西门子变频器原理深刻解析及电路分析

9.1 变频器工作原理交流变频器是微计算机及现代电力电子技术高度发展的结果。

微计算机是变频器的核心，电力电子器件构成了变频器的主电路。

大家都知道，从发电厂送出的交流电的频率是恒定不变的，在我国50赫兹。

而交流电动机的同步转速：式中N1——同步转速，r/min ；f1——定子频率，Hz ；P ——电机的磁极对数。

而异步电动机转速式中s 为转差率，11/)(N N N s -=，一般小于3%，N 与送入电机的电流频率f 1成正比例或接近于正比例。

因而，改变频率可以方便地改变电机的运行速度，也就是说变频对于交流电机的调速来说是十分合适的。

9.1.1 变频器的基本结构从频率变换的形式来说，变频器分为交-交和交-直-交两种形式。

交-交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频器，价格较高。

而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，又称间接式变频器。

市售通用变频器多是交-直-交变频器，其基本结构如图9-1所示，由主回路，包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路组成，现将各部分的功能分述如下：(1)整流器。

电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是单相)交流整流成直流。

(2)直流中间电路。

直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高的直流电源。

由于逆变器的负载多为异步电动机，属于感性负载。

无论是电动机处于电动或发电制动状态其功率因数总不会为1。

因此在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。

这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件(电容器或电抗器)来缓冲。

所以又常称直流中间环节为中间直流储能环节。

Pf N 1160=)1(60)1(11s Pf s N N -=-=图9-1 交-直-交变频器的基本结构(3)逆变器。

负载侧的变流器为逆变器。

逆变器的主要作用是在控制电路的控制下将直流平滑输出电路的直流电源转换为频率及电压都可以任意调节的交流电源。

西门子变频器两种控制模式的分析及应用变频器是一种重要的工业控制器件，在工业控制领域中得到了广泛的应用。

变频器在应用的过程中通过与普通的交流电动机相配合可以在某些场合实现步进电机或是伺服电动机的一些功能。

西门子变频器是一种应用较多的变频器，对于其的控制主要是通过操作面板或是外部端子进行控制的。

文章介绍西门子变频器外部常用端子与面板的基础上对如何通过上述两种方式进行参数的设定实现对于交流电动机的运行控制。

标签：西门子变频器；控制方式；外部端子控制；控制面板前言西门子变频器是一种工业控制领域中应用较多的一种控制设备，其通过对固定输入的电压和频率进行内部的转换，依据控制信号将其转换为所需的电压和频率的交流电进而实现对于电动机的控制。

在西门子变频器工作的过程中首先需要将输入的工频交流电转换为直流电，而后再根据需要将直流电逆变为控制要求的交流电。

在西门子变频器工作的过程中通过PWM技术使得在电动机启动的过程中使用较小的启动电流并获得较大的启动转矩并调速平滑。

在分析西门子变频器外部端子的功能及作用的基础上做好对于西门子变频器的参数设置，确保其正常工作。

1 西门子变频器的组成及外部端子简述1.1 西门子变频器的组成西门子变频器主要是由操作面板、控制模块与外部端子等三个部分组成，其主要与普通交流电动机相配合在一些对于电动机控制精度要求一般的场合进行工作，以取代步进电机或是交流伺服电机，降低成本与能耗。

随着科技的进步与经济的快速发展，西门子变频器正被应用于越来越多的领域。

西门子MM420系列变频器是一种应用较多的变频器，其多应用于对三相交流电动机的变频控制。

西门子MM420系列的变频器在出厂时各参数为系统默认，在使用时与西门子工控装置和设备相连接时如无特殊要求可不经调试而直接进行使用，可靠性与适应性较强，西门子MM420系列变频器是一款功能较齐全的变频器。

1.2 西门子MM420系列变频器外部端子西门子MM420系列变频器的外部端子如图1所示，其中1、2端子输入的是模拟量10V电源公共端，3、4端子为模拟量输入端可以外接电位器来实现对于频率设定值的更改，5-7号端子为数字量输入端子，其中默认情况下5为正转控制，6为反转控制，7为故障复位，8、9端子则代表的是直流24V电源公共端。

变频器工作原理与结构详解、功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。

整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。

高容量电容：存储转换后的电能。

逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。

这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。

其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。

变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。

故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。

变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。

1 引言变频器和交流电机组成的交流调速系统具有更宽的允许电压波动范围、更小的体积、更强的通讯能力，更优良的调速性能，在工矿企业中得到了广泛的应用。

在变频器的应用中，也会遇到各种各样的故障现象，借助于变频器完善的自诊断保护功能，并通过平时工作中积累的经验来提高处理变频器故障的技术水平，这将明显地缩短对变频器故障处理的时间。

我公司粘胶短纤维生产线上共使用西门子6SE70系列变频器260多台，在应用中因受周围环境条件，如：温度、湿度、粉尘、硫化氢腐蚀性气体等因素的影响，出现的各种故障报警现象也很多，在维修过程中我们积累了一些故障处理、维修维护保养的经验，下面对西门子6SE70系列变频器有代表性的故障现象进行分析介绍。

此文中电路板图为维修过程中实际测绘下来的（因文中章节多次涉及同一电子器件，电路板图未按照顺序排列，论述问题涉及到的部分电路，请参见相关电路板图），仅代表个人意见，供大家在维修时参考。

2 变频器故障实例的处理变频器操作手册上的故障对策表中介绍的皆为较常见的故障，在出现未涉及的一些代码时应对变频器作全面检查。

变频器的维修方式采用在线电压检测及直流电阻测量两种方法，测量各关键点电压并与正常值进行比较，将故障范围缩小，进行分析判断；测量元器件直流电阻，根据贴片电阻色环进行判断比较，然后将怀疑元器件拆下，再测量元器件直流电阻，采用比较法来确定元器件的好坏。

2.1 西门子6SE7016－1TA61-Z变频器的操作控制面板PMU液晶显示屏上显示字母“E”报警变频器液晶显示屏上出现“E”报警时，变频器不能工作，按P键及重新停、送电均无效，查操作手册又无相关的介绍，在检查外接DC24V电源时，发现电压较低，解决后，变频器工作正常。

但是出现“E”报警一般来讲是CUVC板损坏，更换一块新CUVC板就能正常。

“E”报警有以下几种情况是由底板及CUVC通讯板故障引起的：（1）故障现象：操作控制面板PMU液晶显示屏显示“E”报警检查处理（参见图1、图2）：更换一块新CUVC板送电开机，液晶显示屏仍显示“E”报警，说明故障原因不在CUVC板而在底板。

西门子 GM150变频器系统分析及故障处理变频器调速通过调节电源频率来调节速度，多用于电动机转速调速，能够实现无极调速，具有效率高、性能优特点，广泛应用于需要精确速度控制的生产环节。

榆济管道天然气增压输气站采用西门子GM150变频调速系统和配套的ABB供电设备，调节压缩机电动机转速，控制天然气瞬时流量，完成控制输气量及节能目的。

根据投运以来运行情况介绍此套变频调速系统。

1 变频调速系统组成主要由10kV开关柜、隔离变压器、变频器、预充磁、MCC、UPS组成。

1.1 10kV开关柜采用厦门ABB开关有限公司10kV开关柜，全称UniGear ZS1铠装式金属封闭式开关设备，向变频调速系统中隔离变压器提供电能。

开关柜由固定的柜体和真空断路器组成，柜体分3个隔间:断路器室、电缆室、低压室。

断路器室为金属全封闭，位于开关柜中部，内部有VD4型真空断路器、电压互感器、电流互感器，断路器是变频调速系统的电源开关，电压互感器用于电压检测，电流互感器用于电流检测。

电缆室位于开关柜底部，内部有断路器出线电缆、避雷器、接地开关等。

低压室位于开关柜顶部，内部有开关柜辅助和控制电源、检测保护装置，实现对开关柜下游设备的过流速断、低电压跳闸、过负荷报警等保护。

开关柜内部高温至设备损坏风险，因此低压室装有温湿度检测装置，对整个开关柜进行温度、湿度检测，提高开关柜安全运行性。

1.2隔离变压器采用德国ASA公司DOHX型具有矿物油加注的三相油浸式变压器（隔离变压器），接收10kV开关柜电能，转化适合电压等级后给变频器供电。

隔离变压器主要由铁芯及铁芯上缠绕的绕组组成，采用7绕组变压器，一次侧1个绕组，星形连接方式；二次侧6个绕组，连接方式依次为星形、星形、星形、三角形、三角形、三角形，输出侧每相电相位差20 º，隔离变压器一次侧电压等级为10kV，二次侧电压等级为1500V。

隔离变压器作用为变压、隔离和滤波。

一方面变压器通过特殊的绕组结构和连接组别为变频器提供电压等级为1500V的电能，满足变频器的36脉动整流需求；隔离变压器可以使一次侧和二次侧电气完全绝缘，使回路隔离，和电源没有直接的连接；利用隔离变压器铁芯高频损耗大的特点，经过电磁感应后将高变频谐波“滤”除。

变频器电路原理详解经典要想做好变频器维修，当然了解变频器基础知识是相当重要的，也是迫不及待的。

下面我们就来分享一下变频器维修基础知识。

大家看完后，如果有不正确地方，望您指正，如果觉得还行支持一下，给我一些鼓动！变频器维修入门--电路分析图对于变频器修理，仅了解以上基本电路还远远不够的，还须深刻了解以下主要电路。

主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。

图2.1是它的结构图。

1）驱动电路驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号。

对驱动电路的各种要求，因换流器件的不同而异。

同时，一些开发商开发了许多适宜各种换流器件的专用驱动模块。

有些品牌、型号的变频器直接采用专用驱动模块。

但是，大部分的变频器采用驱动电路。

从修理的角度考虑，这里介绍较典型的驱动电路。

图2.2是较常见的驱动电路（驱动电路电源见图2.3）。

广州科沃—工控维修的120驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。

三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。

2）保护电路广州科沃—电梯维修的120当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的损失减少到最小，甚至减少到零。

每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保护功能的有效性。

在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。

这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。

有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。

有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。

图2.4所示的电路是较典型的过流检测保护电路。

由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。

3）开关电源电路开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路及风机等电路提供低压电源。

图2.5富士G11型开关电源电路组成的结构图。

西门子变频器用于电机控制，既可以改变电压，又可以改变频率。

汽车上使用的由电池产生交流电的设备也以"inverter”的名称进行出售，西门子变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。

1、什么是西门子变频器？西门子变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

2、为什么西门子变频器的电压与电流成比例的改变？异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。

因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制西门子变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。

这种控制方式多用于风机、泵类节能型西门子变频器。

3、西门子变频器制动的有关问题制动的概念：指电能从电机侧流到西门子变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速高于同步转速，负载的能量分为动能和势能. 动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。

当动能减为零时，该事物就处在停止状态。

机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。

对于西门子变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。

这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到西门子变频器侧。

这些功率可以用电阻发热消耗。

在用于提升类负载,在下降时, 能量（势能）也要返回到西门子变频器(或电源)侧,进行制动.这种操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于西门子变频器制动。

在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到西门子变频器电源侧的方法叫做“功率返回再生方法”。

在实际中，这种应用需要“能量回馈单元”选件。

4、采用西门子变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？采用西门子变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%~200%)。

《西门子变频器培训》课件汇报人：2023-12-24•西门子变频器简介•西门子变频器的工作原理•西门子变频器的安装与调试目录•西门子变频器的维护与保养•西门子变频器的案例分析01西门子变频器简介变频器通过电力电子技术和微处理技术实现频率的调节，可以精确控制电机的转速和转矩，实现高效、节能的运行。

变频器的主要组成部分包括整流器、滤波器、逆变器和控制器等，各部分协同工作实现电机的调速和控制。

变频器是一种将固定频率的交流电转换为可变频率和电压的设备，广泛应用于电机控制和节能领域。

变频器的基本概念西门子变频器的发展经历了多个阶段，从最初的模拟电路控制到现在的数字电路控制，实现了技术的不断升级和改进。

随着电力电子技术和微处理技术的不断发展，西门子变频器的性能和功能也不断增强，能够满足各种复杂的应用需求。

西门子变频器在发展过程中，不断创新和优化，提高了产品的可靠性和稳定性，为用户提供了更加高效、可靠的解决方案。

西门子变频器在工业自动化领域应用广泛，如纺织、印刷、包装、电梯等，能够实现电机的精确控制和高效运行。

在交通运输领域，西门子变频器用于地铁、动车、船舶等交通工具的牵引和制动控制，提高运行安全性和舒适性。

在能源领域，西门子变频器用于风力发电、水力发电等可再生能源的控制和调节，提高能源的利用效率。

此外，西门子变频器还应用于市政工程、环保工程等领域，为城市的可持续发展提供技术支持。

02西门子变频器的工作原理电源输入逆变器控制电路保护电路变频器的组成结构01020304变频器接收来自电网的电能，经过滤波和整流后供给逆变器。

逆变器将直流电转换为频率可调的交流电，供给电动机。

控制电路对输入的信号进行处理，控制逆变器的开关状态，实现变频调速。

保护电路对变频器进行过流、过压、欠压等保护，确保设备安全运行。

空间矢量控制（SVC）通过控制逆变器的开关状态，实现电动机的转矩和速度的控制。

直接转矩控制（DTC）通过检测电动机的电压和电流，控制电动机的转矩和速度。

西门子变频器的工作原理与电气控制性能研究摘要：近年来，六加压西门子变频器作为一种先进的电气控制设备，受到了广泛关注。

本文深入研究了六加压西门子变频器的工作原理和电气控制性能。

通过分析相关资料，了解了其性能，并提出了相应的改进方案。

研究结果表明，该变频器具有较高的效率和可靠性，对工业自动化领域具有重要的应用价值。

这一研究为进一步优化和推广六加压西门子变频器提供了理论基础和实践指导。

关键词：六加压西门子变频器；工作原理；电气控制性能引言随着工业自动化的不断发展，变频器作为一种重要的电气控制设备，在工业生产过程中起着至关重要的作用。

六加压西门子变频器作为一种最新的变频器技术，具有较高的性能和可靠性，在工业领域得到了广泛的应用。

然而，由于其复杂的工作原理和电气控制特性，并且缺乏相关研究，限制了其在实际应用中的进一步发展和优化。

因此，本论文将对六加压西门子变频器的工作原理和电气控制性能进行深入研究，旨在提高其工作效率和可靠性，推动其在工业自动化领域的应用。

1.六加压西门子变频器的工作原理1.1变频器基本结构和原理六加压西门子变频器是一种先进的电气控制设备，具有复杂的工作原理。

其基本结构包括输入电源、直流母线、感应驱动部分和输出电路。

在工作过程中，输入电源通过整流和滤波，将交流电转换为直流电供给直流母线，然后通过逆变器将直流电转换为交流电。

感应驱动部分通过控制逆变器的开关状态，调节输出电压、频率和功率。

最终，输出电路将调整后的交流电供给负载。

通过这样的工作原理，六加压西门子变频器实现了对电机运行的精确控制，提高了电气控制性能。

1.2六加压技术在变频器中的应用六加压技术在变频器中的应用旨在提高其电气控制性能。

通过六加压技术，变频器可以有效减小电机负载对网络的影响，降低谐波干扰和电流失真。

采用六加压技术还可以提高输出电压的精确调节范围，增强控制灵活性。

此外，六加压技术还能够改善变频器的电磁兼容性，减少功率损耗，提高效率。

西门子变频器工作原理西门子变频器也可用于家电产品。

使用西门子变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。

用于电机控制的西门子变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

但用于荧光灯的西门子变频器主要用于调节电源供电的频率。

汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

西门子变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。

例如计算机电源的供电，在该项应用中，西门子变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

1 西门子变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：n ＝ 60 f(1 － s)/p (1)式中 n———异步电动机的转速；f———异步电动机的频率；s———电动机转差率；p———电动机极对数。

由式 (1) 可知，转速 n 与频率 f 成正比，只要改变频率 f 即可改变电动机的转速，当频率 f 在 0 ～ 50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。

西门子变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

2 西门子变频器控制方式低压通用变频输出电压为 380 ～ 650V ，输出功率为 0.75 ～ 400kW ，工作频率为 0 ～ 400Hz ，它的主电路都采用交—直—交电路。

其控制方式经历了以下四代。

2.1U/f=C 的正弦脉宽调制（ SPWM ）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。

但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。