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徐良毕业设计

唐山工业职业技术学院

毕业设计说明书

设计题目___变频器的检修与维护_________

学生姓名徐良班级08机电14

专业__机电一体化_____

设计指导教师____赵明辉__________

设计辅导教师____赵明辉__________

（完成日期）2011年4月23日

前言（摘要）写你的设计说明里阐述的主要内容是什么，50-150字。

自80年代通用变频器进入中国市场以来，在短短的十几年时间里得到了非常广泛的应用。

目前，通用变频器以其智能化、数字化、网络化等优点越来越受到人们的青睐。

随着通用变频器应用范围的扩大，暴露出来的问题也越来越多。

（这样写不是摘要）

目录

引言-------------------------------------------------------------2

摘要-------------------------------------------------------------3

一绪论----------------------------------------------------------4

二变频器简介----------------------------------------------------5

2.1变频器的历史----------------------------------------------

2.2变频器的基本概念--------------------------------------------

2.3变频器的组成--------------------------------------------------

2.4变频器的作用------------------------------------------------

2.5变频器工作原理--------------------------------------------

2.6变频器控制方式------------------------------------------------

2.7变频器的分类------------------------------------------------

2.8变频器节能效果-----------------------------------------------

三变频器的检修-------------------------------------------12

3.1.变频器维修经验及处理办法-------------------------------

3.2故障P.OFF-----------------------------------------------------

3.3变频器加速时过电流----------------------------------------

3.4逆变模块故障-----------------------------------------------

3.5欠电压故障---------------------------------------------------

3.6在减速过程中出现过流或过压------------------------------------

3.7过流或过载-----------------------------------------------------

3.8变频器过热---------------------------------------------------

3.9变频器受干扰----------------------------------------

3.10外部设备故障---------------------------------------------

3.11RS485通讯故障---------------------------------------------

3.12电流检测故障------------------------------------------------

3.13运行中频率波动------------------------------------------------

3.14运行中频率降低至0HZ-----------------------------------------

3.15通电后操作键盘无显示

四变频器的维护-------------------------------------------------15

4.1.变频器基本参数的设定----------------------------------------

4.2日常检查和维护---------------------------------------

4.3定期维护-------------------------------------------------

4.4对变频器外部引起的故障维护--------------------------

4.5对变频器内部引起的故障维护---------------------------------

小结------------------------------------------------------------15

参考文献--------------------------------------------------------15

引言

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。

它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。

由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。

随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。

现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。

变频器产生的干扰主要有三种：

对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。

对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰；对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。

如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。

因此对变频器的应用，检修及维护进行探讨十分必要。

摘要

变频器在交流拖动系统应用中呈现优良的控制性，可以实现软起动和无级调速，进行加减速控制，使电动机获得高性能，而且具有显著的节能效果。

所以应用变频调速可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，从而利于实现生产过程的自动化。

因此变频器近年来在工业生产各环节得到了广泛的应用。

但变频器在实际应用和维护检修中也暴露出一些问题需要引起重视。

（上段删掉）

变频器在工业领域的使用越来越广泛，本文从实践的角度，论述了不同领域和设备在变频器使用上的共性问题，着重论述了变频器在实际应用过程中选择、安装、维护的常见问题和解决方法。

关键词：

变频器 选择 安装 检修维护 

一绪论

据统计，工业用电中60%~70%的电量被电动机所消耗，而这些电中，又有约90%被三相交流异步电动机所消耗，可见电动机用量之大。

变频器的出现，使得交流电动机调速困难、交变速设备结构复杂且效率和可靠性不尽人意的缺点得以改善。

在我国，变频器已在各行各业得到推广应用，基于变频器的交流电机变频调速系统具有调速方便、体积小、噪声小、能耗低、保护功能完善、组态灵活、可靠性强、智能化、数字化、网络化、易维护等特点，每年以20%的递增量在发展。

因此，合理的使用和维护变频器对自动化工程人员来说至关重要。

 （合并到前言）

二变频器简介（简介就不要写祖宗八代了）

2.1变频器的历史

　　变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求。

传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。

（1）20世纪60年代以后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。

但其调速性能远远无法满足需要。

（2）20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速的研究得到突破，20世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。

　　（3）20世纪80年代中后期，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器技术实用化，商品投入市场，得到了广泛应用。

最早的变频器可能是日本人买了英国专利研制的。

不过美国和德国凭借电子元件生产和电子技术的优势，高端产品迅速抢占市场。

　　（4）步入21世纪后，国产变频器逐步崛起，现已逐渐抢占高端市场

2.2变频器的基本概念（前言中论述过了）

 　变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。

国内技术较领先的品牌有汇川、欧瑞（原烟台惠丰）、三晶、蓝海华腾。

2.3变频器的组成

　　变频器通常分为4部分：

整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。

（1）整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。

（2）高容量电容存储转换后的电能。

　　（3）逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

　　（4）控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

2.4变频器的作用（前言中论述过了）

　　变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。

变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。

变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。

2.5变频器工作原理

概述

　　主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。

它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

整流器

　　最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。

也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

平波回路

　　在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。

为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。

装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。

逆变器

　　同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。

以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。

　　控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

（1）运算电路：

将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

（2）电压、电流检测电路：

与主回路电位隔离检测电压、电流等。

　　（3）驱动电路：

驱动主电路器件的电路。

它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

　　（4）速度检测电路:

以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、plg等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

（5）保护电路:

检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

2.6变频器控制方式

　　低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。

其控制方式经历了以下四代。

　　1、U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

　　其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。

但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。

因此人们又研究出矢量控制变频调速。

　　2电压空间矢量（SVPWM）控制方式（你要领会掌握这种方式）答辩是会有老师问你的

　　它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。

经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。

但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

　　矢量控制（VC）方式

　　矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。

通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。

矢量控制方法的提出具有划时代的意义。

然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

　　直接转矩控制（DTC）方式

　　1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。

该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。

目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。

它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

　　矩阵式交—交控制方式

　　VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。

其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。

为此，矩阵式交—交变频应运而生。

由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。

它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。

该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。

其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

具体方法是：

　　——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；

　　——自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；

　　——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；

　　——实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。

　　矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应（<2ms），很高的速度精度（±2％，无PG反馈），高转矩精度（<＋3％）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150％～200％转矩。

2.7变频器的分类

按变换的环节分类

（1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

（2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器；

按直流电源性质分类

（1）电压型变频器

　　电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。

（2）电流型变频器

　　电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。

电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。

常选用于负载电流变化较大的场合。

按主电路工作方法

　　电压型变频器、电流型变频器

按照工作原理分类

　　可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；

按照开关方式分类

　　可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；

按照用途分类

　　可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。

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。

　　PWM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控制变频器（转差频率控制）、VC控制变频器（VectoryControl矢量控制）

按国际区域分类

　　欧国产变频器；美变频器、日本变频器、韩国变频器、台湾变频器、香港变频器

按电压等级分类

　　高压变频器、中压变频器、低压变频器

2.8变频器节能效果

　　变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。

为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。

当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。

风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。

当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

　　由流体力学可知，P（功率）＝Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。

即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。

所队当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。

这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40％一50％，从而达到节电的目的。

　　以上海正艺信息科技有限公司生产的变频器应用到风机水泵型负载的节能的例子来说：

一台离心泵电机功率为55千瓦，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电48.8％，当转速下降到原转速的l／2时，其耗电量为6.875千瓦，省电87.5％。

（2）、功率因数补偿节能

　　无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

　　（3）、软启动节能

　　电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。

而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。

节省了设备的维护费用。

三变频器的检修

变频器由许多集成芯片，电子元器件等组成，装置较为复杂，寿命一般小于10年，使用过程中不可避免的会出现各种故障，正确的维护，简单的检修可保证生产生活的正常进行。

变频器常见故障的判断与处理

3.1.变频器维修经验及处理办法

在现场对变频器行操作的人员，如果对常见的故障情况能作出判断和处理，就能大大提高工作效率，并且避免一些不必要的损失。

为此，总结了一些变频器的常见基本故障的检测和判断。

（1），上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现火花。

断开电源线，检查变频器输入端子是否短路，检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否短路。

可能原因是整流器损坏或中间电路短路。

（2），上电无显示断开电源线，检查电源是否有缺相或断路情况，如果电源正常则再次上电后则检查变频器中间电路直流侧端子P、N是否有电压，如果上述检查正常则判断变频器内部开关电源损坏。

（3），开机运行无输出（电动机不启动）

断开输出电机线，再次开机后观察变频器面板显示的输入频率，同时测量交流输出端子。

可能原因是变频器启动参数设置或运行端子接线错误、也可能是逆变部分损坏或电动机没有正确连接到变频器。

（4），运行时“过电压”保护，变频器停止输出

检查电网电压是否过高，或者是电机负载惯性太大并且加减速时间太短导致的制动问题，

（5），运行时“过电流”保护，变频器停止输出

电机堵转或负载过大。

可以检查负载情况或适当调整变频器参数。

如无法奏效则说明逆变器部分出现老化或损坏。

（6），运行时“过热”保护，变频器停止输出

视各品牌型号的变频器配置不同，可能是环境温度过高超过了变频器允许限额，检查散热风扇是否运转或是电动机过热导致保护关闭。

（7），运行时“接地”保护，变频器停止输出

参考操作手册，检查变频器及电机是否可靠接地，或者测量电机的绝缘度是否正常。

（8），制动问题（过电压保护）

如果电机负载确实过大并需要在短时间内停车，则需购买带有制动单元的变频器并配置相当功率的制动电阻。

如果已经配置了制动功能，则可能是制动电阻损坏或制动单元检测失效。

（9），变频器内部发出腐臭般的异味

切勿开机，很可能是变频器内部主滤波电容有破损漏液现象。

（10），控制端子功能失效

如果面板控制没有问题，原因大多是控制线路长，导致控制板损坏，测量控制输出电压即可判断，解决的最好办法，是外加控制输出电源。

（11），变频器部件损坏

变频器内部部件出现故障时，其整流模块、逆变模块损坏占有非常高的比率，整流模块的判断较容易，在排除内