变频器的主要电路及外接器件的选择

　　1 变频器的主电路

　　问题1 一般情况下，变频器的内部主电路是怎样构成的？

　　1）基本结构低压中、小容量的变频器都采用“交原直原交”变换方式，其基本电路由整流和逆变两大部分组成，如图1 所示。

　　问题2 在电路中和滤波电容器并联的电阻起什么作用？

　　迄今为止，电解电容器的耐压只能做到500 V。而三相380 V的电源电压经全波整流后，直流电压的峰值为537 V，平均值也有513 V。因此，滤波电容器只能由两个（或两组）电解电容器串联而成。为了增大电容量，改善滤波效果，变频器内总是先将若干个电解电容器并联成一组，然后再将两组电容器（CF1 和CF2）串联起来，电路如图2所示。

　　由于每个电容器的电容量不可能绝对相同，尤其是电解电容器，其电容量的离散性较大，若干个并联以后，两组电容器的电容量之间的差异是比较明显的。串联以后，两个电容器组上的电压分配将是不均衡的。这将导致两组电容器使用寿命的不一致。

　　解决电压不均衡的方法，便是在两个电容器组的两端分别并联电阻值相等的均压电阻RC1 和RC2，如图2所示。其原理如下。

　　由于电阻的阻值容易做得比较准确，从而保证了均压的效果。

　　问题3 在整流桥和电容器之间为什么要接电阻和开关器件的并联电路？

　　就整流和滤波的基本过程而言，低压和高压是相同的。

　　问题的关键是，合上电源前，电容器上是没有电荷的，电压为0 V，而电容器两端的电压又是不能突变的。就是说，在合闸瞬间，整流桥两端（P、N之间）相当于短路。因此，在合上电源时，就出现了两个问题：

　　第一个问题是，有很大的冲击电流，如图3中的曲线淤，这有可能损坏整流管。

　　第二个问题是，进线处的电压在瞬间会下降到0 V，如图3中的曲线于所示。

　　这两个特点，在高、低压整流电路中完全一样。但低压整流电路是要通过变压器来降压的。变压器的绕组是一个大电感，它犹如一个屏障，能对合闸时的冲击电流起到限制作用，如图3 中的曲线淤。而在变频器的整流电路中，就没有这样的屏障，故冲击电流就要严重得多，如图3 中的曲线榆所示。

　　至于进线侧的电压波形，在低压整流电路中，变压器的二次侧电压，一定会瞬间降到0 V，如图3（a）中的曲线于。但反映到变压器的一次侧，这样的瞬间降压就被缓冲了，如图3（a）中的曲线盂，所以对同一网络中的其他设备不构成干扰。而变频器整流电路中没有变压器的缓冲，它的进线电压就是电网电压。所以，在合闸瞬间，电网电压要降到0 V，如图猿（b）中的曲线虞，这将影响同一网络中其他设备的正常工作，通常称之为干扰。

　　所以，在整流桥和滤波电容之间，就需要接入一个限流电阻RL。一方面减小了通电时的冲击电流，如图猿（c）中的曲线愚。另一方面，瞬间的电压降，也都降到限流电阻上了，二次侧的电压波形也解决了。等到电容器上的电压上升到一定程度时，再把限流电阻短路掉，这就是限流电阻并联开关器件的原因。

　　问题4 直流回路的电源指示为什么不装在面板上？

　　表示变频器已经通电的电源指示由显示屏进行显示。

　　直流回路的电源指示如图4所示，其作用并不在于显示变频器是否通电，而是指示滤波电容器上是否有电。

　　当变频器切断电源后，由于逆变桥已经停止工作，滤波电容器的放电过程将十分缓慢。因此，当维修人员打开变频器的盖子后，滤波电容器上往往还有较高的直流电压，有可能对维修人员的人身安全构成威胁。

　　所以，直流回路电源指示的作用是向维修人员警示：滤波电容器尚未放电完毕，不能触摸带电部分。

　　问题5 每个逆变管旁边，为什么都要反并联二极管？

　　在逆变桥中的每个逆变管旁边，都要反并联一个二极管，如图1中之VD7耀VD12 所示。它的主要作用是为定子绕组的电感反馈能量提供回路。

　　异步电动机的定子等效电路是一个电阻电感电路，如图5 所示，其电流的变化（曲线于）将滞后于电压的变化（曲线淤）。

　　在0耀t1 段：电流蚤与电压u 的方向相反，是绕组的自感电动势（即反电动势）克服电源电压在作功（磁场作功）。这时的电流将通过反并联二极管流向直流回路，给滤波电容器充电；

　　在t1耀t2 段：电流蚤与电压u 的方向相同，是电源电压克服绕组的自感电动势在作功（电源作功）。这时的电流是滤波电容器通过逆变管流向电动机而进行的放电。

　　如果没有反并联二极管，则因为逆变管只能单方向导通，绕组的磁场无法与电源交换能量，电动机的电流波形将发生畸变。

　　问题6 变频器的主电路有哪些接线端子？

1 变频器的主电路

　　问题1 一般情况下，变频器的内部主电路是怎样构成的？

　　1）基本结构低压中、小容量的变频器都采用“交原直原交”变换方式，其基本电路由整流和逆变两大部分组成，如图1 所示。

　　问题2 在电路中和滤波电容器并联的电阻起什么作用？

　　迄今为止，电解电容器的耐压只能做到500 V。而三相380 V的电源电压经全波整流后，直流电压的峰值为537 V，平均值也有513 V。因此，滤波电容器只能由两个（或两组）电解电容器串联而成。为了增大电容量，改善滤波效果，变频器内总是先将若干个电解电容器并联成一组，然后再将两组电容器（CF1 和CF2）串联起来，电路如图2所示。

　　由于每个电容器的电容量不可能绝对相同，尤其是电解电容器，其电容量的离散性较大，若干个并联以后，两组电容器的电容量之间的差异是比较明显的。串联以后，两个电容器组上的电压分配将是不均衡的。这将导致两组电容器使用寿命的不一致。

　　解决电压不均衡的方法，便是在两个电容器组的两端分别并联电阻值相等的均压电阻RC1 和RC2，如图2所示。其原理如下。

　　由于电阻的阻值容易做得比较准确，从而保证了均压的效果。

　　问题3 在整流桥和电容器之间为什么要接电阻和开关器件的并联电路？

　　就整流和滤波的基本过程而言，低压和高压是相同的。

　　问题的关键是，合上电源前，电容器上是没有电荷的，电压为0 V，而电容器两端的电压又是不能突变的。就是说，在合闸瞬间，整流桥两端（P、N之间）相当于短路。因此，在合上电源时，就出现了两个问题：

　　第一个问题是，有很大的冲击电流，如图3中的曲线淤，这有可能损坏整流管。

　　第二个问题是，进线处的电压在瞬间会下降到0 V，如图3中的曲线于所示。

　　这两个特点，在高、低压整流电路中完全一样。但低压整流电路是要通过变压器来降压的。变压器的绕组是一个大电感，它犹如一个屏障，能对合闸时的冲击电流起到限制作用，如图3 中的曲线淤。而在变频器的整流电路中，就没有这样的屏障，故冲击电流就要严重得多，如图3 中的曲线榆所示。

　　至于进线侧的电压波形，在低压整流电路中，变压器的二次侧电压，一定会瞬间降到0 V，如图3（a）中的曲线于。但反映到变压器的一次侧，这样的瞬间降压就被缓冲了，如图3（a）中的曲线盂，所以对同一网络中的其他设备不构成干扰。而变频器整流电路中没有变压器的缓冲，它的进线电压就是电网电压。所以，在合闸瞬间，电网电压要降到0 V，如图猿（b）中的曲线虞，这将影响同一网络中其他设备的正常工作，通常称之为干扰。

　　所以，在整流桥和滤波电容之间，就需要接入一个限流电阻RL。一方面减小了通电时的冲击电流，如图猿（c）中的曲线愚。另一方面，瞬间的电压降，也都降到限流电阻上了，二次侧的电压波形也解决了。等到电容器上的电压上升到一定程度时，再把限流电阻短路掉，这就是限流电阻并联开关器件的原因。

　　问题4 直流回路的电源指示为什么不装在面板上？

　　表示变频器已经通电的电源指示由显示屏进行显示。

　　直流回路的电源指示如图4所示，其作用并不在于显示变频器是否通电，而是指示滤波电容器上是否有电。

　　当变频器切断电源后，由于逆变桥已经停止工作，滤波电容器的放电过程将十分缓慢。因此，当维修人员打开变频器的盖子后，滤波电容器上往往还有较高的直流电压，有可能对维修人员的人身安全构成威胁。

　　所以，直流回路电源指示的作用是向维修人员警示：滤波电容器尚未放电完毕，不能触摸带电部分。

　　问题5 每个逆变管旁边，为什么都要反并联二极管？

　　在逆变桥中的每个逆变管旁边，都要反并联一个二极管，如图1中之VD7耀VD12 所示。它的主要作用是为定子绕组的电感反馈能量提供回路。

　　异步电动机的定子等效电路是一个电阻电感电路，如图5 所示，其电流的变化（曲线于）将滞后于电压的变化（曲线淤）。

　　在0耀t1 段：电流蚤与电压u 的方向相反，是绕组的自感电动势（即反电动势）克服电源电压在作功（磁场作功）。这时的电流将通过反并联二极管流向直流回路，给滤波电容器充电；

　　在t1耀t2 段：电流蚤与电压u 的方向相同，是电源电压克服绕组的自感电动势在作功（电源作功）。这时的电流是滤波电容器通过逆变管流向电动机而进行的放电。

　　如果没有反并联二极管，则因为逆变管只能单方向导通，绕组的磁场无法与电源交换能量，电动机的电流波形将发生畸变。

　　问题6 变频器的主电路有哪些接线端子？

　　主电路接线端子的排列大致如图6所示。

　　说明如下：

　　1）R、S、T 变频器的输入端子，接至电源；

　　2）U、V、W 变频器的输出端子，接至电动机；

　　3）P、N 滤波后直流电路的垣、原端子；

　　4）P1 整流桥输出的垣端，出厂时P1 端与P端之间用一铜片短接，在需要接入直流电抗器DL时，拆去铜片，将DL接在P1 和P之间；

　　5）PE 接地端。

　　图6（b）所示的是接入直流电抗器和制动单元、制动电阻的情形。

2 变频器的外接主电路与器件选择问题7 怎样选择空气断路器的容量？

　　1）必须考虑的因素因为空气断路器具有过电流保护功能，为了避免变频器接通电源时引起空气断路器的误动作，在进行选择时，必须考虑以下因素（如图7 所示）：

　　（1）变频器在刚接通电源的瞬间，对电容器的充电电流可高达额定电流的（2耀3）倍（在有限流电阻的情况下）；

　　（2）变频器的进线电流是脉冲电流，高次谐波成分极多，当基波电流达到额定值时，实际电流的有效值要比额定电流大；

　　（3）变频器本身具有一定的过载能力，通常为150豫，1 min。

　　2）选择方法为了避免误动作，空气断路器应选

　　问题8 变频器前面一定要加接触器吗？

　　一般说来，在空气断路器和变频器之间，应该接“输入接触器”。其主要作用如图8 所示。

　　1）控制方便可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；

　　2）发生故障时可自动切断变频器电源这包括两个方面：

　　（1）变频器自身发生故障，报警输出端子动作（图中的B原C 端之间断开）时，可迅速切断变频器的电源；

　　（2）当控制系统中有其他故障信号（如图中的AL触点断开）时，也可迅速切断变频器的电源。

　　问题9 变频器与电动机之间要不要接输出接触器？

　　1）一台变频器控制一台电动机且不需要切换当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频电源进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。主要原因是：如果接入了输出接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的情况下直接起动电动机，产生较大的起动电流，导致变频器跳闸。

　　2）必须接输出接触器的场合必须接输出接触器的情况主要有两种：

　　（1）一台变频器接多台电动机这时，每台电动机必须有单独控制的接触器，如图9（a）所示；

　　（2）变频和工频需要切换这种情况下，当电动机接至工频电源时，必须切断和变频器之间的联系。因此，电动机和变频器之间的接触器是必须的，如图9(b）所示。

　　问题10 变频器与电动机之间是否需要接热继电器？

　　和输出接触器类似，当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，由于变频器本身具有热保护功能，所以没有必要接热继电器；当一台变频器接多台电动机时，由于每台电动机的容量比变频器小得多，变频器不可能对每台电动机进行热保护。则每台电动机只能分别由各自的热继电器进行保护；当电动机需要在变频和工频之间进行切换控制的情况下，因为在工频运行时，变频器不可能对电动机进行热保护，故热继电器也是必须的。

　　问题11 热继电器在变频器输出电路中容易误动作，何故？

　　变频器的输出电流尽管已经和正弦波十分地接近了，但它毕竟还有和载波频率相同的高次谐波成分。因此，在电动机的输出功率相同的情况下，其每相电流的有效值大于工频运行时的相电流。这就是当电动机在额定状态下运行时，热继电器容易误动作的原因。解决的方法有：

　　1）加大热继电器的动作电流一般说来，热继电器的动作电流应增加10%左右。

　　2）接入旁路电容在热继电器的发热元件旁边，并联一个旁路电容器，使高次谐波电流不流经热继电器的发热元件，如图10 所示。

　　问题12 为什么变频器的输出线有时需要加粗？

　　因为变频器的输出电压是和输出频率一起变化的，当输出频率很低时，输出电压也很低。因此，线路上的电压降所占的比例将增大，使电动机实际得到的电压减小，严重时将不能正常运行。一般将电动机和变频器之间的线路电压降规定为

　　因此，当电动机和变频器之间的距离较远，工作频率又较低的情况下，必须考虑线路电压降的影响，如图11所示。必要时，应适当加粗变频器的输出线。

　　问题13 电动机和变频器之间的距离较远时应采取哪些措施？

　　由于变频器输出电压是高频脉冲电压，当电动机和变频器之间的距离较远时，线间的分布电容和电动机的漏磁电感之间有可能因接近于谐振点而导致电动机的输入电压偏高，从而使电动机的槽绝缘容易损坏，或运行时发生振动。

　　解决的办法，是在变频器的输出侧接入输出电抗器。

　　如电动机的容量较小，与变频器的距离又并不很远时，则将变频器的三根输出线按同方向一起绕制在高频磁心上就可以了，如图12所示。