维修电工技师高级技师第一章.ppt

维修电工(技师、高级技师),王兆晶 主编,成都市技师学院机电设备研发中心胡天龙,掌握晶闸管直流可逆调速系统的安装、调试方法；熟悉变频器的基本工作原理；掌握变频器的安装、接线及参数设定方法；熟悉变频器的应用及维护方法。,第一章 电气传动与自动控制,目 录,第一节电力电子器件一、绝缘栅双极型晶体管二、集成门极换流晶闸管三、智能电力模块第二节晶闸管可逆调速系统一、晶闸管有源逆变工作原理二、晶闸管电动机驱动器中的环流及控制三、有环流可逆调速系统四、逻辑无环流可逆调速系统第三节变频调速系统19一、通用变频器的工作原理19二、通用变频器的基本结构,第一章 电气传动与自动控制,三、变频器的类别23四、变频器的额定值和频率指标24五、变频器的主电路24六、通用变频器的控制电路原理26七、变频器参数的设定和功能选择31八、变频调速技术的应用40九、变频器的安装与调试44十、变频器的维护49第四节常用传感器50一、自整角机50二、旋转变压器51三、光电编码器52四、感应同步器53,目 录,第一章 电气传动与自动控制,第一节 电力电子器件,一、绝缘栅双极型晶体管 电流控制 电压控制电流,IGBT的图形符号及等效电路如图1-1所示。,图1-1IGBT的图形符号及等效电路,a）IGBT图形符号 b）等效电路,第一节 电力电子器件,二、集成门极换流晶闸管,集成门极换流晶闸管(IGCT)是一种中压、大功率半导体开关器件。IGCT的图形符号和门极驱动电路如图1-2所示。,图1-2IGBT的图形符号和门级驱动电路,a）IGBT图形符号 b）门机驱动电路,图1-3三相IGBT逆变器原理图,第一节 电力电子器件,三、智能电力模板,IPM具有的特点如下：1）开关速度快，驱动电流小，控制驱动更为简单。2）内含电流传感器，可以高效迅速地检测出过电流和短路电流，能对功率芯片给予足够的保护，故障率大大降低。3）由于在器件内部电源电路和驱动电路配线设计上的优化，所以由浪涌电压、门极振荡、噪声引起的干扰等问题均能有效地得到控制。4）保护功能较为丰富，如电流保护、电压保护、温度保护一应俱全，随着技术的进步，保护功能将进一步日臻完善。智能电力模板内部的基本结构图如图1-4所示。智能电力模板内部的基本结构图应用实例如图1-5所示。,第一节 电力电子器件,图1-4智能电力模板内部的基本结构图,第一节 电力电子器件,图1-5智能电力模板应用电路,第二节 晶闸管可逆调速系统,一、经闸门有源逆变工作原理,1.有源逆变的工作原理,1）90时，装置处于整流状态。,2）90时，装置处于逆变状态。,3）在电动机电动势作用下，晶闸管装置则将直流电转变成交流电，并将电能送回电网。,图1-6有源逆变工作原理,第二节 晶闸管可逆调速系统,2.实现有源逆变的必须条件,3）当逆变电压 U d 大于电动机的电动势 E 时，逆变电流与电动机不能形成通路而处于阻断状态。,第二节 晶闸管可逆调速系统,二、晶闸管电动机驱动器中的环流及控制,1.反并联电路中的环流,（1）环流 静态环流 是指晶闸管装置在固定的触发延迟角之下稳定工作，系统中出现环流。,图1-7反并联电路中的环流,第二节 晶闸管可逆调速系统,（2）动态环流 是指当触发器的控制电压突然改变时，系统从一种状态变为另一种工作状态的过渡过程中产生的环流。,图1-7反并联电路中的环流,第二节 晶闸管可逆调速系统,2.环流的二重性,一般说，产生环流是不利的，但环流又有它有利的一面，少量的直流环流可以作为晶闸管的基本负载。,图1-9三相桥式电路中的环流,三、有环流可逆调速系统,1.自然环流可逆调速系统,（1）系统组成,图1-10自然环流可逆调速系统,第二节 晶闸管可逆调速系统,（2）角度控制和电流限制 为了防止逆变颠覆，对于最小逆变min 必须严格控制。为了限制主回路反向的最大电流，正反向的限幅值可以根据生产机械对正反向的加速度要求而定。,图1-12晶闸管可逆调速系统,（3）系统的工作过程,（4）正向制动停车,1）电动机停止状态,2）电动机正向启动运转,第二节 晶闸管可逆调速系统,图1-13给定环流的可逆调速系统,1）本桥逆变阶段2）它桥制动阶段,2.给定直流环流和可控环流的可逆调速系统,（1）给定环流系统,第二节 晶闸管可逆调速系统,图1-14可控环流的可你调速系统,（2）可控环流系统,第二节 晶闸管可逆调速系统,四、逻辑无环流可逆调速系统,1.逻辑无环流可逆调速系统的分类,图1-15逻辑无环流可逆调速系统的工作原理,第二节 晶闸管可逆调速系统,2.可逆系统对逻辑装置的基本要求,1）在任何情况下，两组晶闸管绝不能同时有触发脉冲，一组工作时，必须封锁另一组脉冲。2）当转矩极性鉴别信号 U si 改变极性时，必须等到零电流检测器发出“零电流”信号后，才允许发出逻辑切换指令，为此必须根据转矩极性和零电流检测信号进行逻辑判断。3）发出切换指令后，经过关断等待时间的延时封锁原导通组脉冲，在经过触发等待时间后才能开放另一组。,第二节 晶闸管可逆调速系统,3.双闭环逻辑无环流可逆调速系统的控制原理,图1-16双闭环逻辑无环流可逆调速系统的工作原理,第二节 晶闸管可逆调速系统,（1）主电路,图1-17调速系统主电路,第二节 晶闸管可逆调速系统,（2）触发电路,图1-18集成触发电路,第二节 晶闸管可逆调速系统,（3）速度调节器,图1-20速度调节器工作原理,第二节 晶闸管可逆调速系统,（4）电流调节器,图1-21电流调节器工作原理,第二节 晶闸管可逆调速系统,（5）反号器,图1-22反号器工作原理,第二节 晶闸管可逆调速系统,（6）转矩极性鉴别器,图1-23转矩极性鉴别器,a）工作原理 b）输入特性,第二节 晶闸管可逆调速系统,（7）零电流检测器器,图1-24零电流检测器工作原理,a）工作原理 b）输入特性,第二节 晶闸管可逆调速系统,（8）逻辑控制器,图1-25逻辑控制器,第二节 晶闸管可逆调速系统,1）逻辑判断电路2）延时电路3）逻辑保护电路4）推电路5）脉冲输出控制电路,逻辑控制器有以下部分组成：,（9）电流变换器,图1-26电流变送器原理图,第二节 晶闸管可逆调速系统,1）先进行部件调试，后进行系统调试。2）先进行开环调试，后进行闭环调试。3）先进行电阻性负载，后调试电感性负载。4）先进行内环试，后调试外环。5）先进行不可逆调试，后进行可逆调试。,4.双闭环无电流可逆调速系统的安装、调试,（1）调试原则,（2）单元部件调试,1）电流调感器（ASR）的调试。2）电流调感器（ACR）的调试。3）电平检测器的调试4）反号器（AR）的调试。5）逻辑控制器（DLC）的调试。,（3）系统开环调试,1）系统保护措施2）相序及相位检查3）系统开环调试,第二节 晶闸管可逆调速系统,1）保护环节的整定。,（4）闭环调试,2）无环流不可逆调试,过电流继电器的整定 欠励磁继电器的整定 过电压继电器的整定 超速继电器的整定 电源断相和电源电压监视,电环流的调试 速度变换器的调试 观察系统的动态波形,3）无环流可逆调试。,第二节 晶闸管可逆调速系统,第三节 变频调速系统,一、通用变频器的工作原理,1.交流异步电动机变频调速原理,2.变频调速系统的控制方式,E1=4.44kr1f1N1 m,式中 E1气隙磁通在每相定子绕组中感应电动势的有效值(V);f1定子频率(HZ);N1 每相定子绕组串联匝数;kr1 与绕组有关的结构常数;m 每极气隙磁通量(Wb).,（1）基频以下调速,（2),基频以上调速,第三节 变频调速系统,图1-29基频以下调速时的机械特性,图1-30基频以下调速时的机械特性,第三节 变频调速系统,3.PWM控制技术,图1-31SPWM波形a)等效波形 b)仿真波形,二、通用变频器的基本结构,1.通用变频器的外形结构,第三节 变频调速系统,图1-32变频器的基本结构,第三节 变频调速系统,图1-33主电路接线端,2.主电路接线端,第三节 变频调速系统,3.控制端子,图1-34控制电路接线端子,第三节 变频调速系统,4.操作面板,图1-35操作面板,第三节 变频调速系统,三、变频器的类别,1.按照变换环节分类,（1）交-交变频器,（2）交-直-交变频器,2.按照滤波方式分类,（1）电压源型变频器,（2）电流源型变频器,图1-36 电压源型和电流源型交-直-交变频器a)电压源型 b)电流源型,第三节 变频调速系统,四、变频器的额定值和频率指标,1.输入侧的额定值,2.输出侧的额定值,（1）输出电压UN,（2）输出电流IN,（3）输出容量SN,（4）配用电动机功率PN,（5）超载能力,3.频率指标,（1）频率范围,（2）频率精度,（3）频率分辨率,第三节 变频调速系统,五、变频器的主电路,1.交-直部分,（1）整流电路,（2）滤波电容,（3）限流电阻,（4）电源指标HL,图1-37电压源型交-直-交变频器主电路的基本结构,2.直-交部分,（1）逆变管V1 V6,（2）续流二级管VD7 VD12,（3）缓冲电路,第三节 变频调速系统,3.制动电阻和制动单元,（1）制动电阻,（2）制动单元,六、通用变频器的控制电路原理,1.U/f控制通用变频器,（1）普通U/f控制通用变频器,1)主要特点,优点包括:转速开环控制,无速度传感器,控制电路简单,使用通用标准异步电动机,通用性强,性价比高.,不能准确地调整电动机转矩补偿和适应转矩的变化。,缺点如下:,无法准确地控制电动机的实际转速。转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力。,第三节 变频调速系统,2)接线原理,图1-38 变频控制电路与外围接线,第三节 变频调速系统,（2）具有恒定磁通功能的U/f控制通用变频器,图1-39恒定电磁转矩控制电路工作原理,2.矢量控制通用变频器,矢量控制系统的基本思想是:交流异步电动机的转子能够旋转的原因是交流电动机的定子能够产生旋转磁动势;而旋转磁动势是交流电动机 三相对称静止绕组A,B,C,通过三相平衡的正弦电流所产生的.但是,旋转磁动势并不一定非要三相平衡,在空间位置上互相”垂直”;在时间上互差120。电角度的两相绕组通以平衡的电流,第三节 变频调速系统,也能产生旋转磁动势.,3.直接转矩控制,（1）直接转矩控制的基本思想,1)转矩控制.,2)磁链控制.,（2）直接转矩控制的主要特点,1)直接转矩控制技术是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.,2)直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链,只要知道定子电阻就可以把它观测出来.,3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制其各物理量.,4)直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果.,图1-42直接转矩系统结构,第三节 变频调速系统,七、变频器参数的设定和功能选择,1.变频器运行频率的设定方法,（1）给定频率设定方法,1)面板给定.,2)预置给定.,3)外接给定.,4)通信给定.,图1-43三菱FR-E500系列变频器操作面板,（2）变频器的外接给定配置,1)外接电压给定信号控制端.,2)外接电流给定信号的控制.,3)辅助给定.,第三节 变频调速系统,图1-44变频器的给定信号控制端子,2.变频器运行频率范围的设定,（1）基本频率和最高频率,（2）上限频率和下限频率,（3）回避频率,图1-45上,下限频率,图1-46回避区,（4）载波频率设定,（5）瞬停再启动,第三节 变频调速系统,3.变频器的启动,（1）变频器的启动,（2）升降速,1)启动频率.,2)启动前直流制动.,1)升速时间.,2)降速时间.,3)升降速方式.,图1-48线性升速方式 图1-49 S形升速方式,4.变频器的制动,（1）直流制动,（2）外接制动电阻和制动单元,（3）整流回馈制动,第三节 变频调速系统,图1-50设定直流制动的要求,图1-51制动电阻接线情况,图1-52整流回馈电路工作原理,第三节 变频调速系统,5.微机设置变频器的参数和功能,（1）接口与标准转换,（2）系统硬件连接,1)通信电缆的连接方法如下:,图1-53有RS-485接口的计算机与多台变频器的连接,图1-54带有RS-232接口的计算机与多台变频器的连接,第三节 变频调速系统,2)端子接线方法:,图1-55带有RS-485的计算机与单台变频器的接线,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,图1-56带有RS-485的计算机与多台变频器的接线,(3)软件的初始化与操作界面 1)通信的初始化。变频器串行通信的初始化。,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,计算机串行通信的初始化。2)三菱变频器设置软件的使用。启动VFD Setup s-w软件。,图1-57设置窗口,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,设置变频器的型号和容量。,图1-58变频器的型号和容量设置,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,通信设置。,图1-59通信设置,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,变频器参数的设置。,图1-60完全参数设置界面,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,变频器运行的显示。,图1-61示波器显示界面,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,(1)变频器容量的选择(2)变频器类型的选择 1)对于风机和泵类负载 2)对于恒转矩负载，3)被控对象具有一定的动态、静态指标要求 4)可控对象具有较高的动态、静态指标要求,1.变频器的选择,八、变频调速技术的应用,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,图1-64电源反馈器件的接法,4)电能的反馈 电源反馈器件的接法,3)制动电阻的选择：,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,变频器运行的显示。,图1-61示波器显示界面,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,(1)变频器容量的选择(2)变频器类型的选择 1)对于风机和泵类负载 2)对于恒转矩负载，3)被控对象具有一定的动态、静态指标要求 4)可控对象具有较高的动态、静态指标要求,1.变频器的选择,八、变频调速技术的应用,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,5)公用直流母线。,图1-66公用直流母线,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,(4)变频调速方案 1)控制要点：控制模式。起动方式。制动方法。点动制动。,2)调速方案：变频器的选型。机构的调整。,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,3)控制电路,图1-67吊钩的变频调速方案,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,(1)环境温度(2)环境湿度(3)安装场所(4)安装空间,图1-68变频器的安装空间,1.变频器的安装环境,九、变频器的安装与调试,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,(1)变频器的发热与散热变频器散热很重要。1)变频器的发热。2)变频器的散热。(2)变频器的接线 1)主电路的接线。,图1-70主电路接线,2.变频器的安装,(5)其他条件,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,2)控制电路的接线。模拟量控制线 开关量控制线 变频器的接地,(1)通电前的检查 1)外观、构造检查。2)电源电压、绝缘电阻的检查。(2)变频器的通电和预置,2.变频器的调试,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,1)熟悉键盘。2)进行功能预置。3)将外部输入控制线接好(3)电动机的空载试验(4)拖动系统的起动和停机 1)起转试验。2)起动试验。3)停机试验。(5)拖动系统的负载试验,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,(1)变频器检查注意事项(2)日常检查项目(3)定期检查的主要项目及维护方法(4)零部件的更换 1)冷却风扇 2)滤波电容器 3)继电器和接触器 4)熔断器,1.变频器的检查,十、变频器的维护,第一章 电气传动与自动控制,第三节 变频调试系统,表1-3变频器常见故障现象和故障原因,2.通用变频器故障诊断方法,第一章 电气传动与自动控制,第四节 常用传感器,图1-77绝对式编码器的工作原理,三、光电编码器,1.绝对式编码器,第一章 电气传动与自动控制,第四节 常用传感器,由检测头、脉冲编码盘以及发光二极管的驱动电路和光敏晶体管的电检测电路组成。,2.增量式编码器,第一章 电气传动与自动控制,第四节 常用传感器,(1)直线式感应同步器,四、感应同步器,1.特点及分类,(2)圆盘式感应同步器,图1-78直线式感应同步器,图1-79圆盘式感应同步器,第一章 电气传动与自动控制,复 习 思 考 题,1.IGCT的特点是什么？IPM的特点是什么？2.晶闸管直流调速系统中，有环流和无环流相比各自的特点是什么？3.ASR、ACR为何要限幅？如何调整？4.如何测定速度反馈极性？如何调整反馈系数？5.直流脉宽调制调速和晶闸管可控整流调速相比，有什么特点？6.电力拖动系统中应用变频调速有哪些优点？7.变频器容量和类型的选择原则是什么？8.变频调速系统中，采用公用直流母线与电源反馈相结合的供电方式，有什么特点？9.用变频器改造或设计一个设备电气系统。,