SINE303开环矢量变频器常见问题处理及连接接线设计 - 图文
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SINE303变频器概述及常见问题的处理
江苏信息职业技术学院
毕业设计报告
课题:SINE303开环矢量变频器常见问题处理及连接接线设计
系部:电气系
专业:机电一体化
班级:机电设备091
姓名:张云峰
学号:0902263118
指导老师:邱振斌
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目录
摘要------------------------------------------------------------------- 3 第一章 变频器概述------------------------------------------------- 4 第二章 接线流程--------------------------------------------------- 11 第三章 运行及调试------------------------------------------------ 15 第四章 参数设定--------------------------------------------------- 第五章 常见故障简述及处理方法------------------------------ 第六章 日常维护---------------------------------------------------- 结束语----------------------------------------------------------------- 谢词-------------------------------------------------------------------- 参考文献--------------------------------------------------------------
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19 23 29 30 31 32 SINE303变频器概述及常见问题的处理
摘要
SINE303 系列变频器是西门子公司自主研制开发的新一代开环矢量控制变频器,产品的设计规划紧紧围绕各类不同的输入接口需求进行,提供多种基本输入方式,采用开放式的输入平台,由客户编程实现各种基本输入方式的组合输入,输入方式柔性、灵活,满足不同应用领域的输入控制要求。
在实习期间,很多电器柜上都有使用到这款变频器,输入方式包括速度输入及力矩输入等。在系统方面,在稳定性、快速性、准确性等方面都有着一定的提高,驱动方式包括:V/F控制、无PG矢量控制O、无PG矢量控制1等。启停方面则实现了数字设定,常开、常闭触电或者常开、常闭按钮及其组合等多种方式控制变频器的启动挺扯,极为方便的与外围控制设备配合运行。其外形尺寸和安装尺寸都有着详细的规定,对安装现场、环境温度、防范措施也有着一系列的要求。接线方面,主回路端子接线以及控制回路端子接线都作了详细的介绍,确保接线无误。对变频器上的数码管显示器和键盘操作也作了介绍。运行事项以及运行时操作注意事项也列出了相关规定。功能代码表、指令和参数说明等也标了出来,故障内容以及故障分析也详细作了介绍。
SINE303系列开环矢量控制变频器的输入方式、驱动方式以及启停控制方式三者相互独立,三者之间任意组合,三种方式内部的各种设定,还可由外部可编程输入端子编程进行相互切换,实现了优良性能和丰富功能的完美结合,最大程度地满足不同领域、不同行业的需求。
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第一章 概要
1.1 SINE303 系列开环矢量控制变频器型号及规范
额定电源电压:三相交流380V;
适用电机:三相交流异步电动机,功率范围为:0.75~400kW; 最大输出电压与输入电压相同。
SINE303 系列开环矢量控制变频器的技术规范如表1-1所示。
SINE303 系列开环矢量控制变频器基本功能
1.1.1 过程PID 控制
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SINE303变频器概述及常见问题的处理
过程PID 控制可分为两种方式:速度过程PID 控制和力矩过程PID 控制。当过程PID 控制输出量作为变频器的速度输入时即为速度过程PID 控制,当过程PID 控制输出量作为变频器的力矩输入时即为力矩过程PID 控制。速度过程PID 控制适用于所有的驱动方式均有效,力矩过程PID 控制只对无PG 矢量控制1 有效,其它驱动方式无效。
速度过程PID 控制常用于:
压力控制:以压力信号作为反馈量,调节电动机的转速,可控制压力恒定。 流量控制:以流量信号作为反馈量,调节电动机的转速,可控制流量恒定。 温度控制:以温度信号作为反馈量,调节电动机的转速,可控制温度恒定。 力矩过程PID 控制常用于:
张力控制:以张力信号作为反馈量,调节电动机的力矩电流,可控制张力恒定。
1.1.2 程序运行(简易PLC)
程序运行是指变频器依据其内部设定的模式和时间完成规定的控制逻辑。程序运行分为速度程序运行、力矩程序运行和过程PID 程序运行(包括速度和力矩过程PID 程序运行)。程序运行模式又可分为:单循环(完成后停车)、单循环后按第7 段速运行、有限次连续循环(完成后停车)、无限次连续循环。
1.1.3 摆频运行(纺织专用)
摆频适用于纺织、化纤等行业及需要横动、卷绕功能的场合。
1.1.4 步进方式运行
提供五种步进输入方式,应用于速度,力矩,过程PID 输入控制方式。
1.1.5 下垂控制
当多台变频器驱动同一负载时,设定下垂控制功能可以使各变频器的输出功率均匀分配。
1.1.6 停电停车控制
驱动大惯量负载时,若变频器检测到电网停电,将自动切换到停车控制状态,并将系统旋转的动能转换为电能使电动机快速停车,避免系统因大惯量而长时间 自由旋转。
1.1.7 低噪声设计
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由于变频器的输出中含有高频谐波成分,不可避免地会使电动机产生电磁噪声。通常,变频器采用升高载波频率的方法可以降低电磁噪声,但由于升高载波频率会使得变频器损耗变大导致发热,导致变频器每增加1kHz 载波频率,额定输出电流需要下降5%。为解决此问题,SINE303 系列变频器采用两种随机载波调制方式,有效实现低载波频率的低噪声运行。
1.1.8 电流限幅
变频器在运行过程中,若加减速时间过快或由于负载变重,变频器输出电流可能会超过其限幅水平值,若电流限幅功能有效,变频器会自动降低其输出频率,使其输出电流保持限幅水平值基本不变。当变频器输出电流小于电流限幅水平值时,恢复到按正常的输入指令
运行。此功能仅对V/F 驱动方式有效,其余驱动方式电流自动调节。
1.1.9 自动节能
电机在空载或轻载运行的过程中,SIN303 系列变频器会适当调整输出电压,达到空载或
SINE303 系列开环矢量控制变频器使用说明书概要轻载运行时节能的目的。
1.1.10 恒功率输出
当变频器的电源电压降低时,在同样的负载情况下输出电流会增大,此时若恒功率输出有效,变频器自动实时计算变频器的输出功率,以当时允许的最大功率限额运行。
1.1.11 自动稳压
在输入电压变化的情况下,输出电压基本不变,保持V/F 值基本恒定。
1.1.12 动态过压失速
通过实时检测直流母线电压,动态调整过压点,有效避免母线电压的累积。
1.1.13 能耗制动
电动机减速或带势能负载时,因能量回馈,变频器直流母线电压将会升高,此电压称为回升过电压。为了使电动机以设定的减速时间快速制动,同时又不使变频器出现过电压保护,可投入回升制动电阻或制动单元以消耗这部分能量。此制动方式称为能耗制动。
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SINE303变频器概述及常见问题的处理
1.1.14 故障自动重试
变频器在运行过程中,可能发生欠压(瞬时停电,电源又立即恢复)、过压、过流、过载等故障,若故障重试功能有效,相隔一段设定时间后,变频器将自动尝试重新运行。此时若转速追踪启动有效,变频器将自动检测电机转速和方向,使电机平滑无冲击地重新运行 至设定输入频率。
1.1.15 可编程数字输入
SINE303 系列开环矢量控制变频器有X1 ~X7 共7 个多功能数字输入端子,可根据需要任意对其进行相应功能的编程。
1.1.16 可编程模拟输出
SINE303 系列开环矢量控制变频器的M0~M1 为多功能模拟输出端子,可根据需要将其定义为指代不同的信息,并可定义为0~10V 或0~20mA 信号。
1.1.17 可编程数字输出
SINE303 系列变频器的Y1,Y2,用户可根据需要进行相应编程输出。
1.1.18 电机参数自辩识
当电机参数自辩识功能有效时,变频器将自动检测电机的参数值,自辩识成功后,电机参数被自动存储。(电机参数自辩识分为静止和旋转两种,采用旋转方式时请先将负载与电机分开,使电机处于空载状态)
1.1.19 参数拷贝
SINE303 系列变频器的所有功能代码参数可通过键盘进行复制。
1.1.20 显示信息可编程
SINE303 系列变频器的监视代码中的C00~C27 可通过编程设定为当前显示。
1.1.21 RS-485 接口
通过RS-485 接口及计算机监控运行软件,可方便实现多台变频器通过计算机联网运行。
1.1.22 用户密码
用户可以自行设定用户密码,对功能代码进行写保护,防止功能代码参数意外的
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更改。
1.3 SINE303 系列开环矢量控制变频器运行状态详解 1.3.1 变频器工作状态
SINE303 系列开环矢量控制变频器的工作状态分为:参数设定状态、正常运行状态、JOG运行状态、自学习运行状态、停车状态、JOG 停车状态及故障状态。 参数设定状态:变频器上电初始化后,无故障、无启动命令的待机准备状态,此时变频器无输出。
正常运行状态:变频器接收到有效的启动命令后(键盘、控制端子、RS485),依设定输入要求输出,驱动电动机旋转。
JOG 运行状态:由键盘、外部端子或RS485 控制进入JOG 点动运行状态,驱动电动机以JOG 点动输入速度旋转。
JOG 停车状态:JOG 运行指令无效后,输出频率以JOG 减速时间下降至零的的过程。
自学习运行状态:由键盘进入自学习运行状态,静止或旋转检测电动机的相关参数。
停车状态:运行指令无效后,输出频率按设定减速时间下降至零的过程。 故障状态:变频器发生各种故障时的状态。
1.3.2 变频器的运行模式
变频器的运行模式,是指变频器以何种开环或闭环控制规律,驱动电动机以要求的转速和力矩旋转。运行模式包括:
通用开环空间矢量控制——V/F 控制:适用于速度变化不快,稳速精度要求不高的应用场合,满足绝大多数交流电机驱动领域。
无 PG 矢量控制0 ——无PG 反馈开环矢量控制:仅对速度实时估算,但不进行反馈控制,输出电流全程实时闭环控制,电动机0.5Hz 输出达150%的额定转矩,自动跟踪负载的变化并自动限定输出电流,使其不超过允许的最大电流值。即使负载突变、快速加减速,变频器也不发生过流、短路等故障,实现通用变频器配置的高性能、高可靠性。
无 PG 矢量控制1——无PG 反馈闭环矢量控制(力矩控制)。不仅对速度实时估算,而且进行反馈控制,速度、电流全程均实时闭环控制,不仅能够实现速度控
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制,而且能够实现力矩控制,采用此种驱动方式,可将普通交流异步电动机转变为交流调速电机和交流力矩电机,是一种真正意义上的无速度传感器矢量控制。
1.3.3 变频器的给定方式
变频器的给定方式是指变频器驱动电动机时,以什么物理量为被控目标。 以电动机的转速为被控目标,为速度给定方式; 以电动机的电流为被控目标,为力矩给定方式。
可由数字设定、模拟电压、模拟电流或其各种数学组合的方式进行给定,方式多样灵活。
点动速度给定方式高于其它给定方式,即当按键盘点动按键JOG 或使控制端子FJOG、RJOG
有效时,不论当前给定是何种方式,变频器均自动切换为点动速度给定,并可与主速度和
辅助速度叠加组合。
1.3.4 变频器的运行方式
变频器的运行方式是指使变频器进入运行状态的动作条件。其方式有:键盘运行方式、
端子运行方式和RS485 通讯运行方式。端子运行方式分为RUN、F/R 二线控制和RUN、F/R、
Xi(i=1~7)三线控制(需要将Xi 的定义修改为三线运行停车控制),其运行方式控制逻辑 如图1-2 所示。
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SINE303变频器概述及常见问题的处理
图6-2 自动转矩提升
图6-3 滑差补偿
4.4.2差补偿
V/F 控制方式下,电机转子的转速随着负载的增加会减小。为了保证电机在额定负载下,其转子转速接近空载转速,可启用滑差补偿,滑差补偿的设定见FA.17。在矢量控制方式下,一般不需滑差补偿。
电机额定滑差量与电机空载电流和电机极数有关。电机额定滑差可按如下公式计算:
电机额定滑差量[Hz]=电机额定频率[Hz]-额定转速[rpm]×电机极数/120。
变频器计算滑差补偿时需要有正确的电机额定滑差量。将电机铭牌参数正确地输入F0.00~ F9.07,进行电机参数自辨识或使用者准确地了解电机参数情况下手动输入电机参数后,变频器将行计算电机额定滑差量。
根据运行的需要,滑差补偿可能需要调整,下述方式可调整滑差补偿:
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FA.17=0.00~200.00,滑差补偿强度在0.00~200.00%电机额定滑差量范围内,可连续 设定。0.00%为电机滑差补偿无效。即此时额定转矩电流对应额定转差频率。设定FA.17=X 即为滑差补偿=X%×电机额定滑差量。此时额定转矩电流对应(1+X%)×额定转差频 率。设定值越大,补偿量越大。因此:
当电机实际转速远低于目标值时,增大FA.17 设定值;电机实际转速远高于目标值时,
减小FA.17 设定值。建议以0.10 为单位逐次调整,不宜过大。
正滑差补偿用于电机电动运行状态,负滑差补偿用于电机制动运行状态
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第五章 故障对策
5.1当变频器发生异常时,数码管显示器将显示对应的故障代码及其参数,故障继
电器动作,故障输出端子动作,变频器停止输出。发生故障时,电机若在旋转,将会自由停车,直至停止旋转。 1.代码SC
故障类型:驱动故障
故障原因:1.变频器输出侧相间或对地短路。2.逆变模块损坏。 故障对策:1.调查原因,实施相应对策后复位。2.寻求技术支持。 2.代码HOC、SOC
故障类型:瞬时过流、稳态过流
故障原因:1.变频器输出侧相间或对地短路。2.负载太重时,加减速时间太短。3.V/F 驱动方式时转矩提升设定太大。4. 启动时电机处于旋转状态。5. 使用超过变频器容量的电机。
故障对策:1.调查原因,实施相应对策后复位。2.延长加减速时间。3.减小转矩提升设定值。4.设定转速追踪启动有效。5. 更换适配的电机或变频器。 3.代码HOU
故障类型:瞬时过压
故障原因1.减速时间太短,电机再生能量太大。2.电源电压太高。 故障对策1.延长减速时间。2.将电源电压降到规定范围内。 4,。代码SOU 故障类型:稳态过压
故障原因:1.电网电压太高。 故障对策:1.将电压降到规格范围内。 5.代码SLU
故障类型 稳态欠压
故障原因1. 输入电源缺相。2. 输入电源接线端子松动。3. 输入电源电压变化太大。4.输入电源上的开关触点老化。
故障对策1.检查输入电源。2.旋紧输入接线端子螺钉。3.检查空气开关、接触器。
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6.代码ILP
故障类型:输入缺相
故障原因:1.输入电源缺相。
故障对策:1.检查输入电源。2.检查输入电源接线。3. 检查接线端子是否松动。 7.代码OL 故障类型: 过载
故障原因:1.加减速时间太短。2.V/F 驱动方式时转矩提升设定太大。3.负载太重。
故障对策:1.延长加减速时间。2.减小转矩提升设定值。3.更换与负载匹配的变频器。
8.代码MOH、ZOH、SOH
故障类型: 模块过热、整流桥过热、散热器过热
故障原因:1.周围环境温度过高。2.变频器通风不良。3.冷却风扇故障。 故障对策:1.变频器运行环境应符合规格要求。2.改善通风环境,检查风道是否堵塞。3.更换冷却风扇。 9.代码OLP
故障类型: 输出缺相
故障原因:1.输出U、V、W 缺相。
故障对策:1. 检查变频器与电机之间的连线。2.检查电机绕组是否断线。3.检查输出端子是否松动。 10.代码EXT、PUP 、PDN
故障类型:外部故障、PID 上限 保留、PID 下限 保留 故障原因:1.外部设备故障端子动作。 故障对策: 1.检查外部设备。 11.代码EED、EEU
故障类型:变频器存储器故障、键盘存储器故障
故障原因:1.干扰使存储器读写错误。2.存储器损坏。 故障对策:1.按STOP/RESET 键复位,重试。2.寻求技术支持。 12.代码STP
故障类型:自测试取消
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SINE303变频器概述及常见问题的处理
故障原因:1.自测试过程中按下STOP/RESET 键 故障对策:1.按STOP/RESET 键复位。 13.代码SFE
故障类型:自测试自由停车
故障原因:1.自测试过程中外部端子FRS=ON 故障对策:1.按STOP/RESET 键复位。 14.代码SRE、 SCE
故障类型:定子电阻异常、空载电流异常
故障原因:1.电机与变频器输出端子未连接。2.电机未脱开负载。3.电机故障。 故障对策:1.检查变频器与电机之间的连线。2.电机脱开负载。3.检查电机。 当变频器发生上述故障后,若要退出故障状态,可按STOP/RESET 键复位清除, 在运行过程中发生故障时,若故障重试有效(F1.21 和F1.24 设定),那么经过一定的设定间隔时间(由F1.23 设定)后,变频器将自动复位故障并尝试运行。故障复位重试次数由代码F1.21设定。若在30 秒钟内,发生故障次数超过设定的故障重试次数,变频器将停止重试运行,保持故障状态。
5..2 故障分析
变频器通电后,由于功能设定及外接控制端子接线错误,使得电机未能按期望的结果动作,可参照本节的分析内容实施相应的对策,若显示为故障代码参数,参照9-1 节的故障方法排除。
5.2.1 功能设定代码参数不能设定
按 UP/DOWN 键,参数显示不变
变频器已处于运行状态。变频器在运行状态时,有些代码参数不允许修改。 按 UP/DOWN 键,参数显示可变,但存储无效 某些功能设定代码参数为锁定状态,不能修改。
5.2.2 电机旋转异常
按下键盘RUN 键,电机不旋转
1. 启动停车为端子控制:检查功能代码F0.04 的设定。
2. 自由停车端子FRS 与COM 闭合:使自由停车端子FRS 与COM 断开。
3. 运行命令切换至端子有效,此时运行命令只能由端子控制:修改使其无效。
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4. 运行命令通道的状态组合为端子控制:修改为键盘控制。 5. 参考输入频率设定为0:增加参考输入频率。 6. 输入电源异常或控制电路故障。 控制端子RUN、F/R=ON,电机不旋转
1. 外部端子启动停车功能设定无效:检查功能设定代码F0.04 的设定。 2. 自由停车端子FRS=ON:使自由停车端子FRS=OFF。 3. 控制开关失效:检查控制开关。
4. 参考输入频率设定为0:增加参考输入频率。 电机只能单方向旋转
反转禁止有效:当反转禁止代码参数F1.27 设定为1 时,变频器不允许反转。 电机旋转方向相反
变频器的输出相序与电机输入端不一致:在断电状态下,任意互换两根电机连线即可改变
电机的旋转方向。
5.2.3 电机加速时间太长
电流限幅水平参数设置太低
当过电流限幅设置有效时,若变频器的输出电流达到其设定的电流限幅水平,则在加速过程中,输出频率将保持不变,直到输出电流小于限幅水平值后,输出频率方能继续上升,这样,电机的加速时间就比设定的时间长。请检查变频器的电流限幅水平是否设置太低。
设定的加速时间太长。请确认加速时间代码参数。
5.2.4 电机减速时间太长
能耗制动有效时:
1. 制动电阻阻值太大,能耗制动功率太小,延长了减速时间。
2. 制动使用率设定值(F1.15)太小,延长了减速时间。增大制动使用率设定值。 3. 设定减速时间太长。请确认减速时间代码参数。 失速保护有效时:
1. 过压失速保护动作,直流母线电压超过VOH 时,输出频率保持不变,当直流母线电压
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SINE303变频器概述及常见问题的处理
低于VOL 时,输出频率继续下降,这样就延长了减速时间。 2. 设定的减速时间太长。请确认减速时间代码参数。
5.2.5 变频器过热
: 负载太重
1. 电机负载太重,使得变频器长时间超过其额定电流工作。需选择与电机功率匹配的变 频器。
2. 电机或负载故障,导致电机堵转,变频器电流限幅动作,其设定电流限幅值小于120%。
变频器环境温度过高:
当变频器周围环境温度超过允许值时,其额定状态工作时的温度可能会超过变频器允许的最高温度。
5.2.6 电磁干扰和射频干扰
当变频器运行时,由于变频器工作于高频开关状态,会对控制设备产生电磁干扰和射频干扰,可采用以下措施: a) 降低变频器的载波频率(F0.20)。 b) 在变频器的输入侧设置噪声滤波器。 c) 在变频器的输出侧设置噪声滤波器。
d) 电缆的外部套上金属管。变频器安装在金属机箱内。 e) 变频器及电机一定要可靠接地。
f) 主电路连线及控制回路连线分开独立走线。控制回路采用屏蔽线并按第三章接线图所示的方法连接屏蔽线。
5.2.7 漏电断路器动作
变频器运行时,漏电断路器动作
由于变频器的输出是高频PWM 信号,因此会产生高频漏电流,请选用电流灵敏度为30mA以上的变频器专用漏电断路器;若用普通的漏电断路器,请选用电流灵敏度为200mA 以上的,动作时间为0.1 秒以上的漏电断路器。
5.2.8 机械振动
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机械系统的固有频率与变频器载波频率共振
电机无问题,但机械产生尖锐的声音共振时,是由于机械系统的固有频率与变频器载波频率共振。请调整F0.20~F0.23 载波频率,避开共振频率。 机械系统的固有频率与变频器输出频率共振
机械系统的固有频率与变频器输出频率共振,会产生机械噪声。请使F3.26~F3.31 跳跃频率及范围,避开共振频率。或在电机底板设置防振橡胶及其它防振措施。 PID 控制振荡
PID 控制器的调节参数P、Ti、Td 设置不匹配。请重新设定PID 参数。
5.2.9 变频器停止输出电机仍旋转
原因:停车直流制动不足
1. 停车直流制动力矩过小。请增大停车直流制动电压设定值(F1.07)。 2. 停车直流制动时间过短。请增加停车直流制动时间设定值(F1.09)。
5.2.10 输出频率不按给定频率输出
原因: 给定频率在跳跃频率范围内
使用跳频功能时,禁止变频器在跳跃频率范围内输出。请检查F3.26~F3.31 跳跃频率及范围是否适当。 给定超过上限频率
给定频率超过上限频率设定值时,输出频率按上限频率输出。重新设定给定频率,使其在上限频率范围以内;或检查F0.25 及F0.26 是否适当。__
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SINE303变频器概述及常见问题的处理
第六章 保养和维护
6.1 保养和维护
由于变频器使用环境的变化,如温度、湿度、烟雾、粉尘等的影响,以及变频器内部元器件的老化等因素,可能会导致变频器发生各种故障。因此,在存贮、使用过程中必须对变频器进行日常检查,并进行定期保养维护。 变频器经过运输,使用前应检查元件是否完好,螺钉是否紧固。 变频器在正常使用期间应定期清理灰尘,及检查螺钉是否松动。
变频器长期不用,建议存储期间每半年通电一次,时间以半小时为宜,以预防子器件失效。
变频器应避免在潮湿,多金属粉尘环境下的使用。如确需在此类环境下使用,必须置于带有防护措施的电气柜内或现场保护小间。
6.1.1 日常维护
在变频器正常运行时,请确认如下事项:
电机是否有异常声音及振动。 变频器及电机是否发热异常。 环境温度是否过高。
负载电流表是否与往常值一样。 变频器的冷却风扇是否正常运转。
6.1.2 定期检查
根据使用情况,客户应对变频器进行定期检查,以消除故障及安全隐患。检查时,一定要切断电源,待主电路电源CHARGE 指示灯熄灭后,才能进行检查。
6.1.3 器件的维护及更换
为了使变频器长期正常工作,必须针对变频器内部电子元器件的使用寿命,定期进行维护和更换。变频器电子元器件的使用寿命又因其使用环境和使用条件的不同而不同。
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结束语
变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展,促进了电气传动的技术革命交流调速取代直流调速计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能改善生产工艺流程,提高产品质量,以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率,高功率因数,以及优异的调速和启制动性 能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。而开环矢量控制变频器更是变频器中应用比较广泛的变频器之一,其特征在于:控制电路采用电源输入电路输出端连接整流电路输入端,所述的电源输入电路输入电源通过整流电路到滤波电路的输入端;整流电路的输出端连接到滤波电路的输出端,所述的滤波电路是电流转换成直流电;滤波电路的输出端与逆变电路及开关电源连接,所述的逆变电路把直流电专程交流电。变频器随着越来越广的使用,其技术也在不断发展,道路也将越来越宽广。
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