哈工大变频器6.ppt

1、第6章 变频器应用实例,第6章 变频器应用实例,本章介绍变频器在工程上的应用实例，学习目的：开阔视野，了解变频器在工程上的应用情况及收到的效益。了解变频调速控制系统的组成和基本设计方法。,本章主要内容：变频器在工程上的应用实例。6.1 变频器在恒压供水中的应用6.2 变频器在电梯中的应用学时：2,6.1 变频器在恒压供水中的应用,本节主要内容：恒压供水技术的发展历程变频恒压供水的应用变频恒压供水的优点,1.恒压供水技术的发展历程,什么是恒压供水用户端在任何时候不管用水量的大小总能保持管网中水压的基本稳定。,实现恒压供水的方法水泵的开机台数或转速随用水量的大小自动调节保持管网压力的恒定并达到节能

2、的目的。,恒压供水系统的发展历程单泵恒压调速多泵恒压调速通用变频器恒压调速专用变频器恒压调速,恒压供水专用变频器的特点变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，使水压的调节十分稳定平滑，系统的调试也非常简单、方便。恒压供水变频器的价格比通用变频器略微高一点，但功能却强很多节省了安装调试时间。,2.变频恒压供水的应用,系统组成变频器（15KW）水泵组（3台,15kW）一拖多控制方式，减少设备费用压力变送器(DT),工作原理 安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器 实时将压力、流量等非电量信号转换为电信号（4 20mA），输入至变频器。变频器中的调节器根据给定压力和实际压力检测信号，自动调节水

3、泵电机的转速，使给水压力保持恒定。,图6-1 变频恒压给水系统的结构,图6-2 1拖3供水系统电路图,工作过程 首先1泵由变频器供电（1KM1闭合）调节器自动变频器输出频率，使给水压力保持恒定 当频率上升到50Hz时仍不能满足供水要求时，自动将1泵切换到工频运行（1KM1断开,1KM2闭合）；2泵由变频器供电（2KM1闭合），给水系统处于“1工1变”运行状态。依次规律逐个投入运行，最大供水量时，处于“2工1变”运行状态。当用水量减小时，变频器输出频率下降到下限频率后，如果供水量仍大于用水量，则自动将1泵停止运行，依次规律逐个切除。,变频器的系统功能介绍沉睡（睡眠）功能：当变频器输出频率已经下降

4、到下限频率，而压力仍偏高时，水泵应停止工作。唤醒（苏醒）功能：当压力小于某一下限值时，应使变频器重新开始工作。定时开关机功能 自动（手动）巡检功能，以防止水泵长期不运行而锈死。PID的调节功能，自动调节输出频率，使压力恒定 多种保护及故障报警功能，如断相、过载、欠压等保护及报警功能。,1拖3变频器的参数配置根据水泵的功率和额定电流来选择变频器，一般情况下变频器的额定电流是水泵电机额定电流的1.2 2倍。适当设置变频器的载波频率，减小漏电流对水泵电机的破坏。适当设置变频系统的线性加速、线性减速时间和S型曲线的时间,以保证系统稳定运行。变频器的下限频率不能过低，一般不能低于25Hz，否则水泵压力不

5、能达到要求。,表6-1 J9Zn系列变频器一拖多恒压供水时主要功能参数,故障处理电动机不转，查看热继电器是否已动作；电动机转速上不去，查看水压是否已接近上限；电动机一直升到满速下不来，查看压力变送器有无输出，再检查控制仪输出电流是否已到上限；电动机转速不稳定，查看控制仪输入、输出是否稳定，可调节PID参数看有无稳定趋势。,3.变频恒压供水的优点,变频恒压供水的优点节约电能：根据所需流量，变频器自动调节转速，可以大量节约电能（与靠开关阀门调节流量相比）节约用水：管道保持恒压，杜绝崩管现象，减少跑、漏，从而节约用水。延长系统的使用寿命：管道保持恒压，杜绝崩管现象，延长更换周期；电机启动平缓，延长使

6、用寿命。系统管理维护方便：主要设备相对集中，自动化程度高，便于管理维护。,小 结,重点：恒压供水系统中变频器的系统功能难点：一拖多方式下泵的循环投、切过程,6.1 变频器在恒压供水中的应用恒压供水技术的发展历程变频恒压供水的应用变频恒压供水的优点,主要知识点：变频器在恒压供水系统中的应用情况；恒压供水专用变频器的一些特殊功能,6.2 变频器在电梯中的应用,本节主要内容：电梯概述安川616G5变频器调速系统变频器功率及制动电阻的选择电梯用变频器的主要功能常见问题分析,1.电梯概述,电梯分类乘客电梯载货电梯住宅电梯病床电梯观光电梯。,电梯的发展直流恒速拖动电梯交流双速电梯交流调压调速电梯交流变频调

7、速,电梯专用变频器的特点安全性：变频器有完善的硬件及其保护功能，可靠性高；舒适性：低速时有较大转矩，转矩波动小，低噪音；经济性：程序控制功能完善，无需外加设备。,2.616G5变频器调速系统,安川616G5变频器的性能 属矢量控制变频器调速范围1：1000，控制精度0.02%，零速起动力矩150%全领域、全自动力矩提升功能可接受控制器的多段速频率指令或者模拟电压、电流指令；具有“自学习”功能，可自动测得电动机的各种参数并进行存储；低速下平稳起动性好；硬件可靠性与性价比高。,调速系统电路结构变频器完成拖动电动机的调速功能电梯运行中的逻辑控制由PLC或单片机来完成。通过旋转编码器和专用PG卡，形成

8、速度闭环系统。制动电阻用于消耗电梯运行处于发电状态时所反馈的能量。,图6-16 调速系统原理图,系统运行过程PLC发出运行及高速运行信号变频器按照设定的加速曲线起动起动时间3s左右，然后维持50Hz运行。当换速信号到来，PLC 撤销高速信号，输出爬行信号（爬行输出频率为6Hz）变频器按照设定的减速曲线减速到6Hz（时间3s之内）变频器以6Hz的速度爬行。,到达平层时机箱给出平层信号，PLC撤销运行及爬行信号变频器减速为0，变频器零速输出点断开，通过PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。,3.变频器功率及制动电阻的选择,616G5变频器特点功率等级：7.5kW、11 kW、15 kW、18.5 k

9、W、22 kW、30 kW15 kW以下的内置制动单元，18.5 kW以上的内置直流电抗器电梯用变频器还需选用制动单元与制动电阻。,变频器功率应满足以下几点,制动电阻的选择制动电阻过大，会使制动力矩不足制动电阻过小，会使电流过大，电阻发热对于提升高度较大、电动机转速较高的情况，可适当减小电阻阻值，但不能低于制造商规定的最低值。若最小值不能满足制动力矩，要更换大一级功率的变频器。,4.电梯用变频器的主要功能,与电梯控制有关的功能1.标准操作顺序：起停控制、速度切换等2.S曲线加减速：减小振动，提高舒适度3.四种电梯专用运行方式：楼层距离学习方式：自动学习每一楼层的距离检修方式：电梯检修时的运行方

10、式减速点控制方式:自动减速至平层位置复位运行方式：控制电梯运行到终端站，使系统复位4.减速时失速防止：应设为无效，保证快速停止。,5.制动电阻过热保护：电子热继电器。6.瞬停再起功能：无效。7.转矩限制功能：转矩设定值设为电动机额定转矩输出的参考值。8.通信功能：Modbus通信接口，实现联网功能9.互锁功能：开/关安全互锁，保证变频器与机械制动的衔接准确无误。10.保护功能：除一般变频器的保护功能外还具有过速保护功能。11.再生制动功能：电梯一半时间运行于制动模式，采用具有再生制动功能的变频器可达到节能的目的。,5.常见问题,变频器在电梯应用中常见问题和解决办法1.输入了运行信号，电动机不转

11、：设定端子控制方式、方向指令和频率指令。2.电动机旋转方向相反：调换电动机的任意两相电源线，交换编码器AB方向。3.上行正常，下行时减速不正常：制动电阻值过大。4.电动机过热：长期低速高转矩运行；没有进行自学习而设定的参数差异太大；检修运行或爬行运行没有在零速抱闸。,5.起动与停止振动：方向指令、频率指令、抱闸控制的时间配合与制造商推荐值相差较大；编码器安装不正常；电动机轴承与减速箱老化。6.加速完成与减速开始有冲击感：加减速参数设置不正常。7.电动机完全失控：运行指令与频率给定异常；8.变频器干扰工频电源：加入交流电抗器；减小载波频率。9.变频器过热：变频器风扇损坏；机房温度高；输出电流异常

12、。,小 结,重点：与电梯控制相关的变频器功能难点：变频器在电梯应用中常见故障和解决办法,6.2 变频器在电梯中的应用电梯分类及其传动技术的发展安川616G5变频器调速系统变频器功率及制动电阻的选择电梯用变频器的主要功能常见问题分析,主要知识点：变频器在电梯传动系统中的应用情况电梯专用变频器的一些特殊功能,本章小结,第6章 变频器应用实例6.1 变频器在恒压供水中的应用6.2 变频器在电梯中的应用,学习目的开阔视野，了解变频器在工程上的应用情况了解变频调速系统的组成和设计方法,本章介绍了变频器在工程应用中的两个应用实例，从中可总结出变频器应用的一些特点：不同应用场合，变频器的选择不同，变频器控制

13、系统的结构不同，参数设置不同。专用变频器中增加了一些特殊功能，很好地适应了应用领域中传动系统的要求，使设备工作于最佳状态。应用变频器后可实现节能的目的。频繁调速的系统，一般均使用变频器进行调速，PLC或单片机实现逻辑控制。,作业：第6章 习题（电子文档）,变频器原理与应用 第35讲,变频器原理与应用复习指导,复习指导,本节主要内容：结合教材回顾已学习的内容王兆义.变频器应用与实训指导.高等教育出版社,2005G120操作手册（简明版）电子文档 系统地列出每章的主要知识点 明确每章的复习重点 学时：1,课程性质“变频器原理与应用”是一门应用性较强的专业课程是“数学”、“物理”、“电工基础”、“电

14、子技术”、“电力电子技术”、“电力拖动”、“电气控制”等课程的后续课程。同时又与“交直流调速系统”、“控制技术”等专业课程有着横向联系。课程的主要任务掌握变频器的结构和工作原理。掌握安装、调试变频器的基本技能。掌握设计变频调速系统的基本方法。,课程结构,第1章 基础知识,变频器的概念：由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电气设备变频器的用途：用于驱动交流电动机进行连续平滑的变频调速。变频调速的效果节能提高速度和精度提高生产率和产品质量延长设备使用寿命增加使用者的舒适度等,本章主要内容：1.1 三相异步电动机1.2 三相异步电动机的起动和制动1.3 电力电子器件

15、简介1.4 脉冲宽度调制（PWM）原理1.5 变频器的组成和分类,异步电动机的调速原理,有级调速,设备费用高,异步电动机的特性U1/1=常数，才能使电动机正常工作,变极调速实现方法：改变定子绕组的接线方式。缺点：有级调速。变转差率调速适应对象：线绕型异步电动机或滑差电动机。实现方法:串级调速、调压调速等。缺点：随着s的增大，电动机的机械特性会变软，效率降低。变频调速实现方法:通过改变电动机的电源频率进行调速优点：调速范围宽，调速平滑性好，调速前后的不改变机械特性硬度，调速的动态特性好等。,异步电动机的三种调速方式的比较,图1.5 变频调速时的机械特性,ffn:恒功率调速；,异步电动机变频调速时

16、的机械特性,三相异步电动机的起动方式三相异步电动机的制动方式,直接起动降压起动低频起动,直流制动回馈制动反接制动,三相异步电动机的起动和制动,脉冲宽度调制（缩写为PWM）技术 按照一定的规则和要求对一系列脉冲宽度进行调制，来得到所需要的等效波形。,（交直交）变频器的结构,三相桥式SPWM逆变电路的结构,IGBT,图1.25 三相桥式逆变电路,SPWM调制原理,调制信号为三相正弦波,载波公用,控制方式 双极性 SPWM调频方法：改变三相调制信号的频率调压方法：改变三相调制信号的幅度,变频器的主电路 整流、滤波、逆变、制动 变频器的控制电路 主控制板、操作面板、电源、输入端子、输出端子、通信接口

17、变频器的分类 变换环节、电压等级、用途,变频器的组成和分类,第2章 通用变频器的功能,本章主要内容：介绍通用变频器的主要功能 2.1 频率控制功能2.2 U/f 控制功能2.3 矢量控制功能2.4 运行控制与保护功能2.5 变频器的闭环运行2.6 变频器的外部接线,频率给定方式 通过操作面板 模拟输入端子：频率增益与偏置 开关输入端子：多段速控制功能 保护功能 上、下限频率、回避频率 加、减速时间和曲线,变频器的频率控制功能,变频器的U/f 控制功能U/f 控制方式 U/f=常数 的控制方式该方式下的特殊控制功能 转矩补偿功能 节能运行控制功能 转差补偿功能,矢量控制是变频器的一种高性能的控制

18、方式，其控制原理类似于直流电动机。矢量控制的原理将定子电流人为分解为两个相互垂直的矢量；（即励磁电流和转子电流）；然后用他励直流电动机的控制方式去控制交流异步电动机。,变频器的矢量控制功能,运行控制点动控制：正向点动，反向点动长动控制：启动，停止，反转制动方式：回馈制动、直流制动保护功能瞬时停电再起动功能过载保护功能,变频器的运行控制与保护功能,转速闭环控制的优点：提高速度控制的精度。测速元件：光电编码器（简称PG）,图2-16 光电编码器,图2-17 转速闭环控制系统,变频器的转速闭环控制功能,PID调节器 比例(P)、积分(I)、微分(D)调节器的总称。比例调节器：用于提高响应速度，但存在

19、静差。积分调节器：无静差，但使系统响应滞后。微分调节器：补偿系统的滞后特性。三者结合，取长补短就构成了PID调节器。,采用PID调节器闭环控制系统变频器的PID功能一般内置在变频器中。PID调节器的反馈信号：来自压力传感器、速度传感器、流量传感器等的测量信号。PID的输出信号：用来控制变频器的速度等变量。,变频器的PID控制功能,变频器的外部接线,主电路的端子的功能与接线控制端子的功能与接线模拟量控制端子开关量控制端子,第3章 西门子通用变频器,本章主要内容：以西门子为例（同时参照富士变频器），学习变频器的产品性能和基本使用方法。3.1 西门子变频器概述3.2 西门子变频器的电气连接3.3 西

20、门子变频器的调试方法3.4 G120的快速调试和参数识别3.5 G120的应用调试,西门子G120 变频器组成模块化结构：功率模块（PM）和控制单元（CU）分体设计。,这种变频器单元的自由组合能力在同等产品中是独一无二的!,&,Power module,Control Unit,西门子G120 变频器控制单元的型号,CU240S为高级的控制单元完成变频器的闭环控制功能。,CU240E为基本的控制单元。用于一些普通的应用场合。,西门子G120 变频器功率单元的型号,PM240(3相.400VAC 0.37 110kW）,外形尺寸FSA到FSF内置制动单元,PM250(3相.400VAC 5.5

21、75kW),新特点:再生能量回馈，可以将再生能量回馈电网,FSA,FSF,功率模块PM240的接线,图3.6 PM240接线图,电源输入端子：L1、L2、L3,PE负载输出端子：U2、V2、W2,PE外接制动电阻：DCP、R2抱闸继电器的驱动电路 A、BPM250不需外接制动电组,控制单元CU240S DP的接线,变频器的调试方法变频器的功能是以参数的形式加以体现。变频器的功能越丰富，对应的参数越多，变频器的适应性就越强。通过修改变频器的参数值，使变频器适用于所应用的场合，该过程称为变频器的调试。在调试中，可利用操作面板、调试软件等工具修改变频器的参数。,西门子G120变频器的操作面板,G12

22、0的调试步骤快速调试：基本参数的配置。电源参数,电机参数变频器运行方式：命令设定值来源电机工作特点：最小频率最大频率及上升斜坡下降斜坡时间。调速控制方式：矢量控制、U/F控制电机参数识别、控制参数计算：优化控制性能应用调试：使调速系统与负载更好地匹配。输入、输出端子的功能 频率给定功能：固定频率选择、跳转频率 运行控制功能：点动,第4章 变频器控制电路,本章主要内容：变频器使用时要根据具体应用情况，配备相应的控制电路。本章学习基本控制电路，为应用奠定基础。4.1 变频器启动与正反转控制4.2 变频器并联控制电路4.3 变频器制动及保护控制电路4.4 变频器多段速控制电路4.5 工频-变频切换控

23、制电路,图4-2 变频器的正反转控制电路原理图,SB1按钮 变频器通电SB2按钮 变频器断电SB3按钮 正转启动SB4按钮 反转启动SB5按钮 电机停止KA1继电器 正转控制KA2继电器 反转控制,变频器的正反转控制,采用按钮和继电器构成接点式逻辑控制电路，也可以采用PLC来实现。为配合控制电路，需设定控制端子的功能,变频器并联控制电路1由模拟电压输入端子控制的并联运行,图4-3 变频器并联控制电路原理图,图4-4 升、降速端子控制同速运行,变频器并联控制电路2由升降速端子控制同速运行,变频器的制动控制电路 变频器的停止方式 OFF1,OFF2,OFF3 电阻制动电路 电磁抱闸制动电路,PLC

24、多段速运行控制电路用PLC控制变频器的分段速运行，使用方便，运行可靠,PLC控制的变频/工频自动切换电路,第5章 变频器的选择与安装,本章主要内容：变频器选择和安装方面的基本知识。5.1 负载的机械特性及传动机构5.2 变频器的选择5.3 变频器的谐波干扰5.4 变频器常用电磁选件5.5 变频器的安装5.6 变频器的维护保养与故障处理,变频器选择的依据首先是：功能、容量、质量等性能指标其次是：品牌、价格最后选具体型号,不同负载下变频器的选择 风机、泵类负载变频器的选择 机械传动系统变频器的选择,不同应用场合下确定变频器容量的原则连续运行场合频繁加减速运行的场合电流变化不规则的场合 多台电动机共

25、用一台变频器供电的场合,变频器运行时产生的谐波干扰输入侧：整流使电流的脉动性很大，产生大量谐波。降低电源的供电质量干扰同一电源的用电设备；输出侧：是一系列的矩形波，这些矩形波含有丰富的高次谐波成份。会产生电磁辐射干扰无线电设施会使电动机的绝缘下降，铜损和铁损增加谐波电流会改变电磁转矩，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出频率，并发出噪声。,图5-18 电磁选件连接图,电磁选件的作用防止电磁干扰提高功率因数协助电机制动,变频器的安装主电路控制开关及导线线径选择 变频器的安装环境、安装方向和空间、变频器在多粉尘现场的安装 安装布线,变频器的维护保养与故障处理变频器的日常巡视 变频器的

26、定期维护与保养 变频器的故障处理,第6章 变频器应用实例,本章主要内容：变频器在工程上的应用实例。6.1 变频器在恒压供水中的应用6.2 变频器在电梯中的应用,图6-2 1拖3供水系统电路图,变频调速恒压供水系统,图6-16 调速系统原理图,电梯的变频调速系统,本章介绍了变频器在工程应用中的两个应用实例，从中可总结出变频器应用的一些特点：不同应用场合，变频器的选择不同，变频器控制系统的结构不同，参数设置不同。专用变频器中增加了一些特殊功能，很好地适应了应用领域中传动系统的要求，使设备工作于最佳状态。应用变频器后可实现节能的目的。,复习指导到此结束，请同学们以重点内容为主线，结合教学内容进行系统、全面的复习。,