变频器的原理和应用

变频器故障排除精要邹少明广东省深圳市了解本次课程的内容1、变频器的主电路分解和故障分析2、变频器的外接部件和应用3、变频器的常见故障分析4、变频器的维护1、电压型变频器的实际主电路图RESRES制动电阻制动单元TD1TD2TD3TD4TD5TD6G1G2G3G4G5G6E1E3E5E2、4、6T1T2T3T4T5T6T7T8R1R2C2C1P1P2NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示电压型利用电容做为滤波整流电路逆变电路限流充电电路制动电路充电指示1.1、整流电路大功率变频器一般都有a）直接充电b）加入限流电阻1.2、整流与滤波电路整流与滤波电路，由于目前电容制作技术的限制、大容量的电容耐压没法做得很高，最大450V，因而采用多组串并联方式设计，电容的容量是跟据负载应用在最大功率时所产生的RC放电所需的脉动直流的平波设计。功率越大的变频器，所带的负载等效阻抗越小，平波电容容量必须越大。1.3、直流电源安全指示所有变频器都有1.4、限流充电电路通电时，直流电压通过RES电阻对电容进行限流充电，当电容两端电压大于80%UD时，接通T8或K1进行短接，有些变频器（如电梯专用型）则在第一次运行信号时接通控制，国外变频器通常使用晶闸管（T8），国产变频器通常使用接触器（虚线圈内K1），小功率进口变频器的整流、逆变、T8集成在一块模块中。REST8R1R2C2C1P1P2NK1D1D2D3D4D5D6RST整流电路限流充电电路UD1.5、逆变电路a）逆变电路b）输出电压实际波形c）输出电压等效波形1.6、逆变电路的工作特点a）空载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线续流二极管作用，作为无功交换和反向发电能源通道电动机驱动状态1.7、制动电路与制动单元制动单元是变频器外选件，用于损耗再生过电压，保护变频器内部电路安全。制动单元内部主要是直流母线电压检测电路，当检测到母线电压高于600V极限值时，控制T7导通，电压越高，T7导通度越宽。在起重设备中必需使用制动单元。在其它工业设备中比较少用，当变频器使用中经常出现过电压保护报警停机时，且调长减速时间无效的情况下才选用。选用制动单元，必须与变频器的功率匹配，每一本变频器的手册都有制动单元的选用参数。小功率变频器的功率模块中通常集成有T7（制动IGBT），制动电阻采用外接方式。5.5KW以上变频器使用外接制动单元和接动电阻柜，有过温度保护，这是为了保护制动单元内部的IGBT在工作中可能会产生击穿而导致火警事故。RESRES制动电阻制动单元T7T8R1R2C2C1P1P2NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示整流电路限流充电电路制动电路充电指示制动单元或+-R+R-T+T-大功率电阻柜接电源接电阻温度传感器5.5KW以上1.8、变频器的检测电路和作用RESRES制动电阻制动单元TD1TD2TD3TD4TD5TD6G1G2G3G4G5G6E1E3E5E2、4、6T1T2T3T4T5T6T7T8R1R2C2C1P1P2NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示整流电路逆变电路限流充电电路制动电路充电指示母线电压检测开关电源电流检测输出电压检测底板温度检测风扇运行检测马达温度检测M3~M1UVW底板温度传感器主控板\CPU外接风扇有些变频器有有些变频器有必须有必须有必须有必须有虚线圈内是变频器内部电路1.9、变频器检测电路说明开关电源：有专用外接AC端口和内部直流母线直接端口两种，这两种在应用中都有，给整个控制电路提供电源，分为单级或二级。直流母线检测电路：检测直流线母电压，供显示、矢量、报警、制动等控制用。输出电压检测电路：检测输出电压，供显示、矢量、有功、无功、视在功率、功率因素等算法用。输出电流检测电路：检测三相输出电流，供显示、矢量、有功、无功、视在功率、功率因素算法用和报警用。底板温度检测电路：检测变频器底板温度，一般传感器安装在模块底部，小功率变频器模块中也有些集成了温度传感器。马达温度检测电路：外接PTC温度传感器在马达的机身上，检测马达的温度，一般变频器都有该项功能，执行该项功能时，变频器必须设定其中一个多功能端子为PTC功能。风扇运行和检测电路：控制和检测变频器自身的散热风扇，一般变频器自身散热风扇有底板散热风扇和主控板散热风扇（安川变频器），1.10、变频器主电路的外接接口RES制动单元TD1TD2TD3TD4TD5TD6G1G2G3G4G5G6E1E3E5T1T2T3T4T5T6T7T8R1R2C2C1NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示整流电路逆变电路限流充电电路制动电路充电指示M3~M1GNDRSTP1P2NB1B2UVWGND单独接地单独接地接电源短接外接制动单元同步时需外接共用直流母线电源外接直流母线电感1.11、V/A节能控制A/V节能控制，即时跟据负载有功电流来调整电压。是每种新变频器必备的功能，在运行中，不但要兼顾V/F控制模式，还要在当马达轻载时跟据输出电流来调整输出电压，新型变频一般都有该项功能。该项功能要在参数中激活才有效。如下图所示：说明：力矩型变频器一般不需要该项功能，所以没有该项参数调整，变频调整该项参数后，对力矩调整会产生影响。当变频器电流检测电路损坏后，执行该项功能可能会导致马达损坏，该项功能在加减速过程中无效。启动完变频器后才生效。说明：变频器才用节能控制时会导致输出力矩减少22KW马达43A380V160V110V10A富士变频三菱变频2、变频器接线中常见的问题2.1、输出不能接电容输出侧接电容器的后果调制频率太高，电容容抗1/WC很小，相当于短路2.2、电源反接2.3、输出不能突然断开跟据上面分析，会产生瞬变和浪涌过电压变频器M3~GLKUVWRST2.4、自由停机要考虑的措施跟据上面的分析，当变频器基极封锁号MRS接通或采取自由停机模式时，负载由于惯性的存在，相当于发电机，且由于输入端产生的瞬变过电压，前后夹攻变频器，在有必要的情况下，加装KM1和KM2来应对自由停机产生的报警，在极限的情况下，设置变频器自动报警复位功能来维持生产的正常运行。变频器M3~UVWGLRSTKM1STFSDMRSKM23、变频器外接部件1.2、主电路接线图3.1主接线端子图说明：目前多数变器的电源输入端标号为R、S、T，在变频器左边。马达输出端标号为U、V、W，在马达右边。但是老款的ABB变频器电源输入端为U1、V1、W1在马达右边，马达输出端为U2、V2、W2在马达左边，千万别接错。RES制动单元TD1TD2TD3TD4TD5TD6G1G2G3G4G5G6E1E3E5T1T2T3T4T5T6T7T8R1R2C2C1NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示整流电路逆变电路限流充电电路制动电路充电指示M3~M1GNDRSTP1P2NB1B2UVWGND单独接地单独接地R1S1机内开关电源LN该部分有些机型没有有些机型接220VAC有些机型接380VAC有些机型可接220VAC和380VAC如果是380VAC，跟输入RS对接L1（A）L2（B）L3（C）R1大功率制动电阻柜3.2、输入和输出高频电抗器（DI/DT滤波器）应用输入和输出高频电抗器，用铁氧铁做成磁环形状，很脆，受力容量裂开。使用中要特别注意，输入输出电线要三条一起绕在磁环中，匝数越多效果越好，价格只有几元至几十元一个，比较便宜，用于消除变频器对外电源和空间幅谢的高频干扰，当变频器对周边控制仪表、电脑、外部模拟量控制出现干扰时，必须先考虑加装高频电抗器，若还出现干扰就要加装低频电抗器。也可以用谐波表对线路进行高次谐波分析，频率高于1000HZ用高频电抗，以下用低频电抗RES制动单元TD1TD2TD3TD4TD5TD6G1G2G3G4G5G6E1E3E5T1T2T3T4T5T6T7T8R1R2C2C1NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示整流电路逆变电路限流充电电路制动电路充电指示M3~M1GNDRSTP1P2NB1B2UVWGND单独接地单独接地L1（A）L2（B）L3（C）3.3、输入和输出低频电抗器（正弦滤波器）应用输入和输出低频电抗器，用矽钢片和线圈做成，非常重，价格从几十元到几万元视输入功率选配，具体参见手册。输入端接电抗器主要应用在变频器对周边仪表或电脑产生的干扰。输出端接电抗器主要应用在对无线电系统、视频或音频信号产生干扰。当出现谐波频率少于1000Hz的干扰时，就必须接低频电抗器。要注意，变频器的输入和输出主电线不能与任何低压和信号电线同一线槽。长距离时，必须接输出电抗RES制动单元TD1TD2TD3TD4TD5TD6G1G2G3G4G5G6E1E3E5T1T2T3T4T5T6T7T8R1R2C2C1NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示整流电路逆变电路限流充电电路制动电路充电指示M3~M1GNDRSTP1P2NB1B2UVWGND单独接地单独接地L1（A）L2（B）L3（C）L1L13.4、直流电抗器应用直流电抗器，主要是用强磁铁芯和线圈构成，接在P1和P2之间，用于变频器直流侧，直流是带纹波的，因整流方式的不同，纹波的幅值和频率也不同，主要作用是平波，提高功率因数。一般进口变频器都自带有直流电抗器，当变频器制动单元工作时，一般都必需装有直流电抗器，可以减少制动电阻对电源的损耗和发热，当变频器经常出现炸整流模块现象时、当变频器接了输入输出电抗器还出现对外干扰时要考虑加装。RES制动单元TD1TD2TD3TD4TD5TD6G1G2G3G4G5G6E1E3E5T1T2T3T4T5T6T7T8R1R2C2C1NK1D1D2D3D4D5D6RSTR1充电指示整流电路逆变电路限流充电电路制动电路充电指示GNDRSTP1P2NB1B2UVWGND单独接地单独接地4、变频器的控制端子4.1、变频器的控制方框图1、PU口：接变频器的操作面板2、可定义控制端：控制变频器的运行操作和特殊功能执行，该端口在变器上标出的符号为出厂默认模式，符号功能可以通过变频器内部参数设定更改3、模拟量输入端：频率调节电位器输入、4—20MA输入、0—10V输入（可定义为0—5V输入）该部分端子有些牌子的变频器可定义其输入的信号类型、功能和操作。4、485通讯端：与计算机或PLC能讯，控制变频器运行操作和频率设定等等。5、NVROM：变频器的程序存贮器，分为两个区域：系统程序区和用户程序区，变频器开机后，CPU会跟据系统程序区的要求，调用用户程序区的内容对变频器进行操作。在系统程序区内部有备份的参数单元，如果出现参数错乱可直接调用出厂参数，恢复出厂模式，0.5F电容为NVROM提供约10秒的供电时间,在运行瞬间断电时保存数据6、可定义输出端：与2、同理，输出包含有频率到达、电压、电流、转速等参数，可定义在某一端口输出，包含模拟量输出和晶体管共阴开关量输出。7、可定继电器：一个变频器有一个或多个继电器报警输出，其报警内容可跟据参数进行设定。8、整流电路和逆变电路在上面内容己作说明。9、开关电源：提供控制电路电源有+-15V供塑变IGBT驱动、和外围使用。+5V提供CPU控制电路、+24V供外部NVROM0.5UF/6.3VDCCPU可定义控制端可定义输出端485通讯口PU口整流逆变模拟量输入端可定义继电器开关电源4.2、数字量多功能可设置输入端子原理端了上标的符号为默认功能符号，变频器可以通过参数PR178—PR189来定义其功能。该电路中输入方式可改为源型逻辑（PNP）和漏型逻辑（NPN），STF：变频器正转。STR：变频器反转。STOP：应用于3线型的停止按钮。RH；第一段速度，对应PR4的设定。RM：第二段速度，对应PR5设定RL：第三段速度，对应PR6的设定。JOG：变频器点动，对应参数为PR15/16设定为点动频率和点动加速时间。RT：第二马达参数运行功能激活，当变频器分时拖动两台不同功率马达时，所需的不同运行参数和马达参数。MRS：基极封锁，用在紧