7．变频器的安装与调试7.1 变频器概述7.1.1 变频技术变频技术，简单地说就是把直流电逆变成不同频率的交流电，或是把交流电变成直流电再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电再把交流电变成直流电。

总之这一切都是电能不发生变化，而只有频率的变化。

变频技术的类型主要有以下几种：（1）交—直变频技术（即整流技术），它是通过二极管整流、二极管续流或晶闸管、功率晶体管可控整流实现交一直(0Hz)功率转换。

这种转换多属于工频整流。

（2）直—直变频技术（即斩波技术），它是通过改变电力电子器件的通断时间，即改变脉冲的频率（定宽变频），或改变脉冲的宽度（定频调宽），从而达到调节直流平均电压的目的。

（3）直—交变频技术，电子学中称振荡技术，电力电子学中称逆变技术。

振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电甚至电磁波。

逆变器则利用功率开关将直流电变成不同频率的交流电。

如果输出的交流电频率、相位、幅值与输入的交流电相同，称为有源变频技术；否则称为无源变频技术。

（4）交—交变频技术（即移相技术）。

它通过控制电力电子器件的导通与关断时间，实现交流无触点开关、调压、调光、调速等目的。

变频技术随着微电子学、电力电子技术、电子计算机技术、自动控制理论等的不断发展而发展，现已进入了一个崭新的时代，其应用也越来越普及。

从起初的整流、交直流可调电源等已发展至高压直流输电、不同频率电网系统的连接、静止无功功率补偿和谐波吸收、超导电抗器的电力储存等。

在运输业、石油行业、家用电器、军事等领域得到了广泛的应用。

如超导磁悬浮列车、高速铁路、电动汽车、机器人；采油的调速、超声波驱油；变频空调、变频洗衣机、变频微波炉、变频电冰箱；军事通信、导航、雷达、宇宙设备的小型化电源等。

7.1.2 变频技术的发展纵观变频技术的发展，其中主要是以电力电子器件的发展为基础的。

第一代以晶闸管为代表的电力电子器件出现于20世纪50年代。

1956年贝尔实验室发明了晶闸管，1958年通用电气公司推出商品化产品。

它主要是电流控制型开关器件。

小电流控制大功率的变换，但其开关频率低，只能导通而不能自关断。

第二代电力电子器件以电力晶体管（GTR）和门极关断（GTO）晶闸管为代表。

在20世纪60年代发展起来。

它是一种电流型自关断的电力电子器件，可方便地实现变频、逆变和斩波，其开关频率只有1~5kHz。

第三代电力电子器件以双极性绝缘栅晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管（MOSFET）为代表，在20世纪70年代开始应用。

它是一种电压（场控）型自关断的电力电子器件，具有在任意时刻用基极（栅极、门极）信号控制导通和关断的功能。

其开关频率达到了20kHz 甚至200kHz以上，为电气设备的高频化、高效化、小型化创造了条件。

第四代电力电子器件，有出现于20世纪80年代末的智能化功率集成电路（PIC）和20世纪90年代的智能功率模块（IPM）、集成门极换流晶闸管（IGCT）。

它们实现了开关频率的高速化、低导通电压的高性能化及功率集成电路的大规模化，包括了逻辑控制、功率、保护、传感及测量等电路功能。

总之，变频技术的发展趋势是朝着高度集成化、采用表面安装技术、转矩控制高性能化、保护功能健全、操作简便化、驱动低噪声化、高可靠性、低成本和小型化的方向发展。

7.1.3 变频器变频器是应用变频技术制造的一种静止的频率变换器，它是利用半导体器件的通断作用将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电（三相或单向）变换成频率连续可调的交流电的电能控制装置，其作用如图7-1所示。

作为电动机的电源装置，使用也较为普遍。

变频器按应用类型可分为两大类：一类是用于传动调速，另一类是用于多种静止电源。

使用变频器可以节能、提高产品质量和劳动生产率。

7.1.4 变频器的分类变频器的种类很多，分类方法也有多种。

1．按变换环节分图7-1 变频应用示意图1）交—交变频器。

把频率固定的交流电直接变换成频率和电压连续可调的交流电。

主要优点是没有中间环节，变换效率高。

但连续可调的频率范围窄，通常为额定频率的1／2以下，主要适用于电力牵引等容量较大的低速拖动系统中。

2）交—直—交变频器。

先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的交流电。

由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制。

因此在频率的调节范围以及改善变频后电动机的特性等方面，都有明显优势，是目前广泛采用的变频方式。

2．按直流环节的储能方式分1）电流型变频器。

直流环节的储能元件是电感线圈L。

2）电压型变频器。

直流环节的储能元件是电容器C。

3．按工作原理分1）U／f控制变频器：U／f控制的基本特点是对变频器输出的电压和频率同时进行控制，通过使U／f（电压和频率的比）的值保持一定而得到所需的转矩特性。

采用U／f控制的变频器控制电路结构简单，成本低，多用于对精度要求不高的通用变频器。

2）转差频率控制变频器。

转差频率控制方式是对U／f控制的一种改进，这种控制需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定。

由于通过控制转差频率来控制转矩和电流，与U／f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。

3）矢量控制变频器。

矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，它的基本思路是：将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流），并分别加以控制。

由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即定子电流的矢量。

因此这种控制方式被称作矢量控制方式。

4．按用途分1）通用变频器。

所谓通用变频器，是指能与普通的笼型异步电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载，并具有多种可选择功能的变频器。

2）高性能专用变频器。

高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求较高的系统，与通用变频器相比，高性能专用变频器大多数采用矢量控制方式，驱动对象通常是变频器厂商指定的专用电动机。

3）高频变频器。

在超精密加工和高性能机械中，常常要用到高速电动机，为了满足这些高速电动机的驱动要求，出现我了采用PAM（脉冲幅值调制）控制方式的高频变频器，其输出频率可达到3kHz。

7.1.5 变频器的选择目前，国内外已有众多生产厂家定型生产多个系列的变顿器，使用时应根据实际需要选择满足使用要求的变频器。

1）对于风机和泵类负载，由于低速时转矩较小，对过载能力和转速精度要求较低，故选用价廉的变频器。

2）对于希望具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能方面要求不同的负载，可选用无矢量控制型变频器。

3）对于低速时要求有较硬的机械特性，并要求有一定的调速精度，但在动态性能方面无较高要求的负载，可选用不带速度反馈的矢量控制型变频器。

4）对于某些对调速精度和动态性能方面都有较高要求，以及要求高精度同步运行的负载，可选用带速度矢量控制型变频器。

7.2 Siemens Micro Master 420变频器的安装和调试7.2.1 Siemens Micro Master 420 系列变频器简介MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。

本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率11KW 可供用户选用。

本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。

因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。

其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。

全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。

有多种可选件供用户选用：用于与 PC 通讯的通讯模块，基本操作面板（BOP），高级操作面板（AOP），用于进行现场总线通讯的PROFIBUS 通讯模块。

7.2.2 MM420的安装1．机械安装MM420可以根据电气柜的需要有多中安装方式，主要的有下面三种。

（1）用螺钉固定，如图7-2 所示（2）用35mm导轨安装，如图7-3所示（3）理想的安装情况，如图7-4 所示2．电气安装在进行电气安装前一定要保证变频器必须可靠的接地。

在连接变频器或改变变频器接线之前，必须断开电源，而且要保证电源电压的匹配。

常见的接法如图7-5所示。

7.2.3 MM420的接线变频器在接线前必须保证良好接地，而且接线的的过程中须注意：即使变频器不处于运行状态其电源输入线直流回路端子和电动机端子上仍然可能带有危险电压因此断开开关以后还必须等待5分钟保证变频器放电完毕再开始安装工作。

别外要注意变频器的控制电缆电源电缆和与电动机的连接电缆的走线必须相互隔离不要把它们放在同一个电缆线槽中/电缆架上，从而保证信号不受干扰。

1．变频器的强电接线端子如图7-6所示，电源的输入端子为L1，L2，L3，输出到电动机的端子为U ，V ，W 。

用螺丝刀将电线压紧即可。

图7-2 螺钉固定安装 图7-3 DIN 导轨安装 图7-4 理想的安装情况图7-5 MM420的电气安装图2．电动机的接线电动机的接线可以参照电动机相应的铭牌，按三角形或星形连接。

如图7-7所示。

3．控制信号的接线MM420的控制信号的接线端子在动力接线端子的上方，共有15个接线端子，其中端子1输出10V 的直流电压，端子2为其0V 信号电压。

3，4端子为0-10V 模拟信号的输入，用于变频器的速度调节，其一般接在50K Ω的电阻上，如图7-8所示。

端子5为正转信号的输入，端子6为反转信号的输入，端子7为报警复位信号。

端子8输出24V 直流电压，端子9为其对应的0V 输出。

端子10和11为一内部继电器的常开输出端子，可能通过参数的设置控制其内部触点的闭合或断开。

端子12和13为4～20mA 电源环的输入端子，可以通过其进行远程监控使用。

端子14和15为RS485接口，可以用于Profibus 现场总线的连接。

图7-6 MM420强电接线图 图7-7 电动机的接线图图7-8 MM420控制端子分布图端子5，6，7，8，9 端子10，117.2.4 MM420的内部原理图MM420的内部原理如图7-9所示。

图7-9 MM420的内部原理图7.2.5 Siemens MM420的操作面板MM420 变频器在标准供货方式时装有状态显示板（SDP）（参看图7-10），对于很多用户来说，利用SDP 和制造厂的缺省设置值，就可以使变频器成功地投入运行。

如果工厂的缺省设置值不适合您的设备情况，您可以利用基本操作板（BOP）（参看图7-10）或高级操作板（AOP）（参看图7-10）修改参数，使之匹配起来。

图7-10 MM420的操作面板下边我们以BOP面板为例来介绍一下其各个按钮的作用，如表7-1所示。