变频器原理及故障分析.docx
- 文档编号:3442872
- 上传时间:2022-11-23
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:25.99KB
变频器原理及故障分析.docx
《变频器原理及故障分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变频器原理及故障分析.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
变频器原理及故障分析
实习专题报告
题目:
变频器原理及故障分析
2015年8月22日
目录
1、概述1
2、变频器工作原理1
3、变频器的结构组成2
4、变频器分类3
4.1按调制方式分3
4.2按工作原理分3
4.3按用途分4
4.4按变换环节分4
4.5按直流环节的储能方式分4
5、变频器选型原则5
6、变频器几大故障分析及相关检修实例6
6.1过流(OC)6
6.2过压(OU)7
6.3欠压(Uu)7
6.4过热(OH)8
6.5输出不平衡8
6.6过载8
6.7开关电源损坏9
6.8SC故障9
7、几种常见变频器介绍9
7.1PowerFlex70009
7.2PowerFlex600010
7.3ACS600系列变频器10
1、概述
变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求,传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。
20世纪60年代以后,电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品,但其调速性能远远无法满足需要。
20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频调速的研究得到突破,20世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。
20世纪80年代中后期,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器技术实用化,商品投入市场,得到了广泛应用。
由于在电力行业,各个设备都是大耗能的,而现代社会,能源非常短缺,能源的价格也大幅上升,各行业都提倡节能。
采用变频器,可以大大降低能源的消耗,变频器除了有显著的节约电能之外,还有卓越的调速性能和保护环境等重大作用,于是大小设备都采用了变频器。
当今变频器产业得到飞速发展,变频器产品的产业化规模日趋壮大。
目前我国电机的总装机容量已达4亿KW,年耗电量占全国用电量的近60%,但我国电机驱动系统的能源利用率却非常低,基本上要比国外平均水平低20%,电机驱动系统能效比国外低20%左右,因此节能潜力巨大,变频器市场将是一个蓬勃发展的市场。
但由于变频器进入我国的时间还不久,对于变频器的认识还不够,误用了变频器,使设备损坏,没有达到预期的效果。
因此,研究分析变频器的工作原理及相技术具有重大意义。
2、变频器工作原理
变频器(VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
它的工作原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
换言之,它是通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的。
由电机转速n公式
其中:
S:
转差率
f1:
交流电频率
p:
电机对数
可知通过改变交流电机的工作频率可以改变电机转速。
3、变频器的结构组成
变频器的主电路大体上可分为两类:
电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路通过电容滤波;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路通过电感滤波。
变频器由四部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”;吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”;将直流功率变换为交流功率的“逆变器”;以及按设定的程序工作,控制输出方波的幅度与脉宽,使叠加为近似正弦波的交流电,驱动交流电动机的“控制电路”。
1)整流器是将工频电源变换为直流功率。
最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。
也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。
2)平波回路主要是吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动。
在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。
为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。
装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。
3)逆变器是将直流功率变换为交流功率。
同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。
4)控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等,其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。
目前许多变频器已经采用微机来进行全数字控制,采用尽可能简单的硬件电路,靠软件来完成各种功能。
4、变频器分类
4.1按调制方式分
(1)PAM(脉幅调制)在整流电路部分对输出电压幅值进行控制,而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。
(2)PWM(脉宽调制)保持整流得到的直流电压大小不变的条件下,在改变输出频率的同时,通过改变输出脉冲的宽度,来达到改变等效输出电压的一种方式。
4.2按工作原理分
(1)V/F控制:
对变频器的频率和电压同时进行调节;
(2)转差频率控制:
为V/F控制的改进方式;
(3)矢量控制:
将交流电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流并分别加以控制的方式;
(4)直接转矩控制:
把转矩作为控制量,直接控制转矩,是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。
4.3按用途分
(1)通用变频器:
能与普通的笼式电动机配套使用,能适应各种不同性质的负载并具有多种可供选择功能;
(2)高性能专用变频器:
对控制要求较高的系统(电梯、风机水泵等),大多采用矢量控制方式;
(3)高频变频器:
高速电动机配套使用。
4.4按变换环节分
(1)交-交变频器:
把频率固定的交流电直接变换成频率和电压连续可调的交流电。
无中间环节,效率高,但连续可调的频率范围窄;
(2)交-直-交变频器:
先把交流电变成直流电,再把交流电通过电力电子器件逆变成直流电。
优势明显,目前广泛采用的方式;
4.5按直流环节的储能方式分
(1)电流型:
中间环节采用大电感作为储能环节,无功功率将由该电感来缓冲,再生电能直接回馈到电网;
(2)电压型:
中间环节采用大电容作为储能环节,负载的无功功率将由它来缓冲,无功能量很难回馈到交流电网。
5、变频器选型原则
由于变频器进入我国的时间还不久,对于变频器的认识还不够,误用了变频器,使设备损坏,没有达到预期的效果。
如何选择变频器,选择什么样的变频器需慎重。
考虑变频器运行的经济性和安全性,变频器选型保留适当的余量是必要的。
要准确选型,必须要把握以下几个原则:
1)充分了解控制对象性能要求。
一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要求较高的场合则需考虑选用矢量变频器,否则选用通用变频器即可;
2)了解负载特性,如是通用场合,则需确定变频器是G型还是P型;
3)了解所用电机主要铭牌参数:
额定电压、额定电流。
确定负载可能出现的最大电流,以此电流作为待选变频器的额定电流。
如果该电流小于适配电机额定电流,则按适配电机选择对应变频器。
考虑成本因素,以下情况要考虑容量放大一档:
(1)长期高温大负荷
(2)异常或故障停机会出现灾难性后果的现场
(3)目标负载波动大
(4)现场电网长期偏低而负载接近额定
(5)绕线电机、同步电机或多极电机(6极以上)
4)充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。
对于变频器的选配件选配,必须要把握以下几个原则:
(1)民用场合,如:
宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上;以及电网品质恶劣或容量偏小的场合要选用交流输入电抗器、直流电抗器,
如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大,变频器频繁炸机;
(2)变频器到电机线路超过100米(一般原则)要选用交流输出电抗器;
(3)提升负载、频繁快速加减速、大惯量一般要选用制动单元和制动电阻。
6、变频器几大故障分析及相关检修实例
6.1过流(OC)
1)过流是变频器报警最为频繁的现象。
(1)重新启动时,一升速就跳闸。
这是过电流十分严重的现象。
主要原因有:
负载短路,机械部位有卡住;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。
(2)上电就跳,这种现象一般不能复位,主要原因有:
模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。
(3)重新启动时并不立即跳闸而是在加速时,主要原因有:
加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿(V/F)设定较高。
2)实例:
一台LG-IS3-43.7kW变频器一启动就跳“OC”。
分析与维修:
打开机盖没有发现任何烧坏的迹象,在线测量IGBT(7MBR25NF-120)基本判断没有问题,为进一步判断问题,把IGBT拆下后测量7个单元的大功率晶体管开通与关闭都很好。
在测量上半桥的驱动电路时发现有一路与其他两路有明显区别,经仔细检查发现一只光耦A3120输出脚与电源负极短路,更换后三路基本一样。
模块装上上电运行一切正常。
6.2过压(OU)
1)过电压报警一般是出现在停机的时候,其主要原因是减速时间太短或制动电阻损坏。
2)实例:
一台台安N2系列3.7kW变频器在停机时跳“OU”。
分析与维修:
在修这台机器之前,首先要搞清楚“OU”报警的原因何在,这是因为变频器在减速时,电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快,转子的电动势和电流增大,使电机处于发电状态,回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节,使直流母线电压升高所致,所以我们应该着重检查制动回路,测量放电电阻没有问题,在测量制动管(ET191)时发现已击穿,更换后上电运行,且快速停车都没有问题。
6.3欠压(Uu)
1)欠压也是我们在使用中经常碰到的问题。
主要是因为主回路电压太低(220V系列低于200V,380V系列低于400V),主要原因:
整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现,其次主回路接触器损坏,导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。
2)举例:
一台DANFOSSVLT5004变频器,上电显示正常,但是加负载后跳“DCLINKUNDERVOLT”(直流回路电压低)。
分析与维修:
这台变频器从现象上看比较特别,但是你如果仔细分析一下问题也就不是那么复杂,该变频器同样也是通过充电回路,接触器来完成充电过程的,上电时没有发现任何异常现象,估计是加负载时直流回路的电压下降所引起,而直流回路的电压又是通过整流桥全波整流,然后由电容平波后提供的,所以应着重检查整流桥,经测量发现该整流桥有一路桥臂开路,更换新品后问题解决。
6.4过热(OH)
1)过热也是一种比较常见的故障,主要原因:
周围温度过高,风机堵转,温度传感器性能不良,马达过热。
2)举例:
一台ABBACS50022kW变频器客户反映在运行半小时左右跳“OH”。
分析与维修:
因为是在运行一段时间后才有故障,所以温度传感器坏的可能性不大,可能变频器的温度确实太高,通电后发现风机转动缓慢,防护罩里面堵满了很多棉絮(因该变频器是用在纺织行业),经打扫后开机风机运行良好,运行数小时后没有再跳此故障。
6.5输出不平衡
1)输出不平衡一般表现为马达抖动,转速不稳,主要原因:
模块坏,驱动电路坏,电抗器坏等。
2)举例:
一台富士G9S11KW变频器,输出电压相差100V左右。
分析与维修:
打开机器初步在线检查逆变模块(6MBI50N-120)没发现问题,测量6路驱动电路也没发现故障,将其模块拆下测量发现有一路上桥大功率晶体管不能正常导通和关闭,该模块已经损坏,经确认驱动电路无故障后更换新品后一切正常。
6.6过载
过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一,平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强,只要变频器参数表的电机参数设置得当,一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压。
6.7开关电源损坏
这是众多变频器最常见的故障,通常是由于开关电源的负载发生短路造成的,丹佛斯变频器采用了新型脉宽集成控制器UC2844来调整开关电源的输出,同时UC2844还带有电流检测,电压反馈等功能,当发生无显示,控制端子无电压,DC12V,24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。
6.8SC故障
SC故障是变频器较常见的故障。
IGBT模块损坏,这是引起SC故障报警的原因之一。
此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。
在驱动电路的设计上,上桥使用了驱动光耦PC923,这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦,安川的下桥驱动电路则是采用了光耦PC929,这是一款内部带有放大电路,及检测电路的光耦。
此外电机抖动,三相电流,电压不平衡,有频率显示却无电压输出,这些现象都有可能是IGBT模块损坏。
7、几种常见变频器介绍
7.1PowerFlex7000
PowerFlex7000使用6.5KV800A/1500A的对称门极换流晶闸管(SGCT),变频所用逆变开关器件数量比其他任何中压变频技术的器件数量都少。
功率结构为无熔断器,具有电流抑制DC电抗器。
其结果是更简单,牢固,可靠之产品。
PowerFlex7000具有免传感器的直接矢量控制。
免传感器的直接矢量控制对马达的磁通是测算而不是估算。
如同直流驱动,马达力矩可快速改变而不影响马达磁通。
此控制方式可产生较标准V/Hz型变频更优越的运行性能。
对持续运行在6Hz以下的低速应用,可选用带测速反馈的完全矢量控制。
7.2PowerFlex6000
PowerFlex6000中压变频器是PF7000的升级产品。
其拓扑结构是多单元串联电压源型,属于风冷产品。
其硬件由变压器柜、功率单元、控制器、旁路柜,其中控制器由信号传输底板、CPU单元、3个相控单元及开关量、模拟量的输入、输出子模块等组成;纳秒级控制系统;无硬盘和风扇组成。
采用降低运营成本、改进过程控制、降低碳排量、能在弱电系统中启动大型电机。
7.3ACS600系列变频器
ACS600系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制(DTC)技术,结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。
它具有很宽的功率范围,优良的速度控制和转矩控制特性。
完整的保护功能以及灵活的编程能力。
因而,它能够满足绝大多数的工业现场应用。
为了满足各种应用对交流传动的不同要求,ACS600产品家族按应用可分为以下五种专用系列:
ACS600:
可满足绝大多数应用要求。
ACC600:
专用于位势负载应用。
例如起重机,提升机,电梯等等。
ACP600:
专用于对转角,位移做精确控制。
ACA600:
专用于系统传动。
ACS600的重要特性及功能如下:
˙无与伦比的电机速度及转矩控制。
˙电机辨识运行(IDRUN)及速度自我微调功能。
˙内置PID控制器,降低了您的投资成本。
˙工具软件对传动的全方位支持:
DrivesSize选型软件,DrivesBuilder工程设计软件,DrivesWindow传动调试软件,DrivesLink利用Windows监视传动,DrivesSupport服务专家。
˙ACS600SingleDrive能在几毫秒内测出电机的实际转速和状态,所以在任何状态下都能立即起动,无起动延时。
˙零转速下,不需速度反馈就能提供电机满转矩。
˙ACS600SingleDrive能够提供可控且平稳的最大起动转矩。
可达到200%的额定转矩。
˙不需特殊硬件的磁通制动模式可以提供最大的制动力矩。
˙在磁通优化模式下,电机磁通自动适应于不同的负载以提高效率同时降低电机的噪音,变频器和电机的总效率可提高1%-10%。
˙具有标量控制(SCALARCONTROL)和IR补偿功能。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变频器 原理 故障 分析
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)