变频器调速应用技术培训.ppt

变频器调速应用技术,全有文档,一、变频器的内部控制系统,IGBT触发电路,电源,电机,RST,UVW,PO PA PB,二、变频器一次配套外围设备,电磁接触器,输入交流电抗器,噪声滤波器,输出交流电抗器,外接制动电阻,直流电抗器,自动空气开关,1、空气开关,空气断路器能正常接通和断开电路；有过电流、短路、等保护功能；不频繁操作；快速切断变频器，防止变频器及其线路故障导致电源故障。,2、交流接触器,用来频繁远距离接通和分断交直流电路，或大容量控制电路的自动电器。用于变频器出现故障时，自动切断主电源防止无掉电保护的变频器再起动。,不要在变频器与电动机之间加接触器作保护,3、输入交流电抗器,主要功能是防止电源电网的谐波干扰。建议在下列情况下使用交流电抗器:1）电源容量与变频器容量之比为10：1；2）同一电源上接有其他可控硅负载；3）三相电源的电压不平衡度较大（3%）应用时可能需要改善输入侧的功率因数，一般应将输入侧功率因数提高到0.750.85,4、输出交流电抗器,专门抑制变频器产生的高次谐波影响抑制变频器的感应干扰和发射干扰减小电动机电压的振动减小电动机的谐波损耗,5、电噪声滤波器,噪声滤波器又叫电源滤波器，简称滤波器。作用是为了防止变频器对其他设备的干扰，削弱从变频器通过电源线传导到电源或电动机中的高频信号。当在变频器与电动机之间安装滤波器时，要将电容器装在电动机侧。,6、制动电阻,制动电阻是能耗制动电阻,选择包括电阻的阻值和容量制动阻值根据制动功率和电压计算（一般为1.5倍额定电压）。电阻容量与制动的频繁程度，制动最长时间有关。,7、直流电抗器,为了限制和闸冲击电流，抑制变频器整流电路产生的高次谐波。小容量变频器已经设置在变频器的内部如：三垦变频器：75K以上,三、交流变频器基本外围配线,森兰端子功能举例,电源,电机,RST,UVWE,POPAPB,直流电抗器,外接制动电阻,FWD REV CM,正转 反转 公共端,10V VR IR GND,010V电压 420mA电流,X1 x2 x3 x4CM,可编程多段调速口,外接电压电流表头,保护出口继电器,外接故障信号灯,点动升速、减速,X5 x6CM,变频器端子通用功能,四、变频器常用二次控制设备,1、继电器、按键、信号灯,2、模拟量传感器,电压输出0-5V电流输出4-20mA,3、状态量传感器,4、数字量传感器,电压输出 5V、12V电流输出4到20mA,各种数字总线,4、调节器,比例调节P积分调节I微分调节D,6、专用控制器,5、通用控制器,电源,电机,RST,UVW,五、交流变频器常见控制电路,KM,SB1 SB2 KM,KA KM,KM SB3 SB4 KA,KA,KA,+V V-VREV FWD CM,合闸按SB4跳闸先SB3避免了直接跳KM,1、继电器控制正转电路,送电按SB2停电按SB1,电源,电机,RST,UVW,SB1 SB2 KM,KA1 KM,KA2 SB3 SB4 KA1,KA2,KA2,+V V-V R F CM,合闸先按SB2，正转应按SB4，反转应按SB6，正停应按SB3，反停应按SB5，停电后按SB1。,2、继电器控制正、反转电路,KA1,KA1 SB5 SB6 KA2,KA1,KA2,电源,电机,RST,UVWE,POPAPB,直流电抗器,外接制动电阻,CM FWD REV CM,正转 反转 公共端,V+V V-IRF,010V电压420mA电流,X1 x2 x3 x4CM,可编程多段调速口,外接电压电流表头,保护出口继电器,外接故障信号灯,X5 x6CM,3、寸动（点动）运行,X5-CM接通，频率上升X5-CM断开，频率保持X6-CM接通，频率下降X6-CM断开，频率保持,3,QS,KM,RST,UVW,HZ,FR,DCM,IRF,ACM,FRQ,DCM,KA,变送器,4、自动运行（闭环运行）,要求：检测风机、泵输出的流量、压力、温度的变化，用变频器调速，使输出量为恒定值。,开关量公共端DCM模拟量公共端ACM传感器电流反馈IRF,KM2,5、变频器切换到工频运行,1、接触器KM1、KM2要有电气或机械连锁；2、KM2必须等到KM1跳开后才可以闭合；3、工频电网与变频器输出的相序必须一致；4、工频运行要有过载保护功能。,二次回路略,6、工频切换到变频运行,1、接触器KM1、KM2要有电气或机械连锁；2、从工频电网运转到变频器运转的切换，要用停止按钮使电机停止后在进行。,一般电机从工频切换到变频器运转时，待电机完全停止以后切换到变频器侧再起动，否则就要求变频器有自同步功能，永磁电机必须有同步检测功能，否侧要装同期继电器。,7、并联运行,1、一台变频器带多台电机并联运行；如小容量风机、换气扇等。2、一台频率给定器向多台变频器给出速度指令，使电机并联运行；如泵、风机、带轮输送等。,8、同速运行,当一个传送带需要两台电动机驱动，要求两台电动机以同一速度运行。,六、变频技术在生产中的应用,变频节能的三种机理一、压力节能：上水泵，以压力为控制目标二、流量节能：送风机，以流量为控制目标三、综合工艺过程节能：抽油机，以效率为控制目标,不减少供水量节能、效果好,举例,油田注水变频控制,举例,变频器在抽油机控制中的应用,电源开关,节能控制器,位置传感器,载荷传感器,电动机,通用变频器,供液量不足的井效果好,七、电机调速的基础知识,电源频率,滑差,1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112,1,12,3,2,5,4,7,6,10,8,9,11,1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112,1 2 3 4 5 6,13 12 11 10 9 8 7,发电机 相量图 电压源符号 波形,交流电描述,1、交流电路欧姆定律,1、交流电路欧姆定律,电阻,电感,电容,交流电描述,电阻并电感,1、交流电路欧姆定律,电阻串电感,1、交流电路欧姆定律,功率三角形,功率因数角有功功率（瓦 W）P=UIR无功功率（乏VAR)Q=UIL S Q 视在功率（伏安VA）S=UI功率因数 P,1、交流电路欧姆定律,功率因数描述,1、交流电路欧姆定律,变压器等值电路,变压器的电压比=线圈匝数比k 即 E1=kE2,变压器T形等值电路,1、交流电路欧姆定律,变压器等值电路,变压器 形等值电路,U1,定子电阻r1,定子漏电抗x1,转子电阻r2,转子漏电抗sx20,f1,sf1,皮带轮,2、异步电动机的等值电路,解释物理意义堵转时电动机与变压器副边短路有相同的等值电路S=1,I2,U2,E1,E2,等效负载电阻,等效,2、异步电动机的等值电路,U1,r1,x1,r2,sx20,f1,sf1,E1,E2,U2,E2=sE1,电动机简化等值电路,2、异步电动机的等值电路,扭矩,N,皮带轮,R,因为：功率,电压越高激磁电流越大，磁场越强，扭矩越大。电源频率越低定子电抗越小磁场越强，扭矩越大。,根据,做扭矩特性,分析说明,3、异步电动机机械特性,r1x1,x20,T,n,TN,nN,3、异步电动机机械特性,转矩计算公式,Tmax,此结论的前提是f1一定,3、异步电动机机械特性,Tst,3、异步电动机机械特性,转矩T,转速n,额定滑差S,频率f,F1电源频率,电流I,临界转矩Tmax,额定电流Ie,额定转矩Te,临界转速nkx,实际中S随转矩变，转矩由负载决定,4、电源频率变化对转矩、电流的影响（电压恒定）,解释物理意义,随着电源频率的降低，有功电流降低无功电流上升，无功电流太大 此路饱和有功电流也上升,电源频率不变，电压降低扭矩降低、电流降低,扭矩T,转速n,额定转速ne,频率f,fe额定频率,电流I,U,5、电压对异步电动机的机械特性影响,转矩T,转速n,额定滑差S,频率f,F1电源频率,电流I,临界转矩Tmax,额定电流Ie,额定转矩Te,理想情况：频率降低、电压降低,6、异步电动机的转矩控制,恒转矩方式的实现过程,因为：扭矩T=U2 I2 p/2sf1,所以：理想情况是 U2/f1 恒定,（1）恒压频比控制方式（U1/F1=固定值）,U1,Ue,6、异步电动机的转矩控制,频率f1,fe,转矩T,转速n,频率f,电流I,Ie,Te,当频率较低时由于r1的影响U1与U2不正比降低，转矩降低,Tmax,用U1代替U2,（2）带电压提升的恒压频比控制方式也叫转矩补偿控制方式,电压U,Ue,U0,6、异步电动机的转矩控制,E1,U1,r2/S,U2,频率f1,fe,转矩T,转速n,频率f,F1电源频率,r1,x1,x20,当频率较低时由于X20的影响E1与U2不正比降低，转矩降低,Tmax,相当于用E1代替U2,（E1/F1接近固定值）,（3）根据负载的稳态频率机械特性调压频比控制方式,频率f,电压U,额定电压Ue,U0,6、异步电动机的转矩控制,转速n,频率f,T,2空载启动压力负荷,1满载启动压力负荷,3速度型负荷,4流量型负荷,1,2,3,4,根据实际清空调整 U1/f1,（4）矢量控制方式,6、异步电动机的转矩控制,因为：扭矩T=U2 I2 p/2sf1,所以：理想恒转矩控制方式是 U2/f1 恒定,（U2/F1=固定值）,I,通过测量电流I计算出U2,实现U2/f1 恒定控制，一般需要准确的输入电动机参数，如：容量、极数、额定电压、额定电流、额定功率。有些变频器带参数测量功能。一般采用坐标变换进行U1/f1 的比例控制。因为U2反应了转子磁通，可以在磁路不饱和的情况下最大限度的提高U1，所以在f1很低时也能准确控制力矩。,（5）恒功率方式的实现,6、异步电动机的转矩控制,（6）转差率控制方式（直接转与方式）,通过频率测量反馈，和电压跟踪调节，实现在频率变化过程中，始终保持电动机转矩在较理想的位置,扭矩T,转速n,fe,频率f,6、异步电动机的转矩控制,在频率f一定的情况下测量到转差率S上升，则调节电压U1升高，使得转矩T提升，随后转差率S下降。,n,T,ne,变频器控制方式比较,V/f曲线的设定,电压V,频率f,1、最高频率 硬件极限（不设）2、最大频率 最高保护频率3、上限频率 运行上限频率4、下限频率 最低起动频率5、给定频率,1、变频器的基本参数,x1,八、变频器的参数设定,t/f曲线的设定,时间t,频率f,1、起动时间 t2-t12、停止时间 t3-t4,t1 t2 t3 t4,频率的给定方式,1、面板给定2、接口给定3、电位器给定4、直接电流、电压给定,随机速运转举例(7段频率）,时间t,频率f,F-CMX1-CMX2-CMX3-CM,电源,RST,UVW,F CMX1 X2 X3CM,实际用PLC,开124,根据电压等级和电机容量选择变频器对于高速电机、潜泵电机、转子绕线电机、波动性负载、变频器容量应选的稍大一些。对于负荷长期轻载、同时起动负荷也较轻的电机允许适当降低选型容量。根据控制方式选择变频器手操控制器控制，简单流程开环操作；分段自动控制，固定工艺流程；连续自动控制，闭环操作。,九、交流变频器的选择,1、变频器选择基本原则,（1）连续运行的场合,变频器的额定电流大于等于（1.051.1）电动机的额定电流或电动机实际运行中的最大电流。,2、变频器容量选择的具体要求,（2）频繁加减速运转时,变频器的额定电流等于平均电流*安全系数（1.11.2）,变频器的额定电流应该大于等于电动机的堵转电流/变频器的允许过载倍数,（4）电动机直接起动时,（3）电流变化不规则的场合,变频器的额定电流大于等于：电动机在输出最大转矩时的电流,（5）变频器对环境过高时,变频器一般适应于在-10 C 40C。环境温度若40 C，每升高1 C，变频器应降5%使用,根据输出电压选择,基准电压：380V,3、变频器类型选择,根据输出频率选择,不要超过电机和负载的容许最高速度,根据保护结构,1）采用开启式结构，用风扇进行强制冷却；2）在室外或周围环境恶劣时，采用全封闭式；3）在粉尘、油雾多的环境或者棉绒多的纺织厂采用全封闭式；,十、变频器的安装,需要制动的电机，变频器一定要接制动电阻。不能采用熔断器保护、不易配合漏电保护。不能用三相变频器带单相负载。一定不能将电动机中性线接地。电源防雷接地屏蔽接地必须用专用的接地极，不可与电源零线接地极接在一起。,1、变频器主设备的装配原则,控制线与电力线不可以同槽布置，且两者相距10公分以上，交叉跨越时要直交。通讯屏蔽线，在变频器侧接地，不能两头接地。通讯屏蔽线在长度小于1/4通讯频率波长时采用一点接地，大于时采用多点密集接地。传感器屏蔽线与外壳能不连则不连，只在变频器测接地。分不开时变频器侧接地电阻要足够小。变频器附件屏蔽采用公共母线排接地。各变频器以及其他设备应独立接地，不共地。,2、变频器二次线路的装配原则,安装现场的要求：,1）无腐蚀、无易燃易爆气体、液体；2）无灰尘、漂浮性的纤维及金属颗粒；3）所安装现场的基础、墙壁应坚固无损伤、无振动；4）要避免阳光直射；5）无电磁干扰。6）保持必要的通风距离,3、变频器安装的一般要求,对主回路进行绝缘要求：1）变频器主回路的绝缘实验一般采用500V兆欧表；2）将变频器主回路、控制回路端子与外部电路的连接线全部拆开；3）用电线将变频器的公用端子CM与主接线端子接牢；4）兆欧表的另一端与变频器的接地端子PE接牢；5）以120r/min的转速摇动兆欧表，当兆欧表测得值5兆欧为正常.,变频器对控制回路的要求,1）控制回路与主回路的接线，以及其他动力线、电力线应分开走线，并保持一定距离；2）变频器控制回路中的继电器触点端子引线，与其他控制回路端子的连接线要分开走线，以免触点闭和或断来时造成干扰信号；3）为了防止噪声等信号引起干扰，使变频器产生误动作，控制回路宜采用屏蔽线。,对控制回路进行安装前的绝缘要求,1）将变频器控制回路端子与外部电路的连接线全部拆开；2）用500V兆欧表将控制端子逐个与COM端连接，测值大于1兆欧为正常。,在变频器中，一般都有雷电吸收网络，防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。1）如果电源是电缆引入，应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备；2）如果电源是架空进入，应在进线处装设专用避雷针。,变频器的防雷要求,1）高温环境下的对策,夏季温度到42度风扇冷却已失去意义：水冷却，密封冷却,4、变频器在恶劣环境中的对策,2）气体腐蚀环境下的对策,对新变频器内部涂刷绝缘漆三遍，以保证可腐蚀部分同腐蚀气体隔离。消除由腐蚀性气体引起的各种故障。,3）灰尘与潮气环境下的对策,对变频器室进行良好的封闭且定期对变频器解体进行灰尘清扫。,5、外来干扰的对策（雷电、射频等无线电信号的干扰）,将主回路与控制回路接地分离，将控制回路屏蔽线可靠接地。,数据线滤波器,控制回路电缆较长时,2-3圈,十一、变频器的参数说明举例,十二、变频器的调试,1、变频器的空载通电检验将变频器接地端子接地接通电源（最好应经漏电保护）检查变频器显示熟悉变频器操作键,2、变频器待电机空载运行设定电机的功率、极数、频率、v/f曲线等参数。将变频器设置为子代的键盘操作模式，按运行停止键观察电机运行是否正常。观察修改热继电器、过在保护的出厂值，熟悉保护代码。,3、变频器的带载试运行手动操作运行停止键，观察电机及变频器状况若起动过流或停止时过压，应调整起动或停止时间若仍不行可尝试修改运行曲线和该保护定值若出现共振，可设置频率跳跃值。,看说明书。日常检查外观、松紧、温度、声音。变频器接通电源，充电稳定后再加控制信号。做好故障报警记录，停电五分钟后才可以维护。防潮、防腐、防尘、防高温、防震动。长时间不用，再次开机前要进行除尘、干燥，可用吹风机冷风清扫变频器电路板。工作的电路板不要测量，不要拔门控件插头。防止电源过电压运行。检查功率器件异常情况。定期检查供电接触器，确保接触良好。检查变频器散热风扇，建议两年更换一次风扇。,十三、变频器的使用与维护,断电、放电开箱观察，有无明显松动烧损痕迹。检查输入端电压，测量R、S、T电压是否正常。检查整流模块，电阻档正反测量R、S、T端子，无充放电现象，阻值5k欧以上，阻值一样。检查逆变模块，电阻档正反测量U、V、W端子，无充放电现象，阻值5k欧以上，阻值一样。检查电源模块，上电观察，有显示看故障类型。检查驱动模块，测直流母线电压，正常时起动变频器，测三相输出电压，三相平衡可带载试验。不正常报警，驱动电路或模块故障，无压不报警设置错误或控制信号没接入。,十四、变频器故障分析与处理,请多提宝贵意见,谢谢！,