变频器工作原理及故障排除课件.ppt

1、 改变输入频率 （无级调速）变频器变频器N=60F/P P：极对数 F：频率N：转速改变极对数 （有级调速）调速原理：调速原理：调速方法：调速方法：1.1、变频器的调速原理、变频器的调速原理交交-直直-交变频器的主要结构框图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交-直直-交变频器的主要结构框图交变频器的主要结构框图交交-直直-交变频器原理图交变频器原理图M交交直交交-直直-交变频器原理图交变频器原理图RA 变频器制动方式变频器制动方式能耗制动能耗制动1.能耗制动能耗制动M当泵升电压超过一定值时，。导通，从而把负载反馈的能量消耗在R。上。R。变频器制动方式变频器制动方式能耗制

2、动能耗制动RA 变频器制动方式变频器制动方式能量回馈制动能量回馈制动2.能量回馈制动能量回馈制动M当负载回馈能量是,可控变流器工作于有源逆变状态,将能量回馈电网电动机调速的关键是转矩控制GD2375d nd t=Td TL GD2:电动机和负载的飞轮转矩Td:电动机的电磁转矩TL:电动机的负载转矩n:转速电动机调速基础电动机调速基础由上式可知由上式可知:要控制转速只需控制要控制转速只需控制Td变频器的控制方法变频器的控制方法-电动机调速基础 Td=Km Fs Fr sinTd:电动机的电磁转矩Km：比例系数Fs，Fr：三相矢量中的任意两个矢量的模：Fs和 Fr的夹角 FsFrFc电动机统一转矩

3、公式电动机统一转矩公式电动机磁通矢量图由电动机统一转矩公式可知，电动机的电磁转矩由电动机统一转矩公式可知，电动机的电磁转矩和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制任意两个矢量的模和夹角任意两个矢量的模和夹角1、恒、恒U/F控制控制(属于标量控制属于标量控制)定子电动势有效值为定子电动势有效值为:E=4.44F:电动机气隙磁链电动机气隙磁链 F:电动机工作频率电动机工作频率 为避免电动机因频率的变化而导致磁路饱和引起励磁电流增大,功率因数和效率降低,需要维持气隙磁通,所

4、以在调节F时,E也回相应地变化,即:E/F=K(恒定值)变频器的控制方法变频器的控制方法2、矢量变换（数学运算）、矢量变换（数学运算）两相固定两相固定坐标系坐标系三相旋三相旋转坐标系转坐标系两相旋转两相旋转坐标系坐标系旋转变频器变频器转矩电流iT励磁电流iM变频器的控制方法变频器的控制方法矢量控制矢量控制矢量控制矢量控制(基于转子磁链定向基于转子磁链定向)控制思想控制思想:iTiM转速环转速环矢量矢量变换变换M编码器电流环电流环旋转变频器变频器nn*变频器的控制方法变频器的控制方法直接转矩控制直接转矩控制3.直接转矩控制（基于定子磁场定向）直接转矩控制（基于定子磁场定向）直接转矩控制的原理框图

5、直接转矩控制的原理框图电动机变频调速时的机械特性电动机变频调速时的机械特性n:定常系数定常系数 转矩调节器T*T+-+-n*nTn当TT*时，T0=1,磁场加速n增大，转矩增加；当TT*时，T0=0，磁场不变，电动机转子因惯性使n减小，转矩减小。无速度传感器矢量控制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无速度传感器矢量控制直流传动和交流传动的比较直流传动和交流传动的比较电机电机直流电机直流电机结

6、构复杂有电刷,维护困难转子粗短，转矩惯量大交流电机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.效率.1.2 1.2、变频器典型应用、变频器典型应用直流传动和交流传动的比较直流传动和交流传动的比较电机电机传动按应用领域的分类：传动按应用领域的分类：1、通用机械的节能调速：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

7、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 P

8、0=55*10%=5.5KW P1=55KW 由PL=P0+KPnL3得:KP=55-5.5=49.5KW P2=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%Q P1=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%Q P1=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2

9、4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直流传动和交流传动的

10、比较-应用应用 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：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：特殊调速：对调速有特殊要求的调速系统，如调速范围达到1：500001：100000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 2.1 分类图图1 1 电气一次主接线图电气一次主接线图 1 1、QF1-QF1-真空断路器真空断路器 2 2、QS1 QS1、QS2QS2、QS3-QS3-单向刀闸单

11、向刀闸 3 3、M-M-电机电机3.13.1、排除故障基本素养、排除故障基本素养3.23.2、排除故障方法、排除故障方法1 1、SIEMENS 6SE70SIEMENS 6SE70系列变频器故系列变频器故障案例障案例3.23.2、低压变频器故障案例、低压变频器故障案例查变频器手册中的故障代码表查变频器手册中的故障代码表 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

12、变柜INVERTER的型号为6SE7041-1TK60；DC520V；630KW；SKD；变频变频器型号器型号说说明明 自2008年8月后，上位机就经常同时报出“PROFIBUS-DP SLAVE（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S7-400 PLC 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SIEMENS A&D的服务热线支持下，更

13、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。2008年10月30日下午，SIEMENS A&D华东区服务人员和ZPMC技术服务人员一同到达公司现场。按照SIEMENS公司的检测规范，首先对电子箱中的选件板CUVC、ADB、工艺板T300和

14、通讯板CBP2进行了检测；发现ADB适配板、T300工艺板和CBP2通讯板都已经烧坏，不再可以正常工作。但由于电子箱中的CUVC主控板未烧坏，A&D服务人员认为PSU控制电源板不存在问题；仅仅按照SIEMENS公司的服务规范中EMC电磁屏蔽规约中的要求重新敷设及压接PROFIBUS DP通讯终端头。在以上工作完成后，对调速系统送电，发现上位机仍然报出同类故障。向其服务中心请求支援后。回复仍然是按照规范重新检查一遍。在我们的一再要求下，该A&D服务人员开始对该逆变柜进行解体检查（需要注意的是在保修期内，仅SIEMENS公司的服务人员才有资格进行变频器的解体检查，否则不予以质保）。经过不懈努力，在

15、拆卸下电源板PSU及安全停车模块SSB后，发现了其+5V电源端子（第6针脚）已经过热烧坏；如图：逆变柜内的电源板PSU和SSB安全停车板的+5V端子烧坏，导致PSU电源板输出电压、电流不稳定，造成各电路板瞬间断电，导致工艺板T300、通讯板CBP2、适配板ADB等电子板卡工作不正常，故障扎堆乱报，无法按照设备说明手册查询故障。且容易烧毁各个板卡，严重威胁卸船机的正常作业安全稳定，给用户造成重大经济损失，。2009年，#1卸船机支持调速柜”逆变柜“经常报报F006”直流母线过电压故障；但在复位后调速柜可以正常运行。经过一段时间后，无法再通过复位再投入运行。经检查发现逆变柜未发现部件异常；后经过查

16、找变频器手册，怀疑是AFE存在问题；通过用手电查找，最终发现了AFE柜内的一个电容端子被烧焦、烧断。处理措施：因为当时没有备件，而经咨询SIEMENS公司，也没有现货。再经过仔细检查，发现电容本身没有问题，仅仅的是接线端子烧黑了。简单打磨处理后，重新送电后调速柜运行正常。变频器故障发生过三次，主要是报F026;F029;主要原因主要是变频器的驱动集成板块故障。处理措施都是更换变频器；二、高压变频器故障案例二、高压变频器故障案例案例1：2011年1月14日，变频器故障断电复位后，一直显示“控制器连接中。“。“控制器未就绪“。经仔细辨别检查，发现变频器的C相板卡上的绿色指示灯一直闪烁。A、B相的板卡绿色指示灯一直亮着。更换该板卡后，变频器重新上电自检正常，显示“控制器就绪“，后送电运行正常。案例2：2012年2月1日，变频器在变频备用时，突然A相、B相的12个单元全部报“光纤故障（XR）“。变频器报重故障。经仔细辨别检查，发现变频器的A、B相板卡上的绿色指示灯一直闪烁。C相的板卡绿色指示灯一直亮着。更换该2块光纤通讯板卡后，变频器重新上电自检正常，显示“控制器就绪“，后送电运行正常。谢谢谢谢大家！大家！