西门子变频器原理深刻解析及电路分析
教材：西门子变频器的三种控制
9.1 变频器工作原理交流变频器是微计算机及现代电力电子技术高度发展的结果。
微计算机是变频器的核心，电力电子器件构成了变频器的主电路。
大家都知道，从发电厂送出的交流电的频率是恒定不变的，在我国50赫兹。
而交流电动机的同步转速：式中N1——同步转速，r/min ；f1——定子频率，Hz ；P ——电机的磁极对数。
而异步电动机转速式中s 为转差率，11/)(N N N s -=，一般小于3%，N 与送入电机的电流频率f 1成正比例或接近于正比例。
因而，改变频率可以方便地改变电机的运行速度，也就是说变频对于交流电机的调速来说是十分合适的。
9.1.1 变频器的基本结构从频率变换的形式来说，变频器分为交-交和交-直-交两种形式。
交-交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频器，价格较高。
而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，又称间接式变频器。
市售通用变频器多是交-直-交变频器，其基本结构如图9-1所示，由主回路，包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路组成，现将各部分的功能分述如下：(1)整流器。
电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是单相)交流整流成直流。
(2)直流中间电路。
直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高的直流电源。
由于逆变器的负载多为异步电动机，属于感性负载。
无论是电动机处于电动或发电制动状态其功率因数总不会为1。
因此在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。
这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件(电容器或电抗器)来缓冲。
所以又常称直流中间环节为中间直流储能环节。
Pf N 1160=)1(60)1(11s Pf s N N -=-=图9-1 交-直-交变频器的基本结构(3)逆变器。
负载侧的变流器为逆变器。
逆变器的主要作用是在控制电路的控制下将直流平滑输出电路的直流电源转换为频率及电压都可以任意调节的交流电源。
西门子变频器两种控制模式的分析及应用
西门子变频器两种控制模式的分析及应用变频器是一种重要的工业控制器件，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
变频器在应用的过程中通过与普通的交流电动机相配合可以在某些场合实现步进电机或是伺服电动机的一些功能。
西门子变频器是一种应用较多的变频器，对于其的控制主要是通过操作面板或是外部端子进行控制的。
文章介绍西门子变频器外部常用端子与面板的基础上对如何通过上述两种方式进行参数的设定实现对于交流电动机的运行控制。
标签：西门子变频器；控制方式；外部端子控制；控制面板前言西门子变频器是一种工业控制领域中应用较多的一种控制设备，其通过对固定输入的电压和频率进行内部的转换，依据控制信号将其转换为所需的电压和频率的交流电进而实现对于电动机的控制。
在西门子变频器工作的过程中首先需要将输入的工频交流电转换为直流电，而后再根据需要将直流电逆变为控制要求的交流电。
在西门子变频器工作的过程中通过PWM技术使得在电动机启动的过程中使用较小的启动电流并获得较大的启动转矩并调速平滑。
在分析西门子变频器外部端子的功能及作用的基础上做好对于西门子变频器的参数设置，确保其正常工作。
1 西门子变频器的组成及外部端子简述1.1 西门子变频器的组成西门子变频器主要是由操作面板、控制模块与外部端子等三个部分组成，其主要与普通交流电动机相配合在一些对于电动机控制精度要求一般的场合进行工作，以取代步进电机或是交流伺服电机，降低成本与能耗。
随着科技的进步与经济的快速发展，西门子变频器正被应用于越来越多的领域。
西门子MM420系列变频器是一种应用较多的变频器，其多应用于对三相交流电动机的变频控制。
西门子MM420系列的变频器在出厂时各参数为系统默认，在使用时与西门子工控装置和设备相连接时如无特殊要求可不经调试而直接进行使用，可靠性与适应性较强，西门子MM420系列变频器是一款功能较齐全的变频器。
1.2 西门子MM420系列变频器外部端子西门子MM420系列变频器的外部端子如图1所示，其中1、2端子输入的是模拟量10V电源公共端，3、4端子为模拟量输入端可以外接电位器来实现对于频率设定值的更改，5-7号端子为数字量输入端子，其中默认情况下5为正转控制，6为反转控制，7为故障复位，8、9端子则代表的是直流24V电源公共端。
最新变频器原理及西门子6SE70变频器维修及调试幻灯片
➢ 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。
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（24…28V） X9/1=P24， X9/2=M适合的电源为0-30V/5A。
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。
负表笔 X1:W1
无穷大
正表笔 D/L-
负表笔 D/L-
负表笔 X1:U1
0.3~0.6V三相平衡
正表笔 X1:U1
无穷大
负表笔 X1:V1
0.3~0.6V三相平衡
正表笔 X1:V1
无穷大
负表笔 X1:W1
变频器工作原理与结构详解、功能作用分析
变频器工作原理与结构详解、功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（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。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器基本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。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
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。
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。
变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。
这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。
其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。
变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
西门子变频器维修经验及相关电路图
1 引言变频器和交流电机组成的交流调速系统具有更宽的允许电压波动范围、更小的体积、更强的通讯能力，更优良的调速性能，在工矿企业中得到了广泛的应用。
在变频器的应用中，也会遇到各种各样的故障现象，借助于变频器完善的自诊断保护功能，并通过平时工作中积累的经验来提高处理变频器故障的技术水平，这将明显地缩短对变频器故障处理的时间。
我公司粘胶短纤维生产线上共使用西门子6SE70系列变频器260多台，在应用中因受周围环境条件，如：温度、湿度、粉尘、硫化氢腐蚀性气体等因素的影响，出现的各种故障报警现象也很多，在维修过程中我们积累了一些故障处理、维修维护保养的经验，下面对西门子6SE70系列变频器有代表性的故障现象进行分析介绍。
此文中电路板图为维修过程中实际测绘下来的（因文中章节多次涉及同一电子器件，电路板图未按照顺序排列，论述问题涉及到的部分电路，请参见相关电路板图），仅代表个人意见，供大家在维修时参考。
2 变频器故障实例的处理变频器操作手册上的故障对策表中介绍的皆为较常见的故障，在出现未涉及的一些代码时应对变频器作全面检查。
变频器的维修方式采用在线电压检测及直流电阻测量两种方法，测量各关键点电压并与正常值进行比较，将故障范围缩小，进行分析判断；测量元器件直流电阻，根据贴片电阻色环进行判断比较，然后将怀疑元器件拆下，再测量元器件直流电阻，采用比较法来确定元器件的好坏。
2.1 西门子6SE7016－1TA61-Z变频器的操作控制面板PMU液晶显示屏上显示字母“E”报警变频器液晶显示屏上出现“E”报警时，变频器不能工作，按P键及重新停、送电均无效，查操作手册又无相关的介绍，在检查外接DC24V电源时，发现电压较低，解决后，变频器工作正常。
但是出现“E”报警一般来讲是CUVC板损坏，更换一块新CUVC板就能正常。
“E”报警有以下几种情况是由底板及CUVC通讯板故障引起的：（1）故障现象：操作控制面板PMU液晶显示屏显示“E”报警检查处理（参见图1、图2）：更换一块新CUVC板送电开机，液晶显示屏仍显示“E”报警，说明故障原因不在CUVC板而在底板。
西门子GM150变频器系统分析及故障处理
西门子 GM150变频器系统分析及故障处理变频器调速通过调节电源频率来调节速度，多用于电动机转速调速，能够实现无极调速，具有效率高、性能优特点，广泛应用于需要精确速度控制的生产环节。
榆济管道天然气增压输气站采用西门子GM150变频调速系统和配套的ABB供电设备，调节压缩机电动机转速，控制天然气瞬时流量，完成控制输气量及节能目的。
根据投运以来运行情况介绍此套变频调速系统。
1 变频调速系统组成主要由10kV开关柜、隔离变压器、变频器、预充磁、MCC、UPS组成。
1.1 10kV开关柜采用厦门ABB开关有限公司10kV开关柜，全称UniGear ZS1铠装式金属封闭式开关设备，向变频调速系统中隔离变压器提供电能。
开关柜由固定的柜体和真空断路器组成，柜体分3个隔间:断路器室、电缆室、低压室。
断路器室为金属全封闭，位于开关柜中部，内部有VD4型真空断路器、电压互感器、电流互感器，断路器是变频调速系统的电源开关，电压互感器用于电压检测，电流互感器用于电流检测。
电缆室位于开关柜底部，内部有断路器出线电缆、避雷器、接地开关等。
低压室位于开关柜顶部，内部有开关柜辅助和控制电源、检测保护装置，实现对开关柜下游设备的过流速断、低电压跳闸、过负荷报警等保护。
开关柜内部高温至设备损坏风险，因此低压室装有温湿度检测装置，对整个开关柜进行温度、湿度检测，提高开关柜安全运行性。
1.2隔离变压器采用德国ASA公司DOHX型具有矿物油加注的三相油浸式变压器（隔离变压器），接收10kV开关柜电能，转化适合电压等级后给变频器供电。
隔离变压器主要由铁芯及铁芯上缠绕的绕组组成，采用7绕组变压器，一次侧1个绕组，星形连接方式；二次侧6个绕组，连接方式依次为星形、星形、星形、三角形、三角形、三角形，输出侧每相电相位差20 º，隔离变压器一次侧电压等级为10kV，二次侧电压等级为1500V。
隔离变压器作用为变压、隔离和滤波。
一方面变压器通过特殊的绕组结构和连接组别为变频器提供电压等级为1500V的电能，满足变频器的36脉动整流需求；隔离变压器可以使一次侧和二次侧电气完全绝缘，使回路隔离，和电源没有直接的连接；利用隔离变压器铁芯高频损耗大的特点，经过电磁感应后将高变频谐波“滤”除。
西门子变频器内部电路图PPT课件
在维修中，此模块的大部分信号，可以通过6SE70逆变器的测试盒检测。
在此模块上搭载ABO模块。
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IVI模块的拆卸
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ABO模块的功能及维修要点
ABO模块插装于IVI模块上，插接形式类似于计算机的内存条，这个子模块的 主要功能是装有各种实际值传感器的取样电阻或负载电阻。系统功率规格不 同或相应的实际值传感器不同时，此模块就会不同。因此不可以随意调换， 更换前必须仔细核对定货号。
IGD模块的栅极驱动特性是与相对应型号的IGBT电特性直接有关的。所以，即便是相同 结构尺寸、相同功率，但是硬件版本形态不同的系统，它们的IGD模块也不一定能够互 相替换。必须在替换前严格核对IGD模块上的定货号与硬件版本号。
IGD模块负有双向信号的传递任务。它一方面将IGBT的栅极驱动信号传送到IGBT元件； 另一方面将IGBT元件上的Vce监控等信号交换到控制主板上去。
风机接线端
直流母线室
直流母线的 电容器组件
风机组件
IGD及IGBT 在电容器组 件后面
逆变器的输出端与 电流互感器
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PCC与PCU模块的功能与特点
PCC与PCU模块是变频器系统的特有的模块，逆变器系统无这两种部件。 PCC模块的主要功能是触发前端AC/DC环节中的可控硅整流桥的各元件。系统控
逆变器的并联（3）
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逆变器的并联（4）
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逆变器的并联（5）
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逆变器的并联（6）
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感谢您的观看！
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更换SML与SMU模块
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西门子变频器变频恒压供水二次原理及元器件排布图
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K尺寸逆变器的结构示意
直流母线的熔断器
直流母线室
风机组件 PSU及滑 出机构 直流母线的 电容器组件
电子板箱
IGD及IGBT 在电容器组 件后面
IVI及ABO (电子板箱后部) 风机接线端
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IVI模块的功能及维修要点
装机装柜型变频器/逆变器的部件之一，根据装置的结构形态不同，有数种规格。
IVI模块完成主控制板部分与系统本体部分的信号交换,它安装于电子箱、铁盒后面
•. 拆去光纤电缆或插头X295。
•. 拉出插头X290 和X291 •. 松开固定螺钉并抽出IGD 板。
• 在松开12 个M6 螺钉以后，拆下变流器
的汇流排模块。 • • 拉出插头X295 松开固定螺钉并抽出IGD 板。
注意在正的汇流排和负的汇流排之间的间距
最少是4 mm。为安装汇流排模块，你必须使 用一块模板，它是一块4 mm 厚的塑料板。
PSU模块担负系统控制电源的馈入和变换，这种功能包括两个层面：一是将直流母线上 的电压通过DC/DC变换、转换成24V的直流控制电压或从外部端子（X9－1脚与2脚） 引入这一电压。第二步是将24VDC控制电压转换成其它量值的控制电压，如：+15V、 －15V、＋5V等控制电压作为其它模块的工作电源。 PSU上面有对进行各相进线电压信号与直流母线电压信号的进行采样和处理的电路。 PSU担负系统风机的控制输出，风机回路的熔断保护也在PSU板上。 PSU模块与IVI、PCC有信号交换的接口。 PSU模块有PSU1与PSU2两种,适用于不同的结构尺寸的系统,由于尺寸问题,二者不可
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PSU与VDU模块的功能及特点
第五部分: 6SE70装机装柜型(Chassis)变频/逆变器装置的维修
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ABO模块的功能及维修要点
ABO模块插装于IVI模块上，插接形式类似于计算机的内存条，这个子模块的主要 功能是装有各种实际值传感器的取样电阻或负载电阻。系统功率规格不同或相应 的实际值传感器不同时，此模块就会不同。因此不可以随意调换，更换前必须仔
细核对定货号。
ABO的插装结构有时会在经过运输等过程后跳松，或者在安装其它部件时，无意中 将它碰松，这样在通电运行时，就会报故障（例如F011），因此，需要有检查它
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PSU与VDU模块的功能及特点
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缓冲电路SMU与SML模块
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E尺寸变频器的结构示意
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电容器组及平衡电阻器的拆卸
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IGD模块的上一级控制模块是IVI模块。它们之间的信号传送方式有两类：E、F尺寸结构采用扁
平电缆，而G以上尺寸采用的是光纤方式。 IGD与IVI上的光纤信号元件是有寿命期的，其中绝大多数的元件具有相当长的稳定期。但必须 注意仍有一定比率的这种元件会提前进入老化期，其直接的结果是导致相应光路上的信号发送 强度下降，这会导致IGBT栅极驱动信号不稳定，设备使用到一定期限时，需考虑这个问题。 IGD是逆变器部分的主要组成部件，因其紧靠IGBT，IGBT损坏时有时会将它也损坏。 D2104 6SE70系列变频器的维修
PCC与PCU模块的功能与特点
PCC与PCU模块是变频器系统的特有的模块，逆变器系统无这两种部件。 PCC模块的主要功能是触发前端AC/DC环节中的可控硅整流桥的各元件。系统控制电 源与主回路电源接入后，操作了系统“ON”操作后，PCC模块会输出可控硅元件的触 发信号，并经过一段固定的延迟时间后将可控硅的导通角由最小推移到最大，完成 直流母线电容的预充电过程。 PCU模块主要是包含了变频器系统的AC/DC环节中的辅助二极管启动桥和它的阻容吸 收元件。 正常情况下PCC与PCU必须有正确的工作切换，而且必须在规定时间内完成，如可控 硅整流桥在预充电过程结束后，不能使二极管启动桥反偏截止。则在启动变频器运 行时，一般会烧毁二极管启动桥及预充电电阻。这可能意味着PCU模块的损坏。
的意识。
不同电压等级，但是功率等级相同的ABO模块是不同的，定购与更换前一定要核准 定货号。
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逆变器的输出端与 电流互感器
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拆卸和安装汇流排模块(从规格G 起)
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互换。
更换PSU: 拉出插头X18，X258 和X70; 松开侧板同大地连接的Torx 螺钉;
将PSU 推离它的连锁销并转动，从前面的输入母排下将其拉出来; 以相反次序装入
新的PSU。
VDU模块:进线电压为F、H、U、W的等级时，加在PSU模块前端的模块。
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SMU与SML缓冲电路相对而言结构简单，它是IGBT的吸收回路,每个桥臂的每个IGBT元
IGD模块的功能及结构特点
IGD模块是连接IGBT功率元件的栅极驱动电路板。由于IGBT元件的控制特点，IGD模块与IGBT功
率元件之间的连接必须在空间结构上尽可能地紧密，因此不同功率等级的变频器系统，由于它
们的IGBT安装布局差异较大，从而导致IGD模块的形状也有很大差异。 IGD模块的栅极驱动特性是与相对应型号的IGBT电特性直接有关的。所以，即便是相同结构尺 寸、相同功率，但是硬件版本形态不同的系统，它们的IGD模块也不一定能够互相替换。必须 在替换前严格核对IGD模块上的定货号与硬件版本号。 IGD模块负有双向信号的传递任务。它一方面将IGBT的栅极驱动信号传送到IGBT元件；另一方 面将IGBT元件上的Vce监控等信号交换到控制主板上去。
装机装柜型变频/逆变器的维修特点 装机装柜型变频/逆变器在6SE70系列的产品中最具有维修的典型性。主要是它的各 种部件的结构特征明显，一些在书本型系统中集中于PEU板上的功率部分结构，在装 机装柜型中凸显了它在系统中典型的结构形态，从维修角度来讲，通过对它的维修 可以对变频/逆变器的结构有清晰的了解。 此外，装机装柜型的变频/逆变器，由于组成部件较多，特别是功率元件规格涵盖了 较大的范围，在维修过程中，也最能集中地反映对维修中操作工艺的要求。因此， 如果掌握了装机装柜型变频器系统的维修技术与要求，其它机型就应不在话下了。 本部分将从各组成部件的特点入手，进而介绍系统的结构框图，再介绍几种典型尺 寸装置的结构特点及部件组成，来帮助大家掌握相关的维修技术。
IVI模块的拆卸
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