变频器工作原理及故障排除2012.ppt
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1、设备部电气 2012年2月,变频器原理及故障排除,第一章 变频器基本原理,改变输入频率 (无级调速)变频器,N=60F/P,P:极对数,F:频率,N:转速,改变极对数 (有级调速),1.1、变频器的调速原理,交-直-交变频器的主要结构框图,交-直-交变频器的主要结构框图,交-直-交变频器原理图,交-直-交变频器原理图,RA 变频器制动方式能耗制动,1.能耗制动,变频器制动方式能耗制动,RA 变频器制动方式能量回馈制动,2.能量回馈制动,电动机调速的关键是转矩控制,GD2:电动机和负载的飞轮转矩 Td:电动机的电磁转矩 TL:电动机的负载转矩 n:转速,电动机调速基础,由上式可知:要控制转速只需
2、控制Td,变频器的控制方法-电动机调速基础,Td = Km Fs Fr sin,Td:电动机的电磁转矩 Km:比例系数 Fs, Fr :三相矢量中的任意两个矢量的模 : Fs和 Fr的夹角,电动机统一转矩公式,电动机磁通矢量图,由电动机统一转矩公式可知,电动机的电磁转矩和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有的余弦成正比,所以要控制电磁转矩就必须控制任意两个矢量的模和夹角,1、恒U/F控制(属于标量控制),定子电动势有效值为: E=4.44F :电动机气隙磁链 F:电动机工作频率,为避免电动机因频率的变化而导致磁路饱和引起励磁电流增大,功率因数和效率降低,需要维持气隙磁通,所以在调节F时,E
3、也回相应地变化,即:E/F=K(恒定值),变频器的控制方法,2、矢量变换(数学运算),变频器的控制方法矢量控制,矢量控制(基于转子磁链定向),控制思想:,变频器的控制方法直接转矩控制,3.直接转矩控制(基于定子磁场定向),直接转矩控制的原理框图,电动机变频调速时的机械特性 n :定常系数,当TT*时,T0=1,磁场加速 n增大,转矩增加; 当TT*时,T0=0,磁场不变,电 动机转子因惯性使n减小,转矩 减小。,无速度传感器矢量控制,利用自适应控制法通过电压和电流模型运算,从而实现磁通和转矩的解藕,并分别进行控制。,在许多场合,安装编码器不方便,同时也是为了 降低成本,要求使用无编码器系统。例
4、如安装空 间较小,控制精度要求不高的场合。,无速度传感器矢量控制,直流传动和交流传动的比较电机,1.2 、变频器典型应用,直流传动和交流传动的比较电机,风机负载和泵类负载的负载特性,由此可知二次方律负载遵循如下规律(n: 转速): 流量Q n 扬程H n2 功率P n3,也可以转化为:PL=KFP0+KF3PN,空载转矩,转矩系数,工作与额定F的比值,用三台变频器控制三台风机,其中两用一备,电机的功率P=55KW, 设计风量为Q。空载损耗为10%,转速1250转/分。若风机正常在970转/分 以下连续可调,每天所需的供风量为1.5Q。 (1)一台工频运行,一台变频运行;则全速 P0=55*10
5、%=5.5KW P1=55KW 由PL=P0+KPnL3得: KP=55-5.5=49.5KW P2=5.5+49.5*(50%)3=11.7KW 总消耗的功率为55+11.7=67KW,风机的节电率统计举例,风机的节电率统计举例,(2)两台变频运行时每台的平均供风量为75%Q P1=P2=5.5+49.5(75%)3=26.4KW 总消耗的功率为P1+P2=52.8KW (3)三台变频运行时,每台的平均供风量为50%Q P1=P2=P3=5.5+49.5 (50%)3=11.7KW 总消耗的功率为P1+P2+P3=35.1KW 可见三台风机全投入变频运行时效果最好。假定每月工作30天,每天
6、工作24小时,按每度0.7元计,则方案三可以比其他两个方案多节省电费 8000元左右。 两台工作是最多可节能 30*24*0.7*(111-52.8)=29332.8元 三台工作是最多可节能 30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4元,系统应用效果,使用了变频器以后,不但免去了许多繁琐的人工操作,消除了许多不安 全隐患因素,并使系统始终处于一种节能状态下运行,合理地轮换使用电机 延长了设备的使用寿命,更好的适应了生产需要。而且变频器丰富的内部控 制功能可以很方便地与其他控制系统或设备实现闭环自动控制。这在实现自 动控制的同时,提高了控制精度,从而提高了产品质量。,直流传动和交流
7、传动的比较-应用,第二章 变频器分类,23,按主电路工作方法分类:电压型变频器、电流型变频器 按电压等级分类: 、高压变频器:3KV、6KV、10KV 、中压变频器:660V、1140V 、低压变频器:220V、380V 按电压性质分类: 、交流变频器:AC-DC-AC(交-直-交)、AC-AC(交-交) 、直流变频器:DC-AC(直-交) 按变频器调压方法: 、PAM变频器是一种通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。、WM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个 脉冲波个脉冲,其等值电压为正弦波,波形较平滑。 按工作原理分:、U/f控制变频器(VVVF控制) ;、SF控制
8、变频器(转差频率控制); 、VC控制变频器(Vectory Control 矢量控制)。,2.1 分类,24,潮电变频器种类 按电压分:主要有高压变频器,如凝泵变频器;低压变频器。 按工作原理分:V/F控制,如化学水的M430系列;矢量变频器,如斗轮机的M440系列;空预器和汽机房行车的ACS 800系列;卸船机的6SE70系列。 按厂家分:主要有SIEMENS, ABB, Schneider, A-B,三菱 ,富士, 东方日立 ;北京利德华福;,25,HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术,属高-高电压源型变频器,直接6KV输入,直接6KV高压输出。 变频器主要由移相
9、变压器、功率模块和控制器组成;,2.2 高压变频器简介,26,图1 电气一次主接线图 1、QF1- 真空断路器 2、QS1 、QS2、QS3-单向刀闸 3、M-电机,27,高压变频调速系统结构图,28,输入侧结构,输入侧由移相变压器给每个功率模块供电,移相变压器的副边绕组分为三组,根据电压等级和模块串联级数,由36脉冲系列构成多级相叠加的整流方式,可以大大改善网侧的电流波形(网侧电压电流谐波指标满足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求)。使其负载下的网侧功率因数接近1,无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低
10、压变频器,便于采用现有的成熟技术。,29,输出侧结构,输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的PWM波形进行重组,可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,对电缆和电机的绝缘无损坏,无须输出滤波器,就可以延长输出电缆长度,可直接用于普通电机。同时,电机的谐波损耗大大减少,消除负载机械轴承和叶片的振动。,30,第三章 变频器故障排除,31,3.1、排除故障基本素养,1、合适的工具;如万用表、绝缘电阻表、钳表等;套筒、螺丝刀;注意花型或内六角、公制或英制的区别; 2、注意文本记录;主要是装置的铭牌信息(订货号、出厂序列号、硬件版本号等);变频
11、器内部参数的记录;端子线号的记录;手写记录或相机拍照。 3、注意防静电措施;,32,33,在对故障排除时,我们可效仿中医诊病“望闻问切”的方法。 第一步望:对故障变频器系统目视观察,以发现形态上的异常。这有时需要拆掉一些外部的盖板之类的部件,但暂时不需要动及内部的结构部件。目视检查中应注意以下内容 变频器的前端整流元件有无爆裂? 预充电电阻是否有烧损或烧过(表面是否呈灰白色、是否掉渣)的迹象? 预充电电阻的切除继电器是否有爆裂、拉弧、烧坏的迹象? 快熔是否已熔断? 直流母线电容器是否有爆裂或膨胀变形等现象? 可控硅与IGBT等原件是否有爆裂与飞狐的熏黑迹象? 与功率原件相连接的一些阻容吸收元件
12、、压敏器件等有无爆裂? 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;小动物或昆虫的尸体;有无液体侵入;大量灰尘堆积等情况? 系统内是否有部件不在正确的安装位置上,或形态异常等等。,3.2、排除故障方法,34,第二步闻:这一点很重要,变频器系统的硬件损坏的过程往往伴随发生过爆裂、飞弧、燃烧等现象,其结果一般会在故障后的系统中留有焦糊异味。在日常巡检中我们也要通过变频器是否有焦糊异味来判断是否有过热的部位,预先发现设备隐患。 第三步问:仔细询问对故障发生过程有经历的人员,与他们讨论故障发生的现象和过程,是分析故障的重要手段,要多方面询问故障发生时现场所有人员了解的情况,以免有
13、什么现象遗漏,或者描述错误;以及辨别那些事当时故障发生时的现象,那些是现场人员自己的推测;避免把推测当成事实而误导自己的判断; 第四步切:这是硬件故障排除最为复杂的步骤,也最为关键,需要我们借助检测工具,及检修经验,最终判断故障元器件。通过前面的三个步骤,我们对系统发生的问题应当已经有了概貌的了解。需要根据情况决定下一步的行动。,35,这是硬件故障排除最为复杂的步骤,也最为关键,需要我们借助检测工具,及检修经验,最终判断故障元器件。通过前面的三个步骤,我们对系统发生的问题应当已经有了概貌的了解。需要根据情况决定下一步的行动。 若发现系统的一些部件已经明显损毁,并已决定自行维修,也有相应的备件支
14、持时,可采取的后续步骤显然是着手拆下这些故障的部件。根据系统的型号、硬件的版本信息及拆下的部件的订货号,再次确认拟用的备件是否正确。然后使用正确部件将他们替换下来。在这个过程中,也应进一步检查其它部件,特别是相邻及相关部件的形态,看有无新的异常发现,以便一并处理,在可能的情况下,还应采用检测手段,来确认留用的部件是否还具有正确的电气功能与特性。在替换掉所有损坏的和可疑的部件以后,则重新按照装配的规则与技术要求,完全的恢复系统的硬件结构。,36,如果哪一步出现异常,均意味着硬件有故障。这样就要先更换损坏的部件,最终需能将这些检测进行到底,并完全通过;以及排除软件故障的可能性,如参数设错等, 如这
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