变频器与软启动器课件

变频器和软启动器 变频器内容提要 一、变频器的发展及其应用特点 二、变频器的原理 三、变频器的故障处理 四、变频器的维护 一、变频器的发展及其应用特点 随着公司自动化技术的发展，变频器日益成为 重要的驱动和控制设备。变频器技术是一门综 合性的技术，它是建立在电力电子技术、自动 控制技术、计算机技术的基础之上逐渐发展起 来的。 （1）由于直流电机受换向等因素等制约，无 法进行高速运转。但对于异步电机来说不存在 上述制约因素。可以在相当高的转速下运行。 高速电力拖动是变频器调速控制的特点之一。 （2）变频器调速控制易实现电机的正反转切换 ，只需改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可 实现输出换相，不存在因换相不当而烧毁电机的 问题。还可以方便的进行启、停运转。具有直流 制动功能，适用各种环境。 图一 变频器制动单元外观图 （3）由于变频器本身对外来说，可以看作 是可进行调频调压的交流电源，可以用一台 同时供电给多台电机，节约设备投资。 （4）电源功率因素不受电机功率因素的 影 响，启动电流小，所以起到减压启动器的作 用。 （5）节能效果明显，节电率可达到20%- 60%。 （6）由于高性能的变频器的外部接口功能 丰富，可以作为自动控制系统中的一个部件 使用，构成所需的自动控制系统。 二、变频器的原理 n=60f1/p(1-s) 由此，异步电动机的转速调节1、改变电动 机的磁极p对数调速；2、改变转差率调速 ：1）调压调速（定子电压）；2）调阻调 速（电阻）适用于绕线式电机；3）串级 调速；4）电磁离合器调速；3、改变电源 频率调速 调速的方法：根据异步电动机的转速表达式： 变频器的原理： 变频器的任务是把电压和频率恒定的电网电压变成 电压和频率可调的变频电源。变频器的基本结构： 整流电路 逆变电路 D 直流中间电路 控制回路 变频器的组成 1）、整流电路 一般三相变频器的整流电路由三相全波整流桥 组成。主要作用是对电网工频电源进行整流， 把交流电整流成直流电，并给逆变电路和控制 电路提供所要的直流电源。 2）、直流中间电路 直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行 滤波，以保证逆变电路和控制电源能够得到质 量较高的直流电源。当直流中间电路是用大容 量的电解电容滤波时，为电压型。当直流中间 电路是电感很大的电抗器滤波时，为电流型。 变频器的组成 3）、逆变电路 它是变频器主要的部分。 Ud S1 S3 S5 U V W S2 S4 S6 利用六个电力电子开关器件组成的三相桥式逆变电 路。 变频器的组成 作用是在控制电路的控制下有规律地实现 逆变器中主开关器件的通与断，将整流电 路输出的直流电频率和电压都任意可调的 交流电，逆变电路的输出就是变频器的输 出。其输出电压一般为220650v、输出功 率为0.2400kw、工作频率为0800Hz左 右。 4）、控制回路 是核心部分：高性能的变频器目前已 采用 微机进行数字控制，采用尽可能简单硬件 电路。 作用是将检测电路得到的各种信号送至运 算电路，运算电路能够根据要求为其主电 路提供必要的门极驱动信号，完成对逆变 器的开关控制，对整流器的电压控制，同 时控制回路通过A/D、D/A转换等外部接口 电路接受/发送外部信号和给出内部工作状 态，使其能够跟外部设备配合，进行各种 高性能的控制，并完成各种保护功能。 5）、变频器种类：富士、ABB、施耐德、 康沃、森兰、东芝、丹佛斯、欧瑞、通用 等。 图二富士外观图 三、参数设置 主要是数据保护、频率设定、加速减速时 间、电机参数、频率偏置、频率限制、启 动频率、转矩提升等等 图三 富士变频器的外观图 图四 ABB外观图 图五 规格铭牌 图六施耐德变频器图 施耐德接线端子排 四、变频器常见故障及处理方法 1、参数设置类故障 常用变频器在使用中，是否能满足传动系 统的要求，变频器的参数设置非常重要， 如果参数设置不正确，会导致变频器不能 正常工作。 1）、参数设置 常用变频器，一般出厂时，厂家对每一 个参数都有一个默认值，这些参数叫工厂 值。 在这些参数值的情况下，用户能以面板操 作方式正常运行的，但以面板操作存在诸 多不便。所以，我们在正确使用变频器之 前，要对变频器参数时从以下几个方面进 行： （1）确认电机参数，变频器在参数中设定 电机的功率、电流、电压、转速、最大频 率，这些参数我们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、 转距控制、PID控制或其他方式。采取控制 方式后，一般要根据控制精度，需要进行 静态或动态辨识。 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，我们可以根据实 际情况选择启动方式，如远程微机控制。 （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，我们一般选择面板给定或电流给定。 正确设置以上参数之后，变频器基本上能 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进行调试。 2、参数设置类故障的处理 一旦发生了参数设置类故障后，变 频器都不能正常运行，这时可根据说明书 进行修改参数。如果以上不行，最好是能 够把所有参数恢复出厂值，然后按上述步 骤重新设置，对于每一个公司的变频器其 参数恢复方式也不相同。如股份有机5离 心机变频器发生故障，就是采用恢复出厂 值，然后再重新设置，变频器正常工作。 二、过压类故障 变频器的过电压集中表现在直流母线 的支流电压上。正常情况下，变频器直流 电为三相全波整流后的平均值。若以380V 线电压计算，则平均直流电压Ud= 1.35 U线 513V。在过电压发生时，直流母线的储 能电容将被充电，当电压上至760V左右时 ，变频器过电压保护动作。因此，对变频 器来说，都有一个正常的工作电压范围 320v-480v，当电压超过这个范围时很可能 损坏变频器，常见的过电压有两类。 1、输入交流电源过压 这种情况是指输入电压超过正常范围 320v480v，一般发生在节假日负载较轻 ，电压升高或降低而线路出现故障，此时 最好断开电源，检查、处理。这种情况一 般不存在。 2、发电类过电压 这种情况出现的概率较高，主要是电 机的同步转速比实际转速还高，使电动机 处于发电状态，而变频器又没有安装制动 单元，有可能引起这一故障。 当工艺波动时，其减速时间设的比较小， 在减速过程中，变频器输出的速度比较快 ，而负载靠本身阻力减速比较慢，使负载 拖动电动机的转速比变频器输出的频率所 对应的转速还要高，电动机处于发电状态 ，而变频器没有能量回馈单元，因而变频 器支流直流回路电压升高，超出保护值， 出现故障，如股份氨泵、甲泵OU报警，就 是由于工艺波动。处理这种故障可以增加 再生制动单元，或者修改变频器参数， 把变频器减速时间设的长一些。增加再生 制动单元功能包括能量消耗型，并联直流 母线吸收型、能量回馈型。能量消耗型在 变频器直流回路中并联一个制动电阻，通 过检测直流母线电压来控制功率管的通断 。并联直流母线吸收型使用在多电机传动 系统，这种系统往往有一台或几台电机经 常工作于发电状态，产生再生能量，这些 能量通过并联母线被处于电动状态的电机 吸收。能量回馈型的变频器网侧变流器是 可逆的，当有再生能量产生时可逆变流器 就将再生能量回馈给电网。 三、过流故障 过流故障可分为加速、减速、恒速过电 流。其可能是由于变频器的加减速时间太 短、负载发生突变、负荷分配不均，输出 短路等原因引起的。这时一般可通过延长 加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗 制动元件、进行负荷分配设计、对线路进 行检查。如果断开负载变频器还是过流故 障，说明变频器逆变电路已环，需要更换 变频器。 四、过载故障 过载故障包括变频过载和电机器过载。 其可能是加速时间太短，直流制动量过大 、电网电压太低、负载过重等原因引起的 。一般可通过延长加速时间、延长制动时 间、检查电网电压等。负载过重，所选的 电机和变频器不能拖动该负载，也可能是 由于机械润滑不好引起。如前者则必须更 换大功率的电机和变频器； 如后者则要对生产机械进行检修。OC报警 也是常见故障之一。如股份氨泵、甲泵就 出现过由于工艺波动、泵体组合阀漏等而 引起过电流报警。 五、其他故障 1、欠压 说明变频器电源输入部分有问题，如瞬 时低电压，需检查后才可以运行。 2、温度过高 如电动机有温度检测装置，检查电动机 的散热情况；变频器温度过高，检查变频 器的通风情况。如变频器要定时清灰、风 扇是否完好等。 三、变频器常见故障及处理方法 序 号 故障现象故障原因处理方法 1加入启动信号，调节频率设 定元件，电机不转 频率设定元件损坏 机械卡住、电动机 的起动转矩不够、 变频器的电路故障 更换损坏件、检测故障点并处 理、提高起动转矩、解体检修 2启动时，升速就跳闸，过电 流（OC）保护动作 负载侧短路工作机 械卡住逆变管损坏 启动转矩过小，拖 动系统转不起来 延长升速时间、检测故障点并 处理、更换损坏件、提高起动 转矩 3 运转过程中跳闸，过电流 （OC）保护动作 升速时间设定太短 降速时间设定太短 转矩补偿(vf比) 设定较大，引起低 频时空载电流过大 。电子热继电器整 定不当，动作 电流 设定得太小，引起 误动作。 升速时间设定增大、延长降速 时间、减小转矩补偿(vf比) 设定值、重新整定 序 号 故障现象 故障原因 处理方法 4 运行中跳闸（OU ） 电源电压过高，电机侧有短路，变 频器本身有问题 电源电压降至正常 、消除故障点、更 换变频器 5 运行中跳闸（EF ） 输入电路短路消除故障点 6 运行中跳闸（ OH1） 风扇故障，环境温度高，散热片堵 塞 更换风扇、降温、 疏通 五、变频器的工作环境及日常维护 1、变频器的工作环境 变频器是以电力电子器件为核心的电力电 子设备，在安装时必须考虑周围的环境条 件，一般应考虑的主要因素有： 1）环境温度 变频器工作的可靠性很大程度上取决于温 度，一般说来所允许的环境温度为-1040 ，如，变频器散热条件好，其上限温度可 提高到50，配电柜内的温度小于50时， 对于全封闭的变频器，周围温度要小于40 。周围温度超过允许的环境温 度10，变频器寿命减半。在环境温度较高 时，使用变频器时，为使变频器的正常工 作，要安装冷却装置和避免日光直晒，并 进行定期保养维修，使空气过滤器无尘埃 ，保证冷却风扇正常工作。 2）、环境湿度 当空气中湿度较大时，引起金属腐蚀使绝 缘变差，一般要保证环境相对湿度必须在 0%-95%范围内，且无结露。 3）、其他条件 变频器的安装环境还应满足防振动，避免 在含有腐蚀性气、液体的环境中工作。 2、日常维护 1）检查条件及连接的松紧程度； 2）确保设备周围的温度保持在可接受的范 围之内且通风情况 良好；（风扇3-5年） 3）清除变频器上的灰尘。 软启动器 软启动器的原理 反并联晶闸管 电流互感器 软起动器旁路后电流方向 软起动器简单的讲就是电子式调压器； 实现的方式通过采用晶闸管功率开关元件，对晶闸管的导通角进 行控制，原理如图所示； 电流传感器使ATS48软起动完成复杂的功能； 软启动器的原理 采用三对反并联的晶闸管串接于交流电动 机的定子回路上。利用晶闸管的电子开关 作用，通过微处理器控制其触发角的变化 来改变晶闸管的开通程度，由此来改变电 动机输入电压大小，以达到控制电动机的 软启动目的。当启动完成后，软启动器输 出达到额定电压。对于STRA系列和STRG系 列软启动器，这时将自动控制三相旁路接 触器KM吸合，将电动机投入电网运行。 软起动器完整回路图 软启动器铭牌及型号 传统起动方式的对比分析 起动电流 起动转矩 起动电流 起动转矩 直接起动 起动电流：额定电流的4至8倍 起动转矩：额定转矩的0.5倍至1.5倍 特性 电机带有3个端子，低功率和中功率 带载起动 高电流峰值和电压降落 设备简单 机械突跳起动 无参数可调 直接起动 起动电流：额定电流的4至8倍 起动转矩：额定转矩的0.5倍至1.5倍 特性 电机带有3个端子，低功率和中功率 带载起动 高电流峰值和电压降落 设备简单 机械突跳起动 无参数可调 传统起动方式的对比分析 起动电流 起动转矩 起动电流 起动转矩 一次侧串电阻起动 起动电流：额定电流的4.5倍； 起动转矩：额定转矩的0.5至0.75倍； 特性： 电机带有3个端子，高功率 起动时阻抗转矩增加 高电流峰值 设备庞大笨重，需要维护 受起动时机械应力的限制 无参数调整 自耦变压器起动 起动电流：额定电流的1.7至4倍； 起动转矩：额定转矩的0.4至0.85倍； 特性： 电机带有3个端子，高功率 起动时阻抗转矩增加 连接到全电压时有高电压降和电 流峰值 设备复杂笨重，需要维护 受起动时机械应力的限制 无参数调整 电动机几种起动方式对比概述 技术指标传统起动方式软起动器起 动方式 直接起 动 自耦变压器起动定子串电阻起 动 星-三 角起动 起动电流Ist为直接起 动电流倍数 100%30% - 40%或60%58% - 70%33%根据要求最 大90% 起动电流Ist为直起动 转矩倍数 100%30% - 40%或64%33% - 49%33%根据设定最 大100% 起动级数14、3或23或22连续无级 接到电动机线数33363 线电流过载倍数5 IN(1.5-2.1)IN或 3.2IN (3-3.5)IN1.65 IN(1-5)IN 软起动的优点 与传统的电机起动方式比较，电子软起可提供 . 降低机械操作成本: 减少维护，提高机械使用寿命； 减少停工期； 减少废品，改善可用性； 减少配电系统的波动 (电压冲击, etc)