第二章：变频器的基本功能PPT课件.ppt

第二章 变频器基本功能与应用 2 1变频器的外端子任何变频器 为了控制电动机 为了由外信号对变频器进行控制 为了指示变频器的工作状态 都需要有一系列的外端子 外端子归纳起来可以分为3类 主电路端子 输入控制端子和输出指示端子 2 1 1主电路端子1 电源输入端子R S T该端子接电源 要求接隔离开关和工作接触器 隔离开关用于变频器的总电源控制 而接触器用于变频器工作中的通电或断电 第二章 变频器基本功能与应用 2 逆变输出端子U V W1 变频器的输出端不能连接进相电容或电涌吸收器 2 变频器与电动机之间的连线不能很长 因导线的分布电容会产生高频漏电流 3 R S T和U V W端不能错接 如果接错 变频器运行时会烧坏逆变模块 第二章 变频器基本功能与应用 3 直流电抗器和制动电阻连接端子P1 P DB N 用于外接直流电抗器和制动电阻 电抗器不用P1 P 短路 制动电阻不用P DB开路 4 接地端子G接地线要粗而短 接点接触良好 必要时采用专用接地线 接地端子作用 1 触电保护2 电场屏蔽防干扰 第二章 变频器基本功能与应用 2 1 2输入控制端子1 模拟量输入端子由电位器控制或接PID反馈信号或接其它检测反馈信号 2 接点输入端子包括独立功能控制端子和多功能控制端子独立功能控制端子 主要有正转 反转 点动 运行停止 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 第二章 变频器基本功能与应用 3 多功能输入控制端子变频器有丰富的控制功能 多的有上百种 如果每种控制功能都设一个端子 一是没有必要 二是制造和使用都不方便 在实际工程上 对于某个具体的应用 所应用的控制功能只有变频器所有控制功能中的几项 并不多 因此 现代变频器都采用多功能控制端子 即指定几个端子为多功能控制端子 这几个端子通过预置 可以设定为变频器已有控制功能中的任何功能 案例1 富士变频器多功能端子的功能 第二章 变频器基本功能与应用 多功能端子参数设定值与其功能 部分 第二章 变频器基本功能与应用 第二章 变频器基本功能与应用 1 多挡速控制由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输出7段速 设定值为 E01 1 X1有效 为段速控制1 E02 2 X2有效 为段速控制2 E03 3 X3有效 为段速控制3 第二章 变频器基本功能与应用 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 第二章 变频器基本功能与应用 2 1 3输出信号指示端子1 模拟量输出端子 FM 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 第二章 变频器基本功能与应用 2 继电器接点输出报警端子30A 30C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 见上图 3 集电极开路输出指示端子也是多功能输出端子 可通过功能预置为不同功能 主要用于指示变频器的工作状态 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 如可用于指示变频器的运行中 频率到达 过载 欠电压 频率检出等 案例2 输出指示端子灵活应用 用于抱闸信号 第二章 变频器基本功能与应用 选定一个输出指示端子 将其预置位 频率到达 当变频器的输出频率到达所预置的频率时 该端子有输出 2 2通用变频器基本功能介绍2 2 1频率控制功能设置或改变变频器的运行频率 有5种频率控制方式 1 由操作面板上的功能键控制频率2 通过功能参数码预置频率3 由操作面板上的功能电位器控制频率4 由外端子控制频率模拟量控制端子控制 模拟电压 模拟电流 接点控制端子控制 频率上升 下降端子 数字量控制选择何种设置方法由变频器的功能参数值决定 5 由上位机通过数据线控制 第二章 变频器基本功能与应用 第二章 变频器基本功能与应用 6 变频器频率控制框图应用哪个量控制频率 要通过功能预置 第二章 变频器基本功能与应用 案例3 速度端子应用1 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 第二章 变频器基本功能与应用 2 升降速端子控制恒压供水工作原理 接点压力表设有上限接点和下限接点 表针随压力摆动 并为一电极 与下限接点闭合 升速 与上限触电闭合 降速 压力控制在上 下接点之间 第二章 变频器基本功能与应用 3 模拟端子控制调速改变模拟电位器动触点的位置 可改变端子 VRF 的电位值 改变变频器的输出频率 该种调速方法用的很普遍 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 2极限频率极限频率包括基本频率fb 变频器应用国家电网的频率 我国为50Hz 基本频率是确定U f线的关键频率 基本U f线我们在使用中不要轻易改动 最高频率fmax 变频器允许输出的最高频率 对应最大给定信号的输出频率 大多数情况下最高频率fmax等于基本频率fb 如有的变频器工作在80Hz fmax 80Hz 最高频率的上升曲线按照基本频率曲线上升 见右图 与非基本曲线是两个概念 最高频率和基本频率的关系 基本频率 第二章 变频器基本功能与应用 3 上限频率fH和下限频率fL上限频率fH 允许变频器输出的最高频率 下限频率fL 允许变频器输出的最低频率 当设定了上下限频率后 频率控制信号X在全程变化时 输出频率在fL和fH限定的范围内变化 应用 将电动机的转速限制在一定范围内 防止意外飞车造成事故 如转矩控制 错误操作等造成超速 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 3加速时间和减速时间定义 变频器输出频率从0上升到基本频率fb所需要的时间 称为加速时间 变频器输出频率从基本频率fb下降到0所需要的时间 称为减速时间 实际加速时间和减速时间见图所示 当工作频率低于fb时 实际加减速时间比理论时间要短 任何变频器在开始应用时 都涉及到修改加减速时间问题 第二章 变频器基本功能与应用 1 加速时间为了保证电动机正常起动又不过流 变频器从低速起动 加速时间设置 设置原则 兼顾起动电流和起动时间 一般情况下负载重时加速时间长 负载轻时加速时间短 设置方法 用试验的方法 使加速时间由长而短 一般加速过程中的电流不超过额定电流的1 1倍为宜 有些变频器有自动选择加速时间功能 当选择为自动加速时间时 变频器根据负载情况 自动调整加速时间 第二章 变频器基本功能与应用 2 减速时间减速时间设定的必要性 1 降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 第二章 变频器基本功能与应用 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 第二章 变频器基本功能与应用 案例4 灵活应用在卷绕应用时 卷绕轴逐渐增大时变频器的输出频率逐渐下降 采用设置变频器的频率下降时间可以完成此任务 一般变频器的频率下降时间可设置为0 3600s 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 4加速曲线和减速曲线为了适应不同的工作环境 变频器可以设置不同的加减速曲线 第二章 变频器基本功能与应用 线性 频率随时间呈正比的上升 下降 适用于一般要求的场合 S型 先慢 中快 后慢 起动 制动平稳 适用于传送带 电梯等对起动有特殊要求的场合 半S型 正半S型上升方式 图 适用于大惯性负载 反半S型上升方式 图 适用于泵类和风机类负载 组合曲线 将加速和减速曲线组合起来 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 4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 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39Hz 43Hz 2 设定回避频率值和回避频率范围 如41Hz 3Hz 则回避38Hz 44Hz 3 只设定回避频率 回避频率范围由变频器内定 第二章 变频器基本功能与应用 案例5 有一轴流鼓风机 原来由三相异步电动机恒速驱动 后来为了节能 由变频器调速控制 变频器在调速运行中 发现风机的声音不对 有共振现象 后停机检查 没发现安装及部件有松动现象 启动变频器 将频率控制电位器控制电压逐渐加大 观察风机的反应 当变频器的频率调到40Hz左右 风机发抖 即风机在40Hz产生了共振 利用变频器的回避频率功能 将39 41Hz频率回避掉 风机工作正常 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 5段速频率设置功能变频器段速控制分为按程序运行和外端子控制两种方法 下图为搅拌机的运行速度图 第二章 变频器基本功能与应用 1 段速按程序运行是通过向变频器预置编制好的程序 让变频器按编制的程序运行 设置和执行步骤为 设置段速频率 设置段速时间 设置加速时间 设置减速时间 设置运转方向 设置段速程序运行模式 按运行键启动运行 第二章 变频器基本功能与应用 2 段速由外端子控制变频器的输出段速和运行时间由外端子控制 分为两种情况 1 每个端子控制一种速度在每个端子上设置一个开关即可 2 端子组合闭合控制多种速度必须将控制端子转换为分档控制 才能适应工程的应用 第二章 变频器基本功能与应用 案例6 工程应用1 周期性应用的场合 可采用程序段速控制 2 非周期性应用的场合 可采用外端子段速控制 应用案例 利用段速端子和下降时间的设置配合 做卷绕长时间降速控制 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 6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 0 5V 0 10V 或电流 4 20mA 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 第二章 变频器基本功能与应用 2 频率偏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 配合频率增益调整多台变频器联动的比例精度 2 作为防止噪声干扰的措施 第二章 变频器基本功能与应用 频率增益曲线是以原点为轴转动 频率偏置是以顶点为轴转动 因此有的变频器厂家用4个参数来确定增益和偏置 说明 频率增益和频率偏置厂家的叫法不统一 但表示的概念相同 我们在读说明书时注意 第二章 变频器基本功能与应用 案例7 多台变频器比例运行在3台变频器的频率控制端加入同一频率控制信号 通过改变每台变频器的 频率增益 来控制变频器比例或同步运行 第二章 变频器基本功能与应用 2 1 7载波频率设置载波频率范围为1 20kHz 可以在一定的范围内进行调整 变频器在出厂时都设置了一个较佳的频率 没有必要时不要调整 载波频率设置 载波频率低 电动机有噪声 电动机有刺耳噪声 载波频率高 功率模块损耗增大 变频器输出功率下降 辐射干扰增强 载波频率的选择原则 电动机功率越大 载波频率越低 变频器到电动机的导线越长 载波频率越低 电动机噪声或振动较大时要考虑载波频率的影响 第二章 变频器基本功能与应用 2 1 8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 第二章 变频器基本功能与应用 2 非线性补偿在额定电压和基本频率下进行线性补偿 以增大变频器的启动力矩 第二章 变频器基本功能与应用 3 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 适用于低转矩运行的场合 第二章 变频器基本功能与应用 4 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 第二章 变频器基本功能与应用 案例8 启动过流某厂两台料浆泵配用90kW电机 额定电流为164A 选用富土FRN90P9S一4CE变频器 额定电流176A 在系统启动过程中频率约在12Hz时电动机堵转 随后变频器过流跳闸 启动失败数次 变频器无论什么原因 只要出现过流跳闸 就不要盲目重试 反复过流会损坏开关模块 特别是陡度大的电流 会造成开关器件的局部烧蚀损坏 而造成模块失效 第二章 变频器基本功能与应用 检查设定参数 变频器转矩提升保持为出厂设定值0 1 0 1是转矩提升功能设置为强减转矩特性 由于该系统工艺流程影响 出口存有初始压力 致使料浆泵启动力矩增大 造成电动机启动失败 该变频器具有转矩自动提升功能 它根据变频器的实际输出转矩 自动提升补偿 故将转矩提升码改为0 0 选择了自动转矩提升模式 电动机正常启动 第二章 变频器基本功能与应用 案例9 补偿不当启动过流案例现象 某水泥回转窑配用电机为Y315L2 8 110kW 选用美国A B公司1336s B250HP变频器驱动 试车时 水泥回转窑起动正常 但下料后停止再起动时 频率约在10Hz左右总是因电动机堵转造成变频器过电流保护动作 最大电流高达530A 电流有误 分析其原因是水泥回转窑带物料起动时因物料堆积角大 起动时造成负载偏心 增大了回转窑的起动阻转矩使起动失败 第二章 变频器基本功能与应用 参数调试 调整变频器压频比U f为37Hz时输出额定电压 起动成功 但完成起动后变频器进入恒功率运行 因电动机磁通过大导致电动机铁芯饱和发热 20Hz时电流高达380A 无功电流约占80 对转矩提升的概念不清 改变该参数是错误的 因为该参数提升高频段转矩 见图 第二章 变频器基本功能与应用 实际测试得出回转窑起动后的正常运行负荷只有30 为此 只要在1 3基频以下的低速区间设置足够的转矩提升 在其他频率段基本保持恒转矩下U f曲线的斜率 是能够完成回转窑调速控制的 通过分析使用说明书 搞明白了转矩提升的意义 通过反复调整转矩提升参数 解决了回转窑起动和运行问题 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 9矢量控制功能变频器矢量控制功能只设置 用 或 不用 即可 设置矢量控制功能时应符合以下条件 1 变频器只能连接一台电动机 2 电动机应使用变频器厂家的原配电动机 若不是原配电动机 应先进行自整定操作 自整定操作又叫自学习 自调谐等 必须在空载状态下进行 3 所配备电动机的容量比应配备电动机的容量最多小一个等级 西门子变频器不能小于1 4 4 变频器与电动机之间的电缆长度应不大于50m 西门子变频器屏蔽电缆小于100m 非屏蔽电缆小于200m 5 变频器与电动机之间接有电抗器时 应使用变频器的自整定功能改写数据 第二章 变频器基本功能与应用 案例10 TD3100变频器闭环电流异常1 问题描述 爱默生TD3100变频器驱动一个电梯曳引机负载 电动机功率为7 5kW 额定电压为380V 额定电流为15 4A 额定转速为1440r min 额定频率为50Hz 变频器在开环方式下运行正常 闭环矢量运行电流异常偏大 在接入编码器后 用户测量PG电压为6 正常值为12V 怀疑是PG编码器或者接口板故障 第二章 变频器基本功能与应用 接线图 第二章 变频器基本功能与应用 编码器及接口板 第二章 变频器基本功能与应用 2 问题处理 1 检查接口板在接入编码器后 首先检查接口板 检查电压和输入阻抗均正常 经事后分析 原来是用户万用表有问题 误认为接口板被烧 2 检查是否自调谐 爱默生变频器称自整定为自调谐 据用户说 变频器已经进行自调谐 且变频器显示调谐结束 检查电动机铭牌输入正确 由于已经连接电梯设备 暂未重新调谐 3 再次怀疑编码有问题检查F1 00 PG脉冲数 输入正确 检查PG接线正确 布线较规范 PG连接良好 用示波器观察PG脉冲 方波较好 幅值正常 4 再次怀疑调谐有误卸下负载后重新调谐 变频器运行正常 第二章 变频器基本功能与应用 3 总结分析变频器开环运行正常 说明变频器没有问题 闭环运行电流异常主要有两个原因 一是电动机调谐有误 二是脉冲编码器故障 在矢量控制运行时 必须先要进行电动机参数调谐 以获得被控电动机的准确参数 变频器在工作中反馈信号和调谐参数进行比较发出控制信号 调谐参数有误 控制信号必然有误 在执行自动调谐前 必须脱开电动机与机械负载的连接 使电动机处于完全空载状态 如果不进行调谐或者调谐参数不准 就会出现一些意想不到的结果 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 10点动控制 寸动控制 1 点动控制点一下按键 电动机运行一下的控制方式 机床对刀 起重设备等都要有此功能 2 变频点动和工频点动的区别工频点动频率为50Hz 没办法 而变频点动频率可以设置 点动控制功能设置 设置点动频率和设置点动控制端子 当点动控制端子闭合 点动功能有效 用正转和反转端子控制电动机的正反转点动运行 每次点动时电动机都在设定的频率下运行 第二章 变频器基本功能与应用 2 2 11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BV导通 制动电阻RB放电制动 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 第二章 变频器基本功能与应用 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 3 制动电阻的计算制动电阻制动就是使电动机得到一定的制动力矩 制动力矩和电动机惯性大小 制动时的转速差成正比 也就是制动电流与上述二者成正比 因为同一型号的变频器现场工作情况不同 需要的制动电流不同 因此制动电阻的计算较复杂 第二章 变频器基本功能与应用 当取制动电阻的制动转矩等于电动机的额定转矩 TB TN 时 有式中 RB 制动电阻阻值 单位为 UPN 直流母线上制动起始电压 一般为760V IN 电动机的额定电流 单位为A 当需要制动转矩大于或小于电动机的额定转矩 制动电阻的阻值减小或增大 因此 制动电阻的选择范围为 式中x为选择系数 选择系数0 8 2 5对应制动力矩为电动机额定转矩的2 5 0 8倍 如选x 0 8 制动力矩为2 5倍额定力矩 第二章 变频器基本功能与应用 4 制动电阻的容量计算当制动电阻连续工作 其容量为 式中 PB为制动电阻的容量 当UPN的单位为V RB的单位为 则PB的单位为W 因为一般制动电阻不是连续工作 因此PB可修正为 式中 修正系数 根据制动电阻的使用率和变频器容量的大小确定 变频器容量PN 18 5kW 5 9变频器容量PN 22kW 2 5 4 第二章 变频器基本功能与应用 案例11 TD3100满载时报过压故障1 问题描述老系统改造项目 用TD3100 4T0150E变频器驱动一台15kW 原日本产绕线式电动机 电动机参数为 15kW 380V 33A 945r min 变频器曳引机速度为1m s 编码器为1024PPR 外接三菱PLC进行多段速选择 开关门和其他安全控制 根据变频器参数进行设置 在非满载情况下 工作正常 当做满载测试时 电梯下行时变频器一启动就报E005 过压 故障 第二章 变频器基本功能与应用 2 问题处理查看历史故障记录 显示母线电压为直流782V 可以确认是过压导致运行异常 现场检查制动电阻接线正确 怀疑制动电阻选择不合适 据用户反映 原先配的电阻为两个42 2kW并联 并联后21 4KW 由于现场工程师认为电阻太小 增大为8 1 2kW四个串联 总电阻为32 4 8KW 所以 改回原来的40 2kW两个并联 故障被消除 由于现场工程师将制动电阻的阻值增大 造成制动能力不足 使满载时过压 第二章 变频器基本功能与应用 3 改回后出现的新问题电阻改回以后 发现电阻温度较高 不能长期频繁应用 故再用两个并联的8 1 2kW进行串联 4 21 25 最后将负载加大120 额定负载 电梯运行正常 改造后一定要做满载试验 以确定改造成功与否 第二章 变频器基本功能与应用 5 该案例参数计算 起重类机械 1 电动机额定电流为 2 当制动电阻为32 不合适 选择系数为 制动转矩为额定转矩的1 8倍3 当制动电阻为24 合适 时 选择系数为 制动转矩为额定转矩的2 3倍 第二章 变频器基本功能与应用 4 电阻计算功率 5 电阻实际功率 4kW 2 4kW 6 4kW修正系数为该案例的计算结果对起重类负载具有参考价值 第二章 变频器基本功能与应用 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 第二章 变频器基本功能与应用 6 直流制动在制动时给电动机的定子绕组加上直流电压 使定子产生固定磁场 转子导线在切割磁场时产生感应电流 这个电流使转子产生制动力矩 使转子转动停止 实质 将转子中储存的机械能转换成电能 并消耗在转子电阻上 制动时转子发热 该制动方法适应变频器应用 制动时由变频器输出直流电 第二章 变频器基本功能与应用 7 直流制动应用1 和制动电阻制动配合应用起始阶段由制动电阻制动 当频率下降到一定时间时给定子加直流电流 变频器需要预置的参数有 制动起始频率fDB直流制动电压UDB 加在定子上的电压 第二章 变频器基本功能与应用 2 变频器起动前制动风机类负载在起动前如果反方向转动 可设置起动前制动 给定子通入短时间直流电流使其制动 案例12 石家庄某企业采用变频器驱动并联引风机 发现最后起动的风机有断轴现象 其原因为先起风机造成后起风机风叶反