第章变频器应用与参数选择.ppt

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1、,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

2、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

3、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

4、）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

5、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

6、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

7、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

8、 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”

9、。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

10、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。 3

11、42=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

12、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

13、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

14、： 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

15、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

16、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

17、，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

18、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

19、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=4mA P07611=4mA P07581=0% P07591=20mA P07601=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

20、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 Ia 2）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

21、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

22、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

23、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！,