變頻器技術(shù)培訓(xùn)講座PPT課件.ppt

歡迎各位參加變頻器技術(shù) 培訓(xùn)班,*大學(xué) *學(xué)院 E-mail:*,*,原則: 輕理論、重基本概念、旨在解決實(shí)際問題 內(nèi)容: 變頻器的基本原理、應(yīng)用技術(shù)、維護(hù)修理 要求: 多提問題:聽課時(shí)的問題、工作中遇到的問題,一.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本原理,定子 轉(zhuǎn)子 鼠籠式,1.結(jié)構(gòu),繞線式:三相轉(zhuǎn)子繞組 可串電阻,定子繞組、鐵芯、機(jī)座,2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng): 當(dāng)三相對(duì)稱的電流流入三相定子繞組后， 電動(dòng)機(jī)內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng). 方向:相序決定 大小:電流決定 轉(zhuǎn)速: f1=50 P 1 2 3 4 工頻 n0= 3000 1500 1000 750,(亦稱同步轉(zhuǎn)速),3.異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn),通入三相電源 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁場(chǎng) 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電流) 帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中 產(chǎn)生電磁力 對(duì)軸心產(chǎn)生二個(gè)方向相反、大小相等的電磁轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),4.轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)是電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因,5.調(diào)速方法 （1）.改變極對(duì)數(shù)P 調(diào)速電機(jī) （2）.改變轉(zhuǎn)差率S 滑差電機(jī) （3）.改變頻率 f1 變頻調(diào)速,(稱異步電動(dòng)機(jī)),二 變頻器的基本結(jié)構(gòu),所有變頻器其基本結(jié)構(gòu)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(dòng)直流電 濾波電路:使脈動(dòng)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(shí)的充電電流，以 保護(hù)整流二極管 制動(dòng)電路:吸收泵生電壓和增大電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 逆變電路:在驅(qū)動(dòng)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(hù)電路:由取樣、放大、處理三部分電路組成 驅(qū)動(dòng)電路:把CPU送出的PWM信號(hào)進(jìn)行電壓和功 率放大，控制逆變電路中六個(gè)開關(guān)器件 I/O電路:處理變頻器對(duì)外輸入和輸出相關(guān)信號(hào)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(guān)信號(hào)控制變頻器的工作 開關(guān)電源:向控制電路提供所需的直流工作電壓,變頻器實(shí)物,內(nèi)部整體結(jié)構(gòu),主控部分(CPU通訊),電路主體結(jié)構(gòu),驅(qū)動(dòng)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(dòng)勢(shì)則 U1E1=4.44K1w1f1m=Kf1m 設(shè) U1=C 不變 則m 1/f1 f1 m Tm 電動(dòng)機(jī)功率變小 定子電流增大 渦流嚴(yán)重 所以 必須使 m=C 要求U1/ f1=C,f1 m 磁飽和,發(fā)熱,1.U1 / f1=C 控制方式,因?yàn)?U1=Z1I1+E1 f1較高時(shí) U1較大 Z1I1影響較小 f1較低時(shí) U1較低 Z1I1影響較大 對(duì)于風(fēng)機(jī)水泵型負(fù)載能滿 使用中發(fā)現(xiàn)節(jié)能效果顯著,同時(shí)控制也方便，廣泛應(yīng)用 于電力拖動(dòng)(恒轉(zhuǎn)矩或恒功率負(fù)載)。,（1）.采用低頻補(bǔ)償,將Z1I1補(bǔ)上 （2）.E1/f1=C 控制方式,2.矢量控制方式,目的:達(dá)到直流調(diào)速的性能 方法:仿直流調(diào)速 勵(lì)磁電流 控制磁場(chǎng) 電樞電流 控制轉(zhuǎn)矩 交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成直流電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁電流分量 轉(zhuǎn)矩電流分量,直流調(diào)速,交流電流分解,（一）交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成直流電動(dòng)機(jī),（2）構(gòu)思框圖,3.直接轉(zhuǎn)矩控制方式,對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)而言 TMTL n TMTL n TM=TL n不變 TM電機(jī)轉(zhuǎn)矩 TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩 n 電機(jī)轉(zhuǎn)速 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM決定于電機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈。,通過檢測(cè)到的定子電壓和電流直接在定子坐標(biāo)下可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，通過磁通調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)，獲取相應(yīng)的空間電壓矢量，由空間電壓矢量直接 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到調(diào)速的目的。,四.變頻器的應(yīng)用,1.變頻器的選擇 U/f 控制方式 一般性能的調(diào)速 矢量 直接轉(zhuǎn)矩 高性能的調(diào)速 風(fēng)機(jī) 水泵型 伺服型 高壓型 專用設(shè)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(dòng)機(jī)的功率相同 以下情況需要高一檔次:六極 八極電機(jī)，加減速時(shí)間較短，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大。 同時(shí)啟動(dòng)同時(shí)停止 不同時(shí)啟動(dòng)不同時(shí)停止,一拖幾,3.變頻器功能參數(shù)的設(shè)置,無特殊要求默認(rèn)“出廠設(shè)置”，按要求重新設(shè)置 主要功能參數(shù)名詞解釋 (1)基本頻率電動(dòng)機(jī)電源的額定頻率 (2)最高頻率指給定信號(hào)為最大值時(shí)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(gè)頻率之間,既 當(dāng)XXL fx=fL,，XXH fx=fH 操作面板控制，效果相同 (4)回避頻率能使調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生共振或震動(dòng)較大 的輸出頻率 (5)點(diǎn)動(dòng)頻率調(diào)試點(diǎn)動(dòng)時(shí)的輸出頻率，一般較低 (6)上升時(shí)間指變頻器啟動(dòng)到輸出最高頻率所需 的時(shí)間,(7)下降時(shí)間變頻器從最高頻率下降到零頻率 需的時(shí)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(shí)輸出頻率逐漸 下降 自由滑行停止時(shí)變頻器停止輸出 離線：輸入相關(guān)電機(jī)參數(shù) 在線：可以隨溫度變化而自動(dòng)修正 參數(shù)，使運(yùn)行保持穩(wěn)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(diào)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(hào)的頻率。一般0.5-12KHz之間可通過功能參數(shù)設(shè)定。載波頻率較高時(shí)，噪音可以減小，電機(jī)發(fā)熱和對(duì)外干擾會(huì)增強(qiáng)。 使用變頻器調(diào)速后，是否還需要減速機(jī)？ 答：一般不需要，但長期工作頻率在低頻時(shí)，加減速機(jī)后效果更好。,變頻器的輸出電流為什么會(huì)大于輸入電流？ 答：測(cè)量誤差。輸出頻率低于基本頻率時(shí)， ViIi=VoIo Vi=C 因?yàn)閂o下降 所以Io上升。 變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)為何易發(fā)熱？ 答：高頻和高次諧波使電機(jī)定子繞組發(fā)熱、渦 流現(xiàn)象比較嚴(yán)重，冷卻風(fēng)機(jī)與定子同軸，低速時(shí)，風(fēng)量減小，二者導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱。可以降低載波頻率，外加冷卻風(fēng)機(jī)和輸出電抗器等方法減小發(fā)熱程度。,變頻調(diào)速系統(tǒng)中，漏電斷路器為什么易跳閘？ 答：高頻和高次諧波干擾所致?？梢赃m當(dāng)調(diào)高 設(shè)定值或更換具有防干擾功能的斷路器。 變頻器驅(qū)動(dòng)防爆電機(jī)時(shí)應(yīng)注意什么？ 答：應(yīng)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(huán)境，電纜較長時(shí)應(yīng)考慮 線經(jīng)是否滿足要求。,為什么變頻器運(yùn)行（減速）時(shí)或停止時(shí)主電路P N 之間電壓較靜態(tài)時(shí)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(jī)為何不能啟動(dòng)？ 答：變頻器獲取不到電機(jī)的相關(guān)信息無法運(yùn)算作出判斷，無法發(fā)出輸出信息。,變頻器輸入端與輸出端相互接錯(cuò)有什么后果？ 答：肯定燒毀功率模塊。 變頻器停機(jī)時(shí)直接斷開電源會(huì)有什么后果？ 答：可能會(huì)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(shí)應(yīng)定期通電，否則使用時(shí)應(yīng)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(shí)際應(yīng)用,開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)恒量控制 1.恒壓供水系統(tǒng) 所謂恒壓供水系統(tǒng)是指不管用水量如何變化水管的供水壓力始終保持設(shè)定值。,變頻調(diào)速系統(tǒng),XE=XD-XF 通過PID調(diào)節(jié) XE0 XG上升 f上升 XE0，經(jīng)PID調(diào)節(jié)，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(shè)定值恒壓供水，此時(shí)，XG、f 、Qi 保持不變。,當(dāng)用水量Q0下降XF上升XE=XD-XF0，經(jīng)PID調(diào)節(jié)，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(shè)定值恒壓供水，此時(shí)，XG，f ，Qi 保持不變。 可見，供水系統(tǒng)在任何情況下，經(jīng)過恒壓供水系統(tǒng)，其水壓始終恒定在設(shè)定狀態(tài)。,恒壓供水系統(tǒng)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(diào)速，其他泵軟啟動(dòng)工頻供電。 多泵均由變頻器軟啟動(dòng)調(diào)速或切換到工頻供電。 多泵循環(huán)均勻工作。,2 恒張力控制系統(tǒng)（收卷機(jī)恒張力控制）,張力由重力F決定，由反饋信號(hào)XF反映 當(dāng)調(diào)節(jié)輥與支點(diǎn)平衡時(shí)，XD=XF 調(diào)節(jié)輥下垂時(shí) XF下降 調(diào)節(jié)輥上升時(shí) XF上升 恒張力調(diào)節(jié)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(tǒng),同步同速控制 同一控制信號(hào)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(diào)速度比 可編程控制器編程實(shí)現(xiàn)速度比 反饋板控制器設(shè)定電子齒輪比實(shí)現(xiàn)速度比。,變頻器同步控制接線圖,六 變頻器的維護(hù),1.變頻器需要維護(hù) 不良環(huán)境和元器件老化都會(huì)使變頻器發(fā)生故障,維護(hù)能有效地減小故障，延長使用壽命。 2.變頻器日常檢查的內(nèi)容（運(yùn)行時(shí)經(jīng)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(xiàn)象。 檢測(cè)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(fēng)機(jī)的風(fēng)量是否正常。 散熱板是否溫度過熱。 有無異味，震動(dòng)是否正常。,3.定期檢修,利用停產(chǎn)間隙時(shí)間進(jìn)行，每年12次 清洗 主電路檢測(cè) 濾波電容、限流電阻、繼電器觸點(diǎn)、絕緣電阻 保護(hù)電路取樣元件檢查 冷卻風(fēng)機(jī)的檢查 控制電路，開關(guān)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(jìn)行試運(yùn)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(jié)構(gòu)及符號(hào), 特點(diǎn)： (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(qū)動(dòng)功率小 輸出功率大 二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ) (2)內(nèi)存寄生電路，導(dǎo)通后產(chǎn)生正反饋效應(yīng)柵極失去控制信號(hào)后、仍保持導(dǎo)通狀態(tài)無自關(guān)斷能力（近似普通可控硅）,.對(duì)驅(qū)動(dòng)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(nèi)部壓降大 負(fù)電壓 -10V -5V-盡快吸收存儲(chǔ)電荷 （3）驅(qū)動(dòng)輸入加隔離措施、防止高壓串入控制電路 （4）六組驅(qū)動(dòng)電路需四組獨(dú)立電源,（2）驅(qū)動(dòng)正電壓 15-20V,.驅(qū)動(dòng)電路實(shí)例,（1）分立電路,隔離放大電路,限幅電路,放大電路,穩(wěn)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(qū)動(dòng)電路 +保護(hù)取樣電路 （2）整流電流+限流電路 可控硅+制動(dòng)電路+熱敏 元件 （3）+,4.變頻器專用電動(dòng)機(jī),專為滿足變頻器調(diào)速需要而設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)： （1）磁飽和程度較低，鐵芯齒槽深 （2）繞組漏阻抗低，導(dǎo)線線經(jīng)不產(chǎn)生趨膚現(xiàn)象為原則 （3）提高了電機(jī)熱容量和絕緣等級(jí) （4）另外設(shè)置了冷卻風(fēng)機(jī) 專用電動(dòng)機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)： （1）具有很好的轉(zhuǎn)矩特性 （2）解決了低速散熱和高速動(dòng)態(tài)平衡及軸承承受能力 （3）允許在基頻的基礎(chǔ)上作較大范圍的變化,5.功率模塊的簡易檢測(cè)方法,（1）整流模塊 .正反向電阻檢測(cè)方法 D1D3的檢測(cè) 紅筆（ -） 接P 黑筆接R.S.T 電阻阻值應(yīng)在幾十 黑筆（+）接P 紅筆接R.S.T 電阻阻值應(yīng)在幾百K 實(shí)測(cè)值偏離參數(shù)較大，即損壞。,.電阻相近法 R.S.T三個(gè)端點(diǎn)，測(cè)任意二個(gè)端點(diǎn)結(jié)構(gòu)相同，所測(cè)出的電阻值應(yīng)基本相同，否則管子損壞。 （2）逆變模塊 .可用上述方法進(jìn)行初測(cè) .精確測(cè)量方法 指針式萬用表選10K檔 B 手指連接G與C 電阻值應(yīng)大幅減小 C 手指連接G與E 電阻值恢復(fù)幾百K 為此種情況，IGBT正常，否則已損壞。,A 電阻值應(yīng)幾百K,黑筆（） 接C 紅筆（ ）接E,6.開關(guān)電源電路,輸出直流電壓 Ton開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間 Toff開關(guān)管截止時(shí)間 調(diào)節(jié)Ton /Toff便可調(diào)節(jié)輸出電壓 開關(guān)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(jié)構(gòu)，掌握常見電路的原理作用；思路敏捷，動(dòng)手能力強(qiáng)，堅(jiān)韌的個(gè)性。 基本工具：指針式萬用表、直流穩(wěn)壓電源、示波器、信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)、自制工具，電機(jī)等。,2.修理的通常方法,逐步縮小法： 通過分析、檢測(cè)將故障范圍逐步縮小，直至故障點(diǎn) 順藤摸瓜法： 按電路電信號(hào)傳輸?shù)耐緩竭M(jìn)行檢測(cè)，判斷故障所在,3.修理的步驟,好轉(zhuǎn)下一步 壞轉(zhuǎn)第步 通電檢測(cè)，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(zhuǎn)下一步 存在問題回第步 填寫修理記錄,靜態(tài)檢測(cè)功率模塊,試運(yùn)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(diǎn)燒結(jié)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(guān)管長時(shí)間導(dǎo)通 （3）制動(dòng)電路開關(guān)管損壞短路 （4）逆變電路損壞，一個(gè)橫臂短路 （5）負(fù)載過載： .負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大 .電動(dòng)機(jī)損壞過流,過壓,（1）制動(dòng)電路損壞不工作 開關(guān)管損壞開路 控制電路不發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào) （2）減速時(shí)間過短，又未裝設(shè)制動(dòng)電路 （3）電源串入高壓 高溫 （1）冷卻風(fēng)機(jī)未工作或是風(fēng)量不足 （2）散熱板進(jìn)風(fēng)受阻 （3）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度偏高,.逆變模塊的損壞,過流 （1）驅(qū)動(dòng)電路損壞，輸出保持高電平 （2）負(fù)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(hù)電路故障所致，絕大多數(shù)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(fā)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(fā)光 二極管發(fā)光量 R變值 R變大 過流,（3）溫度取樣 熱敏電阻 熱敏開關(guān) Ib=（Ucc-0.7）/Rt Ib Ic Vc Rt變值產(chǎn)生假過熱故障,.無故障顯示，但不能啟動(dòng)運(yùn)行 （1）無輸出頻率 幾種輸出頻率控制方法都無法啟動(dòng)CPU