1、变频器的应用与故障处理,伍锦荣 ,一、变频器的应用 二、变频器调速系统常见故障与处理方法 三、变频器维修案例分析 四、矿用隔爆兼本安型变频调速装置,一、变频器的应用,1.定义 2.交流调速的发展历程 3.变频器的技术现状及发展趋势 4.变频器的分类 5.变频器的结构原理 6.变频器的主要功能 7.变频器的应用 8.常用的变频器,插入说明：电机机械特性,插入说明：电机机械特性,插入说明：电机机械特性,插入说明：电机机械特性,插入说明：电机机械特性,插入说明：电机机械特性,插入说明：电机机械特性,传统调速方法：,传统调速方法：,传统调速方法：,传统调速方法：,1.定义 变频器是采用半导体功率器件，
2、将工频电源转换为各种频率交流电源，以实现电机变速运行的控制设备或装置。,一、变频器的应用,2.交流调速的发展历程 20世纪60年代问世 80年代在国外开始推广应用； 90年代在国内开始迅速推广； 从简单到复杂、从低压小功率到高压大功率、从工业到家用全面发展,一、变频器的应用,国外： 产业化，技术水平高、质量好、大容量功率器件、新技术应用，高压、大功率、高精度、多功能； 国内： 仍处于较初级阶段，主要应用仍是进口品牌，矿用防爆起步较晚。,一、变频器的应用,3.变频器的技术现状及发展趋势 两极化发展：高压、大功率和低压、小功率、微型化 IGBT、IGCT将成为主要功率元件，SCR，GTO将退出；
3、矢量控制、磁通（磁链）控制、直接转矩控制； 采用微机技术，全数字化、自诊断、高精度、多功能； 无电网污染、光纤技术,一、变频器的应用,4.变频器的分类 按交流环节分：交直交；交交 按直流环节分：电流型；电压型 按控制方式分：U/f；矢量控制；直接转矩 按电源相数分：单相；三相 按主开关器件分：IGBT，BJT；GTR等 按功能分：通用型；专用型,一、变频器的应用,5.变频器的结构原理 组成：主电路、检测电路和控制电路 外部接口：控制指令；频率控制；输出监视；通信接口；功能扩展；操作面板,一、变频器的应用,6.变频器的主要功能 转矩提升（补偿） 防止失速 转矩限定 减少振动和冲击 瞬间再起动 外
4、部起停 频率设定 PID控制 各种保护 其它,一、变频器的应用,7.变频器的应用 对应用交流电动机速度进行控制的所有场合，国民经济和日常生活中，包括建筑、纺织、化纤、石油、化工、煤矿、机械、造纸、印刷、市政 节能、提高生产率、改造传统工业、改善流程、提高自动化水平、提高产品质量、改善环境、推导技术进步,一、变频器的应用,8.常用的变频器 欧美：VACON、A-B、SIEMENS、Schneider、KEB、Moeller、SIEI、Danfoss、Lenz、C.T 日韩：东芝、富士、三垦、松下、三菱、日立、明电、春日、东洋、安川、欧姆龙、三星、LG、现代、收获 港台：普传、台安、台大、东元、宁
5、茂、爱得利 国内：康沃、安邦信、惠丰、森兰、博斯特、英威腾、科姆龙、西普、利德华福,一、变频器的应用,变频器的额定参数,1.型号代表变频器的系列、标识码、主要参数和生产序号，包含了产品铭牌上的基本数据。 如FRN 0.2 G11S 2JE富士FRENIC5000系列变频器0.20.2kW电机G11S用于一般工业设备2JE200V级,2.容量表示最大适应电机的功率，包括变频器额定输出容量、额定输出电流。电机功率指标准4极电机的功率，额定电流指变频器连续运行时允许输出的电流，额定容量是指额定输出电压和电流的三相功率。,变频器的额定参数,国内变频器容量的裕度要大（kW）,变频器的额定参数,3.输出额
6、定值电压输出频率等于电机额定频率时的电压最大值电流长时间输出的最大电流过载能力指输出电流超出额定电流的允许范围和时间通常设为150%In、60s或180%、5s,变频器的额定参数,4.输出频率0.1400Hz通常为50Hz50400Hz,变频器的额定参数,5.控制特性运行控制方式U/f控制方式、矢量控制方式、直接转矩控制方式等频率控制方式键盘设定、外部设定（05V，10V电压、420mA电流和通信接口方式）,变频器的额定参数,V/f控制,矢量控制,矢量控制,直接转矩控制,选型及安装接线,选型依据负载特性和负载控制方式 1.基本要点；电动机的额定电流和负载特性输出电缆长度的限制环境因素防爆要求
7、2.控制方式开环闭环,3.负载类型 降转矩负载低转速时转矩下降，风机、水泵，专用变频器SIEMENS Eco、ABB ACS400、Fuji FRENIC P9/P11恒转矩负载输出转矩与速度无关，吊车、运输机械、注塑机、喂料机、提升机、传送带SIEMENS MM4/MD4、ABB ACS600、Fuji FRENIC G9/G11恒功率负载转矩和转速成反比，轧机、造纸机、机床主轴、步行机械,选型及安装接线,插入说明：常见传动机构,插入说明：负载特性,插入说明：负载特性,插入说明：负载特性,插入说明：负载特性,安装环境要求：温度、湿度、粉尘油雾、海拔、振动、电磁干扰壁挂式、挂箱式、柜式、与机械
8、设施配套安装 接线主电路接线：进线、出线控制电路接线：外部控制、显示接线、屏蔽、电抗器、防雷、保护接地,选型及安装接线,对于应用需求灵活性配置 进线和出线的多种配置（进线电抗器、出线电抗器等）,用于编程&通讯需求的灵活性配置 操作面板, 通讯卡选件和客户型的特殊指示需求,不同的防护等级需求 IP23, IP54; IP54 双通道排风型,控制需求的灵活性配置 足够大的可旋转的控制面板,易维护 变频器安装在滑行导轨上,可靠性 经过验证和测试的冷却系统,安全 通过半导体快熔来保证高安全保护,变频器输出频率控制方法与选择,1.频率控制方式 键盘设定 外部设定模拟量：05V，10V电压、420mA电流
9、数字量：通信接口方式 2.选择依据控制系统和控制习惯进行选择,同步控制的几种方案与设计,1.定义 同步运行控制是指各存在独立拖动系统的单元运行速度之间既要有一定的比例关系，又要求按此比例同时升速或降速的控制。,2.常用同步控制方案有：采用同步控制器，PLC控制、同步（反馈）板等。同步控制器电压和电流控制，主控信号和同步信号分别去控制主电机和从电机的变频器的输出频率。特点：调试简单、方便、成本低，误差大、抗干扰能力差，适合要求不高的应用场合。PLC控制同步（反馈）板,同步控制的几种方案与设计,多数矢量控制变频器设有同步（反馈）板接口，主从变频器插入同步板即可实现同步控制。,同步控制的几种方案与设
10、计,闭环控制的设计方法,定义：变频控制系统将输出变量直接或间接地引入到输入给定端形成环路并参与控制的方法，就是闭环控制。被控变量的检测目的：稳定被控变量设定目标值进行调速控制，检测反馈信号进行比较偏差设定：正反作用PID控制器的设定参数整定,速度反馈传感器,同轴光电编码器1.增量式编码器,速度反馈传感器,2.绝对式编码器电涡流测速探头,制动方法的选择,变频器的制动方法通常有三种：直流制动指当变频器的输出频率为零，异步电机的定子磁场不再旋转，电机转速下降到一定数值时，变频器向定子绕组中通入直流电流，使异步电机处于能耗制动状态。转子切割直流电流的静止磁场而产生制动力矩，使电机迅速停止。,外加制动单
11、元/制动电阻在变频器的频率下降时，把拖动系统反馈到变频器直流电路中的能量消耗掉。对于非四象限运行的变频器，当需要进行频繁制动或高转矩制动时，应选择外接制动电阻或制动单元。,制动方法的选择,整流回馈电机在制动中产生的电能反馈给电网的制动方式称为再生制动。,制动方法的选择,制动电阻参数的计算,IB=Ed/RR=Ed/IB，IB1 In /2PBaEd2/R,二、调速系统常见故障与处理方法,3.主要故障类型参数设置故障过电流和过载故障过电压和欠压故障综合性故障：过热保护、漏电流报警动作、静电干扰、载波频率故障,二、调速系统常见故障与处理方法,4.常见故障和处理方法：通过变频器的报警信息、报警代码、数
12、据，帮助故障诊断分析。,二、调速系统常见故障与处理方法,过流故障,1.电机负载突变引起较大冲击；2.电机内部电缆绝缘损坏，线匝间及对地短路引起过电流；3.测速编码器速度反馈丢失或不正常引起过流；4.接触器触点瞬间抖动、损坏，接触不良形成缺相运行等,过压故障,1.电源电压过高2.降速时间过短3.制动单元不理想，中间回路直流电压过高4.负载突然变小，负载惯性大5.载波频率设置不合适,欠压故障,1.电源问题（电源电压偏低、电源缺相） 2.变频器运行后欠压3.变频器内部故障,过热故障,1.环境温度2.负载过大3.散热片吸附灰尘多、冷却风扇故障、4.变频器内部故障,无故障显示、电动机不能启动,1.控制端
13、子正在输入自由旋转命令或直流制动命令，运行指令输入无效2.检查： 主回路检查。电源电压，充电指示灯是否亮，LCD是否显示报警，变频器与电机连接是否正确； 输入信号检查。是否输入起动信号和正转、反转信号，是否已设定频率或上限频率过低； 功能检查。各种功能代码是否正确； 负载检查。负载是否太大，或机械有堵转现象,无故障显示，电动机能启动但不能调速,1.频率上、下限设定不正确2.程序运行设定不正确3.检查：检查频率设定面板或外部信号调整，输出是否变化是否多部增减速度连接增减速时间是否合适变频器内部故障干扰使变频器不能正常工作,电动机加速过程中失速,1.加速时间设定过短2.负载过大3.转矩提升量不够4
14、.检查：加速时间；电机和负载惯量是否太大电机端子电压是否降低负载转矩是否太大变频器故障或干扰使变频器不能正常工作,外来干扰对变频的影响及抑制,变频器正常工作的环境因素： 1.电源质量 2.噪声抑制 3.抗干扰控制策略 4.措施：噪声及产生原因抑制措施：噪声滤波器（无线、有线）、噪声变压器、屏蔽、隔板,三、变频器维修案例分析,功率器件简介1.SCR普通晶闸管，或可控硅和2.GTO门极关断晶闸管,功率器件简介,3.GTR电力晶体管，也称为双极结型晶体管（BJT）,4.IGBT绝缘栅双极型晶体管,功率器件简介,5.IPM智能模块是把与逆变管配套的驱动电路、检测与保护电路和接口电路和功率器件集成到一起
15、的功率集成模块。,功率器件简介,整流桥检查,功率模块的损坏（主回路故障）,一般修理步骤,1.整流滤波电路整流桥、滤波、限流电路 2.逆变电路IGBT、反向二极管、驱动模块、逆变桥 3.控制电路开关电源、采样电路,一般修理步骤,4.修理后通电通电步骤、防短路、参数检查、空载试验 5.带载试验低速、高速、带载 6.修理记录,四、矿用隔爆兼本安型变频调速装置,正压通风型、冷却水循环型、热管散热型 防爆变频各部分组成 防爆箱、指示、操作 防爆变频功能介绍 根据矿用供电系统的特点研发：中心点不接地 三电平控制特点隔爆型三绕组变压器，其输入输出的中性点经高阻接地 防爆变频应用及故障分析处理 维护要点：防爆
16、环境下的处理,外壳防护,IP等级,防爆,基本概念：物理性爆炸、化学性爆炸 化学性爆炸条件：即存在可燃性物质、与空气混合并在爆炸极限内和有足够点燃可燃性物质的火花、电弧或高温。 爆炸极限,常见气体和蒸气的爆炸极限,防爆,爆炸性气体分类,类为矿井气； 类为爆炸性气体和蒸气，按照类爆炸性气体可能引爆的最小火花能量又分为A、B和C级，对应的代表性气体如丙烷、乙烯和氢气。 类为爆炸性粉尘和纤维。对于化工企业，爆炸性物质主要是类和类。 爆炸性物质按引燃温度分为T1、T2、T3、T4、T5和T6共6组，每组对应一个引燃爆炸性物质的温度范围。引燃温度越高，表示越难引燃。,爆炸性气体组别,爆炸性气体温度组别,谢谢！,问题？,
