變頻器培訓課件

1、,變頻調速技術,北京天華博實電氣技術有限公司劉宏偉 聯系電話：132693094782010/06,內容,電力拖動的基本概念變頻調速系統的組成、特點6SE70變頻器的使用變頻調速系統常見的故障與維護變頻器現場應用實例,第一部分 電力拖動的基本概念,異步電機的結構和原理異步電機的調速變頻調速的優(yōu)點,異步電動機的結構和原理,異步電動機的結構,異步電動機的結構定子轉子風扇機殼接線盒軸伸,定子鐵心與繞組,定子鐵

2、心均布的槽中嵌有三相對稱繞組。,鐵心,繞組,轉子鐵心和繞組,鑄鋁轉子,繞線轉子,旋轉磁場的產生,在定子三相對稱的定子繞組中通入對稱三相電流即在氣隙中產生旋轉磁場：,同步轉速,定子旋轉磁場的轉速記為n1，又稱為同步速:式中：n1的單位為每分鐘的轉數（rpm）f為電源的頻率p為繞組磁場的極數例如，對工頻50Hz電源，2極，4極，6極，8極電機的同步轉速分別為： 3000rpm,1500rpm,1000rpm,

3、750rpm,等等,轉子是怎樣轉起來的？,轉子導體橫切氣隙旋轉磁場產生感應電勢（右手定則）感應電勢在閉合的轉子繞組中產生感應電流轉子導體中的電流與氣隙旋轉磁場作用產生電磁力（左手定則）電磁轉矩驅動轉子轉動，與氣隙旋轉磁場的方向相同,轉子電流也產生旋轉磁場該磁場的轉速與所產生的旋轉磁場轉速一樣，都是同步速在穩(wěn)態(tài)情況下，轉子所產生的磁場與定子是相對靜止的實際上，氣隙磁場是定子與轉子繞組產生的電流之和。,異步電動機的轉速,異步電動

4、機的轉速可表示為：式中S稱為滑差率；當電機剛剛開始起動時，n=0，s=1；若電機處于理想空載，n=n1, s=0，轉子與定子旋轉磁場同步，故n1稱為同步轉速；額定負載情況下，s為2—5%，所以異步電機的額定轉速nN總是接近同步速，如2890rpm,1450rpm,975rpm,741rpm等等?；盥实拇笮》从沉穗姍C的不同運行狀態(tài)。,復習轉速的公式,電機和負載的轉速與頻率，電機的極數和滑差率有關。,變頻調速,轉速與頻率

5、成正比能夠連續(xù)調速操作方便，噪聲低調速范圍寬，調速精度高效率高，功率因數高（采取措施）可以控制起動，運行，停止（鎖定輸出，線性制動或軟停止）可靠性高，易于維護起動電流和運行電流小，過載能力大,什么是變頻器定義：把工頻交流電（或直流電）變換為電壓和頻率可變的交流電的電氣設備稱為變頻器。變頻器的主要用途是用于交流電動機的調速控制。變頻器應用：通過對電動機的調速控制，達到節(jié)能、提高工作效率、實現自動控制等目的。在鋼鐵、石油、

6、石化、化纖、紡織、機械、電力、電子、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、注塑、卷煙、吊車、城市供水、中央空調及污水處理等行業(yè)得到普遍應用?，F在我國能用變頻器的地方都在采用變頻器。,第二部分 變頻調速系統的組成、特點,變頻器與電動機的關系,變頻器從輸入端看：輸入的是工頻三相交流電，從輸出端看：輸出的是頻率和電壓可調的交流電?？刂齐妱訖C工作變頻器是電動機和電源之間的一個中間控制環(huán)節(jié)，變頻器和電動機要匹配，變頻器的輸出特性和功能參數必須與

7、電動機的工作特性相吻合。電動機要求：電動機要調速；在起動、制動時電流大；頻率改變時電壓也必須隨之改變，閉環(huán)控制要求：速度精度高、快速性好，控制方便。,電動機的起動、制動及調速,電動機起動 ★ 起動要求： 有不太大的起動電流；足夠大的起動轉矩； 動態(tài)轉矩△T要小 但實際情況恰恰相反 ，起動電流大，動態(tài)轉矩△T也大。 ★ 起動方法： 直接起動：起動電流大，約為IN的4~7,適用于小容量電動

8、機。降壓起動： 自耦變壓器降壓起動； 串電阻或電抗器降壓起動； Y-△降壓起動； 低頻起動：降低電動機的起動頻率（變頻器）。,,電動機的起動、制動及調速,★ 低頻起動的優(yōu)點：轉速差△n被限制在一定的范圍，起動電流也被限制在一定范圍內，動態(tài)轉矩△T很小，起動過程平穩(wěn)。 變頻器的加減速時間由此而設。電動機的制動

9、 電動機的制動狀態(tài)是指電磁轉矩T與轉子轉速n方向相反的狀態(tài)。 制動方式： 直流制動：又稱能耗制動，制動目的是使電動機停止轉 動，可用于變頻調速系統； 回饋制動：又稱再生制動，制動目的是使電動機在制動過程中將能量 回饋到電網。 可用于變頻調速系統； 反接制動：可使電動機快速停

10、車，通常不用于變頻調速系統；,變頻器主電路,,,515V,輸入380V,整流電路,起動保護,,,濾波電路,,制動單元,,制動電阻,,逆變IGBT,,續(xù)流二極管,,變頻器系統構成,輸入控制端子和輸出控制端子,模擬量輸入端子：模擬電壓控制端子：0—10V，0—5V，模擬電流控制端子：0—20mA,4—20mA主要功能：給定變頻器輸出頻率，PID控制目標信號給定；輔助功能：疊加到主給定信號的附加信號，PID反饋信號。開關量輸入控制端子

11、：接受外部輸入的各種開關信號?；据斎攵俗樱赫D（FWD），反轉（REV）,點動（JOG）,復位（RST）等可編程多功能端子：端子功能通過預置來決定，如多段速控制、多段速升降速時間控制、可編程序控制等。輸出控制端子報警輸出：當變頻器因故障而跳閘時，報警輸出端動作，發(fā)出報警信號。測量信號輸出：向外接儀表輸出運行模擬或數字信號。狀態(tài)信號輸出：輸出變頻器各種運行狀態(tài)信號。如“頻率到達”“頻率檢測”、“運行中”等。,U/?控制模

12、式變頻器,★ 控制特點：通過壓頻變換器使變頻器的輸出電壓與輸出頻率成比例的改變，即U/?=常數★ 性能特點：性價比高，輸出轉矩恒定即恒磁通控制，但速度控制的精度不高。適用于以節(jié)能為目的和對速度精度要求較低的場合?！锏皖l穩(wěn)定性較差：在低速運行時，會造成轉矩不足，需要進行轉矩補償。該變頻器為開環(huán)控制，安裝調試方便。,矢量控制變頻器,矢量控制是交流電動機用模擬直流電動機的控制方法來控制。直流電動機的特點勵磁繞組和電樞繞組分開，互不影

13、響，改變任意一個電流都可以調速，并且兩個磁場正交，調速非常方便。交流電動機特點電動機的定子和轉子都取自定子電流，兩個電流既不獨立磁場更不正交，調速難以控制。轉速和定子電流并不成正比，簡單改變定子電流的大小并不能得到良好的調速性能。,,思路：設法將交流電動機的定子電流分解為定子勵磁電流和轉子電樞電流，用控制直流電動機的方法控制交流電動機。變頻器控制方式：分無傳感器（開環(huán)）和有傳感器（閉環(huán)）兩種控制方式。,矢量變頻器的特點,★ 控制特

14、點：既能控制電流的幅值，同時控制電流的相位，還可通過軟件來設定這種控制方式?！?性能特點：可從零轉速進行控制，調速范圍寬；可對轉矩進行精確控制；系統響應速度快，速度控制精度高。,變頻器組成部分照片展示及介紹,見照片,第三部分 6SE70變頻器的使用,一 概述,MASTERDRIVES 產品系列中提供了下列各種控制方式：? 矢量控制(VC)帶編碼器的矢量控制應用于需要高度精確轉矩和動態(tài)響應，無編碼器的矢量控制在水泵、風機的簡單

15、應用和V/f 控制。? Motion 控制(MC)矢量控制用于伺服系統，用于可選的高級工藝功能。,系統說明矢量控制功能是與傳動系統要求相適應。矢量電流控制能快速地將電流以最短的采樣時間接入到電機繞組中。轉矩的相對高的動態(tài)上升率是高水平的閉環(huán)控制回路一個很好的基礎?？梢赃x擇電流控制型式和V/f 控制型式。V/f 控制型式可用于同步電機和異步電機的運行。電流控制型式用于帶有或不帶用于異步電機的速度檢測的各種不同編碼器。如果用于特殊場

16、合，用于外部勵磁的同步電動機則可以工作在帶編碼器的速度控制型式(電流控制型式)。矢量控制功能可用于電源電壓范圍為380V–15%到480V+10%的變頻器和逆變器的模塊上。如果需要，可以用軟件或硬件選件的擴大的工藝功能和通訊功能加以擴展。使裝置能夠適應于各種不同的服務條件。所有閉環(huán)控制功能采用隨心所欲地搭接的自由功能模塊來實現，軟件便能靈活地適應各種應用場合。存儲在裝置軟件中的菜單結構可簡化啟動和觀察同各種操作面板相連接的傳動系統

17、。PC 輔助工具能保證有效的參數設定和數據安全。,性能特點,具有矢量控制功能的裝置具有下列性能特點：? 可以作為一個變頻器模塊或一個逆變器模塊? 功率范圍從0.55kW~2300kW? 有用于多軸傳動系統的各種配置? 集成的直流母線模塊和熔斷器? 集成的“安全停車”功能(裝置專有)? 控制功能：? V/f 特性曲線? 紡織工業(yè)應用的U/f 特性曲線? 帶編碼器的速度控制? 帶編碼器的轉矩控制? 無編碼器的速度控制

18、? 集成的USS 接口，用于配置簡單總線系統? 各種現場總線接口：? PROFIBUS? CAN 總線? 通過SIMOLINK 可以帶到200 個節(jié)點的傳動系統網絡? 啟動和診斷功能? 綜合的變頻器功能：? 菜單的即時行動? 通過集成的簡單的操作面板，舒適型操作面板或PC 的分級操作控制和觀察? 統一的PC 的可編程軟件(SIMOVIS),二、連接,三 啟動和參數設置,參數復位到工廠設置,系統設置,參數識別,第四部

19、分 變頻調速系統常見的故障與維護,變頻器使用理念 勤養(yǎng)少修，延長使用壽命變頻器使用過程中的幾個主要方面 1. 過熱及散熱 過熱：變頻器容量選擇留出余量，制動電阻選擇留出余量； 散熱：運行過程中積聚的灰塵、油膩及冷卻風機故障；2. 振動振動會使變頻器的接插件和接線端子產生松動，引起接觸不良，造成各種運行故障。 ★電源線掉落：主回路直流電壓偏低，出現低壓報警停機； ★電源線掉落后與另一相短路：電源短路

20、； ★輸出線掉落：輸出缺相，電動機運行不平穩(wěn)，報警停機； ★輸出短路：損壞變頻器逆變模塊電路。,3. 元器件老化★電容老化：容量下降到85%以下時，會影響變頻器正常工作，認為壽命終止；★開關電源濾波電容老化：控制電路及驅動電路無法正常工作；★主電路電容老化：充放電量不足，帶載不能正常運行。4. 線路老化電路絕緣老化：易引起短路。屏蔽層老化：易串入干擾。5.氣體腐蝕6. 運行過程中的過電壓及過電流雷擊、電網不正常波動

21、。,定期檢修1. 時間間隔：1年一次；2. 檢修方式：停機檢修、運行檢修；3. 停機檢修：停機檢修參考數據,① 將接線端子全部斷開；② 清洗● 用吸塵器或吹風機去塵；● 拆卸較大部件擦拭、擦洗；● 尤其是冷卻風機。③ 主回路檢修● 濾波電容容量監(jiān)測，外觀檢查，壽命大約為5年，接近壽命時半年一次。● 制動電阻阻值測量及外觀檢查；● 繼電器觸點、外觀及導線檢查，動作是否失靈；● 整流模塊內部元件檢查：檢查二極管正、

22、反向電阻，正向電阻在幾十歐姆，反向電阻為∝；● 逆變模塊內部元件檢查：二極管的測量：開關元件測量：刪源之間有無擊穿；器件的一致性情況,注意：測定時，濾波電容一定要放電。● 主回路絕緣測定：用絕緣電阻表，絕緣值大于5MΩ；④ 保護電路的檢修主要是取樣電路元件和接線的檢查?！?電壓互感器：接線● 電流互感器：接線● 電壓分壓電阻：阻值、外觀● 壓敏電阻：外觀● 熱敏電阻：外觀⑤ 冷卻風機檢修● 運行時間 ：一般2~

23、3年，時間長會使風力減弱；● 運行狀況：軸及扇葉有無異常；● 接線加固；⑥ 控制、驅動電源電路檢查● 目測元件、線路板有無異常：銹蝕、發(fā)霉等要清除，必要時明線搭橋；● 電解電容老化：一般使用1年左右更換1次；● 檢查插件有無松動及短線。⑦ 接線點的加固及接觸處理。,4. 通電運行檢查經過定期維護的變頻器控制系統，必須進行通電試運行檢查。① 接好線路；② 變頻器接通電源③ 測量輸入電壓是否正常(交流側、直流側)④

24、測量輸出電壓應不超過40V(變頻器還未運行)⑤ 給運行指令●測量輸出電壓時不能用普通萬用表，● 速度上升時過電流：延長上升時間；● 停機時過電壓：制動電阻問題，經常過電壓的考慮逆變模塊故障或載波頻率；● 壓頻比不合適：U/f曲線選擇。,變頻器維護注意事項,① 變頻器內部有大電解電容,切斷電源后,電容器上仍有殘存電壓,因此應在斷開電源約10分鐘后,“充電”指示燈徹底熄滅或確認正、負母線電壓在36V以下時才能進行維護操作。② 必

25、須是專業(yè)人員才能更換零件,嚴禁將線頭或金屬物遺留在變頻器內部,否則會導致設備損壞。③ 維修前最好記錄保留變頻器內部的關鍵參數。④ 更換主控板后,必須在上電運行前進行參數的修改,否則可能會導致相關設備的損壞。,⑤ 在通電狀態(tài)下不得進行接線或拔插連接插頭等操作。⑥ 不得將變頻器的輸出端子(U、V、W)接在交流電網電源上。⑦ 變頻器出廠前已經通過耐壓實驗,用戶不必再進行耐壓測試,否則會損壞器件。,變頻器常見故障及處理,變頻器的保護性故

26、障，可通過變頻器的面板故障提示加以解決；若是硬件問題，則需由專業(yè)人員進行修理。參數設置類故障 1.確認電動機參數：功率、電流、電壓、轉速、最大頻率等； 2. 確認變頻器的控制方式并進行靜、動態(tài)辨識：轉矩控制、PID控制或其他； 3. 設定變頻器的起動方式：鍵盤控制、外端子控制或通信方式； 4. 給定頻率控制方式：面板、外端子、外部電壓或電流、通信方式；參數設置類故障處理：根據說明書修改，或恢復出廠設定重

27、新設置。,過流故障,加速、減速、恒速過電流原因：加減速時間太短、負載發(fā)生突變、負荷分配不均、輸出短路等。處理方法：延長加減速時間，減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設計、對線路進行檢查； 若斷開負載，變頻器還過流，說明逆變電路損壞，檢查逆變模塊。,過壓故障,直流側過電壓：正常值Ud=1.35U線=513V; 過電壓后可上升至760V左右。 原因： 1.輸入交流電源過壓：斷電檢查元件有無損壞； 2.發(fā)

28、電類過電壓：概率較高 ● 一般是由于負載慣性大，減速時間短。使電動機處于發(fā)電狀態(tài),而變頻器又沒有安裝制動單元。 ●多個電動機拖動同一個負載時,也可能出現這一故障,主要由于沒有負荷分配引起的。以兩臺電動機拖動一個負載為例,當一臺電動機的實際轉速大于另一臺電動機的同步轉速時,則轉速高的電動機處于電動狀態(tài),轉速低的電動機處于發(fā)電狀態(tài),這就會引起過電壓故障,欠電壓故障,變頻器電源輸入部分的問題,過載故障,包括變頻器過載和電動機過載

29、原因：加速時間太短、直流制動量大、電網電壓太低、負載過重。 處理方法：延長加速時間、延長制動時間、檢查電網電壓，負載問題可能因變頻器與電動機不匹配或負載機械潤滑問題引起。,變頻器過熱故障,1. 環(huán)境溫度過高：增設冷卻電動機加大空氣流量； 2. 負載大，變頻器容量?。杭哟笞冾l器容量。,西門子6SE70變頻器故障,第五部分 變頻器現場應用實例,詳情見照片及錄像展示,變頻器主從控制在回轉窯控制系統的應用,主從控制原理 主從應用中主

30、傳動是典型的速度控制，而從傳動是速度或者轉矩控制，一般情況下可分為：當主傳動和從傳動的電機軸通過齒輪或鏈條相互固定地連接時，從傳動與主傳動之間不能有速度差，從傳動使用轉矩控制，其工作時只負責輸出一定比例的轉矩以減少主傳動的負荷，整個傳動的速度控制由主傳動來完成。當主傳動和從傳動的電機軸通過傳輸帶等設備柔性地連接時，從傳動與主傳動之間允許有細微的速度差，從傳動使用速度控制。在一些特殊應用中從傳動既需要速度控制，也需要轉矩控制，原因是

31、兩個電機軸工作時有的時候是硬性連接，有的時候是柔性連接，一般有主從控制性能的變頻器都有自由切換這兩種控制方式的功能。,主從控制實現方法,主從控制的關鍵技術問題是如何把主傳動的速度信號或轉矩信號（K153或K165A或K168）高速和精確地傳送到從傳動變頻器，實現方法因產品規(guī)格型號不同會有所差別，并且在各種應用場合中由于傳動控制精度的要求不同也可以通過不同的方法來實現，西門子的SIMOVERT MASTERDRIVERS系列6S

32、E70型變頻器為例說明主從控制的幾種實現方法及其控制特點,第一種方法,通過模擬量輸入輸出口（AI/AO）連接實現主從控制 6SE70變頻器的CUVC控制板上集成有可編程的兩個回路的AI(模擬量輸入口)和兩個回路的AO(模擬量輸出口)，在主從應用中主傳動的速度或轉矩信號可以通過AO口轉換成標準的4~20mA信號輸出,而從傳動則是通過AI口接收主傳動發(fā)來的速度或轉矩給定值，這樣就可以實現經濟實用的主從控制應用。在主傳動中可以應用6

33、SE70書本型變頻器中的自由模塊對D/A轉換后的速度或轉矩值進行運算之后再把結果當作從傳動的給定值連接到P0640.1中，在從傳動中若其是作為速度控制則把模擬輸入口的A/D轉換值K0011連接到速度給定連接量P0443.1中，若其是作為轉矩控制則把K0011連接到轉矩給定連接量P0486.1中，或者也可以應用自由模塊先對K0011進行處理后再連接到相應的連接口，至于變頻器的運行命令或連鎖控制則可以通過變頻器的數字量輸入/輸出接口來實現，

34、從而完成簡單實用的主從控制。,第一種方法的特點,控制特點：簡單實用，不需要投入其他的硬件設備就可以實現兩個變頻器間的主從控制，模擬量的輸出口分辨率為10bit+sign, 輸入口分辨率為11bit+sign，響應時間為5mS左右，若是增加軟件濾波時間則響應時間也會跟著增加，此方法對于速度較低、控制精度要求不是很高的主從控制來說相當方便實用，其主要的缺點是模擬信號較容易受電磁干擾，并且A/D和D/A轉換器也會有零點漂移，在實際應

35、用中要特別注意。,第二種方法,通過ProfiBUS通訊模塊連接實現主從控制 6SE70書本型變頻器的CUVC控制板上兩個有用于擴展的插口，ProfiBUS通訊模塊CBP可以直接插在上面使用，變頻器通過CBP模塊可以作為從站和PLC等主站進行數據交換，通過PLC完成兩臺變頻器的主從控制。其接線原理圖如下圖所示：,第二種方法的特點,在該應用中主從傳動的速度或轉矩分配是由PLC來完成，PLC根據兩個傳動的控制特點把計算好的速度或轉矩

36、值周期性地發(fā)送給變頻器，變頻器根據接收到的控制命令和給定值進行高精度的速度或轉矩控制。 控制特點：ProfiBUS(Process Field Bus)是一個功能強大、開放、耐用的現場總線系統，數據的傳送速率可達到12Mbit/S,6SE70變頻器通過通訊方式可以進行32位的數據處理，通過PLC的控制兩臺變頻器可以實現高精度的主從控制，為了提高控制精度和響應速度可以選用西門子的S7-300系列的PLC來控制，S7-

37、300 PLC可以通過ProfiBUS通訊方式中的同步功能使兩臺變頻器的運行命令和速度或轉矩給定值實現同一時間接收，從而實現高精度和響應快的主從控制。該種控制方式要求為每臺變頻器配置一塊ProfiBUS通訊模塊，并且需要對PLC等上位機進行軟件編程才能實現控制，所以特別適合在已經配置有ProfiBUS通訊網絡的中大型傳動中使用。,第三種方法,通過SIMOLINK通訊模塊連接實現主從控制 SIMOLINK通訊接口可實現

38、兩個（或多個）傳動設備之間的數據快速交換，其通訊板SLB板可以直接插在6SE70變頻器的CUVC控制板的擴展槽上，然后通過光纖線來連接成閉合環(huán)形回路。在主從應用中可以把主傳動的SLB板設置成主站，其余的設置成從站，主從傳動的速度或轉矩分配是由主站的變頻器來完成；或者用一個帶有SIMOLINK通訊接口的PLC等上位機作為主站，而變頻器的SLB板設成從站，主從傳動的速度或轉矩分配則由PLC來完成，以前者為例描繪其接線原理圖如下圖所示：,第三

39、種方法特點,SIMOLINK(Siemens Motion Link)是以光纖電纜位傳輸介質的通訊方式，其特點是響應速度快捷，抗干擾能力強，在每一個周期內依靠其精確的時間間隔和無偏差的同步功能使所連接的變頻器在極快的數據傳輸中保持高性能的適時性和同步性，SIMOLINK有11Mbit/S的數據傳輸速率，可以傳輸32位的數據，總線循環(huán)周期為0.2～6.5Ms。在主從控制中通過SIMOLINK通訊方式可以使得兩臺電機的控

40、制精度和響應速度方面都達到很高的性能,采用第三種方法的系統配置及主從控制的實現,主要配置為：西門子變頻器，附件為SLB（SIMOLINK）板，光纖等。本系統是采用的SIMOLINK通訊模塊連接實現主從控制 SIMOLINK通訊接口可實現兩個（或多個）傳動設備之間的數據快速交換，實現主從控制，使兩臺電機同步。兩臺電動機的同步運行通過應用西門子變頻器的主/從控制程序而實現，主機采用速度控制（speed control)，從機采用

41、轉矩控制(torque control)，從機的控制和運轉命令由主機通過光導纖維向從機發(fā)送，數據傳送速度為2M bit/秒，從而保證了從機準確、迅速的跟蹤主機運行狀態(tài)。,系統工作原理,當變頻器準備就緒，由機旁操作箱發(fā)出可以啟動變頻器信號，PLC將可以啟動變頻器的狀態(tài)送至計算機操作站，控制系統備妥。當啟動命令發(fā)出后，PLC將啟動命令和電動機轉速給定發(fā)送給主機變頻器，主機變頻器按給定的轉速運轉，同時主機變頻器將根據負載情況向從機變頻器發(fā)出運

42、轉命令和轉矩給定，主從電動機開始拖動大窯運轉，當主機接到停車命令時，主機停車，同時將送給從機的轉矩給定置零，從機同時跟隨主機停車，從而保證了主從電機的同步運轉。運行中無論主機還是從機出現故障時，該信息都送至PLC，PLC接到故障信息后，立即封鎖PLC的輸出，使變頻器停車。,系統實現和參數設置,系統首先需要SIMOLINK板,用于將傳動裝置鏈接到SIMOLINK上。每塊板為SIMOLINK上的一個站。選件板提供3個LED顯示做為當前操作信