变频器调速应用技术培训.ppt

变频器调速应用技术,全有文档,一、变频器的内部控制系统,IGBT触发电路,电 源,电机,RST,UVW,PO PA PB,二、变频器一次配套外围设备,电磁接触器,输入交流电抗器,噪声滤波器,输出交流电抗器,外接制动电阻,直流电抗器,自动空气开关,1、空气开关,空气断路器能正常接通和断开电路； 有过电流、短路、等保护功能； 不频繁操作； 快速切断变频器，防止变频器及其线路故障导致电源故障。,2、交流接触器,用来频繁远距离接通和分断交直流电路，或大容量控制电路的自动电器。 用于变频器出现故障时，自动切断主电源 防止无掉电保护的变频器再起动。,不要在变频器与电动机之间加接触器作保护,3、输入交流电抗器,主要功能是防止电源电网的谐波干扰。建议在下列情况下使用交流电抗器: 1）电源容量与变频器容量之比为10：1； 2）同一电源上接有其他可控硅负载； 3）三相电源的电压不平衡度较大（3%） 应用时可能需要改善输入侧的功率因数， 一般应将输入侧功率因数提高到0.750.85,4、输出交流电抗器,专门抑制变频器产生的高次谐波影响 抑制变频器的感应干扰和发射干扰 减小电动机电压的振动 减小电动机的谐波损耗,5、电噪声滤波器,噪声滤波器又叫电源滤波器，简称滤波器。 作用是为了防止变频器对其他设备的干扰， 削弱从变频器通过电源线传导到电源或电动机中的高频信号。 当在变频器与电动机之间安装滤波器时，要将电容器装在电动机侧。,6、制动电阻,制动电阻是能耗制动电阻,选择包括电阻的阻值和容量 制动阻值根据制动功率和电压计算（一般为1.5倍额定电压）。 电阻容量与制动的频繁程度，制动最长时间有关。,7、直流电抗器,为了限制和闸冲击电流，抑制变频器整流电路产生的高次谐波。 小容量变频器已经设置在变频器的内部 如：三垦变频器：75K以上,三、交流变频器基本外围配线,森兰端子功能举例,电源,电机,RST,UVWE,POPAPB,直流电抗器,外接制动电阻,FWD REV CM,正转 反转 公共端,10V VR IR GND,010V电压 420mA电流,X1 x2 x3 x4CM,可编程多段调速口,外接电压电流表头,保护出口继电器,外接故障信号灯,点动升速、减速,X5 x6CM,变频器端子通用功能,四、变频器常用二次控制设备,1、继电器、按键、信号灯,2、模拟量传感器,电压输出0-5V 电流输出4-20mA,3、状态量传感器,4、数字量传感器,电压输出 5V、12V 电流输出4到20mA,各种数字总线,4、调节器,比例调节P 积分调节I 微分调节D,6、专用控制器,5、通用控制器,电 源,电机,RST,UVW,五、交流变频器常见控制电路,KM,SB1 SB2 KM,KA KM,KM SB3 SB4 KA,KA,KA,+V V -V REV FWD CM,合闸按SB4跳闸先SB3避免了直接跳KM,1、继电器控制正转电路,送电按SB2停电按SB1,电 源,电机,RST,UVW,SB1 SB2 KM,KA1 KM,KA2 SB3 SB4 KA1,KA2,KA2,+V V -V R F CM,合闸先按SB2，正转应按SB4，反转应按SB6，正停应按SB3，反停应按SB5，停电后按SB1 。,2、继电器控制正、反转电路,KA1,KA1 SB5 SB6 KA2,KA1,KA2,电源,电机,RST,UVWE,POPAPB,直流电抗器,外接制动电阻,CM FWD REV CM,正转 反转 公共端,V+ V V- IRF,010V电压 420mA电流,X1 x2 x3 x4CM,可编程多段调速口,外接电压电流表头,保护出口继电器,外接故障信号灯,X5 x6CM,3、寸动（点动）运行,X5-CM接通，频率上升 X5-CM断开，频率保持 X6-CM接通，频率下降 X6-CM断开，频率保持,3,QS,KM,RST,UVW,HZ,FR,DCM,IRF,ACM,FRQ,DCM,KA,变送器,4、自动运行（闭环运行）,要求：检测风机、泵输出的流量、压力、温度的变化，用变频器调速，使输出量为恒定值。,开关量公共端DCM 模拟量公共端ACM 传感器电流反馈IRF,KM2,5、变频器切换到工频运行,1、接触器KM1 、KM2要有电气或机械连锁； 2、KM2必须等到KM1跳开后才可以闭合； 3、工频电网与变频器输出的相序必须一致； 4、工频运行要有过载保护功能。,二次回路略,6、工频切换到变频运行,1、接触器KM1、KM2要有电气或机械连锁； 2、从工频电网运转到变频器运转的切换，要用停止按钮使电机停止后在进行。,一般电机从工频切换到变频器运转时，待电机完全停止以后切换到变频器侧再起动，否则就要求变频器有自同步功能，永磁电机必须有同步检测功能，否侧要装同期继电器。,7、并联运行,1、一台变频器带多台电机并联运行； 如小容量风机、换气扇等。 2、一台频率给定器向多台变频器给出速度指令，使电机并联运行； 如泵、风机、带轮输送等。,8、同速运行,当一个传送带需要两台电动机驱动，要求两台电动机以同一速度运行。,六、变频技术在生产中的应用,变频节能的三种机理 一、压力节能： 上水泵，以压力为控制目标 二、流量节能： 送风机，以流量为控制目标 三、综合工艺过程节能： 抽油机，以效率为控制目标,不减少供水量节能、效果好,举例,油田注水变频控制,举例,变频器在抽油机控制中的应用,电源开关,节能控制器,位置传感器,载荷传感器,电动机,通用变频器,供液量不足的井效果好,七、电机调速的基础知识,电源频率,滑差,1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112,1,12,3,2,5,4,7,6,10,8,9,11,1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112,1 2 3 4 5 6,13 12 11 10 9 8 7,发电机 相量图 电压源符号 波形,交流电描述,1、交流电路欧姆定律,1、交流电路欧姆定律,电阻,电感,电容,交流电描述,电阻并电感,1、交流电路欧姆定律,电阻串电感,1、交流电路欧姆定律,功率三角形,功率因数角 有功功率（瓦 W） P=UIR 无功功率（乏VAR)Q=UIL S Q 视在功率（伏安VA）S=UI 功率因数 P,1、交流电路欧姆定律,功率因数描述,1、交流电路欧姆定律,变压器等值电路,变压器的电压比=线圈匝数比k 即 E1=kE2,变压器T形等值电路,1、交流电路欧姆定律,变压器等值电路,变压器 形等值电路,U1,定子电阻r1,定子漏电抗x1,转子电阻r2,转子漏电抗sx20,f1,sf1,皮带轮,2、异步电动机的等值电路,解释物理意义 堵转时电动机与变压器副边短路有相同的等值电路 S =1,I2,U2,E1,E2,等效负 载电阻,等效,2、异步电动机的等值电路,U1,r1,x1,r2,sx20,f1,sf1,E1,E2,U2,E2=sE1,电动机简化等值电路,2、异步电动机的等值电路,扭矩,N,皮带轮,R,因为：功率,电压越高激磁电流越大，磁场越强，扭矩越大。 电源频率越低定子电抗越小磁场越强，扭矩越大。,根据,做扭矩特性,分析说明,3、异步电动机机械特性,r1x1,x20,T,n,TN,nN,3、异步电动机机械特性,转矩计算公式,Tmax,此结论的前提是f1一定,3、异步电动机机械特性,Tst,3、异步电动机机械特性,转矩T,转速n,额定滑差S,频率f,F1电源频率,电流I,临界转矩Tmax,额定电流Ie,额定转矩Te,临界转速nkx,实际中S随转矩变， 转矩由负载决定,4、电源频率变化对转矩、电流的影响 （电压恒定）,解释物理意义,随着电源频率的降低，有功电流降低无功电流上升， 无功电流太大 此路饱和有功电流也上升,电源频率不变，电压降低扭矩降低、电流降低,扭矩T,转速n,额定转速ne,频率f,fe额定频率,电流I,U,5、电压对异步电动机的机械特性影响,转矩T,转速n,额定滑差S,频率f,F1电源频率,电流I,临界转矩Tmax,额定电流Ie,额定转矩Te,理想情况：频率降低、电压降低,6、异步电动机的转矩控制,恒转矩方式的实现过程,因为：扭矩T= U2 I2 p/2sf1,所以：理想情况是 U2 /f1 恒定,（1）恒压频比控制方式 （U1/F1=固定值）,U1,Ue,6、异步电动机的转矩控制,频率f1,fe,转矩T,转速n,频率f,电流I,Ie,Te,当频率较低时由于r1的影响U1与U2不正比降低，转矩降低,Tmax,用U1代替U2,（2）带电压提升的恒压频比控制方式 也叫转矩补偿控制方式,电压U,Ue,U0,6、异步电动机的转矩控制,E1,U1,r2/S,U2,频率f1,fe,转矩T,转速n,频率f,F1电源频率,r1,x1,x20,当频率较低时由于X20的影响E1与U2不正比降低，转矩降低,Tmax,相当于用E1代替U2,（E1/F1接近固定值）,（3）根据负载的稳态频率机械特性调压频比控制方式,频率f,电压U,额定电压Ue,U0,6、异步电动机的转矩控制,转速n,频率f,T,2空载启动压力负荷,1满载启动压力负荷,3速度型负荷,4流量型负荷,1,2,3,4,根据实际清空调整 U1/f1,（4）矢量控制方式,6、异步电动机的转矩控制,因为：扭矩T= U2 I2 p/2sf1,所以：理想恒转矩控制方式是 U2 /f1 恒定,（U2/F1=固定值）,I,通过测量电流I计算出U2,实现U2 /f1 恒定控制，一般需要准确的输入电动机参数，如： 容量、极数、额定电压、额定电流、额定功率。有些变频器带参数测量功能。一般采用坐标变换进行U1 /f1 的比例控制。因为U2反应了转子磁通，可以在磁路不饱和的情况下最大限度的提高U1 ，所以在f1很低时也能准确控制力矩。,（5）恒功率方式的实现,6、异步电动机的转矩控制,（6）转差率控制方式（直接转与方式）,通过频率测量反馈，和电压跟踪调节，实现在频率变化过程中，始终保持电动机转矩在较理想的位置,扭矩T,转速n,fe,频率f,6、异步电动机的转矩控制,在频率f一定的情况下测量到转差率S上升，则调节电压U1升高，使得转矩T提升，随后转差率S下降。,n,T,ne,变频器控制方式比较,V/f曲线的设定,电压V,频率f,1、最高频率 硬件极限（不设） 2、最大频率 最高保护频率 3、上限频率 运行上限频率 4、下限频率 最低起动频率 5、给定频率,1、变频器的基本参数,x1,八、变频器的参数设定,t/f曲线的设定,时间t,频率f,1、起动时间 t2-t1 2、停止时间 t3-t4,t1 t2 t3 t4,频率的给定方式,1、面板给定 2、接口给定 3、电位器给定 4、直接电流、电压给定,随机速运转举例(7段频率）,时间t,频率f,F-CM X1-CM X2-CM X3-CM,电 源,RST,UVW,F CM X1 X2 X3CM,实际用PLC,开124,根据电压等级和电机容量选择变频器 对于高速电机、潜泵电机、转子绕线电机、波动性负载、变频器容量应选的稍大一些。 对于负荷长期轻载、同时起动负荷也较轻的电机允许适当降低选型容量。 根据控制方式选择变频器 手操控制器控制，简单流程开环操作； 分段自动控制，固定工艺流程； 连续自动控制，闭环操作。,九、交流变频器的选择,1、变频器选择基本原则,（1）连续运行的场合,变频器的额定电流大于等于（1.051.1）电动机的额定电流或电动机实际运行中的最大电流。,2、变频器容量选择的具体要求,（2）频繁加减速运转时,变频器的额定电流等于平均电流*安全系数（1.11.2）,变频器的额定电流应该大于等于电动机的堵转电流/变频器的允许过载倍数,（4）电动机直接起动时,（3）电流变化不规则的场合,变频器的额定电流大于等于：电动机在输出最大转矩时的电流,（5）变频器对环境过高时,变频器一般适应于在-10 C 40C。环境温度若40 C，每升高1 C，变频器应降5%使用,根据输出电压选择,基准电压：380V,3、变频器类型选择,根据输出频率选择,不要超过电机和负载的容许最高速度,根据保护结构,1）采用开启式结构，用风扇进行强制冷却； 2）在室外或周围环境恶劣时，采用全封闭式； 3）在粉尘、油雾多的环境或者棉绒多的纺织厂采用全封闭式；,十、变频器的安装,需要制动的电机，变频器一定要接制动电阻。 不能采用熔断器保护、不易配合漏电保护。 不能用三相变频器带单相负载。 一定不能将电动机中性线接地。 电源防雷接地屏蔽接地必须用专用的接地极，不可与电源零线接地极接在一起。,1、变频器主设备的装配原则,控制线与电力线不可以同槽布置，且两者相距10公分以上，交叉跨越时要直交。 通讯屏蔽线，在变频器侧接地，不能两头接地。通讯屏蔽线在长度小于1/4通讯频率波长时采用一点接地，大于时采用多点密集接地。 传感器屏蔽线与外壳能不连则不连，只在变频器测接地。分不开时变频器侧接地电阻要足够小。 变频器附件屏蔽采用公共母线排接地。 各变频器以及其他设备应独立接地，不共地。,2、变频器二次线路的装配原则,安装现场的要求：,1）无腐蚀、无易燃易爆气体、液体； 2）无灰尘、漂浮性的纤维及金属颗粒； 3）所安装现场的基础、墙壁应坚固无损伤、无振动； 4）要避免阳光直射； 5）无电磁干扰。 6）保持必要的通风距离,3、变频器安装的一般要求,对主回路进行绝缘要求： 1）变频器主回路的绝缘实验一般采用500V兆欧表； 2）将变频器主回路、控制回路端子与外部电路的连接线全部拆开； 3）用电线将变频器的公用端子CM与主接线端子接牢； 4）兆欧表的另一端与变频器的接地端子PE接牢； 5）以120r/min的转速摇动兆欧表，当兆欧表测得值5兆欧为正常.,变频器对控制回路的要求,1）控制回路与主回路的接线，以及其他动力线、电力线应分开走线，并保持一定距离； 2）变频器控制回路中的继电器触点端子引线，与其他控制回路端子的连接线要分开走线，以免触点闭和或断来时造成干扰信号； 3）为了防止噪声等信号引起干扰，使变频器产生误动作，控制回路宜采用屏蔽线。,对控制回路进行安装前的绝缘要求,1）将变频器控制回路端子与外部电路的连接线全部拆开； 2）用500V兆欧表将控制端子逐个与COM端连接，测值大于1兆欧为正常。,在变频器中，一般都有雷电吸收网络，防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。 1）如果电源是电缆引入，应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备； 2）如果电源是架空进入，应在进线处装设专用避雷针。,变频器的防雷要求,1）高温环境下的对策,夏季温度到42度风扇冷却已失去意义： 水冷却，密封冷却,4、变频器在恶劣环境中的对策,2）气体腐蚀环境下的对策,对新变频器内部涂刷绝缘漆三遍，以保证可腐蚀部分同腐蚀气体隔离。 消除由腐蚀性气体引起的各种故障。,3）灰尘与潮气环境下的对策,对变频器室进行良好的封闭且定期对变频器解体进行灰尘清扫。,5、外来干扰的对策 （雷电、射频等无线电信号的干扰）,将主回路与控制回路接地分离， 将控制回路屏蔽线可靠接地。,数据线滤波器,控制回路电缆较长时,2-3圈,十一、变频器的参数说明举例,十二、变频器的调试,1、变频器的空载通电检验 将变频器接地端子