变频器原理及西门子6SE70变频器维修及调试

序号 优点
1 2 平滑软启，降低启动电流，减少变压器占有量，确保电机安全 在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度
3
4 5
无级调速，调速精度大大提高
电机正反向无需通过接触器切换 非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制
变频调速的发展历程
60年代 电机控制 算法 功率半 导体技术 计算机 技术 PWM技术 大功率传 PWM技术 70年代 80年代
逆变电路的电流路径1
电动机状态《nM＜n0》
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（nM＞n0）
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!!
更为直观的交直交变频原理框图
R1R2:均压电阻 R0:预充电电阻
K R0 R 0 R R11
R Rb
Rb:制动电阻
UR ~
UI
b
R R2
VTb
M 3~
2
显示 设定 单 片 机
电压 检测
泵升 限制
电流 检测
温度 检测
电流 检测
接口
PWM 发生器
驱动 电路
为什么变频同时需变压
1、从能量关系看主磁通的变化
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1－14 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1－15 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:
（1）能承受足够大的电压和电流。 （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。
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、闻、问、切 诊疗法！
望—即目视检查,以发现形态上的异常,重点注意以下内容:
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？
主要的非通电检查1
用万用表二极管档做常规检查
二极管档 负表笔 正表笔 正表笔 正表笔 正表笔 负表笔 负表笔 负表笔 变频器端子 C/L+ X1:U1 X1:V1 X1:W1 D/LX1:U1 X1:V1 X1:W1 0.3~0.6V三相平衡 0.3~0.6V三相平衡 0.3~0.6V三相平衡 0.3~0.6V三相平衡 0.3~0.6V三相平衡 0.3~0.6V三相平衡 正常值 二极管档 正表笔 负表笔 负表笔 负表笔 负表笔 正表笔 正表笔 正表笔 变频器端子 C/L+ X1:U1 X1:V1 X1:W1 D/LX1:U1 X1:V1 X1:W1 无穷大 无穷大 无穷大 无穷大 无穷大 无穷大 正常值
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！
V/F控制
SCR GTR
90年代 00年代 无速度矢量控制 算法优化 矢量控制 电流矢量V/F IGBT 单片机 DSP SPWM技术 IGBT大容量化 高速DSP 专用芯片 空间电压矢量 调制技术
更大容量 更高开关频率 更高速率和容量
PWM优化 新一代开关技术 未来发展方向
变频器体
积缩小， 开始在中 小功率电 机上使用
超静音变频器开始流行
动使用变
频器，体 积大，价 格高
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
完美无谐波
如：矩阵式变频器
变频器简要工作原理
交流低压交直交通用变频器系统框图
～
整流部分 交流 直流
储能环节 直流 控制系统
逆变部分 交流
M
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
N=60F/P(1-S)
F：频率 P：极对数
标准异步电机速度参数一览
p 1 2p 2 n0 3000 nM 2900 2930 2970 2 4 1500 1460 1470 Δn 100 70 30 40 30 s 0.033 0.023 0.01 0.027 0.02 备 注 5.5～7.5kW 11～18.5 kW 45～160 kW 11～15 kW 18.5～30 kW
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
二极管档 负表笔 变频器端子 C/L+ 正常值 二极管档 正表笔 变频器端子 C/L+ 正常值
正表笔
正表笔 正表笔
负表笔
正表笔 正表笔 正表笔
D/LX2:U1 X2:V1 X2:W1 无穷大 无穷大 无穷大
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。
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）输出电压实际波形
c）输出电压等效波形
X2:U1
X2:V1 X2:W1
0.2~0.5V三相平衡
0.2~0.5V三相平衡 0.2~0.5V三相平衡
负表笔
负表笔 负表笔
X2:U1
X2:V1 X2:W1
无穷大
无穷大 无穷大
正表笔
负表笔 负表笔 负表笔
D/LX2:U1 X2:V1 X2:W1 0.2~0.5V三相平衡 0.2~0.5V三相平衡 0.2~0.5V三相平衡
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Biblioteka 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！
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。
2、从反电动势看主磁通的变化 ∵ E1＝KEfXΦ1 E ∴ Φ1＝KF· f ↑
1 X
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 ∵ E1＝KEfΦ1 E ∴ → Φ1＝C f ＝C U 顶替办法： f ＝C → Φ1≈C ∴ 变频的同时也要变压，所以变频器常称为VVVF
1 1
变频又变压的具体方法
1480 3 6 1000 960
970
20 40
30
0.013 0.04
0.03 0.02
37～315 kW 3～5.5 kW
7.5～30 kW
980
20
37～250 kW
交流电机调速系统的发展历程
调速方式名称 变极调速 调压调速 转子串电阻调速 交流异步电动 机 交流异步电动 机 交流同步电动 机 控制对象 特点 有级调速，系统简单，最多4段速 无级调速，调速范围窄 电机最大出力能力下降，效率低 系统简单，性能较差 真正无级调速，调速范围宽 电机最大出力能力不变，效率高 系统复杂，性能好 可以和直流调速系统相媲美
02023737250250kwkw调速方式名称调速方式名称控制对象控制对象特点特点变极调速变极调速交流异步电动交流异步电动有级调速系统简单最多有级调速系统简单最多44段速调压调速调压调速无级调速调速范围窄无级调速调速范围窄电机最大出力能力下降效率低电机最大出力能力下降效率低系统简单性能较差系统简单性能较差转子串电阻调速转子串电阻调速变频调速变频调速交流异步电动交流异步电动交流同步电动交流同步电动真正无级调速调速范围宽真正无级调速调速范围宽电机最大出力能力不变效率高电机最大出力能力不变效率高系统复杂性能好系统复杂性能好可以和直流调速系统相媲美可以和直流调速系统相媲美交流电机调速系统的发展历程交流电机调速系统的发展历程交流电机调速系统的发展历程交流电机调速系统的发展历程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
西门子6SE70系列变频器 维修及调试课程
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：
S：转差率 N：转速
逆变器件的发展 1
起步始于晶闸管
SCR逆变原理图 ａ）逆变电路 ｂ）电压波形 ｃ）电流波形
逆变器件的发展 2
普及归功GTR（BJT）
图1－18 GTR逆变 ａ）逆变电路 ｂ）电压波形 ｃ）电流波形
逆变器件的发展 3
提高全靠IGBT
图1－19 IGBT逆变 ａ）逆变电路 ｂ）电压波形 ｃ）电流波形
正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）
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
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。
早 发 展 时 间
变频调速
晚

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）
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（2.2~37KW） 变频器与逆变器，整流器，整流/逆变器
装机柜型（45~2300KW） 变频器，逆变器，整流器与整流/逆变器
增强书本型（0.5~18.5KW） 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