變頻器技術(shù)培訓(xùn)講座

1、.歡迎各位參加變頻器技術(shù)培訓(xùn)班 *大學(xué) *學(xué)院 E-mail:*.v原則: 輕理論、重基本概念、旨在解決實際問題v內(nèi)容: 變頻器的基本原理、應(yīng)用技術(shù)、維護(hù)修理v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(jī)變頻調(diào)速的基本原理定子轉(zhuǎn)子 鼠籠式繞線式: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: 當(dāng)三相對稱的電流流入三相定子繞組后，電動機(jī)內(nèi)便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場. 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 7501060Pfn (亦稱同步轉(zhuǎn)速).3.異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn) 通入三相電源 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 轉(zhuǎn)子

2、導(dǎo)條切割磁場 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(電流) 帶電導(dǎo)體在磁場中 產(chǎn)生電磁力 對軸心產(chǎn)生二個方向相反、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)磁場有相對運動是電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因000snnnnn1060(1)(1)Pfnnss5.調(diào)速方法（1）.改變極對數(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(稱異步電動機(jī))00nnn .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

3、電電流，以 保護(hù)整流二極管制動電路:吸收泵生電壓和增大電機(jī)制動轉(zhuǎn)矩逆變電路:在驅(qū)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(hù)電路:由取樣、放大、處理三部分電路組成驅(qū)動電路:把CPU送出的PWM信號進(jìn)行電壓和功 率放大，控制逆變電路中六個開關(guān)器件I/O電路:處理變頻器對外輸入和輸出相關(guān)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(guān)信號控制變頻器的工作 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

4、定子繞組漏阻抗,每相定子繞組上的電動勢則 U1E1=4.44K1w1f1m=Kf1m 設(shè) U1=C 不變 則m 1/f1 f1 m Tm 電動機(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(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,同時控制也方便，廣泛應(yīng)用于電力拖動(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

5、的性能方法:仿直流調(diào)速 勵磁電流 控制磁場 電樞電流 控制轉(zhuǎn)矩交流電動機(jī)轉(zhuǎn)換成直流電動機(jī) 勵磁電流分量 轉(zhuǎn)矩電流分量直流調(diào)速交流電流分解.（一）交流電動機(jī)轉(zhuǎn)換成直流電動機(jī) .（2）構(gòu)思框圖.3.直接轉(zhuǎn)矩控制方式對于拖動系統(tǒng)而言TMTL nTMTL nTM=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。. 通過檢測到的定子電壓和電流直接在定子坐標(biāo)下可計算出電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的測量值與給定值進(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。

6、.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)，加減速時間較短，啟動轉(zhuǎn)矩要大。 同時啟動同時停止 不同時啟動不同時停止mIImMmsII0.9I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)基本頻率電動機(jī)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

7、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)生共振或震動較大 的輸出頻率(5)點動頻率調(diào)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(guān)電機(jī)參數(shù) 在線：可以隨溫度變化而自動修正 參數(shù)，使運行保持穩(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

8、-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，噪音可以減小，電機(jī)發(fā)熱和對外干擾會增強(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，加減速機(jī)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(qū)動電機(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

9、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，風(fēng)量減小，二者導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱?？梢越档洼d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。可以適當(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)動防爆電機(jī)時應(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，電纜較長時應(yīng)考慮 線經(jīng)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(tài)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(jī)為何不能啟動？ 答：變頻器獲取不到電機(jī)的相關(guān)信息無法運算作出判斷，

10、無法發(fā)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(jī)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(yīng)定期通電，否則使用時應(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

11、設(shè)定值恒壓供水，此時，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，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，其他泵軟啟動工頻供電。 多泵均由變頻器軟啟動調(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XF反映 當(dāng)調(diào)節(jié)輥與支點平衡時，XD=XF 調(diào)節(jié)輥

12、下垂時 XF下降 調(diào)節(jié)輥上升時 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現(xiàn)速度比 反饋板控制器設(shè)定電子齒輪比實現(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（運行時經(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)

13、機(jī)的風(fēng)量是否正常。散熱板是否溫度過熱。有無異味，震動是否正常。.3.定期檢修利用停產(chǎn)間隙時間進(jìn)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(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. 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(qū)動功率小 輸出功率大 二者優(yōu)勢互補(bǔ) (2)內(nèi)存寄生電路，導(dǎo)通后產(chǎn)生正反饋

14、效應(yīng)柵極失去控制信號后、仍保持導(dǎo)通狀態(tài)無自關(guān)斷能力（近似普通可控硅）.對驅(qū)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(nèi)部壓降大 負(fù)電壓 -10V -5V-盡快吸收存儲電荷（3）驅(qū)動輸入加隔離措施、防止高壓串入控制電路（4）六組驅(qū)動電路需四組獨立電源 （2）驅(qū)動正電壓 15-20V.驅(qū)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(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)動電路 +保護(hù)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(jī)專為滿足變頻器調(diào)速需要而設(shè)計，其特點：（1）

15、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（4）另外設(shè)置了冷卻風(fēng)機(jī)專用電動機(jī)所具有的優(yōu)點：（1）具有很好的轉(zhuǎn)矩特性（2）解決了低速散熱和高速動態(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(yīng)在幾十黑筆（+）接P 紅筆接R.S.T 電阻阻值應(yīng)在幾百K實測值偏離參數(shù)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(jié)構(gòu)相同，所測出的電阻值應(yīng)基本相同，否則管子損壞。（2）逆變模塊.可用上

16、述方法進(jìn)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(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)通時間 Toff開關(guān)管截止時間 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00TUUTonioffnin.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，動手能力強(qiáng)，堅韌的個性?；竟ぞ撸褐羔樖饺f用表、直流穩(wěn)壓電源、示波器、信號發(fā)生器、頻率計、自制工

17、具，電機(jī)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?shù)耐緩竭M(jìn)行檢測，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，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(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)管長時間導(dǎo)通（3）制動電路開關(guān)管損壞短路（4）逆變電路損壞，一

18、個橫臂短路（5）負(fù)載過載： .負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大 .電動機(jī)損壞過流.過壓（1）制動電路損壞不工作 開關(guān)管損壞開路 控制電路不發(fā)驅(qū)動信號（2）減速時間過短，又未裝設(shè)制動電路（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)場環(huán)境溫度偏高.逆變模塊的損壞過流（1）驅(qū)動電路損壞，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22PN12RV =UR +RPNVRi 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，但不能啟動運行 （1）無輸出頻率 幾種輸出頻率控制方法都無法啟動CPU問題，否則，某種控制電