歡迎各位參加變頻器技術 培訓班,*大學 *學院 E-mail:*,*,原則: 輕理論、重基本概念、旨在解決實際問題 內容: 變頻器的基本原理、應用技術、維護修理 要求: 多提問題:聽課時的問題、工作中遇到的問題,一.異步電動機變頻調速的基本原理,定子 轉子 鼠籠式,1.結構,繞線式:三相轉子繞組 可串電阻,定子繞組、鐵芯、機座,2.旋轉磁場: 當三相對稱的電流流入三相定子繞組后， 電動機內便會產生旋轉磁場. 方向:相序決定 大小:電流決定 轉速: f1=50 P 1 2 3 4 工頻 n0= 3000 1500 1000 750,(亦稱同步轉速),3.異步電動機的旋轉,通入三相電源 產生旋轉磁場 轉子導條切割磁場 產生感應電動勢(電流) 帶電導體在磁場中 產生電磁力 對軸心產生二個方向相反、大小相等的電磁轉矩 轉子旋轉,4.轉速 轉子與旋轉磁場有相對運動是電動機旋轉的原因,5.調速方法 （1）.改變極對數P 調速電機 （2）.改變轉差率S 滑差電機 （3）.改變頻率 f1 變頻調速,(稱異步電動機),二 變頻器的基本結構,所有變頻器其基本結構相同，但具體電路各有差異。,A.主電路(主回路),整流電路:將三相交流電變成脈動直流電 濾波電路:使脈動直流電成為較平滑的直流電 電容器 電壓型變頻器 電感器 電流型變頻器 限流電路:限止剛接通電源時的充電電流，以 保護整流二極管 制動電路:吸收泵生電壓和增大電機制動轉矩 逆變電路:在驅動電路的控制，將直流電變成 交流電.,濾波元件,B.控制電路,保護電路:由取樣、放大、處理三部分電路組成 驅動電路:把CPU送出的PWM信號進行電壓和功 率放大，控制逆變電路中六個開關器件 I/O電路:處理變頻器對外輸入和輸出相關信號的 電路 操作面板:一是用于顯示，另外作為操作鍵盤 CPU:變頻器的核心電路，按照相關信號控制變頻器的工作 開關電源:向控制電路提供所需的直流工作電壓,變頻器實物,內部整體結構,主控部分(CPU通訊),電路主體結構,驅動電路部分,三.變頻器的控制方式,變頻器的輸出電壓必須與輸出頻率按比例變化。 忽略定子繞組漏阻抗,每相定子繞組上的電動勢則 U1E1=4.44K1w1f1m=Kf1m 設 U1=C 不變 則m 1/f1 f1 m Tm 電動機功率變小 定子電流增大 渦流嚴重 所以 必須使 m=C 要求U1/ f1=C,f1 m 磁飽和,發熱,1.U1 / f1=C 控制方式,因為 U1=Z1I1+E1 f1較高時 U1較大 Z1I1影響較小 f1較低時 U1較低 Z1I1影響較大 對于風機水泵型負載能滿 使用中發現節能效果顯著,同時控制也方便，廣泛應用 于電力拖動(恒轉矩或恒功率負載)。,（1）.采用低頻補償,將Z1I1補上 （2）.E1/f1=C 控制方式,2.矢量控制方式,目的:達到直流調速的性能 方法:仿直流調速 勵磁電流 控制磁場 電樞電流 控制轉矩 交流電動機轉換成直流電動機 勵磁電流分量 轉矩電流分量,直流調速,交流電流分解,（一）交流電動機轉換成直流電動機,（2）構思框圖,3.直接轉矩控制方式,對于拖動系統而言 TMTL n TMTL n TM=TL n不變 TM電機轉矩 TL負載轉矩 n 電機轉速 電機的電磁轉矩TM決定于電機的定子磁鏈和轉子磁鏈。,通過檢測到的定子電壓和電流直接在定子坐標下可計算出電動機的電磁轉矩。轉速和轉矩的測量值與給定值進行比較，通過磁通調節器和轉速調節器控制逆變器的開關狀態，獲取相應的空間電壓矢量，由空間電壓矢量直接 控制電機的轉速和電磁轉矩，達到調速的目的。,四.變頻器的應用,1.變頻器的選擇 U/f 控制方式 一般性能的調速 矢量 直接轉矩 高性能的調速 風機 水泵型 伺服型 高壓型 專用設備型,通用變頻器,專用變頻器,2.變頻器容量的選擇,一拖一：一般與電動機的功率相同 以下情況需要高一檔次:六極 八極電機，加減速時間較短，啟動轉矩要大。 同時啟動同時停止 不同時啟動不同時停止,一拖幾,3.變頻器功能參數的設置,無特殊要求默認“出廠設置”，按要求重新設置 主要功能參數名詞解釋 (1)基本頻率電動機電源的額定頻率 (2)最高頻率指給定信號為最大值時變頻器的 輸出頻率 (3)上、下限頻率變頻器的輸出頻率被限制在這兩個頻率之間,既 當XXL fx=fL,，XXH fx=fH 操作面板控制，效果相同 (4)回避頻率能使調速系統產生共振或震動較大 的輸出頻率 (5)點動頻率調試點動時的輸出頻率，一般較低 (6)上升時間指變頻器啟動到輸出最高頻率所需 的時間,(7)下降時間變頻器從最高頻率下降到零頻率 需的時間 (8)上升，下降方式 線性方式 S型方式(反) 半S型方式(反),正常(停止)停止時輸出頻率逐漸 下降 自由滑行停止時變頻器停止輸出 離線：輸入相關電機參數 在線：可以隨溫度變化而自動修正 參數，使運行保持穩定,(9)停止方式,(10)自整定,4.變頻器輸出頻率的幾種控制方法, 操作面板控制 電壓控制 0-5V(0-10V、0-15V) 電流控制 4-20mA(0-20mA) 通訊控制 通過通訊接口 智能端多速段控制 脈沖控制,5.變頻器調速的問與答,如何選擇變頻器的載波頻率? 答：所謂載波頻率是指變頻器輸出的PWM信號的頻率。一般0.5-12KHz之間可通過功能參數設定。載波頻率較高時，噪音可以減小，電機發熱和對外干擾會增強。 使用變頻器調速后，是否還需要減速機？ 答：一般不需要，但長期工作頻率在低頻時，加減速機后效果更好。,變頻器的輸出電流為什么會大于輸入電流？ 答：測量誤差。輸出頻率低于基本頻率時， ViIi=VoIo Vi=C 因為Vo下降 所以Io上升。 變頻器驅動電機，電機為何易發熱？ 答：高頻和高次諧波使電機定子繞組發熱、渦 流現象比較嚴重，冷卻風機與定子同軸，低速時，風量減小，二者導致電機發熱。可以降低載波頻率，外加冷卻風機和輸出電抗器等方法減小發熱程度。,變頻調速系統中，漏電斷路器為什么易跳閘？ 答：高頻和高次諧波干擾所致。可以適當調高 設定值或更換具有防干擾功能的斷路器。 變頻器驅動防爆電機時應注意什么？ 答：應選用防爆變頻器，通用變頻器無防爆功 能，必須置于安全的環境，電纜較長時應考慮 線經是否滿足要求。,為什么變頻器運行（減速）時或停止時主電路P N 之間電壓較靜態時高？ 答：泵生電壓迭加所致。 變頻器選擇矢量控制方式，不帶電機為何不能啟動？ 答：變頻器獲取不到電機的相關信息無法運算作出判斷，無法發出輸出信息。,變頻器輸入端與輸出端相互接錯有什么后果？ 答：肯定燒毀功率模塊。 變頻器停機時直接斷開電源會有什么后果？ 答：可能會燒毀功率模塊。 答：變頻器濾波電容長期未充放電容易老化，變頻器不使用時應定期通電，否則使用時應逐步增高通電電壓。,11變頻器長期保管后再次使用需注意什么？,五.變頻器的實際應用,開環控制系統 閉環控制系統恒量控制 1.恒壓供水系統 所謂恒壓供水系統是指不管用水量如何變化水管的供水壓力始終保持設定值。,變頻調速系統,XE=XD-XF 通過PID調節 XE0 XG上升 f上升 XE0，經PID調節，XG上升f上升供水量Qi上升XF上升，直至XE=XD-XF=0，水壓回升到設定值恒壓供水，此時，XG、f 、Qi 保持不變。,當用水量Q0下降XF上升XE=XD-XF0，經PID調節，XG下降f下降供水量Qi下降XF下降，直至XE=X0-XF=0，水壓回升到設定值恒壓供水，此時，XG，f ，Qi 保持不變。 可見，供水系統在任何情況下，經過恒壓供水系統，其水壓始終恒定在設定狀態。,恒壓供水系統常見組合,一泵一變頻器 多泵多變頻器 多泵一變頻器 一泵由變頻器調速，其他泵軟啟動工頻供電。 多泵均由變頻器軟啟動調速或切換到工頻供電。 多泵循環均勻工作。,2 恒張力控制系統（收卷機恒張力控制）,張力由重力F決定，由反饋信號XF反映 當調節輥與支點平衡時，XD=XF 調節輥下垂時 XF下降 調節輥上升時 XF上升 恒張力調節的物理過程同上述的恒壓供水情況。,3變頻器同步控制系統,同步同速控制 同一控制信號控制一般性能 同步控制器控制高性能同步 同步比例控制 同步控制器分別調速度比 可編程控制器編程實現速度比 反饋板控制器設定電子齒輪比實現速度比。,變頻器同步控制接線圖,六 變頻器的維護,1.變頻器需要維護 不良環境和元器件老化都會使變頻器發生故障,維護能有效地減小故障，延長使用壽命。 2.變頻器日常檢查的內容（運行時經常檢查） 檢查變頻器的操作面板顯示是否缺損，閃爍或變淺等現象。 檢測變頻器的輸入輸出電壓，直流高壓是否正常。 檢查變頻器的輸入輸出電纜，接線端子是否正常。 冷卻風機的風量是否正常。 散熱板是否溫度過熱。 有無異味，震動是否正常。,3.定期檢修,利用停產間隙時間進行，每年12次 清洗 主電路檢測 濾波電容、限流電阻、繼電器觸點、絕緣電阻 保護電路取樣元件檢查 冷卻風機的檢查 控制電路，開關電源元件、印刷電路、小電解電容 加固緊固部件 檢修后一定要進行試運行。,七 .變頻器的功率模塊,整流模塊 逆變模塊,功率模塊,二單元 六單元,2.逆變模塊: GTO、GTR 、MOSFET、IGBT IGBT 絕緣柵雙極型晶體管。 結構及符號, 特點： (1)輸入MOSFET 輸出雙極型晶體管 輸入高阻抗 輸出低阻抗 要求驅動功率小 輸出功率大 二者優勢互補 (2)內存寄生電路，導通后產生正反饋效應柵極失去控制信號后、仍保持導通狀態無自關斷能力（近似普通可控硅）,.對驅動電路的要求,（1）脈沖陡峭、具有一定的功率 過高損壞IGBT 過低內部壓降大 負電壓 -10V -5V-盡快吸收存儲電荷 （3）驅動輸入加隔離措施、防止高壓串入控制電路 （4）六組驅動電路需四組獨立電源,（2）驅動正電壓 15-20V,.驅動電路實例,（1）分立電路,隔離放大電路,限幅電路,放大電路,穩壓電路,（2）組合電路,（3）集成電路,3.智能模塊（組合集成模塊）,（1）逆變電路+驅動電路 +保護取樣電路 （2）整流電流+限流電路 可控硅+制動電路+熱敏 元件 （3）+,4.變頻器專用電動機,專為滿足變頻器調速需要而設計，其特點： （1）磁飽和程度較低，鐵芯齒槽深 （2）繞組漏阻抗低，導線線經不產生趨膚現象為原則 （3）提高了電機熱容量和絕緣等級 （4）另外設置了冷卻風機 專用電動機所具有的優點： （1）具有很好的轉矩特性 （2）解決了低速散熱和高速動態平衡及軸承承受能力 （3）允許在基頻的基礎上作較大范圍的變化,5.功率模塊的簡易檢測方法,（1）整流模塊 .正反向電阻檢測方法 D1D3的檢測 紅筆（ -） 接P 黑筆接R.S.T 電阻阻值應在幾十 黑筆（+）接P 紅筆接R.S.T 電阻阻值應在幾百K 實測值偏離參數較大，即損壞。,.電阻相近法 R.S.T三個端點，測任意二個端點結構相同，所測出的電阻值應基本相同，否則管子損壞。 （2）逆變模塊 .可用上述方法進行初測 .精確測量方法 指針式萬用表選10K檔 B 手指連接G與C 電阻值應大幅減小 C 手指連接G與E 電阻值恢復幾百K 為此種情況，IGBT正常，否則已損壞。,A 電阻值應幾百K,黑筆（） 接C 紅筆（ ）接E,6.開關電源電路,輸出直流電壓 Ton開關管導通時間 Toff開關管截止時間 調節Ton /Toff便可調節輸出電壓 開關電源的限壓功能,八.變頻器的修理,1.修理的基本條件 修理人員必須掌握了解變頻器基本工作原理，熟悉基本結構，掌握常見電路的原理作用；思路敏捷，動手能力強，堅韌的個性。 基本工具：指針式萬用表、直流穩壓電源、示波器、信號發生器、頻率計、自制工具，電機等。,2.修理的通常方法,逐步縮小法： 通過分析、檢測將故障范圍逐步縮小，直至故障點 順藤摸瓜法： 按電路電信號傳輸的途徑進行檢測，判斷故障所在,3.修理的步驟,好轉下一步 壞轉第步 通電檢測，初查故障問題 拆卸清洗（年久更換所有小電解電容） 故障診斷 故障處理，更換器件原則： 盡量相同 靈活取代 正常轉下一步 存在問題回第步 填寫修理記錄,靜態檢測功率模塊,試運行,4.變頻器常見故障分析與處理,整流模塊的損壞 損壞的四大原因：過流、過壓、高溫、老化,過流,（1）限流電路繼電器觸點燒結在一起（可控硅損壞短路） （2）濾波電容損壞短路；控制電路異常，開關管長時間導通 （3）制動電路開關管損壞短路 （4）逆變電路損壞，一個橫臂短路 （5）負載過載： .負載轉矩增大 .電動機損壞過流,過壓,（1）制動電路損壞不工作 開關管損壞開路 控制電路不發驅動信號 （2）減速時間過短，又未裝設制動電路 （3）電源串入高壓 高溫 （1）冷卻風機未工作或是風量不足 （2）散熱板進風受阻 （3）現場環境溫度偏高,.逆變模塊的損壞,過流 （1）驅動電路損壞，輸出保持高電平 （2）負載過載（同整流電路） 高溫、過壓等原因同整流電路,. 假故障顯示,由保護電路故障所致，絕大多數是取樣器件或取樣電路變值或損壞 （1）電壓取樣 電壓分壓法 電阻電流法 電壓互感器（交流）,V2 決定 光耦發光二極管電流 R1變大 欠壓 R1變小過壓 R2變大 過壓 R1變小欠壓 光耦損壞, 過壓或是欠壓 R變值 光耦損壞,R1 R2變值,假過壓, 欠壓,（2）電流取樣,電阻電壓法 電流互感器（交流） VR=iR VR 決定 光耦發光 二極管發光量 R變值 R變大 過流,（3）溫度取樣 熱敏電阻 熱敏開關 Ib=（Ucc-0.7）/Rt Ib Ic Vc Rt變值產生假過熱故障,.無故障顯示，但不能啟動運行 （1）無輸出頻率 幾種輸出頻率控制方法都無法啟動CPU