正弦变频器培训手册(共82页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上EM系列变频器培训手册专心-专注-专业目录第一章 变频器的基本原理交流变频调速器的主要调速对象是三相交流感应电动机,变频器对交流电机实施变频调速的过程中,其输出电压和输出频率的变化必须遵守一定的规则。这就是我们通常所说的变频变压(VVVF)的基本原则。1.1变频变压的基本原则 由电机学理论可知三相感应电机的转速为 n= (1-1) 式中: n为电机的转速 f为输入交流电源的频率 p为电机的极对数 s为异步电机的转差率通过上式可知,改变交流电机转速的方法有三种。即变频调速、变极调速和变转差率调速。其中变转差率调速主要包括变压调速、串极调速和滑差电机调速。在变频调速器未问
2、世前,它是主要的调速手段。但由于其调速范围窄、效率低,对电网污染较大,不能满足交流调速应用的广泛需求。本世纪七十年代以后,随着电力电子技术的发展,特别是高性能大功率器件(GTR、IGBT)的产品化,变频调速器在体积、性能及成本方面取得飞跃的发展,并逐渐实用化。 我们知道,交流电机是通过内部的旋转磁场来传递能量的,为了保证交流电机能量传递的效率,必须保持气隙磁通量为恒定值。如果磁通量太小,则没有充分发挥电机的能力,导致出力不足。反之,如果磁通太大,铁心过度饱和,会导致励磁电流过大,严重时会因绕组过热而损坏电机。因此,保持气隙磁通量的值恒定不变,是变频变压的基本原则。三相异步电动机定子每相电动势有
3、效值为 Eg=4.44f1N1M (1-2) 式中 Eg:定子每相由气隙磁通感应的电动势的均方根值(V) f1:定子频率(HZ); N1:定子相绕组有效匝数; M:每极磁通量(Wb)。由上式可见,只要控制好Eg和f1,便可达到控制磁通M的目的。下面分两种情况说明。1.1.1 基频以下调速由式1-2可知,要保持m不变,当频率f1从额定值f2向下调时,必须同时降低Eg,使(1-3) 即采用恒定的电动势频率比的控制方式。然而,绕组中的感应电动势是难以直接控制的,当电动势值较高时,可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,而认为定子相电压U1Eg,则得(1-4) 这是恒压频比的控制方式,如图1-1中I所示。 图
4、1-1 恒压频比控制特性 I 无补偿 II 带定子压降补偿低频时,U1和Eg都较小,定子阻抗压降不能再忽略。这时,可以人为地把电压U1抬高一些,以便近似地补偿定子压降。带定子阻抗压降补偿的恒压频比控制特性如图1-1中的II所示。1.1.2 基频以上调速在基频以上调速时,频率可以从基频f1N往上增高,但电压U1却不能超过额定电压U1N,最多只能保持U1=U1N,这将迫使磁通与频率成反比地降低,相当于直流电机弱磁升速的情况。把基频以上和基频以下两种情况结合起来,可得图1-2所示的异步电机变压变频调速控制特性。如果电机在不同转速下都达到额定电流,即都能在温升允许条件下长期运行,则转矩基本上随磁通变化
5、。按照电气传动原理,在基频以下,磁通恒定时转矩也恒定,属于“恒转矩调速”性质;而在基频以上,转速升高时转矩也降低,基本上属于“恒功率调速。”图1-2 异步电机变压变频调速控制特性1.2 变频器的原理变频器按照能量变换的环节可以分为交-交变频器和交-直-交变频器。交-交变频器是把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电,主要优点是没有中间环节,故变换效率高,但其连续可调的频率范围窄,一般为额定频率的1/2以下,因此它主要用于容量较大的低速拖动系统中。交-直-交变频器是把频率固定的交流电整流成直流电,再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。如图1-3所示。 图1-3 交-直-交变频器原理框
6、图交-直-交变频器按照直流环节的储能方式又可以分为电流型交-直-交变频器和电压型交-直-交变频器。电流型交-直-交变频器直流环节的贮能元件是电感线圈,电压型交-直-交变频器直流环节的贮能元件是电容器,两者的区别在于前者输出电流的波形是脉宽调制波(PWM),后者输出电压的波形是脉宽调制波(PWM)。如图1-4、1-5所示。 目前,在中小容量的变频器中,绝大多数采用交-直-交电压变频器。1.3 EM系列变频器的原理EM系列变频器就是交-直-交电压型变频器。以EM303A-7R5 G - 3A为例,其基本原理框图如图1-6所示。图1-6 EM3XX系列变频器原理图由原理图1-6可知,EM3XX系列变
7、频器由以下几部分组成。 一、输入滤波部分T1T3为电压流涌吸收电路,吸收高幅值电压脉冲。C1C3为高频电网噪声吸收电路。二、交流-直流变换部分1、整流桥整流部分由六只整流管组成三相整流桥,将电源的三相交流全波整流成直流。如电源的线电压为UL,则三相全波整流后平均直流电压UD的大小为: UD=1.35UL我国三相电源的线电压为380V,故全波整流后的平均电压UD=1.35380V=513V。2、滤波电容器C5、C6滤波电容的功能是:滤平全波整流后的电压纹波;当负载变化时,使直流电压保持平稳。3、 缓冲电阻R1与可控硅SCR在变频器合上电源的瞬间,滤波电容器C5、C6上的充电电流是很大的。过大的冲
8、击电流将可能使三相整流桥损坏。为了保护整流桥,在变频器刚接通电源的一段时间里,电路内串入缓冲电阻R1,以限制电容器C5、C6上的充电电流。当滤波电容器C5、C6充电电压达到一定程度时,令SCR导通,将R1短路掉。4、发光二极管(CHARGE)发光二极管CHARGE除了表示电源是否接通以外,还有一个十分重要的功能,即在维修时,变频器切断电源后,发光二极管发光熄灭表示滤波电容器C5、C6上的电荷已经释放完毕,可以实施维修。 提示:由于C5、C6的容量较大,而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行,所以C5、C6没有快速放电的回路,其放电时间往往长达数分钟。又由于C5、C6上的电压较高,如不放
9、完,对人身安全将构成威胁。故在维修变频器时,必须等发光二极管完全熄灭后才可以接触变频器的内部的导电部分。三、直流-交流变换部分 逆变部分由六只IGBT管和六只续流二极管组成。通过控制IGBT管的开关顺序和开关时间,变频器可以将直流电变成频率可变、电压可变的交流电,电压波形为脉宽调制波。单相逆变原理图如图1-7所示,K1K4是开关器件,M是负载,A、B间通以直流电压UD。先令K1、K4闭合,K2、K3断开。则电流的路径如左图所示,C、D间的电压为C“+”、D“”。再令K1、K4断开,K2、K3闭合,则电流的路径如右图所示,C、D间的电压为C“”、D“+”。如使上述两种状态不停地交替工作,则负载M
10、上所得到的便是交流电压了。用六个开关器件,使它们按三相间互差三分之一周期的规律交替工作,就可将直流电“逆变”成三相交流电了,如图1-8所示。图1-8 三相逆变原理图四、制动单元和制动电阻当工作机械快速制动时,其蕴含的势能会使得电动机进入再生发电状态,所发出的电能将被储存在中间环节的电容器中,导致直流母线电压升高。如果工作机械制动太快,会导致直流母线电压升高到变频器进行过压保护的水平,引起过压失速或变频器跳“过压”。因此,需要加外接制动单元及制动电阻,以快速消耗再生能量。EM3xx系列变频器15KW以下带内置制动单元。1、制动单元制动单元由IGBT及其驱动电路构成。其功能是为放电电流流经制动电阻
11、提供通路。2、 制动电阻电动机在工作频率下降过程中,将处于再生制动状态,拖动系统的动能要反馈到直流电路中,使直流电压UD不断上升,甚至可能达到危险的地步。因此,必须将再生到直流电路的能量消耗掉,使UD保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。在EM系列变频器15KW以下规格中,制动电阻接在+及PB端子间。 提示:对于带内置制动单元的变频器,需要外接制动单元时,外接单元应接在及端子上。五、 控制电路部分1、开关电源正弦变频器的辅助电源采用开关电源,具有体积小、效率高等优点。电源输入为变频器主回路直流母线。通过脉冲变压器的隔离变换和变压器副边的整流滤波得到多路输出直流电压。其中+15V、
12、-15V、+5V共地,15V给电流传感器、运放等模拟电路供电,+5V给MCU及外围数字电路供电。相互隔离的六组+15V/-8V电源给IGBT驱动电路供电。+24V为继电器、直流风机供电。 1.1、MCU(嵌入式单片机) EM3xx系列变频器采用的MCU为S87C196MH,主要完成电流、电压、温度采样、六路PWM输出,各种故障报警输入,电流电压频率设定信号输入,以及完成电机控制算法的运算等功能。1.2、输入输出端子变频器控制电路输入输出端子排序图:其中:X1X7为多功能输入端子,通过功能代码F2.00-F2.06的设置,相应的端子进行编程,实现设定功能的输入控制;Y1、Y2为开路集电极输出多功
13、能输出端子,详见F2.12、F2.13代码介绍。+24为变频器内部提供的+24VDC电源,COM为该电源地。最大可输出150mA。+10V为外接模拟量给定用+10VDC电源,GND为该电源地。(带载能力20mA)VS、VF分别为模拟电压输入和反馈模拟电压量输入,GND为地。IS、IF分别为模拟电流输入和反馈模拟电流量输入,GND为地。M0、M1为可编程模拟电压量输出,用户可以选择010V或020mA模拟输出,连接在M0GMD和M1GND端子上,也可以通过代码F2.16、F2.17或F2.19、F2.20的设置选择所代表的输出功能,也可以作为其他变频器的模拟电压输入信号。 提示:可以使用01mA
14、输入信号的仪表,但需串接810K电阻。RUN为运行控制端子。与COM短接启动,断开停车。F/R为正反转控制端子,与COM短接反转,断开正转。EA、EB、EC为继电器1输出端子,EB-EC常闭,EA-EC常开;RA、RB、RC为继电器2输出端子,RB-EC闭合、RAEC常开 A+、A-为RS485接口端子,按照本公司提供的通讯协议进行通讯,具有多机通讯能力,通过一台上位机可实现多台变频器的远程控制和运行状态监视功能。2、操作面板部分MCU通过串行口,与操作面板(键盘)相连,完成键盘编码器信号、按键信号的输入、显示数据输出等功能。第二章 EM3XX系列变频器2.1 命名规则 EM 303A - 4
15、R0 G - 3 A设计版本:A-Z产品分类电压等级:EM:变频器1:单相220VEA:伺服驱动器2:三相220VEP:电源3:三相380VBR:制动单元6:三相660V7:三相1140V产品系列负载类型:无区分时可省略303A:开环矢量系列L/M/S:分别是大/中/小惯量型321A:旋切机专用系列G:通用型、P:风机水泵型329A:张力控制专用系列 适配负载功率0R40R5 018 0.4KW0.55KW 18.5KW 2.2 铭牌在变频器的箱体的右侧板下方,贴有标示变频器型号及额定值的铭牌,铭牌内容如图2-1所示。EM303A - 4R0 G - 3 A型号:AC 380V输入电压:4.0
16、KW额定功率:9.6A额定电流:序列号:深圳市正弦电气有限公司工厂编号: 图2-1 EM3xx系列变频器铭牌2.3 操作面板及操作方法2.3.1 操作面板说明用操作面板,可对变频器进行运转、功能参数设定、状态监控等操作,EM3XX系列变频器操作面板外形及功能区如图2-2所示。显示器编码器或电位器空按键数码管面板液晶面板图2-2 操作面板表2-1 操作面板各部件的名称及功能部件名称功能左移键在设定状态下,修改参数时,改变参数的修改位。切换键下级菜单返回上级菜单切换键。恢复设定功能代码的参数。从最高级菜单到F0.00的内容切换。JOG键点动运行键,按住该键进行点动运行,松开则停机。确认键设定状态时
17、,存储代码的参数,同时也是进入下级菜单确认键。运行键键盘控制有效时,按下该键松开后,启动变频器的运行。停止/复位键键盘控制有效时,按下该键,立即停止变频器运行。设定状态时,恢复设定功能代码的参数。 故障状态时,从故障状态返回设定状态。数码管显示器(LED)四位八段码,显示功能设定、运行监视、故障监视代码及参数。增加键功能码,菜单组,或设定参数值递增。减小键功能码,菜单组,或设定参数值递减。液晶显示器(LCD)中英文字符,显示功能设定、运行监视、故障监视代码及参数。状态指示灯RUN: 绿色,指示灯亮表示变频器在运行状态。此灯闪烁表示变频器正在停车。STOP:红色,指示灯亮表示变频器出现故障。%:
18、 红色,指示灯亮表示代码参数的量纲单位为百分比。Hz: 红色,指示灯亮表示代码参数的量纲单位为赫兹。S: 红色,指示灯亮表示代码参数的量纲单位为秒。数字编码器数字式增量编码器,顺时针方向旋转,数字增加,逆时针方向旋转,数字减小,用于代码选择和代码参数修改。2.3.2 操作方法说明2.3.2.1主菜单选择操作功能设定、运行监视、故障监视主菜单选择操作,共分为十六项,功能设定菜单 F0._ _ :基本参数设定,F1._ _ :电机参数设定,F2._ _ :输入输出端子,F3._ _: 多段速运行,F4._ _ :PID基本代码, F5._ _ :矢量控制基本代码 F6._ _ :程序运行控制, F
19、7._ _ 运行增强代码, F8._ _ 输入输出偏置, F9._ _ 速度给定选择, FA._ _ 矢量控制增强代码, FB._ _ PID增强代码, FC._ _ 运行控制代码, FD._ _ 辅助功能代码, FE._ _ 端子自定义,运行监视菜单C _ _ ,故障监视菜单E _ _ ,选择操作方法如图2-3所示。图2-3主菜单选择操作2.3.2.2 子菜单选择操作在子菜单选择操作中,可选定一个代码。例如在F1. _ _子菜单中,可从F1.00至F1.31选择任意一个代码,代码的选择操作如图2-4所示图2-4 子菜单选择操作2.3.2.3功能设定变频器在功能设定状态,可显示、修改、存储、恢
20、复功能设定代码的参数。变频器运行前,要正确设置功能设定代码的参数。功能设定代码参数查询通过主菜单、子菜单选择操作,选定相应的功能设定代码,可查询其参数,例如,需查询F2.09功能设定代码参数时,可采用图2-5所示的操作流程。 图2-5 功能设定代码参数查询操作流程功能设定代码参数修改当要修改功能设定代码的参数时,先用功能设定代码参数查询流程,再按如图2-6所示的流程修改参数。无论在功能设定状态还是在运行状态,4位功能参数数值中的一位以每秒一次的频率闪烁,表示此功能代码参数允许修改,若4位功能参数数值不闪烁,则不允许修改。图2-6功能设定代码参数修改流程功能设定代码参数存储被修改后的参数,数码管
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- 正弦 变频器 培训 手册 82
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