变频器基础知识课件.ppt

1、变频器基础培训变频器基础培训培训提纲培训提纲6 、维修与保养、维修与保养3 、 维修注意事项维修注意事项2 、变频器主回路及控制回路构成、变频器主回路及控制回路构成1 、 一般变频器的基本构成与功能一般变频器的基本构成与功能二、变频器的结构形式二、变频器的结构形式3、 V/F矢量控制调速方式矢量控制调速方式2、 交流电机弱磁调速的概念交流电机弱磁调速的概念1、 异步电动机的调速原理异步电动机的调速原理一、变频器的基本原理一、变频器的基本原理一变频器的基本原理一变频器的基本原理1步电动机的调速原理步电动机的调速原理异步电机的轴转速为：异步电机的轴转速为： n=60f1(1- S)/p f1 -定

2、子频率定子频率 S -异步电动机转差率异步电动机转差率 p -磁极对数磁极对数 可见，改变电动机定子侧供电电源频率，即可改变其同步转速，实现级可见，改变电动机定子侧供电电源频率，即可改变其同步转速，实现级调速的目的。调速的目的。 异步电机调速时，希望尽量保持主磁通异步电机调速时，希望尽量保持主磁通m不变：不变： 1）磁通太弱，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电）磁通太弱，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电机负载能力下降。机负载能力下降。 2）磁通太强，则铁芯处于过励磁状态，励磁电流过大，限制了定子电）磁通太强，则铁芯处于过励磁状态，励磁电流过大，限制了定子电流流的负

3、载分量，电机负载能力下降。流流的负载分量，电机负载能力下降。 主磁通也即气隙磁通是由定子、转子合成磁势主磁通也即气隙磁通是由定子、转子合成磁势产生的，保持磁通恒定的方法：产生的，保持磁通恒定的方法： 三相异步电动机定子每相电动势的有效值为：三相异步电动机定子每相电动势的有效值为： E1=4.44 f1N1 m m一定子相绕组有效砸数一定子相绕组有效砸数 m每极磁通每极磁通量量Wb 可见，可见，m是由是由E和和F共同决定的，对共同决定的，对E和和F进进行适当的控制，就可以使行适当的控制，就可以使m保持最值不变保持最值不变.2交流电动机弱磁调速的概交流电动机弱磁调速的概念念 由上节分析可知，基频（

4、电机额定频率）由上节分析可知，基频（电机额定频率）以下调速时，为保证电机负载能力，应尽量保以下调速时，为保证电机负载能力，应尽量保持主磁通持主磁通m不变，这就要求在降低供电电源不变，这就要求在降低供电电源频率频率f的同时，也应降低感应电动势的同时，也应降低感应电动势E，使，使E/F等于常数，这种恒磁通控制属于恒转矩控制方等于常数，这种恒磁通控制属于恒转矩控制方式。式。 由于感应电动势均力敌由于感应电动势均力敌E1难于检测和直难于检测和直接控制，且当接控制，且当E和和F值较高时，定子漏阻抗压降值较高时，定子漏阻抗压降相对较小，可近似认为相对较小，可近似认为E/fv/f。因此，按恒定。因此，按恒定

5、比例控制比例控制v/f，即可以达到恒磁通目的。，即可以达到恒磁通目的。1）基频以下的恒磁通变频调速）基频以下的恒磁通变频调速2）基频以上的弱磁调速）基频以上的弱磁调速 由于由于v受电机额定电压限制不能继续升高，受电机额定电压限制不能继续升高，只能通过减小来获得基频以上的调速特性，这只能通过减小来获得基频以上的调速特性，这种定子电压不变，而减小种定子电压不变，而减小m的调速区段称为的调速区段称为弱磁调速，也叫恒功率调速。弱磁调速，也叫恒功率调速。 此时随着速度的不断升高，电机输出此时随着速度的不断升高，电机输出转矩是在逐渐减小的。转矩是在逐渐减小的。3)特性曲线特性曲线恒转矩恒功率3V/f、矢量

6、控制调速原理、矢量控制调速原理1）V/f控制基本实现方法控制基本实现方法PWM脉冲宽度调制方法（脉冲宽度调制方法（Pulse width Modulation） 利用参考电压利用参考电压U与载频三角波与载频三角波U互相比较，来决互相比较，来决定主功率器件的导通时间，实现调压。脉冲宽度调制定主功率器件的导通时间，实现调压。脉冲宽度调制是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制，达到调节输出脉冲度的一种方法。，达到调节输出脉冲度的一种方法。2) V/f控制方式的缺点控制方式的缺点 在低频时，由于在低频时，由于V较小，定子阻抗压降的分量较小，定子阻抗

7、压降的分量比较显著，不在能忽略。比较显著，不在能忽略。 当转矩增大到最大值以后，特性就向下弯了。当转矩增大到最大值以后，特性就向下弯了。 最大转矩随着最大转矩随着f的降低而减少。的降低而减少。尽管可以采取低频补偿措施，但通常认为尽管可以采取低频补偿措施，但通常认为V/F控制的下限频率应不小于控制的下限频率应不小于0.3HZ.3)矢量控制矢量控制 由于由于V/F控制是基于异步电动机的静态数学控制是基于异步电动机的静态数学模型，因此，其动态指标不高，对于轧钢、造纸模型，因此，其动态指标不高，对于轧钢、造纸等行业，还需要高品质动态指标的控制方式。等行业，还需要高品质动态指标的控制方式。 矢量控制是根

8、据交流电动机的动态数字模矢量控制是根据交流电动机的动态数字模型，利用坐标变换手段，将电机的定子电流分解型，利用坐标变换手段，将电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，通过对一次定成磁场分量电流和转矩分量电流，通过对一次定子电流的大小、频率及相位进行适当的控制，可子电流的大小、频率及相位进行适当的控制，可实现矢量分解及控制。实现矢量分解及控制。4）IGBT功率器件的迅速发展功率器件的迅速发展 IGBT由于其开关损耗低，可使载波频率大幅度由于其开关损耗低，可使载波频率大幅度提高到提高到20K左右。左右。 使电机电流更趋于正弦波，大大减小转矩脉动和使电机电流更趋于正弦波，大大减小转矩脉动和电

9、机内部因脉动而造成的损耗。电机内部因脉动而造成的损耗。 IGBT为压控器件，门极触发功率很小，使驱动为压控器件，门极触发功率很小，使驱动回路简单及体积小。回路简单及体积小。 由于开关频率高，由于开关频率高，di/dt、dv/dt、通态电阻、阻、通态电阻、阻断电流（漏电流）等内部参数差异小，容易实现断电流（漏电流）等内部参数差异小，容易实现并联扩容。并联扩容。 5）四种控制模式的特点）四种控制模式的特点控制模式v/f控制带PG v/f控制开环矢量控制闭环矢量控制控制模式电压/频率控制（Open loop）电压/频率控制带速度补偿电流矢量不带PG控制电流矢量带PG控制速度检出器不要要（PG）不要要

10、（PG）速度检出器Option不要PG-A2， PG-D2不要PG-B2， PG-X2速度控制范围1：401：401：1001：100启动转矩150%/3HZ150%/3HZ150%/1HZ150%/0/min速度控制精度2%3%0.3%0.2%0.2%转矩控制不可不可不可可以适用用途同时驱动多台电机，电机参数不知道，不能做Autotuning机械侧已安装PG需多种调速的场合简易伺服驱动，高精度速度控制，转矩控制变频器外接线电路变频器外接线电路二变频器的结构形式二变频器的结构形式1一般变频器的基本构成与功能一般变频器的基本构成与功能 给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分给异步电动机提供调

11、频调压电源的电力变换部分，称为主回路。，称为主回路。a.整流器整流器 把工频电源变换为直流电源把工频电源变换为直流电源,电功率的传送不可逆电功率的传送不可逆. 1）主回路）主回路 b.滤波器滤波器在整流器整流后的直流电压中在整流器整流后的直流电压中,含有脉动电压含有脉动电压,此外此外,逆变器回路产生的脉动电流也使直流电压波动逆变器回路产生的脉动电流也使直流电压波动.为为了抑制这些电压波动采用直流电机器和电容器吸收了抑制这些电压波动采用直流电机器和电容器吸收脉动电压脉动电压(电流电流).c.逆变器逆变器 逆变器的作用是在所确定的时间里有规则地逆变器的作用是在所确定的时间里有规则地使六个功率开关器

12、件导通、关断使六个功率开关器件导通、关断,从而将直流功率从而将直流功率变换为所需电压和频率的交流输出功率变换为所需电压和频率的交流输出功率.d.制动单元制动单元 异步电机在再生制动区域运行时异步电机在再生制动区域运行时,再生能量再生能量首先储存于储能电力电容器中首先储存于储能电力电容器中,使直流电压升高使直流电压升高.对起重机机械系统惯量所积蓄的能量比电容器能对起重机机械系统惯量所积蓄的能量比电容器能储存的能量大储存的能量大,并且需要快速制动并且需要快速制动,必须用可逆变必须用可逆变流器把再生能量反馈到电网侧流器把再生能量反馈到电网侧,这样节能效果更这样节能效果更好好,或设置制动单元或设置制动

13、单元,把多余再生功率消耗掉把多余再生功率消耗掉,以免以免直流回路电压的上升超过限值。直流回路电压的上升超过限值。 2)控制回路a运算回路运算回路 将外部的转速、转矩等指令同检测回路的将外部的转速、转矩等指令同检测回路的电流、电压信号进电流、电压信号进 行比较运算，决定变频器行比较运算，决定变频器的输出电压、频率。的输出电压、频率。b. 电压电压/电流检测回路电流检测回路 检测主回路电压、电流等。检测主回路电压、电流等。c. 驱动回路驱动回路 驱动主回路功率开关器件驱动主回路功率开关器件,使之导通、关断。使之导通、关断。d. 转速检测回路转速检测回路 检测速度信号送入运算回路。检测速度信号送入运

14、算回路。 3）保护回路 保护回路可分为变频器保护和异步电机的保护保护回路可分为变频器保护和异步电机的保护a、 变频器的保护变频器的保护（1） 时过电流保护时过电流保护 由于变频器负载侧短路等原因，流过变频器元由于变频器负载侧短路等原因，流过变频器元件的电流达到异常值时，立即停止工作。件的电流达到异常值时，立即停止工作。（2） 过载保护过载保护 变频器电流超过一定值，且连继流通超过规定变频器电流超过一定值，且连继流通超过规定时间，停止工作。时间，停止工作。（3） 再生过电压保护再生过电压保护 采用变频器使电机快速减速时，由于再生采用变频器使电机快速减速时，由于再生功率引起直流电路电压升高超过允许

15、值时，停功率引起直流电路电压升高超过允许值时，停止运行。止运行。（4） 瞬时掉电保护瞬时掉电保护（5） 对地过电流保护对地过电流保护（6） 冷却风机异常冷却风机异常（1） 过载保护过载保护（2） 超速保护超速保护 变频器的输出频率或者异步电动机的变频器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停器运行。速度超过规定值时，停器运行。b.异步电机的保护2安川变频器结构形式1） 整流器：整流器：AC-DC二极管整流二极管整流UO=Ed2） 充电限流电阻充电限流电阻R：抑制：抑制di/dt3） 旁路接触器旁路接触器MC：线圈控制过程，电压检测方：线圈控制过程，电压检测方 式式80Edn4） 滤波电容

16、滤波电容C：滤波、储能、抑制电压突变（瞬：滤波、储能、抑制电压突变（瞬停保护）停保护）5） F快速熔断器：保护快速熔断器：保护IGBT以防才障进一步扩展。以防才障进一步扩展。6）AC、CT1、DC、CT2：电流互感器，因：电流互感器，因DC中电流含有较高谐波分量，中电流含有较高谐波分量，AC电流是变频电流是变频F变化，变化，且不是规范的且不是规范的50HZ正弦波，因此备件定货时，正弦波，因此备件定货时，一定采用同类产品。一定采用同类产品。7） 主功率器件主功率器件IGBT：检查方法，器件更换时，：检查方法，器件更换时，型号、导热胶、三菱（型号、导热胶、三菱（CM）、东芝、富士电压）、东芝、富士

17、电压等级（等级（CM400HA-24G。CM300HA-12G）8） 浪涌尖峰噪声吸收模块（浪涌尖峰噪声吸收模块（R、C、D）开关）开关速度过快（频率过高）速度过快（频率过高）9） 充电指示灯：充电指示灯：DC27V以上以上10） 冷却风机检测、温度检测、冷却风机检测、温度检测、MC辅助触点检测。辅助触点检测。11） PG及及PG卡：卡：600P/RA相、相、B相脉冲。相脉冲。12） 驱动板，供电电源由驱动板，供电电源由UPN提供并向主控板手持提供并向主控板手持编程器提供门极驱动板与主回路相关联，因此易损编程器提供门极驱动板与主回路相关联，因此易损坏。坏。13） 通讯卡（通讯卡（P-2161/

18、F）安全、可靠、速度快。）安全、可靠、速度快。14） 制动单元及制动电阻。制动单元电压跳线器设制动单元及制动电阻。制动单元电压跳线器设置考虑，制动电阻温升阻置考虑，制动电阻温升阻15） 手持全数字编程器手持全数字编程器 3、维修注意事项、维修注意事项1） 所有维修工作必须在输入侧空开所有维修工作必须在输入侧空开OFF，且充，且充电指示灯灭后进行。电指示灯灭后进行。2） IGBT门极开路条件下，不允许主回路通电。门极开路条件下，不允许主回路通电。3） 所有电解电容（包括主控板、驱动板）、冷所有电解电容（包括主控板、驱动板）、冷却风机，应按照使用说明书却风机，应按照使用说明书4） 由于由于INV载

19、波频率高，空间电场强，应定期载波频率高，空间电场强，应定期对主控板、驱动板除尘。对主控板、驱动板除尘。5） RTG行走震动大，应定期紧固螺丝。行走震动大，应定期紧固螺丝。6） 在空载条件下，对在空载条件下，对5档速度下的电流、电压、档速度下的电流、电压、频率，在加速、恒速、减速制动时进行记录。定频率，在加速、恒速、减速制动时进行记录。定期检查，维修后进行比较，若偏差期检查，维修后进行比较，若偏差20则应查则应查找原因或同找原因或同YE联系。联系。参数监测可用手操器或机上表头。参数监测可用手操器或机上表头。4、参数设置说明、参数设置说明A 环境参数A1-00语言选择（日、英、法、德）A1-01访

20、问等级A1-02控制方式（V/F、矢量）A1-03初始化B1-01（0-4）频率指令输入方法）频率指令输入方法 0、 数字操作器数字操作器 1、 模拟量端子模拟量端子 2、 MEMOBUS传送（传送（SI-K2）与）与GEPLC以及其他厂家以及其他厂家PLC 3、 选择卡（选择卡（CP-216） 4、 MEMOBUS传送传送 B1参数B1-02 运行指令输入方法选择运行指令输入方法选择 0、数字操作器、数字操作器 1、模拟量端子、模拟量端子 2、MEMOBUS传送（传送（SI-K2） 3、选择卡、选择卡 4、MEMOBUS传送传送B1-03 停止方式选择停止方式选择 0、 减速停车减速停车 1

21、、 自由滑车自由滑车 2、 DC制动制动 3、 带计时器停车带计时器停车B1-04 反转选择反转选择 0、 可以反转可以反转 1、 不能反转不能反转C1-01加速时间加速时间1 C1-02减速时间减速时间1C1-03加速时间加速时间2 C1-04减速时间减速时间2C1-05加速时间加速时间3 C1-06减速时间减速时间3C1-07加速时间加速时间4 C1-08减速时间减速时间4C1-09快速停车时间快速停车时间C1-10加减速时间单位加减速时间单位C1调整参数调整参数C6-01C6-03:载波频率上载波频率上/下限下限C6-01:载波频率上限载波频率上限C6-02:载波频率下限载波频率下限C6

22、-03:载波增益载波增益C6调整参数调整参数D1-01d1-08:速度选择速度选择 D1-01指令指令1 D1-02指令指令2 D1-03指令指令3 D1-04指令指令4 D1-05指令指令5 D1-06指令指令6 D1-07指令指令7 D1-08指令指令8 D1-09点动频率点动频率D2-01D2-02：速度限：速度限 D2-01上限上限 D2-02下限下限D.指令参数指令参数E1-01E1-13：电机额定参安数：电机额定参安数E1-01 input voltage E1-02 motor selectionE1-03 V/F selectionE1-04 max frequency E1-

23、05 max voltage E1-06 base requence E1-07 mid frequency A E1-08 mid voltage A E1-09 min frequencyE1-10 min voltage E1-11 mid frequency B E1-12 mid voltageE1-13 base voltageE1电机参数电机参数E2-01 motor rated current E2-02 motor rated slipE2-03 motor no-load curent E2-04 number lf motor polesE2-05 motor line-

24、to-line resistanceE2-06 motor leak inductanceE2-07 motor iron-core saturation coefficient 1E2-08 motor iron-core saturation coefficient 2E2-09 motor mechanical loss E2-10 motor iron-core loss E2-01E2-10电机动态参数电机动态参数F任选功能参数任选功能参数F1-01F1-14 PGF1-01 PG constantF1-02 operation selection at PG open circui

25、t(0-3) 0、减速停止、减速停止 1、自由滑行停止、自由滑行停止 2、非常停止、非常停止 3、继续运行、继续运行 F1-03 operation selection at over speed 0、减速停止、减速停止 1、自由滑行停止、自由滑行停止 2、非常停止、非常停止 3、继续运行、继续运行F1-04 operation selection at deviation 0、减速停止、减速停止 1、自由滑行停止、自由滑行停止 2、非常停止、非常停止 3、继续运行、继续运行F1-05 PG rotation 0、电机正转时、电机正转时A相超前相超前 1、电机正转时、电机正转时B相超前相超前F

26、1-06 PG division rateF1-07 integral value during accel/decel enable/disable 0、无效、无效 1、有效、有效F1-08 over speed detection leverF1-09 over speed detection delay timeF1-10 excessive speed deviation detection leverF1-11 excessive speed deviation detection delay time F1-14 PG open-cir-detection time H.多功能端子

27、定义参数多功能端子定义参数H1-01H1-06(3-8端子端子) 设定范围设定范围0-77H2-01H2-03(设定范围设定范围0-37)H2-01(9-10端子端子)H2-02(25-27端子端子)H2-03(26-27端子端子)H3-01H3-12模拟量输入端子定义模拟量输入端子定义L.保护参数保护参数L1-01L1-02过载保护过载保护L1-01motor protection selection(0-1) 0、电子热保护无效、电子热保护无效 1、电子热保护有效、电子热保护有效L2-01L2-06瞬间掉电保护过载保护瞬间掉电保护过载保护L6-01L6-06过转矩检测过转矩检测L7-01L

28、7-04转矩限制转矩限制 U1.实际信号监视参数实际信号监视参数U1-01U1-38状态监视状态监视U1-01频率指令频率指令 U1-02输出频率输出频率 U1-03输出电流输出电流U1-04控制方式控制方式 U1-05电机速度电机速度 U1-06输出电压指令输出电压指令U1-07主回路直流电压主回路直流电压U2-01U2-14故障监视故障监视U2-01现在发生的故障现在发生的故障 U2-02过去故障过去故障U2-03故障时频率指令故障时频率指令 U2-04故障时输出频率故障时输出频率U2-05故障时的输出电流故障时的输出电流 U2-06故障时的电机速度故障时的电机速度U2-07故障时输出电压

29、指令故障时输出电压指令 U2-08故障时主回路直故障时主回路直流电压流电压U2-09故障时输出功率故障时输出功率 U2-10故障时力矩指令故障时力矩指令U2-11故障时输入端子运行状态故障时输入端子运行状态 U2-12故障时输出端子状态故障时输出端子状态U2-13故障时运行状态故障时运行状态 U2-14故障时累计运行时间故障时累计运行时间U3-01U3-08故障记录故障记录U3-01前一次故障内容前一次故障内容U3-02前二次故障内容前二次故障内容U3-03前三次故障内容前三次故障内容U3-04前四次故障内容前四次故障内容U3-05前一次故障发生到现在累计时间前一次故障发生到现在累计时间U3-

30、06前二次故障发生到现在累计时间前二次故障发生到现在累计时间U3-07前三次故障发生到现在累计时间前三次故障发生到现在累计时间U3-08前四次故障发生到现在累计时间前四次故障发生到现在累计时间5、故障分析及处理、故障分析及处理AFault(故障故障)OC(over current)短路、接地、加短路、接地、加/减速时间过短减速时间过短motor容量过大容量过大GF(ground fault)INV输出接地、电机坏输出接地、电机坏PUF(fuse open)快熔断快熔断SC(short circuit)INV输出断路、输出断路、MOTOR接地接地UV1(DC bus under voltage)

31、掉电、输入缺相、松动、掉电、输入缺相、松动、 电压波动过大电压波动过大UV2（control power fault）控制电源掉电）控制电源掉电FP（input phase loss）输入缺相、松动）输入缺相、松动PGO（PG open）脉冲编码器断线或接线不正确）脉冲编码器断线或接线不正确B.minor fault（故障警告）（故障警告）OV(DC over voltage)400V级级800V加加/减速时间太短，减速时间太短， 制动电阻功率太小，电阻发热制动电阻功率太小，电阻发热UV（欠电压）（欠电压）OL1（motor overload）加）加/减速成时间太短减速成时间太短OL2（inv

32、erter overload）加）加/减速时间太短，容量减速时间太短，容量偏偏 小小OL3（over torque det1）过转矩）过转矩 6、维修与保养、维修与保养A.变频器有功率管、变频器有功率管、IC、电容、电阻、继电器、风、电容、电阻、继电器、风 扇组成，这些零件在正常使用环境中应用年限超过扇组成，这些零件在正常使用环境中应用年限超过后也会发生特性变化和异常动作。因此日常保养及后也会发生特性变化和异常动作。因此日常保养及零件备件是必要的。零件备件是必要的。B. 故障类型故障类型 （a）初期故障期）初期故障期 （b）偶发故障期）偶发故障期 （c）磨损故障期）磨损故障期 更换部分新零件更

33、换部分新零件C.日常检查要点日常检查要点 1环境温度环境温度 一般电子零件寿命与温度成反比一般电子零件寿命与温度成反比 2尘埃尘埃 用吹尘枪定期吹尘用吹尘枪定期吹尘 3是否有异常震动、异常声音、异味，冷是否有异常震动、异常声音、异味，冷却风扇是否正。却风扇是否正。 Q Questions & answers问 题 解 答练练 习习 1、变频器外围电路常有哪些设备？ 2、变频器速度给定有几种形式？ 3、变频器报故障后，应先做什么工作？ 4、手柄动后，电机没有动，在变频器上应观察什么参数？练练 习解答习解答1、答：主要有断路器，接触器，电抗器，制动单元，制动电阻。2、答：数字量端子；模拟量端子；通讯等。 3、答：检查变频器故障名称，记下，再按复位按钮，如不行请即时咨询。4、运行信号、给定频率、电流值有没有。