<4D F736F F D20CDA8D3C3B1E4C6B5C6F7BCBCCAF5D6B8C4CFA3A8D2BBA3A92E646F63>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F D20CDA8D3C3B1E4C6B5C6F7BCBCCAF5D6B8C4CFA3A8D2BBA3A92E646F63>"

沁谯
5 years ago
Views:

1 1 通用变频器应用技术指南 ( 一 ) 成都希望森兰变频器制造有限公司蔡士齐编著通用变频器应用技术指南一通用变频器基本原理本资料所述通用变频器是指适用于工业通用电机和一般变频电机并由一般电网供电 ( 单相 220V 三相 380V 50HZ) 作调速控制的变频器此类变频器由于工业领域的广泛使用已成为变频器的主流调速的基本原理基于以下公式 : 60f 1 n1 = (1 1) 式中 n1 同步转速 (r/min) f1 定子供电电源频率 (HZ) P 磁极对数一般异步电机转速 n 与同步转速 n1 存在一个滑差关系 60f 1 n= n1(1-s)= P (1-S) (1 2) 式中 n 异步电机转速 S 异步电机转差率由 (1 2) 式可知, 调速的方法可改变 f1 P S 其中任意一种达到, 对异步电机最好的方法是改变频率 f1, 实现调速控制由电机理论, 三相异步电机每相电势的有效值与下式有关 E1 = 4.44 f1 N1 Φm (1 3) 式中 E1 定子每相电势有效值 (V) f1 定子供电电源频率 (HZ) N1 定子绕组有效匝数 Фm 定子磁通 (Wb) 由 (1 3) 式可分成两种情况分析 1) 在频率低于供电的额定电源频率时属于恒转矩调速变频器设计时为维持电机输出转矩不变, 必须维持每极气隙磁通 Фm 不变, 从 (1 3) 式可知, 也就是要使 E1/f1= 常数如忽略定子漏阻抗压降, 可以认为供给电机的电压 U1 与频率 f1 按相同比例变化, 即 U1/ f1= 常数但是在频率较低时, 定子漏阻抗压降已不能忽略, 因此要人为地提高定子电压, 以作漏抗压降的补偿, 维持 E1/ f1 常数, 此时变频器输出 U1/f1 关系如图 1 1 中的曲线 2, 而不再是曲线 1 多数变频器在频率低于电机额定频率时, 输出的电压 U1 和频率 f1 类似图 1 1 中曲线 2, 并且随着设置不同, 可改变补偿曲线的形状, 使用者要根据实际电机运行情况调整 2) 在频率高于定子供电的额定电源频率时属于恒功率调速此时变频器的输出频率 f1 提高, 但变频器的电源电压由电网电压决定, 不能继续提高根据公式 (1 U 1 2 图 1-1 U/f 关系 1---U 1 /f 1 = 常数 2---E 1 /f 1 = 常数 1 f 1

2 通用变频器应用技术指南 2 3),E1 不能变,f1 提高必然使 Фm 下降, 由于 Фm 是与电流或转矩成正比, 因此也就使转矩下降, 转矩虽然下降了, 但因转速升高了, 所以它们两的乘积并未变, 转矩与转速的乘积表征着功率因此这时候电机处在恒功率输出的状态下运行异步电机变频调速恒转矩和恒功率区域状态的特性如图 1 2 所示由以上分析可知通用变频器对异步电机调速时, 输出频率和电压是按一定规律改变的, 在额定频率以下, 变频器的输出 Φm U1 3 2 电压随输出频率升高而升高, 即所谓变压变频调速 (VVVF) U 1N U1 Φm N 而在额定频率以上, 电压并不变, 只改变频率 1 4 实际上多数变频调速场合是用于额定频率以下, 低频时采用 Φm 的补偿都是为了解决低频转矩的下降, 其采用的方式多种多样有矢量控制技术, 直接转矩控制技术以及拟超导技术 ( 森兰变频特有专利技术 ) 等等其作用不外乎动态地改变低频时的变频器输出电压输出相位或输出频率, 也就是利用电路和电脑技术, 实时地而不是固定地改变图 1 2 中曲线 1 的形状达到低速时力矩提升, 并且稳定运行, 又不至于电流流过太 f 1N f1 图 1-2 异步电机调速时的输出特性 1--- 恒转矩时的电压曲线 2--- 恒功率时的电压曲线 3--- 恒转矩时的转矩曲线 4--- 恒功率时的转矩曲线 Φm 的大小表征电机转矩大小, 因此 Φm 曲线可看作转矩曲线大而造成故障通用变频器的基本电路如图 1 3 所示, 它由 4 个主要部分组成, 分别是 : 1. 整流部分, 把交流电压变为直流电压 ; 2. 滤波部分, 把脉动较大的交流电进行滤波变成比较平滑的直流电 ; 3. 逆变部分, 把直流电又转换成三相交流电, 这种逆变电路一般是利用功率开关元件按照控制电路的驱动输出脉冲宽度被调制的 PWM 波, 或者正弦脉宽调制 SPWM 波, 当这种 4 控制电路波形的电压加到负载上时, 由于负载电感作图 1-3 通用变频器基本电路用, 使电流连续化, 变成接近正弦形波的电流波形 1--- 整流部分 2--- 滤波部分 3--- 逆变部分 4--- 控制部分 5--- 负载 4. 控制电路是用来产生输出逆变桥所需要的各驱动信号, 这些信号是受外部指令决定的, 有 a 频率频率上升下降速率外部通断控制以及变动器内部各种各样的保护和反馈信号的综合 b 控制等特别要指出的, 通用变频器对负载的输出波形都是双极性 SPWM 波, 这种波形可以大幅度提高图 1-4 双极性 SPWM 调制图变频器的效率, 但同时这种波形使变频器的输出区别于正常正弦波, 产生了变频器很多特殊之处, 需要使用者予以重视双极性 SPWM 波如图 1 4 所示, 其中图 (a) 是三角形的载波与正弦形信号进行比较的情形, 图 (b) 是比较后获的 SPWM 波形 5 M

3 二森兰变频器基本系列介绍森兰变频器基本系列功率特性简表如表 2 1, 详细请见各系列产品使用手册表 2-1 森兰变频器基本系列功率范围 SB60G 系列 BT40 BT12 SB60P 输入三相 380V(KW) 0.75~ ~315 G 类 0.75~11 P 类 1.5~15 输入单相 220V(KW) 3 SB61G SB61P G 类 15~315 P 类 18.5~ ~ ~2.2 通用变频器应用技术指南 SB20 SB40 SB ~ ~ ~280 控制方式 V/F V/F V/F 控制和矢量控制 V/F 控制 V/F 控制 V/F 控制输频率范围 0.1~ ~ ~ ~ ~ ~ ~120 有转距提升转差线性或任意 V/F, 有转矩提升, 有转距提升转有转距提升 V/F 特性有转距提升补偿也可以矢量控制差补偿加减速时间程序运行附属功能模拟输入命令输入运转输出信号 0.1~3600s,4 种加减速时间, 7 段频率速度 4 种运行模式上限频率下限频率回避频率电流限制偏置频率频率增益失速控制自动复位 S 加速曲线点动控制自动稳压自动节能运行 0~5V/(0~10V) 面板给定外控端子 0.1~3600s 加减 0.1~3600s,8 种加减速时间速时间可单独设可选择直线或 S 形定 PID, 多泵切换上下限频率回避频率电流限制偏置频率频率增益自动复位自动稳压定时换泵睡眠唤醒消防水位控制顶时开关机 0~5V/(0~10V) 面板给定外控端子 0.1~99.9S 2 种加减速时间 5 种程序模式 15 段频率速度, 7 段频率速度上限频率下限频率有多功能输入端子过载上限频率下限频率回避频率提醒电机方向电流限制失速控制自动复位自动稳压自动节能运行瞬停再启动 0~5V/0~10V 面板给定外控端子上位机 RS485 锁定过压失速调节过流失速调节参数微调类比输入频率 / 增益设定 0~5V/0~10V 面板给定外控端子集中报警 : 集中报警 : 30A,30B,30C ; 开 30A,30B,30C; 开路集电极输出 : 路集电极输出 : Y1,Y2,; 多功能输出三继电器输出三继电器三路 Y1,Y2,Y3 模拟信号输出路路多功能二路 ; 模拟信号输出 FMA 压力上下限 FMA 频率脉冲输保警 : 出 PO 30PA,30PB,30PC 制动小功率外接制动电阻 / 中大功率外接制动单元和电阻外接制动电阻 0.1~3600s, 4 种加减速时间 0.1~3600s 加减速时间可单独设定 7 段频率速度 4 种运行模式 PID, 多泵切换上限频率下限上下限频率回频率回避频率电流限制偏置频率频率增益失速控制自动复位 S 加速曲线点动控制自动稳压自动节能运行避频率电流限制偏置频率频率增益自动复位自动稳压定时换泵睡眠唤醒消防水位控制顶时开关机 0~5V/(0~10V) 0~5V(/0~10V) 面板给定外控面板给定端子选件电位外控端子器继电器输出 : 集中报警 : A1,B1,C1,A2,B 30A,30B,30C ; 2,C2; 多功能输多功能输出 : 出端子 Y1,Y2; Y1,Y2,Y3; 一拖多端子 : 模拟信号输出 1K1,2K1,3K1,4 FMA K1,1K2,2K2,3K 2; 小功率外接制动电阻 / 中大功率外接制动单元和电阻防护等级 IP10 IP10 IP20 IP20 IP20 IP10 IP10 森兰变频器因各系列各有特点, 因此使用前要根据用途合理选用 1)BT40 系列有三相 380V 和单相 220V 电源供电, 适合于通常工业控制调速场合,V/F= 常数的控制方式, 而且有转矩提升功能, 由用户根据需要而调整, 使用操作比较方便 2)BT12 系列是专门给风机水泵类负载设计的变频器, 使用该系列有利于风机水泵调速系统的设计和简化, 产品带有 PID 多泵切换换泵睡眠唤醒消防控制水位控制定时开关机等功能 3)SB60 系列是一种功能齐全的所谓森兰全能王系列, 它能适应于要求较高的场合, 产品中不仅有 V/F 开环和闭环模式, 而且有无速度传感器矢量控制模式和 PG 速度传器矢量控制模式, 还可以利用 RS485 接口同上位机通讯外壳采用塑料制作, 美观大方, 功率在 11~15KW SB60 系列安全性良好, 防护等级比 BT40 和 BT12 高一个等级为 IP20, 并已取得欧共体 CE 认证 4)SB61 系列功能同 SB60 系列相当, 功率较大, 从 15~315KW, 金属喷塑外壳,IP20 防护等级 5)SB20 系列是小功率经济型系列, 功能比 SB60 有所简化, 适合一般小功率电机调速, 体积小巧,

4 通用变频器应用技术指南 4 经济实用 6)SB40 系列是 BT40 的改进型外型外观使用特性防护等级可靠性都有所提高, 使用贴片元件改善电气性能, 减少干扰, 使用温控风机延长了风机寿命, 并有旋钮调频机种可供选用 7)SB12 系列是 BT12 的改进型有同 SB40 相似的改进范围 8)SB80 系列变频器采用了最新的 32 位嵌入式高速电机控制专用数字处理器, 利用模型参考自适应方法解决了电机电阻参数在线辨识的难题, 实现了普通变频器难以涉及的高性能无速度传感器基于瞬时转子磁场定向的真正矢量控制算法 SB80 系列使用最新的模型自适应技术和励磁电流正弦注入检测技术, 可以实现转速定子电阻和转子电阻三个参数同时辨识, 能准确辨识电机运行时的参数变化, 结合本公司的专利技术一种电流采样电阻 ( 专利号 : ), 使定子电阻和转子电阻检测精度和观测准确性有了极大的提高, 不但可以消除参数初值误差的影响, 还可以自动适应电机温度变化导致的参数变化的影响, 使磁通观测和速度辨识准确上述先进技术的使用, 首次实现了基于瞬时转子磁场定向和精确磁通观测的真正动态电流矢量控制, 其参数辨识的稳定性和电流控制的快速性为停电再起动旋转启动快速加速减速突变负载无跳闸控制提供了很好的解决手段, 使 SB80 系列变频器完全达到了目前电机控制的国际领先水平三变频器的选用原则 3.1 变频器的输出功率和电流选择必须等于或大于被驱动异步电机的功率和电流由于变频的过载能力没有电机过载能力强, 一旦电机有过载, 损坏的首先是变频器 ( 如果变频器的保护功能不完善的话 ); 又如果设备上已选用的电机功率大于实际机械负载功率, 但是有可能用户会将把机械功率调节到达到电机输出功率, 此时, 变频器一定要可以胜任, 也就是说变频器的功率选用一定要等于或大于电机功率个别电机额定电流值较特殊, 不在常用标准规格附近, 又有的电机额定电压低, 额定电流偏大, 此时要求变频器的额定电流必须等于或大于电机额定电流 3.2 必须认清变频器调速与机械变速存在本质上的区别绝对不能不假思索地将某电机使用机械变速改为相同功率的变频器变速因为功率是转矩与转速的乘积 : 式中 2π P = M ω =(9.81m) ( n ) = m n (3 1) 60 M 转矩牛顿米 (1 牛顿米 = 9.81 公斤米 ) 2π ω 角速度弧度 / 秒 (1 弧度 / 秒 = 转 / 分 ) 60 或 m 转矩公斤米 n 转速转 / 分机械变速时 ( 例如齿转变速皮带变速 ) 若变比为 K, 在转矩 m 1 3 电机功率不变时, 忽略变速器效率, P =1.027 m n 2 n =1.027(K m).( K ), 即转速下降 K 倍, 会造成转矩可升高 K 倍, 它属于恒功率负载, 这就如图 3 1 的曲线 1 所示而变频器的转矩转速曲线如图 1 2 曲线 3 所示, 低于额定频率时, 恒转矩运行, 电机不能提高输出转矩高于额转速 n 图 3-1 不同负载的机械特性 1--- 恒功率负载 ( 例如 : 卷绕机 ) 2--- 恒转矩负载 ( 例如 : 传送带 ) 3--- 平方率负载 ( 例如 : 风机水泵 )

5 5 通用变频器应用技术指南定频率时, 转速升高转矩下降图 3 1 表示常见的不同负载机械特性图中 3 为平方律负载 ( 例如风机水泵 ) 2 为恒转矩负载 ( 例如传送带 ), 这二种负载在电机低与额定频率运行时, 负载力矩没有增加, 所以当在额定频率以下时, 可以按电机功率大小配置变频器功率图是恒功率负载 ( 例如切削机床 ), 低速时力矩增加 ; 而变频器和电机低于额定频率时电流被限制, 力矩不能增加, 所以变频器调低电机转速有可能会造成电机带不动负载, 选用时要根据减速造成力矩增加的比例, 选用比原电机功率大的电机和变频器例如原来 1.5KW 电机, 负载转矩 1kgm, 转速 1460 转 / 分, 机械变速后转速降到 720 转 / 分, 转矩就可达 2kgm, 但原来的电机和变频器不可能输出 2kgm 的转矩因此, 要改变电机和变频器都是 =3KW, 选用标准功率 3.7 或 4KW 的才行 3.3 变频器的选用型号应根据使用要求而作细仔考虑 (1) 基本考虑内容是使用环境条件电网电压负载大小及性质 (2) 环境温度长期较高, 安装在通风冷却不良的机柜内时, 会造成变频器寿命缩短电子器件特别是电解电容等器件在高于额定温度后, 每升高 10 寿命会下降一半, 因此环境温度应保持较低, 除设置完善的通风冷却系统以保证变频器正常运行外, 在选用上增大一个容量等级, 以使额定运行时, 温升有所下降是完全必要的 (3) 电网电压处于不正常时, 将有害于变频器, 电压过高, 如对 380V 的线电压如上升到 450V 就会造成损坏, 因此电网电压超过使用手册规定范围的场合, 要使用变压器调整, 以确保变频器的安全 (4) 高海拔地区因空气密度降低, 散热器不能达到额定散热器效果, 一般在 1000m 以上, 每增加 100m 容量下降 10%, 必要时可加大容量等级, 以免变频器过热 (5) 使用于不同用途时, 选择变频器的系列型号应作分析, 对于一般用途变频器采用 V/F = 常数控制方式已可满足, 对于负载变化范围大, 而且又要求较高运转精度要求的场合, 特别是低速时要求有稳定的速度和负载能力时, 则要选用矢量控制等方式的变频器, 对数控机床等精密传动还要采用闭环控制和有速度传感器的方式, 相应的变频器也要有这些配合的接口, 选用时需要综合考虑 (6) 变频器使用不同场所对变频器的防护等级要作选择, 为防止鼠害异物等进入应作防护选择, 常见 IP10 IP20 IP30 IP40 等级分别能防止 Ф50 Ф12 Ф2.5 Ф1 固体物进入 (7) 当变频器为降低电动机噪声而将调制频率重新设置得较高并超过出厂设置频率时, 会造成变频器损耗增大设置频率越高, 损耗越大, 因此要适当减载, 图 3-2 表示不同调制频率和负载率时的相应减载曲线, 不同公司不同系列会有差别, 但趋势是相似的不少使用者由于不懂这一点, 一味增加调制频率, 造成变频器过热而损坏, 或者变频器输不出额定功率 (8) 矢量控制方式只能对应一台变频器驱动一台电机, 而且变频器的额定电流应等于或大于电机额定电流, 电机的实际使用电流不能比额定电流太小 ( 不低于变频器额负载率 (%) 调制频率 (KHZ) 上限下限图 3-2 不同调制频率与负载率降低的关系

6 通用变频器应用技术指南 6 定电流的 1/8) 为了正确地使用矢量控制, 在驱动前, 变频器对电机冷态参数还需进行输入或自动识别 (9) 一台变频器驱动多台电机时, 变频器容量应比多台电机容量之和大, 并且只能选择 V/F 控制模式, 不能用矢量控制模式 (10) 当多台变频器的逆变单元共用一个整流 / 回馈单元时, 即采用公共直流母线方式, 有利于多台逆变器制动能量的储存和利用, 此时整流 / 回馈单元的容量要足够大, 并要有防止小功率变频器整流桥过载损坏的措施使用中对多台电机不能同时制动 (11) 对风机水泵类负载 ( 即平方律负载 ), 如原来使用阀门风门调节流量, 当改用变频器调速控制流量时, 就会带来大幅度节能而摩擦类负载 ( 恒转矩负载 ), 使用变频调速的节能效果基本上不能体现, 对用机械变速扩大转矩的场合, 使用变频器还可能带不动负载, 这在选用时必须充分注意! 在这些场合使用变频器, 其目的是工作机械需要作速度调整

2 Bosch Rexroth AG Electric Drives and Controls 文档功率范围 x AC 230 V 0.4 kw 至 3 x AC 400 V 90.0 kw 使用永磁式电机内置的制动斩波器和电源滤波器内置的操作面板, 可简单且快速地进行调试可以通过输入输出和

2 Bosch Rexroth AG Electric Drives and Controls 文档功率范围 x AC 230 V 0.4 kw 至 3 x AC 400 V 90.0 kw 使用永磁式电机内置的制动斩波器和电源滤波器内置的操作面板, 可简单且快速地进行调试可以通过输入输出和现场总线模块扩展是一款经济的通用型, 转速调节可靠, 可根据需要供给能量 U/f 和矢量调节, 安装调试简便,