变频器的工作原理和维护应用

变频器的工作原理及应用一．变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交—交或交—直—交方式，例如最常用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。2、整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块，但不少整流电路与逆变电路二者合一的模块如富士7MBI系列。BR整流模块损坏是变频器常见故障，在静态中通过万用表电阻挡正反向的测量来判断整流模块是否损坏，当然我们还可以用电压表来测试。BR有的品牌变频器整流电路，上半桥为晶闸管，下半桥为二极管。如大功率的丹佛斯、台达等变频器。判断晶闸管好坏的简易方法，可在控制极加上直流电压(10V左右)看它正向能否导通。这样基本大致能判断出晶闸管的好坏。另外，富士变频器G9S(P9S)11kW以下的整流模块的特点为该模块集中成五种功能。整流，预充电晶闸管，制动管，电源开关管，热敏电阻。如CVM40CD120整流模块引脚及功能的名称。整流:R、S、T、A(+)、N-(-)充电晶闸管:A1、P1、G+n(触发)制动管:DB、N_、G7(触发)DB1B+是其续流二极管电源开关管:D8、S8、G8热敏电阻:Th1、Th2G9S(P9S)15kW～22kW，整流模块为(VM100BB160)它的功能除整流外还有预充电晶闸管。功率在30kW以上的整流模块为单一整流功能。功率75kW以上为多组并联整流模块。3、平波电路平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流)，一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。对滤波电容进行容量与耐压的测试，我们还可以观察电容上的安全阀是否爆开。有没有漏液现象来判断的它的好坏。4、控制电路现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化控制。变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成:频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路”，但实际使用变频器时，其维护工作也比较复杂。这里就变频器控制电路故障报警产生原因提供以下一些处理方法。常用变频器在使用中，是否能满足传动系统要求，变频器参数设置尤为重要。设置不正确会导致变频器报警而不能正常工作。4.1参数设置变频器出厂时，厂家对每个参数都预设一个值，这些参数叫出厂(缺省)值。一般缺省值并不能满足大多数传动系统的要求。所以用户在正确使用变频器之前，要求对变频器参数做如下设置:(1)确认电机参数设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率。这些参数可以从电机铭牌中直接得到(2)变频器采取的控制方式，即速度控制、转拒控制、PID或其它方式。选定控制方式后，一般要根据控制精度需要进行静态或动态辨别。(3)设定变频器的启动方式，一般变频器在出厂时设定从面板启动，用户可以根据实际情况选择启动方式。可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。(4)给定信号的选择，一般变频器的频率给定也可以有多种方式。面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定。当然对于变频给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和，正确设置以上参数后，变频器基本能正常工作，如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。一旦发生参数设置故障，可根据说明书进行修改参数.如果不行可数据初始化，恢复缺省值.然后按上述步骤重新设置，对于不同品牌的变频器其参数恢复出厂值方式也不同。4.2“OC”过流报警故障这是变频最常见故障，首先排除由于参数问题而导致的故障，例如:电流限制，加速时间过短有可能导致过流的产生。然后就必须判断是否电流检测电路问题，以FVR-075G7S-4EX为例，有时看到FVR-075G7S-4EX在不接电机运行的时候面板会有电流显示，电流来自于哪里呢？这时就要测试一下它的3个霍尔传感器是否出了问题。4.3“OV”过压故障首先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母线取样后(530V左右的直流)通过阻值较大的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(此机为数码管显示)可以看一下电阻是否氧化变值，光耦是否有短路现象。4.4“UV”欠压故障首先可以看一下输入端电压是否偏低、缺相，然后看一下电压检测电路鼓掌，判断和电压相同。4.5“OH”过热故障变频器温度过高，检查变频器的通风情况，及轴流风扇运转是否良好。有些变频器有电动机温度检测装置，检查电动机的散热情况，然后检查检测电路各器件是否正常。4.6“SC”短路故障可以检测一下变频器内部器件是否有短路现象。以安川616G545P5为例，模块、驱动电路、光耦是否有问题，一般为模块和驱动的问题，更换模块修复驱动电路。“SC”故障会消除。4.7“FU”快速熔断故障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LGSV030IH-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丢失，此时隔离光耦动作，出现FU报警。更换快熔就应能解决问题，特别是应该注意的是更换快熔前必须判断主回路是否有问题。5、逆变电路逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压。逆变电路通常指的就是IGBT逆变模块(早期生产的变频器为GTR等功率模块)IGBT模块损坏也是变频器常见的故障。对于IGBT模块，我们介绍最简单的测量方法(专业不是这样测量)，用指针万用表电阻10k档表棒去触发GwEw(黑笔碰Gw，红笔碰Ew)则P到W可导通。当GwEw短路，P到W则关闭，其它各管引脚同理。测量耐压值可用晶体管参数测试仪，但是要短接触发端G-E才能测C-E的耐压值。IGBT模块损坏，大多情况下会损坏驱动元器件。最容易损坏的器件是稳压管及光耦。反过来如驱动电路的元件有问题如电容漏液、击穿、光耦老化，也会导致IGBT模块烧坏或变频输出电压不平衡。检查驱动电路是否有问题，可在没通电时比较一下各路触发端电阻是否一致。通电开机可测量触发端的电压波形。但是有的变频器不装模块开不了机，这时在模块P端串入假负载防止检查时误碰触发端或其他线路烧坏模块。二.变频器应用1、频器不要装在有震动的设备上，因为这样变频器里面的主回路联接螺丝容易松动，有不少变频器就因为这原因而损坏。2、接线问题：变频器输入端最好接上一个空气开头保护电流以值不能太大，以防止发生短路时烧毁不会太严重。一定不能将“N”端接地。控制线尽量不要太长。因为这样使控制板容易受电磁波干扰而产生误动作，也会导致控制板损坏，超过2米长的最好用屏蔽线。变频器旁边不要装有大电流而且经常动作的接触器，因为它对变频器干扰非常大，经常使变频器误动作（显示各种故障）。三、经常要急停车的变频器最好不要依靠变频器本身刹车，而是另加刹车电阴或采用机械刹车，否则变频器经常受电机反电动势冲击，故障率会大大提高。四、如果变频器经常低速运行15HZ以下，则电机要另加散热风扇！五、灰尘与潮湿是变频器的最致命杀手。最好能将变频器安装在空调房里，或装在有虑尘网的电柜里，要定时清扫电路板及散热器上的灰尘；停机一段时间的变频器在通电前最好用电吹风吹一下电路板。六、某些品牌变频器当散热风扇坏了后，它不会发出过热保护，直到变频器损坏，所以当风扇有响声应该更换。七、有的工厂供电是发电机发电，电压不稳定，变频器经常损坏，发电机加装稳压或过压保护装置，效果很好。八、防雷也很重要。虽然很少发生，但当变频器被雷击，将损坏惨重。恒压供水的变频器最容易被雷击，因为它有一条伸向天空的引雷水管。九、为防止电磁波干扰，变频器输入、输出、控制线最好用屏蔽线，屏蔽层接线方法不能错，否则作用相反，有可能的再用铁管套住，加装滤波器，调低载波频率。我们发现如果变频器开关电源的开关管是场效应管（如K系列）则其干扰会大些。十、当变频器坏了以后，不要交给没有维修经验的人修理！否则可能越修越坏！有时快熔断了，一定要检查是否有问题，有的电工没有经验，马上装上一个好的快熔（绝对不能用铜线代替），结果是变频器烧毁更厉害。按我们的经验，如果快熔断则模块大多有问题，但模块坏快熔一不定断。很多变频器功率模块、整流模块是可互相替换的。十一、我们在维修变频器过程中，经常碰到有些工厂自己维修后又炸掉的变频器，而且损坏比原来更严重，更难维修。经检查，原来他们用的是维修过的模块。维修的模块用仪表是很难检测出来，各参数完全正常，但由于其内部接线粗糙，晶体管的密封硅脂打开后没法封好，这样的模块有的能用几个月，有的一开机就炸毁。以上提出的一些看法如能对变频器用户有所启发与提醒，而避免一些不该出现的问题，我们将感到非常欣慰三．变频器系统配套用的三种电抗器1.与变频器配套用的电抗器有3种：1）进线电抗器LA1又称电源协调电抗器，它能够限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，有效地保护变频器和改善其功率因数。接入与未接入进线电抗器时，变频器输入电网谐波电流的情况,示于图1。从图1可以看出接入电抗器后能有效地抑制谐波电波。2）直流电抗器LDC直流电抗器接在变频系统的直流整流环节与逆变环节之间，LDC能使逆变环节运行更稳定，及改善变频器的功率因数。3）输出电抗器LA2接在变频器输出端与负载（电机）之间，起到抑制变频器噪声的作用。三种电抗器在变频器中的连接如图2所示。3需要安装进线电抗器的场合进线电抗器既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染，当电源容量很大时，更要防止各种过电压引起的电流冲击，因为它们对变频器内整流二极管和滤波电容器都是有害的。因此接入进线电抗器，对改善变频器的运行状况是有好处的。根据运行经验，在下列场合一定要安装进线电抗器，才能保证变频器可靠的运行。1）电源容量为600kVA及以上，且变频器安装位置离大容量电源在10m以内，如图3所示：2）三相电源电压不平衡率大于3％，电源电压不平衡率K按式（1）计算：3）其它晶闸管变流器与变频器共用同一进线电源，或进线电源端接有通过开关切换以调整功率因数的电容器装置。4进线电抗器容量的选择进线电抗器的容量可按预期在电抗器每相绕组上的压降来决定。一般选择压降为网侧相电压的2％～4％，也可按表1的数据选取。电感量L的计算公式如式（2）所示：UV——交流输入相电压有效值（V）；ΔUL——电抗器额定电压降（V）；In——电抗器额定电流（A）；f——电网频率（Hz）。进线电抗器压降不宜取得过大，压降过大会影响电机转矩。一般情况下选取进线电压的4％（8.8V）已足够,在较大容量的变频器中如75kW以上可选用10V压降。5直流电抗器和输出电抗器的作用在有直流环节的变频系统中，在整流器后接入直流电抗器可以有效地改善功率因数，配合得当可以将功率因数提高到0.95，另外，直流电抗器能使逆变器运行稳定，并能限制短路电流，所以很多厂家生产的55kW以上的变频器都随机供应直流电抗器。输出电抗器的主要作用是补偿长线分布电容的影响，并能抑制变频器输出的谐波，起到减小变频器噪声的作用。有些厂家还提供有输出电抗器与无输出电抗器时，连接电机的导线允许的最大长度，表2是西门子公司提供的数据。6三相交流进线电抗器的设计计算当选定了电抗器的额定电压降ΔUL，再计算出电抗器的额