实际工程应用案例.ppt

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1、（内部资料 注意保存）中国工业自动化培训网,变频器原理应用维修,AC Inverter Application Technology,主讲:骆建方 MP：E-mail：课间欢迎学员随时提出疑问讨论问题,变频器原理应用维修,第三章：变频器工程应用,3.1 变频器PID应用变频器PID应用主要应用在过程控制中，如恒压供水控制、恒压供气控制、恒温控制等。变频器控制什么量，就由传感器将什么量转化为电信号，这个电信号和给定信号在变频器内进行比较，比较的差值控制变频器的输出频率，来控制电动机的转速，使变频器的控制量保持恒定。,第三章：变频器工程应用,3.1.1 富士G11S变频器参数设置富士G11S变频器

2、，拖动7Kw电动机，为压力罐充气，PID控制，压力表量程1MPa,输出电流420mA,要求罐中压力0.6MPa,请选择参数。解：电路连接如图。,压力变送器,第三章：变频器工程应用,需要解决的问题：1.反馈端子的确定；2.目标信号给定端子的确定；3.目标信号的给定值为多少；4.PID控制端子的确定；5.P、I、D参数的选取。上述5项都要通过变频器的功能码进行预置。下面根据流程图从编码表中查找具体参数；不明确的地方参考参数的解释说明。,第三章：变频器工程应用,第三章：变频器工程应用,富士G11S变频器PID控制参数：1.目标量 目标量在设置时大小等于反馈量。在本控制中，反馈量为：压力表的量程为1M

3、Pa，控制压力为0.6MPa，为压力表总量程的60%，其输出信号也为总输出信号的60%，(4+（20-4）x60%=13.6mA)。目标量输入的是电压值，010V，其60%为6V,即12端子输入电压为6V；C1端子输入电流为13.6mA。,第三章：变频器工程应用,2.功能参数E01=20(X1端子有效，OFF,PID有效)E02=11（X2端子有效，OFF,F01设定目标值，ON,PID无效，由键盘设定频率。变频器在起动时，可由该端子控制，防止起动时跳闸）F01=1（电压设定目标值）H20=1（PID正动作）H21=1（C1端子为反馈端子，并正动作）H22，P增益，0.0110.0倍；H23，

4、I积分时间，0.013600sH24，D微分时间，0.0110.0s；现场调试决定H25，PID反馈滤波，0.060s。,第三章：变频器工程应用,3.关于多功能输入输出端子的使用1）在上例中，用E01E09参数（对应X1X9端子）指定一个PID功能切换端子，为什么用端子进行切换，而不用编程的方法进行切换呢？因为用端子切换是随机的，不受时间的限制。2)E01E09参数只是选定端子，这个端子干什么还要用参数值确定。E01=20，“20”就是参数值，这条指令的含义是：X1端子有效，功能是控制PID功能切换。3）多功能输出端子的使用也是如此，首先选定端子，再指定端子干什么。4）这种控制和编码方式具有普

5、遍性，多种变频器采用这种方法。如三肯、三菱、台达、英威腾等。,第三章：变频器工程应用,3.1.2 康沃CAF-P2变频器恒压供水1.参数设置本例为康沃CAF-P2变频器，其参数设置为：目标信号，由电位器RP给定；反馈信号，由SP传感器取出，从VII输入；主要功能：H-48=2（内置PID控制）H-49=2（目标信号从VII输入）H-50=1（PID反馈信号从端子II输入）H-51=0（反馈信号正逻辑）H-54=2（PID结构选择，为PI控制）,第三章：变频器工程应用,2.控制电路电路具有工频变频切换功能。工频变频切换有几个关键问题。1）电动机从变频器切出前变频器必须停止输出 KM2断开前变频器

6、必须停止输出，在停止输出后至少延迟0.1S，KM2才动作，不允许变频器停止输出和KM2同时动作。2）电动机切换到工频电源时要有一定延时，但其转速不要低于额定转速的80%。切换前变频器输出频率要达到50Hz，切换后要延迟0.20.4S,KM3才闭合，此时电动机的转速要控制在额定转速的80%以内。3）变频器的输出相序和电动机的相序要相同。,第三章：变频器工程应用,3）采取切入延迟的方法减小切入电流当电动机从变频器上切出后，随着延迟时间的延长，转子电流下降，定子上的感应电压也下降，使切入电流下降。这就是电动机从变频器上切出后，为什么要有一定的延迟时间才投入到工频电源上的原因。,此图不能用,改造后的控

7、制电路,第三章：变频器工程应用,3.3变频器在旋转窑上的应用水泥回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的主要设备。回转窑广泛用于冶金、化工、建筑耐火材料、环保等工业。回转窑由筒体，支承装置，带挡轮支承装置，传动装置，活动窑头,复合碎石机，窑尾密封装置，喷煤管装置等部件组成。回转窑的回转部分如右图所示。回转窑的窑体与水平呈一定的倾斜，整个窑体由托轮装置支承，并有控制窑体上下窜动的挡轮装置。回转窑的转动由电动机通过齿轮减速箱，减速箱的输出齿轮和回转窑的回转齿条啮合，拖动回转窑转动。,第三章：变频器工程应用,3.3.1.回转窑负载的特点分析启动时回转窑内的物料处于正下方，在窑体起动并不断加速的过程中，整个

8、窑体要克服摩擦力、窑体变形产生的阻力以及窑内的物料堆积角产生的阻力。当窑体克服所有阻力开始转动时，堆积物料的偏转角也随着变化，当物料偏转角达到90度时（见图b所示），此时物料所引起的附加转矩最大，变频器的输出电流也最大，达到正常工作电流的3-4倍。此时变频器的输出频率上升到10-13Hz。,第三章：变频器工程应用,起动过程，既是一个加速过程，也是克服设备巨大惯性的过程。一旦变频器克服了这种大惯性负载而起动起来，维持正常运转时，所需的驱动转矩及功率就很小了。根据回转窑的这种负载特点，选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉小车现象，能耗大，一次性投资加

9、大；功率选择小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正常起动。,第三章：变频器工程应用,3.3.2.变频器选择原则根据上述回转窑负载特性的分析，变频器在选型和容量选择上有其特殊性。1）变频器在起动时负载很大，是正常工作时的几倍，因此，变频器的容量选择要有充分的裕量，否则变频器将不能正常启动。2）变频器是在起动时的低速区（1013Hz）电流最大，因此变频器在选型时要选择起动过载能力大、具有低频转矩补偿的变频器。3）提高电动机的上限转速，加大减速装置的传动比，以提高起动时的低频转矩。,第三章：变频器工程应用,3.3.3 应用实例1.变频器容量选择有一水泥厂的回转窑改造项目，原来选用55KW电动机调

10、速驱动，因回转窑烧结温度较高，热膨胀系数较大，窑体变形严重，使起动及工作电流增大，电动机经常堵转不能正常运转。改造时考虑到原电动机的功率不足，同时考虑到55KW、4极电动机转速为1500r/min，而回转窑正常运行时电动机的转速为800r/min左右，当非正常运行时转速更低。因为电动机是由自己的同轴风扇吹风散热，当电动机的转速下降较大时，电动机的散热效果很差，造成电动机发热严重。根据以上情况，将此回转窑拖动改为90kW、6极电动机，选择惠丰HF-G7-90T3型通用变频器，该变频器功率90kW，额定电流180A。变频器频率控制为模拟电位器调速。当电动机正常运转在800r/min时，变频器的输出

11、频率为40Hz左右，因而避免了由于4极电动机运转在800r/min时电动机散热不良的问题。,第三章：变频器工程应用,2.调试出现的问题1）变频器选择HF-G7-90T3，起动正常，但在运行中频繁跳“OC”过流，使生产不能正常进行。查其原因，发现由于负载惯量大，物料在窑中滚动时不断形成附加转矩，使变频器产生瞬间过电流。瞬时峰值电流达340A。而HF-G7-90T3变频器的过载极限电流为270A，小于其负载峰值电流，故不能正常工作。根据这一现场情况，经反复论证计算，最后变频器选择为HF-G9-160T3型，该变频器额定功率160kW，额定电流320A。2）变频器选择为HF-G9-160T3，额定电

12、流为320A，过载能力为倍，过载极限电流为480-570A。电动机仍为90kW，变频器的输出电流是电动机额定电流的280%-300%，是瞬时峰值电流340A的140%-160%，因此，足可以克服负载瞬时波动产生的峰值电流，回转窑运行正常，不再跳“OC”过流。,第三章：变频器工程应用,3）变频器在正常停机的情况下，启动困难，借助辅助设备才有可能起动。分析其情况，判断为起动转矩不足，修改变频器的转矩补偿曲线，即加大变频器的低频起动力矩，解决了正常停机的起动问题。在以上反复确定变频器的容量时，根据就是电动机的瞬态电流，当变频器的瞬态电流超过了变频器的最大过载电流时，变频器就跳闸。改造前选用55kW的

13、电动机都能工作，可驱动变频器后来增加到160kW（电动机增加为90kW），就是因为电动机工作时有很大的瞬态电流，这就是冲击性负载变频器选择功率时为什么会比实际功率大很多。,第三章：变频器工程应用,总结：回转窑是一个很典型的冲击性负载，我们通过上述案例分析，可得出以下几点结论：1）变频器的容量是以瞬时冲击电流为依据，变频器只有满足了负载的瞬时冲击电流要求，才能不跳闸。2）电动机的容量根据负载的平均功率选取，只要负载的瞬时电流达不到堵转电流，电动机的容量就不必增加。3）考虑低速电动机的发热问题，尽量使电动机工作在高转速区。,第三章：变频器工程应用,3.4 变频器在张力控制设备上的应用生产线一般由多

14、个驱动环节组成，每个驱动环节有一台或多台电动机。因为生产线工作时的连续性，要求众多的驱动环节在运行时的速度或同速、或按比例运行、或根据现场情况随机调整。在采用变频器控制时，为各个驱动环节的调速控制提供了方便。变频器根据速度传感器的取样信号，可方便的进行速度控制。,第三章：变频器工程应用,3.4.1.检测传感装置1.张力控制传感装置卷取机械是带材和线材生产不可缺少的设备，如塑料带的卷取，造纸厂纸张的卷取，冶金厂的薄板卷取、带铜卷取等。在卷取过程中，为了使产品合格，要给卷材上加一定的张力，张力的大小关系到产品的质量。同时，卷取工序与前道工序之间有着密切的联系，如与前道工序速度要同步、稳定、调速精度

15、要高等。,第三章：变频器工程应用,（1）用变频器转矩电流控制张力图为以转矩电流作为控制信号的张力控制系统示意图。如图所示，用滚筒2移动加工物，在滚筒1上施加与旋转方向相反的转矩，使两组滚筒间的加工物具有张力，该张力与滚筒1电动机的制动转矩大小成比例。因此，变频器2可以选用通用变频器调速；而变频器1则必须选用具有转矩控制功能的矢量控制变频器。图中所用传感器为电流传感器，它将电动机的定子电流（定子电流和电动机的转矩成正比）转化为420mA的控制信号，加在变频器的反馈输入端，控制变频器输出转矩的稳定，达到控制带材张力稳定的目的。,第三章：变频器工程应用,（2）采用调节辊控制张力图为调节辊装置的示意图

16、。调节辊利用弹簧、气压、重锤等在一定方向上施加一定大小的力，不管其位置是否变动始终使加工物保持一定的张力。使用调节辊时，张力与变频器的控制没有直接关系，其大小为F的一半。调节辊的张力控制功能只限于在其容许的行程以内。,第三章：变频器工程应用,（3）张力检测器控制张力对于高精度张力控制或用调节辊控制在控制失调时对产品质量影响很大的场合，可采用张力检测器的反馈控制。张力检测器有差动变压器式和测力传感器式等类别。,第三章：变频器工程应用,3.4.2 张力控制在拉丝机上的应用1.拉丝原理拉丝机是金属线材制造的一种重要设备。设备的种类很多，常见的有水箱式拉丝机、直进式拉丝机、滑轮式拉丝机、倒立式拉丝机等

17、。拉丝机主要应用在对铜、铝、铁、合金等金属线缆材料的加工，将直径较大的金属材料拉制成直径较细的金属丝。,第三章：变频器工程应用,2.三肯SAMCO-vm05变频器在拉丝机上的应用（1）卷绕原理,第三章：变频器工程应用,（2）卷绕变频器的内部控制功能框图 由拉丝机给出的频率控制信号fx1，加到卷绕变频器的频率控制端，这个频率控制信号通过变频器内部的比例增益电路处理，与“卷绕曲线预测”信号叠加，生成X+信号，与张力架位置补正信号叠加，生成fx2输出频率控制信号，控制变频器逆变电路频率输出。,第三章：变频器工程应用,（3）控制电路,第三章：变频器工程应用,为了使两台变频器同速运行，将第一台变频器其中

18、一个多功能输出指示端子设置为频率输出指示端子，作为第二台变频器的同速信号。为了方便穿线作业，设置了JOG点动端子；停车时，为了防止卷绕变频器重量较大的满盘线轴因惯性引起的断线，采取制动电阻+直流制动的方法，使电动机马上停止。以摆动张力传感器的输出电压信号作为反馈信号进行内部可变PID补正控制，以三垦变频器独特卷绕曲线进行速度预测图形运转，实现恒线速度收卷，满足工艺要求。,第三章：变频器工程应用,3.5 变频器在降速设备上的应用 有时变频器拖动的负载转速很低，如果电动机不通过减速直接驱动负载，则会使变频器和电动机的容量大大增加，不能发挥变频器的优越性。下面分析几种负载的特性。负载特性,第三章：变

19、频器工程应用,1.恒转矩负载1）特点：负载的转矩TL不随转速n的变化而变化，是一恒定值。但负载功率随转速成比例变化。2）典型系统：位能性负载，如电梯、卷扬机、起重机、抽油机等。摩擦类负载，如传送带、搅拌机、挤压成型机、造纸机等。例如起重机吊起重物时，3）控制要求：具有低频转矩提升能力和短时过流能力，变频器可选通用变频器，将容量提高一档，以提高低速转矩；或根据需要，选用矢量变频器。,第三章：变频器工程应用,2.恒功率负载1）特点：当负载的转速发生变化时，其转矩也随着变化，而负载的功率始终为一恒定值。2）典型系统：车床,若工件的直径大，则主轴的转速低；若工件的直径小，则主轴的转速高，保持切削功率为

20、一恒定值。卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，则卷绕速度高；当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，则卷绕速度降低，保持卷绕功率为一恒定值。3）一般选用通用变频器。对于动态性能和精度要求较高的轧钢、造纸等机械，要选用矢量控制变频器。,第三章：变频器工程应用,3.平方转矩负载风机、水泵等流体机械，当叶轮转动时，其工作介质对叶轮的阻力大致与叶轮的转速的平方成正比。特性曲线如图。,第三章：变频器工程应用,3.5.2 机械传动系统机械传动系统的组成由电动机、传动机构和负载组成。最简单的传动系统：电动机、连轴器和负载，电动机输出转矩TM，它与负载的阻转矩TL 大小相等，方向相反，即 TM=TL当电动机以转速n

21、运行时，输出功率为 电动机的机械特性，必须与负载的机械特性相匹配，整个传动系统才能正常工作。,第三章：变频器工程应用,常见传动机构1.传动比图示4种传动机构中，电动机和负载通过减速装置传动，电动机轴和减速输出轴的转速比称为传动比，TM nM 为电动机轴输出转矩和转速；TL nL为负载轴输入转矩和转速,第三章：变频器工程应用,2.齿轮传动机构中各量之间的关系传动比：输入轴转速n1与输出轴转速n2之比,用表示，即：由传动比的定义式可知，1，为升速传动；1为降速传动；1，为直接传动。,第三章：变频器工程应用,3.5.4 传动方案选择实例例：已知变频调速系统，其负载的阻转矩为88Nm，调速范围为033

22、5r/min，由4极电动机驱动(1450RPM)，负载最大功率消耗为Pmax=3.5kW。请选择驱动方案。解：电动机联轴器直接驱动负载 条件：TM TL 取TM=100 Nm 88Nm，所需电动机功率为：P=（kW）因此，选择的变频器的功率也应为15 kW。,（功率公式）,第三章：变频器工程应用,2.采用一级齿轮降速传动降速齿轮传动的传动比：=4.3 取整数4，电动机的输出转矩 TM=（Nm）所需电动机的功率为：取P=3.7（kW）变频器的功率也应为3.7（kW）。当负载的转速为0335r/min，电动机为01340r/min.结论：变频器调速遇到转速和输出功率的矛盾时，就要考虑具有一定传动比

23、的降速或升速装置。,第三章：变频器工程应用,结论：1.电动机是一个恒转矩电器，转速低，输出功率低，转速高，输出功率高（）。2.当变频器采用变频调速时，为了充分利用变频器和电动机的输出功率，电动机尽量工作在高速区。为了满足负载低速时的转矩要求，可采用降速装置。降速比根据电动机的额定转速和负载的最高转速确定。,第三章：变频器工程应用,3.6变频器控制电路要点 1.变频器的正反转控制电路设计思想：QF隔离开关，一般情况下必接；KM接触器，控制电动机的通断电和故障断电，一般情况下必接；先通电，后运行，先停机，后断电是安全工作的保障。,第三章：变频器工程应用,2.不良案例该电路是某企业的实用电路。起动：

24、按下SB2，KA1闭合，FWD闭合，KT延时，KM吸合变频器通电运行；按下SB1，KA1断开，FWD断开，KT延时，KM断电释放，变频器断电。错在：通电即运转，不安全；用运行开关控制变频器的通、断电，对变频器非常不利。,第三章：变频器工程应用,1.频繁开/关时，会导致充电电阻损坏。2.电动机自由停止时，会产生过电压（因制动选件已停止工作），容易炸直流滤波电容或击穿逆变模块。,第三章：变频器工程应用,3.7变频器同速控制变频器的速度控制有操作面板（或操作面板上的电位器）、外接模拟控制端子和外接升降速数字端子三种控制方法。操作面板不适应变频器的联动控制。1.开环同速控制开环同速是“准同步”运行，在

25、多台变频器同速运行时不需要反馈环节，在要求不高的系统中多被采用。实现开环同步方法可以采用共电位控制、升降速端子控制和电流信号控制等。,第三章：变频器工程应用,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。,第三章：变频器工程应用,2）升降速端子控制升降速端子控制框图如图所示，图中升速端子由同一继电器控制，降速端子也由同一继电器控制，由这两个继电器分别控制变频器的升速和降速。每个变频器的升降速端子上分别并联上一个点动开关SB，分别用它们进行每个变频器的速

26、度微调。因为升降速端子是数字控制，工作稳定没有干扰。,第三章：变频器工程应用,3）电流信号控制电流信号控制是应用变频器的IRF电流调速端子（420mA），进行串联控制，以得到同速运行，如图所示。它的优点是构成简单，可以有较长的连接距离，抗干扰能力比较强。缺点是需要一个电流源，且每台设备都需要有微调控制，操作比较麻烦。,第三章：变频器工程应用,4）利用变频器的频率输出指示端子做同步信号由第一台变频器的模拟输出指示端子作为第二台变频器的同步信号，使两台变频器同步运行。该同速控制不能准确同步。因FMA是二次信号，它输出的精度、与输出频率的比率存在一定的误差，也容易引进干扰。,第三章：变频器工程应用,

27、2闭环同速控制闭环同速控制用于控制精度要求比较高的场合。在有上位机存在的系统中，同速控制可以有不同的构成形式。一种为将各变频器的反馈信号输入到上位机，由上位机作总闭环控制计算，由上位机分别给出控制变频器运行的信号，如图所示。此闭环控制方式计算速度快，控制电路简单，但由于采用电压及电流反馈形式，传输距离有所限制，其分布范围不能很大。,第三章：变频器工程应用,另一种控制方法是采用单机就地自闭环的方法，上位机输出相同给定信号，如图所示。此闭环控制方式的优点是动态响应快，分布距离可以较远。复杂的控制由上位机来完成，一些系统监测信号直接连到上位机。,第三章：变频器工程应用,应用实例该电路为4台变频器比例

28、运行。,第三章：变频器工程应用,1.光电耦合器控制电路,第三章：变频器工程应用,（1）统一调试，升SB1R,降SB1D（2）局部调试，升SB2R,降SB2D；升SB3R,降SB3D。从该局部调试的该单元以后各单元同时生降速。（3）单元调试，由每台机的SB点动开关进行微调。,第三章：变频器工程应用,2.PLC控制,第三章：变频器工程应用,3.升降速端子的扩展应用,从各种被控量（压力、温度、流量、液位等）的变送器中得到上限和下限信号，控制变频器的升速和降速，形成自动恒量控制，较PID控制接线、调试简单，在控制精度要求一般的场合得到广泛应用。,第三章：变频器工程应用,3.8 多挡速控制1.主要问题是

29、将三端子控制转换为分档控制，才能适应工程应用,第三章：变频器工程应用,2.多挡速PIC控制,第三章：变频器工程应用,3.多挡速控制并不一定所有档速都用，要根据具体情况，以满足需要为前提，灵活选用。,第三章：变频器工程应用,3.9 变频器在提升机上的应用 这种拖动系统要求电动机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电动机的转速按一定规律变化。,第三章：变频器工程应用,左图是一个升降机电路，由外端子控制段速及运行时间，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。,第三章：变频器工程应用,图中：ST，停止按钮，控制KAF和KAR继电器断电；SF，正转按

30、钮，控制KAF闭合，使FWD和X1端子闭合；SR，反转按钮，控制KAR闭合，使REV和X1端子闭合。行程开关SQ2控制X2闭合，SQ3控制X3闭合。,第三章：变频器工程应用,运行：按下SF，KAF得电（XI接通），电动机按一档速正转运行，在运行中，碰触SQ1，接通反转运行的自锁电路，为反转降速作准备。在运行中，碰触SQ2，接通X2（此时XI、X2同时闭合），电动机以第三档转速运行；运行中碰触SQ3（此时XI、X2、X3都闭合），以第七档速运行（此时降速，7档和1档速度相同），碰触SQ4，KAF断电，停机。按下SR，电动机反转，仍以7档速运行（因SQ2和SQ3还在闭合），碰SQ4使其复位，碰SQ3，X2断，以第3档速运行；碰SQ2，以第1档速运行，碰SQ1，停机。在运行中，利用了3个档速端子，控制2种转速。,第三章：变频器工程应用,谢谢大家！欢迎各位提出建议和意见！,