变频器应用与参数选择.ppt

,变频调速维护、保养实用技术培训,主讲 王兆义主办单位：新疆博识通咨询有限公司 中国工业自动化培训网,一、本章基本内容：1.变频器几个主要参数的使用包括：加速时间和减速时间、频率特性线的设置、瞬时停机再启动2.变频器的U/F=C控制及应用包括：控制原理、应用范围、应用案例3.变频器转差频率控制包括：控制原理、应用范围、应用案例4.变频器矢量控制包括：控制原理、应用范围、应用案例5.变频器的同速控制二、解决的问题 解决变频器常用模式的几种应用组态、参数选择、应用技巧三、所用时间下午半天,2.1 变频器的常用功能2.1.1 加速时间和减速时间 1.加速时间 为了保证变频器启动时电动机不过流，变频器启动时输出频率从零逐渐上升，通过一定的时间达到工作频率。为了保证电动机正常起动而又不过流，变频器必须设定加速时间。加速时间是变频器使用最多的参数。,应用：该参数主要用于变频器的起动，解决起动时变频器的过流问题。根据电动机的惯性大小选择合适的加速时间。变频器启动时过流跳闸，可延长其加速时间。,2.减速时间及设置的必要性首先说明：减速时间不像加速时间，在任何场合都设置。1）减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。设置了下降时间，变频器要加装制 动电阻。,在一般机械设备中，如果停机没有特殊要求，可以采用自由停机。自由停机类似拉闸，下降时间为0。,3）防止水泵空化现象 水泵停止时为防止空化现象要设置减速时间。因水泵停机时，叶轮受水的阻力停机非常迅速，这会造成管道“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。为了防止水泵快速停止，设置一定的减速时间。设置该减速时间是防止水泵过快停止。,2.1.2 频率控制特性线设置 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（05V，010V）或电流（420mA）控制信号。设置方法：给定控制信号，选择频率的百分比。,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。2频率偏置 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。,一般变频器的频率增益和频率偏置都由下图的方法来调整。P0758、P0757保持不变，改变P0760、P0759，为修正频率增益；改变P0758、P0757，P0760、P0759保持不变，为频率偏置。如：P0757=4mA，P0759=20mA，其他参数不变，为420mA电流传感器输入时的控制特性。,2.1.3 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。可根据具体使用情况选择“瞬时停电后不起动”或“瞬时停电后再起动”。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。电源正常后，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。自动重起时的输出频率可根据不同的负载进行预置，大惯性负载，以原速重新起动；小惯性负载，以较低频率重新起动。,3.跟踪起动当外电压恢复正常后，变频器输出检测信号，检测电动机的输出转速。当检测到电动机的转速后，变频器以电动机的转速输出频率，达到平稳跟踪。,2.2 变频器常用的三种控制模式变频器的控制模式是指变频器在工作时，输出频率和输出电压之间的关系。控制模式不同，变频器的控制精度和快速性不同。电动机在工频运行时，因为频率和电压是固定的，电动机的参数是按固定的频率电压设计的，当频率变化时，就要考虑电磁参数必须保持在某一确定的值。,2.2.1 变频器基本U/f 控制 基本U/控制是变频器根据电动机的电磁特性采取的控制模式，即输出频率变化时，输出电压也成比例的变化，U/=C（常数）。恒压频比控制是变频器控制的基础，其他控制也是建立在该控制基础上的。基本U/控制一般用于变频器的开环控制。,1.U/f控制的理论依据给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压U1后，绕组中便产生感应电动势E1，根据电动机理论，E1的表达式为：E1=4.44K1N1f1m 式中,E1定子绕组的感应电动势有效值。K1定子绕组的绕组系数，K11，为常数。N1定子每相绕组的匝数。为常数。f1定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率。m旋转磁场的主磁通,大小和 定子空载电流成正比，为了保证电动机工作在磁通的最佳值，m也为常数。,将常数带入公式 E1=4.44K1N1f1m，并忽略U，有 U1/f1=C(常数)U1上升，f1上升，U1下降，f1下降，即U1/f1=常数，这就是变频器的基本U/f控制模式。该控制线是变频器基本控制线，任何模式的变频器都要遵循这条控制线。,2.基频以下变频调速1）基频以下恒磁通变频调速我国电网50Hz交流电称为基频，在050Hz范围调速时，称为基频以下调速，50Hz称为基频。特点：基频以下调速时转速变化转矩不变，具有恒转矩特性。随着转速的下降，电动机输出功率下降。当转速较低时，具有节能作用。启动转矩小。,当1较低时，U1亦较低，电阻R1上的电压U已不可忽略，它使定子电流下降，从而使m减小，这将引起低速时的输出转矩减小（见图）。转矩补偿：为补偿低速时 转矩不足，在低频时提升定子电压U1，补偿曲线如下图中曲线“2”。所有U/f 变频器都有低频转矩补偿功能。,3.2.2 变频器U/f应用案例1 翻车机变频器控制翻车机是火电厂卸车装置，下图是翻车机外形图，将车皮卡在翻车机上，然后翻车机瞬时针转动180度，将煤炭卸掉后再逆时针旋转180度，恢复到原来状态。在工作中两次起动两次松闸、抱闸。,该系统选用罗克韦尔（AB）变频器，型号为PF700，功率110KW，拖动两台36KW、10极电动机，其额定转速590r/min。其转速和连接图如下。变频器运行由PLC控制。由于电动机没有快速性要求，所以采用U/F控制。,2.参数选择设置 数字输入端子设定：361=8 数字端子1为正向运行控制；362=9 数字端子2为反向运行控制；363=15 数字端子3为第一段速切换；364=16 数字端子4为第二段速切换。速度设定：101=10 Hz，第一段速；102=50 Hz，第二段速。81=0，最小速度为0；82=50，最大速度为50。140=2s，第一加速时间；142=3.8s，第一减速时间。,制动停机参数设定：161=2，停机/制动模式，为动态制动。163=1，外接制动电阻。145=1，停机动态制动。155=1，斜坡停机。输出端子设定：38,0=4，数字输出端子1为运行指示端子。384=1，数字输出端子2为故障指示端子。340=1，模拟输出指示端子输出为电流。342=2，模拟输出指示端子1为频率指示。343=20，模拟量输出上限值为20mA。344=0，模拟量输出下限值为0。保护参数：148=340A，电流限定值。,如果需要显示变频器 的转速，还要将电动机的极数预置到变频器。3.参数优化上述变频器参数是翻车机厂家给出的，因为工程人员个别参数选择的不合适，就要在工作中修改。该变频器因为抱闸过流造成变频器过热，曾烧坏2台。解决：修改限流值。,（休息、答疑）思考题：1.变频器的减速时间在任何停机情况下都可以设置吗？误设了减速时间会出现什么什么现象？2.变频器的“频率控制线”是谁和谁的控制关系？在什么应用时需修改“频率增益”；什么应用时需修改“频率偏置”。3.U/F=C称为基本恒压频比控制，该控制中那个关键参数保持恒定？4.在翻车机U/F=C控制中，设置了哪些参数？为什么要设置这些参数？从中可否看出参数设置的一般规律？,2.3 变频器转差频率控制转差频率就是利用控制转差频率f 来控制电动机的转速。根据第一章的分析，有 n1 n T n根据上述控制原理，对电动机进行调速控制。在调速过程中，仍保持U1/f1=常数。基本U1/f1控制模式在起动时就是采用的转差频率控制。因为转差频率控制是体现在变频器的调速过程中，所以应用在闭环控制（速度根据控制信号随机变化）。转差频率控制应用在闭环PID控制中，所以变频器的使用说明书中都是讲PID控制而不提转差频率控制。,2.3.1 PID控制应用场合1.变频器PID控制是闭环控制，被控系统和变频器要形成闭环。变频器内部要设PID控制电路。2.PID控制应用场合（1）应用于过程控制。如恒压供水控制，恒压供气、恒温控制等。（2）稳速控制。,3.PID控制组态 1）设置目标量给定端子和目标量。2）设置反馈量给定端子和反馈量。3）安装传感器 传感器将设备的被控物理量按比例转化为电信号，反馈回变频器，反馈量和设定的目标量进行比较：当反馈量小于目标量，控制电动机的转速上升；反之，控制电动机的转速下降。使电动机 的实际转速按 给定目标量的 要求转动。,PID控制特性：PID控制是P、I、D三种控制器的简称。PID控制特性见右图；负载反映特性见下图。PID控制的实质：就是通过调整PID参数，使控制线趋近电动机的惯性线，消除振荡。,在恒压供水系统中，D参数不用。右图为修改PI参数，使控制特性接近负载的惯性线。,4）PID在张力控制中在缠绕应用中，PlD给定即为平衡设定点。张力电位计信号为变频器提供PID反馈值。张力的波动造成了PID偏差值。主速度给定值设值了缠绕释放的速度。在缠绕过程中，随着张力的增加或减少，速度被调整以达到补偿的目的。张力保持在平衡设定点附近。,3.PID控制可以稳定过程量、也可以稳定电动机转速反馈信号取自过程量，可以稳定过程量。传感器采用模拟传感器，将压力、速度等物理量转化为模拟电压或电流信号，反馈给变频器。反馈信号取自电动机转速，可以稳定电动机转速。一般传感器采用数字编码器。,4.PID控制和U/控制功能上的区别 U/控制变频器内部不用设置PID控制功能，不用设置反馈端子。而PID控制在变频器的内部要设比较电路和PID控制电路。如果用U/f控制变频器实现闭环控制，要在变频器之外配置PID控制板（见下图）。现在的变频器，都将基本U/控制和PID控制功能做在同一变频器中，作为普通变频器供应。结论：如果恒压供水、恒压供气、恒温控制、恒速控制等，必须用转差频率的“PID”控制。,2.3.2 PID应用案例西门子440变频器PID应用1.确定控制端子选用010V压力传感器，反馈信号接于模拟输入端子AIN2的10、11之间，设定信号用4.7k电位器，接于模拟输入端子AIN1的1、3、4之间，要把2、4、11端子连接一起（模拟输入公共端）。数字输入端子DINI为运行控制，DIN2为PID切换。,2.确定参数参考变频器的信号框图，选择控制参数。,在上图中，PID切换还没有确定。查手册，P2200为PID切换参数，P2200=1，变频器自动为PID控制，也可以设置为外端子控制。P2200=722.1，数字端子2有效，当该端子闭合，变频器PID控制。数字端子2在参数表中并没有PID切换功能，是通过将代表数字端子2的功能代码P0702设置为P0702=99，99为将该端子的功能“参数化”，该端子参数化后可以命名新的功能。P2200=722.1，就是将数字端子2命名为新的功能“PID切换”。参数是西门子变频器的高级功能，要想恢复，必须将所有参数恢复为出厂设定值。,3.参数预置为访问PI调节器参数，先设过滤参数：P0003=2(访问标准和扩展级)，P0004=22(选择PI调节器控制参数群)，P2200=722.1，DIN2端子控制切换；P0702=99，DIN2端子参数化；P2253=755.0，选择“模拟输入端子1”为目标给定；P2264=755.1，选择“模拟输入端子2”为反馈信号输入；P值：P2280在0.3 1.5之间调整；I值：P2285在0.03 0.15s之间调整；D值：P2274参数，保持默认值；其他参数的精细调整：,精细调整是指为了进一步优化变频器的性能调整的一些参数。例如：反馈信号如用420mA电流传感器，而变频器默认010mA传感器，则必须修改“频率偏置线”。将P0757=P0761=4mA，P0760=100%，P0759=20mA。,设定值：1）首先将面板上的微动开关“2”打到ON，该位置是模拟电子2输入切换到电流。2）端子参数选择：P07561=2（单极性电流输入，020mA），1是P0756的下标，表示模拟端子2。如设P07560=2，表示模拟端子1。3）以下参数是模拟端子2 修订参数：P07571=4mAP07611=4mAP07581=0%P07591=20mAP07601=100%,还有一些精细调整参数，例如变频器的保护参数、频率的限定值、指示端子等，要根据变频器的需要进行设置。,2.4 矢量控制变频器矢量控制是专为提高电动机的快速性和控制精度研制的。不能用于过程量控制。1.自动化系统对变频器调速的要求1）调速性有良好的调速性能，很宽的调速范围。2）稳速性以一定的速度精度在所需速度下稳定运行。3）快速性加减速度快，在系统受到干扰时恢复的快（系统反应的快速性是自动控制的一个硬指标）。,快速性就是电动机速度的变化跟随控制信号变化的程度。当变频器的输出跟不上信号的变化时，设备不能正常工作。转差频率控制由于加减速 的快速性较差，不能适应 快速变化的高精度设备的 要求。,2.交直流电动机转矩特性的比较1）直流电动机 T=km m Ia2）交流电动机 T=km m I2式中 是转子电流的功率因数，只要它为常数，交流电动机的控制就和直流电动机的控制特性相同了。因为控制 为常数，实际上就是：即控制转子（定子）电流的大小，还要控制电流的方向，即矢量控制。,2.矢量控制思路由于直流电动机控制的快速性非常好，矢量控制就是用模拟直流电动机的方法对交流电动机进行控制的一种控制模式。分为有传感器和无传感器两种控制方式。1）开环无传感器电动机使用和基本U/f控制使用一样方便。2）闭环有传感器使用时外接旋转编码器。,3.矢量控制使用要求 1）矢量控制是对电动机的转速（转矩）进行控制，不能对电动机的间接控制量进行控制，即不能进行过程控制。2）一台变频器只能控制一台电动机。4）使用前要进行自扫描，将电动机的参数扫入变频器。5）矢量控制可从零转速进行控制，调速范围宽，在低速时也有2倍的额定转矩。6）矢量控制可对转矩或转速进行精确控制，系统响应速度快，速度控制精度高。适应于控制精度高、反映速度快的轧钢、造纸、起重牵引等设备中。7）开环控制适应于一般控制，闭环适应于位置控制。,2.5 变频器联动控制1.共电位控制共电位控制框图如图所示，3台变频器的电压模拟调速端子上所加的是同一调速电压，3台变频器的“频率增益”和“频率偏置”功能参数要进行统一设置。通过同一电位器控制3台变频器同速运行。,特点：该控制方法属于开环控制，受控制的电动机属于准同速。案例：淮钢由4台变频器同速控制为同一压力罐中供气，发现有的变频器电流大，有的小。解决方案：1）根据各泵的电流大小修正“频率增益”和“频率偏置”，2）如变频器具有下垂特性，设置该参数。,2.需要多台电动机同速运行可以用一台大功率变频器驱动多台小功率电动机，变频器的功率等于或大于电动机功率的总和。案例：赤峰某食品厂采用该方法驱动传动带，两个电动机为一组，起初电动机运行正常，两年之后个别电动机损坏，换新电动机后传送带脱落。分析：电动机换新后转速出现误差，造成同一皮带上的两个电动机转速不同。解决方法，同一皮带上的两个电机同时更换。,3.用变频器的模拟输出指示端子作为同步信号，使两台变频器同步运行。该方法得到广泛应用，但在应用中也存在一些问题。案例：厦门某企业采用该方法同速运行，发现第一台变频器停止时，第二台变频器还转动。分析：因FMA是二次信号，它输出的信号精度、信号比例都存在一定的误差。该案例原因来自两个方面：一是输出信号有初始电流，二是产生了电磁干扰。,2.6 同速运行在拉丝机上的应用,（休息、答疑）思考题：1.变频器在任何场合下都可以采用PID控制吗？PID主要应用于哪些控制？2.PID控制必须确定的参数是那几个？3.变频器的矢量控制有什么特点？主要应用在哪些场合？4.矢量控制为什么首先需要扫描自学习（空载进行）？5.同速控制需要解决的问题是同速和同功率，本例中采用了什么措施？,敬请提出建议，谢谢大家！,