变频器原理及西门子6SE70变频器维修及调试.ppt
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1、西门子6SE70系列变频器维修及调试课程 坚持学习和运动,这是保持热情的秘决薛军,第一章:变频调速基础知识,在本章您将学到: 三相异步电机调速原理 三相异步电机调速方式 变频调速的特点及发展 变频调速的基本原理 变频同时需要调压的原因 调压调频实现的方法SPWM,三相异步电动机调速原理,定子旋转磁场的产生及电机转速公式:,N=60F/P(1-S),P:极对数,F:频率,N:转速,S:转差率,标准异步电机速度参数一览,早,晚,发 展 时 间,交流电机调速系统的发展历程,在变频器出现前同步电机无法实现调速功能,因此只能在定速传动领域使用 三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳,但其结构坚固、经久耐用且价
2、格低廉 还是在一些性能较低的传动现场使用,变频调速概述及其特点,变频技术 交流变频是强弱电混合综合性技术,既要处理大电能的转换(整流、逆变),又要处理信息的收集、变换和传输,因此它的技术分成功率转换和弱电控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题,后者要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题,目前广泛应用的是全数字控制技术。 变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机,标准适配电机极数是2/4极,变频调速的优势(与其它交流电机调速方式对比),变频调速的发展历程,电机控制 算法,功率半 导体技术,V/F控制,SCR,GTR
3、,矢量控制,IGBT,计算机 技术,单片机 DSP,IGBT大容量化,更高速率和容量,如:矩阵式变频器,大功率传 动使用变 频器,体 积大,价 格高,未来发展方向 完美无谐波,PWM技术,SPWM技术,PWM优化 新一代开关技术,无速度矢量控制 电流矢量V/F,70年代,80年代,60年代,90年代,高速DSP 专用芯片,00年代,超静音变频器开始流行 解决了GTR噪声问题 变频器性能大幅提升 大批量使用,取代直流,算法优化,更大容量 更高开关频率,PWM技术,空间电压矢量 调制技术,变频器体 积缩小, 开始在中 小功率电 机上使用,变频器简要工作原理,整流部分,储能环节,逆变部分,M,交流,
4、交流低压交直交通用变频器系统框图,直流,直流,交流,整流器:将交流电变换成直流的电力电子装置,其输入电压为正弦波,输入电流非 正弦,带有丰富的谐波 逆变器:将直流电转换成交流电的电力电子装置,其输出电压为非正弦波,输出电 流近似正弦,更为直观的交直交变频原理框图,Rb:制动电阻,R0:预充电电阻,R1R2:均压电阻,为什么变频同时需变压,1、从能量关系看主磁通的变化 2、从反电动势看主磁通的变化 E1KEfX1 1KF ,保持磁通不变的途径,1、从能量角度看 2、从电动势的角度看 E1KEf1 C 1C 顶替办法: C 1C 变频的同时也要变压,所以变频器常称为VVVF,变频又变压的具体方法,
5、正弦脉宽调制() a)电压波形 b)电流波形,正弦脉宽调制的实现1,单极性调制 a)电压较大 b)电压较小,正弦脉宽调制的实现2,双极性调制,第二章 交直交变频器的主电路,在本章您将了解到: 整流滤波电路 逆变电路 逆变器工作原理 均压电阻的作用 限流电阻的作用 续流二极管的作用 逆变器的工作条件及发展,整流与滤波电路1,滤波电容要均压,注意: 要理解均压的正确意义,整流与滤波电路2,充电过程要限流 a)直接充电 b)加入限流电阻,思考:为什么限流电阻要并上KM2, 它是什么, 起什么作用?,注意: 一切皆要用心, 寸心不昧, 万法皆明!,逆变电路,逆变电路的结构 a)逆变电路 b)输出电压实
6、际波形 c)输出电压等效波形,思考:每个逆变器旁并的是什么, 起什么作用?,单相逆变原理,图114 单相逆变桥原理 a)单相逆变桥电路 b)负载所得电压波形,三相逆变原理,图115 三相逆变桥 a)三相逆变电路 b)输出电压波形,逆变器必须满足的条件,逆变器件的工作条件:,(2)允许长时间频繁地接通和关断。,(3)接通和关断的控制必须十分方便。,(1)能承受足够大的电压和电流。,逆变器件的发展 1,SCR逆变原理图 )逆变电路 )电压波形 )电流波形,起步始于晶闸管,逆变器件的发展 2,图118 GTR逆变 )逆变电路 )电压波形 )电流波形,普及归功GTR(BJT),逆变器件的发展 3,图1
7、19 IGBT逆变 )逆变电路 )电压波形 )电流波形,提高全靠IGBT,逆变电路的电流路径1,电动机状态nMn0 a)空载示意图 b)矢量图 c)电路图 d)电压、电流曲线,注意电压失量与电流失量的相位差问题,逆变电路的电流路径2,发电机状态(nMn0) a)重载示意图 b)矢量图 c)电路图 d)电压、电流曲线,可否注意, 从图上看, 续流二极管的作用已经一目了然!,如还不明白没关系, 请看下页!,续流二极管的作用,由上两页图可以看出,可控硅在交流电压过零时,电流很大,减小时由于电感的自感电势而无法关断;所以要将自感电流导走; 有了续流二极管,自感电势被短接,电流通过二极管形成回路; 在可
8、控整流电路,如果可控硅在交流电压过零时不能关断,就会进入交流负半周,输出负压,使直流输出电压下降;这在整流器的应用非常重要!,第三章 西门子6SE70系列变频器维修维护,在本章您将了解到以下内容: 6SE70变频器分类 变频器故障维修方法 用户数据备份的方法和途径 DriveMonitor在维修中的应用 变频器通用模块与元器件介绍 变频器故障信息的查看方法 更换CU板后的功率定义,注:本章开始,再提及变频器皆指西门子6SE70型变频器,6SE70变频器分类,书本型(2.237KW) 变频器与逆变器,整流器,整流/逆变器,装机柜型(452300KW) 变频器,逆变器,整流器与整流/逆变器,增强书
9、本型(0.518.5KW) 包括变频/逆变器,整流器,装置的定货号与硬件版本号,通过定货号我们可以确定此系统是变频器、逆变器还是整流器,是工作在什么样的进线电压下的,以及其结构尺寸,是我们报修和订购备件的最基本信息 硬件版本号对采购正确的备件非常重要,采购备件时需报出装置的定货号及硬件版本号,硬件版本不同,其硬件结构形态或电性能会存在某种差异,没有硬件版本状态信息,不一定能够订到正确的备件,注意:不要觉得定货号硬件版本号离我们很远,其实里面大有学问!,当一个学习对象的各角度知识汇集一起在你脑中,你会很快找到豁然开朗的感觉!,变频器故障维修方法1,望即目视检查,以发现形态上的异常,重点注意以下内
10、容: 变频器前端整流元件有无爆裂? 预充电电阻是否有烧毁(表面是否灰白色或掉渣)的迹象 预充电电阻的切除继电器是否有拉弧、烧坏迹象 快熔是否熔断 直流母线电容器是否有爆裂与飞弧的熏黑迹象 与功率元件相连的阻容吸收元件、压敏器件有无爆裂? 各线路板上是否有元器件爆裂、烧毁、开焊等现象? 系统内是否存在异物,小动物或昆虫尸体,有无液体侵入,大量灰尘堆积等情况?,望、闻、问、切 诊疗法!,变频器故障维修方法2,闻系统中是否留有元件爆裂、飞弧、烧毁等焦糊味道 问仔细询问对故障发生过程中经历的人员故障发生的现象和过程 切若前面的检查无所发现,则按后面步骤进行。,注意:望闻问切诊疗法不仅适用变频器,也可以
11、适用于其它如软启动器等电气器件!,希望我们以后沿此思路规范我们各项作业,古人留下的精髓不能只用于老外的设备!,主要的非通电检查1,用万用表二极管档做常规检查,注意:一开始就要养成万用表的正确使用习惯,不要弄错档位,表笔不要插错孔, 特别是电压档与直流档的正确选择,否则将可能烧毁万用表!,主要的非通电检查2,用万用表测量输出侧的IGBT桥,注意:不要用手直接触摸IGBT的触发极,否则可能直接损坏IGBT元件!,主要的非通电检查3,用高阻表做绝缘检查 将变频器的U1、V1、W1、C、D、U2、V2、W2各点用一组测试短路线(如带有鳄鱼的短路线,应自制)短路成一点。其高阻检测表的正极性表笔接上述短路
12、点,负表笔接系统外壳(PE),测试电压可选DC-500V或DC-1000V在上述端子外侧无其它连接的情况下,测得的电阻值应2兆欧姆(多在2兆欧姆-10兆欧姆之间)。但这个结果有时会受现场环境湿度的影响,端子外部保有连接的情况下也会对此值有大的影响。,注意:上述八点必须可靠短接成一点,再用高阻表进行检测,否则会损坏变频器!,变频器/逆变器的正确拆装1,1、在设备断电和完全放电后进行。 2、场地干净,拆、装工具与部件、结构件应有区域存放。 3、有正确、适用的拆装工具。 4、准备好清洗剂(无水酒精)、耗材,注意防火。 5、拆卸过程中做好记录,“好记性不如烂笔头”,以备回装时查用。 6、操作时穿着防静
13、电工作服,佩带防静电完腕扣。注意经常执行静电释放动作。避免身体的静电损坏线路板及半导体元、器件。,注意: 重要设备的拆装请严格按培训教材步骤进行作业, 一招失足留千古恨!,变频器/逆变器的正确拆装2,7、有些无禁固部件的放置形态(如D尺寸装置中的电流互感器)需要注意安放方向标记。 8、拆装前必须完成装置的数据备份。在有工艺调节板(T400,T300,T100等)时,要将工艺板的参数备份或记录完整。另一种方法是将原CU原封不动暂存,用另一块CU板在维修期间暂用。 9、紧固可控硅与IGBT等功率器件时,应按照指明的紧固力矩植,用力矩扳手操作。 10、可控硅与IGBT模块在与散热器接触的底面上涂有导
14、热硅脂,器件拆下后,用无水酒精将安装基面擦洗干净,器件安装时要重新涂覆导热硅脂。注意不是多多益善,越薄、越均匀越好。,注意: 防静电工作极为重要,某些小元件的损坏,若没有备件, 就只能拆东补西了!,现场维修所需工具材料,力矩扳手;0.525NM,20NM60NM各1把 呆扳手、梅花扳手各一套; 套筒扳手;套筒头8#、10#、13#、17#、19# 套装螺钉工具(一字、十字各种规格、内六角方型、内六角花型(T8T40); 热吹风机用于处理热缩套管; 剪钳、端子压接钳、尖嘴钳; 电烙铁、焊丝、焊膏(中性); 毛刷、壁纸刀、手电筒; 无水酒精、各种尺寸热缩套管,尼龙扎带 导热硅脂,更换二极管、可控硅
15、、IGBT模块时使用 各种大小螺钉、螺母、垫圈、弹簧垫圈等,注意:搞电气的使用正确可靠工具非常重要, 关系着工作质量, 工作心情, 还有面子!,现场维修所需测试工具,一块状态较好的万用表; 高阻检测表(能产生DC1000V测试电压); 6SE70系列的逆变器测试盒; 测试工具电源; PC装有STEP7、DRIVE ES BASIC与DRIVEMONITOR软件; CP5611 DP网卡(笔记本用CP5512); 通讯电缆: 1)带有软件升级开关的RS232软件接口、通讯电缆; 2)带有R232/RS485转换接口的RS485接口通讯电缆; 3)PROFIBU通讯电缆,6XV1830-1CH15
16、。,注意: 6SE70系列变频器的RS232电缆可以自制, 注意严格按照大全上的制做方法, 注意焊接安全!,6SE70逆变器测试盒的使用方法,1、可用于书本型、架装型与柜装型,但不可直接用与增强书本型。 2、测量中间电压(端子:“C”和“D”)使中间电压小于50V。拆掉装置与电机的连线。 3、拆下调节组件“CU”,接上测试线,将测试盒上的所有开关都拨到“0”挡。 4、通过插头X9接通24V电源(2428V)X9/1=P24, X9/2=M适合的电源为0-30V/5A。 5、可开始按培训教材上步骤进行测试。,注意:逆变器测试盒属贵重检测仪器,轻拿轻放,价值1万人民币,请自重!,变频器输出电缆长度
17、及滤波器使用,功率越低允许的电缆长度越短; 采用输出电抗器及滤波器可以增加电缆长度; 采用屏蔽电缆电容效应增强,允许电缆长度变短,但降低对外部的干扰,噪声电流通过屏蔽层流回变频柜; 降低触发频率可延长电缆长度; 空间失量调制采用正弦滤波器可大大延长至电机的电缆长度。,跟工程人员要注意此问题,不合适的电缆长度,会影响变频器及电机寿命!,用户数据备份注意事项,维修开始前必须做好用户数据的备份工作,用户数据丢失或损坏可能比硬件损坏更为糟糕。 系统中如果有T300或T400等工艺模板,数据备份时一定要在DriveMonitor软件Upload的选项中选中工艺参数。 有工艺模板时,开始时的基本设置中一定
18、要正确地选择工艺板软件包的类型与版本,之后在Upload的操作中才会激活工艺板数据备份选项。 还有一种设备厂商自行开发的工艺板软件,这种情况是无法备份数据的,应当设备交付时搞清处理方式并交清备份,注意:数据备份问题不能小觑,重要设备调试好的数据丢失,属重大责任事故!,用户数据备份的方法和途径,6SE70变频器用户数据备份需借助PC机DriveMonitor或Simovis软件来实现,PC机与变频器联结有以下几种途径: PMU上X300与PC相联,需RS232串口通讯联线 X101的USS2接口,这是另一个RS485接口,需通过RS232/RS485接口转换器实现通讯 通过CBP2板连接,需要P
19、ROFIBUS联结线,PC上需安装DriveES及DriveMonitor软件 还有一种简易方法通过OP1S,它可以通过PMU上X300端口直连,最多可存8组数据,注意:据使用经验,OP1S保存数据不很可靠,且易误操作损坏或丢失数据,重要设备参数尽量做PC机备份,最好在另外可靠的移动存储器做双备份!,PMU上RS232接口的重要性,PMU上X300具有RS232和RS485双重接口方式的数据接口,但注意RS485接口是在RS232接口的基础上转换出来的,如果RS232接口损坏,RS485接口必然损坏 RS232接口不支持带电插拔,插拔时至少需停掉一侧装置电源,否则易损坏接口硬件 RS232接口
20、方式担负一些其它通讯不支持的功能,如CU模板软件的升级刷新,若此接口损坏,系统软件就无法升级刷新了。 基于以上原因,日常应用应节约使用RS232接口。,注意:无论以前如何操作,请现在开始养成规范操作习惯,亡羊补牢,为时不晚!,DriveMonitor在维修中的应用,DriveMonitor功能强大,在维修工作中主要体现以下功能: 数据文件的上传与下载,用于用户数据的备份与恢复 数据文件的比较功能,用于查找数据设置方面的错误 软面板操作功能,用于维修后的试机 TRACE功能,可用于观测连接量K或B 选件模板的升级,注意: 尽量使用高版本, 落后版本可能不认新版本机CUVC, 比较麻烦!,系统软件
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