通用變頻器的使用與維護(hù)課件

變頻器的使用與維護(hù)二零零五年四月第二部分通用變頻器的參數(shù)設(shè)定及功能選擇一.通過操作面板設(shè)定和選擇變頻器的參數(shù)與功能1.給定頻率的設(shè)定方法(一）通用變頻器運(yùn)行頻率的設(shè)定方法（1)面板給定：數(shù)字增加鍵或少鍵操作（內(nèi)控）（2)預(yù)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(yīng)用宏P(guān)I或PFC,AI2為反饋輸入；選手動/自動，即可本地/遠(yuǎn)方操作。頻率設(shè)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(shè)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(yīng)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(fù)位到零。1.直流制動：變頻器的輸出頻率為零，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低到一定數(shù)值時，變頻器向電機(jī)定子繞組通入直流，轉(zhuǎn)子切割靜止磁場產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩.幾種變頻器的設(shè)定如下表:不適用于永磁同步電機(jī)，更不適合位能負(fù)載。2.能耗制動：適合位能負(fù)載和需快速停車的大慣性負(fù)載。圖4制動單元原理圖對于非四象限運(yùn)行的變頻器，當(dāng)需要進(jìn)行頻繁的制動或高轉(zhuǎn)矩制動時，就應(yīng)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(shè)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(yùn)行圖5電流源型變頻器原理圖電流源供電時異步電機(jī)的工作特性：電壓源供電轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)-速特性電流源供電轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)-速特性圖7-電流源供電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性由（1）式畫出其轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性如圖7。并求出最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率：電壓源供電的情況下，最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在的地方。由于，所以在恒流源供電時，最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在轉(zhuǎn)差率小得多的地方。電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性成尖峰狀，起動轉(zhuǎn)矩很小，穩(wěn)定運(yùn)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(shè)定：調(diào)速精度和動態(tài)響應(yīng)要求較高：高速紙機(jī)，電纜成型機(jī)，拉幅定型機(jī)，圓網(wǎng)印花機(jī)等。1.矢量控制的技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用范圍：2.使用矢量控制變頻器的注意事項：多臺電機(jī)并聯(lián)；轉(zhuǎn)速精度要求較高，或動態(tài)指標(biāo)要求較高時，采用閉環(huán)。3.設(shè)定方法：參數(shù)辨識。五.基于RS485網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PLC對變頻器的多機(jī)控制：（一）VFD-A1.變頻器設(shè)置：Pr00=d0002主頻輸入來源選擇；Pr01=d0003運(yùn)轉(zhuǎn)指令來源Pr78=d0000(d000-d0031);地址Pr77=d0002(4800)(d0000:1000;d0001:2400)傳輸速率2.PLC設(shè)置:CQM1HCQM1H的通訊方式：上位機(jī)通訊方式和無協(xié)議通訊方式適配器RS232/RS485轉(zhuǎn)換器CQM1H-SB41,ADAM45208位數(shù)據(jù)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(zhuǎn)，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(nèi)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(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中只有一個主站，最多可以設(shè)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(zhì)用屏蔽雙絞線，將紙機(jī)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(wǎng)絡(luò)上的變頻器進(jìn)行操作，采用主機(jī)“輪詢”從機(jī)“應(yīng)答”方式。森蘭SB61變頻器的串行通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，1位奇偶效驗位。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖如下：起始位：D5H操作命令：D7H或D8H（D7H查詢數(shù)據(jù)；D8H寫數(shù)據(jù)）

從機(jī)地址：02H-32H功能碼組：00H-09H功能號：00H-44H數(shù)據(jù)高位：數(shù)據(jù)低位：效驗數(shù)據(jù)：幀異或效驗2.變頻器和PLC的設(shè)置（1）.變頻器設(shè)置上位機(jī)選擇：F900=1表示通過RS-485控制變頻器本機(jī)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(jù)格式：F903=11位起始位，8位數(shù)據(jù)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(jù)格式，波特率等通信參數(shù)的設(shè)置必須與變頻器的設(shè)置一致。設(shè)置DM6645=1001,DM6646=0603，即數(shù)據(jù)格式為“1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，1位奇效驗；波特率9600bps“，與變頻器的設(shè)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(wù)是把DM0000開始的8個字（16個字節(jié)）的內(nèi)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(bǔ)零。DM的內(nèi)容可用MOV指令傳進(jìn)去六變頻器設(shè)定實例：1.湖南大源渡水電站200T門式起重機(jī)：主起升，電機(jī)90KW繞線式，機(jī)械抱閘，能耗制動，調(diào)速范圍0.272m/min-2.272m/min上升，下降各五檔。大車：電機(jī)13KWx4=52KW,機(jī)械抱閘，調(diào)速范圍前，后各五檔。小車：電機(jī)7.5KWx2=15KW,機(jī)械抱閘，調(diào)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(shè)定：（1）起動數(shù)據(jù)：A語言:英語；B應(yīng)用:順序控制；C應(yīng)用恢復(fù):是；D電源電壓:400V；E電機(jī)極數(shù):6；F電機(jī)額定電流:186A；G電機(jī)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(yùn)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(zhuǎn)矩提升電流選擇1.5IN；26.3電機(jī)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(hù)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(shè)置：26.4制動斬波器:否；組31:監(jiān)視不設(shè)定，其余與主起升變頻器設(shè)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(guān)閥后切換，然后再開閥。為適應(yīng)恒壓供水，變頻器接口按下圖聯(lián)結(jié)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(nèi)容:PFC控制；1402繼電器輸出1的內(nèi)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(yùn)行:Yes：組22：加速/減速：22.02/22.03加速/減速時間10s。組81水泵風(fēng)機(jī)控制：81.01水泵風(fēng)機(jī)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(yuǎn)程控制模式；81.09，81.10設(shè)置起動頻率52HZ；81.12，81.13設(shè)置下限停機(jī)頻率；81.20電機(jī)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(kuò)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(guān)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(guān)的故障：整流橋個別二極管損壞：負(fù)載輕，正常負(fù)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(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。在低壓交流電動機(jī)的傳動控制中，應(yīng)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(guān)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(dá)到20KHZ,內(nèi)含的集射極間超高速二極管Trr可達(dá)150ns,1992年前后開始在通用變頻器中得到廣泛應(yīng)用。其發(fā)展的方向是損耗更低,開關(guān)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(shù)、非穿通NPT技術(shù)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(yīng)用使變頻器的性能有了很大的提高。其一是ICBT開關(guān)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(guān)頻率提高，使之超過人耳的感受范圍，即實現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行的靜音化；其四是驅(qū)動功率減少，體積趨于更小。而IPM的投入應(yīng)用比IGBT約晚二年，由于IPM包含了1GBT芯片及外圍的驅(qū)動和保護(hù)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(nèi)，通用變頻器均有采用IPM的趨問，其優(yōu)點是：（l）開關(guān)速度快，驅(qū)動電流小，控制驅(qū)動更為簡單。（2）內(nèi)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(hù)，故障率大大降低。（3）由于在器件內(nèi)部電源電路和驅(qū)動電路的配線設(shè)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(hù)功能較為豐富，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、溫度保護(hù)一應(yīng)俱全，隨著技術(shù)的進(jìn)步，保護(hù)功能將進(jìn)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(guān)電源容量、驅(qū)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(jīng)濟(jì)性。為此IPM除了在工業(yè)變頻器中被大量采用之后，經(jīng)濟(jì)型的IPM在近年內(nèi)也開始在一些民用品如家用空調(diào)變頻器，冰箱變頻器、洗衣機(jī)變頻器中得到應(yīng)用。IPM也在向更高的水平發(fā)展，日本三菱電機(jī)最近開發(fā)的專用智能模塊ASIPM將不需要外接光耦;通過內(nèi)部自舉電路可單電源供電并采用了低電感的封裝技術(shù)，在實現(xiàn)系統(tǒng)小型化，專用化，高性能，低成本方面又推進(jìn)了一步。C）.IPM的自保護(hù)功能：欠電壓鎖定：內(nèi)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(guān)斷并輸出故障信號，小毛刺部動作。過熱保護(hù)：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(jié)構(gòu)圖5IGBT二單元結(jié)構(gòu)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(hù)：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(guān)斷，并輸出故障信號，第3代IPM的toff(oc)=10。短路保護(hù)：若負(fù)載短路或控制器故障引起上下橋臂短路，則IPM將被軟關(guān)斷，并輸出故障信號，響應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)通和截止的測量：對GE充正電測量導(dǎo)通，對GE充負(fù)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(guān)的故障過流：加速過流，減速過流，運(yùn)行過流IGBT故障導(dǎo)熱硅脂干涸注意事項：主回路通電前，IGBT的G極嚴(yán)禁開路。換IGBT的底板要均勻地涂一層導(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)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(biāo)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(hù)電路和操作，顯示電路構(gòu)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(fù)雜，利用示波器，加上經(jīng)驗，再分析判斷。4.驅(qū)動回路：驅(qū)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(qū)動電路的設(shè)計一般有這樣幾種方式(1)分立插腳式元件組成的驅(qū)動電路;(2)光耦驅(qū)動電路;(3)厚膜驅(qū)動電路;(4)專用集成塊驅(qū)動電路等幾種。3.控制電路：4.驅(qū)動回路：(1)分立插腳式元件的驅(qū)動電路分立插腳式元件組成的驅(qū)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(shè)計電路復(fù)雜，集成化程度低的驅(qū)動電路已逐漸被淘汰。(2)光耦驅(qū)動電路光耦驅(qū)動電路是現(xiàn)代變頻器設(shè)計時被廣泛采用的一種驅(qū)動電路，由于線路簡單，可靠性高，開關(guān)性能好，被歐美及日本的多家變頻器廠商采用。由于驅(qū)動光耦的型號很多，所以選用的余地也很大。驅(qū)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(qū)動IGBT模塊主要采用的是TLP250，TLP251兩個型號的驅(qū)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(qū)動電源和限流電阻等就構(gòu)成了最簡單的驅(qū)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(shè)計驅(qū)動電路時一般采取在光耦驅(qū)動后面再增加一級放大電路，達(dá)到安全驅(qū)動IGBT模塊的目的。(c)厚膜驅(qū)動電路厚膜驅(qū)動電路是在阻容元件和半導(dǎo)體技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種混合集成電路。它是利用厚膜技術(shù)在陶瓷基片上制作模式元件和連接導(dǎo)線，將驅(qū)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(qū)動厚膜對于設(shè)計布線帶來了很大的方便,提高了整機(jī)的可靠性和批量生產(chǎn)的一致性，同時也加強(qiáng)了技術(shù)的保密性。現(xiàn)在的驅(qū)動厚膜往往也集成了很多保護(hù)電路，檢測電路。應(yīng)該說驅(qū)動厚膜的技術(shù)含量也越來越高?，F(xiàn)在普遍使用的厚膜驅(qū)動電路主