称重给料机经常用于电力或其他行业锅炉用煤以及固体物料上料的计量绐料。给料过程为皮带连续给料。

给料机将来自于给料仓或其他给料设备的物料输送并通过称重桥架进行重量检测；同时装于尾轮的测速传感器对皮带进行速度检测；被检测的重量信号及速度信号一同送人6150B积算器进行微积分处理并显示以t/h为单位的瞬时流量及吨为单位的累计量。

其内部调节器将实测的瞬时流量信号值与经过通讯板来自于(工控机)DCS的设定流量值进行比较，并根据偏离大小输出相应的信号值，通过变频器改变电机转速的快慢以改变给料量使之与设定值一致，从而完成恒定给料流量的控制。累积量信号被送人(工控机)DCS，实现设定给料总量达标停机功能。运输机计量均在坚固的耐压腔体内进行。在输送机计量下部设有刮板式清扫装置，撒落料及飞灰都能被清理到出料口。整个系统设有皮带跑偏报警、堵料报警和断链报警。

1.1结构特点

称重给料机的壳体是由钢板拼焊成的密封槽体，其两端及侧面开有密封良好，方便安装、检修的活动门。输送、计量各部件均固定在槽体两侧壁上，整体刚性好，有利于计量。

电子称重桥架采用N30B型结构全悬浮式，称重传感器精度高、稳定性能好，具有良好的温度补偿性。秤体不须维护，秤架无物料堆积，由此产生的零点漂移的可能性不复存在。

头尾部设有头部清扫器和内部清扫器，能够清扫掉皮带里、外面粘附的粉料，可以避免物料的重复计量和由于粉料粘结而导致的皮带跑偏。头部清扫器刮板为高分子聚乙烯板，内部清扫器刮板为橡胶板。

在底部槽体内还设有链传动式刮板清扫装置。刮板清扫链用于清理飞灰和撒落料。给料机机壳上四周开有观察窗，顶部装有照明灯。可以随时观察给料机里的运行情况，而不须打开门或停止给料机的运行。

主驱动和清扫刮板驱动采用轴装式减速机，结构紧凑、质量可靠、维护量小。

1.2主要配置

每台含有全封闭称重给料机主机一台(含胶带输送机及称重桥架和测速传感器)，并配置6105B积算器一只。

二、操作及控制原理

2.1手动操作

(1)给料机接通主电源前，要注意检查各按钮开关位置，使之处于断开位置，在控制柜操作面板上使给料机工作方式选择开关处于“就地”位置，控制柜中的总电源开关及其他电源断路器置于断开位置。

(2)检查机械秤体部分有无异物卡住或其他影响开机故障，检查皮带是否跑偏，跑偏开关是否复位。

(3)检查机械部分正常后，闭合总电源开关，闭合变频器电源开关，此时控制柜内变频器得电，变频器上的LED显示相关信息。操作面板上可以显示变频器输出的运行频率、电流、电压等相关参数，也可以显示变频器的输入状态及输人端连接是否错误或断线等信息。

(4)在控制柜中给仪表送电，仪表6105B得电并有显示，流量为0。

(5)闭合控制电源开关，此时运行前的准备工作就绪，注意观察系统及故障情况，如有报警需检查故障原因并及时排除故障。

(6)设定变频器参数，启动给料机，在变频器操作面板上按“频率增大”按钮，使变频器输出频率增大，输出的电压、电流发生变化且现场电机的转速也发生相应变化；在输送机运行过程中要检查皮带是否跑偏，若跑偏要及时停输送机通过螺旋张紧器对皮带进行跑偏校正。

(7)启动清扫链：通过按钮启动、停止清扫链。

(8)仪表参数设定：在运行一段时间皮带趋于稳定后，可对6105B仪表参数设定，如输入仪表小数点位置、秤的单位、秤容量、传感器容量及其灵敏度，皮带一周长度、标定方式、低流量报警设定等原始参数。

(9)称重给料机的标定：首先获取测试周期，然后进行零点标定，零点稳定后可进行间隔标定。间隔标定有实物标定、链码标定、挂码标定等方法。经过几次的间隔标定，使秤达到了称重计量标准，就可以用于物料的正常称重计量、累计。

(10)秤标定完成后，就可以进行PID自动控制的调整。首先将变频器的频率设定命令设置在“电压和电流输入”状态，6105B仪表处于“自动”状态，通过键盘设定给料量设定值，则系统进行自动恒量给料状态，适当调整PID参数，使系统响应快、超调小，达到最佳控制状态。6105B仪表根据给料量设定值，通过输出4mA～20mA信号控制变频器自动调整皮带机转速，使动态流量尽可能接近设定值，同时仪表显示出控制误差值。

(11)故障处理及信息显示：在手动运行时，可能出现的故障会以指示灯量显示于控制柜上。指示灯分别代表电源指示、输送机运行指示、清扫链运行指示、堵料报警指示、清扫断链报警、变频器故障指示、跑偏报警指示和断料报警指示等。

2.2远程自动控制

进入自动工作方式之前，请注意将所有给料机按上述方法调试，只有经过调试确认给料机完全工作正常后才可以进行自动工作。

(1)需自动运行，系统全部送电，这时将控制柜的操作旋钮旋到远程位置，在接收到远程启停指令信号后(在出料闸门开时)，输送机自动运行。

(2)这时，控制柜上的指示灯表明：系统控制回路得电，输送机正在运行。

(3)在接到远程停止指令信号时，系统将停止输送机运行。

(4)在输送机运行过程中，如果清扫机控制开关处于自动运行位置，清扫机将进行间歇自动运行。

(5)在系统运行过程中，设备的运行和报警情况都会有显示，且这些信号按照一定的要求送给DCS使用。

变频器原理范文第4篇

关键词 变频器；电机综合保护器；抗晃电

中图分类号TN77 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0069-02

我公司属于工艺复杂的连续性生产的石油化工企业，对供电系统的可靠性、稳定性有很高要求，不允许瞬间断电。但由于雷击、雾闪或设备故障等原因，某段供电网络的短暂掉电――电网闪络现象，每年都要发生几次。这种掉电虽然时间很短，一般只有几十毫秒几百毫秒，但其后果将使该段电网受电的低压电动机因交流接触器失电而停止运行，在电网恢复后这些电动机需要由人工进行恢复，严重影响产品质量和生产的稳定，甚至造成安全事故和巨大的经济损失。另一方面，随着生产的自动化程度的提高，低压变频器在我公司的应用越来越广，达到了200多台，这些变频器对我公司生产控制、流量调节以及节约能源做出了重要贡献。但是，低压变频器存在着抗浪涌能力弱、抗晃电功能不易设置的缺点，在电力系统波动时候会停止运行，造成生产装置波动。针对该问题，进行了对低压变频器控制原理图的改进，并通过合理设置变频器抗晃电相关参数，达到了抗晃电、抗浪涌冲击的目的。

改进的主要关键点：

对控制原理图进行改进，实现工频和变频的切换并利用低压电动机综合保护器的再启动功能实现变频器的晃电再启动。低压电动机综合保护器是电力系统重要设备，研究低压电动机综合保护器，采用宽幅电压型和具有再启动功能的保护器，提高了保护器自身的抗晃电性能，并实现了重要低压电机（例如机组辅助油泵、装置进料泵、加热炉鼓风机和引风机等A类设备电机）的晃电后再启动。

建立晃电判断依据，区分人为停机与晃电，如果综合保护器电压输入从有到无再到有，综合保护器电流输入从有到无，接触器辅助触点从合到分，则判断为晃电，实施再启动，否则认为是人为停机，该判据准确合理；这项改造很重要，体现在变频器控制原理图上，就是把控制变频器启停的中间继电器KA1的常开点状态引入电机综合保护器，并且在启动按钮SBC2旁并联了电机综合保护器的一对常开点MCU，相当于在晃电时，自动模拟操作人员再次启动电机。这两项改动在下面的变频器控制原理图上已经标出，见下图：

图纸改进了以后，还要对变频器和电机综合保护器的涉及抗晃电功能参数进行设置。结合我公司广泛使用的变频器品牌和型号是SIEMENS 6SE6440、SIEMENS 6SE6430、SIEMENS G120 、ABB ACS800和AB PowerFlex750 、AB PowerFlex400P系列交流变频器，分别对变频器抗晃电设置，并且已经通过试验验证。减粘和西蒸馏装置的AB PowerFlex750变频器，通过设置飞速启动模式为增强，即P356=1成功实现抗晃电自启功能。重整和新建柴油加氢装置的AB PowerFlex400P变频器通过设置自动重启次数A163和自动重启延时A164的合理设置后实现晃电自启功能。新建汽油加氢的ABB ACS800变频器通过激活直流母线的欠压保护实现抗晃电功能。东蒸馏的SIEMENS G120通过设置应答所有故障、收到接通指令后自动重启，即P1210=26实现抗晃电自启功能。东蒸馏还有一款SIEMENS 430变频器，设置了自动再启动为电源消隐P1210=3，第一次启动时间和再启动时间增量为零，实现了抗晃电自起功能。对于SIEMENS 440变频器，只要设置了自动再启动为电源消隐P1210=3即可实现抗晃电功能。

我公司利用低压电动机综合保护器的再启动功能，配合低压变频器抗晃电参数的合理设置，达到抗晃电实现再启动的目的，是目前解决低压变频器抗晃电最简单、不需要投资、最有效的方法。目前，根据我们的了解，我公司是为数很少的实现低压变频器抗晃电的公司之一。

二将变频器运行状态、故障报警信号引出到DCS，以便操作人员随时掌握变频器拖动电动机的运行状态。

三对仪表4-20mA控制信号加输入隔离模块，有效防止雷电感应冲击对变频器的损坏。以前曾经多次出现过打雷时击穿变频器I/O接口板，导致调节速度信号失灵的现象，后来，我们增加了变频器4-20mA控制信号的输入隔离模块后，消除了这一现象。同时在变频器参数中，将4-20mA控制信号丢失设置为动作于最后转速（ABB系列变频器）或最小转速（AB、SIEMENS系列变频器），提高了变频器的稳定运行。

对公司传统低压变频器的控制原理图进行了修改后，形成了我公司典型的变频器控制原理图，对抵抗电网波动，稳定生产装置运行意义重大，已经在电力系统晃电时发挥了巨大作用，得到了实践的检验，对石油化工企业防范晃电造成炼油和化工装置非计划停工具有重要意义，已经在我公司西蒸馏、重整装置、东蒸馏装置的80多台变频器上使用，应用效果非常好。

参考文献

[1]SIEMENS MicroMaster 440 0.12KW-250KW标准变频器使用大全.

变频器原理范文第5篇

通用变频器，大到国际大公司，小到工厂家庭乃至在各种设备中都有应用，而其主要的区别只是在品牌和功率的大小。在经过几年的使用后不管是国产的还是进口的变频器故障就陆续出现。其中变频器故障主要有上电无反应、报过流、报过压、报过温或三相负载输出不平衡等等，尤其以三相输出不平衡故障为多，而最终表现出过流、过压故障的实质也就是三相不平衡。但因变频器维修资料图纸等也相当缺乏，出现故障后，用户要么直接换新变频器，要么通过厂家维修，但这样费用较高，周期又长。为打破这一瓶颈，校企工作室通过探索研究自主检修技改，将解决变频器三相输出不平衡的问题。

本文以校企工作室检修过的变频器为例，结合机械工况对其内部电子电路原理，进行分析和归纳，最终把三相输出不平衡的问题在技术上攻破。

【关键词】变频器；逆变器；不平衡；驱动电路；

1 引言

现行变频器，进口的有ABB、西门子、三菱、安川、丹佛斯，国产的有英威腾、森兰、阿尔法等，台湾的有东元、台达等变频器。

变频器是弱电和强电的有机结合，是软件和硬件的有机结合，更是微电子技术和电力半导体器件的结合应用。它控制上的智能化和灵活多变及完善的检测和保护电路，电路元器件的非通用性和特殊要求，说明了这类机器的智能化电气设备的特点。特别是国外的一些变频器在稳定性、可靠性上都有较好的口碑，但是这些变频器随着使用时间的增长，再好的产品也会损坏。国外进口产品正因为是在质量上有较好的口碑，不易出现故障，导致用户对其产品内部的电控系统感到非常神秘，一旦出现故障只能有求于生产厂家，所以在技术上一直比较被动。

当今通用变频器一般是由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等模式组成。市场上基本以这种交直交电压型变频器为主。它主要有三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。另外，异步电动机需要制动时，有时要附加“制动回路”。

因此“逆变单元”是变频器要将直流功率变换为所要求频率的交流功率的关键器件，以有序的时间控制六个IGBT导通、关断就可以得到三相交流输出。本文以PWM控制方式中市场拥有量最大的交直交变频器进行分析、研究，对经常出现三相输出不平衡故障的原因进行探索及列出对策，主电路见下图：

2变频器输出不平衡的原因与处理

（一）变频器的逆变器基本工作原理

变频器三相（U、V、W）交流输出频率波形质量和电压平衡的程度直接影响电动机调速运行的状态与电动机的使用寿命，同时影响变频器的寿命，正常的变频器，其交流输出的波形应该符合要求和电压平衡，否则引起输出不平衡，如过流、过压、三相负载不平衡等故障出现。

逆变器主要是由主电路中的IGBT等功率开关器件构成，给电动机提供电压、频率可变的电源，由控制回路的控制指令进行控制。而控制指令是由CPU主板产生的脉冲信号，通过驱动该脉冲信号的传输电路：先将脉冲信号加到驱动光耦的输入脚，一般在输入信号低电平期间使光耦内部发光二极管发光耦合，输出高电平信号，然后去驱动后置放大电路，提供正向偏流，经两级互补式电压跟随器的功率放大，最后引入IGBT的G极，IGBT开通；在输入信号的高电平期间，当转为负压输出时，也经驱动后置放大电路提供了正向偏流，IGBT截止关断。

驱动电路工作状态的正常与否，有着至关重要的作用，它只有一个判断标准：能正常地传输和放大六路驱动脉冲，输出的六路驱动脉冲，应具备符合要求的电压幅度和电流供给能力。否则逆变器工作状态将直接影响三相输出主电路的输出平衡。

通过有序的导通与关断六个功率IGBT，则可将直流功率变换为所要频率的交流功率，见图1等效图。

图1

图1中，S1-S6组成了桥式逆变电路，IGBT工作必须经逆变PWM脉冲传输驱动电路。其PWM脉冲传输电路一般由CPU输出的PWM信号、驱动器/反相器电路、光耦、驱动功率电路等部分组成。这六个IGBT通过驱动电路，将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，通过有序控制为逆变电路的换流器件（IGBT模块）提供驱动信号。经过驱动电路后通过有序控制IGBT的导通与关断，使其导通与关断时波形保持一致，这对输出电压的平衡尤其重要。

图2是驱动IGBT栅极的典型电路图之一。

图2

从主板过来的PWM脉冲信号，通过光电耦合器模块产生信号，加到IGBT的栅极，使栅极驱动电路开启，输出一个15V的正栅极电压。这个值足够使IGBT饱和，并使导通损耗最小。当栅极电压处于零时，为了保证IGBT可靠关断，需要在栅极施加个一个关断的反向偏压，而应用推挽式放大电路来提高输出电流的能力，去匹配IGBT驱动要求，以保证IGBT的开通关断过程按时按序。

（二）变频器输出不平衡原因分析

在与企业的合作交流中，在保护检测电路、负载正常情况下，U、V、W三相输出不平衡主要可分为两种情况：

1、当电机抖动，用万用表测其三相输出电压是否平衡，如不平衡有可能是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，其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，此时驱动电路一般都有问题，查找相应的光耦、对管、稳压管、电解电容等元件。

2、变频器操作面板显示输出缺相或报三相负载不平衡故障时，我们可以通过万用表测量U、V、W对P之间的电压比较，查找出哪相电压不一致，然后用示波器和万用表进一步确认导致这路驱动电压和驱动信号波形不正常的原因。

（三）变频器三相输出不平衡的处理

总之，解决以上情况的步骤是先检查六路驱动电路电压是否正常，如哪路电压不正常，再检查相关的电解电容、光耦等，最后用示波器检查六路波形是否符合技术要求，六路波形一致则三相输出不平衡问题也就解决了。

1：考虑到推挽式输出触发电路中的电解电容一直处在脉冲高频的工作环境下，在使用了几年后其寿命终结期也快到了，再者电容异常引起波形失真的几率较高，为了更有把握，可以把所有起平滑作用的电容全部更换。

2：当逆变模块损坏时，驱动信号电路、驱动电源也会出现不同程度的损坏。先需确定驱动电路令其正常输出六路脉冲信号后，再更换逆变模块。

3：用示波器检查有关IGBT的驱动波形，这是用V-695示波器测出的驱动IGBT正常波形，这个值足够使IGBT的导通与关断，此为最直观检查IGBT逆变工作是否正常的手段，波形正常，则输出必平衡。

3 结论

通过对变频器三相输出不平衡的原因的分析、研究，发现驱动信号及传输电路对IGBT有着至关重要的作用，驱动信号的不良直接导致逆变电路的不正常。

IGBT驱动信号电路是保障整台变频器正常运行的关键，维修时一定要做到胆大心细，不能盲目的检修。虽在检修第一台变频器的三相输出不平衡故障时，花费了大量的时间和精力去分析探索电路的工作原理，但是通过一次次故障维修逐渐积累了第一手难得的资料，为今后维修各种品牌的变频器提供了参考依据。

参考文献：

[1] 张选正 史步海.变频器故障诊断与维修.电子工业出版社，2008年4月