变频器应用概论

《变频器应用概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器应用概论（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,变频调速维护、保养实用技术培训,主讲 王兆义主办单位： 新疆博识通咨询有限公司中国工业自动化培训网,第一章 变频器应用概论,1.1 变频器结构 变频器是用于电动机调速的工业电力电子电器。内部由单片机控制电子电路，将恒压恒频的工频交流电变为变频变压的交流电，驱动交流电动机调速工作。 变频器为了正常工作，其外部要有一系列的控制端子，控制端子分为主电路端子、输入控制端子和输出指示端子。 为了确定变频器的工作状态，变频器有一系列的功能参数，只有通过参数预置，变频器才能达到预想的工作状态。即我们想让变频器从事什么样的工作（例如PID恒压供水控制、矢量速度控制、降速制动控制等），就将和该控制有关的参数预

2、置到变频器中去。,第一章 变频器应用概论,1.1.1 变频器的外端子 1.主电路端子 该端子是连接电源的RST端子、连接电动机的UVW端子以 及连接制动电阻、直流电抗器 的端子等。 RST端子通过隔离开关和接触器 接到交流电源上；UVW端子通过 电缆连接到电动机。,第一章 变频器应用概论,端子连接,第一章 变频器应用概论,2.输入控制端子1）模拟量输入控制端子: 一般有两个，一个是 模拟电压控制端子，多由电位器控制；一个是模拟电流控制，多作为PID控制反馈端子。2）接点输入控制端子 包括独立功能控制端子和多功能控制端子。该类端子通过开关控制。独立功能控制端子 主要有正转、反转、点动、运行停止、

3、复位等端子，其功能固定。其控制方式有两种，开关控制和脉冲控制 （由参数设置来确定）。,第一章 变频器应用概论,多功能输入控制端子 多功能输入控制端子通过功能预置，可以实现多种功能。 1)多挡速控制（以富士机三档为例） a.由E01、E02、E03定义X1、X2、X3端子为多挡速控制端子，该端子在进行组合闭合时，如图b），输出7段速。在7段速中，还要向变频器预置每段的加减速时间、每段的段速频率。,第一章 变频器应用概论,2）作为升降速端子 在多功能端子中任选两个端子，通过功能预置为升降速端子。,第一章 变频器应用概论,3）预置为外部故障紧急停车THR（ES）端子 该端子可以作为变频器外部的保护检

4、测，如电动机轴承过热、供水池干涸，制动电阻过热等。4） 报警复位端子RST：故障报警后，先解除故障，再给复位端子与公共端之间加正脉冲，变频器才可重新起动。5） PID控制取消端子H2：由功能参数码设定，可控制PID功能的有效和无效。,第一章 变频器应用概论,3.输出信号指示控制端子 1）模拟量输出指示端子 输出指示端子，用于指示输出频率、输出电流、输出电压等，由功能参数值决定可指示的输出量，是一个复合功能输出端子。各个物理量指示的切换由键盘上的功能转换键控制。 2）开关量指示输出端子 输出开关信号，用于监视变频器所处的工作状态。分为集电极开路输出指示端子 和继电器输出报警端子。,第一章 变频器

5、应用概论,继电器接点输出报警端子主要作为变频器报警用。变频器故障跳闸时，内部触点动作，控制外部电路报警。 集电极开路输出端子也是多功能输出端子，可通过功能预置为不同功能。当操作台和变频器不在一处时，可由该端子输出变频器运行状态的指示信号。可用于指示变频器运行中、频率到达、过载、欠电压、频率检出等。,第一章 变频器应用概论,1.2 变频器的常用功能 1.2.1 加速时间和减速时间1. 加速时间为了保证变频器启动时电动机不过流，变频器启动时输出频率从零逐渐上升，通过一定的时间达到工作频率。为了保证电动机正常起动而又不过流，变频器必须设定加速时间。,第一章 变频器应用概论,2.减速时间设置的必要性

6、1）减速制动 负载需要停机时，为了使电动机尽快停止，变频器采用降速停机的方法。在变频器降速过程中，电动机的转速高于了变频器的输出频率，电动机变为发电机，将机械能变为电能，这个电能由制动电阻所消耗，使电动机得到制动力矩而停止转动。,第一章 变频器应用概论,2）防止水泵空化现象水泵制动时防止空化现象要设置减速时间，快速停车会造成管道“空化”现象，一旦管道出现空化现象，外界大气压会把管道压瘪，损坏管道。为了防止水泵快速停止，设置一定的减速时间。,第一章 变频器应用概论,1.2.2 回避频率（跳跃频率、跳转频率）当系统在某个频率出现谐振时，变频器可以将谐振频率回避掉。变频器一般可设置三个以上回避频率。

7、设置回避频率的方法：1) 设定回避频率的上端和下端频率，如43Hz、39Hz，则回避39Hz43Hz；2) 设定回避频率值和回避频率范围，如41Hz、3Hz，则回避38Hz44Hz；3) 只设定回避频率，回避频率范围由变频器内定。,第一章 变频器应用概论,1.2.3 频率增益和频率偏置功能1频率增益 频率增益: 输出频率与输入模拟控制信号的比率，即f/X。输入模拟控制信号是指由模拟控制端子输入的电压（05V，010V）或电流（420mA）控制信号。设置频率增益的目的：1）设置不同的频率增益，使多台电动机按比例运行。2）设置相同的频率增益，使多台电动机同速运行。,第一章 变频器应用概论,2频率偏

8、置 是指控制线不过原点，存在初始值。分为正向偏置和反向偏置。正向偏置：输入模拟信号为0时输出频率大于0；反向偏置: 输入模拟信号大于某一值时才有输出频率。 设置频率偏置的目的： 1)正偏置可以给电动机预加转矩 2) 负偏置可防止噪声干扰。,第一章 变频器应用概论,1.2.4 转矩补偿功能1线性补偿在额定电压和基本频率下线性补偿 起动电压从0可提升到最大值的20%，通过步进的方法设置。,第一章 变频器应用概论,2.分段补偿 在额定电压和基本频率下分段补偿，有正补偿、负补偿两种。正补偿：补偿曲线在标准U/f曲线的上方，适用于高转矩运行的场合。 负补偿：补偿曲线在标准U/f曲线的下方，适用于低转矩运

9、行的场合。,第一章 变频器应用概论,3. 平方率补偿 补偿曲线为抛物线，是根据风机和泵类负载特性设置的。因此多用于风机和泵类负载的补偿，达到节能运行的目的。使用时通过步进的方法设置。 说明：转矩补偿实质是脱离了 标准的U/f线，使工作时电流 增加(正补偿)或减小(负补偿)， ，正补偿过头会使变频器过流 跳闸，电动机发热；负补偿过 头会使起动困难，电动机堵转。,第一章 变频器应用概论,1.2.5 变频器制动控制 1.制动电阻制动变频器停机时，当输出频率低于电动机的转速时，电动机变为发电机，向变频器回馈电能，给滤波电容充电。当电容上的电压上升到700V以上，制动单元VTB导通，制动电阻RB放电制动

10、，将回馈电能消耗掉，使电动机得到制动力矩而制动。制动电阻制动应用于具有回馈电能的场合。没有回馈电能，不用采用回馈制动。,第一章 变频器应用概论,回馈电能产生过程： 下图为电动机产生回馈电能图解。,第一章 变频器应用概论,2.制动电阻的应用场合 1）用于频率下降时制动 当变频器停机时，为了尽快停机，使变频器的输出频率低于电动机转子的旋转频率，产生回馈电能，由制动电阻制动。 2）用于起重机械制动 起重机械重物下降时，电动机转子旋转频率高于变频器输出频率，产生回馈电能，由制动电阻制动。,第一章 变频器应用概论,5.回馈制动 回馈制动是将电动机的再生电能回馈到电网的制动方法。变频器通过回馈制动单元，将

11、电动机的再生电能反馈到电网中，从而使整个调速系统处于回馈制动状态。多用于频繁制动的大、中型变频控制系统。,第一章 变频器应用概论,回馈制动电路的功能有两个： 1）整流 在整流过程中，是由储能电抗器、开关管、续流二极管三者配合工作的。为了使整流过程中相电流连续，在相电压较低时，由储能电感储能、放能完成电压的上升。 2）电能回馈 工作原理与输出逆变基本相同。,第一章 变频器应用概论,1.2.6 过载保护功能1. 对自身的保护变频器过流、过压、过功率、断电等均可进行自动保护，并发出报警信号，甚至自动跳闸断电。变频器在出现过载及故障时，一方面由显示屏发出文字报警信号，一方面由接点开关输出报警信号；当故

12、障排除后，要由专用的复位控制指令复位，变频器方可重新工作。说明：变频器的保护参数值可以进行设置。如变频器的实际过流能力为100A，根据工作需要可以设定为80A，当变频器工作电流达到80A时，变频器过流跳闸。,第一章 变频器应用概论,2对电动机的保护功能 1) 电子热继电器 代替机械热继电器，对电动机进行过热保护。当达到保护电流，经过一定时间后，变频器跳闸。设置电子热继电器时，变频器只能接一台电动机。 2) 应用 先设置功能是否有效，再设置具体参数。参数设置是动作电流与变频器额定电流的百分比，动作电流要按电动机的额定电流进行设置。,第一章 变频器应用概论,1.2.7 瞬时停电再起动功能瞬时停电再

13、起动功能：是指电源瞬间停电又很快恢复供电的情况下，变频器是继续停止输出，还是自动重起。可根据具体使用情况选择“瞬时停电后不起动”或“瞬时停电后再起动”。1. 瞬时停电后不起动 瞬 时停电后继续停止输出，并发出报警信号。电源正常后，输入复位信号才会重新起动,第一章 变频器应用概论,2. 瞬时停电后再起动 瞬间停电又很快恢复供电后，变频器自动重起。自动重起时的输出频率可根据不同的负载进行预置，大惯性负载，以原速重新起动；小惯性负载，以较低频率重新起动。,第一章 变频器应用概论,1.3 异步电动机的工作特性 变频器驱动的为交流异步电动机或交流同步电动机，这些电动机工作在电网上时存在启动电流大或启动时

14、的同步引入问题，工作在变频器上时变频器从低速启动，对电动机 的低速启动特性必须进行研究。 1.3.1异步电动机的工作原理 1. 旋转磁场 现象：用手转动马蹄形磁铁笼型转子就会跟着一起旋转。原理：在转动马蹄形磁铁时，磁铁和笼型转子有了相对运动，笼型转子导线切割磁力线产生感应电流；该电流又和旋转磁场相互作用，产生感应电磁力，该电磁力使转子产生电磁转矩，随着磁场的转动方向而转动。,第一章 变频器应用概论,第一章 变频器应用概论,2. 由定子电流产生旋转磁场,第一章 变频器应用概论,3. 转速差n与转子转矩T、定子电流IN的关系 转子要想随着旋转磁场一起转动，转子和旋转磁场必须维持一定的转速差，转子导

15、线中才能产生感应电流，由感应电流产生电磁转矩，转子才能转动。转速差是电动机正常工作的保证。实验证明，在输出额定转矩情况下，有nI 2(转子感应电流)T 由于转子电流I 2是来自定子电流IN ，所以下面公式成立 n I2 T IN 转速差为： n = n1 n （ n =0， n = n1 ） 式中， n 转速差，单位r/nimn1 旋转磁场转速，单位r/nimn 电动机转子转速，单位r/nim,第一章 变频器应用概论,1.3.2 异步电动机特点 1. 转子要想转动，必须存在转速差n， n越大，转子感应电流越大，转子转矩越大。 2. 转子导线的导体电阻越小，在相同的n作用下，产生的感应电流越大，

16、电动机的机械特性越硬。 1.3.3. 异步电动机的启动 异步电动机在启动时，变频器的输出频率 从0上升，当上升到额定转速差n时，电 动机转子具有额定转矩。如果此时电动机 的负载大于额定转矩，转子不能转动，变频器的频 率继续上升，电动机定子电流增大，变频 器过流跳闸。,第一章 变频器应用概论,1.3.4 n概念的工程应用 1. 具有机械抱闸的系统， n是变频器松闸或抱闸的计算频率（根据该计算频率，适当增加）。 2. 电动机启动时过流跳闸，是因为变频器的输出频率大于了n。一是变频器的频率上升速度太快，电动机的转子转速跟不上变频器频率的变化，造成n增大。二是电动机的负载重，变频器频率上升时转子转不起

17、来，造成n增大。 解决方法：负载惯性大，延长加速时间；负载重，进行变频器低频转矩补偿，提高启动转矩。,第一章 变频器应用概论,3. 旋转磁场的转速 即p=1：电流变化一个周期，旋转磁场正好在空间转过一周。对50Hz工频交流电而言，旋转磁场每秒在空间旋转50周，其转速为： n1=60f1=6050r/min=3000r/min。p=2 ：电流变化一周，旋转磁场只转过0.5周，比磁极对数p=1情况下的转速慢了一半，n1=60f1/2=1500r/min。p=3：电流变化一周，旋转磁场仅旋转了1/3周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，当旋转磁场有p对磁极，旋转磁场的转速为式中， f1电源频率，单位Hz； P 磁极对数，P=1,2,3. ；n1旋转磁场的转速 ，单位r/min。,