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【摘 要】目前，我国变频调速技术的应用范围已发展到各个领域。我国变频调速技术应用经历了一个由单机应用试验到成套装置系统实用化、由辅助机械到生产主机应用、由局部应用到大面积推广、由低压中小容量到高压大容量应用、由节能为目的的应用到生产过程控制应用的发展过程。变频调速技术已成为我国企业能源、提高生产过程自动化、提高产品质量和改造传统产业的主要技术手段之一。变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术己经渗透到经济领域的所有部门，生产型企业作为国家的工业支柱，在变频调速技术的应用上有着广泛的前景。
【关键词】变频调速；自动化；过载
变频调速技术是建立在电力电子技术基础之上的。电力电子时代是从50年代末晶闸管的出现开始的，后来陆续推出了电力双极型晶体管、电力场效应晶体管、可关断晶闸管，双极型晶体管IGBT、和集成门极换流晶闸管。目前，采用沟道型栅极技术、非穿透技术等方法大幅度降低了集电极—发射极之间的饱和电压的第四代IGBT也已问世。第四代IGBT的应用使变频器的性能有了很大的提高。其一是IGBT开关器件发热减少；其二是高载波控制，使输出电流波形有明显改善；其三是开关频率提高，使之超过人耳的感受范围，即实现了电机运行的静音化；其四是驱动功率减少，体积趋于更小。
1.变频调速装置现状
国内交流变频调速技术产业状况表现如下：①变频器的控制策略的基础研究与国外差距不大；②变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模；③变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白；④相关配套产业及行业落后，产销量少，可靠性及工艺水平不高。
2.变频调速装置功能不断完善
随着变频器产品的不断成熟，众多品牌不断竞争，使得变频器的性能不断的得到提升，功能越来越丰富，可靠性也不断的提高。纵观各种变频器，给变频器设置了如下功能：
（1）基本功能：频率的设定和显示；设定加减速时间；正反转和停止控制功能。
（2）特殊功能：低速时转矩补偿功能，在低速时由于定子压降的比例增大，造成转矩的下降，可以通过适当的提升定子电压的方法来提升转矩。
（3）保护功能：保护变频器防止在非正常状态下工作，如过电流、过载保护和变频器内部模块的保护等等功能。
（4）多种运行方式功能：可以进行点动和连续运动控制。
（5）减振、降低冲击功能：通过跳跃频率的设定，可使通用变频器不能输出与负载机械设备共振的频率值，适当地对载波频率进行调节，可降低机械振动，避开机械振动。
3.变频器的构成
3.1变频器的硬件组成部分
变频器的基本构成主要由整流电路、直流中间电路、逆变电路及控制电路等部分组成。交流电源经整流、直流中间电路滤波后变成直流电源，控制电路有规律地控制逆变器的导通和截止，使之向异步电动机输出电压和频率可变的电源，驱动电机运行，整个系统是开环的。根据变频器的构成与功能分析，整个系统硬件的设计由主电路和控制电路两个部分组成。
3.2变频器的软件组成
变频器调速系统的控制软件设计是本设计的一个核心部分，因为变频器运行性能的好坏很大程度上取决于系统控制软件质量的高低。在控制方面，可以使用变频器上的人机控制单元来实现，也可以通过PC机进行通讯控制。另外在系统程序设计上，采用主程序调用子程序的方法，就是实现每个功能时，采用调用该功能的子程序来实现，比如SA4828初始化子程序、显示部分的频率显示、正反转显示子程序和键盘按键功能子程序等等，这样能避免许多重复的编程。
整个控制软件主要分为四个部分：主程序，键盘显示程序，控制运行程序及中断保护程序。
4.变频调速装置改造分析
实施变频改造是一个系统工程，项目成功与否与改造前的方案论证和参与人员的技术水平有关，也与改造后的管理有关。因此，变频改造应当对以下问题进行重点分析：
（1）变频改造后系统的振动、润滑、谐波影响、电动机冷却、轴电流影响、变频器自身冷却系统、电气与热工控制以及相关连锁保护、变频设备管理与维护和改造项目的空间布置等。
（2）技术与管理并重，确保变频装置长期安全地运行。由于变频装置的运行涉及热控、电气一次、继电保护等专业以及电厂设备部、检修部、发电部等多个部门，因此应重视相关人员培训和管理制度的建立，变频装置必须从系统设计、选型、交接验收、运行规程的修改、运行操作、日常维护、随机组检修进行的检查和试验等多方面进行有效的管理。
（3）变频器保护定值的设定要合理。由于变频器具有软启动功能，为此建议变频器厂家配置的电动机保护为：一是当电动机电流达到额定电流的1.2倍时延时120秒后将变频器停止运行；二是当电流达到额定电流的1.5倍时延时44秒（3倍安全系数）后将变频器停止运行；三是当电流达到额定电流的2～3倍时无延时将变频器停止运行。这样即能对电动机起保护作用，同时又不过保护，能够确保机组运行中的安全。
5.变频装置常见故障处理
5.1过流（OC）
过流是变频器报警最为频繁的现象。常见现象：
（1）重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有：负载短路，机械部位有卡住；逆变模块损坏；电动机的转矩过小等现象引起。
（2）上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有：模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。
（3）重新启动时并不立即跳闸而是在加速时，主要原因有：加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿（V/F）设定较高。
5.2过压（OU）
过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。
例如：一台台安N2系列3.7kW变频器在停机时跳“OU”。分析与维修：在修这台机器之前，首先要搞清楚“OU”报警的原因何在，这是因为变频器在减速时，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致，所以我们应该着重检查制动回路，测量放电电阻没有问题，在测量制动管（ET191）时发现已击穿，更换后上电运行，且快速停车都没有问题。 5.3欠压（Uu）
欠压也是我们在使用中经常碰到的问题。主要是因为主回路电压太低（220V系列低于200V，380V系列低于400V），主要原因：整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。
例如一台变频器在使用过程中发现，设备上电显示正常，但是加负载后跳“DC LINK UNDERVOLT”（直流回路电压低）。分析与维修：这台变频器从现象上看比较特别，但是你如果仔细分析一下问题也就不是那么复杂，该变频器同样也是通过充电回路，接触器来完成充电过程的，上电时没有发现任何异常现象，估计是加负载时直流回路的电压下降所引起，而直流回路的电压又是通过整流桥全波整流，然后由电容平波后提供的，所以应着重检查整流桥，经测量发现该整流桥有一路桥臂开路，更换新品后问题解决。
5.4过热（OH）
过热也是一种比较常见的故障，主要原因：周围温度过高，风机堵转，温度传感器性能不良，马达过热。
例如一台ABB ACS500 22kW变频器客户反映在运行半小时左右跳“OH”。分析与维修：因为是在运行一段时间后才有故障，所以温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高，通电后发现风机转动缓慢，防护罩里面堵满了很多赃物，经打扫后开机风机运行良好，运行数小时后没有再跳此故障。
5.5输出不平衡
输出不平衡一般表现为马达抖动，转速不稳，主要原因：模块坏，驱动电路坏，电抗器坏等。
例如一台变频器，输出电压相差100V左右。分析与维修：打开机器初步在线检查逆变模块（6MBI50N-120）没发现问题，测量6路驱动电路也没发现故障，将其模块拆下测量发现有一路上桥大功率晶体管不能正常导通和关闭，该模块已经损坏，经确认驱动电路无故障后更换新品后一切正常。
5.6过载
过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一，平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载，一般来讲马达由于过载能力较强，只要变频器参数表的电机参数设置得当，一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压。
5.7开关电源损坏
这是众多变频器最常见的故障，通常是由于开关电源的负载发生短路造成的，例如部分变频器采用了新型脉宽集成控制器UC2844来调整开关电源的输出，同时UC2844还带有电流检测，电压反馈等功能，当发生无显示，控制端子无电压，DC12V，24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。
5.8 SC故障
SC故障一般是IGBT模块损坏，这是引起SC故障报警的原因之一。此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。部分变频器厂家在驱动电路的设计上，上桥使用了驱动光耦PC923，这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦，下桥驱动电路则是采用了光耦PC929，这是一款内部带有放大电路，及检测电路的光耦。此外电机抖动，三相电流，电压不平衡，有频率显示却无电压输出，这些现象都有可能是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模块的损坏如负载发生短路，堵转等。其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，或驱动电压波动太大而导致IGBT损坏，从而导致SC故障报警。
5.9 GF—接地故障
接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。
5.10限流运行
在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。对于一般的变频器在限流报警出现时不能正常平滑的工作，电压（频率）首先要降下来，直到电流下降到允许的范围，一旦电流低于允许值，电压（频率）会再次上升，从而导致系统的不稳定。一般进口的变频器采用内部斜率控制，在不超过预定限流值的情况下寻找工作点，并控制电机平稳地运行在工作点，并将警告信号反馈客户，依据警告信息我们再去检查负载和电机是否有问题。
6.总结
变频调速技术作为高新技术、基础技术、和节能技术，已经渗透到我国经济领域的所有技术部门中，在实际应用中正处于推广放大阶段。变频调速装置是生产企业技术改造的理想产品，我国工业技术发展目前还不平衡，生产效率相对较低，变频技术可以起到节约能源、保护环境的目的，具有很高的推广价值。
【关键词】变频调速；自动化；过载
变频调速技术是建立在电力电子技术基础之上的。电力电子时代是从50年代末晶闸管的出现开始的，后来陆续推出了电力双极型晶体管、电力场效应晶体管、可关断晶闸管，双极型晶体管IGBT、和集成门极换流晶闸管。目前，采用沟道型栅极技术、非穿透技术等方法大幅度降低了集电极—发射极之间的饱和电压的第四代IGBT也已问世。第四代IGBT的应用使变频器的性能有了很大的提高。其一是IGBT开关器件发热减少；其二是高载波控制，使输出电流波形有明显改善；其三是开关频率提高，使之超过人耳的感受范围，即实现了电机运行的静音化；其四是驱动功率减少，体积趋于更小。
1.变频调速装置现状
国内交流变频调速技术产业状况表现如下：①变频器的控制策略的基础研究与国外差距不大；②变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模；③变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白；④相关配套产业及行业落后，产销量少，可靠性及工艺水平不高。
2.变频调速装置功能不断完善
随着变频器产品的不断成熟，众多品牌不断竞争，使得变频器的性能不断的得到提升，功能越来越丰富，可靠性也不断的提高。纵观各种变频器，给变频器设置了如下功能：
（1）基本功能：频率的设定和显示；设定加减速时间；正反转和停止控制功能。
（2）特殊功能：低速时转矩补偿功能，在低速时由于定子压降的比例增大，造成转矩的下降，可以通过适当的提升定子电压的方法来提升转矩。
（3）保护功能：保护变频器防止在非正常状态下工作，如过电流、过载保护和变频器内部模块的保护等等功能。
（4）多种运行方式功能：可以进行点动和连续运动控制。
（5）减振、降低冲击功能：通过跳跃频率的设定，可使通用变频器不能输出与负载机械设备共振的频率值，适当地对载波频率进行调节，可降低机械振动，避开机械振动。
3.变频器的构成
3.1变频器的硬件组成部分
变频器的基本构成主要由整流电路、直流中间电路、逆变电路及控制电路等部分组成。交流电源经整流、直流中间电路滤波后变成直流电源，控制电路有规律地控制逆变器的导通和截止，使之向异步电动机输出电压和频率可变的电源，驱动电机运行，整个系统是开环的。根据变频器的构成与功能分析，整个系统硬件的设计由主电路和控制电路两个部分组成。
3.2变频器的软件组成
变频器调速系统的控制软件设计是本设计的一个核心部分，因为变频器运行性能的好坏很大程度上取决于系统控制软件质量的高低。在控制方面，可以使用变频器上的人机控制单元来实现，也可以通过PC机进行通讯控制。另外在系统程序设计上，采用主程序调用子程序的方法，就是实现每个功能时，采用调用该功能的子程序来实现，比如SA4828初始化子程序、显示部分的频率显示、正反转显示子程序和键盘按键功能子程序等等，这样能避免许多重复的编程。
整个控制软件主要分为四个部分：主程序，键盘显示程序，控制运行程序及中断保护程序。
4.变频调速装置改造分析
实施变频改造是一个系统工程，项目成功与否与改造前的方案论证和参与人员的技术水平有关，也与改造后的管理有关。因此，变频改造应当对以下问题进行重点分析：
（1）变频改造后系统的振动、润滑、谐波影响、电动机冷却、轴电流影响、变频器自身冷却系统、电气与热工控制以及相关连锁保护、变频设备管理与维护和改造项目的空间布置等。
（2）技术与管理并重，确保变频装置长期安全地运行。由于变频装置的运行涉及热控、电气一次、继电保护等专业以及电厂设备部、检修部、发电部等多个部门，因此应重视相关人员培训和管理制度的建立，变频装置必须从系统设计、选型、交接验收、运行规程的修改、运行操作、日常维护、随机组检修进行的检查和试验等多方面进行有效的管理。
（3）变频器保护定值的设定要合理。由于变频器具有软启动功能，为此建议变频器厂家配置的电动机保护为：一是当电动机电流达到额定电流的1.2倍时延时120秒后将变频器停止运行；二是当电流达到额定电流的1.5倍时延时44秒（3倍安全系数）后将变频器停止运行；三是当电流达到额定电流的2～3倍时无延时将变频器停止运行。这样即能对电动机起保护作用，同时又不过保护，能够确保机组运行中的安全。
5.变频装置常见故障处理
5.1过流（OC）
过流是变频器报警最为频繁的现象。常见现象：
（1）重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有：负载短路，机械部位有卡住；逆变模块损坏；电动机的转矩过小等现象引起。
（2）上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有：模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。
（3）重新启动时并不立即跳闸而是在加速时，主要原因有：加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿（V/F）设定较高。
5.2过压（OU）
过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。
例如：一台台安N2系列3.7kW变频器在停机时跳“OU”。分析与维修：在修这台机器之前，首先要搞清楚“OU”报警的原因何在，这是因为变频器在减速时，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致，所以我们应该着重检查制动回路，测量放电电阻没有问题，在测量制动管（ET191）时发现已击穿，更换后上电运行，且快速停车都没有问题。 5.3欠压（Uu）
欠压也是我们在使用中经常碰到的问题。主要是因为主回路电压太低（220V系列低于200V，380V系列低于400V），主要原因：整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。
例如一台变频器在使用过程中发现，设备上电显示正常，但是加负载后跳“DC LINK UNDERVOLT”（直流回路电压低）。分析与维修：这台变频器从现象上看比较特别，但是你如果仔细分析一下问题也就不是那么复杂，该变频器同样也是通过充电回路，接触器来完成充电过程的，上电时没有发现任何异常现象，估计是加负载时直流回路的电压下降所引起，而直流回路的电压又是通过整流桥全波整流，然后由电容平波后提供的，所以应着重检查整流桥，经测量发现该整流桥有一路桥臂开路，更换新品后问题解决。
5.4过热（OH）
过热也是一种比较常见的故障，主要原因：周围温度过高，风机堵转，温度传感器性能不良，马达过热。
例如一台ABB ACS500 22kW变频器客户反映在运行半小时左右跳“OH”。分析与维修：因为是在运行一段时间后才有故障，所以温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高，通电后发现风机转动缓慢，防护罩里面堵满了很多赃物，经打扫后开机风机运行良好，运行数小时后没有再跳此故障。
5.5输出不平衡
输出不平衡一般表现为马达抖动，转速不稳，主要原因：模块坏，驱动电路坏，电抗器坏等。
例如一台变频器，输出电压相差100V左右。分析与维修：打开机器初步在线检查逆变模块（6MBI50N-120）没发现问题，测量6路驱动电路也没发现故障，将其模块拆下测量发现有一路上桥大功率晶体管不能正常导通和关闭，该模块已经损坏，经确认驱动电路无故障后更换新品后一切正常。
5.6过载
过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一，平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载，一般来讲马达由于过载能力较强，只要变频器参数表的电机参数设置得当，一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压。
5.7开关电源损坏
这是众多变频器最常见的故障，通常是由于开关电源的负载发生短路造成的，例如部分变频器采用了新型脉宽集成控制器UC2844来调整开关电源的输出，同时UC2844还带有电流检测，电压反馈等功能，当发生无显示，控制端子无电压，DC12V，24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。
5.8 SC故障
SC故障一般是IGBT模块损坏，这是引起SC故障报警的原因之一。此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。部分变频器厂家在驱动电路的设计上，上桥使用了驱动光耦PC923，这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦，下桥驱动电路则是采用了光耦PC929，这是一款内部带有放大电路，及检测电路的光耦。此外电机抖动，三相电流，电压不平衡，有频率显示却无电压输出，这些现象都有可能是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模块的损坏如负载发生短路，堵转等。其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，或驱动电压波动太大而导致IGBT损坏，从而导致SC故障报警。
5.9 GF—接地故障
接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。
5.10限流运行
在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。对于一般的变频器在限流报警出现时不能正常平滑的工作，电压（频率）首先要降下来，直到电流下降到允许的范围，一旦电流低于允许值，电压（频率）会再次上升，从而导致系统的不稳定。一般进口的变频器采用内部斜率控制，在不超过预定限流值的情况下寻找工作点，并控制电机平稳地运行在工作点，并将警告信号反馈客户，依据警告信息我们再去检查负载和电机是否有问题。
6.总结
变频调速技术作为高新技术、基础技术、和节能技术，已经渗透到我国经济领域的所有技术部门中，在实际应用中正处于推广放大阶段。变频调速装置是生产企业技术改造的理想产品，我国工业技术发展目前还不平衡，生产效率相对较低，变频技术可以起到节约能源、保护环境的目的，具有很高的推广价值。