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1、欢迎各位参加变频器技术培训班 江南大学 信控学院 李自先v原则: 轻理论、重基本概念、旨在解决实际问题v内容: 变频器的基本原理、应用技术、维护修理v要求: 多提问题:听课时的问题、工作中遇到的问题一.异步电动机变频调速的基本原理定子转子 鼠笼式1.结构绕线式:三相转子绕组 可串电阻定子绕组、铁芯、机座2.旋转磁场: 当三相对称的电流流入三相定子绕组后，电动机内便会产生旋转磁场. 方向:相序决定 大小:电流决定 转速: f1=50 P 1 2 3 4 工频 n0= 3000 1500 1000 750(亦称同步转速)3.异步电动机的旋转 通入三相电源 产生旋转磁场 转子导条切割磁场 产生感应电
2、动势(电流) 带电导体在磁场中 产生电磁力 对轴心产生二个方向相反、大小相等的电磁转矩 转子旋转4.转速 转子与旋转磁场有相对运动是电动机旋转的原因5.调速方法（1）.改变极对数P 调速电机（2）.改变转差率S 滑差电机（3）.改变频率 f1 变频调速(称异步电动机)输 出三相 50Hz三相0-50(200)Hzn-380V等效正弦波 实际PWM波输 入正弦波380V6.异步电动机变频调速(实际应用)二 变频器的基本结构 所有变频器其基本结构相同，但具体电路各有差异。 A.主电路(主回路) 整流电路： 将三相交流电变成脉动直流电。滤波电路： 使脉动直流电成为较平滑的直流电 电容器 电压型变频器
3、 电感器 电流型变频器限流电路： 限止刚接通电源时的充电电流，以保护整流二极管。制动电路： 吸收泵生电压和增大电机制动转矩。 逆变电路： 在驱动电路的控制，将直流电变成交流电。B.控制电路保护电路： 由取样、放大、处理三部分电路组成。驱动电路： 把CPU送出的PWM信号进行电压和功率放大，控制逆变电路中六个开关器件。I/O电路： 处理变频器对外输入和输出相关信号的电路。操作面板: 一是用于显示，另外作为操作键盘。CPU: 变频器的核心电路，按照相关信号控制变频器的工作 。 开关电源: 向控制电路提供所需的直流工作电压。变频器实物操作面板内部整体结构主控部分(CPU通讯)电路主体结构驱动电路部分
4、检测电路部分主电路三.变频器的控制方式 变频器的输出电压必须与输出频率按比例变化。忽略定子绕组漏阻抗,每相定子绕组上的电动势则 U1E1=4.44K1w1f1m=Kf1m 设 U1=C 不变 则m 1/f1 f1 m Tm 电动机功率变小 定子电流增大 涡流严重 所以 必须使 m=C 要求U1/ f1=C f1 m 磁饱和 发热1.U1 / f1=C 控制方式因为 U1=Z1I1+E1 f1较高时 U1较大 Z1I1影响较小 f1较低时 U1较低 Z1I1影响较大 对于风机水泵型负载能满 使用中发现节能效果显著,同时控制也方便，广泛应用于电力拖动(恒转矩或恒功率负载)。 （1）.采用低频补偿,
5、将Z1I1补上（2）.E1/f1=C 控制方式2.矢量控制方式目的:达到直流调速的性能方法:仿直流调速 励磁电流 控制磁场 电枢电流 控制转矩交流电动机转换成直流电动机 励磁电流分量 转矩电流分量直流调速交流电流分解（一）交流电动机转换成直流电动机 （2）构思框图3.直接转矩控制方式对于拖动系统而言TMTL nTMTL nTM=TL n不变TM电机转矩TL负载转矩 n 电机转速电机的电磁转矩TM决定于电机的定子磁链和转子磁链。 通过检测到的定子电压和电流直接在定子坐标下可计算出电动机的电磁转矩。转速和转矩的测量值与给定值进行比较，通过磁通调节器和转速调节器控制逆变器的开关状态，获取相应的空间电
6、压矢量，由空间电压矢量直接 控制电机的转速和电磁转矩，达到调速的目的。四.变频器的应用1.变频器的选择 U/f 控制方式 一般性能的调速 矢量 直接转矩 高性能的调速 风机 水泵型 伺服型 高压型 专用设备型通用变频器 专用变频器 2.变频器容量的选择一拖一：一般与电动机的功率相同 以下情况需要高一档次:六极 八极电机，加减速时间较短，启动转矩要大。 同时启动同时停止 不同时启动不同时停止一拖几3.变频器功能参数的设置无特殊要求默认“出厂设置”，按要求重新设置。主要功能参数名词解释 (1)基本频率电动机电源的额定频率。 (2)最高频率指给定信号为最大值时变频器的 输出频率。 (3)上、下限频率
7、变频器的输出频率被限制在 这两个频率之间。既 当XXL fx=fL,，XXH fx=fH操作面板控制，效果相同 (4)回避频率能使调速系统产生共振或震动较 大的输出频率。(5)点动频率调试点动时的输出频率，一般较 低。 (6)上升时间指变频器启动到输出最高频率所 需的时间。 (7)下降时间变频器从最高频率下降到零频率 需的时间。(8)上升，下降方式 线性方式 S型方式(反) 半S型方式(反) 正常(停止)停止时输出频率逐渐 下降 自由滑行停止时变频器停止输出 (9)停止方式 离线：输入相关电机参数 在线：可以随温度变化而自动修正 参数，使运行保持稳定(10)自整定4.变频器输出频率的几种控制方
8、法 操作面板控制电压控制： 0-5V(0-10V、0-15V)电流控制： 4-20mA(0-20mA)通讯控制： 通过通讯接口智能端多速段控制脉冲控制5.变频器调速的问与答如何选择变频器的载波频率? 答：所谓载波频率是指变频器输出的PWM信号 的频率。一般0.5-12KHz之间可通过功能参 数设定。载波频率较高时，噪音可以减小， 电机发热和对外干扰会增强。使用变频器调速后，是否还需要减速机？ 答：一般不需要，但长期工作频率在低频 时，加减速机后效果更好。 变频器的输出电流为什么会大于输入电？ 答：测量误差。输出频率低于基本频率时， ViIi=VoIo Vi=C 因为Vo下降 所以Io上升。 变
9、频器驱动电机，电机为何易发热？ 答：高频和高次谐波使电机定子绕组发热、 涡流现象比较严重，冷却风机与定子同 轴，低速时，风量减小，二者导致电机 发热。可以降低载波频率，外加冷却风 机和输出电抗器等方法减小发热程度。变频调速系统中，漏电断路器为什么易跳闸？ 答：高频和高次谐波干扰所致。可以适当调高 设定值或更换具有防干扰功能的断路器。变频器驱动防爆电机时应注意什么？ 答：应选用防爆变频器，通用变频器无防爆 功能，必须置于安全的环境，电缆较长 时应考虑线经是否满足要求。为什么变频器运行（减速）时或停止时主电路P N 之间电压较静态时高？ 答：泵生电压迭加所致。 变频器选择矢量控制方式，不带电机为何
10、不能启动？ 答：变频器获取不到电机的相关信息无法运算 作出判断，无法发出输出信息。 变频器输入端与输出端相互接错有什么后果？ 答：肯定烧毁功率模块。变频器停机时直接断开电源会有什么后果？ 答：可能会烧毁功率模块。答：变频器滤波电容长期未充放电容易老化， 变频器不使用时应定期通电，否则使用时应逐 步增高通电电压。11变频器长期保管后再次使用需要注意什么？五.变频器的实际应用 开环控制系统 闭环控制系统恒量控制1.恒压供水系统 所谓恒压供水系统是指不管用水量如何变化水管的供水压力始终保持设定值。变频调速系统 XE=XD-XF通过PID调节XE0 XG上升 f上升XE0，经PID调节，XG上升f上升
11、供水量Qi上升XF上升，直至XE=XD-XF=0，水压回升到设定值恒压供水，此时，XG、f 、Qi 保持不变。 当用水量Q0下降XF上升XE=XD-XF0，经PID调节，XG下降f下降供水量Qi下降XF下降，直至XE=X0-XF=0，水压回升到设定值恒压供水，此时，XG，f ，Qi 保持不变。 可见，供水系统在任何情况下，经过恒压供水系统，其水压始终恒定在设定状态。 恒压供水系统常见组合 一泵一变频器 多泵多变频器 多泵一变频器 一泵由变频器调速，其他泵软启动工频供电。 多泵均由变频器软启动调速或切换到工频供电。 多泵循环均匀工作。2 恒张力控制系统（收卷机恒张力控制） 张力由重力F决定，由反
12、馈信号XF反映 当调节辊与支点平衡时，XD=XF 调节辊下垂时 XF下降 调节辊上升时 XF上升 恒张力调节的物理过程同上述的恒压供水情况。3变频器同步控制系统同步同速控制 同一控制信号控制一般性能 同步控制器控制高性能同步同步比例控制 同步控制器分别调速度比 可编程控制器编程实现速度比 反馈板控制器设定电子齿轮比实现速度比。六 变频器的维护1.变频器需要维护 不良环境和元器件老化都会使变频器发生故障，维护能有效地减小故障，延长使用寿命。2.变频器日常检查的内容（运行时经常检查）检查变频器的操作面板显示是否缺损，闪烁或变浅等现象。检测变频器的输入输出电压，直流高压是否正常。检查变频器的输入输出
13、电缆，接线端子是否正常。冷却风机的风量是否正常。散热板是否温度过热。有无异味，震动是否正常。3.定期检修利用停产间隙时间进行，每年12次清洗主电路检测 滤波电容、限流电阻、继电器触点、绝缘电阻保护电路取样元件检查冷却风机的检查控制电路，开关电源元件、印刷电路、小电解电容加固紧固部件检修后一定要进行试运行。七 .变频器的功率模块 整流模块 逆变模块 功率模块二单元六单元1.整流模块主要参数:耐压1600V(1200V) 电流2.逆变模块: GTO、GTR 、MOSFET、IGBTIGBT 绝缘栅双极型晶体管。结构及符号 特点： (1)输入MOSFET、输出双极型晶体管 输入高阻抗 输出低阻抗 要
14、求驱动功率小 输出功率大 二者优势互补： (2)内存寄生电路，导通后产生正反馈效应栅极失去控制信号后、仍保持导通状态无自关断能力（近似普通可控硅）.对驱动电路的要求（1）脉冲陡峭、具有一定的功率 过高损坏IGBT 过低内部压降大 负电压 -10V -5V-尽快吸收存储电荷（3）驱动输入加隔离措施、防止高压串入控制电路（4）六组驱动电路需四组独立电源 （2）驱动正电压 15-20V.驱动电路实例（1）分立电路隔离放大电路限幅电路放大电路 稳压电路（2）组合电路（3）集成电路3.智能模块（组合集成模块）（1）逆变电路+驱动电路 +保护取样电路（2）整流电流+限流电路 可控硅+制动电路+热敏 元件（
15、3）+4.变频器专用电动机专为满足变频器调速需要而设计，其特点：（1）磁饱和程度较低，铁芯齿槽深（2）绕组漏阻抗低，导线线经不产生趋肤现象为原则（3）提高了电机热容量和绝缘等级（4）另外设置了冷却风机专用电动机所具有的优点：（1）具有很好的转矩特性（2）解决了低速散热和高速动态平衡及轴承承受能力（3）允许在基频的基础上作较大范围的变化5.功率模块的简易检测方法（1）整流模块 .正反向电阻检测方法 D1D3的检测红笔（ -） 接P 黑笔接R.S.T 电阻阻值应在几十黑笔（+）接P 红笔接R.S.T 电阻阻值应在几百K实测值偏离参数较大，即损坏。.电阻相近法 三个端点，测任意二个端点结构相同，所
16、测出的电阻值应基本相同，否则管子损坏。（2）逆变模块.可用上述方法进行初测.精确测量方法指针式万用表选10K档 黑笔（） 接C 红笔（ ）接E B 手指连接G与C 电阻值应大幅减小C 手指连接G与E 电阻值恢复几百K为此种情况，IGBT正常，否则已损坏。A 电阻值应几百K .精确测量方法指针式万用表选10K档 B 手指连接G与C 电阻值应大幅减小 C 手指连接G与E 电阻值恢复几百K为此种情况，IGBT正常，否则已损坏。A 电阻值应几百K 黑笔（） 接C 红笔（ ）接E 6.开关电源电路输出直流电压 Ton开关管导通时间 Toff开关管截止时间 调节Ton /Toff便可调节输出电压开关电源的
17、限压功能八.变频器的修理1.修理的基本条件修理人员必须掌握了解变频器基本工作原理，熟悉基本结构，掌握常见电路的原理作用；思路敏捷，动手能力强，坚韧的个性。基本工具：指针式万用表、直流稳压电源、示波器、信号发生器、频率计、自制工具，电机等。2.修理的通常方法逐步缩小法： 通过分析、检测将故障范围逐步缩小，直至故障点。顺藤摸瓜法： 按电路电信号传输的途径进行检测，判断故障所在。3.修理的步骤 好转下一步 坏转第步通电检测，初查故障问题拆卸清洗（年久更换所有小电解电容）故障诊断故障处理，更换器件原则： 尽量相同 灵活取代 正常转下一步 存在问题回第步填写修理记录静态检测功率模块试运行4.变频器常见故
18、障分析与处理整流模块的损坏 损坏的四大原因：过流、过压、高温、老化过流（1）限流电路继电器触点烧结在一起（可控硅损坏短路）（2）滤波电容损坏短路或严重漏电现象（3）制动电路开关管损坏短路；控制电路异常，开关管长期导通（4）逆变电路损坏，一个横臂短路（5）负载过载： .负载转矩增大 .电动机损坏过流过压（1）制动电路损坏不工作 开关管损坏开路 控制电路不发驱动信号（2）减速时间过短，又未装设制动电路（3）电源串入高压高温（1）冷却风机未工作或是风量不足（2）散热板进风受阻（3）现场环境温度偏高.逆变模块的损坏过流（1）驱动电路损坏，输出保持高电平（2）负载过载（同整流电路） 高温、过压等原因同整
19、流电路. 假故障显示 由保护电路故障所致，绝大多数是取样器件或取样电路变值或损坏（1）电压取样电压分压法电阻电流法电压互感器（交流） V2 决定 光耦发光二极管电流 R1变大 欠压 R1变小过压 R2变大 过压 R1变小欠压 光耦损坏, 过压或是欠压 R变值 光耦损坏R1 R2变值假过压, 欠压（2）电流取样电阻电压法 电流互感器（交流） VR=iR VR 决定 光耦发光 二极管发光量 R变值 R变大 过流变频器保护取样电路实物（3）温度取样热敏电阻 热敏开关 Ib=（Ucc-0.7）/Rt Ib Ic Vc Rt变值产生假过热故障 .无故障显示，但不能启动运行（1）无输出频率 几种输出频率控制方法都无法启动CPU问题，否则，某种控制电路故障。 操作面板控制：操作盘-接插件-印刷电路 电流电压通讯等控制采用顺藤摸瓜法查处 （2）有输出频率 几种控制运行方式都失效CPU失效，否则，某种运行控制电路故障。 操作面板 正反转控制电路 通讯控制电路.无任何显示 采用逐步缩小法寻找.无规律停机，断开电源重新启动又能运行，然后故障频率越来越高 原因:控制电路中电源电压过低机内油腻、尘埃、潮湿等现象严重，出现漏电现象小电解电容老化，容量下降、漏电严重 .输出缺相、输出电压波动 驱动电路损坏不工作（但输出低电平）5 修理实例：见教材。敬请专家与同行们指正!主讲人:李自先 课件制作:汪宝标
