变频器原理及西门子6SE70变频器维修及调试

西门子6SE70系列变频器维修及调试课程第一章：变频调速基础知识在本章您将学到：三相异步电机调速原理三相异步电机调速方式变频调速的特点及发展变频调速的基本原理变频同时需要调压的原因调压调频实现的方法－SPWM三相异步电动机调速原理定子旋转磁场的产生及电机转速公式：N=60F/P(1-S)P：极对数F：频率N：转速S：转差率标准异步电机速度参数一览p2pn0nMΔns备注12300029001000.0335.5～7.5kW2930700.02311～18.5kW2970300.0145～160kW2415001460400.02711～15kW1470300.0218.5～30kW1480200.01337～315kW361000960400.043～5.5kW970300.037.5～30kW980200.0237～250kW调速方式名称控制对象特点变极调速交流异步电动机有级调速，系统简单，最多4段速调压调速无级调速，调速范围窄电机最大出力能力下降，效率低系统简单，性能较差转子串电阻调速变频调速交流异步电动机交流同步电动机真正无级调速，调速范围宽电机最大出力能力不变，效率高系统复杂，性能好可以和直流调速系统相媲美早晚发展时间交流电机调速系统的发展历程在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉还是在一些性能较低的传动现场使用变频调速概述及其特点变频技术交流变频是强弱电混合综合性技术，既要处理大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的技术分成功率转换和弱电控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题，目前广泛应用的是全数字控制技术。变频器的控制对象三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是2/4极序号优点1平滑软启，降低启动电流，减少变压器占有量，确保电机安全2在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度3无级调速，调速精度大大提高4电机正反向无需通过接触器切换5非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）变频调速的发展历程电机控制算法功率半导体技术V/F控制SCRGTR矢量控制IGBT计算机技术单片机DSPIGBT大容量化更高速率和容量如：矩阵式变频器大功率传动使用变频器，体积大，价格高未来发展方向完美无谐波PWM技术SPWM技术PWM优化新一代开关技术无速度矢量控制电流矢量V/F70年代80年代60年代90年代高速DSP专用芯片00年代超静音变频器开始流行解决了GTR噪声问题变频器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法优化更大容量更高开关频率PWM技术空间电压矢量调制技术变频器体积缩小，开始在中小功率电机上使用变频器简要工作原理～整流部分储能环节逆变部分M交流交流低压交直交通用变频器系统框图直流直流交流整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦控制系统更为直观的交直交变频原理框图M3~电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测单片机显示设定接口PWM发生器驱动电路~URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2Rb:制动电阻R0:预充电电阻R1R2:均压电阻为什么变频同时需变压1、从能量关系看主磁通的变化2、从反电动势看主磁通的变化∵E1＝KEfXΦ1∴Φ1＝KF·↑XfE1保持磁通不变的途径1、从能量角度看2、从电动势的角度看∵E1＝KEfΦ1∴＝C→Φ1＝C顶替办法：＝C→Φ1≈C∴变频的同时也要变压，所以变频器常称为VVVFfE1fU1变频又变压的具体方法正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）a）电压波形b）电流波形正弦脉宽调制的实现1单极性调制a）电压较大b）电压较小正弦脉宽调制的实现2双极性调制第二章交－直－交变频器的主电路在本章您将了解到：整流滤波电路逆变电路逆变器工作原理均压电阻的作用限流电阻的作用续流二极管的作用逆变器的工作条件及发展整流与滤波电路1滤波电容要均压注意:要理解均压的正确意义整流与滤波电路2充电过程要限流a）直接充电b）加入限流电阻思考:为什么限流电阻要并上KM2,它是什么,起什么作用?注意:一切皆要用心,寸心不昧,万法皆明!逆变电路逆变电路的结构a）逆变电路b）输出电压实际波形c）输出电压等效波形思考:每个逆变器旁并的是什么,起什么作用?单相逆变原理图1－14单相逆变桥原理a）单相逆变桥电路b）负载所得电压波形三相逆变原理图1－15三相逆变桥a）三相逆变电路b）输出电压波形逆变器必须满足的条件逆变器件的工作条件:（2）允许长时间频繁地接通和关断。（3）接通和关断的控制必须十分方便。（1）能承受足够大的电压和电流。逆变器件的发展1SCR逆变原理图ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形起步始于晶闸管逆变器件的发展2图1－18GTR逆变ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形普及归功GTR（BJT）逆变器件的发展3图1－19IGBT逆变ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形提高全靠IGBT逆变电路的电流路径1电动机状态《nM＜n0》a）空载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线注意电压失量与电流失量的相位差问题逆变电路的电流路径2发电机状态（nM＞n0）a）重载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线可否注意,从图上看,续流二极管的作用已经一目了然!如还不明白没关系,请看下页!!续流二极管的作用由上两页图可以看出，可控硅在交流电压过零时，电流很大，减小时由于电感的自感电势而无法关断；所以要将自感电流导走；有了续流二极管，自感电势被短接，电流通过二极管形成回路；在可控整流电路，如果可控硅在交流电压过零时不能关断，就会进入交流负半周，输出负压，使直流输出电压下降；这在整流器的应用非常重要！第三章西门子6SE70系列变频器维修维护在本章您将了解到以下内容：6SE70变频器分类变频器故障维修方法用户数据备份的方法和途径DriveMonitor在维修中的应用变频器通用模块与元器件介绍变频器故障信息的查看方法更换CU板后的功率定义注：本章开始，再提及变频器皆指西门子6SE70型变频器6SE70变频器分类书本型（2.2~37KW）变频器与逆变器，整流器，整流/逆变器装机柜型（45~2300KW）变频器，逆变器，整流器与整流/逆变器增强书本型（0.5~18.5KW）包括变频/逆变器，整流器装置的定货号与硬件版本号通过定货号我们可以确定此系统是变频器、逆变器还是整流器，是工作在什么样的进线电压下的，以及其结构尺寸，是我们报修和订购备件的最基本信息硬件版本号对采购正确的备件非常重要，采购备件时需报出装置的定货号及硬件版本号，硬件版本不同，其硬件结构形态或电性能会存在某种差异，没有硬件版本状态信息，不一定能够订到正确的备件注意：不要觉得定货号硬件版本号离我们很远，其实里面大有学问！当一个学习对象的各角度知识汇集一起在你脑中，你会很快找到豁然开朗的感觉！变频器故障维修方法1望—即目视检查,以发现形态上的异常,重点注意以下内容:变频器前端整流元件有无爆裂？预充电电阻是否有烧毁（表面是否灰白色或掉渣）的迹象预充电电阻的切除继电器是否有拉弧、烧坏迹象快熔是否熔断直流母线电容器是否有爆裂与飞弧的熏黑迹象与功率元件相连的阻容吸收元件、压敏器件有无爆裂？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，小动物或昆虫尸体，有无液体侵入，大量灰尘堆积等情况？望、闻、问、切诊疗法！变频器故障维修方法2闻—系统中是否留有元件爆裂、飞弧、烧毁等焦糊味道问—仔细询问对故障发生过程中经历的人员故障发生的现象和过程切—若前面的检查无所发现，则按后面步骤进行。注意：望闻问切诊疗法不仅适用变频器，也可以适用于其它如软启动器等电气器件！希望我们以后沿此思路规范我们各项作业，古人留下的精髓不能只用于老外的设备！主要的非通电检查1用万用表二极管档做常规检查二极管档变频器端子正常值二极管档变频器端子正常值负表笔C/L+正表笔C/L+正表笔X1:U10.3~0.6V三相平衡负表笔X1:U1无穷大正表笔X1:V10.3~0.6V三相平衡负表笔X1:V1无穷大正表笔X1:W10.3~0.6V三相平衡负表笔X1:W1无穷大正表笔D/L-负表笔D/L-负表笔X1:U10.3~0.6V三相平衡正表笔X1:U1无穷大负表笔X1:V10.3~0.6V三相平衡正表笔X1:V1无穷大负表笔X1:W10.3~0.6V三相平衡正表笔X1:W1无穷大注意：一开始就要养成万用表的正确使用习惯，不要弄错档位，表笔不要插错孔，特别是电压档与直流档的正确选择，否则将可能烧毁万用表！！！主要的非通电检查2用万用表测量输出侧的IGBT桥二极管档变频器端子正常值二极管档变频器端子正常值负表笔C/L+正表笔C/L+正表笔X2:U10.2~0.5V三相平衡负表笔X2:U1无穷大正表笔X2:V10.2~0.5V三相平衡负表笔X2:V1无穷大正表笔X2:W10.2~0.5V三相平衡负表笔X2:W1无穷大正表笔D/L-负表笔D/L-负表笔X2:U10.2~0.5V三相平衡正表笔X2:U1无穷大负表笔X2:V10.2~0.5V三相平衡正表笔X2:V1无穷大负表笔X2:W10.2~0.5V三相平衡正表笔X2:W1无穷大注意：不要用手直接触摸IGBT的触发极，否则可能直接损坏IGBT元件！！主要的非通电检查3用高阻表做绝缘检查将变频器的U1、V1、W1、C、D、U2、V2、W2各点用一组测试短路线（如带有鳄鱼的短路线，应自制）短路成一点。其高阻检测表的正极性表笔接上述短路点，负表笔接系统外壳（PE），测试电压可选DC-500V或DC-1000V在上述端子外侧无其它连接的情况下，测得的电阻值应》2兆欧姆（多在2兆欧姆-10兆欧姆之间）。但这个结果有时会受现场环境湿度的影响，端子外部保有连接的情况下也会对此值有大的影响。注意:上述八点必须可靠短接成一点,再用高阻表进行检测,否则会损坏变频器!!!变频器/逆变器的正确拆装11、在设备断电和完全放电后进行。2、场地干净，拆、装工具与部件、结构件应有区域存放。3、有正确、适用的拆装工具。4、准备好清洗剂（无水酒精）、耗材，注意防火。5、拆卸过程中做好记录，“好记性不如烂笔头”，以备回装时查用。6、操作时穿着防静电工作服，佩带防静电完腕扣。注意经常执行静电释放动作。避免身体的静电损坏线路板及半导体元、器件。注意:重要设备的拆装请严格按培训教材步骤进行作业,一招失足留千古恨!变频器/逆变器的正确拆装27、有些无禁固部件的放置形态（如D尺寸装置中的电流互感器）需要注意安放方向标记。8、拆装前必须完成装置的数据备份。在有工艺调节板（T400，T300，T100等）时，要将工艺板的参数备份或记录完整。另一种方法是将原CU原封不动暂存，用另一块CU板在维修期间暂用。9、紧固可控硅与IGBT等功率器件时，应按照指明的紧固力矩植，用力矩扳手操作。10、可控硅与IGBT模块在与散热器接触的底面上涂有导热硅脂，器件拆下后，用无水酒精将安装基面擦洗干净，器件安装时要重新涂覆导热硅脂。注意不是多多益善，越薄、越均匀越好。注意:防静电工作极为重要,某些小元件的损坏,若没有备件,就只能拆东补西了!现场维修所需工具材料力矩扳手；0.5~25NM，20NM~60NM各1把呆扳手、梅花扳手各一套；套筒扳手；套筒头8#、10#、13#、17#、19#套装螺钉工具（一字、十字各种规格、内六角方型、内六角花型（T8~T40））；热吹风机用于处理热缩套管；剪钳、端子压接钳、尖嘴钳；电烙铁、焊丝、焊膏（中性）；毛刷、壁纸刀、手电筒；无水酒精、各种尺寸热缩套管