变频调速器系统培训教材.doc

变频调速器系统培训教材 上海川丰自动化设备有限公司 地址：上海市浦东新区茂兴路86号仁恒广场4座9C 电话，58391228 传真邮编：200127 培训提纲一 变频器的基本原理1 异步电动机的基本原理2 交流电机弱磁调速的概要3 V/F 矢量控制调速方式二 安川变频器的结构形式1一般变频器的基本构成与功能2安川变频器主回路及控制回路构成3维修注意事项4参数设置说明（参见用户手册）5常见故障分析及处理6维修与保养三安川吊机用PLC1CP-316H PLC特点及主要性能指标2CP-316H.CP-317.指令简介3安川DWG梯形图构成四安川RTG岸桥系统程序说明1H&L主要程序说明2故障检测系统五CP-717编程软及编程器的使用方法 一. 变频器的基本原理1. 异步电动机的调速原理异步电动机的同步转速,也即旋转磁场的转速为:异步电动机的轴转速为:s称为异步电动机转差率: 可见,改变电动机定子侧供电电源频率f1 ,即可以改变其同步转速,实现无级调速的目的。异步电机调速时，希望尽量保持主磁通m 不变：1 磁通太弱，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电机负载能力下降。2 磁通太强，则铁芯处于过励磁状态，励磁电流过大，限制了定子电流的负载分量，电机负载能力下降。主磁通也即气隙磁通是由定子、转子合成磁势产生的，保持磁通恒定的方法：三相异步电动机定子每相电动势的有效值为：N1定子相绕组有效匝数 m 每极磁通量(Wb).可见, 是由E1和f1共同决定的,对E1和f1进行适当的控制,就可以使m 保持最佳额定值不变。2. 交流电动机弱磁调速的概念1) 基频以下的恒磁通变频调速由上节分析可知,基频(电机额定频率)以下调速时,为保证电机负载能力,应尽量保持主磁通m 不变,这就要求在降低供电电源频率f1的同时,也应降低感应电动势E1,使E1/f1等于常数,这种恒磁通控制属于恒转矩控制方式。由于感应电动势E1难于检测和直接控制，且当E1和f1值较高时，定子漏阻抗压降相对较小，可近似认为E1/f1v1/f1。因此，按恒定比例控制v1/f1，即可以达到恒磁通目的。2 基频以上的弱磁调速由于V1受电机额定电压限制不能继续升高，只能通过减小来获得基频以上的调速特性，这种定子电压不变，而减小 m 的调速区段称为弱磁调速，也叫恒功率调速。此时随着速度的不断升高，电机输出转矩是在逐渐减小的。3. v/f、矢量控制调速原理以上分析的调压又调频的方法称为VVVF(Variable Voltage Variable Frequency).1) v/f控制基本实现方法PWM脉冲宽度调制方式(Pulse Width Moduiation)利用参考电压UR与载频三角波UC互相比较，来决定主功率器件的导通时间，实现调压。脉冲宽度调制是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制，达到调节输出脉冲度的一种方法。2v/f控制方式的缺点v1v1mv1N 0f1f1Nf1 在低频时，由于V较小，定子阻抗压降的分量比较显著，不在能忽略。当转矩增大到最大值以后，特性就向下弯了。最大转矩随着f1的降低而减少。尽管可以采取低频补偿措施，但通常认为v/f控制的下限频率应不小于0.3HZ。3 矢量控制由于v/f控制是基于异步电动机的静态数学模型，因此，其动态指标不高，对于轧钢、造纸等行业，还需要高品质动态指标的控制方式。矢量控制是根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换手段，将电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，通过对一次定子电流的大小、频率及相位进行适当的控制，可实现矢量分解及控制。4IGBT功率器件的迅速发展，使得变频器的诸优越性能得以实现。 IGBT电于其开关损耗低，可使载波频率大幅度提高到20K左右。 使电机电流更趋于正弦波，大大减小转矩脉动和电机内部因脉动而造成的损耗。IGBT为压控器件，门极触发功率很小，使驱动回路简单及体积小。由于开关频率高，di/dt、dv/dt、通态电阻、阻断电流（漏电流）等内部参数差异小，容易实现并联扩容。4 四种控制模式的特点控制模式V/f控制带PG v/f控制开环矢量控制闭环矢量控制控制模式电压/频率控制(Open loop)电压/频率控制带速度补偿电流矢量不带PG控制电流矢量带PG控制速度检出器不要要(PG)不要要(PG)速度检出器Option不要PG-A2,PG-D2不要PG-B2,PG-X2速度控制范围1:401:401:1001:100启动转矩150%/3HZ150%/3HZ150%/1HZ150%0r/min速度控制精度2%3%0.03%0.2%0.02%转矩控制不可不可不可可以适用用途同时驱动多台电机,电机参数不知道,不能做Autotuning机械侧已安装PG需多种调速的场合简易伺服驱动,高精度控制,转矩控制二. 安川变频器的结构形式1. 一般变频器的基本构成与功能1) 主回路给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分,称为主回路.a. 整流器把工频电源变换为直流电源,电功率的传送不可逆b. 滤波器在整流器整流后的直流电压中,含有脉动电压,此外,逆变器回路产生的脉动电流也使直流电压波动。为了抑制这些电压波动采用直流电阻器和电容器吸收脉动电压（电流）。 C逆变器 逆变器的作用是在所确定的时间里有规则地使六个功率开关器件导通.关断，从而将直流功率变换为所需电压和频率的交流输出功率， D制动单元 异步电动机在再生制动区域运行时，再生能量首先储能电力电容器中，使直流电压升高。对起重机机械系统惯量所积蓄的能量比电容器能储存的能量大，并且需要快速制动，必须用可逆变流器把再生能量反馈到电网侧，这样节能效果更好，或设置制动单元，把多余再功率消耗掉，以免直流回路电压的上升超过限值。 2）控制回路 A .运算回路 将外部的转速.转矩等指令同检测回路的电流.电压信号进行比较运算，决定变频器的输出电压。频率。 B电压/电流检测回路 检测主回路电压。电流等。 C驱动回路 驱动主回路功率开关器件，使之导通。关断。 D转速检测回路 检测速度信号送入运算回路。 3）保护回路 保护回路可分为变频器保护和异步电机的保护A 变频器的保护（1） 瞬时过电流保护由于变频器负载侧短路等原因，流过变频器元件的电流达到异常值时，立即停止工作。（2） 过载保护变频器电流超过一定值，且连续流通超过规定时间，停止工作。（3） 再生过电压保护 采用变频器使电动机快速减速时，由于再生功率引起直流电路电压升高超过允许值时，停止运行。（4） 瞬时掉电保护（5） 对地过电流保护（6） 冷却风机异常2）异步电机的保护 （1）过载保护 （2）超速保护变频器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停止变频器运行。2安川变频器结构形式1）整流器：AC-DC二极管整流2U0=ED2）充电限流电阻R：抑制DI/DT3）旁路接触器MC：线圈控制过程，电压检测方式80%EDN4）滤波电容C：滤波。储能。抑制电压突变（瞬停保护）5）F快速熔断器：保护IGBT以防故障进一步扩展。6）AC。CT1。DC。CT2：电流互感器，因DC中电流含有较高谐波分量AC电流是变频F变化，且不是规范的50HZ正弦波，因此备件定货时，一定采用同类产品7）主功率器件IGBT：器件更换时，型号。导热胶，8）浪涌尖峰噪声吸收模块（R。C。D）开关速度过快（频率过高）9）充电指示灯：DC27V以上10）冷却风机检测。温度检测。MC辅助触点检测11）PG及PG卡：600P/R A相。B相脉冲12）驱动板供电电源由UPN提供并向主控板手持编程器提供门极驱动板与主回路相关联，因此易损坏。13）通讯卡（CP-216IF）安全。可 。速度快14）制动单元及制动电阻15）手持全数字编程3维修注意事项1）所有维修工作必须在输入侧空开OFF，且充电指示灯灭后进行。2）IGBT门极开路条件下，不允许主回路通电3）所有电解电容（包括主控板。驱动板）。冷却风机，应按照使用说明书4）由于INV载波频率高，空间电场强，应定期对主控板。驱动板除尘。5）RTG行走震动大，应定期紧固螺丝。6）在空载条件下，对5档速度下的电流。电压。频率，在加速。恒速。减速制动时进行记录。定期检查，维修后进行比较，若偏差20%则应查找原因或同YE联系。参数检测可用手操作器或机上表头。4 参数设置说明An环境参数A1-00语言选择A1-01访问等级A1-02控制方式A1-03初始化Bn应用参数B1-01（0-4）频率指令输入方法0数字操作器1模拟量端子2MEMOBUS传送3选择卡（CP-216）4MEMOBUSB1-02（0-4）运行指令输入方法选择0数字操作器1模拟量端子2MEMOBUS传送3选择卡（CP-216）4MEMOBUSB1-03（0-3）0减速停车1直流制动3带计时器停车B1-04（0-1）反转选择0可以反转1不能反转Cn调整参数C1-01加速时间1C1-02减速时间1C1-03加速时间2C1-04减速时间2C1-05加速时间3C1-06减速时间3C1-07加速时间4C1-08减速时间4C1-09加速快速时间C1-10加减速速时间单位0001秒101秒C2-01-C2-04 S曲线C6-01-C6-03载波频率上下限C6-01：载波频率上限C6-02：载波频率下限C6-03：载波增益Dn：指令参数D1-01-d1-08：速度选择d1-01：速度指令1d1-02：速度指令d1-03：速度指令1d1-04：速度指令1d1-05：速度指令1d1-06：速度指令1d1-07：速度指令1d1-08：速度指令1d1-09：点动频率d2-01-d2-02：速度限d2-01：速度上限d2-02：速度下限En电机参数E1-01-E1-13：电机额定参数E1-01：输入电压E1-02：马达选择E1-03：V/F SELECTIONE1-04: max frequencyE1-05: max voltageE1-06: base frequencyE1-07: mid frequency AE1-08: mid voltageE1-09: min frequency E1-10: min voltageE1-11: mid frequency BE1-12: mid voltage BE1-13: base voltageE2-01-E2-10 电机参数E2-01：motor rated currentE2-02: motor rated slip E2-03: motor no-load currentE2-04: number of motor polesE2-05: motor line-to-line resistanceE2-06: motor leak inductanceE2-07: motor iron-core-stauration coefficient 1E2-08: motor iron-core saturation coefficient 2E2-09: motor mechanical lossE2-10: motor iron-core lossFn任选功能参数F1-01-F1-14 PG速度卡参数F1-01: PG constantF1-02: operation selection at PG open circuit(0-3)0. 减速停车1自由滑行停车2非常停车3继续运行F1-03：operation selection at over speed0. 减速停车1自由滑行停车2非常停车3继续运行F1-04：operation selection at deviation0. 减速停车1自由滑行停车2非常停车3继续运行F1-05: PG rotation0. 电机正转时A 相超前1电机正转时 B相超前F1-06 : PG division rateF1-07: integral value durning accel/decal enable/disable0. 有效1. 无效F1-08 : overspeed detection levelF1-09: overspeed detection delay timeF1-10: excessive speed deviation detection levelF1-11: excessive speed deviation detection delay timeF1-14: PG open cir-deviation detection timeF2模拟量指令卡Hn多功能端子H1-01-H1-06（3-8端子）设定范围0-77H2-01-H2-03（设定范围0-37）H2-01（9-10端子）H2-02（25-27端子）H2-03（26-27端子）H3-01-H3-12模拟量输入端子定义Ln保护参数L1-01-L1-02过载保护L1-01motor protection selection(0-1)0.电子热保护无效1.电子热保护有效L2-01-L2-06瞬间掉电保护L6-01-L6-04过转矩检测L7-01-L7-04转矩限制Un 监视参数U1-01-U1-38U1-01U1-02U1-03U1-04U1-05U1-06U1-07U1-08U1-09U1-10U1-11U1-12U1-13U1-14U1-15U1-16U2-01-U2-144 常见故障分析及处理三 安川PLC简介YASKAWA(安川)PLC软件结构及使用概述安川PLC控制软件CP-717内部功能完善,通讯及运算功能强大,能对PLC及变频器实施精密控制.1) 高速扫描程序结构N01S01中的高速扫描程序主要实现对起升机构,大车机构,小车机构,俯仰机构的运行控制,位置检测及对各机构变频器实施精密控制,并实时采集变频器的各项参数,进行运算判断保证各机构安全,可靠的运行.2) 低速扫描程序结构N01S01中的低速扫描程序主要进行各辅助机构的控制(如大车的转向机构,倾转机构,吊具机构等)及故障信号的处理3)程序的逻辑部分结构形式画面4)程序的运算及数据处理结构形式画面YASKAWA(安川)PLC寄存器类型及表示字地址(WORD)位地址(BIT)功能及含义MWnnnnnMBnnnnnn程序寄存器,MBnnnnnn对应MWnnnnn的一位MWnnnnn及MBnnnnnn在全部程序中通用DWnnnnnDBnnnnnn子程序寄存器,DBnnnnnn对应DWnnnnn的一位DWnnnnn及DBnnnnnn只在子程序中有效IwnnnnnIBnnnnnn输入寄存器,IBnnnnnn对应IWnnnnn的一位IWnnnnn及IBnnnnnn在全部程序中通用OwnnnnnOBnnnnnn输出寄存器,OBnnnnnn对应OWnnnnn的一位OWnnnnn及OBnnnnnn在全部程序中通用SWnnnnnSBnnnnnn系统寄存器,SBnnnnnn及SWnnnnn为系统专用寄存器,有特定含义,用户只可利用,不可定义. MB003606 MB00360F0123456789ABCDEFMW003605)电控系统构成示意图 VS-616G5起升/大车1#变频器VS-616G5大车2#变频器VS-616G5小车变频器RIO-2000单元I/O 模块II/O 模块II/O 模块II/O 模块II/O 模块II/O 模块I电I/O气房 CP316H主CPU主机构控制 215通讯 限位信号 RIO-2000单元I/O 模块II/O 模块II/O 模块II/O 模块II/O 模块II/O 模块I司机室I/O 限位信号 电机编码器手柄,按钮各辅助机构控制 216通讯大车PG小车PG大车PG起升PG6)故障查找流程CROCEF点击将光标移至待查点调出画面此点的线圈及接点在程序中的位置列表双击想要查找的线圈或接点,查看它的条件状态及接点在其它程序段的应用根据它的条件判断出故障位置联机打开程序的步骤双击CP-717图标,打开应用程序打开后双击程序所在的文件夹右键打开对话菜单,选择ON LINE确认后选择LOG ON通讯正常打开PLC程序点击PROGRAMS双击选择需要查看的程序,打开程序.选择高速或低速扫描程序,双击调出右侧程序列表N01S01 CP-317 MAIN PROGRAM具体构成如下：H HIGH SPEED SCANH01 I/O ERROR CHECKH02 INPUT SIGNAL SETH02.01 ANALOG INPUT SINGNAL SETH02.02 DIGITAL INPUT SINGNAL SETH03 CONTROLLER SINGNAL SETH03.01 CONTROLLER GLAY BIN CODEH04 OUTPUT SINGNAL SETH04.01 ANALOG OUTPUT SIGNAL SETH04.02 DIGITA