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1、变频器应用、维护与维修实用技术培训,一、本章基本内容： 1. 变频器的U/F=C控制及应用 包括：控制原理、应用范围、应用案例 2. 变频器PID控制 包括：控制原理、应用范围、应用案例 3.变频器矢量控制 包括：控制原理、应用范围、应用案例 二、解决的问题 解决变频器常用模式的几种应用组态、参数选择、应用技巧,3.1.1 变频器基本U/f 开环控制 基本U/控制是变频器根据电动机的电磁特性采取的控制 模式，即输出频率变化时，输出电压也成比例的变化， U/=C（常数）。恒压频比控制是变频器控制的基础，其他 控制也是建立在该控制基础上的。 开环控制就是电动机只能调速，不能稳速。,1. 基本U/f
2、控制的由来 给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压U1后，绕组中便产生感应电动势E1，根据电动机理论，E1的表达式为： E1=4.44K1N1f1m 式中，E1定子绕组的感应电动势有效值。 K1定子绕组的绕组系数，K11，为常数。 N1定子每相绕组的匝数。为常数。 f1定子绕组感应电动势的频率， 即电源的频率。 m旋转磁场的主磁通,大小和 定子空载电流成正比，为了保证电动 机工作在磁通的最佳值， m也为常数。,上式整理为：E1/f1 = C 当忽略 U，有 U1/f1=C(常数),基本U/f控制在调频过程中保 持电动机的基本特性不变，因此它是一切变频器控制模式的基础。,2. 基频以下变频调速
3、1）基频以下恒磁通变频调速 我国电网50Hz交流电称为基频，在050Hz范围调速时，称为基频以下调速。 特点： 基频以下调速时转速变化转矩不变，具有恒转矩特性。 随着转速的下降，电动机输出功率下降。（ P=n T,） 当转速较低时，具有节能 作用。 启动转矩小。 进行低频转矩补偿,3.基频以上变频调速,根据：P=n T,当超频工作时，n、T，P不变。所以超频 工作具有恒功率特性。 用途：高速设备，如高速磨床的磨头电机。 调速比较大的传动设备。为了不降低变频器（电 动机的输出功率）如数控车床，采用超频工作。,3.1.2 应用案例（变频器在离心机中的应用）,离心机是用于水泥管的成型设备。水泥管是一
4、个中空管型结构，在制造时先用钢筋按照电线杆的长度和直径做一个筒状笼形龙骨，放到两开的圆形模具中，然后将按比例混合好的水泥放到模具中，将模具锁紧，用天车吊装到离心机上，模具平行放置。通过离心机的摩擦轮驱动模具转动。,1.运行要求 开机后先慢速运转23min，使混凝土分布到钢模内壁四 周而不塌落。 中速运行0.51min，防止离心过程中混凝土结构受到破 坏，这是从低速到高速的一个短时过渡阶段。 高速运行615min，将混凝土沿离心力方向挤向内模壁 四周，达到均匀密实成型，并排除多余水分。 离心运行停止后，用天车吊装到蒸汽室用高温蒸汽加温加速 水泥的固化，固化到95%后开模。,2.段速图,一段速 二
5、段速 三段速,3.控制电路,KT1、KT2、KT3是3只通电延时继电器。按下起动，KT1得电，1段速闭合，KT1定时时间到，接通KT2，同时断开KT1线圈，执行2段速，2段速时间到，闭合KT3，KT3同时断开KT2线圈，执行速度3。KT3延时时间到，断开供电电源，变频器停止工作。,4.变频器参数预置,结论：所选参数和变频器所选功能一一对应！,3.2 变频器闭环PID控制 3.2.1 PID控制应用场合 变频器PID控制是闭环控制，被控系统和变频器要形成闭 环。变频器内部要设PID控制电路。 PID控制应用场合： （1）应用于过程控制。 如恒压供水控制，恒压供气、恒温控制、恒张力控制等。 （2）
6、应用于稳速控制。,1. PID控制组态 1）设置目标量给定端子和目标量。 2）设置反馈量给定端子和反馈量。 3）安装传感器,分析：假设设备为水泵，要求压力为0.6MPa，传感器量程为01MPa，输出电压为010V，目标信号给定为6V。反馈电压小于目标电压，升速；反馈电压大于目标电压，降速；反馈电压等于目标电压，恒速运行。,2. PID控制特性 PID控制主要作用是消除 震荡和提高恢复的快速性 P控制器放大器，提 高系统反应的快速性，减 小静差。 I控制器积分器，消 除系统的振荡。 P、I 参数在现场进行调试。,3.2.2 PID 在恒压供水中的应用 1. 两种控制方式,独立PID控制,间接PI
7、D控制，由PLC、恒压供水集散控制系统等和变频器共同组成的供水系统。,4.西门子440 变频器 PID控制应用,信号流程图：,表4-5 M440变频器恒压供水参数,5. PID应用案例丹佛斯FC51 变频器PID应用 丹佛斯FC51系列变频器 有着非常优良的闭环控制 特性，反馈信号取自什么 量，就稳定什么量。 取自水泵的压力就组成 恒压供水，取自张力，就 组成张力控制。,参数选择：,张力控制,3.2.3 张力控制,3.3 矢量控制变频器 矢量控制是专为提高电动机的快速性和控制精度研制的。 1.自动化系统对变频器调速的要求 1）调速性有良好的调速性能，很宽的调速范围。 2）稳速性以一定的速度精度
8、在所需速度下稳定运行。 3）快速性加减速度快，在系统受到干扰时恢复的快 （系统反应的快速性是自动控制的一个硬指标）。 几千千瓦轧钢电动机在不到1s内完成从正转到反转的全部 过程。,2.交直流电动机转矩特性的比较 1）直流电动机 T=km m Ia （转矩和电枢电流成线性关系） 2）交流电动机 T=km m I2 cos2 式中 是转子电流的功率因数，因为它和I2电流的变化 趋势正好相反，是造成交流电动机快速性差的根源。,分析：在恒速运行时， cos2的影响不大（见图）。因为转速差恒定。在提速时，影响很大：,提速：,恒速运行输出转矩,提速时矢量图,提速时电动机中很大一部分I2电流变为无功电流，没
9、有形成电磁转矩，使电动机提速慢！,解决：将cos2整成常数，类似直流电动机的调速,只要它为常数，交流电动机的控制就和直流电动机的 控制特性相同了。因为控制cos2为常数，实际上就 是：即控制转子电流I2的大小，还要控制电流的方向 （2不变），即矢量控制。矢量控制是通过电路等效 的方法，用类似直流电动机的控制方法对交流电动机 进行控制。通过坐标变换，将交流电动机的磁场和直流电动机的磁场进行等效，使交流电动机得到直流电动机的控制效果。,3.矢量控制思路 模拟直流电动机对交流电动机进行控制。 控制中首先要将电动机的参数写到变频器，主要是电动机的动态电阻和动态电感，作为控制的比较信号，可用自扫描的方法
10、获得。 控制中要形成电流闭环和速度闭环。,4，应用方法 将控制模式切换到矢量控制 对使用的电动机进行自扫描， 将电动机的参数写入变频 器，用于控制时的比较信号。 矢量控制分为有传感器和无传感器两种控制方式。 开环无传感器利用变频器内部的电流环稳定转矩和转速， 使用时和基本U/f控制一样方便。 闭环有传感器使用时外接旋转编码器。在要求速度控制精 度高或位置控制等场合采用。,4.矢量控制的特点和应用 起动转矩大，在起动时可以提供2倍的起动转矩。适应工作在一切起重设备中。 快速性好，适应工作在提速快、速度非常稳定的场合。 可以在任何场合取代基本U1/f1=C 的场合。 开环控制适用于对速度稳定性要求
11、不是十分高的场合，闭环控制适应于起动转矩大、速度稳定性非常好的场合。如轧钢、造纸、传动中的精确控制等。,6. 矢量控制应用（变频器在离心机中的应用）,离心机起动转矩大，在静态起动时需要电动机提供较大的起动转矩。工作中因为负载有惯性，需要电动机的速度稳定，使用矢量控制变频器比较合适。,电路连接和U/F控制相同，参数选择除了将P1300=0修改为 P1300=20之外，其他参数选择相同。如果增加机械抱闸控制 可设置参数为：P0731P0733=52.C，P1080=额定的f,7. 矢量控制变频器的选择 矢量控制变频器在原则上可以在一切应用场合取代U/f控制 ，但因为矢量控制成本高，在没有必要的场合无需选用。,敬请提出建议， 谢谢大家！,
