变频器培训班讲义PPT课件

序序号号授课时段授课时段实训任务实训任务授课老师授课老师实训室实训室主讲主讲辅导辅导1 12010-9-042010-9-04星期六星期六上午上午:09:00-11:30:09:00-11:30变频器的原理变频器的原理杨远升杨远升9069062 2下午下午:12:30-15:00:12:30-15:00变频器的原理变频器的原理杨远升杨远升9069063 3下午下午:15:00-17:30:15:00-17:30变频器的接线变频器的接线杨远升杨远升9069064 42010-9-122010-9-12星期日星期日上午上午:09:00-11:30:09:00-11:30变频器的接线变频器的接线杨远升杨远升9069065 5下午下午:12:30-15:00:12:30-15:00变频器的参数变频器的参数杨远升杨远升9069066 6下午下午:15:00-17:30:15:00-17:30变频器的参数变频器的参数杨远升杨远升9069067 72010-9-182010-9-18星期六星期六上午上午:09:00-11:30:09:00-11:30变频器的运行操作变频器的运行操作杨远升杨远升9069068 8下午下午:12:30-15:00:12:30-15:00变频器的运行操作变频器的运行操作杨远升杨远升9069069 9下午下午:15:00-17:30:15:00-17:30变频器的工程应用变频器的工程应用杨远升杨远升9069061010晚上晚上:19:00-21:30:19:00-21:30变频器的信号和质量检查维修变频器的信号和质量检查维修杨远升杨远升906906变频器培训班实训课程表第1页/共111页学习内容 变频器的结构与工作原理 变频器和外围设备的接线 变频器的操作和运行 变频器的参数设置 变频器和外围调和的接线 变频器的应用案例变频器的信号和质量检查维修第2页/共111页引 言 直流电机的主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，而且可以独立进行控制，交流异步电机的磁通则由定子与转子电流合成产生，它的空间位置相对于定子和转子都是运动的，除此以外，在笼型转子异步电机中，转子电流还是不可测和不可控的。因此，异步电机的动态数学模型要比直流电机模型复杂得多，在相当长的时间里，人们对它的精确表述不得要领。 好在不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。 为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频器控制系统。第3页/共111页三相异步电动机调速特性)1 (60)1 (0SPfSnn改变改变P P、S S（U RU R）F F都可以实现调速。都可以实现调速。1 1、调压调速、调压调速 改变电源电压改变电源电压U U时，人为特性曲线中时，人为特性曲线中TmaxTmax变变小，而小，而 不变。不变。mSn0 对于恒转矩负载，调速范围不大。对于对于恒转矩负载，调速范围不大。对于风机设备的调速范围稍宽一点。风机设备的调速范围稍宽一点。第4页/共111页什么是变频器？变频器组成部分? 变频器主要由:逆变模块、整流模块、整流桥、控制板、驱动板、主回路板、电源板、分线板、制动电阻、电解电容器、金属膜电容器、电阻器、继电器、接触器、快速熔断器、RS485接口、RS232接口、电流传感器、散热风机、散热器、充电电阻、光耦、温控开关、电源厚膜组件、频率厚膜组件、缺相厚膜组件、快速三极管、主回路端子排、控制回路端子排、接线端子、充电指示灯、压敏电阻等。 除此之外，外部部件还有：制动单元、输入电抗器、输出电抗器、直流电抗器、标准键盘、远控键盘、远控电源、远控电缆、自动控制专用接口板、RS232/RS485总线适配器、RS232总线分配器、RS232总线电缆、RS485通信电缆、机壳、机箱、机柜等组成。 变频器是:利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。以实现电机的变速运行。第5页/共111页转速开环型控制系统 电压/频率比控制是控制定子电压和定子频率，使定子电压以一定的函数关系跟踪定子频率的变化，从而在调频调速过程中近似地保持电机气隙磁通不变的一种控制方法。 中间直流电压可调的电压型逆变器异步电机变频调速系统控制电路由基准部分、整流器控制部分和逆变器控制部分组成。 电压/频率比控制，无法控制异步电机的转差频率，对于多台电动机由同一台逆变器供电的情况，各台异步电机的转差频率一般是不同的，即使同一台异步电机，转差频率的大小也是随负载的大小而变化的。是一种频率（转速）的开环控制，并不能对电机的转速进行精确的控制。 如果变频调速系统长期处于稳定运行状态而不需要频繁起动和制动；或者负载特性比较固定，基本上不需要因电机特性差异而进行调整的一类负载（风机、水泵等节能调速），可以采用电压闭环、转速开环的控制系统。第6页/共111页一、变频器的种类低压变频器 ( 220V 和 380V ) 中压变频器 ( 660V 和 1140V ) 高压变频器 ( 3KV、 6KV、6.6KV、10KV )。 按供电压等级分 按功能分恒功率变频器平方转矩变频器简易型变频器通用型变频器电梯专用变频器 按电源的性质分 电流型变频器电压型变频器 按输出电压调节方式分 PAM 输出电压调节方式变频器PWM 输出电压调节方式变频器 按控制方式分 U/f 控制方式转差频率控制方式 按主开关器件分 IGBT（绝缘栅双极晶体管的缩写 ）GTO（可判断晶闸管的缩写 ）BJT （双极结型晶体管的缩写 ）按外型分 塑壳变频器 ( 小功率 )铁壳变频器 ( 多为中功率)柜式变频器 ( 大功率 ) 第7页/共111页一、变频器的结构与工作原理1、变频器的分类： 交交型变频器分为 交直交型A、交交变频器可将工频交流直接换成频率，电压均可控制的交流，又称直接式变频器。B、交直交变频器则是把式频交流通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，又称为间接型变频器。第8页/共111页2、变频器的基本组成（交直交型） 1、整流器 1、主电路 2、中间直流环节 3、逆变器 2、控制电路组成如图所示：图1 变频器电路结构框图 电源整流 通过6个二极管把三相交流电变成单相直流电缓冲电阻 限流作用继电器晶闸管滤波电容滤波电容直流母线电源指示灯IGBT大功率晶闸管外接制动电阻IGBT续流二极管阻容吸收回路第9页/共111页1、电源进线：R、S、T三个端子；2、VD1 、VD2、 VD3 、VD4、VD5、VD6组成整流部分；三相交流电输入通过6个二极管整流变成直流；RL缓冲电阻，它由晶闸管或SL继电器触点来控制；RL的作用是缓冲，怎么缓冲法：就是说当这个变频器运行刚刚接通电源时候，通常，晶闸管或SL是断开的，它是处于断开状态，那RL串联在电路，这个时候它起到的是限流作用，限制电流迅速增加，当接通运行一段时间以后，晶闸管或SL短接，这样就把缓冲电阻短路，这是第一个部分缓冲电阻；3、CF1、CF2是滤波电容，因为整流出来是个脉动的电流，通过滤波以后变成比较平滑的直流，由于变频器没有降压直接通过整流，我们把上面那条线和下面那条线叫做直流母线，直流母线上的电压比较高，单独一个电容耐压达不到要求，通常把2个电容并联，提高电容的耐压，由于2个电容的参数不同，右能2工巧匠个电容的分压，所以在2个电容上并联了2个电阻R1和R2，这2个电阻叫均压电阻，要求这2个电阻的阻值要一致，这样使CF1、CF2分压一致，CF1和CF2主要是起到滤波的作用，把脉动的直流变成平滑的直流；4、HL是电源指示灯，R、S、T电源接通后整流以后HL指示灯就亮， R、S、T电源切断后HL指示灯仍然维持点亮，是因为电容CF1和CF2向HL灯放电的原因，接线时请注意，当切断电源后要等HL灯完全熄灭后才能接线，如果灯亮进行接线，很容易造成触电，因为这个时候电容CF1和CF2仍然带电，就会造成触电现像；变频器主电路：第10页/共111页5、VB是IGBT是个大功率电力晶体管，RB是制动电阻，IGBT和RB构成一个内部的制动环节，制动环节它主要是用来消耗电机减速或电机刹车的时候，因为电机是电感性负载，它会反向放电，它会通过续流二极管放到直流母线上，这个时候直流母线电压就会上升，高到一定的时候会把变频器的逆变管或整流管击穿，为了避免这种现像发生，就加上了放电电阻，当电机减速或电机刹车的时候，VB导通，通过制动回路把电能消耗完，如果电机比较大，电机经常处于正反转功刹车的情况下，制动电阻功率不够，就要增加一个外接制动电阻，电路经色部分就是外接制动电阻，外接电阻一端与直流母线+端相连接，另一端PR与制动晶体管连接，由电路可看出内置制动电阻与外部制动电阻是并联的，并联电阻总阻值减小，所以放电更快，直流母线的+端和P1端可以断开，通常情况下用块短路片把它连接起来，如果短路片拆除，直流母线就断开，这时可以接一个直流电抗器，这也是外接直流电抗器，这个电抗器可以改善这个电路的功率因素，如果不连接直流电抗器，不能把短路片拆除，不然直流母线就断开了，变频器就不能正常使用了，我们把滤波、电源指示、直流制动叫做变频器主电路的中间环节；第11页/共111页6、V1、V3、V5、V2、V4、V6构成逆变器，V1-V6是IGBT，大功率电力晶体管，我们要控制的是V1-V6也就是V1、V3、V5，V2、V4、V6这6个大功率电力晶体管的导通和关断，这样就把直流电变成了交流电，假设某一时刻V1、V6、V2导通，这时通过V1经电机U相，经电机绕组从V相流向负极，另一路经电机绕组从W相流向负极，就构成回路，电机内部绕组就有电产生磁场，电机旋转就做功，另一时刻V3、V4、V2导通，这时通过V3经电机V相，经电机绕组从U相流向负极，另一路经电机绕组从W相流向负极，这6个V1-V6，轮流切换，使得通过电机绕组的电流发生变化，只要搂一业的规律切换，把直流母线上的直流通过V1-V6变成交流，这就叫逆变；7、为了给IGBT进行保护，在V1-V6上都并联了一个二极管，这个二极管叫续流二极管，还并联了一个阻容吸收回路，这些二极管、电阻、电容等等，是对IGBT起到保护作用，因为电机在刹车或停止的时候，电感线圈会对外放电，如果没有续流二极管，就会造成IGBT反向击穿，有了续流二极管，放电电流通过续流二极管加到直注母线上，电流会加到制动电阻上，制动电阻把能量进行消耗，所以对IGBT起到保护的作用。第12页/共111页变频器结构原理示意图主电路控制电源测量直流电压检测电流检测交流电压控制CPULSI电路第13页/共111页变频器控制电路：1、主电路：电源进来通过整流，然后通过滤波，通过制动，通过逆变接 到电机。2、控制电源：一般接电源的R端或T端，主要给变频器的控制回路供电。3、测量直流电压：在变频器主电路滤波部分取直流电压进行检测。4、检测电流：在变频器主电路内置制动单元后取电流信号进行检测。5、检测交流电压：在变频器主电路的逆变电路后取交流电压信号进行检测。 测量直流电压、检测电流、检测交流电压是变频器的检测部分，主要起保护作用。6、控制CPU：通过测量直流电压、检测电流、检测交流电压的与非门送到控制CPU，控制CPU是变频器的核心，右边还有一个LSI电路；控制CPU与外部的一些信号相 连接，连接外部电位器，外部信号反馈到CPU就是调速信号，还有模拟量输入信号，以及开关量输入信号等信号都与内部CPU连接，控制不同牌子的变频器，输入信号端子代码及数量就不同，除了输入信号以外还有输出信号，比如：报警输出、运行指示、模拟量输出，控制CPU还与内部存储器连接，因为变频器要设置参数，有的变频器还有程序控制功能，还与面板连接。第14页/共111页1、变频器使用了塑料外壳和零件，为了不造成破损，请小心使用，不要在前盖板上使用太大的力。二、变频器的安装和接线第15页/共111页第16页/共111页第17页/共111页第18页/共111页1010、变频器的信号和质量检查维修、变频器的信号和质量检查维修 变频器维修是一项理论知识、实践经验与操作水平的结合的工作，其技术水平决定着变频器的维修质量。从事变频器维修的人员需要经常学习，了解变频器内部的电子元器件所具备的功能和特点，开拓知识面，将新学到的知识应用于实际工作中，不断提高维修技术水平。变频器维修检测常用方法:一）静态测试1、测试整流电路找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，正常时有几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，说明整流桥有故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或启动电阻出现故障。2、测试逆变电路将红表棒接到P端，黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块有故障。第19页/共111页二）动态测试在表态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点：1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。2、检查变频器各接播口是否已正确连接，连接是否有松动，连接异常有时可能会导致变频器出现故障，严重时会出炸机等情况。3、上电后检测故障显示内容，并初步断定故障及原因。4、如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归后，在空载（不接电机）情况下启动变频器，并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。5、在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，负载测试，尽量是满负载测试。三）故障判断1、整流模块损坏通常是由于电网电压或内部短路引起。在排除内部短路情况下，更换整流桥。在现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污染的设备等。2、逆变模块损坏通常是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。在修复驱动电路之后，测驱动波形良好状态下，更换模块。在现场服务中更换驱动板之后，须注意检查马达及连接电缆。在确定无任何故障下，才能运行变频器。3、上电无显示通常是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起，如启动电阻损坏，操作面板损坏同样会产生这种状况。4、显示过电压或欠电压通常由于输入缺相，电路老化及电路板受潮引起。解决方法是找出其电压检测电路及检测点，更换损坏的器件。5、显示过电流或接地短路通常是由于电流检测电路损坏。如霍尔元件、运放电路等。6、电源与驱动板启动显示过电流通常是由于驱动电路或逆变模块损坏引起。7、空载输出电压正常，带载后显示过载或过电流通常是由于参数设置不当或驱动电路老化，模块损坏引起。第20页/共111页变频器故障监测划分:1、状态故障监测：直流过/久压、直流过流、交流过流、速度偏差过大、接地故障、缺相等。2、硬件故障检测：电流板故障、触发板故障、IGBT故障、脉冲发生器故障等。3、系统故障监测：Watchdog故障、系统参数异常、时钟故障等。4、通讯故障监测：TIMEOUT、OVERRUN等。5、电源故障监测：当控制电源过高/过低时报警。交流变频调速技术是现代电力传动技术重要发展方向,随着电力电子技术,微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用,变频交流调速已逐渐取代了过去的滑差调速,变极调速,直流调速等调速系统,越来越广泛的应用于工业生产和日常生活的许多领域.但由于受到使用环境,使用年限以及人为操作上的一些因数,变频器的使用寿命大为降低,同时在使用中也出现了各种各样的故障.下面我们就变频器的一些常见故障及对策和大家做一个探讨:首先我们可以对变频器做一个静态的测试,一般通用型变频器大致包括以下几个部分:1整流电路,2直流中间电路,3逆变电路,4控制电路.静态测试主要是对整流电路,直流中间电路和逆变电路部分的大功率晶体管(功率模块)的一个测试,工具主要是万用表.整流电路主要是对整流两极管的一个正反相的测试来判断它的好坏，当然我们还可以用耐压表来测试.直流中间回路主要是对滤波电容的容量及耐压的测量,我们也可以观察电容上的安全阀是否爆开,有否漏液现象等来判断它的好坏.功率模块的好坏判断主要是对功率模块内的续流两极管的判断.对于IGBT模块我们还需判断在有触发电压的情况下能否导通和关断。第21页/共111页其次我们可以通过变频器的显示来判断故障点的所在:1.OC.过电流，这可能是变频器里面最常见的故障了。我们首先要排除由于参数问题而导致的故障。例如电流限制，加速时间过短都有可能导致过电流的产生。然后我们就必须判断是否电流检测电路出问题了。以FVR075G7S-4EX为例：我们有时会看到FVR075G7S-4EX在不接电机运行的时候面板也会有电流显示。电流来自于哪里呢？这时就要测试一下它的三个霍尔传感器，为确定那一相传感器损坏我们可以每拆一相传感器的时候开一次机看是否会有电流显示，经过这样试验后基本能排除OC故障。2.OV.过电压，我们首先要排除由于参数问题而导致的故障。例如减速时间过短，以及由于再生负载而导致的过压等，然后我们可以看一下输入侧电压是否有问题，最后我们可以看一下电压检测电路是否出现了故障，一般的电压检测电路的电压采样点，都是中间直流回路的电压。我们以三肯SVF303为例，它由直流回路取样后(530V左右的直流)通过阻值较大电阻降压后再由光耦进行隔离，当电压超过一定值时，显示“5”过压(此机器为数码管显示)我们可以看一下电阻是否氧化变值，光耦是否有短路现象等。3.UV.欠电压。我们首先可以看一下输入侧电压是否有问题，然后看一下电压检测电路，故障判断和过压相同。4.FU.快速熔断器故障。在现行推出的变频器大多推出了快熔故障检测功能。(特别是大功率变频器)以LG030IH-4变频器为例。它主要是对快熔前面后面的电压进行采样检测，当快熔损坏以后必然会出现快熔一端电压没有，此时隔离光耦动作，出现FU报警。更换快熔就因该能解决问题。特别应该注意的是在更换快熔前必须判断主回路是否有问题。5.OH.过热，主要引起原因变频器内部散热不好。我们可以检查散热风扇及通风通道。6.SC.短路故障。我们可以检测一下变频器内部是否有短路现象。我们以安川616G5A45P5为例，我们检测一下内部线路，可能不一定有短路现象，此时我们可以检测一下功率模块有可能出现了故障，在驱动电路正常的情况下，更换功率模块，应该能修复机器。第22页/共111页报警参数检查法：所有的变频器都以不同的方式给出故障指示，对于维修者来说是非常重要的信息。通常情况下，变频器会针对电压、电流、温度、通讯等故障给出相应的报错信息，而且大部分采用微处理器或DSP处理器的变频器会有专门的参数保存3次以上的报警记录。例 1某变频器有故障，无法运行并且LED显示“UV”（under voltage的缩写），说明书中该报警为直流母线欠压。因为该型号变频器的控制回路电源不是从直流母线取的，而是从交流输入端通过变压器单独整流出的控制电源。所以判断该报警应该是真实的。所以从电源入手检查，输入电源电压正确，滤波电容电压为0伏。由于充电电阻的短路接触器没动作，所以与整流桥无关。故障范围缩小到充电电阻，断电后用万用表检测发现是充电电阻断了。更换电阻马上就修好了。例 2有一台三垦IF 11Kw的变频器用了3年多后，偶尔上电时显示“AL5”(alarm 5 的缩写)，说明书中说CPU被干扰。经过多次观察发现是在充电电阻短路接触器动作时出现的。怀疑是接触器造成的干扰，在控制脚加上阻容滤波后果然故障不再发生了。例 3一台富士E9系列3.7千瓦变频器，在现场运行中突然出现OC3（恒速中过流）报警 停机，断电后重新上电运行出现OC1（加速中过流）报警停机。我先拆掉U、V、W到电机的导线，用万用表测量U、V、W之间电阻无穷大，空载运行，变频器没有报警，输出电压正常。可以初步断定变频器没有问题。原来是电机电缆的中部有个接头，用木版盖在地坑的分线槽中，绝缘胶布老化，工厂打扫卫生进水，造成输出短路。例 4三肯SVF303，显示“5”，说明书中“5”表示直流过压。电压值是由直流母线取样后(530V左右的直流)通过分压后再由光耦进行隔离，当电压超过一定阀值时，光耦动作，给处理器一个高电平。过压报警,我们可以看一下电阻是否变值，光耦是否有短路现象等。由以上的事例当中不难看出，变频器的报警提示对处理问题有多么重要，提示你正确的处理问题的方向。第23页/共111页类比检查法：此法可以是自身相同回路的类比，也可以是故障板与已知好板的类比。这可以帮助维修者快速缩小检查范围。例 1 三垦MF15千瓦变频器损坏，送回来修理，用户说不清具体情况。首先用万用表测量输入端R、S、T，除R、T之间有一定的阻值以外其他端子相互之间电阻无穷大，输入端子R,S,T分别对整流桥的正极或负极之间是二极管特性。为什么R、T之间与其他两组不一样哪？原来R、T断子内部有控制电源变压器，所以有一定的阻值。以上可以看出输入部分没问题。同样用万用表去检查U、V、W之间阻值，三相平衡。接下去检查输出各相对直流正负极的二极管特性时发现U对正极正反都不通，怀疑U相IGBT有问题，拆下来检查果然是IGBT坏了。驱动电路中上桥臂控制电路三组特性一致，下桥臂控制电路三组特性一致，采用对比方法检查发现Q1损坏。更换后,触发脚阻值各组一致，上电确认PWM波形正确。重新组装，上电测试修复。 变频器高级维修知识及维修方法:例 2有一台变频器，现象是面板显示正常，数字设定频率及运转正常，但是端子控制失灵。用万用表检查端子无10V电压。从开关电源入手，各组电源都正常，看来问题出在连接导线上。但是没有图纸的前提下在32根扁平电缆中找到10V真要花点时间，刚好有一台完好的22KW的在，所以就先记下22KW连接扁平电缆的各脚对地电压，然后再对比37KW的各脚对地电压，很快找到差异。原来插槽的管脚虚焊，变频器用一段时间后氧化的作用使之彻底不导通了，重新焊好而修复。例 3有一毛纺厂的梳毛机设备，选用西门子440变频器，两台5.5KW一台7.5KW实现同步运转。其中一台5.5KW的运行两年后经常出现F0011或A0511停机。这两个报警都表示电机过载，脱开电机皮带用手盘动电机及设备，没有异常沉重的现象，将两台5.5KW拖动的电机互换，发现还是原来的变频器报警，则确定是变频器出了问题。 类比法,不仅可以用在检查机器内部回路,也可以用于现场问题的判别. 第24页/共111页备板置换检查法： 利用备用的电路板或同型号的电路板确认故障，缩小检查范围是非常行之有效的方法。若是控制板出问题常常只有更换别无他法，因为大多数用户几乎不会得到原理图及布置图，从而很难作到芯片级维修。电源板及驱动板等控制板以外的电路板是可以修理的。 往往变频器的故障只有一点，而对于维修者最重要的就是找到故障点，有针对性地处理问题，尽量减少无用的拆卸，尤其是要尽量减少使用烙铁的次数。除了经验，掌握正确的检查方法是非常必要的。正确的方法可以帮助维修者由表及里，由繁到简，快速的缩小检测范围，最终查出故障并适当处理而修复。第25页/共111页变频器的试验要求:目前，已制订了6项电气传动调速系统的国家及行业标准：GB/T3886.1-2002、JB/T10251-2001、GB/T12668.1-2003、GB/T12668.2-2003、GB/12668.3-2004、GB/T12668.4。此外，GB/12668.5、GB/12668.6正在进行最后阶段的审批。变频器的试验类型包括型式试验、出厂试验、抽样试验、选择试验、车间试验、验收试验、现场调试试验、目击试验等。 电气试验方面主要是测量变频器的输入、输出值，包括：1） 输入值：额定输入电压、额定输入电流、额定容量、有功功率、功率因数、输入各次谐波、输入总失真度。2） 输出值：最大额定输出电压、额定连续电流、额定功率、频率范围、过载能力（过载能力适用于额定的转速范围）、输出各次谐波、输出总失真度。3）效率： 在设计的频率范围内，各个频率下的效率。第26页/共111页变频器的测量与仪器1、测量仪器仪表简介目前常见的测量仪表很多，这里介绍几种常见的仪表。1) 动铁式仪表：这种仪表测量的是有效值，它的值由固定线圈磁场与其内可动铁之间相互作用的电磁力所确定的偏转角度而确定。读数误差由动铁的磁饱和以及谐波对线圈内电感的影响引起。仪表精度一般为0.5级。2) 整流式仪表：交流电流经整流然后作用于动圈式直流表，按交流电流的有效值确定刻度，其有效值是由整流平均值乘以波形系数求出的。该种仪表基本用于测量正弦电流波形，在测量非正弦电流的波形时，应注意波形系数。典型的仪表精度是1.0级。3) 热电式仪表 ： 温升与测量电流产生的热量成正比，温升被热电偶转换为直流电动力，其电流有效值由直流毫伏表指示。4) 电动式仪表 ：电流指示值具有均匀的刻度，其指针偏转角度等于两个线圈间的力，它的驱动转矩(ImIFdTdq）电流IF是与负载串联的固定线圈内的电流Im正比于动圈中的电压。典型精度为0.5级。5) 谐波分析仪：目前最常用的变频器主电路一般为交-直-交组成。在整流回路中接有大电容，输入电流的波形不是正弦波；在逆变输出回路中输出电压信号是受PWM 载波信号调制的脉冲波形。其他类型的变频器与此类似，输入、输出都不是标准的正弦波，有较多的高次谐波含量，因此，在测量仪器的选择上与传统的测量有所不同。第27页/共111页目前，特别适于变频器测量的仪器是谐波分析仪，主要有日本横河（YOKOGAWA）的WT系列谐波分析仪，如WT1600、WT3000等。这类产品不仅可以测量基本的电参数，并且针对变频器做了一些特殊设计：如测量模块比较多，可以同时测量输入、输出参数，进行谐波分析，测量真功率因数；带宽比较宽，可以从DC到1MHz，精度一般可以达到0.15级或0.02级；显示方便，可以显示数值、波形、谐波柱状图等；可以测量变频器驱动的电机的机械输出，如电机转速、扭矩等，这样可以更方便的测量变频器的驱动能力及驱动效果。可以说，一台WT谐波分析仪可以替代一堆传统仪表，确保测试的高效和准确。2、变频器测试对变频器进行测试的电路如图1所示，这是一个完整的变频器测试方案，包括三相电源输入、三相输出、驱动电机的机械输出（转速、扭矩）等。如果被测的变频器功率较大，输入、输出电流超过了仪器的量程，就需要在电流的测量回路里接入CT（电流互感器），把被测电流转变成仪器的测量量程内。 测试电路里的谐波分析仪是横河公司的WT1600数字功率计。该仪器有6个模块，可以同时输入6路电压、6路电流；同时有电机测试模块，可以测量电机的转速、扭矩等。一台WT1600不仅可以测量变频器的输入、输出参数，还可以测量电机的扭矩、转速、滑差、机械输出功率，以及电机效率变频器效率等。 第28页/共111页1）输入侧的测量变频器输入电源是50Hz交流电源，但是由于变频器的输入侧是整流电路，电流的波形一般不是标准的正弦波。典型的输入波形如图2。 传统的有功功率的计算公式为：P Urms Irms cos 式中：P：有功功率；Urms：电压有效值；Irms：电流有效值；：电压电流夹角。但是，变频器的输入电流包括高次谐波，很难测量出相位角。第29页/共111页横河的WT1600等WT系列的谐波分析仪使用了数字采样方法，对指定的有效采样周期内获取的瞬时波形数据的总和进行平均。总和由样本数N平均，得出一个功率值，如图3。 有功功率计算公式为： 式中：u(t):时刻“t”的电压瞬时值；i(t)：时刻“t”的电流瞬时值；t:采样时间间隔；N ：总采样样本数。这样，不需要测量电压电流夹角，就可以计算出有功功率。相应的，功率因数 PFP/SP/(Urms*Irms)式中：第30页/共111页S：视在功率同时，谐波分析仪测量波形进行谐波分析，计算出电压畸变率、电流畸变率等，然后对系统进行综合分析判断。电压总的畸变率Uthd：式中：U（1）：基波电压；U（k）：k次谐波电压；max：最大谐波次数电流的总畸变率Ithd： 式中：1）：基波电流；I（k）：k次谐波电流；max：最大谐波次数2） 输出侧的测量变频器的输出波形见图4，是频率可变的信号，含有较多的高次谐波。而电动机转矩主要依赖于基波电压有效值，因此，需要测量的电压值或者说一般变频器的额定电压值是指基波有效值。对PWM类型的变频器来说，PWM电压的整流平均值正比于其输出电压基波有效值。如日本电机学会(JEMA)规定：使用平均整流方法计算有效值，因为该值更合适地反映了驱动电机的输出转矩。 第31页/共111页横河WT1600等WT系列谐波分析仪，可以同时测量有效值、整流平均值等数值，用户可以根据需要进行方便的选择。变频器的效率为：式中：h：变频器效率Pout：变频器输出有功功率；Pin：变频器输入有功功率。WT1600还可以测量电机的机械输出，可测量电机的速度和扭矩传感器的输出，然后计算扭矩、旋转速度、机械功率、同步速度、滑差等，实现在一台仪器上测量电机效率与总效率。 随着变频技术的发展，对测量也提出了更高的要求。测量仪表厂家根据变频器的发展和需求不断推出新产品，满足了测试的需求。目前，变频技术的日益复杂化，一些非标准的正弦调制PWM波形的出现，经常发生输出电压的整流平均值与基波有效值不相等的情况。针对这种情况，横河公司推出WT系列最新型号WT3000产品，在不改变测量模式的情况下，改进了设计，使其可以同时测量常规项目，如整流有效值以及谐波有效值等，用户可以自己对数据进行对比。产品与测量手段是相辅相成并互相促进的，二者会随着技术的发展不断推陈出新。第32页/共111页第33页/共111页变频器工作原理 1、VVVF :改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写;2、CVCF :恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写。 第34页/共111页变频调速控制系统象限脉冲整流器电力机车整流部分为四图交直交变频器原理PWM第35页/共111页引 言直流电机的主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，而且可以独立进行控制，交流异步电机的磁通则由定子与转子电流合成产生，它的空间位置相对于定子和转子都是运动的，除此以外，在笼型转子异步电机中，转子电流还是不可测和不可控的。因此，异步电机的动态数学模型要比直流电机模型复杂得多，在相当长的时间里，人们对它的精确表述不得要领。n好在不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。n 为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频器控制系统。第36页/共111页转速开环型控制系统n 电压/频率比控制是控制定子电压和定子频率，使定子电压以一定的函数关系跟踪定子频率的变化，从而在调频调速过程中近似地保持电机气隙磁通不变的一种控制方法。n 中间直流电压可调的电压型逆变器异步电机变频调速系统控制电路由基准部分、整流器控制部分和逆变器控制部分组成。第37页/共111页1、基准部分2、整流器控制部分3、逆变器控制部分第38页/共111页转速开环型控制系统电压/频率比控制，无法控制异步电机的转差频率，对于多台电动机由同一台逆变器供电的情况，各台异步电机的转差频率一般是不同的，即使同一台异步电机，转差频率的大小也是随负载的大小而变化的。是一种频率（转速）的开环控制，并不能对电机的转速进行精确的控制。如果变频调速系统长期处于稳定运行状态而不需要频繁起动和制动；或者负载特性比较固定，基本上不需要因电机特性差异而进行调整的一类负载（风机、水泵等节能调速），可以采用电压闭环、转速开环的控制系统。第39页/共111页电压/频率比控制稳态特性 电压/频率比控制时的各种稳态运行特性通常是以转差频率为恒坐标给出的。,(,)(,)(,)ssslrsslsslsslIf ffIf ffPf ffQf ff（）),(),(),(),(cosslsrMslssMslsslsfffffffffTfff第40页/共111页第41页/共111页第42页/共111页系统组成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URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2第43页/共111页电路分析主电路:由二极管整流器UR、PWM逆变器UI和中间直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电容C滤波，同时兼有无功功率交换的作用。限流电阻：为了避免大电容C在通电瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻（或电抗）,通上电源时，先限制充电电流，再延时用开关K将短路，以免长期接入时影响变频器的正常工作，并产生附加损耗。泵升限制电路：由于二极管整流器不能为异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C充电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压）升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动电阻上。为了便于散热，制动电阻器常作为附件单独装在变频器机箱外边。第44页/共111页电路分析二极管整流电流波形具有较大的谐波分量，使电源受到污染。为了抑制谐波电流，对于容量较大的PWM变频器，都应在输入端设有进线电抗器，有时也可以在整流器和电容器之间串接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不平衡对变频器的影响。第45页/共111页控制电路控制电路：现代PWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM信号，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用8位或16位的单片机，或用32位的DSP，现在已有应用RISC的产品出现。PWM信号产生：可以由微机本身的软件产生，由PWM端口输出，也可采用专用的PWM生成电路芯片。检测与保护电路：各种故障的保护由电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/D转换器，输入给CPU作为控制算法的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信号。信号设定：需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小不同时，都得靠改变 U / f 函数发生器的特性来补偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能（见第节），在通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。第46页/共111页给定积分：由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频定设定信号必须通过给定积分算法产生平缓升速或降速信号，升速和降速的积分时间可以根据负载需要由操作人员分别选择。 综上所述，PWM变压变频器的基本控制作用如下页图所示。近年来，许多企业不断推出具有更多自动控制功能的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。tff *ufu斜坡函数U / f 曲线脉冲发生器驱动电路工作频率设定升降速时间设定电压补偿设定PWM产生图6-39 PWM变压变频器的基本控制作用 第47页/共111页补偿方法实现补偿的方法有两种：一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的U / f 函数，由用户根据需要选择最佳特性；另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系统的不足之处。第48页/共111页第49页/共111页第50页/共111页第51页/共111页三菱FR-500系列变频器PU板布局第52页/共111页键的作用MODE：选择操作模式或设定模式；SET： 用于确定频率和参数设定； ： 用于连接增加或降低运行频率，可改变运 行的频率在设定模式中可连续设定参数；FWD： 用于给出正转指令；REV： 用于给出反转指令；STOP（RESET）：运行中用于电机的停止变频器 保护时，用于复位。第53页/共111页PU板模式的切换第54页/共111页监视模式的操作EXT：指示灯亮为外部操作模式 PU：指示灯亮为PU操作模式EXT和PU指示灯同时亮为组合操作模式REV：为反转指示灯 FWD：为正转指示灯1. 按下有*1的SET键超过1.5秒,能把电流监视模式改为电压监视模式2. 按下有*2的SET键超过1.5秒,能显示包括最近4次的错误指示3. 在外部操作模式下转换到参数设置模式第55页/共111页频率设定模式的操作第56页/共111页参数设定模式的操作第57页/共111页操作模式的操作通过上、下箭头进行外部操作、PU操作及PU点动操作的切换在任何一种状态下按MODE键，转到帮助模式在外部操作时，显示OPND，及EXT指示灯亮在PU操作时，显示PU，及PU指示灯亮在PU点动时，显示JOG及PU指示灯亮第58页/共111页帮助模式用上、下箭头在E.HIS、ErCL、PrCL、ALLC、USrC、SnO之间切换E.HIS：报警记录；ErCL：清除报警记录；PrCL： 清除参数；ALLC：全部清除；USrC： 用户清除；SnO： 读软件版本号第59页/共111页帮助模式1:报警记录第60页/共111页帮助模式2:报警记录清除在数据为0时，按SET键，为取消在数据为1时，按SET键，为清除第61页/共111页帮助模式3:参数清除将参数值全部初始化到出厂设定值在数据为0时，按SET键，为取消在数据为1时，按SET键，为清除第62页/共111页帮助模式4:全部清除将参数值和校准值全部初始化到出厂设定值在数据为0时，按SET键，为取消在数据为1时，按SET键，为清除第63页/共111页帮助模式5:用户清除初始化用户设定参数其它参数初始化到出厂设定值在数据为0时，按SET键，为取消在数据为1时，按SET键，为清除第64页/共111页第65页/共111页高低限速参数号出厂设定设定范围1120Hz0至120Hz20Hz0至120Hz18120Hz120至240HzPr.1用于设定频率的上限，如果频率高于此设定值，则被限于上限值。在120Hz以上运行时，用Pr.18设定（Pr.1从自动设定为Pr.18的设定值）Pr.2用于设定频率的下限。 第66页/共111页基底频率及基底频率时的电压 Pr.3、Pr.47、Pr.113设定基底频率（电机的额定频率），能设定三种不同的基底频率；当PT信号为ON时，Pr。47有效，当X9信号为ON时，Pr.113有效。Pr.19用于设定基底频率时的电压 第67页/共111页多段速的设定Pr.4为三段速设定的高速Pr.5为三段速设定的中速Pr.6为三段速设定的低速Pr.24至Pr.27为多段速设定的4至7速Pr.232至Pr.239为多段速设定的8至15速其中RH、RM及RL为外部控制端子。当只用低三速时，每一个端子分别有效即可，当用到其它速度时，要此三个端子及REX端子组合使用。第68页/共111页多段速的设定第69页/共111页多段速的设定第70页/共111页加减速时间的设置当RT信号有效时，Pr.44和Pr.45起作用当X9信号有效时，Pr.110和Pr.111起作用当RT和X9信号同时有效时，还是Pr.110和Pr.111起作用第71页/共111页电子过电流保护 Pr.9为电子过电流保护。 可防止电机过热，可以得到最优的保护特性，出厂设定为输出额定值（0.4和0.75KW的电机为85%），设定范围为0500A 当变频器连接2台或2台以上的电机时，保护不起作用，此时每台电机都要加上热继电器保护。第72页/共111页变频器运行模式的设置第73页/共111页输入接线端STF、STR：输出正反转控制STOP：使该信号为ON，可使启动信号自保持RH、RM、RL：多段速度设定JOG： 点动控制模式RT： 第二加/减速时间选择MRS： 输出停止RES： 系统复位AU： 电流输入选择CS： 瞬时掉电再启动第74页/共111页正反转自锁功能当按一下正转按钮，电机正转并保持；当按一下反转按钮，电机反转并保持；当按下停止按钮，电机停止。图中，正转和反转为常开按钮，停止为常闭按钮。第75页/共111页点动功能第76页/共111页外部调速PR.73：设为4，2号引脚输入电压规范为010V 设为5，2号引脚输入电压规范为05V第77页/共111页组合方式1-参数设定1、系统清零2、设定Pr.79=5（程序运行模式）3、设定Pr.200=0/2（电压/时间）4、程序运行第一组 Pr.201=1、50、0：00 Pr.202=0、0、0：15 Pr.203=2、50、0：18 Pr.204=0、0、0：335、程序运行第二组 Pr.211=1、50、0：00； Pr.212=0、0、0：10第78页/共111页组合模式1-电路接线图第79页/共111页组合模式1-程序输入LD M8002SET S0STL S0ZRST S20 S25LD X0SET S20STL S20LD X3OUT Y0LD X3SET S21STL S21OUT Y4OUT Y5OUT T0 K360LD T0SET S22OUT C0 K3OUT T1 K30LD T1ANI C0OUT S21LD T1AND C0SET S23STL S23OUT Y1RST C0LD X4SET S24STL S24OUT Y1OUT Y2OUT Y4OUT Y6OUT C1 K3OUT T2 K100LD T2ANI C1OUT S20LD T2AND C1SET D25STL S25OUT Y3OUT T3 K100RST C1LD T3OUT S0RETEND第80页/共111页组合模式2-要求床工作台电机由变频器控制，实现程序控制速度如图刨刀垂直进刀一步，为相应继电器动作1S时间，并设有进刀上限和下限；刨刀水平进刀和退刀由另一台步进电机控制，1S为一步；垂直与水平进刀次数由计数器控制加工步骤为：手动回原点位置启动垂直进刀一步工作程序运行一周水平右进刀一步工作程序运行一周到达右限垂直进刀一次工作运行一周到达左限垂直进刀一步到到达下限回原点。第81页/共111页组合模式2一次过程曲线5S15S6S7s20S20Hz20Hz0Hz50Hz50Hz第82页/共111页组合模式2-I/O分配输入端子功能输入端子功能输出端子功能X0启动按钮X11手动右进Y0原点指示X1左限开关X12手动左进Y1左进输出X2右限开关X13手动垂直退刀Y2右进输出X3上限开关X14手动垂直进刀Y3垂直退刀X4下限开关Y4垂直进刀X6停机按钮Y10程序开始Y11第一级程序第83页/共111页组合模式2-变频器设置系统清零设定Pr.79=5（程序运行模式）设定Pr.200=0/2（电压/时间）Pr.201=1、20、0：00Pr.202=1、50、0：05Pr.203=1、20、0：25Pr.204=0、0、0：32Pr.205=2、50、0：38Pr.206=0、0、0：55Pr.7=1；Pr.8=1第84页/共111页组合模式2-接线第85页/共111页组合模式2-PLC参考程序LD M8000SET S0STL S0LDPX0ZRSTC0 C2LDX6ZRSTS20 S25LD X1ANDX3OUTY0原点指示LDX11ANIX1ANIY2OUTY1 左进刀LDX12ANIX2ANIY1OUTY2 右进刀LDX13OUT T1 K550OUTC0 K3LDC0ORX4ANIT1OUTS0LDIC0ANIX4ANIC1ANIX2ANDT1SETS22LDC1ORX2ANIC0ANIX4ANDT1SETS24ANIX3ANIY4OUTY3 垂直退刀LDX14ANIX4ANIY3OUT Y4 垂直进刀LD X0ANIX6ANDY0SETS20STLS20OUTY4 垂直进刀OUTT0 K20LDT0SETS21STLS21OUTY10程序运行OUTY11第86页/共111页STLS22OUTY2 右进刀OUTT2 K20LDT2SETS23STLS23OUTY10 程序运行OUTY11OUTT3 K550OUTC1 K2LDC1RSTC2LDIC1ANIX2ANDT3OUTS22LDC1ORX2 ANDT3OUTS20STL S24OUTY1 左进刀OUT T4 K20LDT4SETS25STL S25OUTY10 程序运行OUTY11OUTT5 K550OUTC2 K2LDC2RSTC1LDIC2ANIX1ANDT5OUTS24 LDC2ORX1ANDT5OUTS20RETEND第87页/共111页组合模式3-冷却泵控制第88页/共111页组合模式3-冷却泵控制第89页/共111页 第90页/共111页 第91页/共111页 第92页/共111页组合模式3-冷却泵速度1234567控制RH,RM,RLRM,RMRH,RLRL,RMRLRMRH参数号Pr.27Pr.26Pr.25Pr.24Pr.6Pr.5Pr.4设定值10152025304050第93页/共111页 LD M8000SET S0STL S0LD X0ZRST S20 S36ZRST C0 C2RST Y10RST M0LDI X0AND X3SET S20SET S30STL S20OUT Y0RST C1LDI M0OUT Y1LDI T10OUT T10 K600LD T10OUT C0 K14400LD C0SET S21STL S21OUT Y2RST C2LDI M0 OUT Y3LDI T11OUT T11LD T11OUT C1 K14400LD C1SET S22STL S22OUT Y4RST C0LDI M0OUT Y5LDI T12OUT T12LD T12OUT C2 K14400LD C2OUT S20STL S30OUT Y13OUT Y12OUT Y11OUT T0 K20SET Y10 LD X1SET M0LD T0AND X2SET S31STL S31OUT Y12OUT Y11OUT T1 K20LD T1AND X2SET S32LD T1AND X1OUT S30STL S32OUT Y13OUT Y11LD T4 AND X1OUT S33STL S35OUT Y12OUT T5 K20LD T5AND X2SET S36LD X1AND T5OUT S34STL S36OUT Y11OUT T6 K20LD X2RST M0LD X1AND T6OUT S35RETENDOUT T2 K20LD T2AND X2SET S33LD X1AND T3OUT S31STL S33OUT Y13OUT Y12OUT T3 K20LD T3AND X2SET S34LD X1AND T3OUT S32STL S34OUT Y13OUT T4 K20LD T4AND X2SET S35第94页/共111页组合运行四-恒压供水 高楼供水，考虑到节能，则根据管道的压力进行恒压供水。当供水压力过大时，变频器降低输出频率；当供水压力减小时，输出频率增大。 在本课题中，供水压力到达上限与下限均用开关手动模拟操作。第95页/共111页组合运行四-恒压供水参数号Pr.4Pr.5Pr.6Pr.24Pr.25Pr.26Pr.27设定值(Hz)15253035404550输入输出启动X0STFY0停止X1RHY1下限开关X2RMY2上限开关X3RLY3第96页/共111页 第97页/共111页 LDM8000SETS0STLS0LDX1ZRSTS20 S26RS