《变频器维修综合试验台的设计与制作》-工学论文，工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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变频器维修综合试验台的设计与制作

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左文凤

摘要：在工业生产领域，变频器作为应用最广泛的电机调速装置，种类之多数量之多，如何快速准确维修变频器成为一个难题。本课题研究以ACS800变频器维修综合试验台为背景，模拟466采煤机的现场状况。该试验台既可以启/停、加速、减速、正反转控制变频器，实时显示电流、频率、转速等参数，又可以测试变频器整流、逆变模块的好坏，又可以对主控板和驱动电路进行调试维修，较好地解决了变频器的维修和检查难题。

Abstract： In the field of industrial production， frequency converters are the most widely used motor speed control devices， and the number of types is much， how to quickly and accurately repair the frequency converter becomes a problem. This research is based on the ACS800 inverter maintenance comprehensive test bench as the background to simulate the site condition of the 466 shearer. The test bench can control the inverter by starting/stopping， accelerating， decelerating， and reversing， displaying the current， frequency， speed and other parameters in real time， and testing the rectification and inverter modules of the inverter， and can also control the inverter. The board and the drive circuit are debugged and repaired， which better solves the maintenance and inspection problems of the inverter.

关键词：Modbus通信协议;直流检测板;PLC;变频器;触摸屏

Key words： Modbus communication protocol;DC detection board;PLC;inverter;touch screen

中图分类号：TN773? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）26-0141-02

1? 概述

随着技术的进步，变频器在生产中的应用越来越广泛。变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，利用其平滑无级的调速性能，实现电动机的无级调速，可以任意调节频率，降低噪音，可达到节能运行效果和优良的软启动性能。

面对数量如此之多的变频器，如何保障其正常运转，成为一个迫切需要解决的问题，而变频器的真正维修难点在其主回路控制板上。主控板以前得寄往变频器生产厂家维修，要花费许多金钱及时间，也耽误了生产。针对此问题，我们设计了变频器检测台，既可以测试变频器整流、逆变模块的好坏，又可以对主控板和驱动板进行调试维修，较好地解决变频器的维修和检查难题。

2? 变频器工作原理简介

变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再将直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。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的。

经常见到的变频器，因为主电路的中间环节有一个电容储能电路，又称电压型变频器，其逆变电路是由电容C1、C2储能提供電源供应的。变频器的上部主电路揭示了电压型变频器的主电路结构，下半部分则为控制电路，其主要任务是生成逆变功率电路所需的6路脉冲信号，并承担故障检测、停机保护和操作控制等任务。

3? 试验台硬件结构图

变频器试验台主要由可编程控制器PLC、触摸屏、直流检测板、互感器、取样电路板和各类检测仪器仪表等组成。被检测的变频器与试验台相连接，见图1。现将变频器试验台台的基本原理及电路框图说明如图1。

4? 试验台硬件选型

4.1 PLC

试验台控制器采用西门子S7-200系列可编程序控制器的CPU226，STEP 7-Micro/WIN? V4.0编程软件对其功能进行编程。其控制原理图如图2所示。

4.2 触摸屏

维控触摸屏在变频器检测台中的应用，包括变频器的启/停、各项参数的设置以及电流、频率等模拟量的显示。触摸屏型号为LEV1102L，触摸屏与西门子200PLC之间通讯采用串口通讯，连接方式RS485，编程软件采用Levistudio，其画面分为主画面、监控画面、启停控制和故障报警画面等。

以ACS800变频器检测画面为例，如图3所示。

4.3 其他

各类检测仪器仪表和装置有：万用表、示波器、耐压测试仪、调压变压器、自制整流桥、开关电源等。用万用表测量整流、逆变模块的二极管压降，然后用耐压测试仪检测器耐压，可判断变频器整流、逆变模块的好坏。还可用直流检测板、开关电源，对主控板的过流，短路及驱动电路进行调试维修。取样电路板是获取外部短路的信号，互感器是获取过流缺相信号。

5? 直流检测板

在维修过程中常需要对控制电路板进行单独上电检修。不论是检测CPU主板还是检修电源板、驱动板，都需要接开关电源，为各部分电路的检测提供条件。所以要先了解开关电源电路的电源取自哪里，进而用外置维修电源来取代。

本项目使用自己制作的维修电源（如图4），放置在检修工作台的一个位置上，这个维修电源的作用是可实现变频器的拆机上电检查、维修完装机后的上电检查、对CPU主板和电源、驱动板的脱机检测检修等。

图4中，IS2510为整流桥。DC端子电源的作用为，接入DC端子电源，用此电源代替原变频器内三相整流电路、直流回路。DC端子电源的优点：一是一种安全检测电源，变压器本身供电隔离作用，在检测中万一触及强电部分，因无对地回路，不会造成对人体触电的危害;二是该电源为小容量电源，又串入2A熔断器，机器电路即使有短路故障存在，但因电源容量所限和熔断器的作用，不致损坏整流和逆变模块。

6? MODBUS通讯协议

MODBUS协议作为应用最广泛的通信传输协议，通过此协议，变频器与PLC之间就可以进行通讯。变频器与西门子200PLC之间的硬件连接采用，9针串口转RS485的电缆连接，也就是九针串口的3和RS-485信号B相连接，九针串口的8和RS-485信号A相连接，就可以了。它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。

以ACS800变频器为例，先对变频器的各项参数进行设置，设置完通讯参数后无需刷新，必须重新上电更新。

6.1 读变频器参数

92.02～05设置要读的变频器参数，如下例：

92.02——0102，92.03——0103，92.04——0104，

92.05——0105，92.06——0106

运行后变频器参数值自动发送到存储器中相应位置中，这时自动返回相应数据。对应如表2（注：返回为10进制）。

6.2 写变频器参数

在变频器90参数组（D SET REC ADDR数据集传送地址）中设置：

90.01～03存储现场总线的给定值，可定义为要写的参数，如下例：

90.01——1202，90.02——1203，90.04——1204

发送报文与DB1中的对应。

7? 结论

本课题研究在采煤机ACS800变频器的基础上，推广到各种不同变频器上，本试验台具有通用性及兼容性，只要变频器具有RS485通讯口，就可以实现与其通讯，可以启/停、加速、减速、正反转控制变频器，实时显示电流、频率、转速等参数，又可以测试变频器整流、逆变模块的好坏，又可以对主控板和驱动电路进行调试维修，较好地解决了变频器的维修和检查难题。本次设计的试验台可提供和井下相同的控制输入输出条件，多功能人机界面可以直观的显示出主机的各种工作参数，加快了维修进度，同时满足了客户的需求和出厂检验要求，社会效益明显。到目前为止，已经维修各类变频器四十余台，以采煤机变频器ACS800为例，一台维修费为4.1万，每年维修15台，每年效益15台*4.1万=61.5万，其经济效益显著。

参考文献：

[1]咸庆信著.变频器电路维修与故障实例分析[M].二版.机械工业出版社，2013，6.

[2]周志敏，纪爱华等著.ABB变频器工程应用与故障处理[M].机械工業出版社，2013，9.

[3]毕晓斌.关于电牵引采煤机变频器的故障诊断与维修[J].价值工程，2014，33（15）：78-79.

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