變頻器詳細(xì)解讀

1引言安川616G5變頻器是世界上最早的電流型矢量控制變頻器之一，其調(diào)速范圍達(dá)到1:1000,控制精度達(dá)到0.02%，具備在零速啟動(dòng)力矩可以達(dá)到150%的特色。尤其安川獨(dú)特的全領(lǐng)域、全自動(dòng)力矩提升功能在電梯拖動(dòng)中能獲得良好的舒適感和穩(wěn)定性。G5可以接受控制器如PLC等的多段速頻率指令或者模擬電壓、電流指令;可以通過自學(xué)習(xí)適應(yīng)各種電機(jī)并獲得良好的矢量控制特性；低速下平穩(wěn)啟動(dòng)性極好;硬件可靠性與性價(jià)比極高。2VVVF型電梯的基本原理根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：n=60f(1-s)/p上式中：f為定子的電源頻率;p為極對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率；n為轉(zhuǎn)速。因此，交流電機(jī)可有以下幾種調(diào)速方法：改變電機(jī)極對(duì)數(shù)p，可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。這是交流雙速梯采用的調(diào)速方法。通過調(diào)整定子繞組電壓大小來改變轉(zhuǎn)差率s,以達(dá)到調(diào)速目的。這是交流調(diào)速梯采用的調(diào)速方法。改變定子電源頻率f也可達(dá)到調(diào)速目的，但f最大不能超過電機(jī)額定頻率。電梯作為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速時(shí)為保持最大轉(zhuǎn)矩不變，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式M=Cm0Icos^式中Cm為電機(jī)常數(shù)，I為轉(zhuǎn)子電流，e為電機(jī)氣隙磁通，cos^為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。必須保持^恒定，又根據(jù)電壓公式u=4.44fWke，式中U為定子電壓，f為定子電壓頻率，W為定子繞組匝數(shù)，k為電機(jī)常數(shù)，必須保持U/f為常數(shù)，即變頻器必須兼?zhèn)渥儔鹤冾l兩種功能簡(jiǎn)稱為VVVF(VaryVoltageVaryFrequency)型變頻器，這就是VVVF型電梯的基本控制原理。3選擇功率與其他配件通常變頻器在電梯應(yīng)用中還需要制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻，在再生狀態(tài)時(shí)獲得足夠的制動(dòng)力矩;還需要配置PG速度卡獲得編碼器的速度反饋信號(hào)；在長(zhǎng)期發(fā)電機(jī)運(yùn)行及其他特殊場(chǎng)所還需要配置交流電抗器。變頻器一般按照電機(jī)的功率放大一級(jí)選擇，為了獲得變頻器理想的控制性能，一般變頻器功率應(yīng)當(dāng)滿足下式：變頻器功率＞Kx1.732xVmx|m其中，K為電流波形校正系數(shù)，Vm為電機(jī)額定電壓，Im為電機(jī)額定電流。3.1制動(dòng)單元的選擇在變頻器應(yīng)用中當(dāng)轎廂空載上升或重載下降時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)存在位能負(fù)荷下放。電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)回饋的能量通過逆變環(huán)節(jié)中并聯(lián)的二極管流向直流環(huán)節(jié)給濾波電容器充電。當(dāng)回饋能量較大時(shí)，會(huì)引起直流環(huán)節(jié)電壓升高發(fā)生故障，電動(dòng)機(jī)急速減速也會(huì)造成上述現(xiàn)象。解決辦法是在變頻器直流環(huán)節(jié)并聯(lián)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。制動(dòng)單元是變頻器一個(gè)可選組件，內(nèi)設(shè)檢測(cè)和控制電路，其工作時(shí)對(duì)變頻器的直流回路電壓進(jìn)行在線檢測(cè)。當(dāng)電壓超過設(shè)定允許值時(shí)，觸發(fā)制動(dòng)器晶體管導(dǎo)通，經(jīng)電阻釋放能量維持變頻器的直流母線電壓在正常工作范圍內(nèi)，一個(gè)制動(dòng)單元可并聯(lián)幾個(gè)電阻，視工況而定。3.2電阻的選擇電阻的選擇非常重要，電阻選擇過大則制動(dòng)力矩不足，電阻選擇過小則電流過大、電阻發(fā)熱等問題難以解決。一般我們推薦的電阻功率和阻值內(nèi)選擇，對(duì)于提升高度較大、電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的情況可以適當(dāng)減小電阻以得到較高的制動(dòng)力矩，如果最小值不能滿足制動(dòng)力矩的話，要更換大一級(jí)功率的變頻器。制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻應(yīng)根據(jù)回饋?zhàn)畲竽芰考皶r(shí)間來選用。一般制動(dòng)電阻器的選擇應(yīng)使制動(dòng)電流Is不超過變頻器的額定電流Ie，制動(dòng)電阻最大功率Pmax要小于1.5倍的變頻器功率，然后與過載系數(shù)相乘。過載系數(shù)與減速時(shí)間和持續(xù)制動(dòng)時(shí)間有關(guān)，具體要廠家提供電阻器過載系數(shù)及參數(shù)樣本。制動(dòng)電阻的計(jì)算不再贅述，我司提供相關(guān)樣本及配置。采用制動(dòng)電阻消耗電機(jī)再生制動(dòng)時(shí)送回直流回路的電能，變頻器制造廠家通常提供用戶可選件一制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻。制動(dòng)過程中，當(dāng)直流電路電壓高于正常電壓70V時(shí)，制動(dòng)單元中的IGBT進(jìn)行直流斬波，使制動(dòng)電阻流過電流消耗再生電能。3.3PG卡PG卡一般選擇PG-B2，僅在編碼器為線輸出或者需要編碼器脈沖在2000p/r時(shí)選擇PG-X2,速度卡均可提供最大32分頻輸出，可供控制器計(jì)數(shù)使用。3.4光電編碼器選用增量式600p/r，推挽放大輸出，A相B相Z相原點(diǎn)信號(hào)，軸徑8mm中空型的編碼器。4系統(tǒng)組成系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由下列部分構(gòu)成：圖1硬件組成圖4.1PLC可編程控制器PLC，完成系統(tǒng)邏輯控制部分。PLC負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系.從而向變頻器發(fā)出起停等信號(hào)，同時(shí)變頻器也將工作狀態(tài)信號(hào)送給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系，它是系統(tǒng)的核心。4.2變頻器變頻器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速。高速電梯（1.6m/s以上的速度）一般都采用專用變頻器。而低速電梯采用低價(jià)格的通用變頻器也可以滿足要求。如安川616G5通用變頻器可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出。并將無PG的U/f控制、無PG矢量控制、有PG的U/f控制、有PG矢量控制的四種控制方式融為一體，其中有PG矢量控制是最適合電梯控制要求的。容量選擇最好是采用大一數(shù)量級(jí)選配，電梯電動(dòng)機(jī)一般選llkW或15kW的異步電動(dòng)機(jī)。即11kW的電動(dòng)機(jī)選15kW的變頻器，15kW的電動(dòng)機(jī)選18kW的變頻器。4.3旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行。為滿足電梯的要求，變頻器又要通過與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡，完成速度檢測(cè)及反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B兩相脈沖，旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)AB脈沖的相序，可判斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并可根據(jù)A、B脈沖的頻率測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號(hào)送給變頻器內(nèi)部，以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。4.4制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻，消耗回饋電能，抑制直流電壓升高。當(dāng)電梯減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時(shí)，同步轉(zhuǎn)速下降，交一直一交變頻器的直流母線電壓升高，為了能消耗回饋電能，抑制直流電壓升高，還必須配置制動(dòng)電阻。5變頻器參數(shù)設(shè)置目前，在電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌較多，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同。但就其總的控制思想?yún)s是大同小異?，F(xiàn)以VARISPEED-616G5變頻器為例，說明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)。如圖1所示，為616G5變頻器的框圖。由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時(shí)采用開關(guān)量而不用模擬量。由于616G5為通用型變頻器，因而用在電梯控制上為了滿足運(yùn)行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求，其參數(shù)設(shè)置比專用型變頻器要復(fù)雜得多。下面僅介紹幾個(gè)主要參數(shù)的設(shè)置:為了減小啟動(dòng)沖擊及增加乘客的舒適感，其調(diào)速系統(tǒng)的速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而積分時(shí)間常數(shù)宜大些，故選C5-01=5,C5-02=2s。為了提高運(yùn)行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊，故選Dl-02=50Hz,Dl-03=5Hz。檢修慢車頻率可選Dl-09=12Hz。而“S曲線特性可防止啟動(dòng)、換速或停止時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，這在電梯中最為適用，可使乘坐舒適感大大改善。此外，該變頻器的故障診斷、檢測(cè)、記憶等功能對(duì)系統(tǒng)維護(hù)亦非常方便、實(shí)用。為了保證平層精度及運(yùn)行的可靠性曳引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制應(yīng)是閉環(huán)的，其轉(zhuǎn)速的檢測(cè)由和電動(dòng)機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器完成。必須保證旋轉(zhuǎn)編碼器和電動(dòng)機(jī)連接時(shí)的同心度和可靠性，以保證速度采樣的準(zhǔn)確度。變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機(jī)名牌參數(shù)直接輸入。電梯運(yùn)行理想曲線如圖2。為使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設(shè)置后，需使變頻器對(duì)所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，其方法是：將曳引機(jī)制動(dòng)輪與電動(dòng)機(jī)軸脫離，使電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)，然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，變頻器便可自動(dòng)識(shí)別并存儲(chǔ)電動(dòng)機(jī)有關(guān)參數(shù)，使變頻器能對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行最佳控制。至此，變頻器參數(shù)設(shè)置完畢。圖2電梯運(yùn)行理想曲線軟件設(shè)計(jì)主要涉及到參數(shù)設(shè)置。具體參數(shù)設(shè)置如下：A1-01=4A1-02=3B1-01=0C1-01=3sC1-02=2C2-01=0.7sC2-02=0.7sC2-03=0.6sC2-04=0.7sC5-01=5C5-02=2sD1-02=50HzD1-03=5HzD1-09=12HzE1-01=380VE1-04=50HzE2-01=電動(dòng)機(jī)額定電流E2-04=電動(dòng)機(jī)電極極數(shù)E1-05=380VH2-01=37H3-05=1FL3-04=0L6-01=4L6-03=10sL6-04=4L6-05=200L6-06=2sL8-01=1L8-05=1L8-07=1F1-01=600(PG脈沖數(shù))F1-05=1/0其他參數(shù)按變頻器出廠值。6常見問題分析上述系統(tǒng)在使用過程中可能會(huì)遇到以下問題，茲列舉如下。下行正常，上行時(shí)減速不正常電梯應(yīng)用時(shí)，L3-04必須設(shè)定設(shè)定為0；如果制動(dòng)電阻阻值過大，也會(huì)造成制動(dòng)力不足，上行再生制動(dòng)時(shí)制動(dòng)電流不足；觀察空載電梯上升時(shí)電阻有無放電聲判斷制動(dòng)單元是否工作。上下行減速異常檢查電機(jī)功率、電流、級(jí)數(shù)設(shè)置、輸入電壓及是否缺相。下行正常，上行運(yùn)行較遠(yuǎn)時(shí)(如15m以上)電梯出現(xiàn)過電壓保護(hù)檢查制動(dòng)電阻阻值和功率，減小制動(dòng)電阻值。電機(jī)過熱長(zhǎng)期低速高力矩運(yùn)行;沒有進(jìn)行自學(xué)習(xí)而設(shè)定的參數(shù)差異太大；檢修運(yùn)行或者爬行運(yùn)行沒有在零速報(bào)閘(檢修運(yùn)行最好使用點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，而不是多段速運(yùn)行有較長(zhǎng)的減速時(shí)間);注意L5-01應(yīng)設(shè)定為1。電流不大，但是漏電保護(hù)斷路器容易動(dòng)作變頻工作有漏電流產(chǎn)生，普通的漏電保護(hù)開關(guān)不能使用，請(qǐng)使用專用型或者漏電檢出值較高的斷路器。開環(huán)運(yùn)行不震動(dòng)，閉環(huán)運(yùn)行震動(dòng)編碼器必須安裝正常;C5-01不能設(shè)定過大，C5-02不能設(shè)定過小，進(jìn)行部分調(diào)整試試;C7-02振蕩防止增益調(diào)整試驗(yàn)。啟動(dòng)與停止震動(dòng)方向指令、頻率指令、報(bào)閘控制的時(shí)間配合是否與我們推薦值相差太遠(yuǎn)編碼器必須安裝正常；電機(jī)軸承與減速箱是否老化。高速運(yùn)行震動(dòng)編碼器安裝必須正常；檢查導(dǎo)靴安裝是否太緊。加速完成與減速開始有沖擊感C2-01/02/03/04參數(shù)是否為正常設(shè)置；減小C5-01，可增大C5-02試試。電機(jī)完全失控檢查運(yùn)行時(shí)變頻器是否在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(最好通過變頻器輸出RUN狀態(tài)與控制器進(jìn)行聯(lián)鎖控制，以保證變頻器在參數(shù)設(shè)置等狀態(tài)電梯不會(huì)運(yùn)行)；控制器的運(yùn)行指令與頻率給定是否異常。變頻器干擾工頻電源加裝交流電抗器可以有效抑制高次諧波；減小載波頻率也可減小高次諧波。變頻器過熱變頻器風(fēng)