变频器工作原理及故障排除

变频器原理及故障排除第一章变频器基本原理改变输入频率（无级调速）——变频器N=60F/PP：极对数F：频率N：转速改变极对数（有级调速）调速原理：调速方法：1.1、变频器的调速原理交-直-交变频器的主要结构框图整流器逆变器中间电路电动机控制电路～～～交-直-交变频器的主要结构框图交-直-交变频器原理图M交交直交-直-交变频器原理图RA变频器制动方式—能耗制动1.能耗制动M当泵升电压超过一定值时，Ｖ。导通，从而把负载反馈的能量消耗在R。上。R。Ｖ。Ｃ变频器制动方式—能耗制动RA变频器制动方式—能量回馈制动2.能量回馈制动MＣ当负载回馈能量是,可控变流器工作于有源逆变状态,将能量回馈电网无速度传感器矢量控制利用自适应控制法通过电压和电流模型运算，从而实现磁通和转矩的解藕，并分别进行控制。在许多场合，安装编码器不方便，同时也是为了降低成本，要求使用无编码器系统。例如安装空间较小，控制精度要求不高的场合。无速度传感器矢量控制直流传动和交流传动的比较—电机直流电机结构复杂有电刷,维护困难转子粗短，转矩惯量大交流电机结构简单无电刷,维护简单转子细长，转矩惯量小无电刷，适用环境较广变流装置较贵因为有电刷，所以在环境恶劣的不适用变流装置较便宜功率注入转子，散热所需通风机功率较大功率注入定子子，散热所需通风机功率较小效率０.７～０.７５效率０.８５～０.９1.2、变频器典型应用直流传动和交流传动的比较—电机传动按应用领域的分类：1、通用机械的节能调速：指风机，泵等机械，此类机械在不调速交流电机调速时，风量和流量使用挡板和阀门调节，调速后可节电30％～40％，而且优化了工艺过程，减少了管道和阀门的压力，提高了设备的寿命，减少了维修。风机负载和泵类负载的负载特性由此可知二次方律负载遵循如下规律(n:转速):流量Q∝n扬程H∝n2功率P∝n3风机和泵类负载属于二次方律负载特性(除罗茨风机):功率公式:PL=P0+KPnL3转矩(扬程)公式:TL=T0+KTnL2流量公式:QL=Q0+KQnL也可以转化为:PL=KFP0+KF3PN空载转矩转矩系数工作与额定F的比值用三台变频器控制三台风机，其中两用一备，电机的功率P=55KW，设计风量为Q。空载损耗为10%，转速1250转/分。若风机正常在970转/分以下连续可调，每天所需的供风量为1.5Q。（1）一台工频运行，一台变频运行；则全速P0=55*10%=5.5KWP1=55KW由PL=P0+KPnL3得:KP=55-5.5=49.5KWP2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW总消耗的功率为55+11.7=67KW风机的节电率统计举例风机的节电率统计举例（2）两台变频运行时每台的平均供风量为75%QP1=P2=5.5+49.5（75%）3=26.4KW总消耗的功率为P1+P2=52.8KW（3）三台变频运行时，每台的平均供风量为50%QP1=P2=P3=5.5+49.5(50%)3=11.7KW总消耗的功率为P1+P2+P3=35.1KW可见三台风机全投入变频运行时效果最好。假定每月工作30天，每天工作24小时，按每度0.7元计，则方案三可以比其他两个方案多节省电费8000元左右。两台工作是最多可节能30*24*0.7*(111-52.8)=29332.8元三台工作是最多可节能30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4元系统应用效果使用了变频器以后，不但免去了许多繁琐的人工操作，消除了许多不安全隐患因素，并使系统始终处于一种节能状态下运行，合理地轮换使用电机延长了设备的使用寿命，更好的适应了生产需要。而且变频器丰富的内部控制功能可以很方便地与其他控制系统或设备实现闭环自动控制。这在实现自动控制的同时，提高了控制精度，从而提高了产品质量。直流传动和交流传动的比较--应用2、工艺调速：由于工艺的要求需要调速运行的机械，如金属加工，造纸等需要稳态精度很高的领域，目前该领域正在向交流调速过渡。3、牵引调速：运输机械的电驱动，此类机械对设备的尺寸，重量和防护等级有有严格的要求，所以交流调速比较占优势。如火车，轮船等系统。4、特殊调速：对调速有特殊要求的调速系统，如调速范围达到1：50000～1：100000的场合，只能由特殊的永磁交流电动机实现。如高精度磨床，车床等第二章变频器分类按主电路工作方法分类：电压型变频器、电流型变频器按电压等级分类：⑴、高压变频器：3KV、6KV、10KV⑵、中压变频器：660V、1140V⑶、低压变频器：220V、380V按电压性质分类：⑴、交流变频器：AC-DC-AC（交-直-交）、AC-AC（交-交）⑵、直流变频器：DC-AC（直-交）按变频器调压方法：⑴、PAM变频器是一种通过改变电压源Ud或电流源Id的幅值进行输出控制的。⑵、WM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。按工作原理分：⑴、U/f控制变频器（VVVF控制）；⑵、SF控制变频器（转差频率控制）；⑶、VC控制变频器（VectoryControl矢量控制)。2.1分类23潮电变频器种类按电压分：主要有高压变频器，如凝泵变频器；低压变频器。按工作原理分：V/F控制，如化学水的M430系列;矢量变频器，如斗轮机的M440系列；空预器和汽机房行车的ACS800系列；卸船机的6SE70系列。按厂家分：主要有SIEMENS,ABB,Schneider,A-B,三菱，富士，东方日立；北京利德华福；24HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，直接6KV输入，直接6KV高压输出。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成；2.2高压变频器简介25图1电气一次主接线图1、QF1-真空断路器2、QS1、QS2、QS3-单向刀闸3、M-电机26高压变频调速系统结构图27输入侧结构输入侧由移相变压器给每个功率模块供电，移相变压器的副边绕组分为三组，根据电压等级和模块串联级数，由36脉冲系列构成多级相叠加的整流方式，可以大大改善网侧的电流波形（网侧电压电流谐波指标满足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求）。使其负载下的网侧功率因数接近1，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。28输出侧结构输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，对电缆和电机的绝缘无损坏，无须输出滤波器，就可以延长输出电缆长度，可直接用于普通电机。同时，电机的谐波损耗大大减少，消除负载机械轴承和叶片的振动。29第三章变频器故障排除303.1、排除故障基本素养1、合适的工具；如万用表、绝缘电阻表、钳表等；套筒、螺丝刀；注意花型或内六角、公制或英制的区别；2、注意文本记录；主要是装置的铭牌信息（订货号、出厂序列号、硬件版本号等）；变频器内部参数的记录；端子线号的记录；手写记录或相机拍照。3、注意防静电措施；3132在对故障排除时，我们可效仿中医诊病“望闻问切”的方法。第一步望：对故障变频器系统目视观察，以发现形态上的异常。这有时需要拆掉一些外部的盖板之类的部件，但暂时不需要动及内部的结构部件。目视检查中应注意以下内容变频器的前端整流元件有无爆裂？预充电电阻是否有烧损或烧过（表面是否呈灰白色、是否掉渣）的迹象?预充电电阻的切除继电器是否有爆裂、拉弧、烧坏的迹象？快熔是否已熔断？直流母线电容器是否有爆裂或膨胀变形等现象？可控硅与IGBT等原件是否有爆裂与飞狐的熏黑迹象？与功率原件相连接的一些阻容吸收元件、压敏器件等有无爆裂？各线路板上是否有元器件爆裂烧毁、开焊等现象？系统内是否存在异物；小动物或昆虫的尸体；有无液体侵入；大量灰尘堆积等情况？系统内是否有部件不在正确的安装位置上，或形态异常等等。3.2、排除故障方法33第二步闻：这一点很重要，变频器系统的硬件损坏的过程往往伴随发生过爆裂、飞弧、燃烧等现象，其结果一般会在故障后的系统中留有焦糊异味。在日常巡检中我们也要通过变频器是否有焦糊异味来判断是否有过热的部位，预先发现设备隐患。第三步问：仔细询问对故障发生过程有经历的人员，与他们讨论故障发生的现象和过程，是分析故障的重要手段，要多方面询问故障发生时现场所有人员了解的情况，以免有什么现象遗漏，或者描述错误；以及辨别那些事当时故障发生时的现象，那些是现场人员自己的推测；避免把推测当成事实而误导自己的判断；第四步切：这是硬件故障排除最为复杂的步骤，也最为关键，需要我们借助检测工具，及检修经验，最终判断故障元器件。通过前面的三个步骤，我们对系统发生的问题应当已经有了概貌的了解。需要根据情况决定下一步的行动。34这是硬件故障排除最为复杂的步骤，也最为关键，需要我们借助检测工具，及检修经验，最终判断故障元器件。通过前面的三个步骤，我们对系统发生的问题应当已经有了概貌的了解。需要根据情况决定下一步的行动。若发现系统的一些部件已经明显损毁，并已决定自行维修，也有相应的备件支持时，可采取的后续步骤显然是着手拆下这些故障的部件。根据系统的型号、硬件的版本信息及拆下的部件的订货号，再次确认拟用的备件是否正确。然后使用正确部件将他们替换下来。在这个过程中，也应进一步检查其它部件，特别是相邻及相关部件的形态，看有无新的异常发现，以便一并处理，在可能的情况下，还应采用检测手段，来确认留用的部件是否还具有正确的电气功能与特性。在替换掉所有损坏的和可疑的部件以后，则重新按照装配的规则与技术要求，完全的恢复系统的硬件结构。35如果哪一步出现异常，均意味着硬件有故障。这样就要先更换损坏的部件，最终需能将这些检测进行到底，并完全通过；以及排除软件故障的可能性，如参数设错等，如这些检查均查不出问题，则可能说明问题还需要在通电测试与运行时才会暴露。如果测试盒测试也能正常通过的话，说明变频器系统已基本修复，至少在这种情况下，将变频器接入工作电源已不再是一种盲目的行为。接通控制电源，再接通主电源。361、SIEMENS6SE70系列变频器故障案例3.2、低压变频器故障案例37查变频器手册中的故障代码表3839电气原理图40电气主接线中采用了3套SIEMENS公司的6SE71调速柜；分别为支持、开闭和大小车/俯仰；其中支持、开闭调速柜是同型号，同功率；由进线柜、滤波柜、整流/回馈AFE柜和逆变INV柜组成。整流/回馈AFE柜的型号为6SE7041-1EK80；3AC400V；630KW；CKD；逆变柜INVERTER的型号为6SE7041-1TK60；DC520V；630KW；SKD；41变频器型号说明42自2008年8月后，上位机就经常同时报出“PROFIBUS-DPSLAVE（起升1变频器）通讯故障”和“起升编码器故障”。如图3；同时开闭调速柜的逆变柜控制面板OP1S报“F119”。故障报出后，急停后停止工作，但是在卸船机和变频器的故障复位后，变频器都能够正常工作一段时间；热控维护人员更换了支持电机上的增量式编码器和S7-400PLC的CPU模块；故障变成偶尔发出；在ZPMC两名工程师的帮助下，对整套工控系统进行了检测；并在SIEMENSA&D的服务热线支持下，更换了该套逆变柜中的主控板CUVC；同时按照SIEMENS公司的技术要求，对PROFIBUS总线的各个通讯DP终端头的的接地重新压接。设备运行正常一周时间后，上位机于2008年10月22日再次报出相同故障；更换闭环控制板CUVC及重新制作PROFIBUS通讯终端头后，故障依然如故。直到2008年10月30日凌晨，卸船机停止了运行，甚至发生调速柜一送控制电，上位机就报通讯故障；至此，#1卸船机彻底地瘫痪。变频器故障一：通讯故障43442008年10月30日下午，SIEMENSA&D华东区服务人员和ZPMC技术服务人员一同到达公司现场。按