變頻器的應(yīng)用與維修

變頻器的應(yīng)用與維修第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

概述一變頻器的結(jié)構(gòu)與原理二變頻器的接線與測量三變頻器的調(diào)試與維護四第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一任何技術(shù)都是由簡單到復(fù)雜，再由復(fù)雜到簡單。所謂簡單，就是一學(xué)就會，使用方便；所謂復(fù)雜就是功能多，技術(shù)難度大。變頻器這一新技術(shù)也是遵循這一規(guī)律發(fā)展而來。欲知其因，請看下述講解：1.定義變頻器是采用電子功率器件，將工頻電源轉(zhuǎn)換為各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機變速運行的控制設(shè)備。

一、概述第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2.變頻器的作用

變頻器可用于交流電動機調(diào)速控制的所有場合，如工業(yè)生產(chǎn)機械的提升機、起重機、軋鋼機以及家用變頻空調(diào)等均可采用變頻器。并可以節(jié)能、提高生產(chǎn)效率、改造傳統(tǒng)工業(yè)，改善流程、提高自動化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量、促進技術(shù)進步。

一、概述第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3.變頻器的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

向高壓、大功率模塊化發(fā)展，絕緣柵雙極晶體管(IGBT）、電力晶體管(GTR）將成為主要功率元件，普通晶閘管(SCR），可關(guān)斷晶閘管(GTO）將退出；采用矢量控制、磁通（磁鏈）控制、微機技術(shù)及數(shù)字化技術(shù)。一、概述第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4.變頻器的分類－按變頻電路分：交－直－交；交－交－按輸出類型分：電流型；電壓型按控制方式分：U/f；矢量控制；－按電源相數(shù)分：單相；三相－按模塊器件分：IGBT；BJT；GTR等－

一、概述第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1.變頻器的結(jié)構(gòu)

電路組成：主電路（整流與逆變）、控制電路（CPU與脈沖發(fā)生器）、檢測電路（取樣與整形）；外部接口：頻率控制；輸出監(jiān)視；通信接口；功能擴展；操作面板。其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

二、變頻器的結(jié)構(gòu)原理第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

圖1變頻器原理圖第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

二、變頻器的結(jié)構(gòu)原理

2變頻器的原理交流電源經(jīng)整流模塊整流后輸出脈動直流，經(jīng)電容慮波成為直流電，然后再經(jīng)逆變模塊變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，改變模塊的觸發(fā)脈沖相位，即可改變逆變輸出的交流電的頻率。第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

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變頻器的主要參數(shù)

①型號型號代表變頻器的系列、主要參數(shù)和生產(chǎn)序號，包含產(chǎn)品銘牌上的基本數(shù)據(jù)。如FRN0.2G11S－2JEFRN：富士FRENIC5000系列變頻器0.2：0.2kW電機G11S：用于一般工業(yè)設(shè)備2JE：200V級第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

②容量

容量是指變頻器額定輸出電壓與其電流的乘積，額定輸出電壓是輸出頻率與電動機頻率相等時的最大電壓；額定電流指變頻器連續(xù)運行時允許輸出的電流值。國內(nèi)變頻器在使用時應(yīng)有一定的裕量，如表1所示。

3變頻器的主要參數(shù)第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

表1國內(nèi)變頻器容量的裕量（kW）電機功率變頻器容量電機功率變頻器容量0.4,0.75220,30501.5,2.2437603.7645,551005.51075,901507.515110,13220011,152516023018.535

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③過載能力

指輸出電流超出額定電流的允許范圍和時間，通常設(shè)為150%In、60s或180%Ih、5s

④輸出頻率0.1～400Hz，通常為50Hz⑤控制特性運行控制方式－U/f控制方式，矢量控制方式

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變頻器的主要參數(shù)第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4變頻器輸出頻率的控制方法

鍵盤設(shè)定控制：由鍵盤設(shè)定數(shù)據(jù)控制外部設(shè)定控制：由外部信號控制模擬量控制：0～5V電壓、4～20mA電流控制數(shù)字量控制：通信接口方式控制

第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一對于應(yīng)用需求靈活性配置多種配置（進線電抗器、出線電抗器等）用于編程&通訊需求的靈活性配置操作面板,通訊卡選件和客戶型的特殊指示需求不同的防護等級需求IP23,IP54;IP54雙通道排風型控制需求的靈活性配置足夠大的可旋轉(zhuǎn)的控制面板易維護變頻器安裝在滑行導(dǎo)軌上可靠性經(jīng)過驗證和測試的冷卻系統(tǒng)安全通過半導(dǎo)體快熔來保證安全圖2變頻器柜內(nèi)布置圖6變頻器柜內(nèi)部布置第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

思考：【1】如圖1所示，若將輸入端L1和L2的電源線對調(diào)，三相交流電動機M的轉(zhuǎn)向是否會改變？

【解】不會。因為將輸入端L1和L2的電源線對調(diào)，雖然改變了輸入端電源的相序，但是輸出端電壓的相序并沒有改變，因為輸入端不同相序的電源經(jīng)過整流后都得到相同的直流電，不會影響輸出端的相序。

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三、變頻器的接線與測試

1主電路的接線

R.S.T端接三相交流電源，U.V.W端接電動機；但不能用接觸器的觸頭來控制變頻器的運行和停止，而應(yīng)該使用控制面板上的操作鍵或接線端子上的控制信號；變頻器的輸出端不能接電力電容器或浪涌吸收器；電動機的旋轉(zhuǎn)方向如果和生產(chǎn)要求不一致，最好用調(diào)換變頻器輸出相序的方法，不要用調(diào)換控制端子FWD或REV的控制信號來改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2控制線路的接線

①模擬信號的接線模擬信號的抗干擾能力差，必須用屏蔽線，屏蔽層靠近變頻器的一端，應(yīng)接控制電路的公共端（COM），而不要接到變頻器的地端（E）或大地，如下圖所示。屏蔽層的另一端應(yīng)該懸空。第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

②頻率設(shè)定電位器的接線頻率設(shè)定電位器必須根據(jù)其端子號進行正確連接，如下圖所示，否則變頻器將不能正確工作。頻率設(shè)定電位器的接線第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

③變頻器的接地

（a）專用地線（標準）；（b）共用地線（可以）；（c）共用地線（不行）第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

④對電纜電線的要求第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一思考2

如果把輸入電源接到U、V、W端，是否可行？會有何后果？

絕對不行。如果把輸入電源接到了U、V、W端，會造成兩相間的短路而將逆變管燒壞，如圖3所示。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

圖3第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3變頻器的測試①整流模塊和逆變模塊的測試在變頻器的R、S、T和U、V、W端子上，用萬用表電阻R×1K檔，測量其阻值，根據(jù)讀數(shù)即可判定模塊的好壞。一般不導(dǎo)通時讀數(shù)為∞，導(dǎo)通時讀數(shù)喲為幾十歐姆。模塊測試所用的電路和符號如圖4所示。第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一圖4模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一②大功率晶體管（GTR）的簡易測量

如果大功率晶體管（GTR）有問題，在沒有GTR測試設(shè)備條件下可用萬用表簡易判斷，步驟如下：（1）關(guān)斷輸入電源，確保CHARGE燈不亮后，拆除端子的R、S、T和U、V、W接線。（2）拆除控制電路板上的連接件，將電路板連同附件板一起從設(shè)備上拆下。（3）如果模塊是并聯(lián)使用，拔出模塊B2、E2和B2x、E2x中的并聯(lián)端子（只拔電線的端子插頭，不要拔電線本身），然后測試每個模塊，模塊的原理圖和端子平面圖如圖5所示。（4）把萬用表置到100Ω或1KΩ檔，如圖6所示。第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一圖5GTR模塊的原理及端子平面圖第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一圖6GTR模塊的測量當被測量的兩端不通時，萬用表的電阻值為無窮大當被測量的兩端導(dǎo)通時，萬用表測到的電阻值喲為幾百歐，用這種方法可初步判斷GTR是否已壞。第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

③整流橋模塊的測量電阻檔R×1K紅筆接P+，黑筆依次測R.S.T端，阻值小為正常；再將黑筆接N，紅筆分別接R.S.T端，阻值小為正常。圖7第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4大功率晶體管（GTR）的更換

（1）拆除已損壞模塊上的主電路接線。（2）拔出損壞模塊上的基極控制信號線（拔時手拿端子插頭，不要拔電線）。（3）把固定模塊的螺絲釘擰下，取出已損壞GTR。（4）選擇與損壞模塊參數(shù)相同的器件，測量合格后，在該GTR的底部涂少量導(dǎo)熱硅膠，涂勻后將底部覆蓋住即可。第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一（6）將基極信號引線腳插在GTR的基極上，對標有“不能用手觸摸部件”的地方盡量不要觸摸，如果需要觸摸，手應(yīng)先與大地接通的金屬接觸后再去處理這些部件。（7）恢復(fù)控制電路和主電路接線。第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一5絕緣電阻的測量

（1）變頻器主電路絕緣電阻的測量。必須把所有進線端（R、S、T）和出線端（U、V、W）都連接起來后再測量其絕緣電阻，如圖8所示，兆歐表指示值不小于5MΩ為正常。

第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一圖8用兆歐表測試電路（2）控制電路絕緣電阻的測量。為防止高壓損壞電子元件，一般不要用兆歐表或其他有高電壓的儀器進行測量。改用萬用表的電阻檔來測量，測量值大于1MΩ為正常。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一四、變頻器的調(diào)試與維護

調(diào)試前，首先檢查變頻器的型號是否有誤，端子之間、外露導(dǎo)電部分是否有短路、接地現(xiàn)象，接地線是否可靠，并確認：（1）輸出端子（U、V、W）是否誤接；（2）制動單元端子是否誤接；（3）屏蔽線的屏蔽部分是否誤接；然后再進行下述調(diào)試。第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1變頻器的通電和預(yù)置

①熟悉鍵盤上各鍵的功能，試進行“起動”、“停止”等基本操作，察看變頻器的工作情況是否正常。②進行功能預(yù)置，預(yù)置完后，先校對較易觀察的項目如升速和降速時間、點動頻率、多擋變速時的各擋頻率是否與預(yù)置的內(nèi)容相符合。同時檢查三相輸出電壓是否平衡。第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

2變頻器的空載試驗①先將頻率置于0位，合上電源微微提升工作頻率，觀察電動機的起轉(zhuǎn)情況及旋轉(zhuǎn)方向是否正確，如方向相反，則予以糾正。②將頻率調(diào)至額定值，讓電動機運行一段時間如一切正常，再選若干個常用的工作頻率，也使電動機運行一段時間。③將給定頻率信號突降至0（或按停止按鈕），觀察電動機的制動情況是否正常。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

3日常維護與檢查

日常檢查包括不停止變頻器運行或不拆卸其板進行通電和起動試驗，通過目測變頻器的運行狀況，確認有無異常，通常檢查如下內(nèi)容：鍵盤面板是否整潔、變頻器是否有異常聲音、周圍環(huán)境有無灰塵、各連接線及外圍電器元件是否有松動、進線電源是否異常。

第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一思考3為什么不能用搖表測量變頻器的器件？

因為搖表輸出的電壓在500V以上，而變頻器內(nèi)的器件如CPU等耐壓很低，如果用搖表直接測量，就會將其擊穿。第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1主要故障類型參數(shù)設(shè)置故障過電流和過載故障過電壓和欠壓故障綜合性故障：過熱保護、漏電流報警動作、靜電干擾2常見故障和處理方法：通過變頻器的報警信息、報警代碼、數(shù)據(jù)，幫助故障診斷分析。五、常見故障與處理方法第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

①過流故障1）電機負載突變引起較大沖擊2）電機內(nèi)部電纜絕緣損壞，線匝間及對地短路引起過電流3）測速編碼器速度反饋信號丟失或不正常引起過流4）接觸器觸點瞬間抖動、損壞，接觸不良形成缺相運行等第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

②過壓故障1）電源電壓過高2）降速時間過短3）制動單元不理想，中間回路直流電壓過高4）負載突然變小，負載慣性大5）載波頻率設(shè)置不合適第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

③欠壓故障1）電源問題（電源電壓偏低、電源缺相）2）變頻器運行后欠壓3）變頻器內(nèi)部故障第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

④過熱故障1)環(huán)境溫度高2)負載過大3)散熱片吸附灰塵多、冷卻風扇故障4)變頻器內(nèi)部故障第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

⑤無故障顯示、電動機不能啟動1)控制端子正在輸入自由旋轉(zhuǎn)命令或直流制動命令，運行指令輸入無效2)檢查主回路檢查：電源電壓，LCD是否顯示報警，變頻器與電機連接是否正確；輸入信號檢查：是否輸入起動信號和正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)信號，是否已設(shè)定頻率或上限頻率過低；功能檢查:各種功能代碼是否正確；負載檢查:負載是否太大，或機械有無堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一⑥無故障顯示，電動機能啟動但不能調(diào)速1）頻率上、下限設(shè)定不正確2）程序運行設(shè)定不正確3）檢查：檢查頻率設(shè)定面板或外部信號調(diào)整，輸出是否變化是否多部增減速度連接增減速時間是否合適變頻器內(nèi)部故障

第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

⑦電動機加速過程中失速1）加速時間設(shè)定過短2）負載過大3）轉(zhuǎn)矩提升量不夠4）檢查：加速時間；電機和負載慣量是否太大；電機端子電壓是否降低；負載轉(zhuǎn)矩是否太大；變頻器故障或干擾使變頻器不能正常工作。第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一

⑧一般修理步驟1）整流濾波電路：整流橋、慮波、限流2）逆變電路：IGBT、反向二極管、驅(qū)動模塊、逆變橋3）控制電路：開關(guān)電源、采樣電路4）修理后通電：通電步驟、防短路、參數(shù)檢查、空載試驗5）帶載試驗：低速、高速、帶載第47頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3故障排除實例