变频器原理及西门子6SE70变频器维修及调试
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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：
N：转速
S：转差率
N=60F/P(1-S)
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
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
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
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
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
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
计算机 技术
PWM技术
单片机 DSP
PWM技术 SPWM技术
高速DSP 专用芯片
空间电压矢量 调制技术
更高速率和容量
PWM优化 新一代开关技术
大功率传 动使用变 频器，体 积大，价 格高
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 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
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）
变频调速的发展历程
60年代
电机控制 算法
70年代 V/F控制
80年代
90年代
00年代
矢量控制
无速度矢量控制
电流矢量V/F
算法优化
功率半
SCR
GTR
导体技术
IGBT
IGBT大容量化 更大容量 更高开关频率
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
∴
E1 f
＝C
→
Φ1＝C
顶替办法： U f 1 ＝C → Φ1≈C
∴ 变频的同时也要变压，所以变频器常称为VVVF
变频又变压的具体方法
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
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!!
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；
更为直观的交直交变频原理框图
R0:预充电电阻
R1R2:均压电阻
K
Rb:制动电阻
UR
RR00
RR11
RRbb
UI
~
M 3~
RR22
VTb
显示
单
设定
片
机
接口
电压 泵升 电流 检测 限制 检测
温度 电流 检测 检测
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
2、从反电动势看主磁通的变化 ∵ E1＝KEfXΦ1 ∴ Φ1＝KF·f EX 1 ↑
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。
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
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 ！
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
未来发展方向 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
储能环节
逆变部分
M
交流
直流
直流
交流
控制系统
整流器：将交流电变换成直流Fra bibliotek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
F：频率
P：极对数
标准异步电机速度参数一览
交流电机调速系统的发展历程
早
发 展 时 间
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
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：
N：转速
S：转差率
N=60F/P(1-S)
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
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
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
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
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
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
计算机 技术
PWM技术
单片机 DSP
PWM技术 SPWM技术
高速DSP 专用芯片
空间电压矢量 调制技术
更高速率和容量
PWM优化 新一代开关技术
大功率传 动使用变 频器，体 积大，价 格高
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 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
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）
变频调速的发展历程
60年代
电机控制 算法
70年代 V/F控制
80年代
90年代
00年代
矢量控制
无速度矢量控制
电流矢量V/F
算法优化
功率半
SCR
GTR
导体技术
IGBT
IGBT大容量化 更大容量 更高开关频率
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
∴
E1 f
＝C
→
Φ1＝C
顶替办法： U f 1 ＝C → Φ1≈C
∴ 变频的同时也要变压，所以变频器常称为VVVF
变频又变压的具体方法
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
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!!
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；
更为直观的交直交变频原理框图
R0:预充电电阻
R1R2:均压电阻
K
Rb:制动电阻
UR
RR00
RR11
RRbb
UI
~
M 3~
RR22
VTb
显示
单
设定
片
机
接口
电压 泵升 电流 检测 限制 检测
温度 电流 检测 检测
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
2、从反电动势看主磁通的变化 ∵ E1＝KEfXΦ1 ∴ Φ1＝KF·f EX 1 ↑
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。
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
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 ！
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
未来发展方向 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
储能环节
逆变部分
M
交流
直流
直流
交流
控制系统
整流器：将交流电变换成直流Fra bibliotek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
F：频率
P：极对数
标准异步电机速度参数一览
交流电机调速系统的发展历程
早
发 展 时 间
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