项目1__变频器选择、安装、调试

项目1变频器选择 安装 调试 为生产线选择一台符合工艺 控制精度 控制对象要求的变频器 根据现场条件和变频器特性进行安装 并让变频器 电动机转动起来 项目1变频器选择 安装 调试 任务1 1为生产线选择一台适用的变频器任务1 2让变频器 电动机系统运转起来 任务1 1为生产线选择一台适用的变频器 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器子任务1 1 2按照控制功率选择变频器子任务1 1 3变频器安装的环境条件子任务1 1 4变频器安装时的联接用线 任务1 2让变频器 电动机系统运转起来 子任务1 2 1变频器的操作面板子任务1 2 2不同模式的显示内容子任务1 2 3功能 功能参数和参数的缺省值子任务1 2 4两种数据连接器子任务1 2 5功能参数的赋值 任务1 1变频器的选择和安装 在工 农业生产高度发展的今天 人们习惯了大量使用电力这一相对方便 稳定 便于控制的能源 正是这个原因 电力工业得到了更加空前的发展 高度的国家标准 国际标准使得电力系统所提供的电力能源不可能在各种指标 电压的幅值 交流电的频率 上 满足各种用电设备对于电能的要求 特别是用电设备在不同的运行条件下对电力的要求 任务1 1变频器的选择和安装 在前面的学习中 我们知道 采用电力变压器可以实现在保证电能总量和电能频率不变的前提下 改变交流电能的电压 满足各种用电设备的电压要求 对于交流电源的频率 我们知道是由发电机的转动速度决定的 对于一个形成规模的电力供应系统 交流电的频率是固定的 在实际的生产过程中 大部分的电能是用于电力传动的 也就是说 电力的最大用户类型是电动机 而电动机在控制精度有要求的场合 不再是用传统的固定速度拖动 而需要实现拖动过程中的速度调节 任务1 1变频器的选择和安装 在电机学的学习过程中 我们知道 电动机的转动速度和三个因素有关 N 1 S N0 1 S 60f p其中 S是电动机的转差率p是电动机的磁极对数f是电动机的供电频率 任务1 1变频器的选择和安装 在电动机的学习过程中 我们知道 电动机的速度调节可以通过改变上面的三个参数来实现三种不同的方法 其中可以连续调节速度的只有改变电源频率这一种 在这种有关于频率变化的要求下 诞生了一种专门由于改变电能频率的设备 那就是变频器 除了电动机在转动速度变化时 要求不同的电能频率外 工 农业生产中 还有许多需要不是固定频率电能的地方 例如 直流 频率为0 低频 频率低于50赫兹 中频 频率为几千赫兹 任务1 1变频器的选择和安装 变频器就是一种用于改变所使用电能频率的装置 由于内部采用了半导体元件的开关工作特性 所以是一直静止的效率相对较高的装置 现在市场流行的变频器都可以实现频率和电压连续可调 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器 变频器在世界范围内 已经发展了近30年 形成了各种不同系列的变频调速系统和成套设备 目前我国市场上 主要的品牌有 日本的品牌 三肯 三菱 松下 富士 日立 东芝 安川 由于日本的变频器产品进入中国市场较早 一度占领了绝大部分的市场份额 现在在中小容量的领域仍占有主导地位 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器 欧美的品牌 德国的西门子 法国的施耐德 英国的瓦萨 瑞士的ABB 美国的罗宾康 丹麦的丹佛斯等 现在国内市场上 大容量的变频器一般都选择欧美的品牌 原因是除了有较好的产品质量 还有良好的售后服务 国内的品牌 深圳的华威 山东的惠丰 无锡的东元 还有佳灵 森兰都是性能相当不错的品 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器 由于变频器装置中采用了性能良好的中央处理单元 高度集成的功率单元 所以变频器使得整个调速系统具有极其良好性能 体积较小 重量较轻 控制精度较高 保护功能较为齐全 工作安全可靠 操作过程简单 通用性强 和其他的调速方法相比 除了可以实现速度连续调节外 还具有能源利用率高的优点 在特殊的领域内 运用变频调速后 节约能源的效果相当明显 变频器由于内部结构和原理不尽相同 可以分成许多种类 具有各自特殊的性能 可以满足不同的要求 按照变流的环节来分类 交 直 交变频器 交 直 交变频器首先将频率固定的交流电转换成直流电 经过滤波 再将平滑的直流电逆变成频率连续可调的交流电 由于把直流转换成交流的环节较容易控制 所以其输出交流电的频率是自由的 既可以低于转换前的固定频率 也可以高于转换前的固定频率 而且在较宽的频率调节范围内 改变后的频率及用电的电动机性能具有很明显的优势 目前运用相对普及 按照变流的环节来分类 按照变流的环节来分类 交 交变频器 交 交变频器是把频率固定的交流电直接转换成频率连续可调的交流电 其实际的作用过程是可控的整流 所以其最终的输出频率不可能高于转换前的固定频率 为了转换的效果 一般输出频率不大于输入频率的1 3 但由于没有了中间的直流环节 转换的效率就较高 所以在功率容量特别巨大的场合使用的较多 按照变流的环节来分类 按照电压的调制方法来分类 PAM 脉冲幅度调制 PAM是PulseAmplitudeModulation的简称 是通过调节输出脉冲的幅值来实现输出电压调节的一种方法 在调节过程中 逆变器只负责调节频率 可控整流电路或是直流斩波器专门用于调节电压 由于电压和频率在两个电路中进行调节 虽然容易实现 但在集成制造上有一定的麻烦 所以这种方法现在已经基本上不再使用 按照电压的调制方法来分类 PWM 脉冲宽度调制 PWM是PulseWidthModulation的简称 是通过调节输出脉冲的宽值和占空比来实现输出电压调节的一种方法 在调节过程中 逆变器负责调节频率 同时也调节电压 目前 普遍运用的是脉冲宽度安照正弦规律变化的正弦脉宽调制方式 即SPWM方式 现在的中小容量的通用型的变频器几乎全部采用这种方式 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器 PWM调制实施的方案完全用模拟电路实现用专用集成芯片实现通过微机实现 PWM调制实施的方案 用模拟电路实现PWM控制一般来说 模拟电路大多采用SPWM的自然采样法 即将正弦参考波与三角载波接在一比较器的两个输入端 比较器的输出即为产生的SPWM信号 信号的开关时刻由两波形的交点确定 它的结构图如下图所示 图中 正弦波发生器和三角波发生器分别由模拟电路组成 在异步调制方式下 三角波的频率是固定的 而正弦波的频率和幅值随调制深度的增大而线性增人 此方法原理简单而且直观 但也带来如下一些缺点 PWM调制实施的方案 PWM调制实施的方案 l 正弦调制波和三角载波由硬件电路生成 硬件开销大 体积大 系统可靠性降低 调试也比较困难 2 由于是正弦波与三角波比较 当控制电路的直流电源电压有波动或有噪声干扰时 都将引起PWM脉冲宽度的变化 从而影响到变频器输出频率和电压的稳定性 3 当输出频率低 调制深度很小时 信号噪声比相对增大 此时上述噪声干扰问题更加明显 输出频率精度越来越差 4 系统受温漂和时漂的影响大 造成变频器性能在用户使用时和出厂时不一样 5 难以实现最优化PWM控制 因为最优化PWM的调制波都不是正弦波 如果用硬件手段生成这些调制波 硬件结构将变得很复杂 PWM调制实施的方案 2用专用集成芯片实现PWM控制 1 Mollard公司产品HEF4752 HEF4752是全数字化的三相SPWM波生成集成电路 这种芯片既可用于有强迫换流电路的三相晶闸管变频器 也可用于由全控开关器件构成的变频器 对于后者 可输出三相对称SPWM波控制信号 调频范围为0一200Hz 由于它生成的SPWM波的最大开关频率比较低 一般在1KHz以下 所以较适于以BJT或GTO为开关器件的变频器 而不适于IGBT变频器 PWM调制实施的方案 2 SIEMENS公司的产品SEL4520 由于HEF4572三相SPWM集成电路能设置的开关频率比较低 不适合于IGBT元件构成的变频器 因此 西门子公司推出了一种新的SLE4520三相PWM集成电路 它是一种应用ACOMS技术制作的低功耗高频大规模集成电路 是一种可编程器件 它能把三个8位数字量同时转换成三路相应脉宽的矩形信号 与8位或16位微机联合使用 可产生三相变频器所需的六路控制信号 输出的SPWM波的开关频率可达20kHz 基波频率可达2600Hz 因此 适用于IGBT变频器或其它中频电源变频器 但是由于SLE452O芯片的数据寄存器只有8位 所以每个脉宽数据不能大于256 这样它的低频效果较差 使用起长极其不方便 利用这些与微机配套的专用数字伙成电路来完成逆变器的PWM控制会为系统设计带来不少方便 但也有一些不足 是控制规律固定 不便于调整 二是使用该片时 需要一些模拟或数字器件作为外围支持电路 从而降低了集成芯片本来具有的集成度高 运行可靠等优点 PWM调制实施的方案 3采用微机实现PWM控制用微机软件实时产生PWM信号足一种既方便又经济可靠的方法 它的稳定性及抗干扰能力均明显优于相应的模拟拄制电路 此外用微机软件可以方便地实现具有多种优良性能而用模拟电路很难实现的复杂的PWM控制策略 目前 在使用微机产生PWM信号时比较常用的控制策略是SPWM的规则采样法和SVPWM法 由于SVPWM法控制思想先进 算法简单 所以比较其它控制策略 此法的计算量相对很小 因而使用SVPWM法进行实时运算产生PWM波是完全可能 可靠的 PWM调制实施的方案 由于受微机字长 运算速度等因素的影响 目前用微机产生PWM信号大多只能应用于控制精度不高 载波频率较低的场合 在高载波频率下产生PWM信号 计算机就显得颇有些力不从心 而且采用微机实现PWM控制要占用微机的CPU的资源 目前 市场上的变频器大部分是采用专用集成芯片实现PWM控制 少量采用微机实现PWM控制 PWM调制实施的方案 PWM调制实施的方案 按照滤波的方法来分类 电压型变频器 在交 直 交变频装置中 当中间直流环节采用大电容作为滤波元件 直流电压的波形比较平直 在理想状态下可以等效成一个内阻抗为零的恒压源 输出的电压波形是矩形波或是阶梯波 这类变频器具有电压源的特性就是电压型变频器 按照滤波的方法来分类 按照滤波的方法来分类 电流型变频器 在交 直 交变频装置中 当中间直流环节采用大电感作为滤波元件 直流电流的波形比较平直 在理想状态下可以等效成一个内阻抗很大很大的恒流源 输出的电流波形是矩形波或是阶梯波 这类变频器具有电流源的特性就是电流型变频器 按照滤波的方法来分类 按照输入电源的相数来分类 三进三出变频器 变频器的输入是三相交流电 输出也是三相交流电 工业场合用于三相交流电动机 功率较大 供电的都是这一类型 单进三出变频器 变频器的输入是但相交流电 输出的是三相交流电 家用场合用于三相交流电动机 功率较小 供电的都是这一类型 按照电压等级来分类 低压变频器 这类变频器的电压单项在220 240V 三相为220V或380 440V 通常简称为200V类 400V类 其容量一般为中小型 功率不超过500KW 这是本课程介绍的只要类型 高压大容量变频器 这类变频器具有两种形式 一种是在变频器的前后加变压器 现将高压电转换成低压电 经过变频后 再将其转换成高压电 中间的变频器就是上面的低压变频器 这种形式称为 高 低 高 式变频器 也称为间接高压变频器 另外一种形式就是采用高压大容量的开关元件进行串 并联直接进行转换 而没有输入 输出变压器 被称作为直接高压变频器 间接高压变频器 按照变频过程的控制方式来分类 U F恒值控制变频器 U F恒值控制是指在改变变频器输出频率的同时控制变频器的输出电压 使两个量保持固定的比例 使得电动机的定子磁通保持一定 在较宽的电动机速度调节范围内 电动机的力矩 效率 功率因数保持不变 因为控制的是电压和频率的比值 所以称为U F恒值控制 但在输出频率较低的场合 需要进行输出电压的修正 否则会影响其性能 由于是开环控制 不采用速度传感器 控制电路较简单 是目前通用型变频器中使用最多的一种控制方式 可以看出 此方法控制的实质是交流电动机的同步转动速度 电动机的定子旋转磁场速度 对于由于负载等因素引起的速度减 电动机转载实际速度 并未加以考虑 只能用于控制精度要求不高的场合 而且这种方法可以实现的速度调节范围不会超过1 40 按照变频过程的控制方式来分类 按照变频过程的控制方式来分类 转差频率控制变频器 也可以称为U F恒值控制加速度负反馈控制变频器 这种变频器需要检测电动机的实际转动速度 构成速度的闭环 速度调节器的输出为转差频率 变频器的控制电路利用转查频率作为修正变频器输入信号的依据 使得变频器能够输出完全符合目标要求的转动速度 因为有了速度负反馈控制 对于速度的控制精度有了很大的提高 可以用于有一定精度要求的场合 但这种方法可以实现的速度调节范围同样不会超过1 40 按照变频过程的控制方式来分类 按照变频过程的控制方式来分类 矢量控制方式变频器 矢量控制变频器是建立在将交流电动机转化成直流电动机模型的基础上 利用直流电动机磁场和电枢相互独立具有较好调速控制性能的控制思想 采用数学的方法 将交流电动机的定子和转子的耦合关系分解 通过矩阵运算 用两个相互垂直的交流电流 产生和三相交流电同样的旋转磁场 并通过控制这两个等效的交流电流到达控制三相交流电的目的 由于采用了直流电动机的控制思想 可以采用直流电动机中转子电流和负载力矩的关系来作为修正输入控制信号 达到没有速度反馈同样可以考虑负载对速度的影响 从而实现较高的控制精度 现在高控制精度的变频器大都采用此方式 这种控制方法可以实现的电动机速度调节范围可以达到1 100 如果在矢量控制变频器的系统上再加速度传感器的化 速度调节范围更宽 可以达到1 1000 按照变频过程的控制方式来分类 矢量控制方式变频器中必须实现的转换 1坐标变换对异步电机进行分析和控制时 需在三相坐标系下建立数学模型 由于这样建立起来的模型非常复杂 给进一步探讨异步电机的控制带来了许多不便 为此采用坐标变换的方法对原系统加以改造 使变换后的系统便于我们进行分析研究 矢量控制 Park矢量变换是在SVPWM法中最重要的坐标变换 定义Park矢量式中 Pa Pb Pc 某时刻三个物理量的值 矢量控制 显然Park矢量可以将三个标量 三维 变换为一个矢量 二维 对于三相异步电机中对称的三相物理量 如果选择三相定子坐标系中的A轴与Park矢量复平面实轴一致 则某时刻的Park矢量在某相轴线上的投影就是该时刻该相物理量的瞬值 在功率不变的变换约束条件下 又可以定义Park矢量为 矢量控制 2SVPWM法的原理在理想的电源供电时 设某时刻加到电机三相绕组上的三相对称电压分别为式中 U 线电压有效值 电源角频率 矢量控制 为了将逆变器的输出电压用空间电压矢录表示 故引入Park矢量变换 式中 Ua Ub Uc分别是逆变器的输出相电压 也即是电机a b c三相定子绕组的相电压 矢量控制 将两个公式进行整合 整理后得式中 Ud是空间电压矢量U在d轴上的投影 Uq 是空间电压矢量U在q轴上的投影 矢量控制 由上面的公式可以看出 当用理想电压源供电时 加到电机绕组上的瞬时空间电压矢量会以一定大小的角速度旋转 其轨迹在复平面上表示是一个圆心在原点 半径为Ul的圆周 如下图所示 矢量控制 在二维坐标系下电机定子电压矢量方程为如果忽略定子电阻压降的影响 则定子磁通矢量为 式中 f 电源频率 矢量控制 矢量在空间的分布规律 磁通矢量轨迹 如下图 磁通矢量的轨迹也为圆可见磁通矢量是一个比电压矢量落后 2的旋转矢量 其圆周的为 r U1 U1 2 f 矢量控制 分析上面的公式 不难看出当电压频率比Ul f为常数时 磁通轨迹圆的半径r相应的也为常数 这样随着山的变化 磁通矢量沪的顶点的运动轨迹就形成了一个以r为半径的圆形 即得到了一个理想的磁通圆 如图3一2所示 在SVPWM法中 就是以此理想磁通圆为基准圆的 在用电压型逆变器供电时 定子磁通久最顶点将会以何种轨迹运动呢 现分析如下 矢量控制 矢量控制 如上图所示 三相电压型逆变器由六个功率开关器件Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6组成 对应的控制信号分别为Sa Sa Sb Sb Sc Sc 因为1800导电型逆变器 正常工作时其上桥臂和下桥臂的开关状态互补 故可以用三个上桥臂的功率器件的开关状态来描述逆变器的工作状态 记功率器件开通状态为 1 关断状态为 0 则上桥臂Q1 Q3 Q5 的开关状态有八种组合 可分别用一个3位二进制代码表示 矢量控制 它们分别是 000 100 010 110 001 101 011 111 在这8个组合中 第一位数字表示Q 的状态 第二位数字表示Q3的状态 第三位数字表示Q5的状态 为了分析方便 我们用开关状态矢量 Sa Sb Sc 来表示这8种组合 矢量控制 上面的图是三相电压型逆变器的主电路 Ud是由两相工频交流电经不可控整流后滤波得到的直流侧电压 根据1800导电型逆变器的特点 无论开关状态矢量 S S Sc 是哪一种 负载电机的定子绕组都是两相并联后再和另一相串联接到直流电流源上 所以开关状态矢量与相电压矢量 Ua Ub Uc 之间存在以下的关系 矢量控制 矢量控制 也可以很容易地分析出开关状态矢量与线电压矢量 Ua Ub Uc 之间存在如下的关系 矢量控制 将三相逆变器的输出相电压代入空间电压矢量中 整理可得逆变器的8种输出电压矢量U 000 U 100 U 010 U 110 U 001 U 101 U 011 U 111 为方便起见 我们将电压的下标转化为十进制数字表示 则8种电压矢量可表示为U1一U7 其中 U1一U6的大小为 2 3 1 2Udc一方向如下面的图 矢量控制 矢量控制 我们称这6种电压矢量为工作电压矢量 另外还有两个特殊的电压矢量U0 U7 它们的大小为0 因而称之为零电压矢量 零电压矢量对应于逆变器上桥臂的三个开关器件Q1 Q3 Q5或下桥臂的三个开关器件Q2 Q4 Q6同时处于导通或关断状态 由于此时电机的三相绕组处于短路状态 所以电机的线电压为零 即逆变器的输出电压为零 矢量控制 它们的数学表达式如下表所示 矢量控制 我们知道 Udt 那么对于离散的电压矢量则有 所以定子磁通矢量 的顶点的运动方向对应于相应的工作电压矢量U的作用方向 在忽略定子电阻压降的影响时 例页点的运动轨迹平行于相应的U 的运动速率为电压矢量的幅值 因此如果我们使图3 4所示的逆变器输出的电压矢量按照Ul U5 U4 U6 U2 U3 U1 的次序依次作用 且每一个电压矢量作用的时间一样长 则可使定子磁通矢量顶点的运动轨迹 以下简称为磁通轨迹 为一个正六边形 旋转方向为顺时针方向 如下图所示 矢量控制 按照用途来分类 通用型变频器 在较低的频率下输出大力矩的功能 具有较强的抗干扰能力 噪音较小 控制方式采用矢量随机PWM方式 还可以实现固定的三段速 四段速八段速以供选择 还具有模拟量 数字量输入控制通道 能够满足一般自动化生产设备的基本要求 而且价格较为便宜 是自动化生产线的首选 风机 泵类专用变频器 这类变频器由于其负载的机械特性具有力矩和转速的平方成正比 所以在防止过载方面的功能特别优秀 同时还具有其他完善的保护措施 水泵控制时可采用 一拖一 一拖二 控制模式 还经常构成变频 工频转换系统 由于电路内部具有PID调节器和软件制动等功能模块 可以保护变频器及生产机械不受损害 按照用途来分类 注塑机专业变频器 最主要的特点就是具有更高的过载能力 有更高的稳定性和更快的响应速度 而且抗干扰的性能特别强 控制较灵活 具有模拟量输入输出补偿的电流补偿功能 可以提供丰富多彩的补偿方法和补偿参数 其他特殊用途的专用变频器 如 电梯专业变频器 能量可回馈变频器 纺织机专用变频器等 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器 选择变频器 第一考虑是变频器的功能 第二考虑是变频器的控制精度 第三考虑是变频器的控制系统 第四考虑是变频器的价格 一般仅有变速要求 而精度并不很重要的场合应考虑通用型变频器 基本无精度要求场合可考虑选用U F控制变频器 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器 具有一定控制精度要求的场合 在经费不紧张的情况下可以考虑矢量控制变频器 经费较为紧张的场合可考虑选用转差率控制变频器 控制精度要求高 调速范围要求高的场合选用带有负反馈的矢量控制变频器 只要在一般通用变频器不能满足要求的地方 才考虑专用型变频器 因为专用型变频器的价格相对要高的多还有一点 必须注意 就是U F控制在低速时具有控制的死区 一般的矢量控制变频器虽然低速的控制死区较小 但还是存在 所以如果需要在0 最高速度范围都具有较好性能的话 就一定选择带速度负反馈的矢量控制变频器 子任务1 1 1按照控制要求选择变频器 选择变频器时 还应该考虑的另一个问题就是变频器的防护结构 变频器的防护结构类似于电动机的IP等级 是一个可以表示变频器可以防止外部不良环节对变频器内部形成影响的能力 在选择防护结构时 考虑环境温度 湿度 粉尘 酸碱度 腐蚀性气体等因素 这关系到变频器能否长期安全 可靠地运行的关键 防护结构的形式有 开放型 对环境的要求相对较高 是一种正常情况下 人体不能触摸到变频器内部带电部分的结构 所以此类变频器一般应安装于电气控制柜的内部 或是控制室的屏 盘上 尤其是相对集中的安装 封闭型 种类变频器具有自己的外罩 可以单独地安装于建筑屋内 由于具有外部的壳罩 所以其散热受到一定的影响 密封型 自身外壳的保护就更加完善 但散热更受影响 应考虑使用专用于散热的风扇 密闭型 具有防尘 防水的结构 可以独立使用于有水淋 粉尘 腐蚀性甚至于可燃可爆的气体的工业现场 但应该考虑能力超过风扇的冷却方式 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 变频器的容量选择是一个重要而复杂的问题 首先要考虑的是变频器和电动机的功率容量相匹配的问题 如果变频器的容量小于电动机的功率对应的容量 会使得电动机的有效力矩输出值变小 影响电动机拖动系统的正常运行 甚至会损害变频器装置 而变频器的容量选择过大 则输出电流的谐波分量就会增加 增加线路的电压损失和功率损耗 同时设备的投资也会增加很多 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 按照常规 一个电气控制系统中 处在控制系统上游的设备的功率绝对不能小于处在控制系统下游的设备的功率 根据变频器和电动机在电气上的连接关系是变频器接受电源的固定工频交流电 转换成其他频率的交流电 供给电动机使用一满足工艺过程的不同速度要求 电动机是控制系统中的下游设备 所以变频器的容量一定要大于电动机的功率 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 变频器的容量可以从三个方面进行考虑 后方电动机的额定电流 电动机的额度功率 电动机的额定容量 但对于一台电动机而言正常情况下 电流 功率 容量是相互关联的 但是电动机在拖动机械变换速度是具有两种方式 即恒力矩调速和恒功率调速 所以这里的电动机功率就不再是固定不变的值 相对电动机的电流在恒力矩调速的过程中是一个不变化的数值 用电动机的电流作为选择变频器容量的依据是一个保证变频器正常工作的有效方法 原因如下 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 在变频器 电动机调速控制系统中 变频器和电动机是串联的关系 电动机工作时的电流必然是变频器输出的电流 但变频器输出的电流是包含了基本频率及高次谐波的全部 而电动机用于产生拖动力矩的只是其中的基本频率电流 所以 应该考虑必要的余量系数 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 变频器在输出频率变化的过程中 输出电压有时是变化的 但在变频器制造时 是以所有变化中数值最大作为依据的 电流是选择变频器内部功率元件的依据 如果以功率 容量这两个和电流电压乘积表示的量来选择变频器的话 在电压变化时 其选择结果就是不准确的 还有一点要理解的是 电动机工作在低于额定频率的条件时 虽然输出的转动速度小了 但由于负载并未发生变化 力矩是保持不变的 所以电动机的工作电流是基本不变的 U F控制变频器就是根据这个原理来设计的 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 当然 变频器在不同的温度环境 不同的散热条件 不同的海拔高度工作时 应考虑不同的容量富裕系数 如果要正确的使用变频器 必须认真地考虑散热的问题 变频器的故障率随温度升高而成指数的上升 使用寿命随温度升高而成指数的下降 环境温度升高10度 变频器使用寿命减半 因此 我们要重视散热问题 在变频器工作时 流过变频器的电流是很大的 变频器产生的热量也是非常大的 不能忽视其发热所产生的影响 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 通常 变频器安装在控制柜中 我们要了解一台变频器的发热量大概是多少 可以用以下公式估算 发热量的近似值 变频器容量 KW 55 W 在这里 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的 过流能力150 60s 如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器 并且也在柜子里面 这时发热量会更大一些 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好 这时可以用估算 变频器容量 KW 60 W 因为各变频器厂家的硬件都差不多 所以上式可以针对各品牌的产品 注意 如果有制动电阻的话 因为制动电阻的散热量很大 因此最好安装位置最好和变频器隔离开 如装在柜子上面或旁边等 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 怎样采能降低控制柜内的发热量呢 当变频器安装在控制机柜中时 要考虑变频器发热值的问题 根据机柜内产生热量值的增加 要适当地增加机柜的尺寸 因此 要使控制机柜的尺寸尽量减小 就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少 如果在变频器安装时 把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面 将会使变频器有70 的发热量释放到控制机柜的外面 由于大容量变频器有很大的发热量 所以对大容量变频器更加有效 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 还可以用隔离板把本体和散热器隔开 使散热器的散热不影响到变频器本体 这样效果也很好 变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的 横着放散热会变差的 关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器 都带有冷却风扇 同时 也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇 进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的 不能谁替代谁 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 另外 散热问题还要注意以下两个问题 1 在海拔高于1000m的地方 因为空气密度降低 因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果 理论上变频器也应考虑降容 1000m每 5 但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大 所以也要看具体应用 比方说在1500m的地方 但是周期性负载 如电梯 就不必要降容 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 子任务1 1 2按照控制功率选择变频器 2 开关频率 变频器的发热主要来自于功率元件 GTR IGBT 这类元件主要的工作状态是饱和导通 截止 元件工作在饱和导通状态时 虽然流过元件的电流较大 但由于元件的管压降接近 0 所以元件基本不产生功率的损耗 元件工作在截止状态时 虽然元件的管压降较大 但流过元件的电流基本为 0 所以也是基本不产生功率损耗 而元件在这两个状态间进行转换时必然要经过放大区 此时的元件既有电流流过 同时还有一定的管压降件 所以元件在放大区就有较大的功率损耗 元件的功率损耗发热的原因 可以看出 功率元件的发热有集中在开和关的的转换过程中 因此开关频率高时这种转换过程次数就增加 自然变频器的发热量就变大了 有的厂家宣称降低开关频率可以扩容 就是这个道理 子任务1 1 3变频器安装的环境条件 由于变频器具有多种等级的保护内部结构的外壳 使得变频器在安装时需要对安装地点的环境作出选择 具有开放型防护外壳的变频器 具有较好的散热条件 但对于外部的水汽 灰尘等进入设备 装置 内部的防护能力较差 对于外部的条形物件进入内部无防护措施 所以一般应装设在开关柜的内部或专用的柜体内部 在柜内安装时 应具有一定的散热空间 当附近有其他的热源可能对变频器造成影响时 应考虑采取隔离的措施 或采取强行排风的措施 子任务1 1 3变频器安装的环境条件 具有封闭型防护外壳的变频器 由于在各个方向上都有外罩 对外部的固体粉尘和一般的金属导电物进入其内部有较好的防护作用 可以安装在建筑物内部的墙壁上 一般工业建筑物的室内都能满足其条件 而且一般情况下 不要求采取额外的冷却措施 具有密封型防护外壳的变频器 对于外部的细微物质进入其内部有较好的防护作用 所以可以独立安装于工业现场条件较差的场合 但对于具有淋水 溅水等特别场合应采取适当的措施 对于有可燃 可爆的气体和粉尘的场合也不可使用 子任务1 1 3变频器安装的环境条件 具有密闭型防护外壳的变频器 具有特殊的防水 防尘外壳 可以说内部和外部基本隔离 在现场条件很差的场合必须采用此种类型 在有可燃 可爆的气体和粉尘的场合也使用这种类型的变频器 除此之外 变频器在安装时应注意环境的温度和湿度 通用等级的变频器工作环境温度为0 40度 特殊耐温的变频器工作环境温度为 10 50度 如果不能满足 就要考虑其他的降温措施 变频器工作环境的湿度要求是90 以下 如果湿度过高 在金属物件的表面就会产生凝露 就会降低电气的绝缘 所以如果环境的湿度过高 应采用空调除湿 也可以采用对流加热器的方法解决 子任务1 1 3变频器安装的环境条件 在安装是 还有面板必须在电柜前门的方向 不能横向 更不能倒置 在电柜内部的安装应留有散热的空间 在装有强制通风的机柜内 风流一定要穿越变频器 不能以直线的方式绕过变频器 在同一只电柜内安装两台变频器时 应采用并列安装的方法 以防止从电柜底部进入的冷风流经过一台变频器后 再经过另一台变频器 从而把一台变频器的热量带给另一台变频器 如确实由于位置关系不能进行并排安装的 应在两台变频器之间安装隔离风流的挡板 防止上述情况的发生 子任务1 1 4变频器安装时的联接用线 主电路的安装连接用线的选择 变频器的主回路是指连接电源 变频器 电动机的主电流经过的路径 在电源侧应能满足电压 电流的要求 所以连接线的电压等级不低于500V 通过电流的能力不低于变频器的额定电流 由于变频器一般距离电源不会太远 所以其电流密度可以按4A mm2来考虑 在变频器的输出侧连接线同样应该满足电动机的电压 电流的要求 所以连接线的电压等级不低于500V 通过电流的能力不低于电动机的额定电流 由于变频器一般情况下距离电动机不会太近 其线路的电流密度可以按2 5A mm2来考虑 有一点必须说明的是 电动机的电流是按正弦电流来进行计算 但变频器输出的电流处理正弦基频电流外 还有许多高次谐波电流 所以在选择线路是应对电动机的电流考虑一定的裕量 子任务1 1 4变频器安装时的联接用线 变频器的主回路接线端分为进线端和出线端 通常采用电气控制中的常规标注方法 如采用英文字母R S T或L1 L2 L3来表示进线端 有时也会用U V W来表示进线 但一般会用U1 V1 W1即带下标为1的符号来表示 而输出接线端通常用U2 V2 W2来表示 子任务1 1 4变频器安装时的联接用线 子任务1 1 4变频器安装时的联接用线 如果变频器的接线端分别在变频器的上部和下部 一般上部的接线端是进线接线端 下部的接线端是出线接线端 如果变频器的接线端分布在变频器的左右侧 一般在左边的是进线接线端 右边的是出线接线端 变频器的进 出线端必须正确接线 否则的话 对变频器的功能和安全都将是严重的威胁 子任务1 1 4变频器安装时的联接用线 由于变频器的输出线路中含有大量的高次谐波 具有较强的发送性 所以对周围的设备和线路具有较强的干扰 一般可以采用在输出线的外部穿上一根钢管 并将钢管和大地进行连接 为了防止其他设备对变频器产生干扰 特别是电网电源中的谐波造成的电压波形畸变 有时在变频器和电源之间连接滤波用电抗器 子任务1 1 4变频器安装时的联接用线 控制电路的连接用线选择 变频器的控制回路中传递的信号可以分为两个大类 一是模拟量信号 其电压值一般在几十伏特以下 所以不需要特别的电压等级要求 电流值一般在毫安级别 最大不会超过安培 所以线路的通流能力也不成问题 这里的关键是模拟信号容易受到外来的干扰 所以应采取相应的抗干扰的措施 一般情况下 线路选择带屏蔽的信号线 而屏蔽层应进行接地 考虑到模拟电压信号在传递的过程中 容易产生电压的损失 所以在信号传输距离较远的线路 一般信号不采用电压的形式 而是采用电压先转换成电流信号 传输到目的地后再转换成电压信号的形式 原因是电流在传输过程中不会有损失 控制电路的连接用线选择 模拟量信号线路不能和电力线路长距离平行布设 如果必须要交叉的话 一定要垂直交叉 而且在变频器进线侧应相距在10cm以上 在变频器的出线侧应相距在20cm以上 控制电路的连接用线选择 二是数字量信号 标准的数字量电压信号为0 5V 标准的数字量电流信号为0 20mA 也就是说线路的选择不需要考虑电压等级和载流能力的问题 而数字量信号本身具有较强的抗干扰能力 所以传输数字量信号的线路可以不考虑采用带屏蔽的线路 仅有一般的双绞线就可以了 数字量信号线最好不要和动力线路平行布设 交叉时应相距不低于10cm的距离 任务1 2变频器的使能和速度给定 现在的变频器具有强大的功能 良好的人机对话界面 使用者可以较为方便地对变频器下达任务 使变频器安装工艺要求的方式运行 所谓的使能 就是使变频器有相应的输出 而输出的直接效果是能够让和变频器连接在一起的电动机转动 简单地我们可以认为是启动电动机 但对于我们的变频器 电动机系统 有一种特殊的情况 就是变频器输出了一个频率为0 f 0 的电压 电流 我们的交流电动机是没有转速的 任务1 2变频器的使能和速度 N 1 S N0 1 S 60f p N 1 S N0 1 S 60 0 p 0这就和我们传统概念上的启动有较大的差别 为此我们将使变频器有输出称作为使能 为了使变频器所连接的电动机转起来 就一定要使变频器的输出具有一定的频率 而不能是频率为0 由于变频器能够对供电电源的频率进行改变 我们要对变频器下达需要输出为频率为多少的命令 输出的频率对应与电动机的转动速度 这个过程被称作为速度给定 子任务1 2 1变频器的操作面板 变频器为了接受来自于操作者的命令 一般都具有一个操作键盘 为了向操作者反馈变频器的状态 还会有一个显示系统 这就组成了变频器的操作面板 称为PMU 子任务1 2 1变频器的操作面板 子任务1 2 1变频器的操作面板 西门子品牌的变频器 其显示系统相当简单 一般是由四个有七段发光二极管组成数码管构成 其显示的内容一般有一个符号和三位数值组成 符号代表功能 而数值代表具体的值 键盘系统则是有简单的几个功能键组成 不同系列的变频器 键盘的组成内容不尽相同 一般会有启动 停止变频器的开停机键 实施功能转换的功能切换键 改变数码管显示数字值的增加 减少键 可以控制输出频率正负值的跳转键 面板还包括了一个可用于与计算机进行通讯的RS232 485接口 子任务1 2 2不同模式的显示内容 变频器操作面板中有四个七段数码管显示屏 可以具有多种形式的格式内容 表示多种不同的含义 常用的显示有 传动的状态 显示为第一位是一个半位显示 即一个只有其他数据一半大小的0 后三位是数字 而数值并不表示量的大小 表示某个特别的含义 是变频器目前所处的传动状态 如0003表示变频器正处在系统的初始化 不能执行任何命令 0008表示由于某种原因 变频器已在内部进行了启动功能的屏蔽 接受到外部的启动命令不产生执行结果 则表示变频器内部电路经过自检后反映一切正常 具备启动的条件 可以接受并执行启动的命令等 常用的显示有 反映故障类型 显示器的第一位F是故障显示的类别符号 后面的数字是故障内容的代号 变频器将故障分为不同的类型并进行编号 用不同的数字表示不同性质的故障 当变频器的显示器出现故障类型代码时 变频器将拒绝任何操作命令 必须进行检查并复位 方能接受操作命令 如F011表示现在变频器由于电动机过载而自动停止输出 过载保护的电流倍数可以进行设定 F008表示变频器的直流母线的电压低于转正常情况的85 变频器将拒绝接受和执行命令 如果遇到严重影响变频器自身安全的故障 显示屏将出现有FF字母开头的致命故障代码 如FF13 表示变频器内部的固化软件和变频器选择的软件版本有冲突 常用的显示有 显示报警信息 显示器的第一位A是报警显示的类别符号 后面的数字是报警内容的代号 变频器的报警是在变频器运行过程中 发现了不正常的状态 但这种不正常仅会影响变频器输出 不会影响变频器本身的安全 所以一般出现报警信号 不会自动停止运行 但在停止后 将不能再次启动 而必须进行复位处理 如A035表示变频器在参数设置时 发生冲突 原因是将决定旋转发向选择的正向和反向未作明确的指定 A021表示变频器内部发生了过电压 原因可能是电动机已工作在发电状态 但变频器未能提供能量回馈的通道 常用的显示有 显示功能参数号码 第一位是可读可写的功能符号 后面的三个数字表示对应功能的编号 第一位是可读不可写的功能符号 后面的三个数字表示对应功能的编号 这两组参数的编号是相互不能重复的 都对应于变频器的常用功能 常用的显示有 第一位是可读可写的功能符号 后面的三个数字表示对于功能的编号 所表示的是变频器一些较为特殊的功能 子任务1 2 2不同模式的显示内容 显示功能参数的下标 第一位是一个逗号 表示现在显示的不是独立参数 而是某个某个参数的某种取值 用于一个参数有几种不同的取值的地方 每一个功能参数号所拥有的下标是不一样的 只有一个下标的参数就不加以标注 具有两个及以上的必须标注 在功能参数中具有两个下标的分布标注为 001 002 这种功能参数的特征是在功能参数的后边有一个B字符 如P554 B 还有具有四个下标的功能参数标注为 这种功能参数的特征是在功能参数的后边有一个F字符 也可能是加一个M字符 如P401 F P128 M 子任务1 2 2不同模式的显示内容 显示功能参数的具体的数值 数值前面不再有其他的符号 数值的单位有系统进行定义 可能是物理量的单位如 A V rpm 也可能是百分比值 显示功能参数号码 功能参数的下标 功能参数的具体的数值这三种内容在显示屏上不能同时显示 而是在各个描述元素间进行切换 子任务1 2 2不同模式的显示内容 切换时 通过操作面板上的切换键来进行 当选择好希望显示的描述元素时 通过操作面板时的增加键和减少键来进行数值的改变 利用功能切换键可以实现如下的顺序改变 子任务1 2 2不同模式的显示内容 子任务1 2 2不同模式的显示内容 从功能参数号码到参数下标号从参数下标号到参数值从参数值到功能参数号如果某一个功能参数号码没有参数下标 这个功能参数只有一个下标参数 就会直接从功能参数号码到参数值 通过PMU修改的参数在执行了切换键操作后 总是储存在EEPROM中 即使在变频器停电后 也能可靠保存 子任务1 2 3功能 功能参数号码和参数的值 缺省值 变频器把对应于各种操作 各种物理量赋值 各种指标的设置调整定义为功能 变频器内部的处理器把各种功能都定义为一个数值编码 并根据其类别采用不同的前缀字符 如前面提到的可读可写参数PXXX 仅可读参数Rxxx等 子任务1 2 3功能 功能参数号码和参数的值 缺省值 功能参数的取值 可以通过操作面板进行定义和修正 但有一些参数在大部分情况下的取值是不变化的 就可以给出一个常用的数值 如无特殊要求可以不加以修改 遇到特殊情况时 可根据具体的情况进行修正 这个常规状态下的参数取值由系统在原始定义时直接赋值 也称作为缺省值 这种情况不多 在功能参数号后面用括弧转换数值表示 如P554 B 5 22 P554这个功能参数具有两个下标参数分别为P554 1和P554 2 在没有进行重新定义前 P554 1 B005 而P554 2 B022 子任务1 2 4两种数据连接器 变频器中功能分成两种类型 一是和状态相关联的 就 是 是与 不是 这类参数的取值就可以用数字量来表示 还有一种就是和量值有关联的 应明确告知是多少的 也就是模拟量 变频器内部的控制其在固化控制程序时 对这两者就进行原始的定义和规范 并规定了它们对应的连接方式 即控制功能参数只能和数字量相联 而量值的功能参数就只能和模拟量相联 子任务1 2 4两种数据连接器 数字量连接器 变频器的控制功能有数字量的取值决定 所以此数字量应该是一个变量 否则变频器只能保持在一个固定的状态 永远是停止或永远是运行 这个二进制的变量和一个开关的状态相对应 用BXXX来表示这个开关 用带有半圆头的图形来表示这类数据 在开关量连接器中 功能块只能取得开关量的输出信息 不是1就是0 它的作用可以看成是一个开关量的存储器 开关量连接器的标示很清楚 包括一个连接器名 一个连接器号 还有一个定义字母 子任务1 2 4两种数据连接器 开关量连接器的定义字母为B 开关量连接器号通常有四位数字组成 是开关量存储单元的标号 和存储单元的内容没有关系 但规定了存储内容的格式 数字量 子任务1 2 4两种数据连接器 开关量连接器内部所存储的具体内容只能是两个状态 1对应与 是 0对应于 不是 子任务1 2 4两种数据连接器 上面图中的功能参数P597 1 是一个控制功能类型的参数 共有三个下标分别是P597 1 P597 2 P597 3 这三个下标参数可以相互独立取不同的值 功能参数P597 1 的含义是P597 1缺省的值是 1 而P597 2 P57 3则没有进行缺省值的定义 由于是控制类功能参数 所以取值应该是二进制数 为了和具有半圆头的方形框相连接 采用同样有半圆缺口的方形框形来表示其允许的连接 当我们要对功能块P597进行赋值时 需要将其和数据连接器相连 但由于它具有三个下标 就必须注明是和其中的哪一个相连 如P597 1 B2100 P597 2 B2102 P57 3 B2101 由于B2100 B2101 B2102只是二进制连接器的编号 还不是具体的数值 具体的取值 应该是其中的开关量的值 即当B2102 1时 P597 2的值就是1 当B2102 0时 P597 2的值就是0 也就是说 当开关量状态改变时 功能块的取值是随之改变的 子任务1 2 4两种数据连接器 由于功能块的功能已经决定了其所取值的性质 所以只能和固定类型的连接器相连 如果把只能和数字量连接器相连的功能块和模拟量连接器相连 那么功能块将模拟量连接器的编号作为数字量连接器的标号 而读取相应编号的数字量连接器中的内容 子任务1 2 4两种数据连接器 在开关量连接器中 有两个特殊的编号 是两个状态不产生变化的数字量 就是常 1 即B0001 1和常 0 即B0000 0 如果P597 1 B0000 P597 2 B0001 那么P597 1的取值就是0 P597 2的取值就是1 除非重新进行赋值 否则就不能改变 模拟量连接器 对于必须要用具体量值大小来描述的功能和功能参数 参数的取值是模拟量而不能是数字量 所以不能用开关量符号B来描述 而采用具有模拟量特性的符号K来定义模拟量 模拟量连接器相当于一个存储单元 可以用来汇集 模拟 信号 其标示很清楚 包括一个连接器名 一个连接器号 还有一个定义