維修電工技師高級技師教學作者王兆晶維修電工技師高級技師全套齊

維修電工技師高級技師教學作者王兆晶維修電工技師高級技師全套齊第1頁/共89頁

掌握晶閘管直流可逆調速系統(tǒng)的安裝、調試方法；熟悉變頻器的基本工作原理；掌握變頻器的安裝、接線及參數設定方法；熟悉變頻器的應用及維護方法。第一章電氣傳動與自動控制第2頁/共89頁目錄第一節(jié)電力電子器件一、絕緣柵雙極型晶體管二、集成門極換流晶閘管三、智能電力模塊第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)一、晶閘管有源逆變工作原理二、晶閘管電動機驅動器中的環(huán)流及控制三、有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)四、邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)19一、通用變頻器的工作原理19二、通用變頻器的基本結構第一章電氣傳動與自動控制第3頁/共89頁三、變頻器的類別23四、變頻器的額定值和頻率指標24五、變頻器的主電路24六、通用變頻器的控制電路原理26七、變頻器參數的設定和功能選擇31八、變頻調速技術的應用40九、變頻器的安裝與調試44十、變頻器的維護49第四節(jié)常用傳感器50一、自整角機50二、旋轉變壓器51三、光電編碼器52四、感應同步器53目錄第一章電氣傳動與自動控制第4頁/共89頁第一節(jié)電力電子器件一、絕緣柵雙極型晶體管IGBT的圖形符號及等效電路如圖1-1所示。圖1-1IGBT的圖形符號及等效電路a）IGBT圖形符號b）等效電路第5頁/共89頁第一節(jié)電力電子器件二、集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管(IGCT)是一種中壓、大功率半導體開關器件。IGCT的圖形符號和門極驅動電路如圖1-2所示。圖1-2IGBT的圖形符號和門級驅動電路a）IGBT圖形符號b）門機驅動電路圖1-3三相IGBT逆變器原理圖第6頁/共89頁第一節(jié)電力電子器件三、智能電力模板IPM具有的特點如下：1）開關速度快，驅動電流小，控制驅動更為簡單。2）內含電流傳感器，可以高效迅速地檢測出過電流和短路電流，能對功率芯片給予足夠的保護，故障率大大降低。3）由于在器件內部電源電路和驅動電路配線設計上的優(yōu)化，所以由浪涌電壓、門極振蕩、噪聲引起的干擾等問題均能有效地得到控制。4）保護功能較為豐富，如電流保護、電壓保護、溫度保護一應俱全，隨著技術的進步，保護功能將進一步日臻完善。智能電力模板內部的基本結構圖如圖1-4所示。智能電力模板內部的基本結構圖應用實例如圖1-5所示。第7頁/共89頁第一節(jié)電力電子器件圖1-4

智能電力模板內部的基本結構圖第8頁/共89頁第一節(jié)電力電子器件圖1-5

智能電力模板應用電路第9頁/共89頁第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)一、經閘門有源逆變工作原理1.有源逆變的工作原理1）

α

＜90°時，裝置處于整流狀態(tài)。2）

α

＜90°時，裝置處于逆變狀態(tài)。3）在電動機電動勢作用下，晶閘管裝置則將直流電轉變成交流電，并將電能送回電網。圖1-6

有源逆變工作原理第10頁/共89頁第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)2.實現有源逆變的必須條件3）當逆變電壓U

d大于電動機的電動勢E時，逆變電流與電動機不能形成通路而處于阻斷狀態(tài)。1）直流側必須外接與直流電流I

d同方向的直流電源E，其數值要稍大于。U

d2）逆變器必須工作在逆變角β

＜90°（α

＞90°）的區(qū)域內，使＜0。U

d第11頁/共89頁第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)二、晶閘管電動機驅動器中的環(huán)流及控制1.反并聯電路中的環(huán)流（1）環(huán)流靜態(tài)環(huán)流是指晶閘管裝置在固定的觸發(fā)延遲角之下穩(wěn)定工作，系統(tǒng)中出現環(huán)流。圖1-7反并聯電路中的環(huán)流第12頁/共89頁第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)（2）動態(tài)環(huán)流是指當觸發(fā)器的控制電壓突然改變時，系統(tǒng)從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N工作狀態(tài)的過渡過程中產生的環(huán)流。圖1-7反并聯電路中的環(huán)流第13頁/共89頁第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)2.環(huán)流的二重性一般說，產生環(huán)流是不利的，但環(huán)流又有它有利的一面，少量的直流環(huán)流可以作為晶閘管的基本負載。圖1-9三相橋式電路中的環(huán)流第14頁/共89頁三、有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)1.自然環(huán)流可逆調速系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成圖1-10自然環(huán)流可逆調速系統(tǒng)第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第15頁/共89頁（2）角度控制和電流限制為了防止逆變顛覆，對于最小逆變βmin必須嚴格控制。為了限制主回路反向的最大電流，正反向的限幅值可以根據生產機械對正反向的加速度要求而定。圖1-12晶閘管可逆調速系統(tǒng)（3）系統(tǒng)的工作過程（4）正向制動停車1）電動機停止狀態(tài)2）電動機正向啟動運轉第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第16頁/共89頁圖1-13給定環(huán)流的可逆調速系統(tǒng)1）本橋逆變階段2）它橋制動階段2.給定直流環(huán)流和可控環(huán)流的可逆調速系統(tǒng)（1）給定環(huán)流系統(tǒng)第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第17頁/共89頁圖1-14可控環(huán)流的可你調速系統(tǒng)（2）可控環(huán)流系統(tǒng)第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第18頁/共89頁四、邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)1.邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的分類圖1-15邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的工作原理第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第19頁/共89頁2.可逆系統(tǒng)對邏輯裝置的基本要求1）在任何情況下，兩組晶閘管絕不能同時有觸發(fā)脈沖，一組工作時，必須封鎖另一組脈沖。2）當轉矩極性鑒別信號U

si改變極性時，必須等到零電流檢測器發(fā)出“零電流”信號后，才允許發(fā)出邏輯切換指令，為此必須根據轉矩極性和零電流檢測信號進行邏輯判斷。3）發(fā)出切換指令后，經過關斷等待時間的延時封鎖原導通組脈沖，在經過觸發(fā)等待時間后才能開放另一組。第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第20頁/共89頁3.雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的控制原理圖1-16雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的工作原理第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第21頁/共89頁（1）主電路圖1-17調速系統(tǒng)主電路第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第22頁/共89頁（2）觸發(fā)電路圖1-18集成觸發(fā)電路第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第23頁/共89頁（3）速度調節(jié)器圖1-20速度調節(jié)器工作原理第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第24頁/共89頁（4）電流調節(jié)器圖1-21電流調節(jié)器工作原理第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第25頁/共89頁（5）反號器圖1-22反號器工作原理第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第26頁/共89頁（6）轉矩極性鑒別器圖1-23轉矩極性鑒別器a）工作原理b）輸入特性第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第27頁/共89頁（7）零電流檢測器器圖1-24零電流檢測器工作原理a）工作原理b）輸入特性第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第28頁/共89頁（8）邏輯控制器圖1-25邏輯控制器第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第29頁/共89頁1）邏輯判斷電路2）延時電路3）邏輯保護電路4）推β電路5）脈沖輸出控制電路邏輯控制器有以下部分組成：（9）電流變換器圖1-26電流變送器原理圖第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第30頁/共89頁1）先進行部件調試，后進行系統(tǒng)調試。2）先進行開環(huán)調試，后進行閉環(huán)調試。3）先進行電阻性負載，后調試電感性負載。4）先進行內環(huán)試，后調試外環(huán)。5）先進行不可逆調試，后進行可逆調試。4.雙閉環(huán)無電流可逆調速系統(tǒng)的安裝、調試（1）調試原則（2）單元部件調試1）電流調感器（ASR）的調試。2）電流調感器（ACR）的調試。3）電平檢測器的調試4）反號器（AR）的調試。5）邏輯控制器（DLC）的調試。（3）系統(tǒng)開環(huán)調試1）系統(tǒng)保護措施2）相序及相位檢查3）系統(tǒng)開環(huán)調試第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第31頁/共89頁1）保護環(huán)節(jié)的整定。（4）閉環(huán)調試2）無環(huán)流不可逆調試①過電流繼電器的整定②

欠勵磁繼電器的整定③

過電壓繼電器的整定④

超速繼電器的整定⑤電源斷相和電源電壓監(jiān)視①電環(huán)流的調試②

速度變換器的調試③

觀察系統(tǒng)的動態(tài)波形3）無環(huán)流可逆調試。第二節(jié)晶閘管可逆調速系統(tǒng)第32頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

一、通用變頻器的工作原理1.交流異步電動機變頻調速原理2.變頻調速系統(tǒng)的控制方式E1=4.44kr1f1N1

Φm式中E1——氣隙磁通在每相定子繞組中感應電動勢的有效值(V);

f1——定子頻率(HZ)

;N1

——每相定子繞組串聯匝數;kr1

——與繞組有關的結構常數;

Φm

——每極氣隙磁通量(Wb).（1）基頻以下調速（2)基頻以上調速第33頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

圖1-29基頻以下調速時的機械特性圖1-30基頻以下調速時的機械特性第34頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

3.PWM控制技術圖1-31

SPWM波形a)等效波形b)仿真波形二、通用變頻器的基本結構1.通用變頻器的外形結構第35頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

圖1-32變頻器的基本結構第36頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

圖1-33主電路接線端2.主電路接線端第37頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

3.控制端子圖1-34控制電路接線端子第38頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

4.操作面板圖1-35操作面板第39頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

三、變頻器的類別1.按照變換環(huán)節(jié)分類（1）交-交變頻器（2）交-直-交變頻器2.按照濾波方式分類（1）電壓源型變頻器（2）電流源型變頻器圖1-36電壓源型和電流源型交-直-交變頻器a)電壓源型b)電流源型第40頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

四、變頻器的額定值和頻率指標1.輸入側的額定值2.輸出側的額定值（1）輸出電壓UN（2）輸出電流IN（3）輸出容量SN（4）配用電動機功率PN（5）超載能力3.頻率指標（1）頻率范圍（2）頻率精度（3）頻率分辨率第41頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)

五、變頻器的主電路1.交-直部分（1）整流電路（2）濾波電容（3）限流電阻（4）電源指標HL圖1-37電壓源型交-直-交變頻器主電路的基本結構2.直-交部分（1）逆變管V1～V6（2）續(xù)流二級管VD7～VD12（3）緩沖電路第42頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)3.制動電阻和制動單元（1）制動電阻（2）制動單元六、通用變頻器的控制電路原理1.U/f控制通用變頻器（1）普通U/f控制通用變頻器1)主要特點優(yōu)點包括:轉速開環(huán)控制,無速度傳感器,控制電路簡單,使用通用標準異步電動機,通用性強,性價比高.①不能準確地調整電動機轉矩補償和適應轉矩的變化。缺點如下:②無法準確地控制電動機的實際轉速。

③轉速極低時，由于轉矩不足而無法克服較大的靜摩擦力。第43頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)2)接線原理圖1-38變頻控制電路與外圍接線第44頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)（2）具有恒定磁通功能的U/f控制通用變頻器圖1-39恒定電磁轉矩控制電路工作原理2.矢量控制通用變頻器矢量控制系統(tǒng)的基本思想是:交流異步電動機的轉子能夠旋轉的原因是交流電動機的定子能夠產生旋轉磁動勢;而旋轉磁動勢是交流電動機三相對稱靜止繞組A,B,C,通過三相平衡的正弦電流所產生的.但是,旋轉磁動勢并不一定非要三相平衡,在空間位置上互相”垂直”;在時間上互差120。電角度的兩相繞組通以平衡的電流,第45頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)也能產生旋轉磁動勢.3.直接轉矩控制（1）直接轉矩控制的基本思想1)轉矩控制.2)磁鏈控制.（2）直接轉矩控制的主要特點1)直接轉矩控制技術是直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型,控制電動機的磁鏈和轉矩.2)直接轉矩控制磁場定向所用的是定子磁鏈,只要知道定子電阻就可以把它觀測出來.3)直接轉矩控制采用空間矢量的概念來分析三相交流電動機的數學模型和控制其各物理量.4)直接轉矩控制強調的是轉矩的直接控制與效果.圖1-42直接轉矩系統(tǒng)結構第46頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)七、變頻器參數的設定和功能選擇1.變頻器運行頻率的設定方法（1）給定頻率設定方法1)面板給定.2)預置給定.3)外接給定.4)通信給定.圖1-43三菱FR-E500系列變頻器操作面板（2）變頻器的外接給定配置1)外接電壓給定信號控制端.2)外接電流給定信號的控制.3)輔助給定.第47頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)圖1-44變頻器的給定信號控制端子2.變頻器運行頻率范圍的設定（1）基本頻率和最高頻率（2）上限頻率和下限頻率（3）回避頻率圖1-45上,下限頻率圖1-46回避區(qū)（4）載波頻率設定（5）瞬停再啟動第48頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)3.變頻器的啟動（1）變頻器的啟動（2）升降速1)啟動頻率.2)啟動前直流制動.1)升速時間.2)降速時間.3)升降速方式.圖1-48線性升速方式圖1-49S形升速方式4.變頻器的制動（1）直流制動（2）外接制動電阻和制動單元（3）整流回饋制動第49頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)圖1-50設定直流制動的要求圖1-51制動電阻接線情況圖1-52整流回饋電路工作原理第50頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)5.微機設置變頻器的參數和功能（1）接口與標準轉換（2）系統(tǒng)硬件連接1)通信電纜的連接方法如下:圖1-53有RS-485接口的計算機與多臺變頻器的連接圖1-54帶有RS-232接口的計算機與多臺變頻器的連接第51頁/共89頁第三節(jié)變頻調速系統(tǒng)2)端子接線方法:圖1-55帶有RS-485的計算機與單臺變頻器的接線第52頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)圖1-56帶有RS-?485的計算機與多臺變頻器的接線(3)軟件的初始化與操作界面

1)通信的初始化。

①變頻器串行通信的初始化。第53頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)②計算機串行通信的初始化。

2)三菱變頻器設置軟件的使用。

①啟動VFDSetups-w軟件。圖1-57設置窗口第54頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)②設置變頻器的型號和容量。圖1-58變頻器的型號和容量設置第55頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)③通信設置。圖1-59通信設置第56頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)④變頻器參數的設置。圖1-?60完全參數設置界面第57頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)⑤變頻器運行的顯示。圖1-?61示波器顯示界面第58頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)

(1)變頻器容量的選擇

(2)變頻器類型的選擇

1)對于風機和泵類負載2)對于恒轉矩負載，

3)被控對象具有一定的動態(tài)、靜態(tài)指標要求

4)可控對象具有較高的動態(tài)、靜態(tài)指標要求1.變頻器的選擇八、變頻調速技術的應用第59頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(1)電動機的工作狀態(tài)圖1-?62起升機構的組成2.變頻機在生起機構的應用第60頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(2)起升機構對拖動系統(tǒng)的要求

1)速度調節(jié)范圍

2)上升時的預備級速度

3)重力勢能的處理

4)制動方法5)溜鉤問題的解決

(3)起升機構的變頻調速改造1)電動機的選擇：

①選用變頻專用電動機。

②直接配用變頻器。

③轉子繞組短接，并把電刷抬起第61頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)

2)變頻器容量的選擇式中IMN——電動機額定電流（A）；k1——所需最大轉矩與電動機額定轉矩之比；k2=1.5（變頻器的過載能力）；k3=1.1（余量）。第62頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)圖1-?64電源反饋器件的接法4)電能的反饋①電源反饋器件的接法3)制動電阻的選擇：

第63頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)⑤變頻器運行的顯示。圖1-?61示波器顯示界面第64頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)

(1)變頻器容量的選擇

(2)變頻器類型的選擇

1)對于風機和泵類負載2)對于恒轉矩負載，

3)被控對象具有一定的動態(tài)、靜態(tài)指標要求

4)可控對象具有較高的動態(tài)、靜態(tài)指標要求1.變頻器的選擇八、變頻調速技術的應用第65頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(1)電動機的工作狀態(tài)圖1-?62起升機構的組成2.變頻機在生起機構的應用第66頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(2)起升機構對拖動系統(tǒng)的要求

1)速度調節(jié)范圍

2)上升時的預備級速度

3)重力勢能的處理

4)制動方法5)溜鉤問題的解決

(3)起升機構的變頻調速改造1)電動機的選擇：

①選用變頻專用電動機。

②直接配用變頻器。

③轉子繞組短接，并把電刷抬起第67頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)

2)變頻器容量的選擇式中IMN——電動機額定電流（A）；k1——所需最大轉矩與電動機額定轉矩之比；k2=1.5（變頻器的過載能力）；k3=1.1（余量）。第68頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)圖1-?64電源反饋器件的接法4)電能的反饋①電源反饋器件的接法3)制動電阻的選擇：

第69頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)②具有電源反饋功能的變頻器圖1-?65具有電源反饋功能的變頻器第70頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)5)公用直流母線。圖1-?66公用直流母線第71頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(4)變頻調速方案

1)控制要點：

①控制模式。

②起動方式。

③制動方法。④點動制動。

2)調速方案：

①變頻器的選型。

②機構的調整。第72頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)3)控制電路圖1-?67吊鉤的變頻調速方案第73頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(1)環(huán)境溫度

(2)環(huán)境濕度(3)安裝場所(4)安裝空間圖1-?68變頻器的安裝空間1.變頻器的安裝環(huán)境九、變頻器的安裝與調試第74頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(1)變頻器的發(fā)熱與散熱變頻器散熱很重要。

1)變頻器的發(fā)熱。

2)變頻器的散熱。

(2)變頻器的接線

1)主電路的接線。

圖1-70主電路接線2.變頻器的安裝(5)其他條件第75頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(1)變頻器的發(fā)熱與散熱變頻器散熱很重要。

1)變頻器的發(fā)熱。

2)變頻器的散熱。

(2)變頻器的接線

1)主電路的接線。

圖1-70主電路接線2.變頻器的安裝(5)其他條件第76頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)2)控制電路的接線。

①模擬量控制線②開關量控制線③變頻器的接地(1)通電前的檢查

1)外觀、構造檢查。

2)電源電壓、絕緣電阻的檢查。

(2)變頻器的通電和預置

2.變頻器的調試第77頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)

1)熟悉鍵盤。

2)進行功能預置。

3)將外部輸入控制線接好

(3)電動機的空載試驗(4)拖動系統(tǒng)的起動和停機

1)起轉試驗。

2)起動試驗。

3)停機試驗。

(5)拖動系統(tǒng)的負載試驗第78頁/共89頁第一章電氣傳動與自動控制第三節(jié)變頻調試系統(tǒng)(1)變頻器檢查注意事項(2)日常檢查項目

(3)定期檢查的主要項目及維護方法(4)零部件的更換

1)冷卻風扇