變頻器系統(tǒng)的選擇與操作

會(huì)計(jì)學(xué)1變頻器系統(tǒng)的選擇與操作《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章

9.1.3變頻器專(zhuān)用電機(jī)

普通電機(jī)是按工頻電源下能獲得最佳特性而設(shè)計(jì)的，所以使用通用變頻器時(shí)，根據(jù)用途在特性、強(qiáng)度等方面受到限制。因此，為變頻器傳動(dòng)而設(shè)計(jì)的各種專(zhuān)用電機(jī)已有系列化產(chǎn)品。變頻器專(zhuān)用電機(jī)的分類(lèi)有以下幾種：

1)在運(yùn)轉(zhuǎn)頻率區(qū)域內(nèi)低噪聲、低振動(dòng)。

2)在低頻區(qū)內(nèi)提高連續(xù)容許轉(zhuǎn)矩(恒轉(zhuǎn)矩式電機(jī))。

3)高速用電機(jī)。

4)用于閉環(huán)控制(抑制轉(zhuǎn)速變動(dòng))的帶測(cè)速發(fā)電機(jī)的電機(jī)。

5)矢量控制用電機(jī)。第1頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路及電器選擇

變頻調(diào)速系統(tǒng)比較完整的主電路，如圖9-3所示。圖9-3森蘭SB70G變頻調(diào)速系統(tǒng)的完整主電路

第2頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.2.1斷路器

變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路是指從交流電源到負(fù)載之間的電路。1.斷路器的功能

1)隔離作用;2)保護(hù)作用2.斷路器的選擇

低壓斷路器的額定電流IQN應(yīng)選：

IQN

≥

（1.3～1.4）IN（9-1）式中IN——變頻器的額定電流。在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的切換控制的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)電流來(lái)進(jìn)行選擇：

IQN

≥2.5IMN（9-2）式中IMN——電動(dòng)機(jī)的額定電流。第3頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.2.2電磁接觸器

電磁接觸器的功能是在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)切斷主電源，并防止掉電及故障后的再起動(dòng)。

1)輸入側(cè)接觸器的選擇IKN

≥IN

（9-3）

2)輸出側(cè)接觸器的選擇IKN

≥1.1IMN

（9-4）

3）工頻接觸器的選擇工頻接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，其觸點(diǎn)電流通?？砂措妱?dòng)機(jī)的額定電流再加大一個(gè)擋次來(lái)選擇。第4頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.2.3輸入交流電抗器輸入交流電抗器可抑制變頻器輸入電流的高次諧波，明顯改善功率因數(shù)。輸入交流電抗器為另購(gòu)件，在以下情況下應(yīng)考慮接入交流電抗器：①變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10﹕1以上；②同一電源上接有晶閘管變流器負(fù)載或在電源端帶有開(kāi)關(guān)控制調(diào)整功率因數(shù)的電容器；③三相電源的電壓不平衡度較大（≥3%）；④變頻器的輸入電流中含有許多高次諧波成分，這些高次諧波電流都是無(wú)功電流，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)降低到0.75以下⑤變頻器的功率＞30kW。表9-2常用交流電抗器的規(guī)格

第5頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.2.4無(wú)線電噪聲濾波器

濾波器就是用來(lái)削弱這些較高頻率的諧波電流，以防止變頻器對(duì)其他設(shè)備的干擾。濾波器主要由濾波電抗器和電容器組成。

a)輸入側(cè)濾波器b)輸出側(cè)濾波器c)濾波電抗器的結(jié)構(gòu)

圖9-9無(wú)線電噪聲濾波器各相的連接線在同一個(gè)磁心上按相同方向繞4圈(輸入側(cè))或3圈(輸出側(cè))構(gòu)成。需要說(shuō)明的是：三相的連接線必須按相同方向繞在同一個(gè)磁心上，這樣，其基波電流的合成磁場(chǎng)為0，因而對(duì)基波電流沒(méi)有影響。第6頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.2.5制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元

制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元的功能是當(dāng)電動(dòng)機(jī)因頻率下降或重物下降(如起重機(jī)械)而處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，避免在直流回路中產(chǎn)生過(guò)高的泵生電壓。

1.制動(dòng)電阻RB的選擇

1）電阻值大小的選擇

RB=UDH/2IMN～UDH/IMN

（9-5）式中

UDH——直流回路電壓的允許上限值(V)，在我國(guó)，UDH≈600V。

2)電阻的功率PB

（9-6）式中

γ

——

修正系數(shù)。

2.制動(dòng)單元VB

一般情況下，只需根據(jù)變頻器的容量進(jìn)行配置即可。第7頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.2.6直流電抗器

直流電抗器除了提高功率因數(shù)外，還可削弱在電源剛接通瞬間的沖擊電流。如果同時(shí)配用交流電抗器和直流電抗器，則可將變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)提高至0.95以上。

圖9-10直流電抗器的外形表9-4常用直流電抗器的規(guī)格第8頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.3變頻器系統(tǒng)的控制電路

9.3.1變頻器控制電路的主要組成

為變頻器的主電路提供通斷控制信號(hào)的電路，稱(chēng)為控制電路。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)控制和提供多種保護(hù)功能。控制方式有模擬控制和數(shù)字控制兩種。目前已廣泛采用了以微處理器為核心的全數(shù)字控制技術(shù)，采用盡可能簡(jiǎn)單的硬件電路，主要靠軟件完成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計(jì)算能力強(qiáng)和軟件控制靈活性高的特點(diǎn)。第9頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章1-11電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。圖9-11電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2保護(hù)電路在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個(gè)系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行應(yīng)用電力電子器件系統(tǒng)組成電氣隔離控制電路第10頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章

控制電路的基本結(jié)構(gòu)如圖9-12所示，它主要由主控板、鍵盤(pán)與顯示板、電源板、外接控制電路等構(gòu)成。圖9-12控制電路的基本結(jié)構(gòu)第11頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.3.2正轉(zhuǎn)控制電路

圖9-13由繼電器控制的正轉(zhuǎn)運(yùn)行電路

第12頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.3.3正、反轉(zhuǎn)控制

圖9-14三位旋鈕開(kāi)關(guān)控制正、反轉(zhuǎn)電路第13頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章

圖9-15繼電器控制的正反轉(zhuǎn)電路

第14頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.3.4升速與降速控制以森蘭BT40系列變頻器為例，通過(guò)對(duì)頻率給定方式的功能進(jìn)行設(shè)定后，可使“X4”和“X5”控制端子具有如下功能：

“X5-CM”接通—→頻率上升；

“X5-CM”斷開(kāi)—→頻率保持。

“X4-CM”接通—→頻率下降；

“X4-CM”斷開(kāi)—→頻率保持。

圖9-16變頻器升速、降速控制第15頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.3.5變頻與工頻切換的控制電路

圖9-17變頻與工頻切換的控制電路

第16頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.3.6變頻器的程序控制變頻器的程序控制方式主要有兩種：1．用變頻器的編程功能進(jìn)行程序控制

(1)基本要求的預(yù)置

以森蘭SB61系列變頻器為例，有：1)程控功能選擇(F700)“0”——程控功能無(wú)效；

“1”——循環(huán)N個(gè)周期后停止；

“2”——循環(huán)N個(gè)周期后，以第15擋頻率運(yùn)行；

“3”——連續(xù)循環(huán)運(yùn)行；

“4”——程序控制優(yōu)先；2)計(jì)時(shí)單位選擇(F701)“0”——計(jì)時(shí)單位為s；

“1”——計(jì)時(shí)單位為min。(2)各程序段的預(yù)置1)運(yùn)行時(shí)間

功能碼如F703、F705、F707……等。2)運(yùn)行頻率

第一程序的頻率為多擋轉(zhuǎn)速的第一擋運(yùn)行頻率(F616)、第二程序的頻率為多擋轉(zhuǎn)速的第二擋運(yùn)行頻率(F617)，以此類(lèi)推。3）運(yùn)行方向及加減速時(shí)間

功能碼如F704、F706、F708……等。2.多擋轉(zhuǎn)速控制電路幾乎所有的變頻器都具有多擋轉(zhuǎn)速的功能，各擋轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)換是由外接開(kāi)關(guān)的通斷組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。三個(gè)輸入端子可切換8擋轉(zhuǎn)速(包括0速)。第17頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.4外接給定電路

9.4.1頻率給定信號(hào)的種類(lèi)和電路

1.數(shù)字量給定方式

（1）面板給定

（2）通訊接口給定

2.模擬量給定方式

（1）電位器給定

（2）直接電壓(或電流)給定

由外部?jī)x器設(shè)備直接向變頻器的給定端輸出電壓或電流信號(hào)，端子“VRF”為給定電壓信號(hào)輸入端，端子“IRF”為給定電流信號(hào)輸入端。

第18頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.4.2頻率給定線

1．頻率給定線的定義由模擬量進(jìn)行外接頻率給定時(shí)，變頻器的給定頻率fx與給定信號(hào)x之間的關(guān)系曲線fx=f(x)，稱(chēng)為頻率給定線。

2．基本頻率給定線在給定信號(hào)x從0增大至最大值xmax的過(guò)程中，給定頻率fx線性地從0增大到fmax的頻率給定線稱(chēng)為基本頻率給定線。

第19頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.5變頻器與PLC的聯(lián)結(jié)

9.5.1PLC與變頻器聯(lián)結(jié)時(shí)注意的問(wèn)題

1.開(kāi)關(guān)指令信號(hào)的輸入

PLC通常利用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開(kāi)關(guān)特性的元器件(如晶體管)與變頻器連接，獲取運(yùn)行狀態(tài)指令。

2.數(shù)值信號(hào)的輸入變頻器中也存在一些數(shù)值型(如頻率、電壓等)指令信號(hào)的輸入，可分為數(shù)字輸入和模擬輸入兩種，數(shù)字輸入多采用變頻器面板上的鍵盤(pán)操作和串行接口來(lái)設(shè)定；模擬輸入則通過(guò)接線端子由外部給定，通常是通過(guò)0～10V（或5V）的電壓信號(hào)或者0（或4）～20mA的電流信號(hào)輸入。第20頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.5.2PLC與變頻器聯(lián)結(jié)實(shí)現(xiàn)多擋速控制

例：某機(jī)床有8擋轉(zhuǎn)速(0擋轉(zhuǎn)速為0)，由手柄的8個(gè)位置來(lái)控制，采用PLC控制是比較方便的。第21頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.6變頻器“1控X”切換技術(shù)

“1控3”供水電路原理圖圖9-27BT12S系列變頻器“1控3”供水電路原理圖第22頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章

圖9-27中，以成都森蘭BT12S系列變頻器為例，在進(jìn)行多臺(tái)切換控制時(shí)，須附加一塊繼電器擴(kuò)展板，以便控制線圈電壓為交流220V的接觸器。接觸器1KM1用于接通變頻器的電源，接觸器1KM2、2KM2、3KM2分別用于將各臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)接至變頻器；接觸器1KM3、2KM3、3KM3分別用于將各臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)直接接至工頻電源。目標(biāo)信號(hào)可通過(guò)操作面板的功能按鍵設(shè)置，或使用電位器RP設(shè)置。遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)SP接在變頻器的VPF端子。

BT12S在對(duì)“1控3”在進(jìn)行功能預(yù)置時(shí)，除常規(guī)的功能外，還須專(zhuān)門(mén)針對(duì)1臺(tái)變頻器控制3臺(tái)水泵設(shè)定如下功能：

1)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)

(功能碼：F53)本例中，預(yù)置為“2”(1控3模式)；

2)啟動(dòng)順序

(功能碼：F54)本例中，預(yù)置為“0”(1#機(jī)首先啟動(dòng))；

3)附屬電動(dòng)機(jī)

(功能碼：F55)本例中，預(yù)置為“0”(無(wú)附屬電動(dòng)機(jī))；

4）換機(jī)間隙時(shí)間(功能碼：F56)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量大小來(lái)設(shè)定，容量越大，時(shí)間越長(zhǎng)。一般情況下，0.5s已經(jīng)足夠；

5)切換頻率上限(功能碼：F57)通常，以49～50Hz為宜。

6)切換頻率下限(功能碼：F58)在多數(shù)情況下，以30～35Hz為宜。

第23頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.7變頻器與PC機(jī)的通信9.7.1計(jì)算機(jī)與變頻器的通信連接計(jì)算機(jī)通常只配置RS-232串口，而RS-232傳輸距離只有幾十米，無(wú)法滿足用戶(hù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制的要求，需要配置一個(gè)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，采用半雙工RS-485的串行通信方式，可以使傳輸距離達(dá)到1km以上。圖9-28所示為計(jì)算機(jī)與變頻器硬件連接框圖。圖9-28計(jì)算機(jī)與變頻器硬件連接框圖第24頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.7.2SB70變頻器的通信協(xié)議

SB70變頻器使用的是RS-485Modbus協(xié)議，該協(xié)議包含三個(gè)層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層采取了基于RS-485Modbus協(xié)議的接口方式，應(yīng)用層即控制變頻器運(yùn)行、停止、參數(shù)讀寫(xiě)等操作。第25頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.7.3計(jì)算機(jī)與變頻器的數(shù)據(jù)格式

SB70變頻器使用的數(shù)據(jù)格式有：

1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位。

1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位。

1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，奇校驗(yàn)，1個(gè)停止位。

1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，2個(gè)停止位。默認(rèn)為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位。數(shù)據(jù)格式的選擇可查閱附錄B，通過(guò)功能碼FF-01進(jìn)行設(shè)置。第26頁(yè)/共32頁(yè)《變頻器原理與應(yīng)用(第2版）》第9章9.7.4計(jì)算機(jī)與變頻器的波特率SB70變頻器使用的波特率有：

1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bp