第9章-变频器系统的选择与操作.ppt

第第9章章 变频器系统的选择与操作变频器系统的选择与操作 9.1 9.1 变频器的变频器的选择选择 变变频频器器的的拖拖动动对对象象是是电电动动机机，变变频频器器的的选选择择与与电电动动机机的的结结构构形形式式及及容容量量有关，还与电动机所带负载的类型特性相关。有关，还与电动机所带负载的类型特性相关。9.1.1 9.1.1 笼型电动机笼型电动机 1 1依据负载电流选择变频器依据负载电流选择变频器 2 2考虑低速转矩特性考虑低速转矩特性 3 3考虑短时最大转矩考虑短时最大转矩 4 4考虑容许最高频率范围考虑容许最高频率范围 5.5.考虑噪声和振动考虑噪声和振动 9.1.2 9.1.2 绕线式异步电动机绕线式异步电动机 绕绕线线式式异异步步电电动动机机采采用用变变频频器器控控制制运运行行，大大多多是是对对老老设设备备进进行行改改造造，利利用用已已有有的的电电机机。改改用用变变频频器器调调速速时时，可可将将绕绕线线式式异异步步机机的的转转子子短短路路，去去掉掉电电刷刷和和起起动动器器。考考虑虑电电机机输输出出时时的的温温度度上上升升的的问问题题，所所以以要要降降低低容容量量的的1010以上。应选择比通常容量稍大的变频器。以上。应选择比通常容量稍大的变频器。.9.1.3 变频器专用电机变频器专用电机 普通电机是按工频电源下能获得最佳特性而设计的，所以普通电机是按工频电源下能获得最佳特性而设计的，所以使用通用变频器时，根据用途在特性、强度等方面受到使用通用变频器时，根据用途在特性、强度等方面受到限制。因此，为变频器传动而设计的各种专用电机已有限制。因此，为变频器传动而设计的各种专用电机已有系列化产品。系列化产品。变频器专用电机的分类有以下几种：变频器专用电机的分类有以下几种：1)在运转频率区域内低噪声、低振动。在运转频率区域内低噪声、低振动。2)在低频区内提高连续容许转矩在低频区内提高连续容许转矩(恒转矩式电机恒转矩式电机)。3)高速用电机。高速用电机。4)用于闭环控制用于闭环控制(抑制转速变动抑制转速变动)的带测速发电机的电机。的带测速发电机的电机。5)矢量控制用电机。矢量控制用电机。.9.2 变频调速系统的主电路及电器选择 变频调速系统比较完整的主电路，如图9-3所示。图图9-3 森兰森兰SB70G变频调速系统的完整主电路变频调速系统的完整主电路.9.2.1 9.2.1 断路器断路器 变频调速系统的主电路是指从交流电源到负载之间的电路变频调速系统的主电路是指从交流电源到负载之间的电路。1.断路器的功能断路器的功能 1)隔离作用隔离作用;2)保护作用保护作用2.2.断路器的选择断路器的选择 低压断路器的额定电流低压断路器的额定电流IQN应选：应选：IQN （1.3 1.41.4）IN （9-1）式中式中 IN 变频器的额定电流。变频器的额定电流。在在电电动动机机要要求求实实现现工工频频和和变变频频的的切切换换控控制制的的电电路路中中，断断路路器器应应按按电电动动机机在在工频下的起动电流来进行选择：工频下的起动电流来进行选择：IQN 2.5 IMN （9-2）式中式中 IMN 电动机的额定电流电动机的额定电流。.9.2.2 电磁接触器 电电磁磁接接触触器器的的功功能能是是在在变变频频器器出出现现故故障障时时切切断断主主电电源源，并并防防止止掉电及故障后的再起动。掉电及故障后的再起动。1)1)输入侧接触器的选择输入侧接触器的选择 I IKNKN I IN N （9-39-3）2)2)输出侧接触器的选择输出侧接触器的选择 I IKNKN 1.1 1.1 I IMNMN （9-49-4）3 3）工频接触器的选择）工频接触器的选择 工工频频接接触触器器的的选选择择应应考考虑虑到到电电动动机机在在工工频频下下的的起起动动情情况况，其其触触点点电电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。.9.2.3 输入交流电抗器 输入交流电抗器可抑制变频器输入电流的高次谐输入交流电抗器可抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善功率因数。输入交流电抗器为另购波，明显改善功率因数。输入交流电抗器为另购件，在以下情况下应考虑接入交流电抗器：件，在以下情况下应考虑接入交流电抗器：变变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为101101以上；以上；同一电源上接有晶闸管变流器负同一电源上接有晶闸管变流器负载或在电源端带有开关控制调整功率因数的电容载或在电源端带有开关控制调整功率因数的电容器；器；三相电源的电压不平衡度较大（三相电源的电压不平衡度较大（3%3%）；变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分，变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分，这这些些高高次次谐谐波波电电流流都都是是无无功功电电流流，使使变变频频调调速速系系统统的的功功率率因因数数降降低低到到0.750.75以下以下变频器的功率变频器的功率30kW30kW。表9-2 常用交流电抗器的规格.9.2.4 无线电噪声滤波器 滤波器就是用来削弱这些较高频率的谐波电流，以防止变频器滤波器就是用来削弱这些较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成对其他设备的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成。a)a)输入侧滤波器输入侧滤波器 b)b)输出侧滤波器输出侧滤波器 c)c)滤波电抗器的结构滤波电抗器的结构 图图9-9 9-9 无线电噪声滤波器无线电噪声滤波器 各各相相的的连连接接线线在在同同一一个个磁磁心心上上按按相相同同方方向向绕绕4圈圈(输输入入侧侧)或或3圈圈(输输出出侧侧)构构成成。需需要要说说明明的的是是：三三相相的的连连接接线线必必须须按按相相同同方方向向绕绕在在同同一一个个磁磁心心上上，这这样样，其其基基波波电电流流的的合合成成磁磁场场为为0，因因而而对对基基波波电电流流没没有影响。有影响。.9.2.5 制动电阻及制动单元 制制动动电电阻阻及及制制动动单单元元的的功功能能是是当当电电动动机机因因频频率率下下降降或或重重物物下下降降(如如起起重重机机械械)而而处处于于再再生生制制动动状状态态时时，避避免免在在直直流流回回路路中中产产生生过过高高的泵生电压。的泵生电压。1.1.制动电阻制动电阻R RB B的选择的选择 1 1）电阻值大小的选择）电阻值大小的选择 R RB B=U UDHDH/2/2I IMNMNU UDHDH/I IMN MN （9-59-5）式中式中 U UDH DH 直流回路电压的允许上限值直流回路电压的允许上限值(V)(V)，在我国，在我国，U UDHDH600V600V。2)2)电阻的功率电阻的功率P PB B （9-69-6）式中式中 修正系数。修正系数。2.制动单元制动单元VB 一般情况下，只需根据变频器的容量进行配置即可。一般情况下，只需根据变频器的容量进行配置即可。.9.2.6 直流电抗器 直直流流电电抗抗器器除除了了提提高高功功率率因因数数外外，还还可可削削弱弱在在电电源源刚刚接接通通瞬瞬间间的的冲冲击击电电流流。如如果果同同时时配配用用交交流流电电抗抗器器和和直直流流电电抗抗器器，则则可可将将变变频频调调速速系系统统的的功功率率因因数数提高至提高至0.95以上。以上。图图9-10 直流电抗器的外形直流电抗器的外形 表表9-4 常用直流电抗器的规格常用直流电抗器的规格.9.3 变频器系统的控制电路 9.3.1 9.3.1 变频器控制电路的主要组成变频器控制电路的主要组成 为为变变频频器器的的主主电电路路提提供供通通断断控控制制信信号号的的电电路路，称称为为控控制制电电路路。其其主主要要任任务务是是完完成成对对逆逆变变器器开开关关器器件件的的开开关关控控制制和和提提供供多多种种保保护护功功能能。控控制制方方式式有有模模拟拟控控制制和和数数字字控控制制两两种种。目目前前已已广广泛泛采采用用了了以以微微处处理理器器为为核核心心的的全全数数字字控控制制技技术术，采采用用尽尽可可能能简简单单的的硬硬件件电电路路，主主要要靠靠软软件件完完成成各各种种控控制制功功能能，以以充充分分发发挥挥微微处处理理器器计计算算能能力力强强和和软软件控制灵活性高的特点。件控制灵活性高的特点。.1-11电力电子系统电力电子系统：由控制电路控制电路、驱动电路驱动电路、保护电路保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路主电路组成。图9-11 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行应用电力电子器件系统组成电气隔离控制电路.控控制制电电路路的的基基本本结结构构如如图图9-12所所示示，它它主主要要由由主主控控板板、键键盘盘与与显显示示板板、电电源源板板、外接控制电路等构成外接控制电路等构成。图图9-12 控制电路的基本结构控制电路的基本结构.9.3.2 正转控制电路 图9-13 由继电器控制的正转运行电路.9.3.3 正、反转控制 图9-14 三位旋钮开关控制正、反转电路.图9-15 继电器控制的正反转电路.9.3.4 升速与降速控制 以森兰BT40系列变频器为例，通过对频率给定方式的功能进行设定后，可使“X4”和“X5”控制端子具有如下功能：“X5-CM”接通频率上升；“X5-CM”断开频率保持。“X4-CM”接通频率下降；“X4-CM”断开频率保持。图9-16 变频器升速、降速控制.9.3.5 变频与工频切换的控制电路 图9-17 变频与工频切换的控制电路.9.3.6 变频器的程序控制 变频器的程序控制方式主要有两种：1用变频器的编程功能进行程序控制(1)基本要求的预置 以森兰SB61系列变频器为例，有：1)程控功能选择(F700)“0”程控功能无效；“1”循环N个周期后停止；“2”循环N个周期后，以第15挡频率运行；“3”连续循环运行；“4”程序控制优先；2)计时单位选择(F701)“0”计时单位为s；“1”计时单位为min。(2)各程序段的预置1)运行时间 功能码如F703、F705、F707等。2)运行频率 第一程序的频率为多挡转速的第一挡运行频率(F616)、第二程序的频率为多挡转速的第二挡运行频率(F617)，以此类推。3）运行方向及加减速时间 功能码如F704、F706、F708等。2.多挡转速控制电路几乎所有的变频器都具有多挡转速的功能，各挡转速间的转换是由外接开关的通断组合来实现的。三个输入端子可切换8挡转速(包括0速)。.9.4 外接给定电路 9.4.1 9.4.1 频率给定信号的种类和电路频率给定信号的种类和电路 1.1.数字量给定方式数字量给定方式 （1 1）面板给定）面板给定 （2 2）通讯接口给定）通讯接口给定 2.2.模拟量给定方式模拟量给定方式 （1 1）电位器给定）电位器给定 （2 2）直接电压）直接电压(或电流或电流)给定给定 由由外外部部仪仪器器设设备备直直接接向向变变频频器器的的给给定定端端输输出出电电压压或或电电流流信信号号，端端子子“VRFVRF”为给定电压信号输入端，端子为给定电压信号输入端，端子“IRFIRF”为给定电流信号输入端。为给定电流信号输入端。.9.4.2 频率给定线 1 1频率给定线的定义频率给定线的定义 由由模模拟拟量量进进行行外外接接频频率率给给定定时时，变变频频器器的的给给定定频频率率f fx x与与给定信号给定信号x x之间的关系曲线之间的关系曲线f fx x=f f(x x)，称为频率给定线。，称为频率给定线。2 2基本频率给定线基本频率给定线 在在给给定定信信号号x x从从0 0增增大大至至最最大大值值x xmaxmax的的过过程程中中，给给定定频频率率f fx x线性地从线性地从0 0增大到增大到f fmaxmax的频率给定线称为基本频率给定线。的频率给定线称为基本频率给定线。.9.5 变频器与PLC的联结 9.5.1 PLC9.5.1 PLC与变频器联结时注意的问题与变频器联结时注意的问题 1.1.开关指令信号的输入开关指令信号的输入 PLC PLC通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件元器件(如晶体管如晶体管)与变频器连接，获取运行状态指令。与变频器连接，获取运行状态指令。2.2.数值信号的输入数值信号的输入 变频器中也存在一些数值型变频器中也存在一些数值型(如频率、电压等如频率、电压等)指令信指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种，数字输入多采号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种，数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来设定；模拟输入则用变频器面板上的键盘操作和串行接口来设定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常是通过通过接线端子由外部给定，通常是通过0 010V10V（或（或5V5V）的）的电压信号或者电压信号或者0 0（或（或4 4）20mA20mA的电流信号输入。的电流信号输入。.9.5.2 PLC与变频器联结实现多挡速控制 例：某机床有8挡转速(0挡转速为0)，由手柄的8个位置来控制，采用PLC控制是比较方便的。.9.6 变频器“1控X”切换技术 “1控3”供水电路原理图 图9-27 BT12S系列变频器“1控3”供水电路原理图.图9-27中，以成都森兰BT12S系列变频器为例，在进行多台切换控制时，须附加一块继电器扩展板，以便控制线圈电压为交流220V的接触器。接触器1KM1用于接通变频器的电源，接触器1KM2、2KM2、3KM2分别用于将各台水泵电动机接至变频器；接触器1KM3、2KM3、3KM3分别用于将各台水泵电动机直接接至工频电源。目标信号可通过操作面板的功能按键设置，或使用电位器RP设置。远传压力表的反馈信号SP接在变频器的VPF端子。BT12S在对“1控3”在进行功能预置时，除常规的功能外，还须专门针对1台变频器控制3台水泵设定如下功能：1)电动机台数(功能码：F53)本例中，预置为“2”(1控3模式)；2)启动顺序(功能码：F54)本例中，预置为“0”(1#机首先启动)；3)附属电动机(功能码：F55)本例中，预置为“0”(无附属电动机)；4）换机间隙时间(功能码：F56)根据电动机的容量大小来设定，容量越大，时间越长。一般情况下，0.5s已经足够；5)切换频率上限(功能码：F57)通常，以4950Hz为宜。6)切换频率下限(功能码：F58)在多数情况下，以30 35Hz为宜。.9.7 变频器与PC机的通信 9.7.1 计算机与变频器的通信连接 计算机通常只配置RS-232串口，而RS-232传输距离只有几十米，无法满足用户对现场控制的要求，需要配置一个RS-232/RS-485转换器，采用半双工RS-485的串行通信方式，可以使传输距离达到1km以上。图9-28所示为计算机与变频器硬件连接框图。图9-28 计算机与变频器硬件连接框图.9.7.2 SB70 变频器的通信协议 SB70 变频器使用的是RS-485 Modbus 协议，该协议包含三个层次：物理层、数据链路层和应用层。物理层和数据链路层采取了基于RS-485 Modbus 协议的接口方式，应用层即控制变频器运行、停止、参数读写等操作。.9.7.3 计算机与变频器的数据格式 SB70 变频器使用的数据格式有：1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，1个停止位。1个起始位，8个数据位，偶校验，1个停止位。1个起始位，8个数据位，奇校验，1个停止位。1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，2个停止位。默认为1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，1个停止位。数据格式的选择可查阅附录B，通过功能码FF-01进行设置。.9.7.4 计算机与变频器的波特率 SB70 变频器使用的波特率有：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps、250000bps、500000bps。默认值为9600bps。波特率选择可可查阅附录B，通过功能码FF-02进行设置。.9.7.5 变频器参数编址 变频器参数编址方法：16 位的Modbus 参数地址的高8 位是参数的组号，低8 位是参数的组内序号，按16 进制编址。例如参数F4-17 的地址为：0411H。对于通讯变量（控制字，状态字等），参数组号为50（32H）。.9.7.6 通讯中的数据类型 通讯中的数据类型：通讯中传输的数据为16 位整数，最小单位可从参数一览表中参数的小数点位置看出。例如：对于F0-00“数字给定频率”的最小单位为0.01Hz，因此对Modubus 协议而言，通讯传输5000 就代表50.00Hz。.本 章 小 结 变频器系统包括变频器、电动机和负载等。学完本章后，应当具备电气技术人员以下的知识和技能：1.了解变频器的结构和性能。2.对变频器的功能参数进行合理正确的设置。3.能根据负载的工作要求选择电动机和变频器的型号。4.能合理选择系统中的主要电器：断路器、接触器、继电器和开关器件。5.会设计变频器系统的正转、反转、正反转、工频-变频切换的控制电路。6.会使用PLC对变频器系统进行功能扩展设计。7.能够进行变频器与PC机的通讯。.谢谢！.