变频器的应用.ppt
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1、变频器的应用变频器的应用通用变频器变频器简介变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。变频器的问世,使得交流调速在很大程度上取代了直流调速。ACS100变频器用于0.122.2kW鼠笼式电机的速度和转矩控制“通用通用通用通用”一词有两方面的含一词有两方面的含一词有两方面的含一词有两方面的含义:一是这种变频器可用义:一是这种变频器可用义:一是这种变频器可用义:一是这种变频器可用以驱动通用型交流电动机,以驱动通用型交流电动机,以驱动通用型交流电动机,以驱动通用型交流电动机,而不一定使用专用变频电而不一定使用专用变频电而不一定使用专用变频电而不一定使用专用变频电动机;二是通用变频器
2、具动机;二是通用变频器具动机;二是通用变频器具动机;二是通用变频器具有各种可供选择的功,能有各种可供选择的功,能有各种可供选择的功,能有各种可供选择的功,能适应许多不同性质的负载适应许多不同性质的负载适应许多不同性质的负载适应许多不同性质的负载机械。机械。机械。机械。(1)(1)(1)(1)整流单元三相桥式不可控整流电路。整流单元三相桥式不可控整流电路。整流单元三相桥式不可控整流电路。整流单元三相桥式不可控整流电路。(2)(2)(2)(2)逆变单元由逆变单元由逆变单元由逆变单元由6 6 6 6个大功率开关管组成的三相桥式电路。个大功率开关管组成的三相桥式电路。个大功率开关管组成的三相桥式电路。
3、个大功率开关管组成的三相桥式电路。大功率开关多为大功率开关多为大功率开关多为大功率开关多为IGBTIGBTIGBTIGBT模块。模块。模块。模块。(3)(3)(3)(3)滤波环节电阻与电解电容器。滤波环节电阻与电解电容器。滤波环节电阻与电解电容器。滤波环节电阻与电解电容器。整流滤波单元l通用变频器的结构通用变频器的结构(4)(4)(4)(4)计算机控制单元用于控制整个系统的运行,是变频计算机控制单元用于控制整个系统的运行,是变频计算机控制单元用于控制整个系统的运行,是变频计算机控制单元用于控制整个系统的运行,是变频器的核心。器的核心。器的核心。器的核心。(5)(5)(5)(5)主电路接线端子电
4、源、电动机、直流电抗器、制动主电路接线端子电源、电动机、直流电抗器、制动主电路接线端子电源、电动机、直流电抗器、制动主电路接线端子电源、电动机、直流电抗器、制动单元和制动电阻等外接单元的接线端子。单元和制动电阻等外接单元的接线端子。单元和制动电阻等外接单元的接线端子。单元和制动电阻等外接单元的接线端子。(6)(6)(6)(6)控制电路接线端子用于控制变频器的起动、停止、控制电路接线端子用于控制变频器的起动、停止、控制电路接线端子用于控制变频器的起动、停止、控制电路接线端子用于控制变频器的起动、停止、外部频率信号给定及故障报警输出等。外部频率信号给定及故障报警输出等。外部频率信号给定及故障报警输
5、出等。外部频率信号给定及故障报警输出等。计算机控制单元主电路接线端子主电路接线端子(7)(7)(7)(7)操作面板用于变频器的功能与频率设定,以及控制操操作面板用于变频器的功能与频率设定,以及控制操操作面板用于变频器的功能与频率设定,以及控制操操作面板用于变频器的功能与频率设定,以及控制操作等。如设定频率作等。如设定频率作等。如设定频率作等。如设定频率(基波频率、载波频率、上限频率、下限基波频率、载波频率、上限频率、下限基波频率、载波频率、上限频率、下限基波频率、载波频率、上限频率、下限频率、高、中、低速频率等频率、高、中、低速频率等频率、高、中、低速频率等频率、高、中、低速频率等),运行正、
6、反转选择,运行正、反转选择,运行正、反转选择,运行正、反转选择(及正、反及正、反及正、反及正、反转防止设定转防止设定转防止设定转防止设定),起动、停车的加速度设定,过载电流设定等,起动、停车的加速度设定,过载电流设定等,起动、停车的加速度设定,过载电流设定等,起动、停车的加速度设定,过载电流设定等,以及起动、停止、点动、升速、降速等的操作。以及起动、停止、点动、升速、降速等的操作。以及起动、停止、点动、升速、降速等的操作。以及起动、停止、点动、升速、降速等的操作。(8)(8)(8)(8)冷却风扇用于变频器机体内的通风。冷却风扇用于变频器机体内的通风。冷却风扇用于变频器机体内的通风。冷却风扇用于
7、变频器机体内的通风。通用变频器的使用 l变频器类型的选择变频器类型的选择 根据负载的要求来选择变频器的类型,如:根据负载的要求来选择变频器的类型,如:1)1)风机、泵类负载,它们的阻力转矩与转速的风机、泵类负载,它们的阻力转矩与转速的平方成正比,起动及低速时阻力转矩较小,通常可平方成正比,起动及低速时阻力转矩较小,通常可以选择普通功能型。以选择普通功能型。2)2)恒转矩类负载,如挤压机、搅拌机、传送带恒转矩类负载,如挤压机、搅拌机、传送带等,则有两种情况。一是可采用普通功能型变频器。等,则有两种情况。一是可采用普通功能型变频器。二是采用具有转矩控制功能的高功能型变频器,其二是采用具有转矩控制功
8、能的高功能型变频器,其实现恒转矩负载的调速运行比较理想。实现恒转矩负载的调速运行比较理想。3)3)对一些动态性能要求较高的生产机械,如轧对一些动态性能要求较高的生产机械,如轧钢、塑料薄膜加工线等,可采用矢量控制型变频器。钢、塑料薄膜加工线等,可采用矢量控制型变频器。l变频器容量的计算变频器容量的计算 对于连续恒载运转机械所需的变频器,其容量可用对于连续恒载运转机械所需的变频器,其容量可用下式近似计算:下式近似计算:l变频器外部接线变频器外部接线 下面以富士电机下面以富士电机公司公司FRNG9S/P9SFRNG9S/P9S系列变频器为例系列变频器为例加以说明。图加以说明。图8-8-1616为为F
9、RNG9S/P9SFRNG9S/P9S变频器的基本原变频器的基本原理接线图。理接线图。n主电路接线端子接线图主电路接线端子接线图 变频器功能解析变频器功能解析l频率的给定与相关功能频率的给定与相关功能1频率给定的方式与选择频率给定的方式与选择要调节变频器的输出频率,必须首先向变频要调节变频器的输出频率,必须首先向变频器提供改变频率的信号,这个信号,称为器提供改变频率的信号,这个信号,称为频率给定信号,也有称为频率指令信号或频率给定信号,也有称为频率指令信号或频率参考信号的。所谓给定方式,就是调频率参考信号的。所谓给定方式,就是调节变频器输出频率的具体方法节变频器输出频率的具体方法,也就是提供也
10、就是提供给定信号的方式。给定信号的方式。1.1面板给定方式(a)键盘给定频率的大小通过键盘上的升键(键)和降键(q键)来进行给定。键盘给定属于数字量给定,精度较高。(b)电位器给定部分变频器在面板上设置了电位器,如图1(a)所示。频率大小也可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定,精度稍低。变频器的面板通常可以取下,通过延长线安置在用户操作方便的地方,如图2所示1.2外部给定方式l从外接输入端子输入频率给定信号,来调节变频器输出频率的大小,称为外部给定,或远控给定。主要的外部给定方式有:A、外接模拟量给定lB、外接数字量给定lC、外接脉冲给定lD、通讯给定1.3选择给定方式的一般原则选择
11、给定方式的一般原则l(1)优先选择面板给定。l(2)优先选择数字量给定l(3)优先选择电流信号2模拟量给定的调整功能模拟量给定的调整功能2.1基础概念基础概念(1)频率给定线频率给定线l由模拟量进行频率给定时,变频器的给定信号X(X是给定信号的统称,既可以是电压信号UG,也可以是电流信号IG与对应的给定频率fX之间的关系曲线fXf(),称为频率给定线。l在给定信号X从0增大至最大值Xmax的过程中,给定频率fX线性地从0增大到最大频率fmax的频率给定线称为基本频率给定线。其起点为(X0,fX0);终点为(XXmax,fXfmax),如图3(a)和(b)所示。l(2)最大频率fmax在数字量给
12、定(包括键盘给定、外接升速/降速给定、外接多档转速给定等)时,是变频器允许输出的最高频率;在模拟量给定时,是与最大给定信号对应的频率。l(3)频率给定线的调整l(a)频率给定线的起点l频率给定线的终点l2.2偏置频率和频率增益设定方式偏置频率和频率增益设定方式l(1)偏置频率部分变频器把与给定信号为“0”时的对应频率称为偏置频率,用fBI表示,如图4所示l(2)频率增益l当给定信号为最大值Xmax时,对应的最大给定频率fXM与变频器预置的最大输出频率fmax之比的百分数,用G表示:l式中,频率增益,;fmax变频器预置的最大频率,Hz;fXM虚拟的最大给定频率,Hz。在这里,变频器的最大给定频
13、率fXM不一定与最大频率fmax相等。当100时,变频器实际输出的最大频率就等于fXM,如图5中之曲线所示(曲线是基本频率给定线);当100时,变频器实际输出的最大频率等于fmax,如图5中的曲线所示。l2.3坐标设定方式坐标设定方式l(1)直接坐标预置通过直接预置起点坐标(Xmin,fmin)与坐标(Xmax,fmax)来预置频率给定线,如图6(a)所示。如果要求频率与给定信号成反比的话,则起点为(Xmin,fmax),坐标为(Xmax,fmin),如图6(b)所示。l(2)上、下限值预置(a)预置给定信号的上、下限值(b)预置给定频率的上、下限值l实例2用户要求:当模拟量给定信号为(010
14、)V时,变频器的输出频率为(030)Hz。解决方法:可将最大给定信号时的频率增益G预置为60,如图10中曲线所示。l3模拟量给定的正、反转控制与滤波模拟量给定的正、反转控制与滤波3.1模拟量给定的正、反转功能模拟量给定的正、反转功能(1)控制方式(a)由双极性给定信号控制给定信号可“”可“”,正信号控制正转,负信号控制反转(b)(b)由单极性给定信号控制给定信号只有“”值,由给定信号中间的任意值作为正转和反转的分界点,l(2)死区的设置l用模拟量给定信号进行正、反转控制时,“0”速控制很难稳定,在给定信号为“”时,常常出现正转或反转的“蠕动”现象。为了防止这种“蠕动”现象,需要在“”速附近设定
15、一个死区X,使给定信号从-X到X的区间内,输出频率为0Hz。l(3)有效“0”的功能在给定信号为单极性的正、反转控制方式中,存在着一个特殊的问题。即,万一给定信号因电路接触不良或其他原因而“丢失”,则变频器的给定输入端得到的信号为“0”,其输出频率将跳变为反转的最大频率,电动机将从正常工作状态转入高速反转状态。十分明显,在生产过程中,这种情况的出现将是十分有害的,甚至有可能损坏生产机械。对此,变频器设置了一个有效“0”功能。就是说,变频器的最小给定信号不等于0(Xmin0)。如果给定信号X0,变频器将认为是故障状态而把输出频率降至0Hz。l4频率的限制功能频率的限制功能l4.1上、下限频率上、
16、下限频率l根据生产机械所要求的最高与最低转速,以及电动机与生产机械之间的传动比,可以推算出相对应的频率,分别称为上限频率(用fH表示)与下限频率(用fL表示)上限频率小于最高频率l4.2回避频率回避频率l设置回避频率fJ的目的,就是使拖动系统“回避”掉可能引起谐振的转速l(1)回避频率的预置预置回避频率时,必须预置以下两个数据:中心回避频率fJ即回避频率所在的位置;回避宽度fJ即回避区域,如图(a)所示。(2)回避频率的数量大多数变频器都可以预置三个回避频率,如图(b)所示。l(1)载波频率对变频器输出电流的影响(a)载波频率与电流波形运行频率越低,则电压波的平均占空比越小,电流高次谐波成分越
17、大,故适当提高载波频率,可以改善电流波形。(b)载波频率与死区逆变桥中,同一桥臂的上、下两个逆变管是在不停地交替导通的,为了保证在交替导通时,只有当一个逆变管完全截止的情况下,另一个逆变管才开始导通。在交替过程中,必须有一个死区(等待时间)。载波频率和死区的关系有如下的几个方面:变频器的输出电流越大,每次交替所要求的死区也越大;载波频率越高,则死区的累计值越大,变频器的平均输出电流越小。4.3载波频率载波频率载波频率的影响载波频率的影响4.4加、减速的功能设置加、减速的功能设置l(1)加、减速时间(a)加速时间的定义不同变频器对加速时间的定义不完全一致,主要有以下两种:定义1变频器的输出频率从
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