通用变频器的使用与维护课件

变频器的使用与维护二零零五年四月第二部分通用变频器的参数设定及功能选择一.通过操作面板设定和选择变频器的参数与功能1.给定频率的设定方法(一）通用变频器运行频率的设定方法（1)面板给定：数字增加键或少键操作（内控）（2)预置给定：RUN(3).外接给定：电流4-20mA或0-10V(0-5V)(4)通讯给定：2.变频器的外接给定配置（1)外接电压给定信号控制端图1ACS600给定信号控制端子选应用宏PI或PFC,AI2为反馈输入；选手动/自动，即可本地/远方操作。频率设定电流输入端图2G11给定信号控制端子图3SB61给定信号控制端子H20-H25设定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大响应快）；H23:积分时间；H24:微分时间;H25:反馈增益。X1-X9,E17,E18.F001频率给定模式：0上下键；1电动电位器，存储；2电动电位器，不存储；3上下键和电动电位器，停电不存储。ACS400D13U,4D;D13U,4D(R).停电复位到零。1.直流制动：变频器的输出频率为零，而电机的转速降低到一定数值时，变频器向电机定子绕组通入直流，转子切割静止磁场产生制动转矩.几种变频器的设定如下表:不适用于永磁同步电机，更不适合位能负载。2.能耗制动：适合位能负载和需快速停车的大惯性负载。图4制动单元原理图对于非四象限运行的变频器，当需要进行频繁的制动或高转矩制动时，就应选择制动单元和制动电阻。（1）制动单元：制动的频繁程度；制动能量的大小。（2）制动电阻：阻值；功率。（3）设定很简单：减速停车3.回馈制动：（1)电流源型变频器可四象限运行图5电流源型变频器原理图电流源供电时异步电机的工作特性：电压源供电转矩转-速特性电流源供电转矩转-速特性图7-电流源供电机转矩-转速特性由（1）式画出其转矩-转速特性如图7。并求出最大转矩和临界转差率：电压源供电的情况下，最大转矩出现在的地方。由于，所以在恒流源供电时，最大转矩出现在转差率小得多的地方。电机转矩-转速特性成尖峰状，起动转矩很小，稳定运行的范围很窄。（2）电压型变频器：双pwm（3）实现回馈的条件：

四.变频器的控制方式和开闭环的选择（一）矢量控制变频器的选择与设定：调速精度和动态响应要求较高：高速纸机，电缆成型机，拉幅定型机，圆网印花机等。1.矢量控制的技术指标和应用范围：2.使用矢量控制变频器的注意事项：多台电机并联；转速精度要求较高，或动态指标要求较高时，采用闭环。3.设定方法：参数辨识。五.基于RS485网络实现PLC对变频器的多机控制：（一）VFD-A1.变频器设置：Pr00=d0002主频输入来源选择；Pr01=d0003运转指令来源Pr78=d0000(d000-d0031);地址Pr77=d0002(4800)(d0000:1000;d0001:2400)传输速率2.PLC设置:CQM1HCQM1H的通讯方式：上位机通讯方式和无协议通讯方式适配器RS232/RS485转换器CQM1H-SB41,ADAM45208位数据位，1位停止位，奇校验DM6654=1001,DM6646=07023.指令格式C，S，A，UU，MM，FFFFS-发送信息的首字地址，D-放置接收信息的首字地址，C-控制字，N-发送和接收信息字节数。例：通过PLC控制地址为03的变频器以25.3HZ正转，PLC从RS232口发出的控制码为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的内容用MOV指令传送。

（二）.SB61变频器S1.SB61变频器与PLC的通信协议RS-485串口通信属于半双工通信方式，PLC与变频器组成单主多从的控制网络，网络中只有一个主站，最多可以设置31个从站，每个从站有唯一的编号，将真空伏辊变频器编为02号，一压变频器编为03号，一直到施胶变频器编为13号。传输介质用屏蔽双绞线，将纸机各分部传动点的变频器的RS-485口用双绞线连接后，再接到PLC的通信模块SB41上，最后终端并联一个电阻。对在RS-485网络上的变频器进行操作，采用主机“轮询”从机“应答”方式。森兰SB61变频器的串行通信协议规定的数据格式为：1位起始位，8位数据位，1位停止位，1位奇偶效验位。数据帧结构示意图如下：起始位：D5H操作命令：D7H或D8H（D7H查询数据；D8H写数据）

从机地址：02H-32H功能码组：00H-09H功能号：00H-44H数据高位：数据低位：效验数据：帧异或效验2.变频器和PLC的设置（1）.变频器设置上位机选择：F900=1表示通过RS-485控制变频器本机地址：F901=2-32变频器地址波特率选择：F902=30=1200bps,1=2400bps,2=4800bps,3=9600bps数据格式：F903=11位起始位，8位数据位，1位停止位，1位偶效验OMRONCQMIHPLC的通信模式有两种，使用RS-232C无协议通信方式，类似于西门子S7系列PLC的自由口通信方式。PLC通信口的数据格式，波特率等通信参数的设置必须与变频器的设置一致。设置DM6645=1001,DM6646=0603，即数据格式为“1位起始位，8位数据位，1位停止位，1位奇效验；波特率9600bps“，与变频器的设置相同。（3）.PLC通信指令串行通信指令：TXD(-)发送RXD(-)接收一次发送时TXD(-)的指令参数为S=DM0000C=#0000N=#0016，则此次发送的任务是把DM0000开始的8个字（16个字节）的内容以高位在前，低位在后的顺序从RS-232端口发出去。例如通过PLC查询2#变频器的F103功能，PLC发出的控制码是D5HD7H2H1H3H0022H,其中TXD(-)命令S=DM0000,C=#0000,N=#0011，则DM0000=D5,DM0001=D7,DM0002=21,DM0003=30,DM=0004=02,DM=0005=20发送11字节，DM0005补零。DM的内容可用MOV指令传进去六变频器设定实例：1.湖南大源渡水电站200T门式起重机：主起升，电机90KW绕线式，机械抱闸，能耗制动，调速范围0.272m/min-2.272m/min上升，下降各五档。大车：电机13KWx4=52KW,机械抱闸，调速范围前，后各五档。小车：电机7.5KWx2=15KW,机械抱闸，调速范围左，右各五档。变频器：ACS500-170-3;ACS500-100-2;ACS500-025-3各一台。主起升变频器设定：（1）起动数据：A语言:英语；B应用:顺序控制；C应用恢复:是；D电源电压:400V；E电机极数:6；F电机额定电流:186A；G电机额定功率:90KW；H功率因数:0.83。（2）主菜单10：控制连接组11：11.1允许运行:Yes；11.2外部控制区选择:键盘：11.3外部1I/O选择:DI1.2：11.4外部2I/O控制选择:不选择：11.5外部给定1选择:AI1；11.6外部给定2选择:键盘；11.7多段速度选择:DI3.4.5；11.8:方向:可逆；11.9；11.10；11.10按缺省值。组14：输出信号；14.3频率1极限；其余按缺省值。（3）主菜单20：传动组21:加速/减速：21.1加速/减速积分类型:线性：21.2加速时间1:10S；21.3减速时间1:10S；21.4-21.7按缺省值。组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。组26起动/停止：26.1起动功能:TORQBOOST；26.2转矩提升电流选择1.5IN；26.3电机减速条件:积分减速；26.4制动斩波器:是；26.5-26.7无选择。（4）主菜单30：保护组31:监视；31.1输出频率1监视:低限；31.2输出频率1监视:0.5HZ;其余按缺省值。大车和小车的变频器设置：26.4制动斩波器:否；组31:监视不设定，其余与主起升变频器设定相同。2.绵阳游仙自来水厂恒压供水：2台160KW水泵，2台75KW水泵，采用循环投切方案，系统框图如下：变频器ACS604-170-3一台，采用PLC控制过程。切换过程中要求先关阀后切换，然后再开阀。为适应恒压供水，变频器接口按下图联结图9变频器恒压供水系统图最小给定:0mA；13.09AI2滤波时间常数:5S；其余按缺省值。组14继电器输出：14.01继电器输出1的内容:PFC控制；1402继电器输出1的内容:PFC控制；14.03故障。组15：模拟输出；组16：系统控制输入：16.01允许运行:Yes：组22：加速/减速：22.02/22.03加速/减速时间10s。组81水泵风机控制：81.01水泵风机控制的信号来源，过程给定从参数11.06定义，控制盘必须使远程控制模式；81.09，81.10设置起动频率52HZ；81.12，81.13设置下限停机频率；81.20电机互锁功能:NO.

3.金堂自来水厂：成都野生动物园供水站,30KW,18.5KW,11KW水泵各一台，采用循环投切方案，系统框图如下：自耦减压启动器继电器扩展板图10变频器恒压供水系统图2.主电路：整流桥，充电限流电路，逆变桥，浪涌吸收电路（1）二极管整流桥，双PWM（2）充电限流电路有几种形式：a).用可控硅代替交流接触器：如图2b).整流桥为半控桥：如图3图2可控硅开关图3单相二极管充电电路C).整流桥为全控整流桥：如图4图4辅助整流桥充电电路d).整流桥的测量：二极管的测量方法，比较几个二极管的正向电阻值，二极管反向耐压较高（1600V）。一般几个二极管的正向电阻值接近，整流桥基本都是好的。e).与此有关的故障：整流桥个别二极管损坏：负载轻，正常负载充电电阻损坏交流接触器故障均压电阻故障整流桥的代换：额定电流值，耐压值注意事项：维修变频器充电灯必须熄灭变频器的接线（3）逆变桥：IGBT,IPMa).概述：变频技术是建立在电力电子技术基础之上的。在低压交流电动机的传动控制中，应用最多的功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智能模块IPM，后面二种集GTR的低饱和电压特性和MOSFET的高频开关特性于一体是目前通用变频器中最广泛使用的主流功率器件。IGBT集射电压Vces可＜3V,频率可达到20KHZ,内含的集射极间超高速二极管Trr可达150ns,1992年前后开始在通用变频器中得到广泛应用。其发展的方向是损耗更低,开关速度更快、电压更高,容量更大(3.3KV、1200A),目前，采用沟道型栅极技术、非穿通NPT技术等方法大幅度降低了集电极一发射极之间的饱和电压[VCE（sat）]的第四代IGBT也已问世。第四代IGBT的应用使变频器的性能有了很大的提高。其一是ICBT开关器件发热减少，将曾占主回路发热50－70％的器件发热降低了30％。其二是高载波控制，使输出电流波形有明显改善；其三是开关频率提高，使之超过人耳的感受范围，即实现了电机运行的静音化；其四是驱动功率减少，体积趋于更小。而IPM的投入应用比IGBT约晚二年，由于IPM包含了1GBT芯片及外围的驱动和保护电路．甚至还有的把光耦也集成于一体，因此是种更为好用的集成型功率器件，目前，在模块额定电流10－600A范围内，通用变频器均有采用IPM的趋问，其优点是：（l）开关速度快，驱动电流小，控制驱动更为简单。（2）内含电流传感器，可以高效迅速地检测出过电流和短路电流，能对功率芯片给予足够的保护，故障率大大降低。（3）由于在器件内部电源电路和驱动电路的配线设计上做到优化，所以浪涌电压，门极振荡，噪声引起的干扰等问题能有效得到控制。（4）保护功能较为丰富，如电流保护、电压保护、温度保护一应俱全，随着技术的进步，保护功能将进一步日臻完善.（5）IPM的售价已逐渐接近IGBT．而计入采用IPM后的开关电源容量、驱动功率容量的减小和器件的节省以及综合性能提高等因素后在许多场合其性价比已高过IGBT，有很好的经济性。为此IPM除了在工业变频器中被大量采用之后，经济型的IPM在近年内也开始在一些民用品如家用空调变频器，冰箱变频器、洗衣机变频器中得到应用。IPM也在向更高的水平发展，日本三菱电机最近开发的专用智能模块ASIPM将不需要外接光耦;通过内部自举电路可单电源供电并采用了低电感的封装技术，在实现系统小型化，专用化，高性能，低成本方面又推进了一步。C）.IPM的自保护功能：欠电压锁定：内部控制电压由一个15V的直流电源供电，若某种原因是这一电源低于规定的欠电压动作数值，则功率器件关断并输出故障信号，小毛刺部动作。过热保护：在靠近芯片的绝缘基板上安装一温度传感器，若基板温度超过过热动作数值，IPM截止并输出故障信号。图6IGBT六单元结构图5IGBT二单元结构b).电路图控制电源图72单元IPM外部接线图控制电源过流保护：若流过IPM的电流超过动作数值的时间大于toff(oc),则IPM将被软关断，并输出故障信号，第3代IPM的toff(oc)=10。短路保护：若负载短路或控制器故障引起上下桥臂短路，则IPM将被软关断，并输出故障信号，响应时间不足100ns.d).命名与编号：三菱系列（1）器件CM=IGBT模块(4)对IPMPM=IPM模块H=一单元（2）电流额定值IC(安培)D=二单元（3）对IGBTC=六合一H=一单元R=七合一D=二单元（5）外型或局部变化T=六合一（6）耐压值（IGBT)乘50E=制动或斩波（7）耐压值（IPM)乘10（8）H=H系列模块（IGBT)例：CM100DY-24HPM600H-SA120东芝系列MG150M2YL1（1）（2）（4）（5）（6）（8）（1）（2）（3）（5）（7）东芝电流额定值耐压等级单元数接线方式产品系列G—600VM—1000VN—1100VQ—1200VS—1400Ve).IGBT好坏的简单判别：耐压值：摇表或兆欧表，能产生1000V直流电源，测量电路如图8所示：注意事项：G即必须与E相连图8IGBT耐压测量电路导通和截止的测量：对GE充正电测量导通，对GE充负电测量截止。续流二极管正向电阻的测量：容量相同的模块其续流二极管正向电阻值基本相近，一般位数百欧。f).与此有关的故障过流：加速过流，减速过流，运行过流IGBT故障导热硅脂干涸注意事项：主回路通电前，IGBT的G极严禁开路。换IGBT的底板要均匀地涂一层导热硅脂，固定螺钉需拧紧。换IGBT后通电之前在直流回路中串入限流电阻,接法如图9。如图中R4,一定要接在电容与逆变桥之间。IGBT的代换：同型号，考虑不同代产品的损耗不同。不同型号，ICVCE满足的前提下考虑体积，安装位置，接线方式，不同代产品的损耗等。图9限流电阻的接法与位置图（4）电解电容：寿命5年，容量下降发热膨胀漏液，用电容测试仪测量。电解电容的误差为标称值的20%。（5）浪涌吸收电路图10吸收回路目前变频器普遍使用的吸收回路如图10所示的三种电路。（5）浪涌吸收电路

3.控制电路：变频器的控制电路有主控电路，保护电路和操作，显示电路构成。控制电路的核心是CPU,V/F控制型变频器使用8XC196MC/MH,PD78366,M37705或TMS320C24X/28X等。矢量控制变频器采用双CPU或DSP.从维修角度讲，修主板的难度较大。判定主板的好坏，最常用的方法就是代换法。板上明显故障可修理，隐藏故障的修理比较复杂，利用示波器，加上经验，再分析判断。4.驱动回路：驱动电路作为逆变电路的一部分，对变频器的三相输出有着巨大的影响。驱动电路的设计一般有这样几种方式(1)分立插脚式元件组成的驱动电路;(2)光耦驱动电路;(3)厚膜驱动电路;(4)专用集成块驱动电路等几种。3.控制电路：4.驱动回路：(1)分立插脚式元件的驱动电路分立插脚式元件组成的驱动电路在80年代的日本和台湾变频器上被广泛使用,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)台湾(欧林,普传,台安.)等一系列变频器。随着大规模集成电路的发展及贴片工艺的出现,这类设计电路复杂，集成化程度低的驱动电路已逐渐被淘汰。(2)光耦驱动电路光耦驱动电路是现代变频器设计时被广泛采用的一种驱动电路，由于线路简单，可靠性高，开关性能好，被欧美及日本的多家变频器厂商采用。由于驱动光耦的型号很多，所以选用的余地也很大。驱动光耦选用较多的主要由东芝的TLP系列，夏普的PC系列,惠普的HCPL系列等。以东芝TLP系列光耦为例。驱动IGBT模块主要采用的是TLP250，TLP251两个型号的驱动光耦。对于小电流,15A左右的模块一般采用TLP251。外围再辅佐以驱动电源和限流电阻等就构成了最简单的驱动电路。而对于中等电流(50A)左右的模块一般采用TLP250型号的光耦。而对于更大电流的模块，在设计驱动电路时一般采取在光耦驱动后面再增加一级放大电路，达到安全驱动IGBT模块的目的。(c)厚膜驱动电路厚膜驱动电路是在阻容元件和半导体技术的基础上发展起来的一种混合集成电路。它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制作模式元件和连接导线，将驱动电路的各元件集成在一块陶瓷基片上，使之成为一个整体部件。使用驱动厚膜对于设计布线带来了很大的方便,提高了整机的可靠性和批量生产的一致性，同时也加强了技术的保密性。现在的驱动厚膜往往也集成了很多保护电路，检测电路。应该说驱动厚膜的技术含量也越来越高。现在普遍使用的厚膜驱动电路主