通用變頻器的使用與維護課件

變頻器的使用與維護二零零五年四月第二部分通用變頻器的參數(shù)設定及功能選擇一.通過操作面板設定和選擇變頻器的參數(shù)與功能1.給定頻率的設定方法(一）通用變頻器運行頻率的設定方法（1)面板給定：數(shù)字增加鍵或少鍵操作（內控）（2)預置給定：RUN(3).外接給定：電流4-20mA或0-10V(0-5V)(4)通訊給定：2.變頻器的外接給定配置（1)外接電壓給定信號控制端圖1ACS600給定信號控制端子選應用宏PI或PFC,AI2為反饋輸入；選手動/自動，即可本地/遠方操作。頻率設定電流輸入端圖2G11給定信號控制端子圖3SB61給定信號控制端子H20-H25設定PID控制功能：H20:0(NO),1(正）,2（反）；H21:0(12正0-10V),1(C1正4-20mA),2(12反10-0V)，3(C反20-4mA)；H22:P增益（P大響應快）；H23:積分時間；H24:微分時間;H25:反饋增益。X1-X9,E17,E18.F001頻率給定模式：0上下鍵；1電動電位器，存儲；2電動電位器，不存儲；3上下鍵和電動電位器，停電不存儲。ACS400D13U,4D;D13U,4D(R).停電復位到零。1.直流制動：變頻器的輸出頻率為零，而電機的轉速降低到一定數(shù)值時，變頻器向電機定子繞組通入直流，轉子切割靜止磁場產生制動轉矩.幾種變頻器的設定如下表:不適用于永磁同步電機，更不適合位能負載。2.能耗制動：適合位能負載和需快速停車的大慣性負載。圖4制動單元原理圖對于非四象限運行的變頻器，當需要進行頻繁的制動或高轉矩制動時，就應選擇制動單元和制動電阻。（1）制動單元：制動的頻繁程度；制動能量的大小。（2）制動電阻：阻值；功率。（3）設定很簡單：減速停車3.回饋制動：（1)電流源型變頻器可四象限運行圖5電流源型變頻器原理圖電流源供電時異步電機的工作特性：電壓源供電轉矩轉-速特性電流源供電轉矩轉-速特性圖7-電流源供電機轉矩-轉速特性由（1）式畫出其轉矩-轉速特性如圖7。并求出最大轉矩和臨界轉差率：電壓源供電的情況下，最大轉矩出現(xiàn)在的地方。由于，所以在恒流源供電時，最大轉矩出現(xiàn)在轉差率小得多的地方。電機轉矩-轉速特性成尖峰狀，起動轉矩很小，穩(wěn)定運行的范圍很窄。（2）電壓型變頻器：雙pwm（3）實現(xiàn)回饋的條件：

四.變頻器的控制方式和開閉環(huán)的選擇（一）矢量控制變頻器的選擇與設定：調速精度和動態(tài)響應要求較高：高速紙機，電纜成型機，拉幅定型機，圓網印花機等。1.矢量控制的技術指標和應用范圍：2.使用矢量控制變頻器的注意事項：多臺電機并聯(lián)；轉速精度要求較高，或動態(tài)指標要求較高時，采用閉環(huán)。3.設定方法：參數(shù)辨識。五.基于RS485網絡實現(xiàn)PLC對變頻器的多機控制：（一）VFD-A1.變頻器設置：Pr00=d0002主頻輸入來源選擇；Pr01=d0003運轉指令來源Pr78=d0000(d000-d0031);地址Pr77=d0002(4800)(d0000:1000;d0001:2400)傳輸速率2.PLC設置:CQM1HCQM1H的通訊方式：上位機通訊方式和無協(xié)議通訊方式適配器RS232/RS485轉換器CQM1H-SB41,ADAM45208位數(shù)據位，1位停止位，奇校驗DM6654=1001,DM6646=07023.指令格式C，S，A，UU，MM，F(xiàn)FFFS-發(fā)送信息的首字地址，D-放置接收信息的首字地址，C-控制字，N-發(fā)送和接收信息字節(jié)數(shù)。例：通過PLC控制地址為03的變頻器以25.3HZ正轉，PLC從RS232口發(fā)出的控制碼為43130323533，TXD命令S=DM0000,C=#0000,N=#0011其中DM0000=4303,DM0001=0230,DM0002=3258，DM0003=3130,DM0004=3235,DM0005=3300.DM的內容用MOV指令傳送。

（二）.SB61變頻器S1.SB61變頻器與PLC的通信協(xié)議RS-485串口通信屬于半雙工通信方式，PLC與變頻器組成單主多從的控制網絡，網絡中只有一個主站，最多可以設置31個從站，每個從站有唯一的編號，將真空伏輥變頻器編為02號，一壓變頻器編為03號，一直到施膠變頻器編為13號。傳輸介質用屏蔽雙絞線，將紙機各分部傳動點的變頻器的RS-485口用雙絞線連接后，再接到PLC的通信模塊SB41上，最后終端并聯(lián)一個電阻。對在RS-485網絡上的變頻器進行操作，采用主機“輪詢”從機“應答”方式。森蘭SB61變頻器的串行通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據格式為：1位起始位，8位數(shù)據位，1位停止位，1位奇偶效驗位。數(shù)據幀結構示意圖如下：起始位：D5H操作命令：D7H或D8H（D7H查詢數(shù)據；D8H寫數(shù)據）

從機地址：02H-32H功能碼組：00H-09H功能號：00H-44H數(shù)據高位：數(shù)據低位：效驗數(shù)據：幀異或效驗2.變頻器和PLC的設置（1）.變頻器設置上位機選擇：F900=1表示通過RS-485控制變頻器本機地址：F901=2-32變頻器地址波特率選擇：F902=30=1200bps,1=2400bps,2=4800bps,3=9600bps數(shù)據格式：F903=11位起始位，8位數(shù)據位，1位停止位，1位偶效驗OMRONCQMIHPLC的通信模式有兩種，使用RS-232C無協(xié)議通信方式，類似于西門子S7系列PLC的自由口通信方式。PLC通信口的數(shù)據格式，波特率等通信參數(shù)的設置必須與變頻器的設置一致。設置DM6645=1001,DM6646=0603，即數(shù)據格式為“1位起始位，8位數(shù)據位，1位停止位，1位奇效驗；波特率9600bps“，與變頻器的設置相同。（3）.PLC通信指令串行通信指令：TXD(-)發(fā)送RXD(-)接收一次發(fā)送時TXD(-)的指令參數(shù)為S=DM0000C=#0000N=#0016，則此次發(fā)送的任務是把DM0000開始的8個字（16個字節(jié)）的內容以高位在前，低位在后的順序從RS-232端口發(fā)出去。例如通過PLC查詢2#變頻器的F103功能，PLC發(fā)出的控制碼是D5HD7H2H1H3H0022H,其中TXD(-)命令S=DM0000,C=#0000,N=#0011，則DM0000=D5,DM0001=D7,DM0002=21,DM0003=30,DM=0004=02,DM=0005=20發(fā)送11字節(jié)，DM0005補零。DM的內容可用MOV指令傳進去六變頻器設定實例：1.湖南大源渡水電站200T門式起重機：主起升，電機90KW繞線式，機械抱閘，能耗制動，調速范圍0.272m/min-2.272m/min上升，下降各五檔。大車：電機13KWx4=52KW,機械抱閘，調速范圍前，后各五檔。小車：電機7.5KWx2=15KW,機械抱閘，調速范圍左，右各五檔。變頻器：ACS500-170-3;ACS500-100-2;ACS500-025-3各一臺。主起升變頻器設定：（1）起動數(shù)據：A語言:英語；B應用:順序控制；C應用恢復:是；D電源電壓:400V；E電機極數(shù):6；F電機額定電流:186A；G電機額定功率:90KW；H功率因數(shù):0.83。（2）主菜單10：控制連接組11：11.1允許運行:Yes；11.2外部控制區(qū)選擇:鍵盤：11.3外部1I/O選擇:DI1.2：11.4外部2I/O控制選擇:不選擇：11.5外部給定1選擇:AI1；11.6外部給定2選擇:鍵盤；11.7多段速度選擇:DI3.4.5；11.8:方向:可逆；11.9；11.10；11.10按缺省值。組14：輸出信號；14.3頻率1極限；其余按缺省值。（3）主菜單20：傳動組21:加速/減速：21.1加速/減速積分類型:線性：21.2加速時間1:10S；21.3減速時間1:10S；21.4-21.7按缺省值。組24:恒速:24.1恒速1:5HZ：24.2恒速1:15HZ：24.3恒速1:28HZ：24.4恒速1:40HZ：24.5恒速1:50HZ。組26起動/停止：26.1起動功能:TORQBOOST；26.2轉矩提升電流選擇1.5IN；26.3電機減速條件:積分減速；26.4制動斬波器:是；26.5-26.7無選擇。（4）主菜單30：保護組31:監(jiān)視；31.1輸出頻率1監(jiān)視:低限；31.2輸出頻率1監(jiān)視:0.5HZ;其余按缺省值。大車和小車的變頻器設置：26.4制動斬波器:否；組31:監(jiān)視不設定，其余與主起升變頻器設定相同。2.綿陽游仙自來水廠恒壓供水：2臺160KW水泵，2臺75KW水泵，采用循環(huán)投切方案，系統(tǒng)框圖如下：變頻器ACS604-170-3一臺，采用PLC控制過程。切換過程中要求先關閥后切換，然后再開閥。為適應恒壓供水，變頻器接口按下圖聯(lián)結圖9變頻器恒壓供水系統(tǒng)圖最小給定:0mA；13.09AI2濾波時間常數(shù):5S；其余按缺省值。組14繼電器輸出：14.01繼電器輸出1的內容:PFC控制；1402繼電器輸出1的內容:PFC控制；14.03故障。組15：模擬輸出；組16：系統(tǒng)控制輸入：16.01允許運行:Yes：組22：加速/減速：22.02/22.03加速/減速時間10s。組81水泵風機控制：81.01水泵風機控制的信號來源，過程給定從參數(shù)11.06定義，控制盤必須使遠程控制模式；81.09，81.10設置起動頻率52HZ；81.12，81.13設置下限停機頻率；81.20電機互鎖功能:NO.

3.金堂自來水廠：成都野生動物園供水站,30KW,18.5KW,11KW水泵各一臺，采用循環(huán)投切方案，系統(tǒng)框圖如下：自耦減壓啟動器繼電器擴展板圖10變頻器恒壓供水系統(tǒng)圖2.主電路：整流橋，充電限流電路，逆變橋，浪涌吸收電路（1）二極管整流橋，雙PWM（2）充電限流電路有幾種形式：a).用可控硅代替交流接觸器：如圖2b).整流橋為半控橋：如圖3圖2可控硅開關圖3單相二極管充電電路C).整流橋為全控整流橋：如圖4圖4輔助整流橋充電電路d).整流橋的測量：二極管的測量方法，比較幾個二極管的正向電阻值，二極管反向耐壓較高（1600V）。一般幾個二極管的正向電阻值接近，整流橋基本都是好的。e).與此有關的故障：整流橋個別二極管損壞：負載輕，正常負載充電電阻損壞交流接觸器故障均壓電阻故障整流橋的代換：額定電流值，耐壓值注意事項：維修變頻器充電燈必須熄滅變頻器的接線（3）逆變橋：IGBT,IPMa).概述：變頻技術是建立在電力電子技術基礎之上的。在低壓交流電動機的傳動控制中，應用最多的功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智能模塊IPM，后面二種集GTR的低飽和電壓特性和MOSFET的高頻開關特性于一體是目前通用變頻器中最廣泛使用的主流功率器件。IGBT集射電壓Vces可＜3V,頻率可達到20KHZ,內含的集射極間超高速二極管Trr可達150ns,1992年前后開始在通用變頻器中得到廣泛應用。其發(fā)展的方向是損耗更低,開關速度更快、電壓更高,容量更大(3.3KV、1200A),目前，采用溝道型柵極技術、非穿通NPT技術等方法大幅度降低了集電極一發(fā)射極之間的飽和電壓[VCE（sat）]的第四代IGBT也已問世。第四代IGBT的應用使變頻器的性能有了很大的提高。其一是ICBT開關器件發(fā)熱減少，將曾占主回路發(fā)熱50－70％的器件發(fā)熱降低了30％。其二是高載波控制，使輸出電流波形有明顯改善；其三是開關頻率提高，使之超過人耳的感受范圍，即實現(xiàn)了電機運行的靜音化；其四是驅動功率減少，體積趨于更小。而IPM的投入應用比IGBT約晚二年，由于IPM包含了1GBT芯片及外圍的驅動和保護電路．甚至還有的把光耦也集成于一體，因此是種更為好用的集成型功率器件，目前，在模塊額定電流10－600A范圍內，通用變頻器均有采用IPM的趨問，其優(yōu)點是：（l）開關速度快，驅動電流小，控制驅動更為簡單。（2）內含電流傳感器，可以高效迅速地檢測出過電流和短路電流，能對功率芯片給予足夠的保護，故障率大大降低。（3）由于在器件內部電源電路和驅動電路的配線設計上做到優(yōu)化，所以浪涌電壓，門極振蕩，噪聲引起的干擾等問題能有效得到控制。（4）保護功能較為豐富，如電流保護、電壓保護、溫度保護一應俱全，隨著技術的進步，保護功能將進一步日臻完善.（5）IPM的售價已逐漸接近IGBT．而計入采用IPM后的開關電源容量、驅動功率容量的減小和器件的節(jié)省以及綜合性能提高等因素后在許多場合其性價比已高過IGBT，有很好的經濟性。為此IPM除了在工業(yè)變頻器中被大量采用之后，經濟型的IPM在近年內也開始在一些民用品如家用空調變頻器，冰箱變頻器、洗衣機變頻器中得到應用。IPM也在向更高的水平發(fā)展，日本三菱電機最近開發(fā)的專用智能模塊ASIPM將不需要外接光耦;通過內部自舉電路可單電源供電并采用了低電感的封裝技術，在實現(xiàn)系統(tǒng)小型化，專用化，高性能，低成本方面又推進了一步。C）.IPM的自保護功能：欠電壓鎖定：內部控制電壓由一個15V的直流電源供電，若某種原因是這一電源低于規(guī)定的欠電壓動作數(shù)值，則功率器件關斷并輸出故障信號，小毛刺部動作。過熱保護：在靠近芯片的絕緣基板上安裝一溫度傳感器，若基板溫度超過過熱動作數(shù)值，IPM截止并輸出故障信號。圖6IGBT六單元結構圖5IGBT二單元結構b).電路圖控制電源圖72單元IPM外部接線圖控制電源過流保護：若流過IPM的電流超過動作數(shù)值的時間大于toff(oc),則IPM將被軟關斷，并輸出故障信號，第3代IPM的toff(oc)=10。短路保護：若負載短路或控制器故障引起上下橋臂短路，則IPM將被軟關斷，并輸出故障信號，響應時間不足100ns.d).命名與編號：三菱系列（1）器件CM=IGBT模塊(4)對IPMPM=IPM模塊H=一單元（2）電流額定值IC(安培)D=二單元（3）對IGBTC=六合一H=一單元R=七合一D=二單元（5）外型或局部變化T=六合一（6）耐壓值（IGBT)乘50E=制動或斬波（7）耐壓值（IPM)乘10（8）H=H系列模塊（IGBT)例：CM100DY-24HPM600H-SA120東芝系列MG150M2YL1（1）（2）（4）（5）（6）（8）（1）（2）（3）（5）（7）東芝電流額定值耐壓等級單元數(shù)接線方式產品系列G—600VM—1000VN—1100VQ—1200VS—1400Ve).IGBT好壞的簡單判別：耐壓值：搖表或兆歐表，能產生1000V直流電源，測量電路如圖8所示：注意事項：G即必須與E相連圖8IGBT耐壓測量電路導通和截止的測量：對GE充正電測量導通，對GE充負電測量截止。續(xù)流二極管正向電阻的測量：容量相同的模塊其續(xù)流二極管正向電阻值基本相近，一般位數(shù)百歐。f).與此有關的故障過流：加速過流，減速過流，運行過流IGBT故障導熱硅脂干涸注意事項：主回路通電前，IGBT的G極嚴禁開路。換IGBT的底板要均勻地涂一層導熱硅脂，固定螺釘需擰緊。換IGBT后通電之前在直流回路中串入限流電阻,接法如圖9。如圖中R4,一定要接在電容與逆變橋之間。IGBT的代換：同型號，考慮不同代產品的損耗不同。不同型號，ICVCE滿足的前提下考慮體積，安裝位置，接線方式，不同代產品的損耗等。圖9限流電阻的接法與位置圖（4）電解電容：壽命5年，容量下降發(fā)熱膨脹漏液，用電容測試儀測量。電解電容的誤差為標稱值的20%。（5）浪涌吸收電路圖10吸收回路目前變頻器普遍使用的吸收回路如圖10所示的三種電路。（5）浪涌吸收電路

3.控制電路：變頻器的控制電路有主控電路，保護電路和操作，顯示電路構成?？刂齐娐返暮诵氖荂PU,V/F控制型變頻器使用8XC196MC/MH,PD78366,M37705或TMS320C24X/28X等。矢量控制變頻器采用雙CPU或DSP.從維修角度講，修主板的難度較大。判定主板的好壞，最常用的方法就是代換法。板上明顯故障可修理，隱藏故障的修理比較復雜，利用示波器，加上經驗，再分析判斷。4.驅動回路：驅動電路作為逆變電路的一部分，對變頻器的三相輸出有著巨大的影響。驅動電路的設計一般有這樣幾種方式(1)分立插腳式元件組成的驅動電路;(2)光耦驅動電路;(3)厚膜驅動電路;(4)專用集成塊驅動電路等幾種。3.控制電路：4.驅動回路：(1)分立插腳式元件的驅動電路分立插腳式元件組成的驅動電路在80年代的日本和臺灣變頻器上被廣泛使用,主要包括日本(富士:G2,G5.三肯:SVS,SVF,MF.,春日,三菱Z系列K系列等)臺灣(歐林,普傳,臺安.)等一系列變頻器。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展及貼片工藝的出現(xiàn),這類設計電路復雜，集成化程度低的驅動電路已逐漸被淘汰。(2)光耦驅動電路光耦驅動電路是現(xiàn)代變頻器設計時被廣泛采用的一種驅動電路，由于線路簡單，可靠性高，開關性能好，被歐美及日本的多家變頻器廠商采用。由于驅動光耦的型號很多，所以選用的余地也很大。驅動光耦選用較多的主要由東芝的TLP系列，夏普的PC系列,惠普的HCPL系列等。以東芝TLP系列光耦為例。驅動IGBT模塊主要采用的是TLP250，TLP251兩個型號的驅動光耦。對于小電流,15A左右的模塊一般采用TLP251。外圍再輔佐以驅動電源和限流電阻等就構成了最簡單的驅動電路。而對于中等電流(50A)左右的模塊一般采用TLP250型號的光耦。而對于更大電流的模塊，在設計驅動電路時一般采取在光耦驅動后面再增加一級放大電路，達到安全驅動IGBT模塊的目的。(c)厚膜驅動電路厚膜驅動電路是在阻容元件和半導體技術的基礎上發(fā)展起來的一種混合集成電路。它是利用厚膜技術在陶瓷基片上制作模式元件和連接導線，將驅動電路的各元件集成在一塊陶瓷基片上，使之成為一個整體部件。使用驅動厚膜對于設計布線帶來了很大的方便,提高了整機的可靠性和批量生產的一致性，同時也加強了技術的保密性?，F(xiàn)在的驅動厚膜往往也集成了很多保護電路，檢測電路。應該說驅動厚膜的技術含量也越來越高?，F(xiàn)在普遍使用的厚膜驅動電路主