變頻器基本功能

1、 變頻器基本功能變頻器基本功能煙草行業(yè)變頻器應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)班2008/102頻率設(shè)定頻率設(shè)定外接給定端外接給定端1、電壓信號(hào)給定端2、電流信號(hào)給定端3、脈沖給定4、通訊給定3模擬量頻率給定的調(diào)整模擬量頻率給定的調(diào)整頻率給定線 4模擬量頻率給定的調(diào)整二模擬量頻率給定的調(diào)整二5 主給定與輔助給定輔助給定功能(1) 基本概念 當(dāng)變頻器有兩個(gè)或多個(gè)模擬量給定信號(hào)同時(shí)從不同的端子輸入時(shí)，其中必有一個(gè)為主給定信號(hào)，其他為輔助給定信號(hào)。 大多數(shù)變頻器的輔助給定信號(hào)都是疊加到主給定信號(hào)(相加或相減)上去的。疊加后在頻率給定線如圖13中的曲線和曲線所示。 6多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行一多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行一 在

2、造紙、印染等機(jī)械中，整臺(tái)機(jī)器具有若干個(gè)單元，每個(gè)單元都有各自獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng), 如圖14所示:第單元由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，第二單元由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。通常, 把第單元稱為主令單元, 后面的各單元稱為從動(dòng)單元。在這種情況下，總是要求被加工物在各單元的線速度一致:顯然，如果后面的速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積;反之，如果后面的速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。因此，對(duì)于多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的要求是:在調(diào)速時(shí), 各單元必須同時(shí)調(diào)節(jié);各單元的運(yùn)行線速度必須步調(diào)一致, 即實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。7多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行二多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行二n 同步信號(hào)的取出n 通常，各單元都有線速度的檢測(cè)裝置，如圖中的SV1和SV2所示

3、。n 把SV1和SV2取出的線速度信號(hào)在數(shù)據(jù)處理器中進(jìn)行比較后變換成同步信號(hào)，接至各從動(dòng)單元的輔助給定輸入端，通過功能預(yù)置，使VR1端的主給定信號(hào)與VR2端的輔助給定信號(hào)相減。n 統(tǒng)調(diào)信號(hào)n 將各變頻器的主給定端VR1-COM都并聯(lián)起來, 與統(tǒng)調(diào)給定信號(hào)相接, 使各變頻器的主給定信號(hào)同時(shí)改變, 實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)調(diào)。n 各單元的微調(diào)n 當(dāng)從動(dòng)單元與主令單元的不一致時(shí)，數(shù)據(jù)處理器將輸出一個(gè)微調(diào)信號(hào)給從動(dòng)單元，使從動(dòng)單元的線速度和主令單元相等。n 1單元是主令單元，不需要進(jìn)行微調(diào)。8控制命令：面板控制、端子控制、通訊控制控制命令：面板控制、端子控制、通訊控制控制控制命令命令 （）基本控制信號(hào)如正轉(zhuǎn)（）、反轉(zhuǎn)

4、（）、點(diǎn)動(dòng)（）、復(fù)位（）等；（）可編程控制信號(hào)多檔轉(zhuǎn)速控制，多檔升、降速時(shí)間控制，可編程序控制等。（）外部故障信號(hào)端子控制9輸出控制端輸出控制端（）報(bào)警輸出端如圖中之、輸出端所示（虛線框）。（）測(cè)量輸出端如圖中之和（虛線框）。（）通訊接口和上位微機(jī)相接（虛線框）。多數(shù)變頻器提供的是接口，而上位微機(jī)的通訊口多為接口，中間應(yīng)加接一個(gè)“”的轉(zhuǎn)接口。（）狀態(tài)信號(hào)輸出端主要有：“運(yùn)行”信號(hào)、“頻率到達(dá)”信號(hào)、“頻率檢測(cè)”信號(hào)等（虛線框）。狀態(tài)信號(hào)的輸出電路大多采用晶體管的集電極開路輸出方式，用于直流低壓電路中。外電路可通過光電耦合管接受其信號(hào)，可直接用發(fā)光二極管來指示各種狀態(tài)。10上下限頻率上下限頻率上

5、、下限頻率上、下限頻率 (a) 生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速范圍的要求生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速范圍的要求 生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)工藝過程的實(shí)際需要，常常要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行限制。以某攪拌機(jī)為例，如圖(a)所示。要求的最高轉(zhuǎn)速是600r/min，最低轉(zhuǎn)速是150r/min。 (b) (b) 變頻器的上、下限頻率變頻器的上、下限頻率 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所要求的最高與最低轉(zhuǎn)速，以及電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動(dòng)比，可以推算出相對(duì)應(yīng)的頻率，分別稱為上限頻率(用fH表示)與下限頻率(用fL表示)。 (2) 上限頻率與最高頻率的關(guān)系 上限頻率小于最高頻率 上限頻率比最高頻率優(yōu)先 這是因?yàn)椋舷揞l率是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求來決定的，所以具有優(yōu)先權(quán) 回避頻率

6、回避頻率任何機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，都或多或少會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。每臺(tái)機(jī)器又都有一個(gè)固有振蕩頻率，它取決于機(jī)械的結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速下時(shí)，所引起的振動(dòng)頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機(jī)械的振動(dòng)將因發(fā)生諧振而變得十分強(qiáng)烈(也稱為機(jī)械共振)，并可能導(dǎo)致機(jī)械損壞的嚴(yán)重后果12加、減速的時(shí)間與方式 工頻起動(dòng)存在的主要問題有:n 起動(dòng)電流大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的容量較大時(shí)，其起動(dòng)電流將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。n 對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊很大，影響機(jī)械的使用壽命。13 頻率從最低頻率(通常是0Hz)按預(yù)置的加速時(shí)間逐漸上升，如圖2(b)的上部所示。仍以4極電動(dòng)機(jī)為例，假設(shè)在接通電源瞬間，將起動(dòng)頻率降至0.5Hz，則同步轉(zhuǎn)速只有

7、15r/min，轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度只有工頻起動(dòng)時(shí)的百分之一。電動(dòng)機(jī)的輸入電壓也從最低電壓開始逐漸上升，如圖2(b)的下部所示。轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度很低，故起動(dòng)瞬間的沖擊電流很小。同時(shí)，可通過逐漸增大頻率以減緩起動(dòng)過程，如在整個(gè)起動(dòng)過程中，使同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nM間的轉(zhuǎn)差n限制在一定范圍內(nèi)，則起動(dòng)電流也將限制在一定范圍內(nèi)，如圖2(c)所示。 另一方面，也減小了起動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，加速過程將能保持平穩(wěn)，減小了對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。14加減速存在的主要矛盾加減速存在的主要矛盾加速過程的主要矛盾加速過程的主要矛盾 加速過程必須解決好的主要問題是:在防止加速電流過大的前提下，盡可能地

8、縮短加速過程 由于拖動(dòng)系統(tǒng)存在著慣性，頻率上升得太快了，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差n增大，引起加速電流的增大，甚至可能超過一定限值而導(dǎo)致變頻器跳閘減速過程的主要矛盾減速過程的主要矛盾 和加速過程相同，在生產(chǎn)實(shí)踐中，拖動(dòng)系統(tǒng)的減速過程也屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過渡過程，故減速過程應(yīng)該越短越好。 同樣，由于拖動(dòng)系統(tǒng)存在著慣性的原因，頻率下降得太快了，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差n增大，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，引起再生電流的增大和直流回路內(nèi)泵升電壓的升高，甚至可能超過一定限值而導(dǎo)致變頻器因過電流或過電壓而跳閘。 所以，減速過程必須解決好的主要問題是在防止減速電流過大和

9、直流電壓過高的前提下，盡可能地縮短減速過程。在一般情況下，直流電壓的升高是更為主要的因素。15減速發(fā)電狀態(tài)減速發(fā)電狀態(tài)16加減速時(shí)間和方式加減速時(shí)間和方式加、減速時(shí)間a) 加速時(shí)間的定義 變頻器的輸出頻率從0Hz上升到最高頻率所需要的時(shí)間;(b) 減速時(shí)間的定義 變頻器的輸出頻率從最高頻率下降到0Hz所需要的時(shí)間。加、減速方式升速方式升速方式（）線性方式（）S形方式（）半S形方式17電動(dòng)機(jī)的停機(jī)方式電動(dòng)機(jī)的停機(jī)方式 n 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)可以設(shè)定的停機(jī)方式有:(a) 減速停機(jī) 即按預(yù)置的減速時(shí)間和減速方式停機(jī)，如上述，在減速過程中，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài) n (b) 自由制動(dòng) 變頻器通過

10、停止輸出來停機(jī), 這時(shí), 電動(dòng)機(jī)的電源被切斷, 拖動(dòng)系統(tǒng)處于自由制動(dòng)狀態(tài)。由于停機(jī)時(shí)間的長短由拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性決定, 故也稱為慣性停機(jī), 如圖11(b)所示。 (c) 減速加直流制動(dòng) 首先按預(yù)置的減速時(shí)間減速，然后轉(zhuǎn)為直流制動(dòng)，直至停機(jī)，如圖11(c)所示。 (d) 在低頻狀態(tài)下短暫運(yùn)行后停機(jī), 當(dāng)頻率下降到接近于0時(shí), 先在低速下運(yùn)行一個(gè)短時(shí)間, 然后再將頻率下降為0Hz, 18直流制動(dòng)直流制動(dòng) 方法：向定子繞組內(nèi)通入直流電流。直流制動(dòng)的原理直流制動(dòng)的原理直流制動(dòng)的預(yù)置直流制動(dòng)的預(yù)置（）直流制動(dòng)起始頻率DB（）直流制動(dòng)電壓DB（）直流制動(dòng)時(shí)間DB 19能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)當(dāng)激活能耗制動(dòng)(用 P12

11、37 使能)時(shí)，直流母線制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成熱能。利用電壓可控的制動(dòng)電阻(吸收電阻)將能量轉(zhuǎn)換成熱能。如果再生能量在直流母線上僅有短時(shí)間的消耗，如當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)并防止用故障信息 F0002(“直流母線過電壓”)切斷(脫扣)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用制動(dòng)電阻。在這種情況下，當(dāng)超過直流母線閾值 VDC，Chopper 時(shí)，用電子開關(guān)(半導(dǎo)體開關(guān))接入制動(dòng)電阻。 20典型低壓變頻器能耗制動(dòng)電阻選擇一21典型低壓變頻器能耗制動(dòng)電阻選擇二22過流、過載過流、過載 （）過電流保護(hù)保護(hù)變頻器（）過載保護(hù)保護(hù)電動(dòng)機(jī)dtdidtdi（）過電流電流變化率大 （2） 過載 電流變化小 小23過電流原因過電流原因（a） 外部短路

12、（b）內(nèi)部直通（c）磁路飽和（d）誤動(dòng)作24變頻器過流自處理變頻器過流自處理升速自處理 降速自處理 運(yùn)行自處理 25電機(jī)熱過載電機(jī)熱過載MMNII電子熱保護(hù)功能的預(yù)置“電流取用比”：M26SPWM生成原理生成原理 變頻器輸出電壓的波形，都是經(jīng)過脈寬調(diào)制后的系列脈沖波。脈寬調(diào)制的基本方法是:各脈沖的上升沿和下降沿都是由正弦波和三角波的交點(diǎn)決定的，如圖17所示。在這里，正弦波稱為調(diào)制波，三角波稱為載波。三角波的頻率就稱為載波頻率，用fC表示uU、V、W是各相的相電壓波形, uUV則是U相和V相間線電壓的波形。 電壓脈沖序列的頻率必等于載波頻率。 27載波頻率1、載波頻率對(duì)變頻器輸出電流的影響（1）運(yùn)行頻率越高，則電壓波的占空比越大，電流高次諧波成份越小，即載波頻率越高，電流波形的平滑性越好；（2）載波頻率越高，變頻器允許輸出的電流越??；（3）載波頻率越高，布線電容的容抗越?。ㄒ?yàn)閄c=1/2fC），由高頻脈沖引起的漏電流越大。2、載波頻率對(duì)電機(jī)的影響 載波頻率越高，電機(jī)的振動(dòng)越小，運(yùn)行噪音越小，電機(jī)發(fā)熱也