2022年ABB变频器基础知识全解 2.pdf

带你进入工控之门学一种变频器序言：初次接触工控的人对其都会感到很神秘，许许多多的自动控制，错综复杂的联锁及很多高新的电气元器件，让人无从下手。其实我们只需掌握一些基本的知识，分解各个部件，了解各部件的性能及要点，然后再整合起来，就清晰多了。整个工控的组成好似人体一样，一般有：大脑（DCS） ，神经中枢（网络） ，躯干（ PLC） ，手脚（现场执行器），五观（现场传感器） 。今天我为大家谈谈现场执行器中的一个工控中常用的电气部件变频器。变频器由于其本身具有可调速及节能的重要特性，在近几年发展很快，广泛应用于各邻域。对于品种繁多的变频器和其本身内部各参数之多，我们往往第一次接触会感到无从下手，但我们可以从各种变频器的共性中学习，掌握一种变频器，举一反三就能从而了解各种变频器的应用。下面我就用一种常用的变频器ABB-ACS550给大家讲解其在实际工作中的应用。一、安装：打开包装我们首先要查看的是选用的变频器功率是否与配套的电机功率一致，要求是变频器功率电机功率，否则变频器因功率不足带不起负荷而烧坏。变频器上一般会有如下标签：表示该变频器输入要求电压为3 相 380 电压，频率50HZ，其上边的数字是一个适用范围，我们一般不用理会，因为国内的电压等级均满足其要求。输出电压为0 至 380V，3 相交流，电流为6.9A ，也就是能带3KW 左右的电机，频率可调0-500Hz，一般我们应用中最大也只有60Hz。一般变频器要求安装在无尘，无水气，无腐蚀的环境中，并在变频器本身上下左右周围留有一定的空间，有利散热。条件好的话最好能安装在特定的配电房内，并配有恒温设备，因为变频器本身也有发热，其电子元件会受温度的影响，如果其散热片上积尘多散热不好的话，会加剧变频器的损坏。由于变频器本身是个干拢源，所以它产生的电磁干拢对其周围会有一定的影响，由其是对周围有DCS，PLC 这种高精度工控设备更要注意安装中的每一环节。其解决方法有：1、在电源输入侧加装电抗器，现在有些变频器在设计时已经在输入端加入了抗干拢的电抗器，可以在订购时加以注意。2、在电源输出侧， 即电机电缆选用带屏蔽的三芯或四芯对称电缆，其优点是电缆上的电磁干拢是对称的，相互加以抵消，如以下图示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 3、控制电缆选用屏蔽双绞线，如图所示：4、电缆屏蔽层在变频侧接CE 端，变频器的PE、CE 单独接地。电缆布线时，控制电缆与动力电缆分开，至少不小于20Cm 距离。注意控制电缆的模拟量与开关量不用同一电缆。二、接线：1、 电源的进线接变频器的U1、V1、W1，电缆接地线接PE；电机电缆接变频器的U2、V2、W2，电缆接地线接PE；变频器的GND 接地；如果电机需要快速停机的话，需要变频器的R+、R-侧接止动电阻，上边有短接线的并拆除。如图：2、 数字输入控制常有开关、继电器等发出信号至变频器，其连接需按实际应用要求，一般有二种接线，如图：注意：按以上不同方式连接时，有些品牌的变频器会要求在变频上有跳针设置。常用的连接线有，变频器启动信号，变频器停止信号（有些启停是同一输入点，接通启动，断开停止） ，变频器正转信号，变频器反转信号（正转信号往往与启动是同一信号），变频器多段速度信号（如低速、中速、高速分三个输入信号接入）ABB-ASC550出厂默认DI1 为启停信号（接通启动，断开停止）DI2 为正反转信号（接通为反转，断开为正转）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - 3、 模拟输入信号接线分电压型，电流型，及可变电阻信号输入，如图连接；可变电阻信号输入电压信号输入电流信号输入连接 AI1 、AGND 、10V 屏蔽线接SCR 连接 AI1 、AGND 屏蔽线接 SCR 输入 0-10V 连接 AI2 、AGND 屏蔽线接SCR 输入 4-20mA 或 0-20mA 有些变频器会有跳针选择注意：选择AI1 或 AI2 输入会有跳针选择，ABB-ACS550出厂设定为AI1 为电压信号，AI2 为电流信号，你可以自己加以设定重新选择。4、 数字开关量输出信号一般用于输出变频器的状态信号，如变频器准备好信号、运行信号、 故障信号。 ABB-ACS550变频器出厂默认如图：各输出端可以编程设置，设置参见1041 参数。5、 模拟量输出信号连接，一般变送为4-20mA 用于输出变频器的电流值、频率值给DCS，PLC。接线如图所示：ABB-ACS550变频器出厂默认AO1 为电流模拟信号，AO2 为频率模拟信号，AGND 为公共端，接线接 7、9 或 8、9 接线端子。输出端子参数可设定。三、参数设定：参数设定是用好变频器的关健，在一个变频器中有几百个参数，但往往我们实际应用中只会用到最多几十个的参数，下面我就按通用的参数加以讲解，而这几个最基本的参数对各品牌的变频品同样适用，只是参数号不一样而已。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 1、 学会变频器操作面板的使用：各种变频的操作面板不完全一样，但基本功能相类似，一般面板上会有启动按钮（START） 、停止按钮（ STOP） 、复位按钮（ REST） 、菜单翻页按钮（UP、DOWN ） 、确认按钮（ENTER ）等。面板也有中文显示、英文显示及数字代码显示几种，当然中文显示菜单的面板操作最直观，我推荐订购时选用这种中文显示的面板，用熟了的话可以不看操作手册，对现场维护可以提高工作效率。ABB-ACS550变频器出厂所带的面板如下图所示：面板上的状态灯正常工作时为绿色，故障时为红色，左软键与右软键与我们手机上的有类似功能，分别对应显示屏电下方的左右菜单功能。在显示屏幕上一般有本地/远程控制（LOC/REM ） 、正 /反转控制(、)、电机转速 （xxxxRPM ） 、电机电流 （xxxA ） 、电机频率 (xxHZ)及变频器的参数号等显示。2、面板参数菜单：ABB-ACS550变频器面板参数有数字及字符（中文或英文）显示，刚入门的话可以只看参数号加以选择设定，对于我们不可能对每一种变频器的数字号参数背熟，这样的话会让你感到头痛的，我们可以按操作手册选用参应的参数号。用熟了的话可以只看字符菜单，这样可以加快工作效率，下图为 ABB-ACS500变频器面板的参数显示：3、对变频器设定的常用参数：1） 电机参数： 电机参数我们只需要将所配电机上的铭牌内容输入给变频器就行了，内容有电机功率、电机额定电流、电机极数、电机额定转速、电机额定电压等。ABB-ACS550变频器此参数的设定在99 号参数组内（ START-UP DATA ） 。在 9902 内还有一个运用宏参数，该参数可以让用户快速设置到相对应的实际应用中。代码名称范围分辨率缺省值用户SGroup 99: 起动数据9902 宏参数1=标准， 2=三线制、 6=PID1 9904 电机控制模式1= 速度， 2= 转矩， 3= 标量1 3 9905 电机额定电压115345V或200600V 1 V 230V或400V 9906 电机额定电流0.2*Ihd2.0* Ihd0.1 A 1.0*Ihd9907 电机额定频率10.0 500 Hz0.1 Hz 50 Hz 9908 电机额定转速5018000 rpm 1 rpm 1440 rpm / 9909 电机额定功率0.2 2.0*Phd0.1 kW 1.0 * Phd名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 2） 基本参数：该参数一般有最低频率（常设为0Hz） 、最高频率 (常设为 50Hz)、加速时间、减速时间（根据电机的大小设不同的值，如一般15KW 设 5 秒左右，电机越大，时间越长）、最大电流、最大电压（此二个参数是对变频器的保护，根据变频器铭牌设定或用默认值）ABB-ACS500变频器对以上参数设定在20 号及 22 号参数组内。Group 20: 限幅代码名称范围分辨率缺省值用户S2001 最小速度-30000 30000 rpm 1 rpm 0 rpm ?2002 最高速度030000 rpm 1 rpm 1500 rpm ?2003 最大电流0 1.8 * Ihd0.1 A 1.8 * Ihd?2007 最小频率-5 00500 Hz 0.1 Hz 0 Hz ?2008 最高频率0500 Hz0.1 Hz 50 Hz ?Group 22: 加速/ 减速2202 加速时间0.0 1800 s 0.1 s 5 s 2203 减速时间0.0 1800 s 0.1 s 5 s 3） 指领输入参数：对应的是开关量及模拟量输入端接口的设定，一般有启动方式（本地/远程选择）、 启动 /停止、正转 /反转、多段速度控制、 模拟电流及模拟电压输入选择等。ABB-ACS550变频器此类参数设定在10 号、 11 号、 12 号参数组内。Group 10: 指令输入代码名称范围分辨率缺省值用户S1001 接线端功能设定010 1 2(2 线制启停方式 ) 1003 电机转向设定131 3( 双向 ) Group 11: 给定选择1103 模拟量设定选取017 1 1( 从键盘上选取 ) ?1104 模拟量给定最小值 0 500 Hz / 0 3 0000 rpm 0.1 Hz / 1 rpm 0 Hz / 0 rpm 1105 模拟量给定最大值 0 500 Hz / 0 3 0000 rpm 0.1 Hz / 1 rpm 50 Hz / 1500 rpm Group 12: 恒速运行1201 多段速度设定014, -1-14 1 9( 由DI3DI4 控制三段速度 )?1202 速度 1 030000 rpm / 0 500 Hz1 rpm / 0.1 Hz 300 rpm / 5 Hz 1203 速度 2 030000 rpm / 0 500 Hz1 rpm / 0.1 Hz 600 rpm / 10 Hz 1204 速度 3 030000 rpm / 0 500 Hz1 rpm / 0.1 Hz 900 rpm / 15 Hz Group 13: 模拟输入1301 模拟量低限0100%0.1% 0% 1302 模拟量高限0100%0.1% 100% 1303 模拟量滤波010 s0.1 s 0.1 s 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 4） 输出参数：对应开关量及模拟量的输出端口设定，一般有准备、运行、故障信号及电流、频率模拟输出。 ABB-ACS550变频器此类参数设定在14 号、 15 号参数组内。对于一般变频器以上参数设定完，变频器即可投入正常运行，各种品牌的变频器可根据其自己的参数号进行设定，但对于一些特定场合的应用我们还需进一步高级参数设定。Group 14: 继电器输出代码名称范围分辨率缺省值用户S1401 继电器输出 1 0361 1( 准备 ) 1402 继电器输出 2 0361 2( 运行 ) 1403 继电器输出 3 0361 3( 故障取反 ) Group 15: 模拟输出1501 AO1 模拟设义99.199 1 103(模拟电流值 ) 1502 AO1 最小量程- - 由参数 0103 定义1503 AO1 最大量程- - 由参数 0103 定义1504 AO1 最小值0.0 20.0 mA 0.1 mA 0 mA 1505 AO1 最大值0.0 20.0 mA 0.1 mA 20.0 mA 1506 AO1 滤波010 s 0.1 s 0.1 s 1507 AO2 模拟设义991991 104(模拟频率值 ) 1508 AO2 最小量程- - 由参数 0104 定义1509 AO2 最大量程- - 由参数 0104 定义1510 AO2 最小值0.0 20.0 mA 0.1 mA 0 mA 1511 AO2 最大值0.0 20.0 mA 0.1 mA 20.0 mA 1512 AO2 滤波010 s 0.1 s 0.1 s 4、高级参数设定：此类参数主要是优化变频器的使用性能，比如U/F 曲线设定，可以提高电机启动时的启动特性，能更好的带负载启动；PID 设定能利用变频器特有的性能控制水泵类电机做PID 调节，不再需要PLC 做 PID 控制；频率屏蔽点设定，可以跳过电机在某一频率时产生的机械共振等。此类参数设定看实际应用中具体而定。四、实际应用例：1、 一台 3KW 电机 DCS 的正反转带速度控制。1） 设计思路：选用一台具有正反转功能的变频器，功率为3KW ，因为功率较小电磁干拢不大，可以不考虑输入电抗器，DCS 控制需有变频器的状态信号（准备、运行、故障），以及实际电流信号，变频器的启停及正反转由DCS 作控制，速度控制DCS 采用 4-20mA 模拟信号作控制。2） 变频器控制回路设计图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 3） 变频器参数设定：代码名称设定值说明代码名称设定值说明9902 应用宏1 标准型1104 模拟量最小值0 0Hz 9904 电机控制模式1 选用速度控制1105 模拟量最大值50 50Hz 9905 电机额定电压400V 参见电机铭牌1301 模拟量低限20% 对应 4mA 9906 电机额定电流70A 参见电机铭牌1302 模拟量高限100% 对应 20mA 9907 电机额定频率50Hz 参见电机铭牌1401 输出继电器1 1 准备信号9908 电机额定速度1410r/min 参见电机铭牌1402 输出继电器2 2 运行信号9909 电机额定功率3KW 参见电机铭牌1403 输出继电器3 3 故障信号1001 EXT1 命令2 2 线制控制1501 AO1 输出104 选择模拟电流1003 方向控制3 正反转控制1504 AO1 最小值4 4mA 1103 AI1 选择1 速度从 AI1 取值1505 AO1 最大值20 20mA 其它参数可用变频器默认值，改善变频器及对电机的控制特性，如加、减速，U/F 曲线等由调试中按实际运行调节设定。4） 实际安装及接线时应注意要点：实际安装中注意模拟量信号线的屏蔽，屏蔽接地在DCS 侧，变频器侧悬空； 模拟量信号变频器默认为0-20mA ，所以必须要设定为4-20mA ；因故障反馈信号是由输出继电器3 得到，该信号设置1403 为故障反信号， 所以接线注意接常闭点，其它二个反馈信号接常开点；同时必需检查变频器的各个跳针与设定是否正确；其它按变频器前述安装要求进行。2、 一台 15KW 水泵做 PID 控制，控制水泵出口压力稳定。1） 设计思路：选用一台15KW 具有 PID 功能的变频器，可以不考虑输入电抗器，电机速度由设定频率与泵出口压力作比较进行PID 调节，设计应考虑能手/自动转换。2） 变频器控制回路设计图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 3） 变频器参数设定：代码名称设定值说明代码名称设定值说明9902 应用宏6 PID 型1202 恒速 1 20Hz 低速9904 电机控制模式1 选用速度控制1203 恒速 2 40Hz 中速9905 电机额定电压400V 参见电机铭牌1204 恒速 3 50Hz 高速9906 电机额定电流301A 参见电机铭牌1301 AI1 低限0% 对应 0V 9907 电机额定频率50Hz 参见电机铭牌1302 AI1 高限100% 对应 10V 9908 电机额定速度1460r/min 参见电机铭牌1304 AI2 低限20% 对应 4mA 9909 电机额定功率15KW 参见电机铭牌1305 AI2 高限100% 对应 20mA 1001 EXT1 命令1 手-2 线制控制1402 输出继电器2 2 运行信号1002 EXT2 命令6 PID 2 线制控制1507 AO2 输出103 选择频率模拟1003 方向控制1 正反转控制1508 AO2 低值0 0Hz 1102 EXT1/EXT2 2 定义 DI2 1509 AO2 高值50 50Hz 1103 AI1 选择1 速度从 AI1 取值1601 允许信号5 DI5 作急停用1104 模拟量最小值0 0Hz 4001 P（增益）xxx 按实际调整1105 模拟量最大值50 50Hz 4002 I（积分）xxx 按实际调整1106 AI2 选择19 PID 调节4003 D（微分）xxx 按实际调整1107 模拟量最小值0 0Hz 4005 偏差信号取反1 取反信号1108 模拟量最大值50 50Hz 4010 设定值1 AI1 为给定值1201 恒速设定7 定义三段恒速4027 PID 参数组0 选 PID1 组其它参数可用变频器默认值，改善变频器及对电机的控制特性，如加、减速，U/F 曲线等由调试中按实际运行调节设定；PID 调节参数需实际调试时对40 参数组进行修整改善，特别注意的是泵的出口压力与电机转速应取反，即压力高时要求降速，此参数在4005 中设定。4） 控制原理说明：手动控制时，将手/自动转换开关断开（DI2=0 ） ，手动转换开关闭合（DI1=1 ） ，变频器将以AI1 为参考控制速度，调整电机转速。如果需要固定某一频率点，也开以利用恒速1（DI3 ） 、恒速 2（DI4）开关的组合，得到三段速度，设定为20Hz、40Hz、50Hz，可在参数1202、1203、1204 中修改设定频率。自动作 PID 控制时，将手 /自动转换开关闭合（DI2=1 ） ，自动 PID 转换开关闭合（DI6=1 ） ，此时 DI1 、DI3、DI4 均不起作用，电机将以AI1 为设定点， AI2 为实际值进行PID 调节，泵出口压力高，将会自动降低电机转速，以降低出口压力，反之相反。当出现紧急事故时，可拍下急停按钮（DI5=0 ） ，将不允许电机启动，起到保护作用。电机的速度可由频率表查看，由AO2 输出，应注意模拟量与表量程值的对应设定。装有二个指示灯表示电机的运行、停止，由输出继电器2 的常开常、闭点分别取得信号。五、故障分析与维修：变频器是一个高精度、高科技的电子元气件，对它的故障处理，我们也应由简到繁的原则去加以分析维修，对于我们一般的现场维护保养者，并不需要深入的了解其内部的构造，但应掌握其一般故障发生的规律加以分析处理。变频器发生故障时，首先我们应从变频器的显示面板上读取故障代码，此类代码每一种变频器的代码信息均不会一致，但基本都会有过流、过压、过载、失压、超温、模拟量丢失、通讯丢失等故障记录。在ABB-ACS550变频器中可由04 组参数查得历史故障记录。同时一般故障时我们可以从面板上的指示灯变为红色加以判断。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 在分析故障时，我们还可以从变频器的实际检测数据中检查实际的开关量信号、模拟量信号及实际变频器运行数据加以判断是否正常，ABB-ACS550变频器此类信号值的检查可在01 号参数组查得。另外我们应注意变频的特性参数是否设定合理，对U/F 曲线，加、减速时间，电流限制，各类保护等参数的设定特别需加以检查分析。事例一、 1 台 DCS 控制的变频器，操作员设定30Hz 运行频率开启后发现电机实际转速很慢，甚至跳停。分析处理：由于原来控制是正常的，说明原外部接线及控制方式应没问题，检查变频器故障代码是过流及过载，可能的原因是负载过大，根据现场得到的反馈是电机没问题，由于工艺的变化至使变频器负苛加大，检查变频器电流限定均正常，在试运行中查看运行参数发现输入开关量、模拟量数据均正常，但输入模拟量约为30Hz 时，输出频率上不去，明显变频器启动带负苛能力差，调整U/F 曲线以提高启动低频时的电压，故障排除。事例二、 1 台变频器运行中经常跳停，报过温报警。分析处理： 由于这台变频器前期运行正常，过温报警跳停一般只有变频器长期满负苛运行，不能充分散热引起，检查电机负载情况正常，但拆下变频器检查时发现其散热片上的积尘很厚，严重妨碍了变频器的散热性能，对积尘充分吹洗后，变频器工作恢复正常。由例可见我们对变频器的维护并不复杂，一些常规的小问题并不是变频器本身，而是我们对其的运行环境没重视，真正烧坏变频器的也是在这些环境没保证的前提下，其内部元器件加快老化引起的。因此我们在平时做维护时应特别检查变频器的工况，周围环境保持无尘、无水、无腐蚀及恒温的条件。六、总结：虽然各品牌、各型号的变频器不仅相同，但掌握了变频器的共性，学会一种变频器的应用后对其它的变频器也就触类旁通了。对变频器众多的参数，我们应学会挑出最基本的参数，因为多数的参数对于我们实际应用中一般都应用不到，可以用其默认值，特别还应学会调整特性参数以更好的让变频器工作在最佳状态。编写：朱毅2007-10-9 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -