變頻器的工程應(yīng)用實例

1、變頻器的工程應(yīng)用變頻器的工程應(yīng)用 劉美俊劉美俊 西門子公司標準通用型變頻器主要包括MM4、MM3系列變頻器和電動機變頻器一體化裝置三大類。其中，MM4系列變頻器包括MM440矢量型通用變頻器、MM430節(jié)能型通用變頻器、MM420基本型通用變頻器和MM410緊湊型通用變頻器四個系列，這也是目前應(yīng)用較為廣泛的變頻器。下面重點介紹MM440變頻器的操作方法及應(yīng)用注意事項。MM440變頻器的電氣安裝 在變頻器與電動機和電源線連接時必須注意以下幾點： 1）變頻器必須接地。 2）在變頻器與電源線連接或更換變頻器的電源線之前，應(yīng)完成電源線的絕緣測試。 3）確信電動機與電源電壓的匹配是正確的。 4）不允許把

2、MM440變頻器連接到電壓更高的電源上。MM440的開關(guān)量運行 MM440變頻器有6個數(shù)字輸入端口，用戶可根據(jù)需要設(shè)置每個端口的功能。從P0701P0706為數(shù)字輸入1功能至數(shù)字輸入6功能，每一個數(shù)字輸入功能設(shè)置參數(shù)值范圍均從099，工廠默認值為1，下面列出其中幾個參數(shù)值，并說明其含義。（1）參數(shù)值為1：ON接通正轉(zhuǎn)，OFFl停車。（2）參數(shù)值為2：ON接通反轉(zhuǎn)，OFFl停車。（3）參數(shù)值為3：OFF2（停車命令2），按慣性自由停車。（4）參數(shù)值為4：OFF3（停車命令3），按斜坡函數(shù)曲線快速降速（5）參數(shù)值為9：故障確認。 （6）參數(shù)值為10：正向點動。（7）參數(shù)值為11：反向點動。（8）參

3、數(shù)值為17：固定頻率設(shè)定值。（9）參數(shù)值為25：直流注入制動。MM440變頻器數(shù)字輸入控制端口開關(guān)量運行接線如圖所示。在圖中SBlSB4為帶自鎖按鈕，分別控制數(shù)字輸入58端口。端口5設(shè)置為正轉(zhuǎn)控制，其功能由P0701的參數(shù)值設(shè)置。端口6設(shè)為反轉(zhuǎn)控制，其功能由P0702的參數(shù)值設(shè)置。端口7設(shè)為正向點動控制，其功能由P0703的參數(shù)值設(shè)置。端口8設(shè)為反向點動控制，其功能由P0704的參數(shù)值設(shè)置。頻率和時間各參數(shù)在變頻器的前操作面板上直接設(shè)置。 系統(tǒng)操作步驟如下：（1）連接好電路，檢查線路正確后合上變頻器電源空氣開關(guān)Q。（2）恢復(fù)變頻器工廠默認值。按下P鍵，變頻器開始復(fù)位到工廠默認值。（3）設(shè)置電動

4、機參數(shù)，然后設(shè)P00100，變頻器當前處于準備狀態(tài)，可正常運行。 （4）設(shè)置數(shù)字輸入控制端口開關(guān)操作運行參數(shù)， 1）電動機正向運行。當按下按鈕SB1時，變頻器數(shù)字輸入端口5為“ON”，電動機按P1120所設(shè)置的5s斜坡上升時間正向起動，經(jīng)5s后穩(wěn)定運行在560r/min的轉(zhuǎn)速上。此轉(zhuǎn)速與Pl040所設(shè)置的20Hz頻率對應(yīng)。松開按鈕SB1，數(shù)字輸入端口5為“OFF”，電動機按P1121所設(shè)置的5s斜坡下降時間停車，經(jīng)5s后電動機停止運行。 2）電動機反向運行。如果要使電動機反轉(zhuǎn)，則按下按鈕SB2，變頻器數(shù)字輸入端口“6”為“ON”，電動機按P1120所設(shè)置的5s斜坡上升時間反向起動，經(jīng)5s后反向

5、運行在560r/min的轉(zhuǎn)速上。此轉(zhuǎn)速與P1040所設(shè)置的20Hz頻率對應(yīng)。松開帶鎖按鈕SB2，數(shù)字輸入端口6為“OFF”，電動機按P1121所設(shè)置的5s斜坡下降時間停車，經(jīng)5s后電動機停止運行。 3）電動機正向點動運行。當按下正向點動按鈕SB3時，變頻器數(shù)字輸入端口7為“ON”，電動機按P1060所設(shè)置的5s點動斜坡上升時間正向點動運行，經(jīng)5s后正向穩(wěn)定運行在280r/min的轉(zhuǎn)速上。此轉(zhuǎn)速與P1058所設(shè)置的10Hz頻率對應(yīng)。當松開按鈕SB3時，數(shù)字輸入端口7為“OFF”，電動機按P1061所設(shè)置的5s點動斜坡下降時間停車。 4）電動機反向點動運行。當按下反向點動按鈕SB4時，變頻器數(shù)字輸

6、入端口8為“ON”，電動機按P1060所設(shè)置的5s點動斜坡上升時間反向點動運行，經(jīng)5s后反向穩(wěn)定運行在280r/min的轉(zhuǎn)速上，此轉(zhuǎn)速與P1058所設(shè)置的10Hz頻率對應(yīng)。當松開按鈕SB4時，數(shù)字輸入端口8為“OFF”，電動機按P1061所設(shè)置的5s點動斜坡下降時間停車。MM440模擬量運行 MM440變頻器可以通過6個數(shù)字輸入端口對電動機進行正反轉(zhuǎn)運行、正反轉(zhuǎn)點動運行方向控制，可通過基本操作板BOP或高級操作板AOP來設(shè)置正反向轉(zhuǎn)速的大?。灰部梢杂蓴?shù)字輸入端口控制電動機的正反轉(zhuǎn)方向，由模擬輸入端控制電動機轉(zhuǎn)速的大小。MM440變頻器為用戶提供了兩對模擬輸入端口，即端口3、4和端口10、11，

7、如下圖所示。模擬信號操作時的接線 圖中，通過設(shè)置P0701的參數(shù)值，使數(shù)字輸入5端口具有正轉(zhuǎn)控制功能；通過設(shè)置P0702的參數(shù)值，使數(shù)字輸入6端口具有反轉(zhuǎn)控制功能；模擬輸入3、4端口外接電位器，通過3端口輸入大小可調(diào)的模擬電壓信號，控制電動機轉(zhuǎn)速的大小，即由數(shù)字輸入端控制電動機轉(zhuǎn)速的方向，由模擬輸入端控制轉(zhuǎn)速的大小。 由圖可知，MM440變頻器的1、2輸出端為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電位器RP1提供10V直流穩(wěn)壓電源。為了確保交流調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，MM440變頻器通過1、2輸出端為用戶的給定單元提供了一個高精度的直流穩(wěn)壓電源 操作步驟 （1）連接電路，檢查接線正確后合上變頻器電源空氣開關(guān)Q。（2）恢復(fù)變頻器

8、工廠默認值。按下P鍵，變頻器開始復(fù)位到工廠默認值。（3）設(shè)置電動機參數(shù)。設(shè)P00100，變頻器當前處于準備狀態(tài)，可正常運行。 （4）設(shè)置模擬信號操作控制參數(shù)。 1）電動機正轉(zhuǎn)：按下電動機正轉(zhuǎn)按鈕SB1，數(shù)字輸入端口5為“ON”，電動機正轉(zhuǎn)運行，轉(zhuǎn)速由外接電位器RP1來控制，模擬電壓信號從0V10V變化，對應(yīng)變頻器的頻率從050Hz變化，通過調(diào)節(jié)電位器RP1改變MM440變頻器3端口模擬輸入電壓信號的大小，可平滑無級地調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的大小。當松開按鈕SB1時，電動機停止。通過P1120和P1121參數(shù)，可設(shè)置斜坡上升時間和斜坡下降時間。2）電動機反轉(zhuǎn)：當按下電動機反轉(zhuǎn)按扭SB2時，數(shù)字輸入端口6

9、為“ON”，電動機反轉(zhuǎn)運行，與電動機正轉(zhuǎn)相同，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的大小仍由外接電位器RP1來調(diào)節(jié)。當放開按鈕SB2時，電動機停止。例1西門子MM440變頻器的AOP面板僅能存儲一組參數(shù)。處理方法：變頻器選型手冊中介紹AOP面板中能存儲10組參數(shù)，但在用AOP面板做第二臺變頻器參數(shù)的備份時，顯示“存儲容量不足”。其解決辦法如下：（1）在菜單中選擇“語言”項。（2）在“語言”項中選擇一種不使用的語言。（3）按FnA鍵選擇刪除，經(jīng)提示后，按P鍵確認。這樣，AOP面板就可以存儲10組參數(shù)。造成這種現(xiàn)象的原因可能是設(shè)計時AOP面板中的內(nèi)存不夠。MM440的維護實例 例2MM440變頻器調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)只有參數(shù)P00

10、3和P004能被修改，其余參數(shù)都是只讀，不能修改。處理方法：這是由于用戶在調(diào)試過程中修改了參數(shù)P927（該參數(shù)用于定義修改參數(shù)的接口）造成的。其定義如下：Bit00：PROFIBUS/CBBit01：BOPBit02：BOP鏈路的USSBit03：COM鏈路的USS某位為“1”時，表示該位有效。Bit01為“1”表示用戶可通過BOP修改參數(shù)。變頻器顯示面板7段顯示結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 變頻器顯示面板7段顯示結(jié)構(gòu)圖 例3怎樣實現(xiàn)用編碼器作為速度給定？處理方法：編碼器裝在與紗錠相連的測速軸上，作為變頻器MM440的速度給定，如圖所示。用編碼器作為速度給定，需要做以下參數(shù)設(shè)置：（1）P1300不能為21

11、或23，即不能為閉環(huán)速度或閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制。（2）P0400設(shè)為1或2，激活編碼器對速度進行檢測，如表所示。（3）P1070設(shè)定為63。 編碼器的連接 MM440變頻器在料車卷揚調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 料車機械傳動系統(tǒng)示意圖 1交流電動機的選用 煉鐵高爐主卷揚機變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)在選擇交流異步電動機時，需要考慮以下問題：應(yīng)注意低頻時有效轉(zhuǎn)矩必須滿足的要求；電動機必須有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩來確保重載起動。針對本系統(tǒng)100m3的高爐，選用Y280S-8的三相交流感應(yīng)電動機，其額定功率為37kW，額定電流為78.2A，額定電壓為380V，額定轉(zhuǎn)速為740r/min，效率為91%，功率因數(shù)為0.79。 本系統(tǒng)選用西門

12、子MM440，額定功率55kW，額定電流110A的變頻器。該變頻器采用高性能的矢量控制技術(shù)，具有超強的過載能力，能提供持續(xù)3s的200%過載能力，同時提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性。 （2）制動單元。 從上料卷揚運行速度曲線可以看出，料車在減速或定位停車時，應(yīng)選擇相應(yīng)的制動單元及制動電阻，使變頻器直流回路的泵升電壓UD保持在允許范圍內(nèi)。 可編程序控制器選用西門子S7-300，這種型號的PLC具有通用性應(yīng)用、高性能、模塊化設(shè)計的性能特征，具備緊湊設(shè)計模塊。由于使用了MMC存儲數(shù)據(jù)和程序，系統(tǒng)免維護。電源模塊為PS-307 2A，插入1號槽。CPU為CPU315-2DP（保留PROFIBUS-

13、DP接口，為今后組成網(wǎng)絡(luò)作準備），型號6ES7 315-1AF03-0AB0，插入2號槽。數(shù)字輸入模塊選SM321 DI16DC24V，型號6ES7 321-1BH02-0AA0兩塊，一塊插入4號槽內(nèi)，地址范圍為I0.0I0.7及I1.0I1.7；另一塊插入5號槽內(nèi)，地址范圍為I4.0I4.7及I5.0I5.7。數(shù)字輸出模塊選SM322 DO16DC24V/0.5A，6ES7 322-1BH01-0AA0型一塊，插入6號槽內(nèi)，地址范圍為Q8.0Q8.7及Q9.0Q9.7。 MM440參數(shù)設(shè)置表 參 數(shù) 號設(shè) 置 值說 明P01000功率以kW表示，頻率為50HzP03001電動機類型選擇（異步

14、電動機）P0304380電動機額定電壓（V）P030578.2電動機額定電流（A）P030737電動機額定功率（kW）P030991電動機額定效率（%）P031050電動機額定頻率（Hz）P0311740電動機額定轉(zhuǎn)速（r/min）P07002命令源選擇“由端子排輸入”P07011ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P07022ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止P070317選擇固定頻率（Hz） 參 數(shù) 號設(shè) 置 值說 明P070417選擇固定頻率（Hz）P070517選擇固定頻率（Hz）P073152.3變頻器故障P10003選擇固定頻率設(shè)定值P100150設(shè)置固定頻率f150HzP100220設(shè)置固定頻率f22

15、0HzP10046設(shè)置固定頻率f36HzP10800電動機運行的最低頻率（Hz）P108250電動機運行的最高頻率（Hz）P11203斜坡上升時間（s）P11213斜坡下降時間（s）P130020變頻器為無速度反饋的矢量控制MM440 運 行 頻 率 表 固定頻率Q8.5對應(yīng)16端口Q8.4對應(yīng)8端口Q8.3對應(yīng)7端口MM440頻率參數(shù)MM440頻率（Hz）高f1001P100150中f2010P100220低f3100P10046MM440在離心機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 其工藝步驟分為三步： （1）慢速階段23min，使混凝土分布鋼模內(nèi)壁四周而不塌落。 （2）中速階段0.51min，防止離心過程混

16、凝土結(jié)構(gòu)受到破壞，這是從低速到高速的一個短時過渡階段； （3）高速階段615min，將混凝土沿離心力方向擠向內(nèi)模壁四周，達到均勻密實成型，并排除多余水分。各階段的運行速度和運行時間視不同規(guī)格和型號的電桿而有所不同，其運行速度圖如圖所示 根據(jù)第3章變頻器容量的選擇方法進行計算，可選用37kW，額定電流75A的變頻器。考慮到改進設(shè)計方案的可行性、調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性及性價比，采用西門子MM440，37kW，額定電流為75A的通用變頻器。該變頻器采用高性能矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，可以控制電機從靜止到平滑起動期間提供3s，200%的過載能力。 變頻器的各項參

17、數(shù)設(shè)置 參數(shù)號參數(shù)值說 明P01000歐洲/北美設(shè)定選擇P03001電機類型選擇（異步電機）P0304380電機額定電壓P030569.9電機額定電流P030737電機額定功率P03080.87電機額定功率因數(shù)P03090.925電機額定效率P031050電機額定頻率P03111480電機額定轉(zhuǎn)速P07002變頻器通過數(shù)字量控制P100023變頻器頻率設(shè)定值來源于固定頻率和模擬量疊加P10800電機運行的最小頻率P108245電機運行的最大頻率P11205斜坡上升時間P112120斜坡下降時間P10605點動斜坡上升時間P10615點動斜坡下降時間P130020變頻器的運行方式為無速度反饋的矢

18、量控制P070116Din1選擇固定頻率1運行 參數(shù)號參數(shù)值說 明P070216Din2選擇固定頻率2運行P070316Din3選擇固定頻率3運行P07051Din5控制變頻器的啟/停P070610Din6正向點動P100120固定頻率1，20HzP100230固定頻率2，30HzP100340固定頻率3，40HzP105810正向點動頻率，10HzP073152.3變頻器故障指示P39003快速調(diào)試基于變頻器與PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計 將通往用戶的用水水管中的壓力變化經(jīng)壓力傳感器采集給變頻器，再通過變頻器與變頻器中的設(shè)定值進行比較，根據(jù)變頻器內(nèi)置的PID功能進行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果

19、以運行頻率的形式進行輸出。 當供水的壓力低于設(shè)定壓力，變頻器就會將運行頻率升高，反之則降低，并且可以根據(jù)壓力變化的快慢進行差分調(diào)節(jié)。由于本系統(tǒng)采取了負反饋，當壓力在上升到接近設(shè)定值時，反饋值接近設(shè)定值，偏差減小，PID運算會自動減小執(zhí)行量，從而降低變頻器輸出頻率的波動，進而穩(wěn)定壓力。供水系統(tǒng)方案 系統(tǒng)主電路圖 PLC接線圖 FR-A540變頻器參數(shù)設(shè)定表 參數(shù)號設(shè)定值設(shè)定范圍注 解Pr.1282010.11.20.21PID控制為4端輸入，起負作用Pr.1291000.11000PID比例常數(shù)設(shè)定為100%Pr.1300.503600sPID積分常數(shù)設(shè)定為0.5sPr.1340.50.0110

20、sPID積分常數(shù)設(shè)定為0.5sPr.18314099.9999RT端子功能設(shè)定為“PID控制有效端”Pr.19340199.9999OL端子功能設(shè)置為“Pr.50的頻率檢測（上限頻率）”Pr.19450199.9999FU端子功能設(shè)置為“Pr.42的頻率檢測（下限頻率）”Pr.42100400Hz下限標志頻率為10HzPr.50490400Hz上限標志頻率為49HzPLC程序流程 變頻器在行車上的應(yīng)用變頻器在行車上的應(yīng)用 行車和龍門吊車是目前工廠使用最多的起重設(shè)備，在行車的使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)驅(qū)動大車行走的2臺電動機在運行中不同步，造成行車整個車體相對于軌道出現(xiàn)偏移，使行車在行走中輪子擠壓軌道

21、，發(fā)出噪聲，車體出現(xiàn)抖動，嚴重時使軌道移位。為此，需要定時對行車軌道進行調(diào)整和校正，以保證行車的安全運行。 行車大車在行走過程中出現(xiàn)車體偏轉(zhuǎn)，其原因是大車左右兩邊的輪子運行速度不一致，而兩邊輪子的速度分別取決于各自的驅(qū)動電機速度和傳動機構(gòu)速比。由于制作工藝的限制，很難使兩邊速度完全一致。為此要消除車體偏移，較好的辦法是在運行過程中及時調(diào)整電動機的速度來矯正偏轉(zhuǎn)，使兩邊輪子運行速度保持一致。 矯正行車偏轉(zhuǎn)的方法有幾種：行車兩大車電機中，一臺采用交流繞線電動機來調(diào)速，另一臺可采用直流電動機或轉(zhuǎn)子滑差電動機來調(diào)速，或者仍采用繞線電動機，但通過串級調(diào)速來實現(xiàn)行車兩邊輪子的同步。在上述方法中，采用直流電

22、動機調(diào)速，系統(tǒng)需增設(shè)一臺整流調(diào)壓裝置，且直流電動機存在換向火花等問題，不宜采用；采用轉(zhuǎn)子滑差電動機調(diào)速，控制簡單，但電機本身體積較大，行車上的安裝位置不夠；采用串級調(diào)速時，系統(tǒng)需增設(shè)逆變變壓器和整流逆變裝置，控制較復(fù)雜。在上述三種調(diào)速方法中，還需用可編程控制器(PLC)來實現(xiàn)繼電器線路與調(diào)速裝置部分的邏輯連鎖控制，整個系統(tǒng)線路復(fù)雜，投資費用高。采用變頻器來矯正行車電動機不同步，只需對原控制線路稍作改動，投資費用低，安裝、維修方便，且系統(tǒng)的可靠性非常高。行車構(gòu)成示意圖 行車兩大車電動機仍采用原來的繞線式異步電動機，其中電機M2原控制方法不變，電機M1在原控制線路的基礎(chǔ)上增設(shè)1臺變頻器，實現(xiàn)對該電

23、機的變頻調(diào)速，來調(diào)整行車的運行偏轉(zhuǎn)。為測量行車運行過程中的偏轉(zhuǎn)，分別在行車車身左右兩端靠近軌道處裝設(shè)兩個接近開關(guān)。在行車前進過程中，如果右邊輪子運行速度較慢，則車身偏轉(zhuǎn)，接近開關(guān)KA1發(fā)出信號，說明此時電機M1需提速；反之，在前進過程中，當右邊輪子運行速度較快時，車身偏移，使接近開關(guān)KA2發(fā)出信號，說明此時電機M1需減速。 為實現(xiàn)上述功能，選用ABB公司生產(chǎn)的200V系列變頻器，型號為ACS143-4K1-1，變頻器矯正行車電機不同步接線圖 KM1、KM2分別為大車前進、后退控制用接觸器，其常開觸點用來控制變頻器的起停和正反轉(zhuǎn)，KA2、KA1為左、右端接近開關(guān)，變頻器D13、D14接線端用于連

24、接變頻器的速度給定信號，由接近開關(guān)控制。給定速度設(shè)置如表所示。 當KA1、KA2都無信號輸出時，說明行車運行正常，變頻器保持輸出頻率50Hz不變。在行車前進過程中(KM1為ON)，當KA1閉合時，D13=1、D14=0，說明電機M1速度過慢，此時變頻器輸出頻率增至55Hz，電機M1提速；反之，當KA2閉合時，D13=0、D14=1，變頻率輸出頻率為45Hz，電機M1減速。當KA1、KA2同時閉合時，D13=1、D14=1，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，變頻器報警。當行車后退時，KA1、KA2的閉合與M1的增減速對應(yīng)關(guān)系與前進時的對應(yīng)關(guān)系相反 D13 D14 輸出 0 0 正常 50Hz 0 1 減速 45

25、Hz 1 0 加速 55Hz 1 1 故障報警 在本控制線路中，通過變頻器D18、D19運行端控制中間繼電器KA5，實現(xiàn)與另一大車電動機運行的連鎖，防止出現(xiàn)一臺電動機運行、另一臺電動機停止而造成大的故障。 依照本方法對大噸位行車的控制系統(tǒng)進行改進，行車在運行過程中能根據(jù)位置檢測信號，實現(xiàn)對大車一臺電機的實時變頻調(diào)速，可以有效地克服行車運行中的不同步現(xiàn)象。 實驗證明，這種改造方法效果良好，可靠性高，成本低，有較大推廣價值。線材卷繞機的變頻調(diào)速 某鋼鐵公司連續(xù)線材軋制線由荒軋、飛剪、一中間軋、二中間軋、精軋及卷線機等機組組成。其中精軋部分分四條線，每條線有兩臺卷線機，輪流將線材卷成盤卷。線材軋機的

26、平面布置如圖1所示。軋制原材料為60mm60mm、長12m、單重330kg的鋼坯，產(chǎn)品為6.5mm的線材。軋制線上原來的主傳動系統(tǒng)都是直流調(diào)速系統(tǒng)。精軋機組出口的最高軋制速度為29.8m/s。卷線機的作用是把精軋機出來的成品線材卷成盤卷送出。卷線機為鐘罩式，其傳動系統(tǒng)如圖2所示線材軋機的平面布置圖卷線機的傳動系統(tǒng)示意圖 卷線機將精軋機組出來的線材，通過轉(zhuǎn)動的鐘罩，成圈地按松卷方向放到滑板上卷成盤，再由推卷裝置推到運輸機上。盤卷內(nèi)徑約850mm，外徑約1150mm；盤卷大小與卷線機轉(zhuǎn)速有關(guān)。當精軋轉(zhuǎn)速一定時，卷繞機轉(zhuǎn)速高，則盤卷直徑小，反之則大。為保證盤卷外觀整齊和減少精軋與卷線機之間堆積鋼材，

27、要求卷線機的轉(zhuǎn)速能良好地跟隨精軋機的轉(zhuǎn)速變化。 卷線機的原拖動系統(tǒng)是由電子管，磁放大器，水銀整流器變流裝置組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，控制線路十分復(fù)雜，同時，由于卷線機所處的環(huán)境溫度高、振動大，故系統(tǒng)故障率高，維修頻繁。采用交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)代替直流拖動系統(tǒng)，對原有系統(tǒng)進行技術(shù)改造后，基本上解決了上述問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)的器件選型 1主電動機 選擇主電動機容量，主要考慮以下因素： (1)原直流電動機由于長期工作在基速以上(弱磁狀態(tài))，所采用的“調(diào)磁調(diào)速電動機”為了增加轉(zhuǎn)矩，加大了電樞的直徑與長度，其尺寸比同容量的普通電動機大得多； (2)電動機安裝的周圍環(huán)境溫度高，且無法外加通風冷卻裝置； (3

28、)交流電動機在基準頻率以下工作時，其本身的散熱功能變差； (4)交流電動機的短時過載能力不如直流電動機； (5)卷線機調(diào)速范圍大，對過載能力要求較高。 基于以上考慮，技改時將交流電動機容量加大為原直流電動機的2倍左右 考慮到變頻器的性能價格比，采用日本富士公司生產(chǎn)的G9S系列變頻器,根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計出系統(tǒng)的基本線路如圖所示 變頻器調(diào)速系統(tǒng)的主要特點有： (1)采用一臺變頻器控制一臺電動機的工作方式，即“一拖一”； (2)不需速度反饋裝置； (3)保留原控制系統(tǒng)的操作方式、速度給定方式和信號顯示方式； (4)省去原控制系統(tǒng)的整流變壓器，保留原系統(tǒng)的直流平波電抗器作為變頻器的直流電抗器，用

29、來改善功率因數(shù)； (5)不需外加制動單元。變頻器的參數(shù)預(yù)置及調(diào)試 1最高頻率、基本頻率與上限頻率的預(yù)置 卷線機的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，超速保護轉(zhuǎn)速為1650r/min。故基本頻率預(yù)置為50Hz，最高頻率預(yù)置為60Hz，上限頻率預(yù)置為55Hz。 2頻率增益的預(yù)置 為保證卷線機的轉(zhuǎn)速準確跟隨精軋機的轉(zhuǎn)速，兩者的給定信號實際為同一信號。原直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定信號按每伏200r/min設(shè)計，7.5V對應(yīng)1500r/min，給定信號為08.5V。變頻器的給定信號為010V，10V時對應(yīng)60Hz。當給定信號為7.5V時，對應(yīng)的給定頻率為45Hz，對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速為1350r/min，達不到原系統(tǒng)的

30、調(diào)速范圍。故將頻率增益預(yù)置為125%。 3升速時間的預(yù)置 精軋直流調(diào)速系統(tǒng)起動時，轉(zhuǎn)速從0上升到1500r/min的給定積分時間為10s。原卷繞機直流調(diào)速系統(tǒng)的給定積分時間為8s。改為變頻調(diào)速后，經(jīng)動態(tài)測試，升速時間預(yù)置為5s為宜。 4降速時間的預(yù)置 由于卷線機轉(zhuǎn)動慣量大，如減速時間小于20s，會引起過電壓跳閘。經(jīng)多次調(diào)試，將降速時間預(yù)置為30s，不但滿足了生產(chǎn)工藝的要求，同時不需選用制動器件。 5拖動轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩極限值的預(yù)置 通過多次調(diào)試，把拖動轉(zhuǎn)矩限值預(yù)置為150%、制動轉(zhuǎn)矩限值預(yù)置為30%較為合適。 6轉(zhuǎn)差補償?shù)念A(yù)置 為提高系統(tǒng)的調(diào)速精度，本系統(tǒng)適當加入了轉(zhuǎn)差補償。在調(diào)試過程中，轉(zhuǎn)差補

31、償大于1Hz時，容易產(chǎn)生過電壓跳閘。實際預(yù)置為0.8Hz，完全可以滿足調(diào)速精度的要求。 7輸出頻率信號的預(yù)置 由于卷線機并無速度反饋裝置，為了使操作臺有一個電動機轉(zhuǎn)速的指示，在操作臺上設(shè)置了一塊轉(zhuǎn)速表。此轉(zhuǎn)速表實際上是010V的直流電壓表，接在變頻器的輸出信號端“FMA”與“11”之間。當變頻器輸出最高頻率時，F(xiàn)MA端輸出+10V。表上的刻度是和變頻器控制的電動機的同步轉(zhuǎn)速成正比的。調(diào)試中，為使操作臺轉(zhuǎn)速表的顯示值和變頻器顯示的轉(zhuǎn)速一致，將FMA端輸出的直流電壓調(diào)整比預(yù)置為125%。 卷線機變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試投入運行后，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，且完全能滿足工藝控制要求，穩(wěn)定性優(yōu)于原來的直流調(diào)速系統(tǒng)，基本

32、上做到了無故障運行，維護工作大為減少。變頻器在銑床中的應(yīng)用 某廠用于機械零件加工的龍門銑床調(diào)速系統(tǒng)，原來采用三相半控橋不可逆直流拖動，分工作臺、左主軸和右主軸三個進給方向。其電氣控制系統(tǒng)由于運行時間太長，直流調(diào)速插板已嚴重老化，同時，由于插板之間原來的連接線較多，由導(dǎo)線虛接造成的故障日漸增大，維修工作量不斷加大，龍門銑床的調(diào)速系統(tǒng)急待技術(shù)改造。變頻器的控制方式 龍門銑床技術(shù)改造的對象是進給機構(gòu)，其工作臺進給和左、右主軸進給均屬于恒轉(zhuǎn)矩負載。原來的直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=50，改造后的變頻系統(tǒng)要達到50 1的調(diào)速比，必須選用帶有矢量控制功能的高性能通用變頻器。 矢量控制變頻器組成交流調(diào)速系統(tǒng)可

33、以有兩種方案，一是使用速度傳感器，檢測出電機轉(zhuǎn)速，再反饋給變頻器；一是使用無速度傳感器的矢量控制變頻器，其調(diào)速范圍可達到100 1。無速度傳感器矢量控制是通過轉(zhuǎn)矩電流的變化量的積分運算來推算電機的轉(zhuǎn)速，有一定的推算誤差。如果要求進一步提高調(diào)速范圍和精度，就必須選用帶速度傳感器的矢量控制變頻器。目前，市場上出售的帶速度傳感器的矢量控制變頻器，調(diào)速范圍可達1000 1 考慮到普通籠型電機安裝速度傳感器，不但增加工藝難度，而且加大了技術(shù)成本，而無速度傳感器矢量控制變頻器的主要技術(shù)指標。已基本能滿足技改的設(shè)計要求，所以初步?jīng)Q定選用日本春日KVFZ4110型無速度傳感器矢量控制變頻器。該型號變頻器的幾項

34、主要技術(shù)指標如下： (1)調(diào)速范圍。無速度傳感器矢量控制調(diào)速范圍為100 1。 (2)起動轉(zhuǎn)矩。1Hz時150%額定轉(zhuǎn)矩； (3)頻率精度。頻率精度為最高頻率的0.1%。變頻器的容量計算及參數(shù)設(shè)定 1變頻器容量計算 在變頻器容量計算前，要確定拖動負載的電機容量。由于有原直流電機作參考依據(jù)，所以不必進行詳細的轉(zhuǎn)矩換算，只需選擇與原直流電機容量相對應(yīng)的籠型電機容量。由于工作臺拖動電機容量均大于左、右主軸進給電機容量，所以變頻器容量的計算以工作臺的電機為主要依據(jù)。 原工作臺直流電機參數(shù)為：PN=10kW，nN=1000r/min。通過查電機手冊，與原直流電機數(shù)據(jù)對應(yīng)的籠型電機數(shù)據(jù)為：電機型號Y160

35、L-6，額定功率PN=11kW，轉(zhuǎn)速nN=970r/min，額定電流IN=24.6A。 根據(jù)前面的分析，變頻器連續(xù)運行時，其額定輸出電流IINV應(yīng)大于或等于電動機實際最大電流的1.1倍。根據(jù)原來測試的數(shù)據(jù)換算，工作臺進給的最大負載轉(zhuǎn)矩為81Nm，換算到Y(jié)160L-6電機上的最大負載電流Imax19A，這樣，變頻器的額定輸出電流應(yīng)大于或等于1.119=20.9A。查春日變頻器手冊，選擇KVFZ4110型，其額定電流為24A，能滿足上述要求。 此外，由于KVFZ4110型變頻器不帶標準制動電阻，所以還需要根據(jù)實際情況進行計算，選用合適的阻值和容量。查春日變頻器設(shè)計手冊，制動電阻選100%制動轉(zhuǎn)矩時

36、的標準配置62，4kW。 常規(guī)設(shè)計的自冷式異步電動機，在額定工況及規(guī)定的環(huán)境濕度范圍內(nèi)，是不會超過額定溫升的，但在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，情況有所不同。自冷式異步電動機在20Hz以下頻率運行時，轉(zhuǎn)子風葉的散熱能力變差，如果再在恒轉(zhuǎn)矩負載條件下長期運行，勢必造成電機溫升增加，使調(diào)速系統(tǒng)的特性變壞。所以，當自冷式異步電動機在低頻運行并拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，必須采取強制冷卻措施，改善電機的散熱能力。變頻器的功能參數(shù)設(shè)定 變頻器在出廠時，所有的功能碼一般都已設(shè)定為出廠設(shè)定值。但是，龍門銑床調(diào)速系統(tǒng)有些功能要求，與變頻器的出廠設(shè)定不盡相同，這些功能參數(shù)需重新設(shè)定，具體如下。 (1)控制模式選擇(功能碼F01)：設(shè)定

37、為矢量控制方式； (2)電機額定電壓(功能碼F03)：380V； (3)電機額定電流(功能碼F04)：24.6A； (4)電機額定頻率(功能碼F05)：50Hz； (5)電機額定轉(zhuǎn)速(功能碼F06)：970r/min； (6)最高頻率(功能碼F08)：50Hz；由于機床的進給機構(gòu)屬恒轉(zhuǎn)矩負載，所以電機只能在額定頻率以下的恒轉(zhuǎn)矩控制區(qū)使用； (7)失速電平設(shè)置(功能碼F46)：150%；在矢量控制方式下，該參數(shù)設(shè)置表示變頻器輸出最大電流的限幅值，為了獲得大的輸出轉(zhuǎn)矩，應(yīng)將該參數(shù)設(shè)為較大值。 (8)過負荷報警水平(功能碼F71)：110%； (9)過負荷報警延遲時間(功能碼F70)：3s； (10

38、)電源投入再啟動(功能碼F75)：OFF； (11)自動調(diào)諧(功能碼F07)：在上述參數(shù)設(shè)定后，將F07設(shè)定為RUN，等待約5秒鐘，變頻器會自動測定電機內(nèi)部參數(shù)，以完成矢量運算與控制。如果自動測試中發(fā)生異常報警，須參閱春日變頻器產(chǎn)品說明書。 (12)加減速時間的設(shè)定：加減速時間可用第三章介紹的加減速時間計算公式計算求得；若計算時有實際困難，也可采用以下方法：先將加減速時間都設(shè)定為較大值，待變頻器試運行后，關(guān)掉失速電平功能，再逐步減小設(shè)定值，以使變頻器不發(fā)生報警的最后的值為最佳設(shè)定值。加減速時間設(shè)定完后，失速電平功能恢復(fù)為ON狀態(tài)。變頻器的連接 技改設(shè)計中，PLC選用日本立石株式會社的模塊式C2

39、00H產(chǎn)品，該型號PLC的CPU單元為CPU01-E，存儲器選4k容量EEPROM，型號為ME431，兩個輸入單元均為16點的ID212，三個輸出單元分別為12點的OC222，8點的OC221，獨立接點8點的OC224。變頻器的接線原理圖如圖 由圖可知，龍門銑床的工作臺進給、左主軸進給和右主軸進給，是通過控制變頻器輸出側(cè)的接觸器來實現(xiàn)的。如果在變頻器正常輸出時切換輸出側(cè)的接觸器，將會在接觸器觸點斷開的瞬間產(chǎn)生很高的過電壓，這樣很容易損壞變頻器中的逆變器件。因此，切換變頻器輸出側(cè)的接觸器，一定要等到所控制的電機完全停止以后才能進行。試運行及PLC調(diào)試 變頻器系統(tǒng)功能參數(shù)設(shè)定完后，就可試運行。用操

40、作盤上的速度給定電位器設(shè)定5Hz左右的低頻率，再按下正、反轉(zhuǎn)按鈕，觀察電機轉(zhuǎn)向是否正確，電機運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，加減速是否平滑。電機空載運轉(zhuǎn)幾分鐘后，如無異常情況，再依次選擇10、20、35、50Hz等幾個頻率點試運行。試運行正常以后，變頻器調(diào)速系統(tǒng)即可投入正式運行。 在變頻器最佳加減速時間確定后，要重新設(shè)定進行變頻器輸出切換控制的PLC程序中的定時器TIM002和TIM003的時間值。這兩個時間設(shè)定值相等，但必須略大于變頻器的最佳減速時間。 順便說明的是，PLC程序試運行前，應(yīng)先將編程器上的狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至監(jiān)控位(MONITOR)，在監(jiān)控狀態(tài)下，可進行PLC運行狀態(tài)的監(jiān)視、觸點的強制輸出、定時器/計數(shù)器的設(shè)定值或當前值的變更等。 用通用變頻器代替原來的直流調(diào)速系統(tǒng)，對龍門銑床進行技術(shù)改造后，經(jīng)過實際運行發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)不但調(diào)速的各頂性能指標達到了原直流系統(tǒng)的調(diào)速水平，而且線路大大簡化，日常維修量減少，而且由于變頻器和PLC完善的故障診斷功能，使系統(tǒng)的可靠性大幅度提高。變頻器在窯爐溫度控制中的應(yīng)用 在陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中，窯爐是關(guān)鍵性的生產(chǎn)設(shè)備，陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，很大程度上取決于窯爐燒成的質(zhì)量。傳統(tǒng)的窯爐采用繼電器一接觸器控制系統(tǒng)，存在控制溫差大、燒成周期長、能耗高、勞動條件差等缺點。某陶瓷廠對該廠一座3.7m3、1750高溫自控燃油抽屜窯進行技術(shù)