變頻器論文范文

導語：如何才能寫好一篇變頻器論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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論文摘要：在通用變頻器、異步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中，當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將可能處于再生發電制動狀態；或當電動機從高速到低速（含停車）減速時，頻率可以突減，但因電機的機械慣性，電機可能處于再生發電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞。

一、引言

在通用變頻器、異步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中，當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將可能處于再生發電制動狀態；或當電動機從高速到低速（含停車）減速時，頻率可以突減，但因電機的機械慣性，電機可能處于再生發電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應該考慮考慮了。

在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設置的與電容器并聯的“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態；(2)、使之回饋到電網，則稱之為回饋制動狀態（又稱再生制動狀態）。還有一種制動方式，即直流制動，可以用于要求準確停車的情況或起動前制動電機由于外界因素引起的不規則旋轉。

在書籍、刊物上有許多專家談論過有關變頻器制動方面的設計與應用，尤其是近些時間有過許多關于“能量回饋制動”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動方法，它具有“回饋制動”的四象限運轉、運行效率高等優點，也具有“能耗制動”對電網無污染、可靠性高等好處。

二、能耗制動

利用設置在直流回路中的制動電阻吸收電機的再生電能的方式稱為能耗制動。

其優點是構造簡單；對電網無污染（與回饋制動作比較），成本低廉；缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大。

一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。

三、回饋制動

實現能量回饋制動就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術，將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動。回饋制動的優點是能四象限運行,如圖3所示，電能回饋提高了系統的效率。其缺點是：(1)、只有在不易發生故障的穩定電網電壓下（電網電壓波動不大于10%），才可以采用這種回饋制動方式。因為在發電制動運行時，電網電壓故障時間大于2ms，則可能發生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時，對電網有諧波污染。(3)、控制復雜，成本較高。

四、新型制動方式（電容反饋制動）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流橋進行整流，濾波回路采用通用的電解電容，延時回路采用接觸器或可控硅都行。充電、反饋回路由功率模塊IGBT、充電、反饋電抗器L及大電解電容C（容量約零點幾法，可根據變頻器所在的工況系統決定）組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成。保護回路，由IGBT、功率電阻組成。

(1)電動機發電運行狀態

CPU對輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實時監控，決定向VT1是否發出充電信號，一旦νd比輸入交流電壓所對應的直流電壓值（如380VAC—530VDC）高到一定值時，CPU關斷VT3，通過對VT1的脈沖導通實現對電解電容C的充電過程。此時的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容C工作在安全范圍內。當電解電容C上的電壓快到危險值（比如說370V），而系統仍處于發電狀態，電能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時，安全回路發揮作用，實現能耗制動（電阻制動），控制VT3的關斷與開通，從而實現電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會出現的。

(2)電動機電動運行狀態

當CPU發現系統不再充電時，則對VT3進行脈沖導通，使得在電抗器L上行成了一個瞬時左正右負的電壓（如圖標識），再加上電解電容C上的電壓就能實現從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測，控制VT3的開關頻率以及占空比,從而控制反饋電流，確保直流回路電壓νd不出現過高。

2、系統難點

(1)電抗器的選取

（a）、我們考慮到工況的特殊性，假設系統出現某種故障，導致電機所載的位能負載自由加速下落，這時電機處于一種發電運行狀態，再生能量通過六個續流二極管回送至直流回路，致使νd升高，很快使變頻器處于充電狀態，這時的電流會很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時的電流。

（b）、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯（硅鋼片）是不能達到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價格也肯定不會很低。所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個電抗器。

(2)控制上的難點

（a）、變頻器的直流回路中，電壓νd一般都高于500VDC，而電解電容C的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動（電阻制動）的控制方式了。其在電抗器上所產生的瞬時電壓降為，電解電容C的瞬時充電電壓為νc=νd-νL，為了確保電解電容工作在安全范圍內（≤400V），就得有效的控制電抗器上的電壓降νL，而電壓降νL又取決于電感量和電流的瞬時變化率。

（b）、在反饋過程中，還得防止電解電容C所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統出現過壓保護。

3、主要應用場合及應用實例

正是由于變頻器的這種新型制動方式（電容反饋制動）所具有的優越性，近些來，不少用戶結合其設備的特點，紛紛提出了要配備這種系統。由于技術上有一定的難度，國外還不知有無此制動方式？國內目前只有山東風光電子公司由以前采用回饋制動方式的變頻器（仍有2臺在正常運行中）改用了這種電容反饋制動方式的新型礦用提升機系列。

隨著變頻器應用領域的拓寬，這個應用技術將大有發展前途，具體來講，主要用在礦井中的吊籠（載人或裝料）、斜井礦車（單筒或雙筒）、起重機械等行業。總之需要能量回饋裝置的場合都可選用。

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論文摘要：目前我們日常所使用的一些帶有或使用變頻器驅動系統的設備都會產生大量的高次諧波，這種嚴重的電磁輻射是我們平時用肉眼看不到的隱形殺手，無論是對我們的身體健康，還是對精密儀器的使用，它都有嚴重的危害性，而且影響深遠。

變頻器是運動控制系統中的功率變換器。目前的運動控制系統包含多種學科的技術領域，總的發展趨勢是驅

動的交流化、功率變換器的高頻化、控制的數字化、智能化和網絡化。因此，變頻器作為系統的重要功率變換部件，因提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發展。

變頻器的快速發展得益于電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論的發展。變頻器的發展水平是由電力電子技術、電機控制方式以及自動化控制水平三個方面決定的。當前競爭的焦點在于高壓變頻器的研究開發生產方面。

隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而且廠家仍在不斷地提高可靠性，為實現變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。辨別變頻器性能的優劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響；二要看對電網的諧波污染和輸入功率因數；最后還要看本身的能量損耗（即效率）。這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述其發展趨勢：主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化；開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。

在變頻器主電路的拓撲結構方面。變頻器的網側變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的轉動，為實現變頻器再生能量向電網回饋和節省能量，網側變流器應為可逆變流器，同時出現了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網的公害。

脈寬調制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調制控制、消除指定次數諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。

交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展和開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向。運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。

近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低、體積縮小、結構緊湊、使用便捷、可靠性提高。

在DSP出現之前數字信號處理只能依靠MPU（微處理器）來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實時的要求。隨著大規模集成電路技術的發展，1982年世界上首枚DSP芯片誕生了。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比MPU快了幾十倍，尤其在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。DSP芯片的問世標志著DSP應用系統由大型系統向小型化邁進了一大步。隨著CMOS技術的進步與發展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。80年代后期，第三代DSP芯片問世，運算速度進一步提高，其應用于范圍逐步擴大到通信、計算機領域。

90年代DSP發展最快，相繼出現了第四代和第五代DSP器件。現在的DSP屬于第五代產品，它與第四代相比，系統集成度更高，將DSP芯核及組件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計算機領域大顯身手，而且逐漸滲透到人們日常消費領域，前景十分可觀。

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目前，國內生產的高壓大功率變頻器中，以2種方案占主流:一種是功率單元串聯形成高壓的多重化技術;另一種是采用高壓模塊的三電平結構。而其他的采用高-低-高方案的，由于輸出升壓變壓器技術難度高，成本高，占地面積大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高壓大功率變頻器的主要發展方向。

而高-高方案又分為多重化技術(簡稱CSML)和三電平(簡稱NPC)方案，目前有的廠家生產的高壓大功率變頻器是采用的三電平方案，而大多數廠家則是采用低壓模塊、多單元串聯的多重化技術。這2種方案比較，各有優缺點，主要表現在:

(1)器件

采用CSML方式，器件數量較多，但都是低壓器件，不但價格低，而且易購置，更換方便。低壓器件的技術也較成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且購置困難，維修不方便。

(2)均壓問題(包括靜態均壓和動態均壓)

均壓是影響高壓變頻器的重要因素。采用NPC方式，當輸出電壓較高時(如6kV)，單用單個器件不能滿足耐壓要求，必須采用器件直接串聯，這必然帶來均壓問題，失去三電平結構在均壓方面的優勢，系統的可靠性也將受到影響。而采用CSML方案則不存在均壓問題。唯一存在的是當變頻器處于快速制動時，電動機處于發電制動狀態，導致單元內直流母線電壓上升，各單元的直流母線電壓上升程度可能存在差異，通過檢測功率單元直流母線電壓，當任何單元的直流母線電壓超過某一閾值時，自動延長減速時間，以防止直流母線電壓上升，即所謂的過壓失速防止功能。這種技術在低壓變頻器中被廣泛采用，非常成功。

(3)對電網的諧波污染和功率因數

由于CSML方式輸入整流電路的脈波數超過NPC方式，前者在輸入諧波方面的優勢很明顯，因此在綜合功率因數方面也有一定的優勢

(4)輸出波形

NPC方式輸出相電壓是三電平，線電壓是五電平。而CSML方式輸出相電壓為11電平，線電壓為21電平(對五單元串聯而言)，而且后者的等效開關頻率大大高于前者，所以后者在輸出波形的質量方面也高于前者。

(5)dv/dt

NPC方式的輸出電壓跳變臺階為高壓直流母線電壓的一半，對于6kV輸出變頻器而言，為4kV左右。CSML方式輸出電壓跳變臺階為單元的直流母線電壓，不會超過1kV，所以前者比后者的差距也是很明顯的。

(6)系統效率

就變壓器與逆變電路而言，NPC方式與CSML方式效率非常接近。但由于輸出波形質量差異，若采用普通電機，前者必須設置輸出濾波器，后者不必。而濾波器的存在大約會影響效率的0.5%左右。

(7)四象限運行

NPC方式當輸入采用對稱的PWM整流電路時，可以實現四象限運行，可用于軋機、卷揚機等設備;而CSML方式則無法實現四象限運行。只能用于風機、水泵類負載。

(8)冗余設計

NPC方式的冗余設計很難實現，而CSML方式可以方便的采用功率單元旁路技術和冗余功率單元設計方案，大大的有利于提高系統的可靠性。

(9)可維護性

除了可靠性之外，可維護性也是衡量高壓大功率變頻器的優劣的一個重要因素，CSML方式采用模塊化設計，更換功率單元時只要拆除3個交流輸入端子和2個交流輸出端子，以及1個光纖插頭，就可以抽出整個單元，十分方便。而NPC方式就不那么方便了。

總之，三電平電壓形變頻器結構簡單，且可作成四象限運行的變頻器，應用范圍寬。如電壓等級較高時，采用器件直接串聯，帶來均壓問題，且存在輸出諧波和dv/dt等問題，一般要設置輸出濾波器，在電網對諧波失真要求較高時，還要設置輸入濾波器。而多重化PWM電壓型變頻器不存在均壓問題，且在輸入諧波及dv/dt等方面有明顯優勢。對于普通的風機、水泵類一般不要求四象限運行的場合，CSML變頻器有較廣闊的應用前景。這類變頻器又被國內外設計者稱之為完美無諧波變頻器。

我公司的設計人員經過多方探討，綜合各種方案的優缺點，最后選定了完美無諧波變頻器的CSML方案作為我們的最佳選擇，這就是我們向市場推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高壓大功率變頻器。

2變頻器的性能特點

(1)變頻器采用多功率單元串聯方案，輸出波形失真小，可配接普通交流電機，無須輸出濾波器。

(2)輸入側采用多重化移相整流技術，電流諧波小，功率因數高。

(3)控制器與功率單元之間的通信用多路并行光纖實現，提高了抗干擾性及可靠性。

(4)控制器中采用一套獨立于高壓源的電源供電系統，有利于整機調試和操作人員的培訓。

(5)采用全中文的Windows彩色液晶顯示觸摸界面。

(6)主電路模塊化設計，安裝、調試、維護方便。

(7)完整的故障監測和報警保護功能。

(8)可選擇現場控制、遠程控制。

(9)內置PID調節器，可開環或閉環運行。

(10)可根據需要打印輸出運行報表。

3工作原理

3.1基本原理

本變頻器為交-直-交型單元串聯多電平電壓源變頻調速器，原理框圖如圖1所示。單元數的多少視電壓高低而定，本處以每相為8單元，共24單元為例。每個功率單元承受全部的電機電流、1/8的相電壓、1/24的輸出功率。24個單元在變壓器上都有自立獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實現多重化，降低輸入電流的諧波成分。24個二次繞組分成三相位組，互差為20°,以B相為基準，A相8個單元對應的8個二次繞組超前B相20°，C相8個單元對應的8個二次繞組落后B相20°，形成18脈沖整流電路結構。整機原理圖如圖2所示。

3.2功率單元電路

所有單元都有6支二極管實現三相全波整流，有4個IGBT管構成單相逆變電路。功率單元的主電路如圖3所示，4個IGBT管分別用T1、T2、T3、T4表示，它們的門極電壓分別是UG1、UG2、UG3、UG4、

個功率單元的輸出都是一樣的PWM波。功率單元輸出波形如圖4所示。逆變器采用多電平移相PWM技術。同一相的功率單元輸出完全相同的基準電壓(同幅度、同頻率、同相位)。多個單元迭加后的輸出波形如圖5所示。

4.3系統結構與控制

(1)系統結構

整個系統有隔離變壓器、3個變頻柜和1個控制柜組成，參見圖6。

圖

a)隔離變壓器

原邊為星形接法，副邊共有24個獨立的三相繞組，為了適應現場的電網情況，變壓器原邊留有抽頭

b)變頻柜

A、B、C三相分裝在3個柜內，可分別稱為A柜、B柜、C柜

c)控制柜

柜內裝有控制系統，柜前板上裝有控制面板、控制接線排等。由于電壓等級和容量的不同，不同機型的單元的數量不同，面板的布置也會有些不同。

4.4系統控制

整機控制系統有16位單片機擔任主控，24個功率單元都有一個自己的輔助CPU，由8位單片機擔任，此外還有一個CPU，也是8位單片機，負責管理鍵盤和顯示屏。

(1)利用三次諧波補償技術提高了電源電壓利用率。

(2)控制器有一套獨立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設備各點的波形與加高壓情況相同，這給整機可靠性、調試帶來了很大方便。

(3)系統采用了先進的載波移相技術，它的特點是單元輸出的基波相迭加、諧波彼此相抵消。所以串聯后的總輸出波形失真特別小。

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本公司分別于2002年8月、10月和2003年3月、4月分別在山東萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鐵廠、遼河油田錦州采油廠、浙江永盛化纖有限公司應用了本公司生產的高壓大功率變頻器JD-BP37-630F2臺、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1臺。從運行情況看:

(1)變頻器結構緊湊，安裝簡單

由于變頻器所有部分都裝在柜里，不需要另外的電抗器、濾波器、補償電容、啟動設備等一系列其他裝置，所以體積小，結構緊湊，安裝簡單，現場配線少，調試方便。

(2)電機及機組運行平穩，各項指標滿足工藝要求。

由變頻器拖動的電機均為三相普通的異步電動機，在整個運行范圍內，電機始終運行平穩，溫升正常。風機啟動時的噪音及啟動電流很小，無任何異常震動和噪音。在調速范圍內，軸瓦的最高溫升均在允許的范圍內。

(3)變頻器三相輸出波形完美，非常接近正弦波。

經現場測試，變頻器的三相輸出電壓波形、電流波形非常標準，說明變頻器完全可以控制一般的普通電動機運行，對電機無特殊要求。

(4)變頻器運行情況穩定，性能良好。

該設備投運以來，變頻器運行一直十分穩定。設備運行過程中，我公司技術人員對變頻器輸入變壓器的溫升，功率單元溫升定期巡檢，完全正常。輸出電壓及電流波形正弦度很好，諧波含量極少，效率均高于97%，優于同類進口設備。

(5)運行工況改善，工人勞動強度降低。

變頻器可隨著生產的需要自動調節電動機的轉速，達到最佳效果，工人工作強度大大降低。

(6)變頻器操作簡單，易于掌握及維護。

變頻器的起停，改變運行頻率等操作簡便，操作人員經過半個小時培訓就可以全面掌握。另外，變頻器各種功能齊全，十分完善，提高了設備可靠性，而且節電效果明顯。以山東萊鋼股份有限公司應用的JD-BP37-630F變頻器為例，該系統生產周期大約為1h，出鐵時間為20min，間隔約40min，系統配置電機的額定電流為80A，根據運行情況，及其它生產線的實際運行情況，預計該電機運行電流應在60A，以變頻器上限運行頻率45HZ時，電流為45A，間隔時間運行頻率20HZ時，電流為20A。根據公式測算節能效果達到42.7%。

5結束語

從這幾臺這幾個月的運行情況看，我公司自行研制生產的高壓大功率變頻器，運行穩定可靠，節能效果顯著，改善了工作人員的工作環境，降低了值班人員的勞動強度。變頻器對電機保護功能齊全，減少了維修費用，延長了電機及風機的使用壽命，給用戶帶來了顯著的經濟效益，深得用戶好評。據專家估計我們國家6kV以上的高壓大功率電機約有3萬多臺，約合650萬kW，因此，高壓大功率變頻器的市場是極其廣闊的。

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關鍵詞:變頻器干擾抑制

Abstract:Theapplicationoftheinvertersintheindustrialproductionisbecomingmoreand

moreuniversal，anditsinterfaceisbeingpaidmuchattention.Thesourceandspreadingrouteinthe

applicationsystemoftheinverterareintroducedinthispaper，somepracticalresolventsareputforward，andtheconcretemeasuresinthesystemdesignandinstallmentareexpounded.

Keywords：InverterInterfaceRestrain

[中圖分類號]TN973[文獻標識碼]B文章編號1561-0330(2003)06-00

1引言

變頻器調速技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。它以很好的調速、節能性能，在各行各業中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長設備和電機的使用壽命。隨著科學技術的高速發展，變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性應用到了工業控制的各個領域中，如變頻調速在供水、空調設備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益，但隨之也帶來了一些干擾問題。現場的供電和用電設備會對變頻器產生影響，變頻器運行時產生的高次諧波也會干擾周圍設備的運行。變頻器產生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無線電等產生的干擾。對計算機和自動控制裝置等電子設備產生的干擾主要是感應干擾；對通信設備和無線電等產生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統無法可靠運行，還會影響其他電子、電氣設備的正常工作。因此有必要對變頻器應用系統中的干擾問題進行探討，以促進其進一步的推廣應用。下面主要討論變頻器的干擾及其抑制方法。

2變頻調速系統的主要電磁干擾源及途徑

2.1主要電磁干擾源

電磁干擾也稱電磁騷擾（EMI），是以外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導和以場的形式傳播的。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網的其他電子、電氣設備產生諧波干擾。另外，變頻器的逆變器大多采用PWM技術，當其工作于開關模式并作高速切換時，產生大量耦合性噪聲。因此，變頻器對系統內其他的電子、電氣設備來說是一個電磁干擾源。另一方面，電網中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網中存在大量諧波源，如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備、非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網中的電壓、電流產生波形畸變，從而對電網中其他設備產生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾后，若不加以處理，電網噪聲就會通過電網電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。

2.2電磁干擾的途徑

變頻器能產生功率較大的諧波，對系統其他設備干擾性較強。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導、感應耦合。具體為：①對周圍的電子、電氣設備產生電磁輻射；②對直接驅動的電動機產生電磁噪聲，使得電動機鐵耗和銅耗增加，并傳導干擾到電源，通過配電網絡傳導給系統其他設備；③變頻器對相鄰的其他線路產生感應耦合，感應出干擾電壓或電流。同樣，系統內的干擾信號通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。下面分別加以分析。

（1）電磁輻射

變頻器如果不是處在一個全封閉的金屬外殼內，它就可以通過空間向外輻射電磁波。其輻射場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發射頻率。變頻器的整流橋對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對接入同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。變頻器的逆變橋大多采用PWM技術，當根據給定頻率和幅值指令產生預期的和重復的開關模式時，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，并且帶有與開關頻率相應的高次諧波群。高載波頻率和場控開關器件的高速切換（dv/dt可達1kV/μs以上）所引起的輻射干擾問題相當突出。

當變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強度與干擾信號的波長有關，當孔洞的大小與電磁波的波長接近時，會形成干擾輻射源向四周輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會干擾變頻器的正常工作。

（2）傳導

上述的電磁干擾除了通過與其相連的導線向外部發射，也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。與輻射干擾相比，其傳播的路程可以很遠。比較典型的傳播途徑是：接自工業低壓網絡的變頻器所產生的干擾信號將沿著配電變壓器進入中壓網絡，并沿著其它的配電變壓器最終又進入民用低壓配電網絡，使接自民用配電母線的電氣設備成為遠程的受害者。

（3）感應耦合

感應耦合是介于輻射與傳導之間的第三條傳播途徑。當干擾源的頻率較低時，干擾的電磁波輻射能力相當有限，而該干擾源又不直接與其它導體連接，但此時的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導線與其相鄰的其他導線或導體產生感應耦合，在鄰近導線或導體內感應出干擾電流或電壓。感應耦合可以由導體間的電容耦合的形式出現，也可以由電感耦合的形式或電容、電感混合的形式出現，這與干擾源的頻率以及與相鄰導體的距離等因素有關。

3抗電磁干擾的措施

據電磁性的基本原理，形成電磁干擾（EMI）須具備電磁干擾源、電磁干擾途徑、對電磁干擾敏感的系統等三個要素。為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統對干擾信號的敏感性。具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。

（1）隔離

所謂干擾的隔離是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發生電的聯系。在變頻調速傳動系統中，通常是在電源和放大器電路之間的電源線上采用隔離變壓器以免傳導干擾，電源隔離變壓器可應用噪聲隔離變壓器。

（2）濾波

設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導干擾到電源及電動機。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器。為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設備，可在電源線上設置電源噪聲濾波器，以免傳導干擾。

（3）屏蔽

屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏。輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

（4）接地

實踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力。變頻器的接地方式有多點接地、一點接地及經母線接地等幾種形式，要根據具體情況采用，要注意不要因為接地不良而對設備產生干擾。

單點接地指在一個電路或裝置中，只有一個物理點定義為接地點。在低頻下的性能好；多點接地是指裝置中的各個接地點都直接接到距它最近的接地點。在高頻下的性能好；混合接地是根據信號頻率和接地線長度，系統采用單點接地和多點接地共用的方式。變頻器本身有專用接地端子PE端，從安全和降低噪聲的需要出發，必須接地。既不能將地線接在電器設備的外殼上，也不能接在零線上。可用較粗的短線一端接到接地端子PE端，另一端與接地極相連，接地電阻取值<100Ω，接地線長度在20m以內，并注意合理選擇接地極的位置。當系統的抗干擾能力要求較高時，為減少對電源的干擾，在電源輸入端可加裝電源濾波器。為抑制變頻器輸入側的諧波電流，改善功率因數，可在變頻器輸入端加裝交流電抗器，選用與否可視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網允許的畸變程度而定，一般情況下采用為好。為改善變頻器輸出電流，減少電動機噪聲，可在變頻器輸出端加裝交流電抗器。圖1為一般變頻調速傳動系統抗干擾所采取措施。

（5）正確安裝

由于變頻器屬于精密的功率電力電子產品，其現場安裝工藝的好壞也影響著變頻器的正常工作。正確的安裝可以確保變頻器安全和無故障運行。變頻器對安裝環境要求較高。一般變頻器使用手冊規定溫度范圍為最低溫度-10℃，最高溫度不超過50℃；變頻器的安裝海拔高度應小于1000m，超過此規定應降容使用；變頻器不能安裝在經常發生振動的地方，對振動沖擊較大的場合，應采用加橡膠墊等防振措施；不能安裝在電磁干擾源附近；不能安裝在有灰塵、腐蝕性氣體等空氣污染的環境；不能安裝在潮濕環境中，如潮濕管道下面，應盡量采用密封柜式結構，并且要確保變頻器通風暢通，確保控制柜有足夠的冷卻風量，其典型的損耗數一般按變頻器功率的3%來計算柜中允許的溫升值。安裝工藝要求如下：

①確保控制柜中的所有設備接地良好，應該使用短、粗的接地線（最好采用扁平導體或金屬網，因其在高頻時阻抗較低）連接到公共地線上。按國家標準規定，其接地電阻應小于4歐姆。另外與變頻器相連的控制設備（如PLC或PID控制儀）要與其共地。

②安裝布線時將電源線和控制電纜分開，例如使用獨立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應成90°交叉布線。

③使用屏蔽導線或雙絞線連接控制電路時，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時應采用電纜套管。

④確保控制柜中的接觸器有滅弧功能，交流接觸器采用R-C抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點特別重要。

⑤用屏蔽和鎧裝電纜作為電機接線時，要將屏蔽層雙端接地。

⑥如果變頻器運行在對噪聲敏感的環境中，可以采用RFI濾波器減小來自變頻器的傳導和輻射干擾。為達到最優效果，濾波器與安裝金屬板之間應有良好的導電性。

4變頻控制系統設計中應注意的其他問題

除了前面討論的幾點以外，在變頻器控制系統設計與應用中還要注意以下幾個方面的問題。

（1）在設備排列布置時，應該注意將變頻器單獨布置，盡量減少可能產生的電磁輻射干擾。在實際工程中，由于受到房屋面積的限制往往不可能有單獨布置的位置，應盡量將容易受干擾的弱電控制設備與變頻器分開，比如將動力配電柜放在變頻器與控制設備之間。

（2）變頻器電源輸入側可采用容量適宜的空氣開關作為短路保護，但切記不可頻繁操作。由于變頻器內部有大電容，其放電過程較為緩慢，頻繁操作將造成過電壓而損壞內部元件。

（3）控制變頻調速電機啟/停通常由變頻器自帶的控制功能來實現，不要通過接觸器實現啟/停。否則，頻繁的操作可能損壞內部元件。

（4）盡量減少變頻器與控制系統不必要的連線，以避免傳導干擾。除了控制系統與變頻器之間必須的控制線外，其它如控制電源等應分開。由于控制系統及變頻器均需要24V直流電源，而生產廠家為了節省一個直流電源，往往用一個直流電源分兩路分別對兩個系統供電，有時變頻器會通過直流電源對控制系統產生傳導干擾，所以在設計中或訂貨時要特別加以說明，要求用兩個直流電源分別對兩個系統供電。

（5）注意變頻器對電網的干擾。變頻器在運行時產生的高次諧波會對電網產生影響，使電網波型嚴重畸變，可能造成電網電壓降很大、電網功率因數很低，大功率變頻器應特別注意。解決的方法主要有采用無功自動補償裝置以調節功率因數，同時可以根據具體情況在變頻器電源進線側加電抗器以減少對電網產生的影響，而進線電抗器可以由變頻器供應商配套提供，但在訂貨時要加以說明。

（6）變頻器柜內除本機專用的空氣開關外，不宜安置其它操作性開關電器，以免開關噪聲入侵變頻器，造成誤動作。

（7）應注意限制最低轉速。在低轉速時，電機噪聲增大，電機冷卻能力下降，若負載轉矩較大或滿載，可能燒毀電機。確需低速運轉的高負荷變頻電機，應考慮加大額定功率，或增加輔助的強風冷卻。

（8）注意防止發生共振現象。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機轉矩中含有脈動分量，有可能造成電機的振動與機械振動產生共振，使設備出現故障。應在預先找到負載固有的共振頻率后，利用變頻器頻率跳躍功能設置，躲開共振頻率點。

5結束語

以上通過對變頻器運行過程中存在的干擾問題的分析，提出了解決這些問題的實際方法。隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，變頻器應用存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。隨著工業現場和社會環境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器不久也會面世。

參考文獻

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[4]電磁兼容性術語（GB/T43651995）[S].北京：中國標準出版社，1996

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拉絲機是電線電纜行業主要加工設備之一，主要是將銅線加工成各種規格細線，一般由放線、水冷、收線及排線等部分組成，其中電氣傳動部份主要由放線電機和收線電機及排線電機實現。隨著變頻技術的不斷推廣，變頻器正日益被用于拉絲機設備。

二、變頻控制原理及實現

1、拉絲機的主要電氣構成

車一般拉絲機主要由放線電機與收線電機及排線電機構成驅動部分，隨著收線卷徑不擴大收線電機的轉速應相應的減小，以保證線速恒定，在控制中常采用張力反饋裝置來調節收線電機的速度。隨著變頻器功能不斷增強、性能不斷穩定，變頻器也被使用于拉絲機，其中利用變頻器控制收線電機與放線電機，而排線電機由于功率較小直接由電網電壓來控制。變頻控制示意圖如下：

2、基本控制原理：

放線電機與收線電機分別由兩臺變頻器控制（見圖1），放線變頻器通過外部電位器轉速，收線變頻器由放線變頻器的模擬AM輸出信號、張力平衡反饋信號經信號經PID調節器后控制收線變頻器（見圖2）。隨著收線筒卷徑的變化張力平衡桿的反饋信號也隨著變化，張力桿反饋信號（由精密變阻器構成）經信號轉換電路板轉換為0—10V，這個信號與放線變頻器模擬AM、AM-輸出信號構成PID兩路輸入信號，經PID調節后控制收線變頻器，使絲線保持一定的線速度。

變頻器啟動后由放線變頻器OC輸出控制信號啟動排線電機，排線電機功較小直接通過兩個接觸器控制其正反運行，使銅線均勻地繞在收線筒上。

3、變頻器參數設定

深圳康沃電氣技術有限公司是一家集變頻器研發、生產、銷售為一體的公司，主要生產的變頻器有通用型：G1/P1與G2/P2系列；高性能單相變頻器S1系列；及注塑機專用變頻器ZS、ZC系列（一體機）。根據拉絲機負載特性選用康沃通用恒轉矩型G2系列。以CVF-G2-4T0370及CVF-G2-4T0110型為例，電機功率分別為37KW、11KW，4極。如圖1

（1）放線變頻器參數設定：

（2）收線變頻器參數設定：

三、調試注意事項

在調試過程中主要應注意起動階段與停車階段應保持放線電機與收線電機同步起動。

1、啟動階段

變頻器運行前將張力桿置于中間稍偏上位置，啟動變頻器緩慢升速，如啟動時出現斷線現象說明收線電機啟動過快，可相應地調整收線電機的啟動頻率b-7、啟動頻率持續時間b-8及放線、收線變頻器的加減速時間b-7、b-8幾個相關參數。

2、停車階段

停機時放線、收線電機由當前運行頻率按減速時間減速，減速到設定頻率時收線變頻器的OC輸出信號啟動電磁剎車裝置，使得放線、收線電機準確停車，這樣便不會因為放線電機過快停車造成銅線拉斷。如果在停機過程中出現斷線可相應地調放線、收線變頻器減速時間b-8，若接近停機時出現斷線則可調整收線變頻器的OC輸出信號

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近年來隨著電力電子技術、功率半導體器件及變頻控制理論的發展，變頻器作為一種智能控制電源已被廣泛應用于各行業，90年代初期主要以進口品牌為主如富士、三菱、西門子、ABB等，90年代中期國產變頻器日漸出現在市場上，主要以通用型變頻器為主。目前國產變頻器技術已逐漸成熟，國產變頻器市場占有率也逐漸提高，作為國內變頻器專業生產廠家之一的深圳康沃電氣技術有限公司，經過短短幾年時間的發展，康沃變頻器憑借其優越的性能，日漸被客戶所接受。康沃公司目前生產的變頻器主要有通用型G1/G2系列、風機水泵專用型P1/P2系列、注塑機專用型ZS/ZC系列及高性能單相變頻器S1系列，其它各類專用變頻器、更高性能的矢量型變頻器也將陸續推向市場。本文主要講述康沃變頻器通用型在應用中出現的常見故障及處理方法，以便用戶參考。

2通用型變頻器主電路

目前市場上國產變頻器主要以低壓通用型變頻器為主，為下文敘述方便，現簡要介紹通用型變頻器的主電路結構，從變頻器結構上分有交-交變頻器與交-直-交變頻器，從變頻性質分主要電壓源型變頻器與電流源型變頻器，目前國內生產的變頻器主要以電壓源型交-直-交變頻器為主。

其主電路主要由整流電路、濾波電路、逆變電路及制動單元等幾部分構成，其中IGBT（絕緣柵雙極晶體管）構成了變頻器主要硬件，各部分電路功能簡述如下：

1整流電路

由VD1~VD6組成三相橋式全波整流電路將三相交流電整流成直流電。

2濾波電路

整流電路輸出的直流電壓為脈動的直流電壓，因而需濾波電路濾去電壓波紋，同時它還在整流電路與逆變電路起到儲能作用。

3逆變電路

由開關管V1~V6構成逆變電路將直流電壓逆變成三相頻率、電壓可調的交流電以驅動三相電動機，是變頻器實現變頻的關鍵環節。

4限流電路

由限流電阻R及開關K構成，由于上電瞬間濾波電容端電壓為零，上電瞬間電容充電電流較大，過大的電流可能損壞整流電路，為保護整流電路在變頻器上電瞬間限流電阻串聯到直流回路中，當電容充電到一定時間后通過開關K將電阻短路。

5制動電路

由制動電阻RB及開關管VB構成，主要作用是用于消耗電動機反饋回來的能量，避免過高的泵升電壓損壞變頻器。

康沃通用型G/P系列變頻器根據功率等級的不同，所選用的IGBT主要有歐派克、三菱、東芝等不同品牌，變頻器功率在18.5kW以下的機型主電路主要采用集整流、逆變、制動電路和溫度檢測為一體的七單元模塊構成，22kW及以上的機型采用整流模塊和三路兩單元逆變模塊構成。

3康沃變頻器常見故障及處理方法

隨著應用的不斷推廣，康沃品牌越來越受用戶歡迎，為讓用戶進一步了解康沃變頻器、方便用戶使用，現將康沃變頻器在使用中常出現的故障現象及處理方法例舉如下：

（1）故障P.OFF

康沃變頻器上電顯示P.OFF延時1~2s后顯示0，表示變頻器處于待機狀態。在應用中若出現變頻器上電后一直顯示P.OFF而不跳0現象，主要原因有輸入電壓過低、輸入電源缺相及變頻器電壓檢測電路故障，處理時應先測量電源三相輸入電壓，R、S、T端子正常電壓為三相380V，如果輸入電壓低于320V或輸入電源缺相，則應排除外部電源故障。如果輸入電源正常可判斷為變頻器內部電壓檢測電路或缺相保護故障，對于康沃G1/P1系列90kW及以上機型變頻器，故障原因主要為內部缺相檢測電路異常，缺相檢測電路由兩個單相380V/18.5V變壓器及整流電路構成，故障原因大多為檢測變壓器故障，處理時可測量變壓器的輸出電壓是否正常。

（2）故障ER08

康沃變頻器出現ER08故障代碼表示變頻器處于欠壓故障狀態。主要原因有輸入電源過低或缺相、變頻器內部電壓檢測電路異常、變頻器主電路異常。通用變頻器電壓輸入范圍在320V~460V，在實際應用中變頻器滿載運行時，當輸入電壓低于340V時可能會出現欠壓保護，這時應提高電網輸入電壓或變頻器降額使用；若輸入電壓正常，變頻器在運行中出現ER08故障，則可判斷為變頻器內部故障，如圖1示可能為主回路中KS接觸器跳開，使限流電阻在變頻器運行時串聯到主回路中，這時若變頻器帶負載運行便會出現ER08故障，這時可排除是否為接觸器損壞或接觸器控制電路異常；若變頻器主回路正常，出現ER08報警的原因大多為電壓檢測電路故障，一般變頻器的電壓檢測電路為開關電源的一組輸出，經過取樣、比較電路后給CPU處理器，當超過設定值時，CPU根據比較信號輸出故障封鎖信號，封鎖IGBT，同時顯示故障代碼。（3）故障ER02/ER05

故障代碼ER02/ER05表示變頻器在減速中出現過流或過壓故障，主要原因為減速時間過短、負載回饋能量過大未能及時被釋放。若電機驅動慣性較大的負載時，當變頻器頻率（即電機的同步轉速）下降時電機的實際轉速可能大于同步轉速，這時電機處于發電狀態，此部分能量將通過變頻器的逆變電路返回到直流回路，從而使變頻器出現過壓或過流保護。現場處理時在不影響生產工藝的情況下可延長變頻器的減速時間，若負載慣性較大，又要求在一定時間內停機時，則要加裝外部制動電阻和制動單元，康沃G2/P2系列變頻器22kW以下的機型均內置制動單元，只需加外部制動電阻即可，電阻選配可根據產品說明中標準選用，對于功率22kW以上的機型則要求外加制動單元和制動電阻。

ER02/ER05故障一般只在變頻器減速停機過程中才會出現，如果變頻器在其它運行狀態下出現該故障，則可能是變頻器內部的開關電源部分，如電壓檢測電路或電流檢測電路異常而引起的。

（4）故障ER17

代碼ER17表示電流檢測故障，通用變頻器電流檢測一般采用電流傳感器，通過檢測變頻器兩相輸出電流來實現變頻器運行電流的檢測、顯示及保護功能，輸出電流經電流傳感器（如圖2示中H1、H2為電流傳感器）輸出線性電壓信號，經放大比較電路輸送給CPU處理器，CPU處理器根據不同信號判斷變頻器是否處于過電流狀態，如果輸出電流超過保護值，則故障封鎖保護電路動作，封鎖IGBT脈沖信號，實現保護功能。

康沃變頻器出現ER17故障主要原因為電流傳感器故障或電流檢測放大比較電路異常，前者可通過更換傳感器解決，后者大多為相關電流檢測IC電路或IC芯片工作電源異常，可通過更換相關IC或維修相關電源解決

（5）故障ER15

代碼ER15表示逆變模塊IPM、IGBT故障，主要原因為輸出對地短路、變頻器至電機的電纜線過長（超過50m）、逆變模塊或其保護電路故障。現場處理時先拆去電機線，測量變頻器逆變模塊，觀察輸出是否存在短路，同時檢查電機是否對地短路及電機線是否超過允許范圍，如上述均正常，則可能為變頻器內部IGBT模塊驅動或保護電路異常。一般IGBT過流保護是通過檢測IGBT導通時的管壓降動作的。

當IGBT正常導通時其飽和壓降很低，當IGBT過流時管壓降VCE會隨著短路電流的增加而增大，增大到一定值時，檢測二極管DB將反向導通，此時反向電流信號經IGBT驅動保護電路送給CPU處理器，CPU封鎖IGBT輸出，以達到保護作用。如果檢測二極管DB損壞，則康沃變頻器會出現ER15故障，現場處理時可更換檢測二極管以排除故障。

（6）故障ER11

ER11故障表示變頻器過熱，可能的原因主要有：風道阻塞、環境溫度過高、散熱風扇損壞不轉及溫度檢測電路異常。現場處理時先判斷變頻器是否確實存在溫度過高情況，如果溫度過高可先按以上原因排除故障；若變頻器溫度正常情況下出現ER11報警，則故障原因為溫度檢測電路故障。康沃22kW以下機型采用的七單元逆變模塊，內部集成有溫度元件，如果模塊內此部分電路故障也會出現ER11報警，另一方面當溫度檢測運算電路異常時也會出現同樣故障現象。

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關鍵詞： RS485；PLC；變頻器；串行通信；計算機論文 

中圖分類號： TN773 文獻標識碼：A 

1 PowerFlex 400P變頻器中Modbus的應用 

1.1通信設置 

硬件連接好后，要激活變頻器與外部設備之間的Modbus通信，需要設置如下參數（見表1）。 

1.2 技術參數 

2 S7-300 PLC中Modbus的應用 

S7-300PLC本身不支持RS485通信，需要通過串行通訊模板CP341來實現。 

2.1 Step7組態設置 

進入硬件配置畫面，雙擊CP341模板，點擊Parameter…配置參數，在Protocol選型中選擇MODBUS Master，參照變頻器設置波特率、數據位、停止位、奇偶校驗等內容，設置好后需要通過Load Drivers裝載到PLC中。 

2.2 程序設計 

本文主要采用Modbus主站輪詢方式通過FB7/FB8功能塊進行讀取/發送數據。其中輪詢方式采用如圖3所示。在系統初始化完成后，手動啟動第一次輪詢作業，先輪詢1#從站。給1#從站發送查詢請求后，等待1#從站的響應，如果在指定的延時時間內接收到1#從站返回的數據，則執行2#從站。如果在指定時間內不能接收到從站的返回數據或接收錯誤，則跳過本站，執行下一個從站。 

篇8

一臺喂料油隔泵采用變頻控制，電機型號為JR127_10、115kW，Ue＝380V，Ie=231A,使用FRNll0P7-4EX變頻器。運行中發現有時雖然給定頻率高，但實際頻率調不上去、變頻器跳閘頻繁，故障指示為“OLl”，即變頻器過載。經檢查，變頻器的額定電流為210A，而油隔泵電機在高下料量時運行電流在220A左右波動，驅動轉矩達到極限設定，使頻率不能上調，運行電流大于變頻器額定電流，變頻器過流跳停。分析認為其原因是變頻器容量選擇偏小。

變頻器的選型應滿足以下條件：

(1)電壓等級與控制電機相符。

(2)額定電流為控制電機額定電流的1．1~1．5倍。

(3)根據被控設備的負載特性選擇變頻器的類型。

油隔泵為恒轉矩負載，最好選用驅動轉矩極限范圍寬的G7變頻器。選擇FRNl60G7_4EX，變頻器額定電壓為400V，額定輸出電流為304A，驅動轉矩極限為150％，改用FRNl60G7。4EX后，上述問題再也沒有發生。

2安裝環境

由于變頻器集成度高，整體結構緊湊，自身散熱量較大，因此對安裝環境的溫度、濕度和粉塵含量要求高。山西鋁廠的變頻器安裝于操作室內，因安裝車間屬于干法車間，變頻器運行環境差，操作室粉塵多，夏季室內溫度高，曾多次發生變頻器故障。在對操作室進行密封和加冷卻設施后，情況大為改善。后來因操作室集中空調冷凝水較多，距離柜子太近，發生了一起變頻器控制板元件損壞的故障。可見在安裝變頻器的同時，必須為變頻器提供一個好的運行環境。

3參數設定

變頻器的設定參數多，每個參數均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數設置不當，導致變頻器不能正常工作的現象。

(1)外加起停按鈕及電位器調頻無效。變頻器出廠時設定為通過鍵盤面板操作，外部控制無效，端子FWD_CM用短接片短接。選擇外部起停及調頻控制時，必須將該短接片去掉。出現上面問題，可能是FWD，CM短接片未取掉，操作方式和調頻方式參數選擇錯誤所致，應重點對該部分進行檢查。

(2)變頻器在電機空載時工作正常，但不能帶載起動。這種問題常常出現在恒轉矩負載。山西鋁廠一臺FRNl60P7。4EX變頻器在試車時電機空試正常、但一帶負荷即跳閘，提高了加減速時間后仍無法帶載。繼續檢查轉矩提升值，將轉矩提升值由“2”改為“7”后，提高了低頻時的電壓輸出。改善了低頻時的帶載特性，電機帶載正常。遇到上述問題時應重點檢查加、減速時間設定及轉矩提升設定值。

(3)變頻器投入運行、電機還未起動就過載跳停。山西鋁廠一臺7．5kW_6極電機采用變頻控制，變頻器在投入運行起動時、頻繁跳停。經查原設定時將偏置頻率設定為2H2、變頻器在接到運行指令但未給出調頻信號之前、受控電機將一直接收2H2的低頻運行指令而無法起動。經測定該電機的堵轉電流達到47A，約為電機額定電流3倍，變頻器過載保護動作屬正常。改偏置頻率為0Hz，電機起動正常。

(4)頻率已經達到較大值，但電機轉速仍不高。一臺新投用的變頻器頻率設置顯示已經很大，但電機轉速明顯較同頻率下其它電機低。檢查頻率增益設定值為150％。由頻率設定信號增益定義可知：設定增益為設定模擬頻率信號對輸出頻率的比率，假設設定頻率為30Hz，實際輸出頻率僅為20H2。將設定增益改為100％后，問題得到解決。(5)頻率上升到一定數值，繼續向上調節時，頻率保持在一定值不斷跳躍，轉速不能提高。變頻器工作時，將自動計算輸出轉矩，并將輸出轉矩限制在設定值內。如果驅動轉矩設定值偏小，將可能因輸出轉矩受到限制，使變頻器輸出頻率達不到給定頻率。遇到上面的問題，應檢查驅動轉矩設定值是否偏小，變頻器的容量是否偏小，再設法解決。

4故障診斷

變頻器擁有較強的故障診斷功能，對變頻器內部整流、逆變部分，CPU及通訊與電動機等故障進行保護。變頻器在保護跳閘后故障復位前，將一直顯示故障代碼。根據故障指示代碼確定故障原因，可縮小故障查找范圍，大大減少故障查找時間。

(1)一臺變頻器在清掃后啟動時，顯示“OH2”故障指示跳停，OH2指變頻器外部故障。出廠時連接外部故障信號的端子“THR”與“CM”之間用短接片短接，因這臺變頻器沒有加裝外保護，THR_CM仍應短接。經檢查，由于66THR”與“CM’之間的短接片松動，在清掃時掉下。恢復短接片后變頻器運行正常。

(2)變頻器一啟動就跳停，故障指示為“OCl”、OCl為加速時過電流，懷疑為電機故障，將變頻器與電機連接線斷開，檢查電機繞組匝間短路。更換電機后變頻器運行正常。

(3)夏季如果變頻器操作室的制冷、通風效果不良，環境溫度升高，則經常發生“OHl”、“OH3”過熱保護跳停。這時應檢查變頻器內部的風扇是否損壞，操作室溫度是否偏高，應采取措施進行強制冷卻，保證變頻器安全過夏。

(4)變頻器在頻率調到15Hz以上時，“LU”欠電壓保護動作。“LU”保護信號指整流電壓不足。我們從整流部分向變頻器電源輸入端檢查，發現電源輸入側缺相，由于電壓表從另外兩相取信號，電壓表指示正常，沒有及時發現變頻器輸入側電源缺相。輸入端缺相后，由于變頻器整流輸出電壓下降，在低頻區、因充電電容的作用還可調頻，但在頻率調至一定值后，整流電壓下降較快、造成變頻器“LU”跳閘。

5維護

變頻器運行過程中，可以從設備外部目視檢查運行狀況有無異常，專職點檢員可以通過鍵盤面板轉換鍵查閱變頻器的運行參數，如輸出電壓、輸出電流、輸出轉矩、電機轉速等，掌握變頻器日常運行值的范圍，以便及時發現變頻器及電機問題。此外，還要注意以下幾點：

(1)設專人定期對變頻器進行清掃、吹灰，保持變頻器內部的清潔及風道的暢通。

(2)保持變頻器周圍環境清潔、干燥。嚴禁在變頻器附近放置雜物．

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[關鍵詞]PLC變頻調速器多電機控制網絡通訊協議

一、引言

以變頻調速器為調速控制器的同步控制系統、比例控制系統和同速系統等已廣泛應用于冶金、機械、紡織、化工等行業。以比例控制系統為例，一般的系統構成如圖1所示。

工作時操作人員通過控制機（可為PLC或工業PC）設定比例運行參數，然后控制機通過D/A轉換模件發出控制變頻調速器的速度指令使各個變頻調速器帶動電機按一定的速度比例運轉。此方案對電機數目不多，電機分布比較集中的應用系統較合適。但對于大規模生產自動線，一方面電機數目較多，另一方面電機分布距離較遠。采用此控制方案時由于速度指令信號在長距離傳輸中的衰減和外界的干擾，使整個系統的工作穩定性和可靠性降低；同時大量D/A轉換模件使系統成本增加。為此我們提出了PLC與變頻調速器構成多分支通訊控制網絡。該系統成本較低、信號傳輸距離遠、抗干擾能力強，尤其適合遠距離，多電機控制。

二、系統硬件構成

系統硬件結構如圖2所示，主要由下列組件構成；

1、FX0N—24MR為PLC基本單元，執行系統及用戶軟件，是系統的核心。

2、FX0N—485ADP為FX0N系統PLC的通訊適配器，該模塊的主要作用是在計算機—PLC通訊系統中作為子站接受計算機發給PLC的信息或在多PLC構成n:n網絡時作為網絡適配器，一般只作為規定協議的收信單元使用。本文作者在分析其結構的基礎上，將其作為通訊主站使用，完成變頻調速器控制信號的發送。

3、FR—CU03為FR—A044系列比例調速器的計算機連接單元，符合RS—422/RS—485通訊規范，用于實現計算機與多臺變頻調速器的連網。通過該單元能夠在網絡上實現變頻調速器的運行控制（如啟動、停止、運行頻率設定）、參數設定和狀態監控等功能，是變頻器的網絡接口。

4、FR—A044變頻調查器，實現電機調速。

在1:n（本文中為1:3）多分支通訊網絡中，每個變頻器為一個子站，每個子站均有一個站號，事先由參數設定單元設定。工作過程中，PLC通過FX0N—485ADP發有關命令信息后，各個子站均收到該信息，然后每個子站判斷該信息的站號地址是否與本站站號一致。若一致則處理該信息并返回應答信息；若不一致則放棄該信息的處理，這樣就保證了在網絡上同時只有一個子站與主站交換信息。

三、軟件設計

1、通訊協議

FR—CU03規定計算機與變頻器的通訊過程如圖3所示，

該過程最多分5個階段。?、計算機發出通訊請求；?、變頻器處理等待；?、變頻器作出應答；?、計算機處理等待；?、計算機作出應答。根據不同的通訊要求完成相應的過程，如寫變頻器啟停控制命令時完成?~?三個過程；監視變頻器運行頻率時完成?~?五個過程。不論是寫數據還是讀數據，均有計算機發出請求，變頻器只是被動接受請求并作出應答。每個階段的數據格式均有差別。圖4分別為寫變頻器控制命令和變頻器運行頻率的數據格式。

2、PLC編程

要實現對變頻器的控制，必須對PLC進行編程，通過程序實現PLC與變頻器信息交換的控制。PLC程序應完成FX0N—485ADP通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉換及變頻器應答信息的處理等工作。PLC梯形圖程序（部分程序）如圖5所示。

程序中通訊發送緩沖區為D127~D149；接受緩沖區為D150~D160。電機1啟動、停止分別由X0的上升、下降沿控制；電機2啟動、停止分別由X1的上升、下降沿控制；電機3啟動、停止分別由X2的上升、下降沿控制。程序由系統起始脈沖M8002初始化FX0N—485ADP的通訊協議；然后進行啟動、停止信號的處理。以電機1啟動為例，X0的上升沿M50吸合，變頻器1的站號送入D130，運行命令字送入D135，ENQ、寫運行命令的控制字和等待時間等由編程器事先寫入D131、D132、D133；接著求校驗和并送入D136、D137；最后置M8122允許RS指令發送控制信息到。變頻器受到信號后立刻返回應答信息，此信息FX0N—485ADP收到后置M8132，PLC根據情況作出相應處理后結束程序。

四、結語

1、實際使用表明，該方案能夠實現PLC通過網絡對變頻調速器的運行控制、參數設定和運行狀態監控。

2、該系統最多可控制變頻調速器32臺，最大距離500m。

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The paper mainly researches the application of advanced PLC (Programmable Logic Controller), transducer, and absolute encoder in the grab bucket crane, which takes the place of the traditional mode of the electric control and aims to improve the work efficiency of grab bucket crane and decrease its failure rate. These applications will bring a lot of advantages, such as lower maintenance costs, lower workload of maintenance, and easily to be manipulated etc. It is also achieved to be semi-automatic operation to reduce the risk of man-made operation accident with the effects of reliable running and energy-saving.

The paper primarily focuses on the principle of automatic open / close grab of grab bucket crane and proposes the principle and physical significance of the moving coordinate method. It is practical that the applied absolute encoder automatically follows the lifting and landing of grab bucket and measures the length difference value of steel wire rope to achieve the function of its automatic opening or closing and stable grabbing. According to the usual failures during the practical application of grab bucket crane, the failure display is also developed to be applied to the crane.

The paper consists of four parts:

The first part (Chapter one: Introduction) mainly describes the working principle of grab bucket crane, focusing on the problems of crane controlled in the traditional method, and further exploring the feasibility for intelligent implementation of grab bucket crane.

The second part (Chapter 2, 3, 4) describes the configuration and functional principles of PLC, transducer and encoder. It also makes a theoretical analysis for the selection of PLC, transducer and encoder, which lays a theoretical foundation for the realization of the intelligent operation of grab bucket crane in the following chapter.

The third part (Chapter 5) researches the specific schemes for intelligent implementation of grab bucket crane, such as heavy trolley, light trolley, controller configuration, PLC, transducer, electric connection of absolute encoder, working principle etc. It explicitly explained the principle of automatic open/ close grabbing of crane and the implementation of stable grabbing. It also introduces the realization principle to substitute the limit position of ascending with the utility of encoder.

The fourth part (Chapter 6) mainly introduces soft structure of intelligent operation and PLC configuration of gab bucket crane. The software program of heavy trolley, light trolley, and switching & hoisting mechanism is also composed in the paper.

In the end, it is summarized for the whole research and makes an outlook for the future research.

Key words: crane, PLC, transducer, absolute encoder, automatic opening /closing grab failure display.

摘 要

本論文主要研究抓斗起重機運用先進的可編程控制技術、變頻器和絕對值編碼器，取代傳統的電氣控制方式，提高抓斗起重機的工作效率，減小抓斗起重機的故障率，降低維修費用，使維修工作量大大減少，操作變得簡單，可以實現半自動化操作，減少人為的操作事故，運行可靠，具有節能效果。

本論文著重研究抓斗起重機自動開閉斗的原理，提出游動坐標法的原理及物理意義，利用絕對值編碼器自動跟蹤檢測抓斗起升、開閉鋼絲繩的長度差值，實現自動開閉、沉抓的功能，具有實用價值。并根據抓斗起重機實際運用中經常出現的故障，開發出故障顯示功能。

本論文分成四個部分：

第一部分（第一章）緒論部分主要對抓斗起重機工作原理作了介紹，著重介紹了抓斗起重機傳統控制方式存在的問題，進而探討了實現抓斗起重機智能操作的研究可能性和研究意義。

第二部分（第二、三、四章）分別對可編程控制器（PLC），變頻器、絕對值編碼器的組成、功能各原理作了介紹，以及PLC、變頻器、編碼器的選型作了理論上的分析，為下文抓斗起重機智能化控制的實現打下了理論基礎。

第三部分(第五章)研究抓斗起重機智能控制的具體實現方案，大車、小車，起升開閉機構PLC、變頻器、絕對值編碼器的電氣連接、工作原理。特別詳細闡述了抓斗實現自動開閉斗的原理，以及抓斗自動沉抓功能的實現。還介紹了用編碼器取代上升極限位的實現原理。

第四部分（第六章）主要介紹抓斗起重機智能控制的軟件結構，PLC組態、還詳細寫出大車、小車、起升開閉機構的軟件程序。