《变频器及其应用》PPT课件.ppt

第四章通用变频器的运行与维护 4 1通用变频器的名牌与结构 4 2通用变频器的标准接线与端子功能4 3变频器功能单元操作4 4变频器运行4 5变频器的某些特殊功能4 6变频器的维护与故障处理4 7使用变频器时的注意事项 4 1通用变频器的名牌与结构 4 1 1通用变频器的名牌1 富士FVR G7S系列 P1 2 三菱FR S520S系列3 ABB ACS150系列 P18 4 1通用变频器的名牌与结构 4 1 2通用变频器的结构1 简化结构框图 2 基本结构图 3 内部结构框图 通用变频器硬件结构一般由以下几部分组成 1 整流单元 二极管整流模块 2 逆变单元 三相桥式逆变电路 3 滤波单元 电解电容 4 计算机控制单元 用于控制整个系统的运行 是变频器的核心 5 主电路接线端子 电源接线端子 电动机接线端子 直流电抗器接线端子 制动单元和制动电阻接线端子 6 控制电源接线端子 外接电源给计算机控制单元 通用变频器硬件结构一般由以下几部分组成 7 控制端子 用于控制变频器的启动 停止 外部频率信号给定 故障报警输出等 8 冷却风扇 用于变频器机体内的通风 9 功能单元 操作面板 用于设定变频器的功能及频率 10 旁路接触器 用于旁路直流主电路上的限流电阻 4 2通用变频器的标准接线与端子功能 4 2 1基本原理接线图三菱FR S520S系列变频器4 2 2主电路接线4 2 3控制电路端子功能 三菱FR S520S系列变频器 4 3变频器功能单元操作 4 3 1功能单元 操作面板 显示频率 电流 电压等 设定操作模式 操作命令 功能码 读取变频器运行信息和故障报警信息 监视变频器运行 变频器参数的自整定 故障报警状态的复位 三菱FR S520S变频器 P8 ABB ACS150变频器 P44 1 画出实验室中两种变频器的名牌 写出各自型号 并加以说明 2 画出三菱变频器的标准接线端子图 用万用表进行端子测试 并写出DI1 DI5的测试结果 3 画出三菱变频器的操作面板 并加以说明 实验一 变频器认识 4 3变频器功能单元操作 4 3 2变频器功能码 三菱FR S520S系列变频器 基本功能 扩展功能 ABB ACS150变频器 4 4变频器运行 基本功能 4 4 1频率给定方式与选择一 给定方式的基本含义要调节变频器的输出频率 必须首先向变频器提供改变频率的信号 这个信号 称为频率给定信号 所谓给定方式 就是调节变频器输出频率的具体方法 也就是提供给定信号的方式 4 4 1频率给定方式与选择 二 给定方式1 面板给定方式通过面板上的键盘或电位器进行频率给定 即调节频率 的方式 称为面板给定方式 面板给定又有两种情况如图所示 b 键盘给定频率的大小通过键盘上的升键 键 和降键 键 来进行给定 键盘给定属于数字量给定 精度较高 a 电位器给定部分变频器在面板上设置了电位器 如图 a 所示 频率大小也可以通过电位器来调节 电位器给定属于模拟量给定 精度稍低 多数变频器在面板上并无电位器 故说明书中所说的 面板给定 实际就是键盘给定 变频器的面板通常可以取下 通过延长线安置在用户操作方便的地方 如图所示 2 外部给定方式从外接输入端子输入频率给定信号 来调节变频器输出频率的大小 称为外部给定 或远控给定 主要的外部给定方式有 a 外接模拟量给定 4 4 1频率给定方式与选择 4 4 1频率给定方式与选择 通过外接给定端子从变频器外部输入模拟量信号 电压或电流 进行给定 并通过调节给定信号的大小来调节变频器的输出频率 模拟量给定信号的种类有 电压信号以电压大小作为给定信号 给定信号的范围有 0 10V 2 10V 0 10V 0 5V 1 5V 0 5V等 4 4 1频率给定方式与选择 电流信号以电流大小作为给定信号 给定信号的范围有 0 20mA 4 20mA等 b 外接数字量给定通过外接开关量端子输入开关信号进行给定 c 外接脉冲给定通过外接端子输入脉冲序列进行给定 d 通讯给定由PLC或计算机通过通讯接口进行频率给定 4 4 1频率给定方式与选择 三 选择给定方式的一般原则1 面板给定和外接给定优先选择面板给定 因为变频器的操作面板包括键盘和显示屏 而显示屏的显示功能十分齐全 例如 可显示运行过程中的各种参数 以及故障代码等 但由于受联接线长度的限制 控制面板与变频器之间的距离不能过长 4 4 1频率给定方式与选择 2 数字量给定与模拟量给定优先选择数字量给定 因为 a 数字量给定时频率精度较高 b 数字量给定通常用触点操作 非但不易损坏 且抗干扰能力强 4 4 1频率给定方式与选择 3 电压信号与电流信号优先选择电流信号 因为电流信号在传输过程中 不受线路电压降 接触电阻及其压降 杂散的热电效应以及感应噪声等的影响 抗干扰能力较强 但由于电流信号电路比较复杂 故在距离不远的情况下 仍以选用电压给定方式居多 4 4 2系统功能设定 功能预置 以实验室三菱变频器为例一 操作面板二 基本操作三 操作举例四 基本功能参数一览表 4 4 3V F控制功能 一 V F控制模式1 指导思想 4 4 3V F控制功能 为了确保电动机在低频运行时 反电动势和频率之比保持不变 真正实现 const 适当提高U f比 使KU Kf 从而使转矩得到补偿 提高电动机在低速时的带负载能力 如图中之曲线 所示 曲线 是KU Kf的U f线 这种方法称为转矩补偿或转矩提升 这种控制方式称为V F控制模式 4 4 3V F控制功能 2 基本频率与变频器的最大输出电压对应的频率称为基本频率 用fBA表示 在大多数情况下 基本频率等于电动机的额定频率 如图所示 4 4 3V F控制功能 3 基本U f线在变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率fBA的过程中 满足KU Kf的U f线 称为基本U f线 如图 a 所示 4 4 3V F控制功能 4 弱磁点当电动机的运行频率高于额定频率时 变频器的输出电压不再能随频率的上升而上升 如图 b 中之 点以后所示 在这种情况下 由于U f比将随频率的上升而下降 电动机磁路内的磁通也因此而减小 处于弱磁运行状态 因此 通常把转折点 称为弱磁点 4 4 3V F控制功能 二 U f线的选择功能1 不同负载在低速时对转矩的要求各类负载在低速时所呈现的阻转矩是很不一样的 例如 1 二次方律负载阻转矩与转速的二次方成正比 如图中的曲线 所示 低速时的阻转矩比额定转矩小得多 4 4 3V F控制功能 2 恒转矩负载在不同的转速下 负载的阻转矩基本不变 如图中之曲线 所示 低速时的阻转矩与额定转速时是基本相同的 3 恒功率负载在不同的转速下 负载功率保持恒定 其机械特性呈双曲线状 如图中之曲线 所示 低速时的阻转矩比额定转速时还要大得多 4 4 3V F控制功能 2 变频器对U f线的设置因为每台变频器应用到什么负载上是不确定的 而不同负载在低频时对U f比的要求又很不一致 为此 各种变频器在V F控制模式下 提供了任意预置U f比的功能 使用户可以根据电动机在低速运行时负载的轻重来选择U f比 如图所示 4 4 3V F控制功能 4 4 3V F控制功能 3 U f线的预置要点 1 预置不当的后果如果负载在低速时的转矩较大而转矩补偿 U f比 预置得较小 则低速时带不动负载 反之 如果负载在低速时的转矩较轻而转矩补偿 U f比 预置得较大 则补偿过分 低速时电动机的磁路将饱和 励磁电流发生畸变 严重时会因励磁电流峰值过高而导致 过电流 跳闸 4 4 3V F控制功能 2 预置要点调试时 U f比的预置宜由小逐渐加大 每加大一档 观察在最低频时能否带得动负载 直至能带动时 还应反过来观察空载时会不会跳闸 一直到在最低频率下运行时 既能带得动负载 又不会空载跳闸时为止 4 4 4上限频率与下限频率 一 基础概念1 生产机械对转速范围的要求生产机械根据工艺过程的实际需要 常常要求对转速范围进行限制 以某搅拌机为例 如图 a 所示 要求的最高转速是600r min 最低转速是150r min 4 4 4上限频率与下限频率 4 4 4上限频率与下限频率 2 变频器的上 下限频率根据生产机械所要求的最高与最低转速 以及电动机与生产机械之间的传动比 可以推算出相对应的频率 分别称为上限频率 用fH表示 与下限频率 用fL表示 在上例中 如传动比 2 则如图 b 所示 二 上限频率与最高频率的关系1 上限频率小于最高频率2 上限频率比最高频率优先这是因为 上限频率是根据生产机械的要求来决定的 所以具有优先权 4 4 5加 减速的时间与方式 一 基础概念1 工频起动和变频起动电动机从较低转速升至较高转速的过程称为加速过程 加速过程的极限状态便是电动机的起动 1 工频起动这里所说的工频起动 是指电动机直接接上工频电源时的起动 也叫直接起动或全压起动 如图 a 所示 在接通电源瞬间 4 4 5加 减速的时间与方式 电源频率为额定频率 50Hz 如图 b 的上部所示 以 极电动机为例 同步转速高达1500r min 电源电压为额定电压 380V 如图 b 的下部所示 4 4 5加 减速的时间与方式 由于转子绕组与旋转磁场的相对速度很高 故转子电动势和电流都很大 从而定子电流也很大 可达额定电流的 4 7 倍 如图 c 所示 工频起动存在的主要问题有 a 起动电流大 当电动机的容量较大时 其起动电流将对电网产生干扰 b 对生产机械的冲击很大 影响机械的使用寿命 4 4 5加 减速的时间与方式 2 变频起动采用变频调速的电路如图 a 所示 4 4 5加 减速的时间与方式 起动过程的特点有 频率从最低频率 通常是0Hz 按预置的加速时间逐渐上升 如图 b 的上部所示 仍以4极电动机为例 假设在接通电源瞬间 将起动频率降至0 5Hz 则同步转速只有15r min 转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频起动时的百分之一 电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升 如图 b 的下部所示 4 4 5加 减速的时间与方式 转子绕组与旋转磁场的相对速度很低 故起动瞬间的冲击电流很小 同时 可通过逐渐增大频率以减缓起动过程 如在整个起动过程中 使同步转速n0与转子转速nM间的转差 n限制在一定范围内 则起动电流也将限制在一定范围内 如图 c 所示 另一方面 也减小了起动过程中的动态转矩 加速过程将能保持平稳 减小了对生产机械的冲击 4 4 5加 减速的时间与方式 2 加速过程中的主要矛盾 1 加速过程中电动机的状态假设变频器的输出频率从fX1上升至fX2 如图 b 所示 图 a 所示是电动机在频率为fX1时稳定运行的状态 图 c 所示是加速过程中电动机的状态 比较图 a 和图 c 可以看出 当频率fX上升时 同步转速n0随即也上升 但电动机转子的转速nM因为有惯性而不能立即跟上 结果是转差 n增大了 导体内的感应电动势和感应电流也增大 4 4 5加 减速的时间与方式 4 4 5加 减速的时间与方式 2 加速过程的主要矛盾加速过程中 必须处理好加速的快慢与拖动系统惯性之间的矛盾 一方面 在生产实践中 拖动系统的加速过程属于不进行生产的过渡过程 从提高生产率的角度出发 加速过程应该越短越好 另一方面 由于拖动系统存在着惯性 频率上升得太快了 电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的上升 转差 n增大 引起加速电流的增大 甚至可能超过一定限值而导致变频器跳闸 所以 加速过程必须解决好的主要问题是 在防止加速电流过大的前提下 尽可能地缩短加速过程 4 4 5加 减速的时间与方式 3 变频调速系统的减速 1 减速过程中的电动机状态电动机从较高转速降至较低转速的过程称为减速过程 在变频调速系统中 是通过降低变频器的输出频率来实现减速的 如图 b 所示 图中 电动机的转速从n1下降至n2 变频器的输出频率从fX1下降至fX2 的过程即为减速过程 4 4 5加 减速的时间与方式 4 4 5加 减速的时间与方式 当频率刚下降的瞬间 旋转磁场的转速 同步转速 立即下降 但由于拖动系统具有惯性的缘故 电动机转子的转速不可能立即下降 于是 转子的转速超过了同步转速 转子绕组切割磁场的方向和原来相反了 从而 转子绕组中感应电动势和感应电流的方向 以及所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了 电动机处于发电机状态 由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反 能够促使电动机的转速迅速地降下来 故也称为再生制动状态 4 4 5加 减速的时间与方式 2 泵升电压电动机在再生制动状态发出的电能 将通过和逆变管反并联的二极管VD1 VD6全波整流后反馈到直流电路 使直流电路的电压UD升高 称为泵升电压 3 多余能量的消耗如果直流电压UD升得太高 将导致整流和逆变器件的损坏 所以 当UD上升到一定限值时 须通过能耗电路 制动电阻和制动单元 放电 把直流回路内多余的电能消耗掉 4 4 5加 减速的时间与方式 4 减速过程中的主要矛盾 1 减速快慢的影响如上述 频率下降时 电动机处于再生制动状态 所以 和频率下降速度有关的因素有 a 制动电流 就是电动机处于发电机状态时向直流回路输送电流的大小 b 泵升电压 其大小将影响直流回路电压的上升幅度 4 4 5加 减速的时间与方式 2 减速过程的主要矛盾和加速过程相同 在生产实践中 拖动系统的减速过程也属于不进行生产的过渡过程 故减速过程应该越短越好 同样 由于拖动系统存在着惯性的原因 频率下降得太快了 电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的下降 转差 n增大 引起再生电流的增大和直流回路内泵升电压的升高 甚至可能超过一定限值而导致变频器因过电流或过电压而跳闸 所以 减速过程必须解决好的主要问题是在防止减速电流过大和直流电压过高的前提下 尽可能地缩短减速过程 在一般情况下 直流电压的升高是更为主要的因素 4 4 5加 减速的时间与方式 二 加 减速的功能设置变频器中 针对电动机在升 降速过程中的特点 以及生产实际对拖动系统的各种要求 设置了许多相关的功能 供用户进行选择 1 加 减速时间 1 加速时间的定义变频器的输出频率从0Hz上升到基准频率 如基本频率 所需要的时间 2 减速时间的定义变频器的输出频率从基准频率 如基本频率 下降到0Hz所需要的时间 4 4 5加 减速的时间与方式 4 4 5加 减速的时间与方式 2 加 减速方式 1 加速方式加速过程中 变频器的输出频率随时间上升的关系曲线 称为加速方式 变频器设置的加速方式有 4 4 5加 减速的时间与方式 线性方式变频器的输出频率随时间成正比地上升 如图 a 所示 大多数负载都可以选用线性方式 S形方式在加速的起始和终了阶段 频率的上升较缓 加速过程呈S形 如图所示 例如 电梯在开始起动以及转入等速运行时 从考虑乘客的舒适度出发 应减缓速度的变化 以采用S形加速方式为宜 4 4 5加 减速的时间与方式 半S形方式在加速的初始阶段或终了阶段 按线性方式加速 而在终了阶段或初始阶段 按S形方式加速 如图 c 和 d 所示 图 c 所示方式主要用于如风机一类具有较大惯性的二次方律负载中 由于低速时负荷较轻 故可按线性方式加速 以缩短加速过程 高速时负荷较重 加速过程应减缓 以减小加速电流 图 d 所示方式主要用于惯性较大的负载 4 4 5加 减速的时间与方式 2 减速方式和加速过程类似 变频器的减速方式也分线性方式 S形方式和半S形方式 线性方式变频器的输出频率随时间成正比地下降 如图 a 所示 大多数负载都可以选用线性方式 形方式在减速的起始和终了阶段 频率的下降较缓 减速过程呈 形 如图 b 所示 半S形方式在减速的初始阶段或终了阶段 按线性方式减速 而在终了阶段或初始阶段 按S形方式减速 如图 c 和 d 所示 减速时S形方式和半S形方式的应用场合和加速时相同 4 4 5加 减速的时间与方式 实验二 变频器基本功能预置 1 变频器的面板频率给定及运行2 变频器上 下限频率设定及运行3 变频器的三段速设定及运行4 变频器加 减速时间设定及运行 4 5变频器的某些特殊功能 4 5 1跳跃频率 回避频率 一 基础概念任何机械在运转过程中 都或多或少会产生振动 每台机器又都有一个固有振荡频率 它取决于机械的结构 如果生产机械运行在某一转速下时 所引起的振动频率和机械的固有振荡频率相吻合的话 则机械的振动将因发生谐振而变得十分强烈 也称为机械共振 并可能导致机械损坏的严重后果 设置跳跃频率的目的 就是使拖动系统 回避 掉可能引起谐振的转速 如图所示 4 5 1跳跃频率 回避频率 4 5 1跳跃频率 回避频率 二 跳跃频率的预置方法1 设定中心跳跃频率fJ和跳跃宽度 fJ 2 只设定跳跃频率fJ 跳跃宽度由变频器内定 3 设定跳跃区的起始频率fJL和终止频率fJH P31 P36 4 5 2点动频率与点动功能 一 点动频率 P15 P16 生产机械调试过程中 经常需要对电动机进行点动 变频器可根据生产机械的特点和要求 预先一次性地设置一个 点动频率 每次点动时 都按照这个较低的预设点动频率来运转 而不必每次设置 二 点动运行选择 P60 P63 4 5 3载波频率 PWM型变频器的载波频率决定恒幅调宽输出电压的脉冲频率 该频率会使电动机的铁心振动而发出噪音 载波频率越大 噪音越小 此外 载波频率太高 电子噪音增大 将影响到同一机柜内其它电子设备 如可编程控制器等 的正常工作 为了减少干扰 也需要向下调整载波频率 变频器为用户提供了可以在一定范围内调整载波频率的功能 P72 4 5 4第2功能及第2功能选择 一 第2功能 P44 P47 主要用于一台变频器驱动两台电动机的分时工作 若第二台电动机的一些工作特性不同于第一台电动机时 需另设定一套参数与之配合 称这套参数为第2功能 二 第2功能选择 P60 P63 4 5 5瞬时停电再起动 由于工业现场比较复杂 有时会发生瞬时停电或瞬时欠电压情况 在负载运行中 发生瞬时停电或欠电压时 变频器一般在大约数秒内即停止输出 所以 当恢复电源时 电动机正处于旋转之中 变频器常常起动不起来 为了防止这一现象 有效的方法是设定瞬时停电再起动的功能 P57 P58 4 5 6变频调速的起动功能 一 起动频率与暂停加速功能1 起动频率 P13 1 功能含义电动机开始起动时 并不从0Hz开始加速 而是直接从某一频率下开始加速 在开始加速瞬间 变频器的输出频率便是起动频率 设置起动频率是部分生产机械的实际需要 例如 有些负载在静止状态下的静摩擦力较大 难以从0Hz开始起动 设置了起动频率后 可以在起动瞬间有一点冲力 使拖动系统较易起动起来 4 5 6变频调速的起动功能 在若干台水泵同时供水的系统里 由于管路内已经存在一定的水压 后起动的水泵在频率很低的情况下将难以旋转起来 故也需要电动机在一定频率下直接起动 锥形电动机如果从0Hz开始逐渐升速 将导致定 转子之间的磨擦 所以 设置了起动频率 可以在起动时很快建立起足够的磁通 使转子与定子间保持一定的空气隙等等 4 5 6变频调速的起动功能 2 设置起动频率的方式主要有两种方式 稍有给定信号 X 0 变频器的输出频率即为起动频率fS 如图 a 所示 设置一个死区XS 在给定信号X XS 的范围内 变频器的输出频率为0Hz 当给定信号X XS 时 变频器直接输出与XS 对应的频率 如图 b 所示 4 5 6变频调速的起动功能 4 5 6变频调速的起动功能 2 暂停加速功能 1 功能含义电动机起动后 先在较低频率fDR下运行一个短时间 然后再继续加速的功能 在下列情况下 应考虑预置暂停加速功能 对于惯性较大的负载 起动后先在较低频率下持续一个短时间tDR 然后再加速 齿轮箱的齿轮之间总是存在间隙的 起动时容易发生齿间的撞击 如在较低频率下持续一个短时间tDR 可以减缓齿间的撞击 4 5 6变频调速的起动功能 起重机械在起吊重物前 吊钩的钢丝绳通常是处于松弛状态的 预置了暂停加速功能后 可首先使钢丝绳拉紧后再上升 有些机械在环境温度较低的情况下 润滑油容易凝固 故要求先在低速下运行一个短时间 使润滑油稀释后再加速 对于附有机械制动装置的电磁制动电动机 在磁抱闸松开过程中 为了减小闸皮和闸辊之间的磨擦 要求先在低频下运行 待磁抱闸完全松开后再升速 等等 4 5 6变频调速的起动功能 2 设置暂停加速的方式设置暂停加速的方式主要有两种 变频器输出频率从0Hz开始上升至暂停频率fDR 停留tDR后再加速 如图 a 所示 变频器直接输出起动频率fS后暂停加速 停留tDR后再加速 如图 b 所示 4 5 6变频调速的起动功能 4 5 6变频调速的起动功能 二 起动前直流制动功能1 功能含义起动前先在电动机的定子绕组内通入直流电流 以保证电动机在零速的状态下开始起动 如果电动机在起动前 拖动系统的转速不为0的话 而变频器的输出频率从0Hz开始上升 则在起动瞬间 电动机或处于强烈的再生制动状态 起动前为正转时 或处于反接制动状态 起动前为反转时 容易引起电动机的过电流 例如 4 5 6变频调速的起动功能 拖动系统以自由制动的方式停机 在尚未停住前又重新起动 风机在停机状态下 叶片由于自然通风而自行转动 通常是反转 2 功能设置选择功能 即选择是否需要起动前的直流制动功能 制动量 即应向定子绕组施加多大的直流电压UDB 直流制动时间 即进行直流制动 施加直流电压 的时间tDB 4 5 7变频调速的停机功能 一 基础概念1 电动机的停机方式在变频调速系统中 电动机可以设定的停机方式有 1 减速停机即按预置的减速时间和减速方式停机 如上述 在减速过程中 电动机处于再生制动状态 2 自由制动变频器通过停止输出来停机 这时 电动机的电源被切断 拖动系统处于自由制动状态 由于停机时间的长短由拖动系统的惯性决定 故也称为惯性停机 4 5 7变频调速的停机功能 3 减速加直流制动首先按预置的减速时间减速 然后转为直流制动 直至停机 4 在低频状态下短暂运行后停机 当频率下降到接近于0时 先在低速下运行一个短时间 然后再将频率下降为0Hz 在下列情况下 应考虑预置暂停减速功能 惯性大的负载从高速直接减速至0Hz时 有可能因停不住而出现滑行的现象 如先在低速段运行 然后从低速降为0Hz 可消除滑行现象 4 5 7变频调速的停机功能 对于需要准确停车的场合 如卷扬机 为准确停车 即在低速短时运行即爬行后 再减至0Hz 即可达到准确停车的目的 对于附有机械制动装置的电磁制动电动机 在磁抱闸抱紧前先在低速段作短时运行 可减少磁抱闸的磨损 等等 2 设置暂停减速的方式和暂停加速相同 需要预置的参数有 a 暂停减速的频率fDD b 停留时间tDD 4 5 7变频调速的停机功能 二 变频器的直流制动功能1 基础概念 1 采取直流制动的必要性有的负载要求能够迅速停机 但减速时间太短将引起电动机实际转速的下降跟不上频率的下降 产生较大的泵升电压 使直流回路的电压超过允许值 采用直流制动 能增大制动转矩 缩短停机时间 且不产生泵升电压 有的负载由于惯性较大 常常停不住 停机后有 爬行 现象 可能造成十分危险的后果 采用直流制动 可以实现快速停机 并消除爬行现象 4 5 7变频调速的停机功能 2 原理和方法直流制动就是向定子绕组内通入直流电流 使异步电动机处于能耗制动状态 如图 a 由于定子绕组内通入的是直流电流 故定子磁场的转速为0 这时 转子绕组切割磁力线后产生的电磁转矩与转子的旋转方向相反 是制动转矩 因为转子绕组切割磁力线的速度较大 故所产生的制动转矩比较强烈 从而可缩短停机时间 此外 停止后 定子的直流磁场对转子铁心还有一定的 吸住 作用 以克服机械的 爬行 4 5 7变频调速的停机功能 4 5 7变频调速的停机功能 2 功能设置 P10 P12 采用直流制动时 需预置以下功能 1 直流制动的起始频率fDB在大多数情况下 直流制动都是和再生制动配合使用的 即 首先用再生制动方式将电动机的转速降至较低转速 然后再转换成直流制动 使电动机迅速停住 其转换时对应的频率即为直流制动的起始频率fDB 如图 b 所示 预置起始频率fDB的主要依据是负载对制动时间的要求 要求制动时间越短 则起始频率fDB应越高 4 5 7变频调速的停机功能 2 直流制动强度即在定子绕组上施加直流电压UDB或直流电流IDB的大小 它决定了直流制动的强度 如图 b 所示 预置直流制动电压UDB 或制动电流IDB 的主要依据是负载惯性的大小 惯性越大者 UDB也应越大 3 直流制动时间tDB即施加直流制动的时间长短 预置直流制动时间tDB的主要依据是负载是否有 爬行 现象 以及对克服 爬行 的要求 要求越高者 tDB应适当长一些 4 5 8模拟量给定的调整功能 一 基础概念1 频率给定线的定义由模拟量进行频率给定时 变频器的给定信号X X是给定信号的统称 既可以是电压信号UG 也可以是电流信号IG 与对应的给定频率fX之间的关系曲线fX f 称为频率给定线 2 基本频率给定线在给定信号X从0增大至最大值Xmax的过程中 给定频率fX线性地从0增大到最大频率fmax的频率给定线称为基本频率给定线 其起点为 X 0 fX 0 4 5 8模拟量给定的调整功能 终点为 X Xmax fX fmax 如图 a 和 b 所示 4 5 8模拟量给定的调整功能 3 最大频率fmax在数字量给定 包括键盘给定 外接升速 降速给定 外接多档转速给定等 时 是变频器允许输出的最高频率 在模拟量给定时 是与最大给定信号对应的频率 4 频率给定线的调整 P38 P39 C2 C7 在生产实践中 生产机械所要求的最低频率及最高频率常常不是0Hz和额定频率 或者说 实际要求的频率给定线与基本频率给定线并不一致 所以 需要对频率给定线进行适当的调整 使之符合生产实际的需要 因为频率给定线是直线 所以 调整的着眼点便是 频率给定线的起点和终点 4 5 9模拟量给定的正 反转控制 一 控制方式主要有两种方式 1 由双极性给定信号控制给定信号可 可 正信号控制正转 负信号控制反转 如图 a 所示 2 由单极性给定信号控制给定信号只有 值 由给定信号中间的任意值作为正转和反转的分界点 如图 b 所示 4 5 9模拟量给定的正 反转控制 4 5 9模拟量给定的正 反转控制 二 死区的设置用模拟量给定信号进行正 反转控制时 0 速控制很难稳定 在给定信号为 时 常常出现正转或反转的 蠕动 现象 为了防止这种 蠕动 现象 需要在 速附近设定一个死区 X 使给定信号从 X到 X的区间内 输出频率为0Hz 三 有效 0 的功能在给定信号为单极性的正 反转控制方式中 存在着一个特殊的问题 即 万一给定信号因电路接触不良或其他原因而 丢失 则变频器的给定输入端得到的信 4 5 9模拟量给定的正 反转控制 号为 0 其输出频率将跳变为反转的最大频率 电动机将从正常工作状态转入高速反转状态 十分明显 在生产过程中 这种情况的出现将是十分有害的 甚至有可能损坏生产机械 对此 变频器设置了一个有效 0 功能 就是说 变频器的最小给定信号不等于0 Xmin 0 如果给定信号X 0 变频器将认为是故障状态而把输出频率降至0Hz 例如 将有效 预置为0 3V 则 当给定信号X 0 3V时 变频器的输出频率为fmin 当给定信号X 0 3V时 变频器的输出频率降为0Hz 4 5 8模拟量给定的滤波时间 一 滤波时间的含义变频器在接受模拟量给定信号时 首先要进行滤波 其物理意义与图中的滤波电容类似 通常都采用数字滤波 图中 纵坐标是给定信号的百分数X 滤波的目的 是消除干扰信号对频率给定信号的影响 滤波时间常数 是指给定信号上升至稳定值63 所需的时间 4 5 8模拟量给定的滤波时间 二 滤波时间的影响滤波时间太短 当变频器显示 给定频率 时 有可能不够稳定 滤波时间太长 当调节给定信号时 给定频率随给定信号改变时的响应速度较慢 P7400 8约1ms 1s 4 5 9变频器的控制功能 一 基础概念变频器运行的控制信号也叫操作指令 如起动 停止 正转 反转 点动 复位等 和频率给定方式类似 变频器操作指令的输入方式也有 1 键盘操作即通过面板上的键盘输入操作指令 大多数变频器的面板都可以取下 安置到操作方便的地方 面板和变频器之间用延长线相联接 从而实现了距离较远的控制 4 5 9变频器的控制功能 2 外接输入控制操作指令通过外接输入端子从外部输入开关信号来进行控制 由于外部的开关信号可以在远离变频器的地方来进行操作 因此 不少变频器把这种控制方式称为 远控 或 遥控 操作方式 二 变频器对外接输入端子的安排外接输入控制端接受的都是开关量信号 所有端子大体上可以分为两大类 4 5 9变频器的控制功能 1 基本控制输入端如运行 停止 正转 反转 点动 复位等 这些端子的功能是变频器在出厂时已经标定的 不能再更改 2 可编程控制输入端由于变频器可能接受的控制信号多达数十种 但每个拖动系统同时使用的输入控制端子并不多 为了节省接线端子和减小体积 变频器只提供一定数量的 可编程控制输入端 也称为 多功能输入端子 其具体功能虽然在出厂时也进行了设置 但并不固定 用户可以根据需要进行预置 4 5 9变频器的控制功能 三 控制实例实例1 某生产机械有 档转速 通过 个选择按钮来进行控制 4 5 9变频器的控制功能 1 梯形图之一 SB1 SB7为非自动复位型按钮开关 如图所示 4 5 9变频器的控制功能 2 梯形图之二 SB1 SB7为自动复位型按钮开关 如图所示 4 5 9变频器的控制功能 实例2 有一台搅拌机 需要和传输带进行联动控制 搅拌机由电动机M1拖动 转速由变频器UF1控制 传输带由电动机M2拖动 转速由变频器UF2控制 如图所示 4 5 9变频器的控制功能 控制要求如下 为了防止物料在传输带上堆积 传输带应首先起动 并且其运行频率到达30Hz以上时 搅拌机才开始起动和运行 当变频器UF2的输出频率低于25Hz时 搅拌机应停止工作 本例选用富士G11S变频器 选择输出端子Y2作为频率检测信号端 如图所示 则变频器UF2须预置如下功能 功能码E21 Y2输出端子的功能 预置为 2 则Y2为 频率检测 信号输出端 功能码E31 频率检 4 5 9变频器的控制功能 测值 预置为 30 则当输出频率高于30Hz时 Y2晶体管导通 功能码E32 频率检测滞后值 预置为 5 则当输出频率降至30Hz时 Y2端并不恢复 等再滞后5Hz 即25Hz 时 Y2晶体管才截止 如图所示 fS为频率检测的设定值 为解除时的滞后值 fR为解除频率值 P64 P65 P41 P43 4 6变频器的维护与故障处理 4 6 1变频器过电流故障一 过电流故障 过流故障可分为短路 轻载 重载 加速 减速 恒速过电流 变频器过电流故障一般是由于变频器的加减速时间设定太短 负载突变 负荷分配不均匀 输出短路等原因引起的 通常的解决办法是延长加减速时间 减少负荷的突变 外加能耗制动元件 进行负荷分配设计 对线路进行检查等 如果断开负载后变频器还是过电流故障 说明变频器内部电路故障 需要进一步检查维修 如果断开负载后 过电流故障消失 应从电动机开始逐个回路检查 并且逐项实验 直至排除故障 4 6 1变频器过电流故障 二 过电流故障处理方法如果变频系统启动时刚升速就跳闸 这是过电流比较严重的现象 主要检查以下几方面 工作机械是否被卡住 变频器功率模块有无损坏 负载侧是否短路 用兆欧表检查对地有没有短路 电动机的启动转矩是否太小 使拖动系统转不起来 4 6 1变频器过电流故障 如果变频系统启动时不立即跳闸 而在运行过程中跳闸 主要检查以下几方面 升速时间设定是否太短 先了解生产工艺要求是否允许延长升速时间 如可以 则可延长升速时间 减速时间设定是否太短 先了解生产工艺要求是否允许延长减速时间 如可以 则可延长减速时间 转短补偿 U f比 设定是否太大 太大会引起低频时空载电流过大 假如电子热继电器整定不当 动作电流设定得过小 会引起变频器误动作 4 6 1变频器过电流故障 预置升 降 速自处理 防失速 功能 变频器对于升 降速过程中的过电流 设置了自处理功能 当升 降 电流超过预置的上限电流Iset时 将暂停升 降 速 待电流降至设定值Iset以下时 再继续升 降 速 如图所示 P21 P22 其他措施 如果采用了自处理功能后 延长了升 降速时间仍不能满足生产机械的要求 则需考虑适当加大传动比 以减小拖动系统的飞轮力矩 使电动机容易启动及升速 如果不能加大传动比 则只能考虑加大变频器的容量 4 6 1变频器过电流故障 4 6 1变频器过电流故障 在排除变频器常见故障时 应首先排除由于参数问题而导致的故障 例如电流限制 加速时间过短都有可能导致过电流的产生 然后就必须判断是否电流检测电路出了故障 变频器由于下列原因也可能引起过电流保护动作 主电路接口板电流 电压检测通道损坏 都会出现过电流 连接插件不紧 不牢 例如 电流或电压反馈信号线接触不良 会出现过电流故障时有时无的现象 当负载不稳定时 速度环的自适应会自动调整PID参数 从而使变频器输出给电动机的电流平稳 4 6 1变频器过电流故障 过电流的外部原因如下 电动机负载突变 引起大的冲击电流而过电流保护动作 这类故障一般是暂时的 重新启动后就会恢复正常运行 如果经常会有负载突变的情况 应采取措施限制负载突变或更换较大容量的变频器 建议选用直接转矩控制方式的变频器 这种变频器动态响应快 控制速度非常快 具有速度坏自适应能力 能使变频器输出电流平稳 避免过电流 电动机内部和电动机电缆绝缘破坏 造成匝间或相间对地短路 因而导致过流 4 6 1变频器过电流故障 在电动机线圈和外壳之间 电动机电缆和大地之间存在较大的寄生电容 通过寄生电容会有高频漏电流流向大地 导致过电流 若在变频器输出侧有功率因数校正电容或浪涌吸收装置 则其故障也会引起过电流故障 变频器运行过程中控制电路遭到电磁干扰 导致控制信号错误 引起变频器工作错误 速度反馈信号丢失或非正常时 也会引起过电流 变频器的容量选择不当 与负载特性不匹配 引起变频器功能失常 工作异常 过电流甚至故障损坏 4 6 2变频器过载故障 变频器输出电流超过额定值 且持续流通时间超过规定的时间以上时 为了防止变频器器件 变频器与电动机之间的连接导线和电动机等损坏要停止运转 过载保护需要反时限特性 通常采用热继电器或者电子热保护 变频调速系统过载是由于负载的惯性过大或者由于负载过大使电动机堵转而引起的 变频调速系统的过载故障表现为电动机能够正常运行 运行电流超过额定值 但是超过的幅度不是太大 不足以形成较大的冲击电流而使过电流保护动作 4 6 2变频器过载故障 1 过载与过电流保护的区别 保护对象不同 变频调速系统设置过电流保护的保护对象是变频器 而过载保护的保护对象则是电动机 电流的变化率不同 过载故障电流的变化率通常都比较小 也就是电流的增加是逐渐的 其时间量级为min 而过电流是突发性的 电流的变化率往往较大 其时间量级为 s或ms 过载保护具有反时限特性 变频调速系统设置的过载保护主要是防止电动机过热 具有反时限特性 4 6 2变频器过载故障 2 过载保护动作的原因 电动机拖动的负载过重 电动机负载过重的主要特征是电动机发热 电动机的运行电流超过其额定值 电动机三相电压不平衡 当电动机电源端的三相电压不平衡时 将引起某相的运行电流过大 导致过载保护动作 其表现出的主要特征是电动机发热不均衡 误动作 变频器内部的电流检测部分发生故障 检测出的电流信号偏大 导致过载保护动作 4 6 3变频器过电压故障 变频器的过电压故障主要集中表现在直流母线电压上 常见的过电压有输入交流电源过电压和再生类过电压两种 其中 再生类过电压出现的概率较高 过电压的防止措施对于变频器的过电压保护动作故障 应首先要区分是经常发生还是偶尔发生 然后区别分析对待 先要排除由于参数问题而导致的故障 如减速时间过短 以及由于再生负载而导致的过电压等 然后可以检测输入侧电压是否有问题 最后可以看一下电压检测电路是否出现了故障 4 6 3变频器过电压故障 对于在停车过程中产生的过电压现象 如果对停车时间或位置无特殊要求 那么可以采用延长变频器减速时间或自由停车的方法来解决 如果对停车时间或停车位置有一定的要求 则可以采用直流制动功能 直流制动开始频率 制动时间及制动电压的大小均由人工设定 不能根据再生电压的高低自动调节 因而直流制动不能用于正常运行中产生的过电压 只能用于停车时的制动 对于减速 从高速转为低速 但不停车 时因负载的飞轮转矩过大而产生的过电压 可以适当延长减速时间 4 6 3变频器过电压故障 这种方法也是利用再生制动原理 延长减速时间只是控制负载的再生电压对变频器直流环节电容器的充电速度 使变频器本身20 的再生制动能力得到合理利用而已 至于那些由于外力的作用 包括位能下放 而使电动机处于再生状态的负载 因其正常运行在制动状态 再生能量过高无法由变频器本身消耗掉 因此不可能采用直流制动或延长减速时间的方法 再生制动与直流制动相比 具有较高的制动转矩 而且制动转矩的大小可以根据负载所需的制动转矩 即再生能量的高低 由变频器的制动单元自动控制 因此再生制动最适用于在正常工作过程中为负载提供制动转矩 4 6 4变频器参数设置类故障 在使用变频器过程中 参数设置非常重要 若参数设置不正确 参数不匹配 会导致变频器不工作或者频繁发生保护动作甚至损坏 变频器在出厂调试时 对其每一个参数都设有一个默认值 一般称这些默认参数值为工厂值 4 6 5变频器欠电压故障 如果是瞬时停电原因或者受其他负载影响的原因很容易判断和认定欠电压保护动作 此外 还要检查电源开关回路是否有异常 可以用万用表测量每一个元件 并看一下接线端于处是否有松动的地方 尤其是要注意螺旋式熔断器 保险丝 的检查 有时熔断器熔断后 其熔断指示器不明显 很容易漏检 4 6 6变频器过热故障 变频器由于散热器过热而造成跳闸 为过热保护动作故障 4 7使用变频器时的注意事项 即使是最新一代的变频器 由于长期使用以及温度 湿度 振动 尘土等环境的影响 其性能都会有一些变化 如果使用合理 维护得当 则能延长使用寿命 并减少因突然故障造成的生产损失 为使变频器能长期可靠连续运行 防患于未然 对变频器进行日常维护与相关检查与保养是必要的 4 7 1变频器通电前检查 对新配置或长时间停用的变频器 在试机通电前应按下列步骤进行检查 参数检查 对变频器的型号 额定容量 额定电压 适配电动机功率等仔细核对 查看是否一致 尤其是额定电压 外观检查 打开变频器的面板 对内部器件进行外观检查 查看是否清洁 受潮 有异物 通风道是否堵塞 尤其是对控制电路板上的积尘 污垢一定要清除干净 避兔引起故障 检查螺钉 螺母 插件等是否松动与损坏 4 7 1变频器通电前检查 接线检查 仔细检查变频器上各接线端子的接线是否正确 对于输入端子 R S T 与输出端子 U V W 交替排列 即R U S V T W排列 的变频器 如JP6C T9系列等型号 要核对准确 对于输入输出端子左右排列的变频器 如TD2000系列等型号 要防止电源线误接输出端子 对于标记DB DB P N符号的端子是用于外接制动单元的 不能接电源或电动机 4 7 2变频器通电检查 通电前的检查结束后 应进行通电检查 具体步骤如下 卸下电动机的接线 然后按电压等级接上RS T 或L1 L2 L3 电源线 接通电源 电源指示灯亮 机内有接触器时接触器吸合 此时查看键盘监控显示与功能是否正常 有无故障码显示 机内有无冒烟及异味等不正常现象 风扇是否运转 其轴承的运转声是否正常 SANKENMF型等少数变频器的风扇要待变频器运行后才运转 以延长风扇的使用寿命 4 7 2变频器通电检查 频率给定置于额定值 一般为50HZ 变频器投入运行 检查变频器输出端U V W每两线之间的电压是否对称 使用万用表交流电压档测量时 其值可能偏高 这是因为输出电压为非正弦波 经过上述检查正常后 关断电源 接电动机正式开机 4 7 3日常检查 日常检查基本上是在变频器运行时 通过目测变频器的运行状况 确认是否有异常现象 通常检查如下内容 变频器与电动机是否振动 是否有异常声音 冷却系统的运行情况 包括风扇 空气过滤器 散热器及散热通道 变频器 电动机 变压器 电抗器等是否过热 变色或有异味 键盘面板各种显示是否正常 仪表指示是否正确 是否有振动 振荡等 变频器的运行环境 包括环境温度 湿度 有害气体 灰尘及振动等 变频器的进线电源是否异常 电源开关是否有电火花 缺相 电压是否正常等 电解电容器安全塞是否顶出 端部是否有膨胀迹象 是否有异味及液体渗透 4 7 4定期检查 定期检查时要切断电源 停止变频器运行 并卸下变频器的外盖 主要检查不停止运转而无法检查的地方或日常检查难以发现问题的地方 以及电气特性的检查 调整等 变频器断电后 主电路滤波电容器上仍有较高的充电电压 放电需要一定时间 一般为5 10min 必须等待充电指示灯熄灭 并用电压表测试 确认此电压低于安全值25VDC才能开始检查作业 4 7 4定期检查 检查冷却系统是否正常 清扫空气过滤器的积尘 由于变频器运行过程中温度上升 振动等原因常常引起主回路器件 控制回路各端子及引线松动 发生腐蚀 氧化 接触不良 断线等 所以要检查螺钉 螺栓等紧固件是否松动 进行必要的紧固 对于有锡焊的部分 压接端子处应检查有无腐蚀 变色 裂纹 破损等现象 还应检查框架结构件有无松动 导体 导线有无破损等 4 7 4定期检查 检查控制电路板连接有无松动 电容器有无漏液 板上线条有无锈蚀 断裂等 检查滤波电容器是否有漏液 电容量是否降低 检测绝缘电阻是否在正常值范围内 在以上检查项目都完成后 应进行保护回路动作检查 使保护回路经常处于安全工作状态 这是很重要的 第3章通用变频器构成的调速系统 3 1变频器的选型及容量计算3 2变频器的外围配置3 3调速系统举例 3 1变频器的选型及容量计算 变频器的容量可从三个角度表述 额定电流 可用电动机功率和额定容量 其中后两项 变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出 或随变频器输出电压而降低 都很难确切表达变频器的能力 选择变频器时 只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量 负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则 3 1变频器的选型及容量计算 采用变频器驱动异步电动机调速 在异步电动机确定后 通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器 或者根据异步电动机实际运行中的电流值 最大值 来选择变频器 3 1变频器的选型及容量计算 负载要求的电动机轴输出 kW 电动机额定电压 V 电动机效率 通常约0 85 电动机额定电流 A 电动机功率因数 通常约0 75 电流波形补偿系数 PWM方式变频器约1 05 1 1 3 2变频器的外围配置 变频器的主要外围设备有变压器 断路器 交流接触器 交流电抗器 制动电阻 直流电抗器 输出交流电抗器 电源滤波器等 3 2变频器的外围配置 3 2 1变压器变压器的作用是将供电电网的高压电源转换为变频器所需要的电压 200或400V 对于以电压型变频器为负载的变压器来说 在决定其容量时应该考虑的因素为接通变频器时的