西门子6ES7231-5QA30-0xB0河南代理商

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整流电路
由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。
电容C1
吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波，
变压器
一种常见的电气设备，可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。
压敏电阻
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有三个作用：一、过电压保护；二、耐雷击要求；三、安规测试需要.
热敏电阻：过热保护
霍尔元件
安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。
充电电阻
作用是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容二端的电压为 0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为：10-300Ω。
储能电容
又叫电解电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压工作范围一般在 430VDC～700VDC 之间，而一般的高压电容都在 400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择≥60uf/A
均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏。
C2电容
吸收电容,主要作用为吸收IGBT的过流与过压能量。
电源板

开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源，开关电源提供的低压电源有：±5V、±15V 、±24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。
驱动板
主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。
控制板
也叫CPU板，相当人的大脑，处理各种信号以及控制程控制方式
1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。
2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。
VVC的控制原理
在VVC中，控制电路用一个数学模型来计算电机负载变化时*佳的电机励磁，并对负载加以补偿。
此外集成于ASIC电路上的同步60°PWM方法决定了逆变器半导体器件（IGBTS）的*佳开关时间。
决定开关时间要遵循以下原则：
数值上*大的一相在1/6个周期（60°）内保持它的正电位或负电位不变。
其它两相按比例变化，使输出线电压保持正弦并达到所需的幅值（如下图）
与正弦控制PWM不同，VVC是依据所需输出电压的数字量来工作的。这能*保*变频器的输出达到电压的额定值，电机电流为正弦波，电机的运行与电机直接接市电时一样。
由于在变频器计算*佳的输出电压时考虑了电机的常数（定子电阻和电感），所以可得到*佳的电机励磁。
因为变频器连续的检测负载电流，变频器就能调节输出电压与负载相匹配，所以电机电压可适应电机的类型，跟随负载的变化。
VVC+的控制原理是将矢量调制的原理应用于固定电压源PWM逆变器。这一控制建立在一个改善了的电机模型上，该电机模型较好的对负载和转差进行了补偿。
因为有功和无功电流成分对于控制系统来说都是很重要的，控制电压矢量的角度可显著的改善0-12HZ范围内的动态性能，而在标准的PWM U/F驱动中0-10HZ范围一般都存在着问题。
利用SFAVM或60°AVM原理来计算逆变器的开关模式，可使气隙转矩的脉动很小（与使用同步PWM的变频器相比）。
用户可以选择自己*喜爱的工作原理，或者由逆变器依据散热器的温度来自动选择控制原理。如果温度低于75°C采用SFAVM原理来控制，当温度高于75℃时就应用60°AVM原理。
以下给出这两个原理的概要
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逆变器*大的开关频率
特点
SFAVM
*大8kHz
1. 与同步60°PWM(VVC)相比，转矩纹波小
2. 无“换挡”
3. 逆变器的开关损耗大
60°AVM
*大14kHz
1. 逆变器的开关损耗减少（与SFAVM相比减少1/3）
2. 与同步60°PWM(VVC)相比转矩纹波小
3. 与SFAVM相比转矩纹波相对大些
如上图所示，电机模型为负载补偿器和电压矢量发生器分别计算额定的空载值ISX0，Isy0和I0，θ0。知道实际的空载值就有可能更准确地估计电机轴的负载转矩。
与V/f控制相比，电压矢量控制在低速时很有利，传动的动特性可得到明显的改善。此外因为控制系统能更好地估计负载转矩，给出电压和电流的矢量值，与标量（仅有大小的值）控制的情况相比，电压矢量控制还能得到很好的静态特征。
各组成部分原理
自六十年代后期以来，由于微处理器和半导体技术的发展及其价格的降低，使变频器发生了很大的变化。但是，变频器的基本原理并没有变。
变频器可以分为四个主要部分：
1、整流器。它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。整流器有两种基本类型---可控和不可控的。
2、中间电路。它有以下三种类型：
a) 将整流电压变换成直流电流。
b) 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。
c) 将整流后固定的直流电压变换成可变的直流电压。
3、逆变器。它产生电动机电压的频率。另外，一些逆变器还可以将固定的直流电压变换成可变的交流电压。
4、控制电路。它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这部分的信号。具体被控制的部分取决于各个变频器的设计。如下图：
上图示出变频器不同的设计及控制原理。图中：
1- 可控整流器，
2- 不可控整流器，
3- 可变直流电流的中间电路，
4- 固定直流电压的中间电路，
5- 可变直流电压的中间电路，
6- 脉冲幅度调试逆变器，
7- 脉冲宽度调制逆变器。
电流逆变器：CSI（1+3+6）
脉冲幅度调制逆变器：PAM（1+4+7），（2+5+7）
脉冲宽度调制逆变器：PAM/VVC(2+4+7)
为了全面，还应该简要的提一下没有中间电路的直接变频器。这种变频器用于功率等级不兆瓦级的地方，它们直接将50Hz电源变换为一个低频电源，其*大输出频率为30Hz。
整流器
变频器中的整流器可由二极管或晶闸管单独构成，也可由两者共同构成。由二极管构成的是不可控整流器，有晶闸管构成的是可控整流器。二极管和晶闸管都用的整流器是半控整流器。
中间电路
中间电路可看做是一个能量的存储装置，电动机可以通过逆变器从中间电路获得能量。和逆变器不同，中间电路可根据三种不同的原理构成。
在使用电源逆变器时，中间电路由一个大的电感线圈构成，它只能与可控整流器配合使用。电感线圈将整流器输出的可变电流电压转换成可变的直流电流。电机电压的大小取决于负载的大小。
中间电路的滤波器使斩波器输出的方波电压变得平滑。滤波器的电容和电感使输出电压在给定频率下维持一定。
中间电路还能提供如下一些附加功能，这取决于中间电路的设计。例如：
l使整流器和逆变器解耦
l减少谐波
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l 储存能量以承受断续的负载波动
逆变器
逆变器是变频器*后一个环节，其后与电动机相联。它*终产生适当的输出电压。
变频器通过使输出电压适应负载的办法，*保*在整个控制范围内提供良好的运行条件。这方法是将电机的励磁维持在*佳值。
逆变器可以从中间电路得到以下三者之一。
l 可变直流电流西门子6ES7231-5QA30-0xB0河南代理商
l 可变直流电压
l 固定直流电压
在以上每种情况下，逆变器都要确保给电机提供可变的量。换句话说，电动机电压的频率总是由逆变器产生的。如果中间电路提供的电流或电压是可变的，逆变器只需调节频率即可。如果中间电路只提供固定的电压，则逆变器既要调节电动机的频率，还要调节电动机的电压。
晶闸管在很大程度上被频率更好的晶体管所取代，因为晶体管可以跟快速地导通和关断。开关频率取决于所用的半导体器件，典型的开关频率在300Hz到20KHz之间。
逆变器中的半导体器件，由控制电路产生的信号使其导通和关断。这些信号可以受到不同的控制静态测试
1、测试整流电路
找下结果，可以判定电路已出现异常，A.到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，正常时有几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依
变频器维修图片
变频器维修图片(5张)
次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以阻值三相不平衡，说明整流桥有故障.B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或启动电阻出现故障。
2、测试逆变电路
将红表棒接到P端，黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块有故障。
动态测试
在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点：
1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）；
2、检查变频器各接插口是否已正确连接，连接是否有松动，连接异常有时可能会导致变频器出现故障，严重时会出炸机等情况；
3、上电后检测故障显示内容，并初步断定故障及原因；
4、如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归后，在空载（不接电机）情况下启动变频器，并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障；
5、在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，负载测试，尽量是满负载测试。[1]
故障判断
1、整流模块损坏
通常是由于电网电压或内部短路引起。在排除内部短路情况下，更换整流桥。在现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污染的设备等。
2、逆变模块损坏
通常是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。在修复驱动电路之后，测驱动波形良好状态下，更换模块。在现场服务中更换驱动板之后，须注意检查马达及连接电缆。在确定无任何故障下，才能运行变频器。
3、上电无显示
通常是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起，如启动电阻损坏，操作面板损坏同样会产生这种状况。
4、显示过电压或欠电压
通常由于输入缺相，电路老化及电路板受潮引起。解决方法是找出其电压检测电路及检测点，更换损坏的器件。
5、显示过电流或接地短路
通常是由于电流检测电路损坏。如霍尔元件、运放电路等。
6、电源与驱动板启动显示过电流
通常是由于驱动电路或逆变模块损坏引起。
7、空载输出电压正常，带载后显示过载或过电流
通常是由于参数设置不当或驱动电路老化，模块损坏引起。
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过电流保护
在变频器维修中,过电流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了变频器的容许值的情形.
由于逆变器的过载能力较差,所以变频器的过电流保护是至关重要的一环,迄今为止,已发展得十分完善.
一、过电流的原因
1、工作中过电流即拖动系统在工作过程中出现过电流.其原因大致来自以下几方面:
① 电动机遇到冲击负载,或传动机构出现“卡住”现象,引起电动机电流的突然增加.
② 变频器的输出侧短路,如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路,或电动机内部发生短路等.
③ 变频器自身工作的不正常,如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替的工作过程中出现异常。例如由于环境温度过高，或逆变器件本身老化等原因，使逆变器件的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通、而另一个器件却还未来得及关断，引起同一个桥臂的上、下两个器件的“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。
2、升速时过电流 当负载的惯性较大，而升速时间又设定得太短时，意味着在升速过程中，变频器的工作效率上升太快，电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大。
3、降速中的过电流 当负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，也会引起过电流。因为，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这时同样可以是转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。
二、处理方法
1、 起动时一升速就跳闸，这是过电流十分严重的现象，主要检查
① 工作机械有没有卡住
② 负载侧有没有短路，用兆欧表检查对地有没有短路西门子6ES7231-5QA30-0xB0河南代理商
③ 变频器功率模块有没有损坏
④ 电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来
2、 起动时不马上跳闸，而在运行过程中跳闸，主要检查
① 升速时间设定太短，加长加速时间
② 减速时间设定太短，加长减速时间
③ 转矩补偿(U/F比)设定太大，引起低频时空载电流过大
④ 电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作
电压保护
1、 过电压保护
产生过电压的原因及处理方法：
① 电源电压太高
② 降速时间太短
③ 降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想，来不及放电，请增加外接制动电阻和制动单元
④ 请检查放电回路有没有发生故障，实际并不放电；对于小功率的变频器很有放电电阻损坏
2、 欠电压保护
产生欠电压的原因及处理方法：
① 电源电压太低
② 电源缺相；
③ 整流桥故障：如果六个整流二极管中有部分因损坏而短路，整流后的电压将下降，对于整流器件和晶闸管的损坏，应注意检查，及时更换。
逆变器件的介绍：
1.SCR和GTO晶闸管
⑴普通晶闸管SCR 曾称可控硅，它有三个极：阳极，阴极和门极。
SCR的工作特点是，当在门极与阴极间加一个不大的正向电压（G为+，K为—）时，SCR即导通，负载Rl中就有电流流过。导通后，即使取消门极电压，SCR仍保持导通状态。只有当阳极电路的电压为0或负值时，SCR才关断。所以，只需要用一个脉冲信号，就可以控制其导通了，故它常用于可控整流。
作为一种无触点的半导体开关器件，其允许反复导通和关断的次数几乎是无限的，并且导通的控制也十分方便。这是一般的“通-断开关”所望尘莫及的，从而使实现异步电动机的变频调速取得了突破。但由于变频器的逆变电路是在直流电压下工作的，而SCR在直流电压下又不能自行关断，因此，要实现逆变，还必须增加辅助器件和相应的电路来帮助它关断。所以，尽管当时的变频调速装置在个别领域（如风机和泵类负载）已经能够实用，但未能进入大范围的普及应用阶段。
⑵门极关断（GTO）晶闸管 SCR在一段时间内，几乎是能够承受高电压和大电流的唯*半导体器件。因此，针对SCR的缺点，人们很自然地把努力方向引向了如何使晶闸管具有关断能力这一点上，并因此而开发出了门极关断晶闸管。
GTO晶闸管的基本结构和SCR类似，它的三个极也是：阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。其图行符号也和SCR相似，只是在门极上加一短线，以示区别。
GTO晶闸管的基本电路和工作特点是：
①在门极G上加正电压或正脉冲（开关S和至位置1）GTO晶闸管即导通。其后，即使撤消控制信号（开关回到位置0），GTO晶闸管仍保持导通。可见，GTO晶闸管的导通过程和SCR的导通过程完全相同。
②如在G、K间加入反向电压或较强的反向脉冲（开关和至位置2），可使GTO晶闸管关断。 用GTO晶闸管作为逆变器件取得了较为满意的结果，但其关断控制较易失败，故仍较复杂，工作频率也不够高。而几乎是与此同时，大功率管（GTR）迅速发展了起来，使GTO晶闸管相形见绌。因此，在大量的中小容量变频器中，GTO晶闸管已基本不用。但其工作电流大，故在大容量变频器中，仍居主要地位。
逆变器件的介绍：上次我们向大家介绍了普通晶闸管（SCR）和门极关断晶闸管（GTO），*重要是让大家了解变频器中逆变器件是如何工作的，它们起到什么作用！接下来我们讲：大功率晶体管（GTR）-大功率晶体管，也叫双极结型晶体管（BJT）。
1、 变频器用的GTR一般都是（复合管）模块，其内部有三个极分别是集电极C、发射极E和基极B。根据变频器的工作特点，在晶体管旁还并联了一个反向连接的续流二极管。又根据逆变桥的特点，常做成双管模块，甚至可以做成6管模块。
2、 工作时状态 和普通晶体管一样，GTR也是一种放大器件，具有三种基本的工作状态：
⑴放大状态 起基本工作特点是集电极电流Ic的大小随基极电流Ib而变  Ic=βIb  式中β------GTR的电流放大倍数。
GTR处于放大状态时，其耗散功率Pc较大。设Uc=200V，Rc=10Ω，β=50，Ib=200mA（0.2A） 计算如下：Ic= βIb=50*0.2A=10A   Uce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100V   Pc=UceIc=100*10W=1000W=1KW  ⑵饱和状态 Ib增大时，Ic随之而增大的状态要受到欧姆定律的制约。当 βIb>Uc/Rc  时，Ic=βIb的关系便不能再维持了，这时，GTR开始进入“饱和"状态。而当 Ic的大小几乎完全由欧姆定律决定，即 Ics≈Uc/Rc  时，GTR便处于深度饱和状态（Ics 为饱和电流）。这时，GTR的饱和压降Uces约 为1-5V。
GTR处于饱和状态时的功耗是很小的。上例中，设Uces=2V，则  Ics=Uc/Rc=200/10A=20A   Pc=UcesIcs=2*20W=40W
可见，与放大状态相比，相差甚远。
⑶截止状态 即关断状态。这是基极电流Ib≤0的结果。
在截止状态，GTR只有很微弱的漏电流流过，因此，其功耗是微不足道的。
GTR在逆变电路中是用来作为开关器件的，工作过程中，总是在饱和状态间进行交替。所以，逆变用的GTR的额定功耗通常是很小的。而如上述，如果GTR处于放大状态，其功耗将增大达百北以上。所以，逆变电路中的GTR是不允许在放大状态下小作停留的。
3.主要参数
⑴在截止状态时
①击穿电压Uceo和Ucex：能使集电极C和发射极E之间击穿的*小电压。基极B开路是用 Uceo表示，B、E间接入反向偏压时用Ucex 表示。在大多数情况下，这两个数据是相等的。
②漏电流Iceo 和 Icex：截止状态下，从C极流向E极的电流。B极开路时为 Iceo，B、E间反偏时为 Icex。
⑵在饱和状态时
① 集电极*大电流Icm：GTR饱和导通是的*大允许电流。
② 饱和压降Uces：当GTR饱和导通时，C、E间的电压降。
⑶在开关过程中
① 开通时间Ton：从B极通入正向信号电流时起，到集电极电流上升到0.9 Ics 所需要的时间。
② 关断时间Toff：从基极电流撤消时起，至Ic下降至0.1 Ics 所需的时间
开通时间和关断时间将直接影响到SPWM调制是的载波频率。通常，使用GTR做逆变管时的载波频率底于2KHz。
4.变频器用GTR的选用
⑴Uceo 通常按电源线电压U峰值的2倍来选择。
Uceo≥2厂2U  在电源电压为380V的变频器中，应有 Uceo≥2厂2U*380V=1074.8V，故选用 Uceo=1200V的GTR是适宜的。
⑵Icm 按额定电流In峰值的2倍来选择  Icm≥2厂2 In   GTR是用电流信号进行驱动的，所需驱动功率较大，故基极驱动系统比较复杂，并使工作频率难以提高，这是其不足之处。 今天我告诉大家的是MOSFET以及IGBT
1、 功率场效应晶体管（POWER MOSFET） 它的3个极分别是源极S、漏极D和栅极G
其工作特点是，G、S间的控制信号是电压信号Ugs。改变Ugs的大小，主电路的漏极电流Id也跟着改变。由于G、S间的输入阻抗很大，故控制电流几乎为0，所需驱动功率很小。和GTR相比，其驱动系统比较简单，工作频率也比较高。此外，MOSFET还具有热稳定性好、安全工作区大 等优点。
但是，功率场效应晶体管在提高击穿电压和增大电流方面进展较慢，故在变频器中的应用尚不能居主导地位。
2、 绝缘栅双极晶体管（IGBT） IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物，是栅极为绝缘栅结构（MOS结构）的晶体管，它的三个极分别是集电极C、发射极E和栅极G。
工作特点是，控制部分与场效应晶体管相同，控制信号为电压信号Uge,输入阻抗很高，栅极电流I≈0，故驱动功率很小。而起主电路部分则与GTR相同，工作电流为集电极电流I。
至今，IGBT的击穿电压也已做到1200V，集电极*大饱和电流已超过1500A，由IGBT作为逆变器件的变频器容量已达到250KVA以上。
此外，其工作频率可达20KHZ。由IGBT作为逆变器件的变频器的载波频率一般都在10KHZ以上，故电动机的电源波形比较平滑，基本无电磁噪声。
在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响
通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算:   发热量的近似值= 变频器容量（KW）×55 [W]
在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的 (过流能力150% * 60s)
如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。
这时可以用估算: 变频器容量（KW）×60 [W]
因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品.
注意： 如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此*好安装位置*好和变频器隔离开， 如装在柜子上面或旁边等。
那么, 怎样才能降低控制柜内的发热量呢?
当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。
根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。
如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。
还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。 注意：变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的!
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
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，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。