變頻器控制技術(shù)介紹PPT幻燈片課件.ppt

項(xiàng)目一物料分揀輸送帶的變頻控制主編李方園 變頻器控制技術(shù) 1 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 1 1項(xiàng)目背景及要求1 2知識講座 變頻器原理及基本應(yīng)用 1 3技能訓(xùn)練一 A700變頻器的認(rèn)識 1 4技能訓(xùn)練二 變頻器運(yùn)行模式與參數(shù)設(shè)置 1 5項(xiàng)目設(shè)計方案 2 變頻器主要用于交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) 是理想的調(diào)速方案 變頻調(diào)速以其自身所具有的調(diào)速范圍廣 調(diào)速精度高 動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn) 在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中發(fā)揮著提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的作用 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 3 除此之外 變頻器還有顯著的節(jié)能效果 不僅在相關(guān)工業(yè)設(shè)備 變頻器在民用產(chǎn)品中 也起到了節(jié)約電費(fèi) 提高設(shè)備性能 保護(hù)環(huán)境等方面的優(yōu)勢也得到了用戶的普遍認(rèn)可和廣泛應(yīng)用 本項(xiàng)目通過物流分揀輸送帶的變頻控制方案來了解變頻器的最簡單應(yīng)用 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 4 本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)如下 知識目標(biāo) 了解交流電機(jī)的調(diào)速方式 熟悉變頻調(diào)速的基本原理及其優(yōu)點(diǎn) 掌握恒壓頻比工作方式及其特點(diǎn) 掌握變頻器的電路基本結(jié)構(gòu) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 5 技能目標(biāo) 能對三菱A700變頻器進(jìn)行簡單接線 能熟練掌握A700參數(shù)的初始化過程 能進(jìn)行變頻器的簡單調(diào)試 并運(yùn)用不同的運(yùn)行模式來解決簡單變頻調(diào)速項(xiàng)目 職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo) 樹立用電安全意識 并能從電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展軌跡看待變頻器在實(shí)際工程中的應(yīng)用背景 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 6 1 1 1項(xiàng)目背景 物料分揀輸送帶是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分 通過變頻器來控制輸送帶電機(jī) 可以使得物料分揀系統(tǒng)方便地進(jìn)行系統(tǒng)集成 因此已經(jīng)成為目前物流行業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢 如圖1 1所示為物料分揀輸送帶與物料分揀過程示意 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 7 a 物料分揀輸送帶 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 8 b 分揀過程示意圖1 1物料分揀輸送帶 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 9 以前物料輸送帶設(shè)備調(diào)速基本都采用手動機(jī)械式有級變速 比如更換皮帶輪大小或者齒輪箱變速比等 非常不方便 而作為交流調(diào)速最重要的驅(qū)動裝置 變頻器來說 借其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在物料輸送設(shè)備中發(fā)揮著越來越重要的作用 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 10 比如變頻調(diào)速起動大都是從低速開始 頻率較低 這樣可以避免物料的摔倒 加 減速時間可以任意設(shè)定 加 減速比較平緩 起動電流較小 因此可以進(jìn)行較高頻率的起停 變頻調(diào)速很容易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正 反轉(zhuǎn) 只需要改變變頻器內(nèi)部逆變管的開關(guān)順序 即可實(shí)現(xiàn)輸出換相 也不存在因換相不當(dāng)而燒毀電動機(jī)的問題 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 11 1 1 2控制要求 現(xiàn)在要求對該物料分揀輸送帶采用交流變頻控制 已知輸送帶采用三相鼠籠式異步電動機(jī)1 5KW 三相交流380V 請?jiān)O(shè)計合理的控制方案 具體要求如下 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 12 1 變頻器直接安裝在現(xiàn)場 以方便控制 但是該現(xiàn)場安裝地振動比較大 2 能進(jìn)行正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制 且用操作臺上的按鈕進(jìn)行控制 不用變頻器的操作面板 3 速度設(shè)定來自于用戶自己安裝的多圈電位器 4 根據(jù)工藝要求設(shè)置輸送的加速度和最快速度 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 13 1 2知識講座 變頻器原理及基本應(yīng)用 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 14 1 2 1交流異步電機(jī)和同步電機(jī)的調(diào)速 1 異步電機(jī)三相異步電機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個旋轉(zhuǎn)磁場 三相異步電機(jī)的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的 三相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的 三相異步電機(jī)定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度 這樣 當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時 定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場 其產(chǎn)生的過程如圖1 2所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 15 圖1 2中分四個時刻來描述旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程 電流每變化一個周期 旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周 即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為 n 60f P式中f為電源頻率 P是磁場的磁極對數(shù) n的單位是 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 根據(jù)此式我們知道 電機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 16 圖1 2三相異步電機(jī)原理 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 17 定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場后 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條 鼠籠條 將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力 電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 18 一般情況下 電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n 因?yàn)榧僭O(shè)n n1 則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有相對運(yùn)動 就不會切割磁力線 也就不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n 為此我們稱這種結(jié)構(gòu)的三相電機(jī)為異步電機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 19 2 同步電機(jī) 同步電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣 由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成 一般分為轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī) 圖1 3給出了最常用的轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型 其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽 槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 20 這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞 定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極 磁極上繞有勵磁繞組 通以直流電流時 將會在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場 稱為勵磁磁場 也稱主磁場 轉(zhuǎn)子磁場 氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間 氣隙層的厚度和形狀對電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 21 圖1 3同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 22 除了轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)外 還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī) 其磁極安裝于定子上 而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi) 這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞 圖中用AX BY CZ三個在空間錯開120電角度分布的線圈代表三相對稱交流繞組 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 23 3 交流電機(jī)的調(diào)速 交流電機(jī)比直流電機(jī)經(jīng)濟(jì)耐用得多 因而被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè) 是一種量大面廣的傳統(tǒng)產(chǎn)品 在實(shí)際應(yīng)用場合 往往要求電機(jī)能隨意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 以便獲得滿意的使用效果 但交流電機(jī)在這方面比起直流電機(jī)而言就要遜色地多 于是不得不借助其它手段達(dá)到調(diào)速目的 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 24 根據(jù)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性表達(dá)式可知 它的調(diào)速方式有三大類 頻率調(diào)節(jié) 磁極對數(shù)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié) 從而出現(xiàn)了目前常用的幾種調(diào)速方法 如變極調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速 電磁調(diào)速 變頻調(diào)速 液力耦合器調(diào)速 齒輪調(diào)速等 如圖1 4所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 25 圖1 4交流電機(jī)主要調(diào)速方式分類圖 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 26 基于節(jié)能角度 通常把交流調(diào)速分為高效調(diào)速和低效調(diào)速 高效調(diào)速指基本上不增加轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式 在調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)差率基本不變 不增加轉(zhuǎn)差損失 或?qū)⑥D(zhuǎn)差功率以電能形式回饋電網(wǎng)或以機(jī)械能形式回饋機(jī)軸 低效調(diào)速則存在附加轉(zhuǎn)差損失 在相同調(diào)速工況下其節(jié)能效果低于不存在轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 27 屬于高效調(diào)速方式的主要有變極調(diào)速 串級調(diào)速和變頻調(diào)速 屬于低效調(diào)速方式的主要滑差調(diào)速 包括電磁離合器調(diào)速 液力偶合器調(diào)速 液粘離合器調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和定子調(diào)壓調(diào)速 其中 液力偶合器調(diào)速和和液粘離合器調(diào)速屬于機(jī)械調(diào)速 其他均屬于電氣調(diào)速 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 28 變極調(diào)速和滑差調(diào)速方式適用于籠型異步電機(jī) 串級調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式適用于繞線型異步電機(jī) 定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速既適用于籠型 也適用于繞線型異步電機(jī) 變頻調(diào)速和機(jī)械調(diào)速還可用于同步電機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 29 液力耦合器調(diào)速技術(shù)屬于機(jī)械調(diào)速范疇 它是將匹配合適的調(diào)速型液力耦合器安裝在常規(guī)的交流電機(jī)和負(fù)載 風(fēng)機(jī) 水泵或壓縮機(jī) 之間 從電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速 通過耦合器工作腔中高速循環(huán)流動的液體 向負(fù)載傳遞力矩和輸出轉(zhuǎn)速 只要改變工作腔中液體的充滿程度即可調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 30 液粘離合器調(diào)速是指利用液粘離合器作為動率傳遞裝置完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的調(diào)速方式 屬于機(jī)械調(diào)速 液粘離合器是利用兩組摩擦片之間接觸來傳遞功率的一種機(jī)械設(shè)備 如同液力偶合器一樣安裝在籠型感應(yīng)電機(jī)與工作機(jī)械之間 在電機(jī)低速運(yùn)行的情況下 利用兩組摩擦片之間摩擦力的變化無級地調(diào)節(jié)工作機(jī)械的轉(zhuǎn)速 由于它存在轉(zhuǎn)差損耗 是一種低效調(diào)速方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 31 1 異步電機(jī)的變極調(diào)速 變極調(diào)速技術(shù)是通過采用變極多速異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的 這種多速電機(jī)大都為籠型轉(zhuǎn)子電機(jī) 其結(jié)構(gòu)與基本系列異步電機(jī)相似 現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)的有雙 三 四速等幾類 1 2 2不同調(diào)速方式的工作原理 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 32 變極調(diào)速是通過改變定子繞組的極對數(shù)來改變旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速的 是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式 由于極對數(shù)p是整數(shù) 它不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速 只能有級調(diào)速 在供電頻率f 50Hz的電網(wǎng) p 1 2 3 4時 相應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n0 3000 1500 1000 750r min 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 33 改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成的 見圖1 5 圖1 5a的p 2 圖1 5b和圖1 5c中的p 1 雙速電機(jī)的定子是單繞組 三速和四速電機(jī)的定子是雙繞組 這種改變極對數(shù)來調(diào)速的籠型電機(jī) 通常稱為多速感應(yīng)電機(jī)或變極感應(yīng)電機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 34 多速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠 運(yùn)行效率高 控制線路很簡單 容易維護(hù) 對電網(wǎng)無干擾 初始投資低 缺點(diǎn)是有級調(diào)速 而且調(diào)速級差大 從而限制了它的使用范圍 適合于按2 4檔固定調(diào)速變化的場合 為了彌補(bǔ)有級調(diào)速的缺陷 有時與定子調(diào)壓調(diào)速或電磁離合器調(diào)速配合使用 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 35 圖1 5定子繞組改接變極對數(shù)示意圖a p 2b p 1c p 1 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 36 2 電磁調(diào)速 電磁調(diào)速技術(shù)是通過電磁調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù) 電磁調(diào)速電機(jī) 又稱滑差電機(jī) 由三相異步電機(jī) 電磁轉(zhuǎn)差離合器和測速發(fā)電機(jī)組成 三相異步電機(jī)作為原動機(jī)工作 該技術(shù)是傳統(tǒng)的交流調(diào)速技術(shù)之一 適用于容量在0 55 630kW范圍內(nèi)的風(fēng)機(jī) 水泵或壓縮機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 37 電磁離合器調(diào)速是由籠型感應(yīng)電機(jī)和電磁離合器一體化的調(diào)速電機(jī)來完成的 把這種調(diào)速電機(jī)稱為電磁離合器電機(jī) 又稱滑差電機(jī) 屬于低效調(diào)速方式 電磁調(diào)速電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng) 主要由籠型感應(yīng)電機(jī) 渦流式電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源等三個部分組成 見圖1 6 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 38 直流勵磁電源功率較小 通過改變晶閘管的控制角改變直流勵磁電壓的大小來控制勵磁電流 它以籠型電機(jī)作為原動機(jī) 帶動與其同軸接連的電磁離合器的主動部分 離合器的從動部分與負(fù)載同軸連接 主動部分與從動部分沒有機(jī)械聯(lián)系 只有磁路相通 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 39 離合器的主動部分為電樞 從動部分分為磁極 電樞是一杯狀鑄銅體 磁極則由鐵芯和勵磁繞組構(gòu)成 繞組與部分鐵芯固定在機(jī)殼上不隨磁極旋轉(zhuǎn) 直流勵磁不必經(jīng)過滑環(huán)而直接由直流電源供電 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 40 當(dāng)電機(jī)帶動電樞在磁極磁場中旋轉(zhuǎn)時 就會感生渦流 渦流與磁極磁場作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將使電樞牽動磁極拖動負(fù)載同向旋轉(zhuǎn) 通過控制勵磁電流改變磁場強(qiáng)度 使離合器產(chǎn)生大小不同的轉(zhuǎn)矩 從而達(dá)到調(diào)速的目的 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 41 磁離合器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單 可無級調(diào)速 維護(hù)方便 運(yùn)行可靠 調(diào)速范圍也比較寬 對電網(wǎng)無干擾 它可以空載啟動 對需要重載啟動的負(fù)載可獲得容量效益 提高電機(jī)運(yùn)行負(fù)載率 缺點(diǎn)是高速區(qū)調(diào)速特性軟 不能全速運(yùn)行 低速區(qū)調(diào)速效率比較低 適用于調(diào)速范圍適中的中小容量電機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 42 圖1 6電磁調(diào)速示意圖 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 43 3 串級調(diào)速 串級調(diào)速的典型調(diào)速系統(tǒng)有兩種 一種是電氣串級調(diào)速系統(tǒng) 另一種是電機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng) 電氣串級調(diào)速電路是由異步機(jī)轉(zhuǎn)子一側(cè)的整流器和電網(wǎng)一側(cè)的晶閘管逆變器組成 用改變逆變器的逆變角來調(diào)節(jié)異步機(jī)轉(zhuǎn)速 將整流后的直流通過逆變器變換成具有電網(wǎng)頻率的交流 將轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 44 機(jī)串級調(diào)速電路是把轉(zhuǎn)子整流后的直流作為電源接到一臺直流電機(jī)的電樞兩端 用調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)異步機(jī)轉(zhuǎn)速 直流機(jī)與異步機(jī)同軸相接 將轉(zhuǎn)差功率變?yōu)橹绷髌鞯妮斎牍β逝c異步機(jī)一起拖動負(fù)載 使轉(zhuǎn)差功率回饋機(jī)軸 電機(jī)串級調(diào)速的調(diào)速范圍不大 又增加了一臺直流電機(jī) 使系統(tǒng)復(fù)雜化 應(yīng)用不多 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 45 電氣串級調(diào)速系統(tǒng)比較簡單 控制方便 應(yīng)用比較廣泛 串級調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速效率高 可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 初始投資不大 缺點(diǎn)是對電網(wǎng)干擾大 調(diào)速范圍窄 功率因數(shù)也比較低 與轉(zhuǎn)子串電阻相比 主要是它的效率優(yōu)勢 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 46 4 定子調(diào)壓調(diào)速 定子調(diào)壓調(diào)速是用改變定子電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 調(diào)度過程中它的轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式損耗在轉(zhuǎn)子繞組中 屬于低效調(diào)速方式 由于電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比 改變定子電壓就可以改變電機(jī)的機(jī)械特性 與某一負(fù)載特性相匹配就可以穩(wěn)定在不同的轉(zhuǎn)速上 從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 47 供電電源的電壓是固定的 它用調(diào)壓器來獲得可調(diào)壓的交流電源 傳統(tǒng)的調(diào)壓器有飽和電抗器式調(diào)壓器 自耦變壓器式調(diào)壓器和感應(yīng)式調(diào)壓器 主要用于籠型感應(yīng)電機(jī)的減壓啟動 以減少啟動電流 晶閘管是交流調(diào)壓調(diào)速的主要形式 它利用改變定子側(cè)三相反并聯(lián)晶閘管的移相角來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 可以做到無級調(diào)速 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 48 調(diào)壓調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是控制設(shè)備比較簡單 可無級調(diào)速 初始投資低 使用維護(hù)比較方便 可以兼作鼠籠機(jī)的降壓啟動設(shè)備 缺點(diǎn)是調(diào)速效率比較低 低速運(yùn)行調(diào)速效率更低 調(diào)速范圍窄 只有對風(fēng)機(jī)和泵類工作機(jī)械調(diào)速可以獲得較寬的調(diào)速范圍并減少轉(zhuǎn)差損耗 調(diào)速特性比較軟 調(diào)速精度差 對電網(wǎng)干擾也大 適用于調(diào)速范圍要求不寬 較長時間在高速區(qū)運(yùn)行的中小容量的異步電機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 49 5 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是通過改變繞線型感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子串接附加外接電阻從而改變轉(zhuǎn)子電流使轉(zhuǎn)速改變的方式進(jìn)行調(diào)速的 見圖1 7 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 50 為減少電刷的磨損 中等容量以上的繞線型感應(yīng)電機(jī)還設(shè)有提刷裝置 當(dāng)電機(jī)啟動時接入外接電阻以減少啟動電流 不需要調(diào)速時移動手柄可提起電刷與集電滑環(huán)脫離接觸 同時使三個集電滑環(huán)彼此短接起來 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 51 串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟 控制方法簡單 維護(hù)方便 初始投資低 對電網(wǎng)無干擾 缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)差損耗大 調(diào)速效率低 調(diào)速特性軟 動態(tài)響應(yīng)速度慢 外接附加電阻不易做到無級調(diào)速 調(diào)速平滑性差 適合于調(diào)速范圍不太大和調(diào)速特性要求不高的場合 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 52 圖1 7串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子電路示意 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 53 6 變頻調(diào)速 變頻調(diào)速是通過改變異步電動機(jī)供電電源的頻率f來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的 其原理如圖1 8所示 電動機(jī)采用變頻調(diào)速以后 電動機(jī)轉(zhuǎn)軸直接與負(fù)載連接 電動機(jī)由變頻器供電 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 54 變頻調(diào)速的關(guān)鍵設(shè)備就是變頻器 變頻器是一種將交流電源整流成直流后再逆變成頻率 電壓可變的變流電源的專用裝置 主要由功率模塊 超大規(guī)模專用單片機(jī)等構(gòu)成 變頻器能夠根據(jù)轉(zhuǎn)速反饋信號調(diào)節(jié)電動機(jī)供電電源的頻率 從而可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)寬頻率范圍內(nèi)的無級調(diào)速 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 55 圖1 8變頻調(diào)速原理 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 56 7 調(diào)速方式匯總 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果 交流電機(jī)的各種調(diào)速方式的一般性能和特點(diǎn)匯總于表1 1之中 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 57 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 58 1 2 3變頻調(diào)速原理 交流電機(jī)不論三相異步電機(jī)還是三相同步電機(jī) 它們的轉(zhuǎn)速N公式為 N0 60f p 同步電機(jī) N N0 1 s 60f P 1 s 異步電機(jī) 式中 f 頻率 p 極對數(shù) s 轉(zhuǎn)差率 0 3 或0 6 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 59 由轉(zhuǎn)速公式可見 只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟姍C(jī)的供電率f 就十分方便地改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速N 比改變極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s兩個參數(shù)簡單得多 特別是近二十多年來 交流變頻調(diào)速器得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展 使得三相交流電機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng)前電氣調(diào)速的主流 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 60 實(shí)際上僅僅改變電機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性 例如 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的三相異步電機(jī) 380V 50Hz 如果電壓不變 只改變頻率 會產(chǎn)生什么問題 380V不變 頻率下調(diào) 50Hz 會使電機(jī)氣隙磁通 約等于V F 飽和 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 61 反之 380V不變 頻率向上調(diào) 50Hz 則使磁通減弱 所以 真正應(yīng)用變頻調(diào)速時 一般需要同時改變電壓和頻率 以保持磁通基本恒定 因此 變頻調(diào)速器又稱為VVVF VariableVoltageVariableFrequency 裝置 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 62 1 感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型 根據(jù)電機(jī)學(xué)原理 在下述三個假定條件下 即忽略空間和時間諧波 忽略磁飽和 忽略鐵損 感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型可以用T型等效電路表示 如圖1 9a所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 63 a 感應(yīng)電機(jī)T型等效電路 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 64 b 感應(yīng)電機(jī)簡化等效電路圖1 9感應(yīng)電機(jī)等效電路 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 65 圖1 9a中的各參數(shù)定義如下 Rs Rr 定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻 L1s L1r 定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 66 Lm 定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感 即勵磁電感 Us 1 定子相電壓和供電角頻率 Is Ir 定子相電流和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子相電流 忽略勵磁電流 則得到如圖1 9b所示的簡化等效電路 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 67 因此 電流公式可表示為 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 68 已知感應(yīng)電機(jī)傳遞的電磁功率 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 69 同步機(jī)械角速度 m1 1 np 則感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 70 感應(yīng)電機(jī)的每極氣隙磁通為 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 71 式中 Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值 f1 定子頻率 Ns 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù) KNs 定子基波繞組系數(shù) 忽略定子電阻和漏磁感抗壓降 則認(rèn)為定子相電壓Us Eg 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 72 對Te公式對s求導(dǎo) 并令dTe ds 0 可求出對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩時的臨界靜差 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 73 最大轉(zhuǎn)矩為 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 74 2 轉(zhuǎn)速開環(huán)的感應(yīng)電機(jī)變壓變頻調(diào)速 VVVF 變壓變頻調(diào)速是改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法 同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化 為了達(dá)到良好的控制效果 常采用電壓 頻率協(xié)調(diào)控制 即V f控制 并分為基頻 額定頻率 以下和基頻以上兩種情況 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 75 1 基頻以下調(diào)速 以便充分利用電機(jī)鐵心 發(fā)揮電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力 在基頻以下采用恒磁通控制方式 要保持 m不變 當(dāng)頻率f1從額定值fin向下調(diào)節(jié)時 必須同時降低Eg 即采用電動勢頻率比為恒值的控制方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 76 然而 繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的 當(dāng)電動勢值較高時 可以忽略定子電阻和漏磁感抗壓降 而認(rèn)為定子相電壓Us Eg 則得 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 77 這是恒壓頻比的控制方式 其控制特性如圖1 10所示 低頻時 Us和Eg都較小 定子電阻和漏磁感抗壓降所占的份量相對較大 可以人為地抬高定子相電壓Us 以便補(bǔ)償定子壓降 稱作低頻補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 78 圖1 10恒壓頻比控制特性 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 79 2 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時 頻率從fiN向上升高 但定子電壓Us卻不可能超過額定電壓USN 只能保持Us USN不變 這將使磁通與頻率成反比地下降 使得感應(yīng)電機(jī)工作在弱磁狀態(tài) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 80 把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起 如圖1 11所示 如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值 即都能在允許溫升下長期運(yùn)行 則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化而變化 按照電力拖動原理 在基頻以下 磁通恒定 轉(zhuǎn)矩也恒定 屬于 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 性質(zhì) 而在基頻以上 轉(zhuǎn)速升高時磁通恒減小 轉(zhuǎn)矩也隨著降低 基本上屬于 恒功率調(diào)速 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 81 圖1 11感應(yīng)電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 82 3 恒壓頻比時的機(jī)械特性 基頻以下須采用恒壓頻比控制 感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 83 當(dāng)s很小時 可忽略上式分母中含s各項(xiàng) 則 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 84 由此可以推導(dǎo)出帶負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落 n為 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 85 由此可見 當(dāng)Us 1為恒值時 對于同一轉(zhuǎn)矩Te n基本不變 這就是說 在恒壓頻比的條件下改變頻率 1時 機(jī)械特性基本上是平行下移 如圖1 12a所示 將最大轉(zhuǎn)矩改寫為 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 86 可見最大轉(zhuǎn)矩Temax是隨著 1的降低而減小的 頻率很低時 Temax很小 電機(jī)帶載能力減弱 采用低頻定子壓降補(bǔ)償 適當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣s 可以增強(qiáng)帶載能力 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 87 a 感應(yīng)電機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 88 b 感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖1 12感應(yīng)電機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性及結(jié)構(gòu)原理 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 89 在基頻f1N以上變頻調(diào)速時 電壓Us UsN不變 機(jī)械特性方程式可寫成 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 90 而最大轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可改寫成 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 91 當(dāng)角頻率 1提高時 同步轉(zhuǎn)速隨之提高 最大轉(zhuǎn)矩減小 機(jī)械特性上移 而形狀基本不變 由于頻率提高而電壓不變 氣隙磁通勢必減弱 導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的減小 但轉(zhuǎn)速卻升高了 可以認(rèn)為輸出功率基本不變 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 92 圖1 12b為感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 一般稱為通用變頻器 被廣泛應(yīng)用于調(diào)速性能要求不高的場合 為了避免突加給定造成的過流 在頻率給定后設(shè)置了給定積分環(huán)節(jié) 由于轉(zhuǎn)速開環(huán) 現(xiàn)場調(diào)試工作量小 使用方便 但轉(zhuǎn)速有靜差 低速性能欠佳 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 93 總之 V f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩 速度特性 基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時 又要保證電機(jī)的磁通不變的思想而提出的 通用型變頻器基本上都采用這種控制方式 V f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單 但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式 不能達(dá)到較高的控制性能 而且在低頻時 必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 94 1 2 4變頻器的頻率給定 在使用一臺變頻器的時候 目的是通過改變變頻器的輸出頻率 即改變變頻器驅(qū)動電動機(jī)的供電頻率從而改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 如何調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率呢 關(guān)鍵是必須首先向變頻器提供改變頻率的信號 這個信號 就稱之為 頻率給定信號 所謂頻率給定方式 就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法 也就是提供給定信號的方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 95 1 操作器鍵盤給定 操作器鍵盤給定是變頻器最簡單的頻率給定方式 用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的電位器 數(shù)字鍵或上升下降鍵來直接改變變頻器的設(shè)定頻率 圖1 13所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 96 圖1 13操作器鍵盤給定方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 97 操作器鍵盤給定的最大優(yōu)點(diǎn)就是簡單 方便 醒目 可選配LED數(shù)碼顯示和中文LCD液晶顯示 同時又兼具監(jiān)視功能 即能夠?qū)⒆冾l器運(yùn)行時的電流 電壓 實(shí)際轉(zhuǎn)速 母線電壓等實(shí)時顯示出來 如果選擇鍵盤數(shù)字鍵或上升下降鍵給定 則由于是數(shù)字量給定 精度和分辨率非常高 其中精度可達(dá)最高頻率 0 01 分辨率為0 01Hz 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 98 如果選擇操作器上的電位器給定 則屬于模擬量給定 精度稍低 但由于無需像外置電位器的模擬量輸入那樣另外接線 實(shí)用性非常高 變頻器的操作器鍵盤通?？梢匀∠禄蛘吡硗膺x配 再通過延長線安置在用戶操作和使用方便的地方 一般情況下 延長線可以在5米以下選用 對于距離較遠(yuǎn)則不能簡單地加長延長線 而是必須需要使用遠(yuǎn)程操作器鍵盤 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 99 2 接點(diǎn)信號給定 接點(diǎn)信號給定就是通過變頻器的多功能輸入端子的UP和DOWN接點(diǎn)來改變變頻器的設(shè)定頻率值 該接點(diǎn)可以外接按鈕或其他類似于按鈕的開關(guān)信號 如PLC或DCS的繼電器輸出模塊 常規(guī)中間繼電器 具體接線可見圖1 14 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 100 圖1 14接點(diǎn)信號給定 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 101 3 模擬量給定 模擬量給定方式即通過變頻器的模擬量端子從外部輸入模擬量信號 電流或電壓 進(jìn)行給定 并通過調(diào)節(jié)模擬量的大小來改變變頻器的輸出頻率 模擬量給定中通常采用電流或電壓信號 常見于電位器 儀表 PLC和DCS等控制回路 如圖1 15所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 102 圖1 15模擬量給定方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 103 電流信號一般指0 20mA或4 20mA 電壓信號一般指0 10V 2 10V 0 10V 0 5V 1 5V 0 5V等 電流信號在傳輸過程中 不受線路電壓降 接觸電阻及其壓降 雜散的熱電效應(yīng)以及感應(yīng)噪聲等影響 抗干擾能力較電壓信號強(qiáng) 但由于電流信號電路比較復(fù)雜 故在距離不遠(yuǎn)的情況下 仍以選用電壓給定為模擬量信號居多 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 104 變頻器通常都會有2個及以上的模擬量端子 或擴(kuò)展模擬量端子 如圖1 16所示為三菱A500 A700系列變頻器的模擬量輸入端子 端子2 4 1分別為電壓輸入 電流輸入和輔助輸入 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 105 圖1 16三菱A500 A700系列變頻器模擬量端子 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 106 有些模擬量端子可以同時輸入電壓和電流信號 但必須通過跳線或短路塊進(jìn)行區(qū)分 因此對變頻器已經(jīng)選擇好模擬量給定方式后 還必須按照以下步驟進(jìn)行參數(shù)設(shè)置 1 選擇模擬量給定的輸入通道 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 107 2 選擇模擬量給定的電壓或者電流方式及其調(diào)節(jié)范圍 同時設(shè)置電壓 電流跳線 注意必須在斷電時進(jìn)行操作 3 選擇模擬量端子多個通道之間的組合方式 疊加或者切換 4 選擇模擬量端子通道的濾波參數(shù) 增益參數(shù)線性調(diào)整參數(shù) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 108 2 頻率給定曲線 所謂頻率給定曲線 就是指在模擬量給定方式下 變頻器的給定信號P與對應(yīng)的變頻器輸出頻率f x 之間的關(guān)系曲線f x f P 這里的給定信號P 既可以是電壓信號 也可以是電流信號 其取值范圍在10V或20mA之內(nèi) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 109 一般的電動機(jī)調(diào)速都是線性關(guān)系 因此頻率給定曲線可以簡單地通過定義首尾兩點(diǎn)的坐標(biāo) 模擬量 頻率 即可確定該曲線 如圖1 17a所示 定義首坐標(biāo)為 Pmin fmin 和尾坐標(biāo) Pmax fmax 可以得到設(shè)定頻率與模擬量給定值之間的正比關(guān)系 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 110 如果在某些變頻器運(yùn)行工況需要頻率與模擬量給定成反比關(guān)系的話 也可以定義首坐標(biāo)為 Pmin fmax 和尾坐標(biāo) Pmax fmin 如圖1 17b 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 111 圖1 17頻率給定曲線a 正比關(guān)系b 反比關(guān)系 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 112 這里必須注意以下幾點(diǎn) 1 如果根據(jù)頻率給定曲線計算出來的設(shè)定頻率如果超出頻率上下限范圍的話 只能取頻率上下值 因此 頻率上下限值優(yōu)先考慮 2 在一些變頻器參數(shù)定義中 模擬量給定信號P或設(shè)定頻率f是采用百分比賦值 其百分比的定義為模擬量給定百分比P P Pmax 100 和設(shè)定頻率百分比f f fmax 100 3 在一些變頻器參數(shù)定義中 頻率給定曲線不是直接描述出來 而是通過最大頻率 偏置頻率和頻率增益表達(dá) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 113 3 模擬量給定的濾波和增益參數(shù) 模擬量的濾波是為了保證變頻器獲得的電壓或電流信號能真實(shí)地反映實(shí)際值 消除干擾信號對頻率給定信號的影響 濾波的工作原理是數(shù)字信號處理 即數(shù)字濾波 濾波時間常數(shù)就是特指模擬量給定信號上升至穩(wěn)定值的63 所需要的時間 單位為秒 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 114 濾波時間的長短必須根據(jù)不同的數(shù)學(xué)模型和工況進(jìn)行設(shè)置 濾波時間太短 當(dāng)變頻器顯示 給定頻率 時有可能不夠穩(wěn)定而呈閃爍狀 濾波時間太長 當(dāng)調(diào)節(jié)給定信號時 給定頻率跟隨給定信號的響應(yīng)速度會降低 一般而言 出于對抗干擾能力的考慮 需要增加濾波時間常數(shù) 處于對響應(yīng)速度快的考慮 需要降低濾波時間常數(shù) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 115 模擬量通道的增益參數(shù)與上面的頻率增益不一樣 后者主要是為定義頻率給定曲線的坐標(biāo)值 前者則是在頻率給定曲線既定的前提下 降低或者提高模擬量通道的電壓值或者電流值 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 116 4 模擬量給定的正反轉(zhuǎn)控制 一般情況下 變頻器的正反轉(zhuǎn)功能都可以通過正轉(zhuǎn)命令端子或反轉(zhuǎn)命令端子來實(shí)現(xiàn) 在模擬量給定方式下 還可以通過模擬量的正負(fù)值來控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn) 即正信號 0 10V 時電動機(jī)正轉(zhuǎn) 負(fù)信號 10V 0 時電動機(jī)反轉(zhuǎn) 如圖1 18所示 10V對應(yīng)的頻率值為fmax 10V對應(yīng)的頻率值為 fmax 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 117 圖1 18模擬量的正反轉(zhuǎn)控制和死區(qū)功能 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 118 在用模擬量控制正反轉(zhuǎn)時 零界點(diǎn)即0V時應(yīng)該為0Hz 但實(shí)際上真正的0Hz很難做到 且頻率值很不穩(wěn)定 在頻率0Hz附近時 常常出現(xiàn)正轉(zhuǎn)命令和反轉(zhuǎn)命令共存的現(xiàn)象 并呈 反反復(fù)復(fù) 狀 為了克服這個問題 預(yù)防反復(fù)切換現(xiàn)象 就定義在零速附近為死區(qū) 如圖1 18所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 119 對于死區(qū) 不同類型的變頻器定義都會有所不同 一般有以下兩種 1 線段型 如圖1 27中所示 如定義 1V 1V 為死區(qū) 則模擬量信號在 1V 1V 范圍時按零輸入處理 1V 10V 對應(yīng) 0Hz 最大頻率 1V 10V 對應(yīng) 0Hz 負(fù)的最大頻率 2 滯環(huán)回線型 在變頻器的輸出頻率定義一個頻率死區(qū) fdead fdead 這樣一來配合著電壓死區(qū) Udead Udead 就圍成了滯環(huán)回線 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 120 模擬量的正反轉(zhuǎn)控制功能還有一種就是在模擬量非雙極性功能的情況下 也就是說電壓不為負(fù)的單極性模擬量 也可以實(shí)現(xiàn) 即定義在給定信號中間的任意值作為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的零界點(diǎn) 相當(dāng)于原點(diǎn) 高于原點(diǎn)以上的為正轉(zhuǎn) 低于原點(diǎn)以下的為反轉(zhuǎn) 同理 也可以相應(yīng)設(shè)置死區(qū)功能 實(shí)現(xiàn)死區(qū)跳躍 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 121 但是 在這種情況下 卻存在一個特殊的問題 即萬一給定信號因電路接觸問題或其他原因而丟失 則變頻器的輸入端得到的信號為0V 其輸出頻率將跳變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的最大頻率 電動機(jī)將從正常工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入高速反轉(zhuǎn)狀態(tài) 十分明顯 在生產(chǎn)過程中 這種情況的出項(xiàng)將是十分有害的 甚至有可能損壞生產(chǎn)機(jī)械 對此 變頻器設(shè)置了一個有效的 零 功能 就是說 讓變頻器的實(shí)際最小給定信號不等于0 而當(dāng)給定信號等于0時 變頻器的輸出頻率則自動降至0速 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 122 4 脈沖給定 脈沖給定方式即通過變頻器的特定的高速開關(guān)端子從外部輸入脈沖序列信號進(jìn)行頻率給定 并通過調(diào)節(jié)脈沖頻率來改變變頻器的輸出頻率 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 123 5 通訊給定 通訊給定方式就是指上位機(jī)通過通訊口按照特定的通訊協(xié)議 特定的通訊介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冾l器以改變變頻器設(shè)定頻率的方式 上位機(jī)一般指計算機(jī) 或工控機(jī) PLC DCS 人機(jī)界面等主控制設(shè)備 如圖1 19所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 124 圖1 19通訊給定方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 125 上位機(jī)和變頻器之間傳輸數(shù)據(jù)的方式主要有兩種 1 串行方式 它每次只傳送二進(jìn)制的一位 主要優(yōu)點(diǎn)是連線少 一般只有2根或3根 缺點(diǎn)是傳送速度較低 2 并行方式 它每次可傳送一個完整的字符 傳送速度快 但所需的連線較多 一般需要8根或16根 成本相應(yīng)就高了許多 由于上位機(jī)與變頻器之間的距離一般不會太遠(yuǎn) 對傳輸速度的要求也不是很高 因此在通常情況下都采用串行傳輸方式 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 126 1 2 5變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式是指如何控制變頻器的基本運(yùn)行功能 這些功能包括啟動 停止 正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 正向點(diǎn)動與反向點(diǎn)動 復(fù)位等 與變頻器的頻率給定方式一樣 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式也有操作器鍵盤控制 端子控制和通訊控制三種 這些運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式必須按照實(shí)際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置 同時也可以根據(jù)功能進(jìn)行相互之間的方式切換 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 127 1 操作器鍵盤控制 操作器鍵盤控制是變頻器最簡單的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式 用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的運(yùn)行鍵 停止鍵 點(diǎn)動鍵和復(fù)位鍵來直接控制變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn) 在操作器鍵盤控制下 變頻器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可以通過正反轉(zhuǎn)鍵切換和選擇 圖1 20所示為三菱FR DU04操作器鍵盤控制 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 128 圖1 20三菱操作器鍵盤控制 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 129 如果鍵盤定義的正轉(zhuǎn)方向與實(shí)際電動機(jī)的正轉(zhuǎn)方向 或設(shè)備的前行方向 相反時 可以通過修改相關(guān)的參數(shù)來更正 如有些變頻器參數(shù)定義是 正轉(zhuǎn)有效 或 反轉(zhuǎn)有效 有些變頻器參數(shù)定義則是 與命令方向相同 或 與命令方向相反 對于某些生產(chǎn)設(shè)備是不允許反轉(zhuǎn)的 如泵類負(fù)載 變頻器則專門設(shè)置了禁止電動機(jī)反轉(zhuǎn)的功能參數(shù) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 130 2 端子控制 1 正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)端子控制是變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令通過其外接輸入端子從外部輸入開關(guān)信號 或電平信號 來進(jìn)行控制的方式 這時這些由按鈕 選擇開關(guān) 繼電器 PLC或DCS的繼電器模塊就替代了操作器鍵盤上的運(yùn)行鍵 停止鍵 點(diǎn)動鍵和復(fù)位鍵 可以在遠(yuǎn)距離來控制變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 131 圖1 21端子控制原理 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 132 在圖1 21中 正轉(zhuǎn)FWD 反轉(zhuǎn)REV 點(diǎn)動JOG 復(fù)位RESET 使能ENABLE在實(shí)際變頻器的端子中有三種具體表現(xiàn)形式 上述幾個功能都是由專用的端子組成 即每個端子固定為一種功能 在實(shí)際接線中 非常簡單 不會造成誤解 這在早期的變頻器中較為普遍 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 133 上述幾個功能都是由通用的多功能端子組成 即每個端子都不固定 可以通過定義多功能端子的具體內(nèi)容來實(shí)現(xiàn) 在實(shí)際接線中 非常靈活 可以大量節(jié)省端子空間 目前的小型變頻器都有這個趨向 如艾默生TD900變頻器 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 134 上述幾個功能除正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)功能由專用固定端子實(shí)現(xiàn) 其余如點(diǎn)動 復(fù)位 使能融合在多功能端子中來實(shí)現(xiàn) 在實(shí)際接線中 能充分考慮到靈活性和簡單性于一體 現(xiàn)在大部分主流變頻器都采用這種方式 由變頻器拖動的電動機(jī)負(fù)載在實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)功能非常簡單 只需改變控制回路 或激活正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) 即可 而無須改變主回路 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 135 常見的正反轉(zhuǎn)控制有兩種方法 如圖1 16所示 FWD代表正轉(zhuǎn)端子 REV代表反轉(zhuǎn)端子 K1 K2代表正反轉(zhuǎn)控制的接點(diǎn)信號 0 表示斷開 1 表示吸合 圖1 22a的方法中 接通FWD和REV的其中一個就能正反轉(zhuǎn)控制 即FWD接通后正轉(zhuǎn) REV接通后反轉(zhuǎn) 若兩者都接通或都不接通 則表示停機(jī) 圖1 22b的方法中 接通FWD才能正反轉(zhuǎn)控制 即REV不接通表示正轉(zhuǎn) REV接通表示反轉(zhuǎn) 若FWD不接通 則表示停機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 136 常見的正反轉(zhuǎn)控制有兩種方法 如圖1 16所示 FWD代表正轉(zhuǎn)端子 REV代表反轉(zhuǎn)端子 K1 K2代表正反轉(zhuǎn)控制的接點(diǎn)信號 0 表示斷開 1 表示吸合 圖1 22a的方法中 接通FWD和REV的其中一個就能正反轉(zhuǎn)控制 即FWD接通后正轉(zhuǎn) REV接通后反轉(zhuǎn) 若兩者都接通或都不接通 則表示停機(jī) 圖1 22b的方法中 接通FWD才能正反轉(zhuǎn)控制 即REV不接通表示正轉(zhuǎn) REV接通表示反轉(zhuǎn) 若FWD不接通 則表示停機(jī) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 137 a 控制方法一 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 138 b 控制方法二 圖1 22正反轉(zhuǎn)控制原理 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 139 這兩種方法在不同的變頻器里有些只能選擇其中的一種 有些可以通過功能設(shè)置來選擇任意一種 但是如變頻器定義為 反轉(zhuǎn)禁止 時 則反轉(zhuǎn)端子無效 變頻器由正向運(yùn)裝過渡到反向運(yùn)轉(zhuǎn) 或者由反向運(yùn)轉(zhuǎn)過渡到正向運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中 中間都有輸出零頻的階段 在這個階段中 設(shè)置一個等待時間 即稱為 正反轉(zhuǎn)死區(qū)時間 如圖1 23所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 140 圖1 23正反轉(zhuǎn)死區(qū)時間 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 141 2 二線制和三線制控制模式 所謂三線制控制 就是模仿普通的接觸器控制電路模式 當(dāng)按下常開按鈕SB2時 電動機(jī)正轉(zhuǎn)啟動 由于X多功能端子自定義為保持信號 或自鎖信號 功能 松開SB2 電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)將能繼續(xù)保持下去 當(dāng)按下常閉按鈕SB1時 X與COM之間的聯(lián)系被切斷 自鎖解除 電動機(jī)停止運(yùn)行 如要選擇反轉(zhuǎn)控制 只需將K吸合 即REV功能作用 反轉(zhuǎn) 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 142 三線制控制模式的 三線 是指自鎖控制時需要將控制線接入到三個輸入端子 與此相對應(yīng)的就是以上講述的 二線制 控制模式 三線制控制模式共有兩種類型 如圖1 24a和圖1 24b 兩者的唯一區(qū)別是右邊一種可以接收脈沖控制 即用脈沖的上升沿來替代SB2 啟動 下降沿來替代SB1 停止 在脈沖控制中 要求SB1和SB2的指令脈沖能夠保持時間達(dá)50ms以上 否則為不動作 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 143 圖1 24三線制端子控制a 控制方法一b 控制方法二 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 144 3 點(diǎn)動 端子控制的點(diǎn)動命令將比鍵盤更簡單 它只要在變頻器運(yùn)行的情況下 無論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn) 都能設(shè)置單獨(dú)的兩個端子來實(shí)現(xiàn)正向點(diǎn)動和反向點(diǎn)動 其點(diǎn)動運(yùn)行頻率 點(diǎn)動間隔時間以及點(diǎn)動加減速時間跟鍵盤控制和通訊控制方式下相同 均可在參數(shù)內(nèi)設(shè)置 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 145 3 通訊控制 通訊控制的方式與通訊給定的方式相同 在不增加線路的情況下 只需對上位機(jī)給變頻器的傳輸數(shù)據(jù)改一下即可對變頻器進(jìn)行正反轉(zhuǎn) 點(diǎn)動 故障復(fù)位等控制 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 146 1 2 6交直交變頻器的基本構(gòu)造 交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合 機(jī)電一體的綜合性技術(shù) 既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換 整流 逆變 又要處理信息的收集 變換和傳輸 因此它的共性技術(shù)必定分成功率轉(zhuǎn)換和弱電控制兩大部分 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 147 前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題 后者要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬 軟件開發(fā)問題 在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù) 通用變頻器 一般都是采用交直交的方式組成 并由以下二部分組成 其基本構(gòu)成造如圖1 19所示 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 148 圖1 25通用變頻器的基本構(gòu)造 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 149 1 主回路 通用變頻器的主回路包括整流部分 直流環(huán)節(jié) 逆變部分 制動或回饋環(huán)節(jié)等部分 1 整流部分 通常又被稱為電網(wǎng)側(cè)變流部分 是把三相或單相交流電整流成直流電 常見的低壓整流部分是由二極管構(gòu)成的不可控三相橋式電路或由晶閘管構(gòu)成的三相可控橋式電路 而對中壓大容量的整流部分則采用多重化12脈沖以上的變流器 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 150 2 直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負(fù)載是異步電機(jī) 屬于感性負(fù)載 因此在中間直流部分與電機(jī)之間總會有無功功率的交換 這種無功能量的交換一般都需要中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件 如電容或電感 來緩沖 3 逆變部分 通常又被稱為負(fù)載側(cè)變流部分 它通過不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)逆變元件的規(guī)律性關(guān)斷和導(dǎo)通 從而得到任意頻率的三相交流電輸出 常見的逆變部分是由六個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 151 其半導(dǎo)體器件一般采用IGBT來作用 如圖1 26所示 IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu) 一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管 RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻 IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同 是一個場控器件 通斷由柵射極電壓uGE決定 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 152 導(dǎo)通 uGE大于開啟電壓UGE th 時 MOSFET內(nèi)形成溝道 為晶體管提供基極電流 IGBT導(dǎo)通 導(dǎo)通壓降 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小 使通態(tài)壓降小 關(guān)斷 柵射極間施加反壓或不加信號時 MOSFET內(nèi)的溝道消失 晶體管的基極電流被切斷 IGBT關(guān)斷 優(yōu)點(diǎn) 高輸入阻抗 電壓控制 驅(qū)動功率小 開關(guān)頻率高 飽和壓降低 電壓 電流容量較大 安全工作頻率寬 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 153 圖1 26IGBT原理 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 154 4 制動或回饋環(huán)節(jié) 由于制動形成的再生能量在電機(jī)側(cè)容易聚集到變頻器的直流環(huán)節(jié)形成直流母線電壓的泵升 需及時通過制動環(huán)節(jié)將能量以熱能形式釋放或者通過回饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換到交流電網(wǎng)中去 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 155 制動環(huán)節(jié)在不同的變頻器中有不同的實(shí)現(xiàn)方式 通常小功率變頻器都內(nèi)置制動環(huán)節(jié) 即內(nèi)置制動單元 有時還內(nèi)置短時工作制的標(biāo)配制動電阻 中功率段的變頻器可以內(nèi)置制動環(huán)節(jié) 但屬于標(biāo)配或選配需根據(jù)不同品牌變頻器的選型手冊而定 大功率段的變頻器其制動環(huán)節(jié)大多為外置 至于回饋環(huán)節(jié) 則大多屬于變頻器的外置回路 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 156 2 控制回路 控制回路包括變頻器的核心軟件算法電路 檢測傳感電路 控制信號的輸入輸出電路 驅(qū)動電路和保護(hù)電路組成 現(xiàn)在以某通用變頻器為例來介紹控制回路 如圖1 27所示 它包括以下幾個部分 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 157 1 開關(guān)電源變頻器的輔助電源采用開關(guān)電源 具有體積小 效率高等優(yōu)點(diǎn) 電源輸入為變頻器主回路直流母線電壓或?qū)⒔涣?80V整流 通過脈沖變壓器的隔離變換和變壓器副邊的整流濾波可得到多路輸出直流電壓 其中 15V 15V 5V共地 15V給電流傳感器 運(yùn)放等模擬電路供電 5V給DSP及外圍數(shù)字電路供電 相互隔離的四組或六組 15V電源給IPM驅(qū)動電路供電 24V為繼電器 直流風(fēng)機(jī)供電 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 158 2 DSP 數(shù)字信號處理器 TD系列變頻器采用的DSP為TMS320F240 主要完成電流 電壓 溫度采樣 六路PWM輸出 各種故障報警輸入 電流電壓頻率設(shè)定信號輸入 還完成電機(jī)控制算法的運(yùn)算等功能 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 159 3 輸入輸出端子變頻器控制電路輸入輸出端子包括 輸入多功能選擇端子 正反轉(zhuǎn)端子 復(fù)位端子等 繼電器輸出端子 開路集電極輸出多功能端子等 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 160 模擬量輸入端子 包括外接模擬量信號用的電源 12V 10V或5V 及模擬電壓量頻率設(shè)定輸入和模擬電流量頻率設(shè)定輸入 模擬量輸出端子 包括輸出頻率模擬量和輸出電流模擬量等 用戶可以選擇0 1mA直流電流表或0 10V的直流電壓表 顯示輸出頻率和輸出電流 當(dāng)然也可以通過功能碼參數(shù)進(jìn)行選擇輸出信號 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 161 4 SCI口TMS320F240支持標(biāo)準(zhǔn)的異步串口通訊 通訊波特率可達(dá)625kbps 具有多機(jī)通訊功能 通過一臺上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)多臺變頻器的遠(yuǎn)程控制和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視功能 5 操作面板部分DSP通過SPI口 與操作面板上相連 完成按鍵信號的輸入 顯示數(shù)據(jù)輸出等功能 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 162 圖1 27通用變頻器控制回路圖 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 163 1 3技能訓(xùn)練 三菱A700變頻器的初步認(rèn)識 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 164 1 3 1三菱A700變頻器的認(rèn)識 從包裝箱取出1 5KW三菱變頻器A700 如圖1 28所示 檢查正面蓋板的容量銘牌和機(jī)身側(cè)面的定額銘牌 確認(rèn)變頻器型號 產(chǎn)品是否與定貨單相符 機(jī)器是否有損壞 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 165 圖1 28三菱A700變頻器外觀 項(xiàng)目一輸送帶變頻器控制 166 通過了解三菱A700變頻器的銘牌并進(jìn)行變頻器的拆裝的具體步驟如下 第一步 觀察三菱A700變頻器的銘牌