變頻器應(yīng)用與參數(shù)選擇、看

一、本章基本內(nèi)容：變頻器的U/F=C控制及應(yīng)用包括：控制原理、應(yīng)用范圍、應(yīng)用案例變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制包括：控制原理、應(yīng)用范圍、應(yīng)用案例3.變頻器矢量控制包括：控制原理、應(yīng)用范圍、應(yīng)用案例4.變頻器的同速控制二、解決的問(wèn)題解決變頻器常用模式的幾種應(yīng)用組態(tài)、參數(shù)選擇、應(yīng)用技巧2.1.1變頻器基本U/f

控制基本U/?控制是變頻器根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電磁特性采取的控制模式，即輸出頻率變化時(shí)，輸出電壓也成比例的變化，U/?=C（常數(shù)）。恒壓頻比控制是變頻器控制的基礎(chǔ)，其他控制也是建立在該控制基礎(chǔ)上的。1.基本U/f控制的由來(lái)給三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組加上電源電壓U1后，繞組中便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1，根據(jù)電動(dòng)機(jī)理論，E1的表達(dá)式為：E1=4.44K1N1f1

Φm式中,E1——定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值。K1——定子繞組的繞組系數(shù)，K1<1，為常數(shù)。N1——定子每相繞組的匝數(shù)。為常數(shù)。

f1——定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，即電源的頻率。Φm——旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的主磁通,大小和定子空載電流成正比，為了保證電動(dòng)

機(jī)工作在磁通的最佳值，Φm也為常數(shù)。上式整理為：E1/f=C當(dāng)忽略ΔU，有U1/f1=C(常數(shù))U1上升，f1上升，U1下降，f1下降?；綰/f控制在調(diào)頻過(guò)程中保持電動(dòng)機(jī)的基本特性不變，因此它是一切變頻器控制模式的基礎(chǔ)。2.基頻以下變頻調(diào)速1）基頻以下恒磁通變頻調(diào)速我國(guó)電網(wǎng)50Hz交流電稱為基頻，在0~50Hz范圍調(diào)速時(shí)，稱為基頻以下調(diào)速。特點(diǎn)：①基頻以下調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)速變化轉(zhuǎn)矩不變，具有恒轉(zhuǎn)矩特性。②隨著轉(zhuǎn)速的下降，電動(dòng)機(jī)輸出功率下降。③當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，具有節(jié)能作用。④啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。2.1.2變頻器U/f

應(yīng)用案例1.礦井絞車的應(yīng)用絞車帶有機(jī)械制動(dòng)，在停機(jī)時(shí)進(jìn)行抱閘。2.工況分析斜井提升負(fù)載是恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限。在重車減速或單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下，電動(dòng)機(jī)工作在第二或第四象限，此時(shí)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器時(shí)要適當(dāng)?shù)亓粲杏嗔俊８鶕?jù)要求，選用具有回饋功能的U/F控制變頻器。該系統(tǒng)選用羅克韋爾（AB）變頻器，型號(hào)為PF700，功率110KW，拖動(dòng)75KW、4極電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速1470r/min。其轉(zhuǎn)速和連接圖如下。變頻器運(yùn)行由PLC控制。由于電動(dòng)機(jī)沒(méi)有快速性要求，所以采用U/F控制。2.參數(shù)選擇設(shè)置數(shù)字輸入端子設(shè)定：365=17數(shù)字端子5為第三段速切換速度設(shè)定：101=6

Hz，第一段速；102=50

Hz，第二段速。103=25Hz

第三段速。81=0，最小速度為0；82=50，最大速度為50。140=2s，第一加速時(shí)間；142=3.8s，第一減速時(shí)間。制動(dòng)停機(jī)參數(shù)設(shè)定：161=2，停機(jī)/制動(dòng)模式，為動(dòng)態(tài)制動(dòng)。145=1，停機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)。361=8數(shù)字端子1為正向運(yùn)行控制；163=1，外接制動(dòng)電阻。362=9數(shù)字端子2為反向運(yùn)行控制；363=15數(shù)字端子3為第一段速切換；364=16數(shù)字端子4為第二段速切換。155=1，斜坡停機(jī)。輸出端子設(shè)定：380=4，數(shù)字輸出端子1為運(yùn)行指示端子。384=1，數(shù)字輸出端子2為故障指示端子。340=1，模擬輸出指示端子輸出為電流。342=2，模擬輸出指示端子1為頻率指示。343=20，模擬量輸出上限值為20mA。344=0，模擬量輸出下限值為0。保護(hù)參數(shù)：148=200A，電流限定值。其他參數(shù)如果需要顯示變頻器的轉(zhuǎn)速，對(duì)變頻器進(jìn)行保護(hù)，還要將電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)預(yù)置到變頻器。參數(shù)優(yōu)化當(dāng)將參數(shù)預(yù)置到變頻器，變頻器能正常工作，但工作中不是最佳狀態(tài)，影響變頻器的正常發(fā)揮和使用壽命，就要對(duì)變頻器的個(gè)別參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。如前述的翻車機(jī)。2.2變頻器閉環(huán)PID控制2.2.1

PID控制應(yīng)用場(chǎng)合變頻器PID控制是閉環(huán)控制，被控系統(tǒng)和變頻器要形成閉環(huán)。變頻器內(nèi)部要設(shè)PID控制電路。PID控制應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用于過(guò)程控制。如恒壓供水控制，恒壓供氣、恒溫控制、恒張力控制等。應(yīng)用于穩(wěn)速控制。3.PID控制組態(tài)設(shè)置目標(biāo)量給定端子和目標(biāo)量。設(shè)置反饋量給定端子和反饋量。安裝傳感器分析：假設(shè)設(shè)備為水泵，要求壓力為0.6MPa，傳感器量程為0~1MPa，輸出電壓為0~10V，目標(biāo)信號(hào)給定為6V。反饋電壓小于目標(biāo)電壓，升速；反饋電壓大于目標(biāo)電壓，降速；反饋電壓等于目標(biāo)電壓，恒速運(yùn)行。PID控制特性：PID控制是P、I、D三種控制器的簡(jiǎn)稱。PID控制特性見右圖；負(fù)載反映特性見下圖。PID控制的實(shí)質(zhì)：就是通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)，使控制線趨近電動(dòng)機(jī)的慣性線，消除振蕩。在恒壓供水系統(tǒng)中，D參數(shù)不用。右圖為修改PI參數(shù)，使控制特性接近負(fù)載的慣性線。3.PID控制的三種電路結(jié)構(gòu)①反饋信號(hào)取自過(guò)程量，可以穩(wěn)定過(guò)程量。傳感器采用模擬傳感器，將壓力、速度等物理量轉(zhuǎn)化為模擬電壓或電流信號(hào)，反饋給變頻器。②反饋信號(hào)取自電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。③U/F控制外加PID控制板多用于PLC控制系統(tǒng)過(guò)程控制電路電動(dòng)機(jī)穩(wěn)速控制張力控制2.3.2PID應(yīng)用案例——西門子440變頻器PID應(yīng)用1.確定控制端子選用4～20mA壓力傳感器，反饋信號(hào)接于模擬輸入端子AIN2的10、11之間，設(shè)定信號(hào)用4.7kΩ電位器，接于模擬輸入端子AIN1的1、3、4之間，要把2、4、11端子連接一起（模擬輸入公共端）。數(shù)字輸入端子DINI為運(yùn)行控制，DIN2為PID切換。2.參數(shù)選擇P0702=99，DIN2端子參數(shù)化；P2200=722.1，DIN2端子控制切換；P2253=755.0，選擇“模擬輸入端子1”為目標(biāo)給定；P2264=755.1，選擇“模擬輸入端子2”為反饋信號(hào)輸入；P值：P2280在0.3～

1.5之間調(diào)整；I值：P2285在0.03

～0.15s之間調(diào)整；D值：P2274參數(shù)，保持默認(rèn)值；其他參數(shù)的精細(xì)調(diào)整：2.3矢量控制變頻器矢量控制是專為提高電動(dòng)機(jī)的快速性和控制精度研制的。不能用于過(guò)程量控制。1.自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)變頻器調(diào)速的要求調(diào)速性——有良好的調(diào)速性能，很寬的調(diào)速范圍。穩(wěn)速性——以一定的速度精度在所需速度下穩(wěn)定運(yùn)行?？焖傩浴訙p速度快，在系統(tǒng)受到干擾時(shí)恢復(fù)的快（系統(tǒng)反應(yīng)的快速性是自動(dòng)控制的一個(gè)硬指標(biāo)）。2.交直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的比較直流電動(dòng)機(jī)T=km

?m

Ia交流電動(dòng)機(jī)T=km

?m

I2式中

是轉(zhuǎn)子電流的功率因數(shù)，只要它為常數(shù)，交流電動(dòng)機(jī)的控制就和直流電動(dòng)機(jī)的控制特性相同了。因?yàn)榭刂?/p>

為常數(shù)，實(shí)際上就是：即控制轉(zhuǎn)子（定子）電流的大小，還要控制電流的方向，即矢量控制。3.矢量控制思路由于直流電動(dòng)機(jī)控制的快速性非常好，矢量控制就是用模擬直流電動(dòng)機(jī)的方法對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的一種控制模式。直流電動(dòng)機(jī)在控制中是雙閉環(huán)系統(tǒng)，電流環(huán)穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，速度環(huán)穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。矢量控制也是雙閉環(huán)，電流閉環(huán)在變頻器內(nèi)部完成。速度環(huán)外接傳感器。在矢量控制時(shí)需將電動(dòng)機(jī)的參數(shù)寫入變頻器，用于控制時(shí)的比較信號(hào)。常用寫入方法為自掃描。4.矢量控制變頻器應(yīng)用分為有傳感器和無(wú)傳感器兩種控制方式。1）開環(huán)無(wú)傳感器利用變頻器內(nèi)部的電流環(huán)穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使用時(shí)和基本U/f控制一樣方便。2）閉環(huán)有傳感器使用時(shí)外接旋轉(zhuǎn)編碼器。在要求速度控制精度高或位置控制等場(chǎng)合采用。5.矢量控制使用注意事項(xiàng)矢量控制是對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)矩）進(jìn)行控制，在過(guò)程控制中因?yàn)閷?duì)快速性沒(méi)有要求，一般不采用。一臺(tái)變頻器只能控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。使用前必