变频器培训mhj

变频器相关知识,孟海建,晶闸管简介： 晶闸管是硅晶体闸流管的简称，是一种可控硅整流原件，也称为可控硅。是一种大功率半导体器件。晶闸管可制成耐压20-5000V，控制电流0.23000A的高电压、大电流器件。 特性：正向导通，反向截止。导通条件：正向电压，脉冲信号。,高低压变频器原理及应用,变频器的基本结构与工作原理本公司的变频器应用变频器的故障分析,一、变频器的基本结构和工作原理,三相交流异步电动机的转速为式中：F1电动机的电源频率P电动机的绕组磁极对数S转差率 可见，在转差率变化不大的情况下，可以认为调节电动机定子电源频率时，电动机的转速N与之成正比变化，若均匀改变电动机的电源频率F1，则可以平滑的改变电动机的转速。,一、变频器的基本结构和工作原理,变频器的主要分类：a、交-直-交变频器先将频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率任意可调的交流三相电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节范围和改善变频后电动机的特性等方便优势明显，目前广泛采用。b、交-交变频器把频率固定的交流电直接转换成频率任意可调的交流电。,一、变频器的基本结构和工作原理,变频器的基本构成：,一、变频器的基本结构和工作原理,变频器的基本构成包括：（1）整流器（2）逆变器（3）中间直流环节（4）控制电路（5）保护电路,一、变频器的基本结构和工作原理,一、变频器的基本结构和工作原理,变频器主电路图,一、变频器的基本结构和工作原理,作用是将频率固定的三相交流电整流成直流电源。（1）三相整流桥：由整流二极管VD1-VD6构成三相桥式整流电路；（2）滤波电容CF：滤平整流后的电压波纹，使直流电压平稳；（3）限流电阻RL和开关S：在变频器接通电源的瞬间电容的充电电流过大，为了保护二极管不受大电流冲击而损坏，在电路中串入限流电阻RL，将CF的充电电流控制在一定范围内，当充电完到一定程度时，开关S将RL短接。,整流部分：,一、变频器的基本结构和工作原理,三相逆变桥：由V1V6六个逆变管组成，按照一定规律轮流导通和截止，将直流电逆变成频率可调的三相交流电源；续流二极管：由V7V12组成，作用是在换相过程中为电流提供通路；缓冲电路：限制过高的电流和电压，保护元器件不被损坏。,逆变部分：,一、变频器的基本结构和工作原理,电动机的减速是通过降低变频器的输出频率来实现的。在电动机减速过程中，当变频器的输出频率下降过快时，电动机将处于发电制动状态，拖动系统的动能将回馈到直流电路中，使直流电压上升，导致变频器本身的过电压保护动作，切断变频器的输出。为避免这一现象，必须将回馈的能量消耗掉，制动电阻和制动单元的作用就是消耗这部分能量。当直流中间电路的电压上升到一定值时，制动三极管导通，将回馈到直流电路的能量消耗在制动电阻上。,制动部分：,一、变频器的基本结构和工作原理,为变频器的主电路提供通断控制信号。主要任务是完成对逆变器开关元件的开关控制和提供多种保护功能。主要的控制方式有模拟控制和数字控制两种。,控制部分：,一、变频器的基本结构和工作原理,保护电路的主要作用是对检测电路得到的各种信号进行分析运算，以判定变频器本身或者系统是否出现故障异常。当检测出异常存在，进行必要的处理和动作。如使变频器停止工作或抑制电压、限制电流等措施保护设备完好。,保护电路：,二、本公司的变频器应用,概况 本公司目前拥有高压变频器品牌有湖北三环和株洲南车两种，低压变频器品牌主要有AB、ABB、施耐德、东芝、丹佛斯和富士等。,南车高压变频器整体结构,旁路柜,隔离移相变压器柜,功率单元柜,高压变频器的重要部件,一、刀闸、真空接触器二、隔离移相变压器三、功率单元四、传感器五、主控系统六、旁路系统,功能刀闸：手动高压开关，不允许带电分合闸；真空接触器：一种反复操作的装置，能切断负载电流，不能开断短路电流，带有辅助触点，不具备短路电流的保护作用，只能接受信号分开和保持。,一、刀闸、接触器,二、隔离移相变压器,将输入的高压（10KVAC）变为有一定相位差的低电压（目前一般为690VAC）供给功率单元。变压器次级绕组在绕制时相互之间有一定的相位差，这样既大大降低了输入谐波电流，也使得功率因数能在较高或满载负荷时能达到95以上。,三、功率单元,主要部件及功能驱动板：1、用通过光纤接收到主控提供的PWM信号驱动IGBT，实现各功率单元的多电平串联备压的变频输出2、将单元的故障信息上报主控快熔：过流保护器件，单元超过限定电流时熔断整流桥：将输入的交流电压整流成直流电压IGBT：双极绝缘栅型晶体管，将整流的直流电压逆变成可控的脉冲电压电解电容：储能和滤波,功率单元,单个功率单元模块原理图,单元采用3相全桥不可控整流，H桥逆变方式，与控制部分采用光纤通讯，单元3相输入采用熔断器保护,驱动板,IGBT,四、传感器,1：电压传感器功能：变频器输出电压的采样2：电流传感器功能：变频器输出电流的采样,五、主控系统,一：主控盒结构组成（图片）1：主控FPGA板2：采样板3：采样接口板4：光纤接口板5：主控底板,与触摸屏或PLC双向通讯，从触摸屏或PLC接受诸如目标频率/目标电压等信息；同时把故障信息/当前频率/电压等反馈给触摸屏或PLC。根据目标频率，产生符合频率/电压/相位的各单元的开关波形，并通过光纤发送到各单元驱动板。从单元驱动板接收故障信号并做出单元旁路等处理。与旁路控制板通讯，通知应被旁路的故障单元号。,功能,主控FPGA板功能：1、与触摸屏或PLC的串口通讯2、通过光纤接口板与驱动板进行光纤通讯3、通过采样板处理采样信号（10M高速光耦隔离），模拟量矢量算法（通过DSP计算三相电压、三相电流模值）4、IC供电电源电路（1.2V 1.8V 3.3V）DC5、提供基本的控制IGBT的PWM信号（FPGA）6、提供调试网口（ARM和网口芯片）7、与旁路接口板进行光纤通讯8、双向电平转换（74ALVC164245）,采样接口板： 将三相输出电压、电流模拟信号隔离转换与放大。,采样板： 对采样接口板隔离、放大过的信号进行A/D和D/A转换,光纤接口板： 光纤传输中光、电信号的相互转换与中间放大,直流旁路接口板：1：接受主控指令实现对直流旁路接触器的控制 2：将旁路接触器状态信息回馈到主控,下面以株洲南车高压变频器为例讲解,变频器的主要组成部门一、变压器 ： 一次侧10KV ， 二次侧720V给功率单元供电，400V变频器控制部分供电。二、功率单元：每个功率单元由移相变压器二次线圈供电，功率单元输出PWM波形，相间功率单元输出电压波形合成后相电压达到交流额定电压，移相变压器二次线圈相互间存在相位差，实现多重化串联整流供电来消除对电网的谐波干扰。三、控制部分 1. 主控板（MPU）2.DDX板 数字量输入输出3.DAX板 模拟量输入输出4.DAI板 模拟量输入5.HMI触摸屏 界面操作,柜门开关按钮包括“本/远控”及“急停” ，并且有“AB 相高压” 、 “控制电源” 、 “运行”及“蜂鸣报警”指示灯。本/远控本控：由变频器触摸屏对变频器进行控制；远控：由工业现场或集中控制室对变频器进行控制。急停任意时刻，按下该按钮，变频器停机并分断高压进线断路器。AB 相高压当变压器有高压时， “AB 相高压”指示灯亮；反之，则灭。控制电源当 AC 380V 控制电源有时， “控制电源”指示灯亮；反之，则灭。运行当变频器运行，有频率输出时， “运行”指示灯亮；反之，则灭。蜂鸣报警当变频器存在故障时， “蜂鸣报警”灯亮并蜂鸣；反之，则灭。,控制回路电源,旁路柜原理图,旁路柜控制,顶部风机低压电源自带低压电源至UPS电源DDX/DAI电源触摸屏电源主控板电源至DCS电源插座加热器底部风扇,运行与停机对比,开机步骤1） 上控制电： 闭合地面 380V 电源开关， 闭合柜内 QA61， QA62， QA51， 将 UPS 开机， 并闭合 QA52，QA53，QA54，QA55，QA56，QA57，QA41 及各散热风机开关 QA11，QA12 等；2） 根据运行需要（变频或工频） ，闭合旁路开关柜相应的刀闸；3） 如无任何蜂鸣报警，则可执行启动操作，如有蜂鸣报警，应根据触摸屏上显示的信息，查找故障原因，解决故障，直至无蜂鸣报警。注：变频启动先合QS1/QS2，再合KM1/KM2，保持KM3断开状态,本控运行1） 将柜门旋钮拨至“本控”位置；2） 再次确认变频器无蜂鸣报警后，闭合高压进线断路器，上高压电；3） 进入“操作键”界面，在“逆变启动”按钮解锁后，可点击该按钮，启动变频器；4） 进入“参数给定”界面，根据实际工况要求，设定目标频率值；5） 停机时，进入“操作键”界面点击“逆变停机”按钮或点击“急停”按钮，停止变频器。,变频器启动,远控运行1） 将柜门旋钮拨至“远控”位置；2）根据远控监视画面再次确认变频器无蜂鸣报警后，闭合高压进线断路器，上高压电；3）根据远控源的选择，在远控方收到“备投”信号后，可启动变频器；4）根据实际工况要求，远控设定目标频率值；5）停机时，可使用远控“停机”或“急停”按钮，停止变频器。,变频器为高压危险装置，任何操作人员必须严格遵守操作规程； 必须先给控制部分上电， 得到高压合闸允许后， 再上高压电； 闭合或分断各手动隔离刀闸前，应确保无高压电； 严禁无关人员操作触摸屏界面，以防产生误动作； 严禁在变频器运行时打开柜门；,主菜单项DDX可进入 DDX 界面，监视 DDX 各数字量输入与输出信号状态。DAX可进入 DAX 界面，监视 DAX 各模拟量输入与输出信号值。电源监控监视变频器实际输入电压、电流，输出电压、电流及频率值。单元状态可进入功率单元界面，监视所有功率单元的所有信息。运行 LOG可进入运行记录界面，查看变频器最近的运行记录，可记录 1000 条。故障 LOG可进入故障记录界面，查看变频器故障的相关信息，可记录 1000 条。预警状态可进行预警状态界面，查看变频器当前预警的相关信息。功能参数可进入功能参数设定界面，对变频器各参数进行设定。NP 设定可对触摸屏本身相关信息进行设定。,工变频,变频状态,工频状态,KM1合分、KM2合分、KM3合分、远程停止本地控制旋钮,变频器日常维护,底部风机启停温度、报警温度、跳闸温度都可人工在面板上进行设定。,OP标准值 风机启动温度 DF回差值 AH超温跳闸 95 AL超温报警 85,柜顶风机防尘滤网螺栓紧固功率单元,故障处理,系统发生下列类型的故障时，按照1级故障处理：如输出电流不平衡（报警）、输入电压过高、变压器超温故障、输入电流过高、功率单元重故障、模块旁路过多故障、输出持续过流等。1 级故障处理程序：上述任何一种故障发生时，变频器停机，封锁单元脉冲，变频器停止输出，系统报警并可实现自动切换到工频运行。故障发生后，系统做记忆处理。只有故障彻底排除，并且用“复位”按钮将系统复位后才能重新开机。,系统发生下列类型的故障时，按照报警类故障处理：如功率单元旁路运行、变压器轻度过热、变压器温控仪故障、单元柜风机故障、UPS 输入掉电、柜门打开故障、输出过流预警等。2 级故障处理程序：上述任何一种故障发生时，变频器并不立即停机，仍可继续运行，对其中某些可转为1级故障的来说，如果在设定的时间内故障没有自行消失， 则进入1级故障处理程序。 用户在此期间可以进行相关的检查，以排除故障，或者做相关的保护处理动作。,输入电压过高/输入电压过低变频器工作的电压范围为0.91.1 倍 （如果用户要求， 最大可为0.71.15倍） 额定电压。 如果超出此范围， 变频器就会发生1 级故障保护。,输入电流过高请检查输入整流变压器原、副边是否短路，接地螺栓是否紧固。检查功率单元两个三相进线熔断器是否完好，检查功率单元的其它故障（此处在触摸屏的状态界面里会有功率单元故障显示），以及输出是否过流或过载等。,直流电压过高请检查输入的高压电源正向波动是否超过允许值； 如果是减速时过压，请适当加大变频器的减速时间值。 变频器输入电压正向波动值最大为+10%（经约定，最大可达+15%），和用户有另外约定的情况除外。,直流电压过低请检查输入的高压电源负向波动是否超过允许值； 高压开关是否跳闸，整流变压器副边是否短路，接地螺栓是否紧固。检查功率单元三相进线是否松动，三相进线熔断器是否完好（此处在触摸屏状态界面里会有功率单元故障显示）。变频器输入电压负向波动值最大为-10%（经约定，最小可达-30%），和用户有另外约定的情况除外。,输出电流过高请检查功率单元输出U、V、W 端子是否短路，电机绝缘是否完好，装置是否过载运行，负载是否存在机械故障。如果是启动时过电流，请适当加大变频器的加速时间设定值。,模块超温请检查环境温度是否超过允许值， 变压器柜进风口和出风口是否畅通，装置是否长时间过载运行。最后检查功率单元温度继电器是否正常。变频器在尘土较大的环境中运行，请经常清洁散热器上的灰尘。如果环境温度超过允许值，用户最好配置空调和通风设备。,模块上行光纤故障请检查功率单元控制电源是否正常 （正常时， L1 绿色指示灯发光） ，功率单元以及控制器的光纤连接头是否脱落，光纤是否折断。,常见故障,电网波动或失电启用备用电源后UPS故障现在,断开柜内小空开，重启UPS后合上空开后复位即可启动变频器,下面以丹佛斯低压变频器为例讲解,取消键,Status(状态)键指明变频器、电机的状态,信息键,基本参数1、功率2、电压3、频率4、电流5、额度转速,6、加减速时间7、参考值,快捷菜单进入,拨码开关,三、变频器故障分析,过电流跳闸 起动时，一升速就跳闸，说明过电流十分严重，应查看是否负载短路、接地、工作机械卡堵、传动损坏、电动机起动转矩过小、以及根本起不动、变频器逆变桥已损坏。运行中跳闸引起的原因有升速设定时间过短、降速时间设定过短、转矩补偿（V/f 比）设定太大，造成低速过电流、热继电器调整不当，动作电流设定太小也可引起过电流动作。,过电压和欠电压跳闸（1）过电压：电源电压过高、降速时间设定过短、降速过程中制动单元没有工作或制动单元放电太慢，即制动电阻太大。变频器内部过电压保护电路有故障会引起过电压。（2）欠电压：电源电压过低、电源缺相、整流桥有一相故障，变频器内部欠电压保护电路故障也会引起欠电压。,三、变频器故障分析,电动机不转 电动机、导线、变频器有损坏，线未接好，功能设置，如上限频率、下限频率、最高频率设定时没有注意，相互矛盾着。使用外控给定时，没有选项预置，以及其他不合理设置。,三、变频器故障分析,发生失速 变频器在减速或停止过程中，由于设置的减速时间过短或制动能力不够，导致变频器内部母线电压升高发生保护（也称过电压失速），造成变频器失去对电动机的速度控制。此时，应设置较长的减速时间，保持变压器内母线电压不至于升得太高，实现正常减速控制。变频器在增速过程中，设置的加速时间过短或负载太重，电网电压太低，导致变频器过电流而发生保护（也称过电流失速），变频器失去对电动机的速度控制。此时，应设置较长的增速时间，维持不会过电流，实现正常增速控制。,三、变频器故障分析,变频器主器件自保护 该保护是变频器主器件工作不正常而发生的自我保护，很多原因都会导致FL保护。自保护发生时，很多是变频器逆变器部分已经流过了不适当的大电流。这一电流在很短的时间内被检测出来，并在没有使功率器件损坏前发出保护控制信号，停止功率器件继续被驱动板激励而继续发生大电流，从而保护了功率器件。也有功率器件已坏，不适当地通过了大电流，被检测后就停止了驱动板对功率器件的激励。也有因过热使热敏元件动作，发生自保护。,三、变频器故障分析,自保护发生时要检查以下是否已损坏及作出处理。（1）模块（开关功率器件）已损坏。（2）驱动集成电路（驱动片）、驱动光耦合器已损坏。（3）由功率开关器件IGBT集电极到驱动光耦合器的传递电压信号的高速二极管损坏。（4）因逆变模块过热造成热断电器动作。这类故障一般冷却后可复位，即自保护在冷却时不发生，可再运行。对此要改善冷却通风，找到加热根源。（5）外部干扰和内部干扰造成变频器控制部位、芯片发生误动作。对此要采取内部抗干扰措施，如加磁环、屏蔽线，更改外部布线、对干扰源隔离、加电抗器等。,三、变频器故障分析,软启动器,一、软启动器的基本结构和工作原理,晶闸管软启动的原理： 软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路，使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压。,为什么还要用软起动器？,电网容量不是无限的。当电动机直接起动时，起动电流为正常工作电流的57倍，此电流作用在有限容量电网的阻抗上就会产生压降，电网电压降低到一定程度就会影响电网上其它设备的正常工作，要解决此问题，一个是加大电网容量，但电网容量的加大不仅需要增加变压器容量，线路容量致使费用大大提高，在起动结束，电机正常运行时，电网的容量得不到充分的利用，同时加大的变压器的空载损耗也大大增加了，白白的浪费了很多电能。所以，改造项目需要对电机扩容，而原设计电网容量无法改变时。或新项目考虑到增加电网容量的成本，就要采用另一个办法，即加装软起动器。,一、软启动器的基本结构和工作原理,本公司主要的软起种类：,a、以电解液限流的液阻软起动(水电阻）。b、以晶闸管（SCR）为限流器件的晶闸管软 起动。 以上两种软起动器可以起动异步电机，也可起动同步电机，当起动同步电机时，