模块二(3).ppt

1、,变频器原理及应用 河南工业职业技术学院 朱清智,模块二 通用变频器使用及变频器 典型调速系统 项目二 通用变频器使用,项目二 通用变频器使用,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,ATV31、ATV71变频器多种频率给定方式实现、 多段速控制实现,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,设定参数(按下表值进行设定，设定顺序按照变频器说明书进行，如应先设定tfr，才能设定hsp),模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,十六档速度与LIX的对应关系,项目二 通用变频器使用,模块二:通用变频器使

2、用及变频器典型调速系统,通用变频器典型调速系统,一、概述,在工程实际中，通用变频器的控制方案可以分为以下几种： 通用变频器异步电动机开环控制 异步电动机无速度传感器转矩矢量控制（开环控制） 通用矢量变频器永磁同步电动机开环控制 异步电动机带速度传感器矢量变频器控制（闭环控制） 异步电动机带速度传感器直接转矩变频器控制（闭环控制）,变频器控制三相异步电动机 (ATV31变频器),变频器控制三相永磁同步电动机,ATV31灵巧型变频器,ATV71高性能变频器,无速度转感器转矩矢量控制,二.变频器开环控制系统,ATV31变频器,外形图,动力端子图示意图,控制端子图示意图,动力端子示意,控制端子示意,A

3、TV71变频器端子示意图,通用变频器异步电动机开环控制系统特点,一：一般采用恒V/F控制方式，调速的机械特性取决于电动机本身的机械特性。由于电动机本身存在滑差，调速精度不高。 二：当采用V/F控制方式时，调速范围一般不大于20，特别是当在低频段运行时，电动机的输出转矩将明显减小。 三：当调速范围大于10时，建议采用变频调速电动机。（5 - 50HZ是恒转矩调速，50 100HZ时是恒功率调速。） 四：该种控制方式由于结构简单、可靠性高的特点，是目前通用变频器使用最为广泛的调速方式。广泛用于风机、水泵、旧设备改造等场合。,异步电动机无传感器转矩矢量变频开环控制系统,实现精确的磁场定向矢量控制需要

4、在异步电动机内安装磁通检测装置。无传感器转矩矢量变频控制采用高性能通用矢量控制变频器，按照直流电机转矩计算公式（T=CTMIA），分别对作为基本控制量的励磁电流和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压频率使励磁电流和转矩电流进行控制达到矢量控制。 异步电动机虽然也有两套绕组，但只有定子绕组和外部电源相接，定子电流从电源吸收电流，转子电流是通过电磁感应产生感应电流。因此定子电流应包含两个分量：励磁分量、转矩分量。变频器转矩矢量控制就是通过矢量变换对异步电动机三相系统进行简化，将转子电流变换成励磁电流和转矩电流分别加以控制，从而达到与控制直流电机相似的方法控制交流电动机。 对于无速度传

5、感器转矩矢量控制系统，尽管存在对电动机的速度估算的精度问题，动态响应比较慢的弱点，但其静态精度已很完美。,无速度转感器转矩矢量控制方式，当拖动系统对动态响应无特殊要求时，其调速范围可达5080。 由于要输入电动机的参数，适合一台变频器拖动一台电动机。 在变频器的运行过程中，变频器将根据检测的电动机情况，通过修正变频器的频率、电压值以达到控制电动机的转矩的目的。因此当变频器的面扳显示为变频器的输出频率时，该值是一直在跳动的。 转矩矢量控制变频器由于将转矩分量单独控制，在较底的运行频率下也能获得恒定磁通控制从而使电动机在极低的频率下也能取得很高的转矩输出。,异步电动机无传感器转矩矢量变频开环控制系

6、统,通用变频器控制永磁同步电动机,同步电动机的转速完全取决于控制电源的频率，与供电电源频率具有严格的关系，因此非常适合多台电动机要求速度严格同步运行的生产机械设备。 同步电动机的变频器控制系统无需采用闭环控制，就可保证电动机的转速精度达到0.10.01%。如果采用高精度变频器，在开环控制的情况下，就能达到 0.01% 的调速精度。且调速范围可达100。 现广泛应用于化工、纺织化纤等要求高精度多电动机同步控制的场合。,三、通用变频器的转矩矢量闭环运行,从自动控制的角度来看，变频器的闭环控制运行可分为通过变频器本身实现闭环运行和作为大型闭环控制系统的智能单元两种方式。作为智能单元的控制方式其控制算

7、法、闭环检测、控制信号输出等由PLC、控制计算机完成，变频器作为一个调速单元参与控制。本课程仅讨论变频器本身实现闭环运行。 由于变频器引入了转矩矢量控制方式，当采用光电编码器形成闭环控制，其控制特性、控制精度等均可以达到很高的精度，调速范围最高可达1：1000。比较典型的情况就是当变频器在0HZ输出情况下，转矩输出可以达到150%额定转矩，可广泛应用于高速电梯等高要求场合。,ATV71高性能变频器加光电编码器反馈卡,光电编码器测速,电动机负载,ATV71变频器光电编码器闭环控制示意,矢量控制异步电动机闭环控制系统是一种理想的控制方式，具有以下优点： 实现零转速开始的速度控制。在低速也能有很好的

8、转矩特性，调速范围很宽。 可以对电动机的输出转矩实现精确控制。从而可用于精确张力控制的场合。 系统的动态响应很好。电动机的加速特性好。 异步电动机转矩矢量控制要求设定异步电动机的参数，现代通用变频器一般具有电动机参数自整定功能。光电编码器反馈卡一般作为变频器的可选件另外订购。 变频器参数的设定：电动机参数、光电编码器参数、电动机控制方式的设定、控制对象（速度、转矩）等。,变频调速系统的制动功能,一、概述 1、电动机的四象限运行,所谓四象限运行，是指电动机的工作点可能出现在坐标系的四个象限中。电动机在不同的象限中的工作状态是不同的，其工作状态如右图所示。归纳起来就两种情况：电动状态和制动状态。,

9、2、变频器两种工作状态,通用交直-交变频器采用电容器滤波方式，假如不采取措施，很难实现变频器在再生制动状态下运行。,二、变频器的再生制动状态,在变频器调速系统中，减速及停车是通过降低变频器的输出频率来实现的。当变频器降速的瞬间，电动机的同步转速随之下降，然而由于机械惯性的原因，电动机的转子转速并未马上下降。当同步转速n0小于电动机的转子速度，电动机电流的相位改变180度，电动机从电动状态变为发电状态。与此同时，电动机轴上的转矩变为制动转矩，使电动机的转速迅速下降，电动机处于再生制动状态。对于变频器来说，电动机的再生电能经过逆变器的反并联二极管全波整流后反馈到直流回路。由于通用变频器电网侧采用不

10、可控整流电路，这部分电能无法经过整流回路回馈到交流电网，因此，仅靠变频器的电容器吸收，形成电容器侧“泵升电压”，使直流电压升高。过高的电压将对变频器形成危害。因此，通用变频器不采取措施，电动机只能运行在一、三象限，无法适应电梯、提升机、轧钢机、卷绕机等需要四象限运行的场合。,三、变频器制动的分类,能耗制动 一般通用变频器均设置能耗制动单元，小型变频器的制动单元一般内置，动力接线端P+、P-为直流母线，PA、PB为外接制动电阻接线端子；15KW以上变频器一般配备外接的制动单元作为可选单元。当电动机处于制动状态时，通过变频器IGBT的反并联二极管将机械能变成直流电能，通过制动单元可将能量消耗在制动

11、电阻上。,能耗制动 当变频器容量较大时，一般制动单元和制动电阻一般均外置。一般地，变频器内制动单元的动作电压为730V左右，当制动单元工作，直流回路通过制动电阻放电，当电压小于560V，制动单元停止工作。象安川616G5、G7变频器的制动单元的动作电压可调（630V760V）。制动电阻的工作状态是脉动的，因此西门子公司的说明书将该电阻称为脉冲电阻,制动电阻,本实验室实验台中制动电阻示意,直流制动 当在电动机的定子绕组中通上直流电源，在异步电动机中形成一固定的磁场。电动机在斜坡停车过程中，作以上处理，电动机产生的电磁转矩就是制动转矩。这种方式，电动机转子上的机械能将转化成电动机转子的电能消耗在转

12、子上，使电动机的转子温度升高。 一般，变频器是不允许在高速运行情况下马上转入直流制动的。通常，变频器先按照变频器的设定进行减速，当运行频率小于一定值后，进入直流制动。因此，通用变频器均具有直流制动开始频率，直流制动时间等参数可设定。 直流制动一般用于两种情况：一是用于准确停车，一是用于制止在启动过程前电动机由外因引起的不规则自由旋转。,回馈制动 变频器公用直流母线吸收型,回馈制动 变频器公用直流母线吸收型,图中，整流单元为几台逆变器公用。象西门子6ES7系列变频器可以将整流单元、逆变单元、能耗制动单元等单独订购。这种系统现在一般用于大型牵引机。,为保证被牵引物具有一定的张力，M3工作于电动状态

13、，M2、M1工作于再生发电状态。当采用公用直流母线回馈制动方式，可将M1、M2电动机发出的电能回馈到直流母线侧，由处于电动状态的M3消耗。可节省大量的电能。,回馈制动 一般通用变频器的整流单元采用不可控的二极管组成。当在原直流母线上反并联一组可控器件组成的逆变单元，整个系统就组成了具有回馈制动功能的变频器。 当系统检测到直流母线上电压高于某一值时，启动回馈逆变单元，可将系统的机械能回馈到交流电源侧。 回馈制动变频器由于增加了一组回馈逆变单元，控制复杂，变频器的价格也高，这就有一个性能价格比的问题。因此，该种方式一般用于大容量的起重机等场合。 回馈制动要求电源系统的可靠性要求很高。当变频器在回馈

14、制动过程中，发生电源系统故障，将使变频器产生不可恢复的故障。,回馈至交流电源侧电路示意,课后思考题,1、直流制动能否代替电磁制动的电磁铁？ 2、通用变频器直流母线侧电压太高时，能否将多余的电能反馈给电网？ 3、以ATV71变频器为例，当变频器工作在闭环转矩矢量控制状态时，有哪些参数需要设定，具体的设定值应为多少？,项目二 通用变频器使用,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,ATV31、ATV71变频器快速制动功能实训,一实训目的 1了解通用变频器制动单元、制动电阻的功能。 2了解通用变频器直流回路能耗制动的原理。 3掌握直流制动变频器主回路接线。 4了解变频器在快速停车时直流母线电压的

15、变化情况，掌握快速制动的参数设定。,变频器中，通常要设置加速时间和减速时间两个参数。ATV31变频器中，ACC加速时间是从0HZ增加到FrS（铭牌给出的电机额定频率）的时间，减速时间是从FrS降低到0HZ的时间。变频器加速过程中，加速时间设定小，电动机加速过程短，启动电流就大；启动电流大于一定值后，变频器出现故障。在斜坡停机过程中，电动机处于发电状态，其机械能要通过逆变器上六个反并联二极管转换成直流电压，使变频器直流母线电压升高。停车减速时间过短时，直流母线侧电压过高，导致变频器故障。因此可以在变频器的PA+、PA-端加接制动电阻，当变频器快速停车时，直流母线电压超过一定值后（ATV71变频器

16、这一电压可以通过参数设定，ATV31变频器这一电压值不能设定），制动单元动作，通过制动电阻放电，降低直流母线电压，将其维持在变频器所能承受的正常范围内。,实训报告 自行设计表格，写入实训过程及结果。 2. 分析接入制动电阻及未接入制动电阻变频器运行情况的区别及原因。 3. 分析制动过程的能量转换过程,项目二 通用变频器使用,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,ATV71变频器电流矢量控制功能实训,实训目的 了解Schneider ATV71转矩矢量控制型变频器的基本功能。 2. 了解高性能变频器的功能码设定方法。 3. 基本掌握高性能变频器的应用宏的使用方法。 4. 基本掌握高性能变频器的电动机参数自整定方法。,实训报告 按照以上实训过程，进行相应的记录。 2. 查找资料，确认光电编码器的信号输出种类，以及各种输出方式下变频器的编码器反馈卡的不同情况。,项目二 通用变频器使用,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,ATV71变频器闭环电流矢量控制功能实训,模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统,实训目的 了解ATV71变频器的无速度传感器转矩矢量控制功能实现。 了解ATV71变频器光电编码器闭环检测功能。 了解ATV71变频器带速度传感器转矩矢量控制功能实现。 了解高性能变频器转矩矢量控制状态频率输出0HZ