变频器应用与维护 山西职业技术学院 电气工程与自动化系 董鹏伟

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1 变频器应用与维护 山西职业技术学院 电气工程与自动化系 董鹏伟
变频器应用与维护 山西职业技术学院 电气工程与自动化系 董鹏伟

2 市场上常见变频器 变频器分类 变频器选型 变频器控制系统常见元件 常见故障分析 使用注意事项与维护保养 安全调试步骤

3 1、市场上常见变频器 1 市场上常见变频器 欧美：西门子（罗宾康）、ABB、 施耐德、伦次、 欧陆、 瓦萨、 丹佛斯 、西威 、罗克韦尔AB 、艾默生（华为）、 安萨尔多、 博世力士乐 、 日本：安川、富士、 三菱 、 松下、 东芝、 三垦、 东洋、 日立 、明电舍、欧姆龙 \ 韩国：LG、现代…; 台湾：台安、台达… 国产： 英威腾 、深圳汇川、森兰、台达、 普传、惠丰、富凌、四方、格立特、康沃、阿尔法、正弦 、烁普、易能、、日业、蓝海华腾 .....奇电.. 国产高压：利德华福（施耐德）、 合康亿盛、、山东新风光、成都东方日立、成都佳灵、广州智光、三环、 中电、九洲、 通用性风机泵类负载、非重载应用建议选国产变频器、性价比高。 大多国外品牌高、低压变频器都在国内生产后收购国内生产厂商 高压变频器目前主要用在风机泵类负载或轻载场合、国产品牌高压变频器在国内市场占有率较高 高压性价比：进口 国产

4 2、变频器分类 2.1 变频器分类 按主电路工作方式分类： 按逆变工作方式分类：PAM、PWM、SPWM
2.1 变频器分类 按主电路工作方式分类： 按逆变工作方式分类：PAM、PWM、SPWM 按电压等级分：低压380V;中压660V、1140V; 高压3KV/3.3KV/6KV/6.6KV/10KV 按控制方式分类：V/f、矢量、直接转矩、磁通轨迹法、转差频率控制... 防护等级：IP 用途分：通用、专用 通用：能适合于各种不同性质的负载，并具有多种可供选择功能的变频器。 专用：风机泵类、纺织专用、供水专用、电梯专用、提升机专用等 通用变频器短时过载能力一般按150% 风机泵类变频器短时过载能力一般按 %

5 3、变频器选型——了解变频器基本数据 3.1 了解变频器基本数据 （1）额定容量
3.1 了解变频器基本数据 （1）额定容量 变频器在额定输出电压和额定输出电流条件下输出视在功率（KVA）。 （2）额定电流 额定电流是指变频器可以连续不间断输出电流的有效值（在规定的的使用环境）变频器输出电流并非完全正弦。 （3）适配电机 变频器的适配电机是以2/4极标准电机为对象，对于6极以上的电机和变极电机，由于其额定电流较标准电机的额定电流要大，因此电机功率肯定不是变频器选型的唯一依据。 （4）过载能力 过载能力是衡量变频器在一段时间内可以连续输出超过变频器额定电流的能力。 其它 ：变频器输入电压/防护等级

6 3、变频器选型——了解变频器基本数据 （5）使用环境 电网电压：380V±10％
环境要求：－10（15）～40℃（50℃）；湿度小于90%不结露 无易燃/易爆/腐蚀/油-水蒸汽/导电尘埃 过载能力：150％1分钟，180％ 1秒 过载周期一般300S G型机 110％1分钟， 过载周期一般300S P型机 输出频率：0～400HZ 防护等级：IP20

7 3、变频器选型——选择变频时注意事项 3.2 选择变频时注意事项 基本原则：结合电机额定功率、额定电流、负载类型、运行环境等 负载类型：
3.2 选择变频时注意事项 基本原则：结合电机额定功率、额定电流、负载类型、运行环境等 负载类型： 恒转矩负载：负载转矩与速度的大小和方向无关。如： 风机泵类负载：变转矩、平方转矩 流量与转速成正比 Q∝n 转矩与转速的平方成正比 T∝n2 (风压、杨程) 功率与转速的3次方成正比 P∝n3 恒功率负载： 机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，一般称恒功率负载。 P=T×n≈常数

8 3、变频器选型——选择变频时注意事项 （1）根据负载特性选择变频器.
如：西门子：430系列为风机泵类；440系列为通用性; 70高性能矢量系列 安川： W1000系列风机泵类：A1000系列为通用性 ；H1000高性能 （2）选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。 如：ABB800系列

9 3、变频器选型——选型注意事项 （3）当变频器用于控制并联的几台电机时，变频器总功率、总电流一定要大于电机总功率、总电流之和，且留有一定的余量； 另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为V／F控制方式，并且变频器无法对保护电动机的过流、过载进行保护，此时需在每台电动机上加热继电器来实现保护，变频器仅起一个电压源的作用。 （4）对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。 （5）对于压缩机、振动机等转矩波动大有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作的现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。 （6）变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大，所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。

10 3、变频器选型——选型注意事项 （7）当变频到电机的电缆较长时，主回路必须配出现电抗器，同时变频器应大一当选择
（8）当变频器控制罗茨风机时，由于罗茨风机属与恒转矩负载，其起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。 （9）选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行，一般变频器为IP20、IP00。 3.3 变频系列型号 西门子：430系列，过载110%； 440系列过载150%；70系列、G120\G150... ABB: ACS510系列风机泵类； ACS550通用型： ACS800直接转矩控制技术，属高性能变频、分无过载、轻载、重载 安川：E1000系列属风机泵类；A1000通用性（轻载/重载）；H1000高性能 富士：5000系列P11/G11 (一般系列P与G系列功率差一个功率级别)

11 4、变频控制系统常见元件——主电路选件 4.1主电路选件 ① 进线电抗器作用
输入电抗器可以抑制谐波电流，提高功率因数以及削弱输入电路中的浪涌电压、电流对变频器的冲击，削弱电源电压不平衡的影响。 （有些变频器进线电抗器已内置，一般情况下，都必须加进线电抗器。） ② 出线电抗器作用 当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时，应加输出电抗器来补偿电机长电缆运行时的耦合电容的充放电影响，避免变频器过流。同时。对电机的绝缘也有一定的保护作用，改善变频器输出的波形，降低电动机的噪声，提高变频器的效率。2%

12 4、变频控制系统常见元件——主电路选件 ③ 输入输出EMC 无线电干扰滤波器： 减少变频器产生的射频干扰（传导和辐射） 提高变频器的抗扰性

13 4、变频控制系统常见元件——主电路选件 ④正弦滤波器 它使变频器的输出电压和电流近似于正弦波，减少电机谐波畴变系数和电机绝缘压力。
（价格很高，很少使用 ）

14 4、变频控制系统常见元件——主电路选件 4.2 变频器常用元器件 ⑤ 输出dv/dt 电抗器
说明：以上介绍几种电抗滤波器属主电路元器件选件，均由电抗、电阻、电容组成，电路原理稍有差异，常用的就是进、出现电抗器。 4.2 变频器常用元器件 电力电子模块常见品牌 富士、三菱、三社、三垦、东芝、西门子、西门康（Semikron）、 优派克（EUPEC）、英飞凌（INFINEON）、艾赛斯（IXYS）、仙童、 （FAIRCHILD）、西码（WESTCODE）……等公司生产的 GTR 、IGBT、 IPM、PIM、MOS、可控硅、快恢复二级管、整流桥等；

15 4、变频控制系统常见元件——变频器主要器件
① 整流单元模块 整流二极管 有:单管封装、 双管封装、 六管封装等 可控整流模块整流二极管

16 4、变频控制系统常见元件——变频器主要器件
逆变单元模块-IGBT 绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。 控制极：IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20～30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。 内部结构图 型号

17 4、变频控制系统常见元件——变频器主要器件
③一体化功率模块

18 4、变频控制系统常见元件——变频器主要器件
④ IPM智能功率模块 智能功率模块内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路， 保护电路可以实现控制电压欠压保护、过热保护、过流保护和短路保护。 IPM智能功率模块有:单管封装、双管封装、六管封装等 技术数据查阅电子资料

19 4、变频控制系统常见元件——变频器主要器件
电容器 直流母线滤波电容 品牌 耐压及容量 温度 缓冲、保护、吸收电路电容 抑制浪涌电压 保护逆变模块 ………

20 4、变频控制系统常见元件——变频器主要器件
⑥ 霍尔元件——变频电流测量 电流测量互感器 霍尔原理

21 4、变频控制系统常见元件——主电路选件 ⑦ 压敏电阻 ⑧ 预充电电阻 ⑨热敏电阻——一般安装在散热器上 一般采用NTC温度电阻，常温下阻
值为5K左右，其阻值会电阻值随着温度上 升而迅速下降。

22 5、变频器常见故障分析 由于变频传动系统是一个整体，分机械故障、电机故障、变频故障、还有运行工艺或工况的变化引起的电气设备故障等，所以分析变频器产生故障时应综合考虑以上各方面因素，一般变频器的大多数故障均是由外围使用环境及负载变化引起。调试阶段产生的故障一般是由于参数设置不合适而人为造成的故障较多。 不同的变频器对同样的故障描述或报警处理稍有差异。 例如：变频器过热：散热风扇损坏引起 环境温度过高 散热通道堵塞 10V直流电源短路 说明：有些变频器对这些报警故障分别报警，有些是综合报警 所以下面仅对一些变频器常见故障进行通用型分析

23 5、变频器常见故障分析 5.1 过流故障 现 象1：按下启动命令马上报过电流跳闸。 可能原因：电缆对地、电机绝缘、机械故障造成电机堵转;
5.1 过流故障 现 象1：按下启动命令马上报过电流跳闸。 可能原因：电缆对地、电机绝缘、机械故障造成电机堵转; 逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。 现 象2：上电过电流跳闸，这种现象一般不能复位 可能原因：逆变模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏（假故障） 现 象3：送不上电、断路器跳闸 原 因：整流模块击穿 现 象4：加速过程中过流跳闸 可能原因：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、电机与负载不匹配 现 象5：运行过程中过电流跳闸 可能原因：负载波动、给定频率波动（可调整加减速时间）…. 其他原因：供电电缆太长 、直流母线电压偏低、电容失效、电机端电压偏低等; 有抱闸的设备，运行未打开会报堵转或过流….

24 5、变频器常见故障分析 5.2 过压故障——指只直流母线过电压 唯一的原因是负载工作于发电状态；即：电机转速高于变频给定的速度
5.2 过压故障——指只直流母线过电压 唯一的原因是负载工作于发电状态；即：电机转速高于变频给定的速度 现 象1：起动加速过程中过电压 可能原因：一般与系统及工艺有关 例1、风机：启动时风机处于正向运行，即实际转速高于给动速度，发电 启动时风机处于反向运行，即实际转向与给动转向相反，过流 解决方案：捕捉再启动（搜索）或启动时先投入直流制动 例2、恒压供水；泵定时切换过程中，逆止阀损坏（过流故障） 其它：1、有制动单元系统：制动单元损坏不工作、制动电阻损坏。 2、带能量回馈单元的变频器 3、变频本身检测回路出现问题（假故障，可屏蔽）

25 5、变频器常见故障分析 5.3 欠电压故障——指只直流母线欠电压 可能原因有以下几个方面：
5.3 欠电压故障——指只直流母线欠电压 可能原因有以下几个方面： 1、供电不足：供电电源电压低、缺相、或供电回路接触压降大 2、若是长时间放置的变频器则有可能直流母线电容失效，容量降低 3、在双电源供电系统中、电源瞬时切换造成 该原因及时解决方案：① 来电再启动 ② 柔性跳闸（瞬时停电再启动） 4、变频检测电路出现问题（假故障、可屏蔽） 5、旁路接触器未吸合或旁路晶闸管损坏未工作 6、有制动单元系统：制动单元损坏不工作、制动电阻损坏 其它：堵转、对地、过载、缺相、三相电流不平衡等说明书中一般给出详细分析，越高端变频器故障分内越细、越明确。

26 6、变频器使用注意事项与维护 6.1 注意事项 1、 严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC 电源上。
6.1 注意事项 1、 严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC 电源上。 2、变频器要正确接地，接地电阻小于4Ω。 3、变频器断开电源后，5分钟后方可维护操作 4、避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合 5、变频器主电路端子N(-)，并非零线或地线,以说明书为准。 6、主回路端子与导线必须牢固连接。 7、 变频器驱动非变频电机时，禁止在低速段长时间运行。 8、变频器在一确定频率工作时，如遇到负载装置的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。 9、变频器与电机之间连线过长，应加输出电抗器。 10、一般在变频器的输入侧不适用接触器进行频繁启停操作。 11、电机首次使用或长期放置后使用，必须对电机进行绝缘检测。 12、对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开

27 6、变频器使用注意事项与维护 13、在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、 防雷压敏电阻。
14、变频器的输出侧一般不安装接触器、开关器件。 15、变频器在海拔1000米以上地区使用时，须降额使用。 16、变频器输出侧不必安装热继电器。 17、变频器安装应考虑柜体结构，保证通风散热。 18、拆装变频器时、或接触控制电路板时，必须防止人体静电对控制板件造成损坏。 19、变频器存放不通电，其特性下降，尤其是电容元件，所以、即使不用也要定期通电，存放超过一年，需对变频器预充电。 20、安装变频器时防止杂物调入变频器中

28 6、变频器使用注意事项与维护 6.2 日常维护 1、环境温度是否正常，要求在-10℃～+40℃范围内; 2、变频器运行中是否有报警信息
6.2 日常维护 1、环境温度是否正常，要求在-10℃～+40℃范围内; 2、变频器运行中是否有报警信息 3、变频器在显示面板上显示的输出电流、电压、频率等各种数据是否正常; 4、用测温仪器检测变频器是否过热，主回路各连接点温度有无异常或有无变色。 5、变频器风扇运转是否正常，有无异常，散热风道是否通畅; 6、灰尘：定期清理， 在断电的情况下用吹风机灰尘清理。 很多过程参数可在变频器见识界面中观察到、如变频器逆变模块温度等      

29 7、安全调试步骤 7.1 变频器的空载通电检验 为了调试安全，先空载调试，即变频器输出端断开，不要接电机；同时保证电气配线正确，防止强电串入变频器控制接口，直接造成变频器控制板的损坏。 1、给变频器上电后，首先观察变频器操作面板是否正常、有无异常声音、气味。 2、观察直流母线电压是否正常，标准值513V,大小与电网电压有关 3、如果是使用过的变频器，先恢复工厂设置 4、通过控制面板操作变频器试运行；通过操作界面观察相关操作及数据是否正常。注意：空载运行时必须是V/F控制方式或标量控制方式 7.2变频器的空载通电控制功能调试 根据图纸设计或生产工艺对变频器的接口功能要求，设定参数 如：端子操作设定：通过控制端子起/停变频器 频率给定通道选择及给定曲线  输出端口功能设置：故障、运行信号、输出频率、输出电流等

30 7、安全调试步骤 7.3 变频器带电机空载或带载运行 1、输入电机参数；额定电压、额定电流、额定频率、额定转速、额定转矩 2、电机热保护设定
3、电机辩识、自优化，以说明书为准，禁止带载优化。 4、控制方式选择： V/F控制、矢量控制、电压自动提升、加减数速时间… 4、给定频率一般先设置5HZ 3、起动变频器、观察输出电流、输出电压、观察电机等 4、观察一切正常后，逐渐提高给定频率继续观察，直至给定至容许运行的最高频率。 总之，在调试过程中 ，不同的控制工艺要求，调试步骤有所不同，上述调试步骤7.1、7.2部分基本通用，7.3部分对不同的传动系统在调试过程中有所不同。 如：力矩控制方式：在设定了力矩控制方式后、给定方式一般%比给定，试运行时考虑超速问题。 闭环控制：恒压力、恒流量、恒液位、恒速度、主从控制系统等

31 常见用问题 1、变频电机与普通电机的区别？ 电动机绝缘强度问题 谐波电磁噪声与震动 电动机对频繁启动、制动的适应能力 低转速时的冷却问题 2、电机参数设置变频器运行能力的影响 额定功率、额定电流、额定频率必须设定 矢量控制：额定转矩必须设定、电机必须进行优化辩识 3、由于生产工艺的需要，普通电机在变频运行时能否将运行频率提高到50HZ以上？ 4、数字表能否测量变频器的输出电压？ 5、变频器能节能吗？ 6、电机空载运行时，为什么变频器输入侧电流为零？      

32 谢 谢！