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变频器维修知识大全.doc
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变频器维修知识大全
变频器主要由整流 (交流变直流 )、滤波、再次整流 (直流变交流 )、制动单元、驱动单元、检测单元微
处理单元等组成的。
1: VVVF 改变电压、改变 频率 (Variable Voltage and Variable Frequency)的缩写。
*2: CVCF 恒电压、恒 频率 (Constant Voltage and Constant Frequency)的缩写。
各国使用的交流供电电源,无论是用于家庭还是用于工厂,其电压和 频率均为 200V/60Hz(50Hz)
或 100V/60Hz(50Hz),等等。通常,把电压和 频率固定不变的交流电变换为电压或 频率可变的交流电的
装置称作 ”变频器 “。为了产生可变的电压和 频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电
(DC)。把直流电 (DC)变换为交流电 (AC)的装置,其科学术语为 ”inverter”(逆变器 ) 。由于变频器设备
中产生变化的电压或 频率的主要装置叫 ”inverter”,故该产品本身就被命名为 ”inverter”,即:变频
器 ,变频器也可用于家电产品。 使用变频器的家电产品中不仅有 电机 (例如空调等 ),还有荧光灯等产
品。用于电机控制的变频器,既可以改变电压, 又可以改变 频率。但用于荧光灯的 变频器 主要用于调
节电源供电的 频率。汽车上使用的由电池 (直流电 )产生交流电的设备也以 ”inverter”的名称进行出售
。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。 例如计算机电源的供电, 在该项应用中, 变频器用于抑
制反向电压、 频率的波动及电源的瞬间断电。
1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变?
*1: r/min 电机旋转速度单位:每分钟旋转次数,也可表示为 rpm. 例
如: 2 极电机 50Hz 3000 [r/min] 4 极电机 50Hz 1500 [r/min] 结论:
电机的旋转速度同 频率成比例
本文中所指的 电机为感应式交流 电机,在工业中所使用的大部分 电机均为此类型 电机。感应式交流
电机 (以后简称为 电机 )的旋转速度近似地确决于 电机的极数和 频率。由电机的工作原理决定 电机的
极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值
(为 2 的倍数,例如极数为
2,4,6),所以
一般不适和通过改变该值来调整 电机的速度。
另外, 频率 能够在 电机的外面调节后再供给 电机 ,这样 电机 的旋转速度就可以被自由的控制。
因此,以控制 频率为目的的 变频器,是做为 电机调速设备的优选设备。
n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数结论:
改变 频率和电压是最优的 电机控制方法
如果仅改变 频率而不改变电压, 频率降低时会使 电机出于过电压 (过励磁 ),导致电机可能被烧坏。
因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。 输出频率在额定频率以上时,电压却不可以继续
增加,最高只能是等于 电机的额定电压。
例如:为了使 电机的旋转速度减半,把 变频器的输出频率从 50Hz 改变到 25Hz,这时 变频器的输出
电压就需要从 400V 改变到约 200V
2. 当电机的旋转速度 (频率 )改变时,其输出转矩会怎样?
*1: 工频电源 由电网提供的动力电源 (商用电源 )
*2: 起动电流 当电机开始运转时, 变频器的输出电流
变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动
电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大, 而当使用 变频器供电时,这些冲击就要弱一些。 工频直
接起动会产生一个大的起动起动电流。 而当使用 变频器时,变频器的输出电压和 频率是逐渐加到
电机上的,所以 电机起动电流和冲击要小些。通常, 电机产生的转矩要随 频率的减小 (速度降低 )而
减小。减小的实际数据在有的 变频器手册中会给出说明。 通过使用磁通矢量控制的 变频器 ,将改善
电机低速时转矩的不足,甚至在低速区 电机也可输出足够的转矩。
3. 当变频器调速到大于 50Hz 频率时,电机的输出转矩将降低
通常的电机是按 50Hz 电压设计制造的,其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定 频率之
下的调速称为恒转矩调速 . (T=Te, P<=Pe)。变频器输出频率大于 50Hz 频率时,电机产生的转矩要以
和 频率成反比的线性关系下降。当 电机以大于 50Hz 频率速度运行时, 电机负载的大小必须要给予考
虑,以防止电机输出转矩的不足。举例,电机在 100Hz 时产生的转矩大约要降低到 50Hz 时产生转矩的
1/2。因此在额定 频率之上的调速称为恒功率调速 . (P=Ue*Ie)。
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4. 变频器 50Hz 以上的应用情况
大家知道, 对一个特定的 电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的。 如变频器 和电机额定值都是:
15kW/380V/30A ,电机可以工作在 50Hz 以上。当转速为 50Hz 时,变频器的输出电压为 380V ,电流为
30A. 这时如果增大输出 频率到 60Hz, 变频器的最大输出电压电流还只能为 380V/30A. 很显然输出功
率不变 . 所以我们称之为恒功率调速。 这时的转矩情况怎样呢 ?因为 P=wT (w:角速度, T: 转矩 ). 因为 P
不变, w 增加了, 所以转矩会相应减小。我们还可以再换一个角度来看 :
电机的定子电压 U = E + I*R (I 为电流, R 为电子电阻, E 为感应电势 ),可以看出, U, I 不变时, E
也不变 .而 E = k*f*X , (k:常数, f: 频率, X: 磁通 ), 所以当 f 由 50-->60Hz 时, X 会相应减小,对于
电机来说, T=“K ”*I*X , (K:常数, I:电流, X:磁通 ), 因此转矩 T 会跟着磁通 X 减小而减小 .同时
, 小于 50Hz 时, 由于 I*R 很小, 所以 U/f=E/f 不变时, 磁通 (X) 为常数 . 转矩
T 和电流成正比 . 这也就是为什么通常用 变频器的过流能力来描述其过载 (转矩 )能力 . 并称为恒转
矩调速 (额定电流不变 --> 最大转矩不变 )。结论 : 当变频器输出频率从 50Hz 以上增加时, 电机的输出
转矩会减小 .
5. 其他和输出转矩有关的因素
发热和散热能力决定 变频器的输出电流能力, 从而影响 变频器的输出转矩能力。 载波频率 : 一般变
频器所标的额定电流都是以最高载波 频率, 最高环境温度下能保证持续输出的数值 . 降低载波 频率,
电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。环境温度:就象不会因为检测到周围温
度比较低时就增大 变频器保护电流值 .海拔高度 : 海拔高度增加, 对散热和绝缘性能都有影响 .一般
1000m 以下可以不考虑 . 以上每 1000 米降容 5%就可以了 .
6. 矢量控制是怎样改善 电机的输出转矩能力的?
*1: 转矩提升
此功能增加 变频器的输出电压 (主要是低频时 ),以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失,从
而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的技术, 使用 ”矢量控制 ”,可以使 电机在低速
,如(无速度传感器时 )1Hz(对 4 极电机,其转速大约为 30r/min)时的输出转矩可以达到 电机在 50Hz 供
电输出的转矩 (最大约为额定转矩的 150%)。对于常规的 V/F 控制, 电机的电压降随着 电机速度的降低
而相对增加, 这就导致由于励磁不足, 而使电机不能获得足够的旋转力。 为了补偿这个不足,变频器
中需要通过提高电压,来补偿 电机速度降低而引起的电压降。 变频器的这个功能叫做 ”转矩提升
”(*1) 。转矩提升功能是提高 变频器 的输出电压。然而即使提高很多输出电压, 电机转矩并不能和其
电流相对应的提高。 因为电机电流包含 电机产生的转矩分量和其它分量 (如励磁分量 )。”矢量控制 ”
把电机 的电流值进行分配, 从而确定产生转矩的 电机电流分量和其它电流分量 (如励磁分量 ) 的数值。
”矢量控制 ”可以通过对 电机端的电压降的响应,进行优化补偿,在不增加电流的情况下,
允许电机产出大的转矩。此功能对改善 电机低速时温升也有效。
7.变频器制动的情况
*1: 制动的概念 :指电能从 电机侧流到变频器侧(或供电电源侧 ),这时电机的转速高于同步转速 .负载的
能量分为动能和势能 . 动能 (由速度和重量确定其大小 )随着物体的运动而累积。 当动能减为零时,
该事物就处在停止状态。 机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。 对于
变频器,如果输出 频率降低,电机转速将跟随 频率同样降低。这时会产生制动过程 . 由制动产生的功
率将返回到 变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。 在用于提升类负载, 在下降时, 能量 (势
能)也要返回到 变频器 (或电源 )侧,进行制动 .这种操作方法被称作 ”再生制动 ”,而该方法可应用于
变频器制动。在减速期间,产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉, 而是把能量返回送到 变频器
电源侧的方法叫做 ”功率返回再生方法 ”。在实际中,这种应用需要 ”能量回馈单元 ”选件。怎样
提高制动能力?为了用散热来消耗再生功率, 需要在变频器侧安装制动电阻。 为了改善制动能力, 不
能期望靠增加 变频器的容量来解决问题。请选用 ”制动阻 ”、”制动单元 ”或 ”功率再生变换器
”等选件来改善变频器的制动容量。
8.关于冷却风扇
一般功率稍微大一点的 变频器, 都带有冷却风扇。 同时,也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进
风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和 变频器上的风扇都是要的, 不能谁替代谁。其他
关于散热的问题。 1、在海拔高于 1000m 的地方,因为空气密度降低,因此应加大柜子的冷却风量以改
善冷却效果。理论上 变频器也应考虑降容, 1000m 每-5%。但由于实际上因为设计上 变频器的负载能
力和散热能力一般比实际使用的要大, 所以也要看具体应用。 比方说在 1500m 的地方,
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但是周期性负载, 如电梯,就不必要降容。 2、 开关频率:变频器的发热主要来自于 IGBT, IGBT 的
发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关 频率高时自然 变频器的发热量就变大了。 有的厂家宣称降低
开关 频率可以扩容, 就是这个道理。
变频器维修,基本术语篇
三相 380V 电 网电 压从 变频 器的 L1 , L2 , L3 输入 端输 入 后,首 先要 经 过变 频器的
整流桥 整流 ,后 经 过电容 的滤 波 ,输出 一 大约 530V 左右 的 直 流电 压 ( 这 53 0V 也 就是我们
常 用来 判 断变 频 器整 流 部分 好坏的 最 常 测试点 ,当 然 整流桥 最初 是 要经 过断电测试的 )
然 后 经过 逆变 电路 ,通 过控 制 逆变电 路的 通 断来 输 出 我们 想要的 合 适频 率的电压 ( 变频
器 能变 频最 主要 的就 是控 制 逆 变电 路 的关 断来控 制 输出 频率 ) ,变 频器故障有无 数种 ,
好在 现 在变 频 器都 趋于智 能 化 ,一般 的故 障 它自己 都能 检 测, 并在控制面版 上显 示 出
其 代 码, 用 户只 需查一 下 用 户手册 就能 初 步判断 其故 障 原因 。但有时,变 频器 在 运行
中 或启 动 时或 加负载 时 , 突然指 示灯 不 亮,风 扇不 转 ,无 输出。这时我 们初 学 者就 不
知该 怎 办了 。其实 很 简 单的, 我们 只 要把变 频器 的 电源 断了。断电测 试一 下 它的 整 流
部 分 与逆 变部分 , 大 多情况 下就 能 知其故 障所 在 了。 这 里有一点要 千万 注 意, 断 电后
不 能马 上测量 , 因 变频器 里有 大 电容存 有几 百 伏 的 高压 ,
一定要 等上 十 几分 钟 再测 , 这一 点千万 要 注 意。
变频器 上电 前 整流 桥 及逆 变 电路 的测试 。 具 体测量 方法 如 下:
找到变 频器 直 流输 出 端的 ” + ” 与 ” - ” , 然后将 万用 表 调到测 量二 极 管档 ,黑
表笔接 ” + ” 表 笔分 别 接变 频 器的 输入端 L1 , L2 , L3 端 ,整 流桥 的上 半 桥若 是 完好
,万用表 应显 示 0. 3 的压 降,若 损 坏则 万 用表显 示 ”1 ”过 量程 。相 反将 红表笔 接 ”-
” 黑表笔 分别 接 L1 , L2 , L3 端 应 得到上 述相 同 结 果, 若出现 ”1 ”则 证明整 流桥 损 坏
。然后测 试其 逆 变电 路,方 法如 下:将 万用表 调到 电阻 ×10 档将黑 表 笔接 ”+ ”红 表 笔
接变频器 的输 出端 U , V , W 应 有几 十欧 的阻 值, 反向 应该 无穷 大 。反 之 将 红表 笔接
到 ”- ”重 复上 述 过程 ,应 得 到 同样 结果 。这样 经过 测 量在 判 断 变频 器的 整流 部分
与逆变部分 完好 时,上 电 测量 其直 流输 出端 看 是否 有大约 530V 高 压,注 意有 时 万用 表
显示几十 伏大 家 以为 整 流电 路 工作 了,其 实 它并 没工作 ,它 正 常工 作 会输出 53 0V 左
右的高压 ,几 十伏 的电 压是 变频 器内 部感 应 出来 的。若 没 530 V 左右 高压这 时 往往 是电
源版有 问题 。 有的 变 频器 就 是由 于电源 版 的 一小贴 片电 阻 被烧毁 ,导 致 电源 板不工作
,以 致使 变 频器 无 显示 无 输出 ,风扇 不 转 ,指示 灯不 亮 。 这 样就 可 以初 步判断出变
频 器是 哪 部分 出 现了 故 障, 然后拆 机 维 修时就 可以 重 点测试 怀疑 故 障部 分。
二 . 技术基础
1、 El ect ron ic Lin e S haf tin g-- -EL S, 许多 工业生 产线 都由 多 台机器 组成 ,各 轴之间 具
有 运动 关系 。 过去 是使 用 机 械 机 构连 接 各轴 ,如 果使 用 电 子 方式 连 接 各 轴 ,
各州 各 有 其 驱 动 马 达 , 则 称 为 ” Ele ct ron ic Lin e S haf tin g ” (EL S) 。
2、 A uto Tu nin g( 自动 调 校 ) ,常 见于 磁束向 量 型变 频 器的 一种 技术,能 自动 监 测 ( 找
出 ) 马 达的 参 数,如转 差频 率 / 场 电 流 / 转矩电 流 / 定子 阻 抗 / 转 子阻 抗 / 定 子感 抗 / 转
子感抗等 . 有 了 这些 参 数 后才 能作 [ 专据估 算 ] 及 [ 转差 (滑 差 )补 偿 ]. 也 因为 此技术 ,
在无编码器 的运 转 下仍 能 获得 良 好的 运转精 度 .
3、无 编 码器运 转 ,在 速 度控 制 上 ,与 旧 式 variab le frenq uency 变 频器 的 开回 路 比较 ,
磁 束向 量型 变频 器 内 部由 速 度 观测计 算功能 达 成闭 回路 .马 达 侧不 用装 编 码器 也 能达
到良好 的速 度 精度 .无 编 码器 运转有 如下 好处 :1 ) ,配 线精省 ;2 ) ,不 必 担心 RF 杂 讯对
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编码器 低电 压 信号 的 影响 ;3) , 在多震 动的 场合不 用担心 编 码器 的高故 障 率 .
4、变频 器 的矢 量 控制 ,在 AC 马 达 中,转 子由 定 子绕 组 感 应电 流产生 磁 场 . 定子 电
流含两部 分一 部 分影 响 磁场 , 另一 部分影 响 马 达输出 转矩 . 要 使用 AC 马 达在 需要 速
度与 转 矩 控制 的场 合 ,必 须能 够 把 影 响 转矩 的 电 流 分离 控制 ,而 磁 束矢 量 控
制 就 能够分离这 两部 分 进行 独 立控 制 . ( 具 有大小 及 方 向的物 理量 称 为矢量 ) 。
5、Fiel d Weaken ing Fie ld Weaken ing 线路 可用以 减 弱马 达的场 电 流 ,改变 与磁 场的平衡
关 系, 使 马达 高 于基 本 转速 运转
6、定 转矩 应 用, 所需 转矩 大小 不因 速 度 而变 的 场合 ,常用 到 [ 定 转矩 应 用 ]. 如传
送带等负 载 .[ 定 转矩 应 用 ] 通常需 要较 大 的 起动 转 矩 .[ 定转矩 应 用 ] 在低 速 运转 时易
有马达发 热问 题 ,解 决 的方 法 :最好 (1 ) 加大 马达 功 率 ;(2) 使 用装 有 定速 冷 却的变 频
器专用马达 (即 马达 的冷 却方 式 为强 制 风冷 ).
7、变 转矩 应 用, 多见 于离 心式 负载 , 例 如泵 /风 机 / 风扇 等 ,其 使用变 频 器 的目的
一般为节 能 . 比如 当 风扇 以 50 % 转速 运 转时 ,其所 需 转矩 小 于 全速 运转所 需 . 可 变转
矩变频器能 够仅 给 与马 达 所需 转 矩, 达到节 能 效 果 . 次应用 中短 暂 的巅峰 负载 通 常无
需给与马达 额外 的 能量 .故 变 转矩 变频器 的过 载能 力 可以适 用于 大 部分用 途 . * 定 转矩
变频器的过 载 ( 电流 ) 能 力须 为 额定 值 15 0%/1 min ute ,而可 变 转 矩变 频 器所 需过 载 (
电流 )能力仅需 额定 值 12 0%/1 min ute. 因 为离 心 式机械 用途 中 很少 会 超出额 定电 流 . 另
外,变转矩用途 所需 起 动转 矩 也较 定 转矩 用途小 .
8, 变频器 专 用马 达,所 谓 [Inverter-d uty Motor] ,主 要 特征 如 下 :1) ,分 离式 它力 通风(
它 力 风冷 );2 ), 10Hz- 60Hz 为定转 矩输 出 ;3 ), 高起动 转 矩 ;4 ), 低噪音 ;5 ) ,马达 装有编
码器 .* 但并 非所 有 称之 为 变频器 专用 马 达 的马 达 都具 有上 列特 征 .
9,关于调速: 1)调速:根据工况需要调整设备运行速度,以达到节能降耗、减少磨损、按需生产
等目的。 2)直流调速 (DC Controler/motor):由直流 控制器调节直流电机以达到调整速度的目的。 3)
交流变频调速 (AC inverter/motor) :由变频器输出频率变化的三相交流电流从而 控制交流电机的转速。
4)矢量变频调速 (AC vector inverter) :通过复杂的计算变换, 使交流 变频器按照直流电机的 控制方
式去控制交流电机,从而达到精确速度 控制、转矩控制、提高输出扭矩等特性。 5)伺服控制系统
(Servo control system):在运动系统中引入速度反馈或位置反馈元件,通过负反馈的作用达到极其精密
的的速度 控制、定位控制以及高动态响应。
10,几个常见工业元件: 1)测速发电机 (Tacho-generator):一种转速测量元件,有交流、直流之分。2)
旋转变压器 (Resolver):一种经济、准确地转速和角位移测量元件。 3)光电编码器 (Encoder):一种精
密的角位移、转速测量元件,适合在位置 控制系统中作为反馈元件。 4)PLC:工业用计算、 控制装置
,实现逻辑、时序、计算等 控制功能,一般作为整个自动化 控制系统的上位主机。
5)HMI(Human-Machine Interface) :人机界面。 6)现场总线 (Field-Bus System):应用于工业 控制现场
的串行通讯总线系统,大幅度降低接线成本,提高 控制的抗干扰能力。 7)分布式控制 (Distributed
control):区别于传统的集中式 控制,强调各个节点设备的智能化,一般由现场总线系
统将各子设备连接起来。极大地提高系统应用的灵活性、可靠性,降低上位机的运算负担。
11,关于电机的三个术语: 1)防护等级 (Protection Code):(IP**) 考察一个设备防止异物进入和防水
的能力,使 IEC 标准之一。其两个数字分别代表防异物和防水的能力,数值越高表明可以防止更
细小的物体进入以及经受更强烈的水流冲击。 一般为 IP54(防尘,防泼洒水滴 )以上防护等级的设备可
以直接应用于露天。 2)绝缘等级 (Insulation Grade):考察一个电气设备 (一般针对电机 )在保证良好
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绝缘特性的前提下所能承受的极限温升能力, 是 IEC 标准之一。 一般有 B 级 (85 度)、F 级 (105 度 )、
H 级 (125 度 )。
变频器维修,常用元器件识别
一、电阻
电阻在电路中用 ”R”加数字表示,如: R1 表示编号为 1 的电阻。电阻在 电路中的主要作用为分流
、限流、分压、偏置等。
1、参数识别:电阻的单位为欧姆 (Ω),倍率单位有:千欧 (KΩ),兆欧 (MΩ )等。换算方法是: 1 兆
欧=1000 千欧 =1000000 欧,电阻的参数标注方法有
3 种,即直标法、色标法和数标法。
a、数标法主要用于贴片等小体积的 电路,如:472
表示 47× 100Ω(即 4.7K) ; 104 则表示 100K 。b、
色环标注法使用最多,现举例如下:四色环电阻
五色环电阻 (精密电阻 )。
2、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示:颜色
有效数字 倍率 允许偏差 (%)
银色 / x0.01
10±
金色 / x0.1
5±
黑色 0 +0 /
棕色 1 x10
±1
红色 2 x100
±2
橙色 3 x1000 /
黄色 4 x10000 /
绿色 5 x100000 ±0.5
蓝色 6 x1000000
±0.2
紫色 7 x10000000
±0.1
灰色 8 x100000000 /
白色 9 x1000000000 /。
二、电容
1、电容在电路中一般用 ”C ”加数字表示 (如 C13 表示编号为 13 的电容 ) 。电容是由两片金属膜紧靠
,中间用绝缘材料隔开而组成的元件。 电容的特性主要是隔直流通交流。 电容容量的大小就是表示能
贮存电能的大小, 电容对交流信号的阻碍作用称为容抗, 它与交流信号的频率和电容量有关。 容抗
XC=1/2π fc (f 表示交流信号的频率, C 表示电容容量 )电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电
容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
2、识别方法:电容的 识别方法与电阻的 识别方法基本相同,分直标法、色标法和数标法 3 种。电
容的基本单位用法拉 (F)表示,其它单位还有:毫法 (mF)、微法 (uF)、纳法 (nF)、皮法 (pF)。其中: 1
法拉 =103 毫法 =106 微法 =109 纳法 =1012 皮法,容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如 10
uF/16V,容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示;字母表示法: 1m=1000 uF
1P2=1.2PF 1n=1000PF ;数字表示法: 一般用三位数字表示容量大小, 前两位表示有效数字, 第三
位数字是倍率。如: 102 表示 10×102PF=1000PF 224 表示 22×104PF=0.22 uF。
3、电容容量误差表
符号 F G J K L M ,允许误差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%,如:一瓷片电容为 104J 表
示容量
为 0. 1 uF、误差为 ±5%。
三、晶体二极管
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