【教学课件】第二章通用变频器功能介绍.ppt

第二章 通用变频器功能介绍,教学内容2-1 变频器频率设置的方法2-2 与频率有关量的功能及设置方法教学目的1掌握变频器控制运行频率的四种方法；2深刻理解与频率有关量的功能的含义，了解其功能设置方法；重点：运行频率的设置方法；难点：加速曲线、减速曲线的设置。复习提问1变频器主电路有哪几部分组成，各部分有何功能？2三相异步电动机的起动、调速各有什么要求？,第一节 频率控制功能控制变频器输出频率有四种方法：1由操作面板上的功能键控制频率2通过功能参数码进行预置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 模拟量控制 接点控制端子控制 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。,第二节 与频率有关的功能设置与频率有关的功能包括：极限频率、加速时间、减速时间、加速曲线、减速曲线、回避频率、段速频率、频率增益、频率偏置等的设置。一、极限频率极限频率包括 1.最高频率fmax：变频器允许输出的最高频率，一般为电动机的额 定频率；2基本频率fb：又称基准频率或基底频率，只有在 U/f模式下才设定。它是指当输出电压U=UN时，f达到的值fN，一般为额定频率。fmax、fb与电压U的关系如图2-2：,电动机在一定的场合应用时，其转速应该在一定范围内，超出此范围会造成事故或损失，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。设置fH、fL的目的：限制变频器的输出频率范围，从而限制电动机的转速范围，防止由于错操作造成事故。设置 fH、fL后变频器的输入信号与输出频率之间的关系如图2-3 所示。X指输入模拟量信号，电压或电流。XXL时，f=fL；XLXXH 时，f随X的变化而成正比的变化；XXH时，f=fH；变频器驱动的电动机采用低频起动，为了保证电动机正常起动而又不过流，变频器须设定加速时间。电动机减速时间与其拖动的负载有关，有些负载对减速时间有严格要求（举例），变频器须设定减速时间。,二、加速时间和减速时间1加速时间和减速时间的理论定义(两种定义方法)其一：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下降至0所需要的时间，称为减速时间。其二：变频器输出频率从0上升到最高频率fmax所需要的时间，称为加速时间；变频器输出频率从最高频率fmax下降至0所需要的时间，称为减速时间。2变频器的实际加减速时间一般小于等于理论设定的的加减速时间。,3加速时间设定的原则及方法加速时间设定原则：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。加速时间设置方法：用试验的方法，使加速时间由长而短，一般使起动过程中的电流不超过额定电流的1.1倍为宜。有些变频器还有自动选择最佳加速时间的功能。4减速时间设定的必要性及设置原则重负载制动时，制动电流大可能损坏电路，设置合适的减速时间，可减小制动电流；水泵制动时，快速停车会造成管道“空化”现象，损坏管道。减速时间的设定原则：兼顾制动电流和制动时间，保证无管道“空化”现象。5变频器在不同的段速可设置不同的加减速时间。,三、加速曲线和减速曲线1加速曲线有三种加速曲线：(1)线性上升方式 频率随时间呈正比的上升，适用于一般要求的场合。(2)S型上升方式 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。(3)半S型上升方式 正(下)半S型上升方式：适用于大惯性负载。反(上)半S型上升方式：适用于泵类和风机类负载。2减速曲线与加速曲线类似3组合曲线的设置根据不同的机型可分为三种情况：(1)只能预置加、减速的方式，曲线形状由变频器内定，用户不能自由设置。(2)用户可选择不同加、减速时间的S区（如0.2S、0.5S、1S等）。(3)用户可在一定的非线性区内设置时间的长短。,四、回避频率（跳跃频率、跳转频率）1.回避频率的概念：变频器跳过而不运行的频率，一般情况下一个系统可设三个以上。2设置回避频率的必要性：避免系统共振。3设置回避频率的方法设定回避频率的上端和下端频率：如43Hz、39Hz，则回避39Hz43Hz；设定回避频率值和回避频率的范围：如41Hz、3Hz，则回避38Hz44Hz；只设定回避频率：回避频率范围由变频器内定。,五、段速频率设置功能1段速控制功能指不同时间段对应的输出频率不同，它是通用变频器的基本功能。举例说明。2.段速运行控制必须的参数段速频率、段速时间、段速开始指令、段速运行模式，一般有416段。3段速功能的设置与执行段速功能的设置有两种方法：按程序设置 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运行模式按运行键,由外端子控制 设置和执行步骤为：设置运行控制模式设置具体的控制端子设置各段速频率用控制端子确定各段速运行时间。六、频率增益和频率偏置功能1频率增益 频率增益指上限输出频率对应的输入电压与最大外输入模拟控制信号的比率，即f/X。外输入模拟控制信号指由模拟控制端子输入的信号，电压05V，010V；电流420mA。设置频率增益功能的目的：使在相同的输入信号作用下，各个变频器的输出频率不同，主要用于控制多台变频器的比例运行。,2频率偏置 频率偏置是指输入模拟控制信号和输出频率不同时为0的现象，分为正向偏置和反向偏置两种情况。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：配合频率增益调整多台变频器联动的比例精度，也可作为防止噪声的措施。七、载波频率设置1复习脉宽调制技术，明确载波频率可以在一定的范围内进行调整。2载波频率过高和过低的危害：变频器在出厂时都设置一个较佳的频率，没有必要时可以不作调整。,第三节 U/f控制与转矩补偿、转差补偿控制,教学内容2-3 U/f控制与转矩补偿、转差补偿控制；2-4 矢量控制功能2-5 运行控制与制动功能；2-6 其他控制功能教学目的1深刻理解转矩补偿、转差补偿、制动功能、瞬停再起功能的意义及设置方法；2了解变频器矢量控制功能的实质，掌握设置矢量控制功能应符合的条件重点：转矩补偿、瞬停再起功能的意义；难点：矢量控制功能的实质。复习提问1.控制变频器运行频率的方法有哪几种？2.加速曲线有几种？各适用于什么样的负载？3.设置回避频率、频率增益、频率偏置各有何作用？,第三节 U/f控制与转矩补偿、转差补偿控制 交流异步电动机是按照额定电压、额定电流、额定频率进行设计的，在任何频率下运行时不能过流，否则将引起磁饱和。一、U/f控制方式U/f控制方式是指在变频调速过程中为了保持主磁通的恒定，而使U/f=常数的控制方式，这是变频器的基本控制方式。二、转矩补偿功能转矩补偿：在U/f控制方式下，变频器利用增加输出电压来提高电动机转矩的方法。转矩补偿的作用：输出频率较低时，输出电压下降，定子绕组电流减小，电动机转矩不足，提高变频器的输出电压即可补偿转矩不足；不同工作场合对变频器的输出转矩要求不同，需要转矩补偿。,常用的补偿方法：1在额定电压和基本频率下线性补偿 起动电压从0提升到最大值的20%，通过步进的方法设置。2在额定电压和基本频率下分段补偿 起动过程中分段补偿，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，适用于高转矩起动运行的场合。负补偿：补偿曲线在标准U/f曲线的下方，适用于低转矩起动运行的场合。使用时通过预置调用。3平方率补偿 补偿曲线为抛物线，低频时在标准U/f曲线的下方，高频时在标准U/f曲线的上方，多用于风机和泵类负载的补偿，达到节能 运行的目的。通过步进的方法设置。,三、电压自动调整功能（AVR）电压自动调整功能是指电网电压波动时，为了保持电动机的转矩不变而自动调整变频器输出电压和频率的功能。此功能可根据需要设置为“有”或“无”。四、节能运行控制功能 1节能运行控制功能是指变频器将检测到的电动机运行状态与变频器中储存的标准电动机的参数进行比较，从而自动给出最佳工作电压的过程。2变频器预置为节能运行时，必须满足的条件：(1)变频器中已储存有标准电动机参数，且配用的电动机与标准电动机参数相吻合。若两者相差较大，必须根据实际电动机的参数重新预置。(2)变频器节能运行时，动态性能较差，因此多用于转矩较稳定的负载中。(3)节能运行只能用于U/f控制方式下，不能用于矢量控制方式。3.节能运行的预置方法：“有”或“无”；有的还需预置搜索范围、搜索周期、搜索电压增量等参数。,五、转差补偿功能1转差补偿：当电动机转速随着负载转矩增加(降低)而下降(升高)时，变频器的输出频率自动升高(降低)，以补偿电动机转速变化的过程。2转差补偿的目的：提高电动机的转速控制精度。3转差补偿的设定范围一般为010Hz。,第四节 矢量控制功能 矢量控制功能是变频器的一种高性能的控制方式，其依据是直流电动机控制理论。一、他励直流电动机的调速1直流电动机的转矩表达式T=CTIa2他励直流电动机调速的优点 对于他励电动机来说，式中的、Ia为相互独立的变量，分别由励磁绕组、电枢绕组控制，电动机的转矩(调速)控制方便，调速动、静态特性好，精度高。3他励直流电动机调速的缺点直流电动机结构复杂、换向过程复杂，且电动机的容量、最高转速受到限制，换向器和电刷装置的事故率较高，需要定期维护和更换，维护费用高。,二、变频调速的矢量控制功能1三相异步电动机变频调速矢量控制功能的实质三相异步电动机的转矩表达式T=CTmI2cos2式中的m、I2、cos2都影响转矩T，且m与I2都由定子电流控制，两者既不正交也不独立，电动机难于直接实现连续的转矩(调速)控制。若将定子电流人为的分解为两个相互垂直的矢量，并解释为励磁电流和转子电流，交流异步电动机的控制就会变得很方便。因此，矢量控制实质上就是将定子电流人为分解为两个相互垂直的矢量，再用他励直流电动机的控制方式去控制交流异步电动机。2变频调速矢量控制的大致过程通过变频器内部的检测电流测出三相输出电压和电流值矢量，通过变换电路得到两个相互垂直的电流信号，再用这两个信号通过运算调节器控制逆变电路的输出。整个过程全部在变频器内完成，工程上称为无PG反馈的矢量变频器。,3变频器矢量控制功能的设置 只设置“用”或“不用”即可。4设置矢量控制功能时应符合的条件(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；(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；(4)变频器与电动机之间的电缆长度应不大于50m。(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。,第五节 运行控制与制动功能一、正反转控制功能1交流异步电动机的转向与交流电的相序有关，正转与反转控制只是相对而言。2正反转控制方法：由操作面板上的正转键(FWD)、反转键(REV)控制；或由外端子FWD端子、REV端子与COM端子的闭合控制。二、点动控制（寸动控制）1点动控制 点一下按键或按钮，电动机在某一频率下运行的控制方式。2点动控制功能的设定 先设置点动频率，每次点动时电动机都在这个频率下运行。三、制动控制1制动控制功能 用于电动机运行过程中迅速停止或准确定位。2制动控制功能分类 起动后发电制动：电动机工作结束后的制动，一般采用直流制动。需设置制动频率、制动时间、制动力等 起动前制动：在电动机起动时转速不为零的情况下对电动机进行的制动，制动后才能再起动。一般采用直流制动，需设置直流制动及制动时间。,第六节 其他控制功能一、过载保护功能1对变频器自身的保护功能 过流、过压、过功率、断电、其他故障等均可进行自动保护，并发出报警信号，甚至自动跳闸断电。变频器在出现过载及故障时，一方面由显示屏发出文字报警信号，一方面由接点开关输出报警信号；当故障排除后，要由专用的复位控制指令复位，变频器方可重新工作。2对电动机的保护功能(1)电子热继电器 监视变频器的输出电流，只能接一台电动机。(2)应用时可以设置功能是否有效，再设置具体参数。二、瞬时停电再起动功能瞬时停电再起动功能是指电源瞬间停电又很快恢复供电的情况下，变频器是继续停止输出，还是自动重起。(1)瞬时停电后不起动 瞬时停电后继续停止输出，并发出报警信号。电源正常输入复位信号才会重新起动。(2)瞬时停电后再起动 瞬间停电又很快恢复供电后，变频器自动重起。,第七节 变频器的闭环运行,教学内容2-7 变频器的闭环运行2-8 变频器的外接端子功能教学目的1了解变频器闭环系统的种类及各自的特点；2掌握变频器外接端子的分类及各类端子能够实现的功能。重点：多功能端子及接点输出控制端子的功能；难点：利用多功能端子进行段速控制。复习提问1.转矩补偿、转差补偿、瞬停再起功能有何作用？2变频器有哪几种制动方式？3变频器矢量控制功能的实质是什么？,第七节 变频器的闭环运行闭环运行：在变频器控制的拖动系统中引入负反馈，以进行自动控制提高传动精度。反馈器件：主要有PG编码器(实现转速反馈)、压力传感器、速度传感器等。一、采用光电编码器组成的闭环系统1光电编码器光电编码器又称光电码盘，简称PG。2各种控制方式的变频器控制系统的比较U/f控制方式：速度控制精度较低，速度控制范围较小，价格低，适用于一般的调速场合。矢量控制方式：速度控制精度较高，速度控制范围较大，价格稍 高，适用于转速控制精度要求较高的场合。带PG反馈的U/f控制方式：速度控制精度很高，速度控制范围较小 价格较高。带PG反馈的矢量控制方式：速度控制精度很高，速度控制范围很 大，价格最高。,二、采用传感器的PID闭环系统1PIDPID是比例(P)、积分(I)、微分(D)调节器的总称。比例调节器：指同相比例放大器或反相比例放大器，其调节速度 快、线性好，但存在静差。积分调节器：无静差，但反馈滞后。微分调节器：反应速度快。三者结合，取长补短就构成了PID调节器。2采用PID实现反馈的变频器控制系统 变频器的PID功能一般内置在变频器中，使用时通过功能参数预置。PID的输入信号一般由压力传感器、速度传感器、流量传感器等 反馈获取.PID的输出信号应接在变频器的输入模拟控制端子上。所控制的 物理量由 传感器的种类决定。,第八节 变频器的外端子功能复习变频器外接端子的分类。一、主电路的端子1交流电源输入端子R、S、T 按变频器应用电压的不同，分为220V和380V两种。使用时不能错接。单相为220V，接在R、S、T中的两个端子之间，另一端子悬空。三相为380V，R、S、T接3条相线。2逆变输出端子U、V、W连接交流电动机需注意以下几点：(1)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.(3)变频器与电动机之间不能连接开关；(4)R、S、T和U、V、W端不能错接。3直流电抗器和制动电阻连接端子:用于外接直流电抗器和制动电阻。4接地端子:接地线要粗而短，接点接触良好。必要时采用专用接地线。,二、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。多功能控制端子：一般有35个，可根据需要实现不同功能：多段速控制端子：通过功能参数预置，用端子状态的的不同组合来控制不同段速的运行。例：若设置触点为动合有效，端子与公共端闭合为1态，断开为0态，则段速3端子、段速2端子、段速1端子的组合状态为001时，变频器在段速1运行；组合状态为010时，变频器在段速2运行；组合状态为011时，变频器在段速3运行；以此类推。,空转控制端子：通过功能参数预置，此端子与公共端闭合时，变频器停止输出，电动机自由停车，称为空转制动状态。外部异常紧急停止端子ES：通过功能参数预置，此端子有效（由功能参数码设定，可为闭合有效，也可为断开有效）时，变频器紧急停止。接于此端子的信号一般为保护信号或限位信号。频率上升(UP)/下降(DOWN)控制端子：此端子为数字信号控制，因此控制的稳定性好，抗干扰能力强。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。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。,三、输出信号控制端子1模拟量输出端子 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。2接点输出端子 输出监视端子，输出开关信号，用于监视变频器所处的工作状态。(1)集电极开路输出端子 也是多功能输出端子，可用于指示运行中与否；频率到达与否；过载与否；欠电压与否；频率检出与否等；(2)继电器接点输出端子主要作为变频器报警用。变频器正常工作时30C与30B闭合，绿灯亮；变频器故障跳闸时，30C断开，30A与30B闭合，绿灯灭，红灯亮，同时蜂鸣器报警。4计算机通信接口 有标准RS485或RS232接口，用于连接计算机进行数据通信。,本 章 小 结1通用变频器的四种频率控制方法。2与频率有关的功能：极限频率设定功能；加速时间、减速时间设定功能；加速曲线、减速曲线设定功能；回避频率设置功能；段速频率设置功能；频率增益和频率偏置功能；载波频率设置功能。3其它功能：U/f控制功能；转矩补偿功能；转差补偿功能；节能运行控制功能；电压自动控制功能；矢量控制功能；点动控制功能；制动功能；过载保护功能；瞬停再起功能。4为提高控制精度，变频器控制系统还可进行闭环控制：采用PG编码器；采用传感器的PID闭环系统。5变频器外端子的分类及各类端子的功能。,