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文檔簡(jiǎn)介
項(xiàng)目四
數(shù)控機(jī)床用變頻器的安裝與調(diào)試
李方園李亞峰背景分析變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),它以其自身所具有的調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn),在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中發(fā)揮著提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的作用,尤其是在數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí),當(dāng)變頻器日益成為工業(yè)中重要的驅(qū)動(dòng)和控制設(shè)備時(shí),保障變頻器可靠運(yùn)行也成為設(shè)備保養(yǎng)、降低故障停機(jī)時(shí)間的重要議題。要確保變頻器可靠連續(xù)地運(yùn)行,關(guān)鍵在于日常維護(hù)保養(yǎng);而當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí),如何快速查出并解決變頻器故障尤為重要。目錄任務(wù)一:變頻器的安裝任務(wù)二:變頻器的調(diào)試與參數(shù)設(shè)置任務(wù)三:數(shù)控車床主軸的開環(huán)矢量控制教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)(1)熟悉交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式。(2)學(xué)會(huì)變頻器調(diào)速原理。(3)掌握變頻器的基本構(gòu)造。技能目標(biāo)熟練掌握變頻器在數(shù)控車床控制柜中的安裝方式,并進(jìn)行接線。第二部分
知識(shí)鏈接
一、交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式1、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的概念三相異步電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來(lái)的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。三相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的,三相異步電動(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度,這樣,當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí),定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),其產(chǎn)生的過程如圖4-1-1所示。圖中分四個(gè)時(shí)刻來(lái)描述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過程。電流每變化一個(gè)周期,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周,即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。圖4-1-1三相異步電動(dòng)機(jī)原理
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為:n=60f/P
式中f為電源頻率、P是磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)、n的單位是:每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
根據(jù)此式我們知道,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)。
工作原理定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條(鼠籠條)將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力,電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來(lái)。一般情況下,電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n。因?yàn)榧僭O(shè)n=n1,則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),就不會(huì)切割磁力線,也就不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n。為此我們稱這種結(jié)構(gòu)的三相電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)一樣,由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一般分為轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電動(dòng)機(jī)。圖4-1-2給出了最常用的轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)模型,其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽,槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)稱交流繞組。這種同步電動(dòng)機(jī)的定子又稱為電樞,定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極,磁極上繞有勵(lì)磁繞組,通以直流電流時(shí),將會(huì)在電動(dòng)機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng),稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))。氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間,氣隙層的厚度和形狀對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電動(dòng)機(jī)的性能有重大影響。圖4-1-2同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)模型除了轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電動(dòng)機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同步電動(dòng)機(jī),其磁極安裝于定子上,而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi),這種同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。圖中用AX、BY、CZ三個(gè)在空間錯(cuò)開120電角度分布的線圈代表三相對(duì)稱交流繞組。交流電機(jī)調(diào)速2、交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)耐用得多,因而被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),是一種量大面廣的傳統(tǒng)產(chǎn)品。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合,往往要求電動(dòng)機(jī)能隨意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,以便獲得滿意的使用效果,但交流電動(dòng)機(jī)在這方面比起直流電動(dòng)機(jī)而言就要遜色地多,于是不得不借助其它手段達(dá)到調(diào)速目的。根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性表達(dá)式可知,它的調(diào)速方式有三大類:頻率調(diào)節(jié)、磁極對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)。從而出現(xiàn)了目前常用的幾種調(diào)速方法,如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁調(diào)速、變頻調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、齒輪調(diào)速等?;诠?jié)能角度,通常把交流調(diào)速分為高效調(diào)速和低效調(diào)速(如圖4-1-3)。高效調(diào)速指基本上不增加轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式,在調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)差率基本不變,不增加轉(zhuǎn)差損失,或?qū)⑥D(zhuǎn)差功率以電能形式回饋電網(wǎng)或以機(jī)械能形式回饋機(jī)軸;低效調(diào)速則存在附加轉(zhuǎn)差損失,在相同調(diào)速工況下其節(jié)能效果低于不存在轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式。屬于高效調(diào)速方式的主要有變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速;屬于低效調(diào)速方式的主要滑差調(diào)速(包括電磁離合器調(diào)速、液力偶合器調(diào)速、液粘離合器調(diào)速)、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和定子調(diào)壓調(diào)速。其中,液力偶合器調(diào)速和和液粘離合器調(diào)速屬于機(jī)械調(diào)速,其他均屬于電氣調(diào)速。變極調(diào)速和滑差調(diào)速方式適用于籠型異步電動(dòng)機(jī),串級(jí)調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式適用于繞線型異步電動(dòng)機(jī),定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速既適用于籠型,也適用于繞線型異步電動(dòng)機(jī)。變頻調(diào)速和機(jī)械調(diào)速還可用于同步電動(dòng)機(jī)。液力耦合器調(diào)速技術(shù)屬于機(jī)械調(diào)速范疇,它是將匹配合適的調(diào)速型液力耦合器安裝在常規(guī)的交流電動(dòng)機(jī)和負(fù)載(風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī))之間,從電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速,通過耦合器工作腔中高速循環(huán)流動(dòng)的液體,向負(fù)載傳遞力矩和輸出轉(zhuǎn)速。只要改變工作腔中液體的充滿程度即可調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速。液粘離合器調(diào)速是指利用液粘離合器作為動(dòng)率傳遞裝置完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的調(diào)速方式,屬于機(jī)械調(diào)速。液粘離合器是利用兩組摩擦片之間接觸來(lái)傳遞功率的一種機(jī)械設(shè)備,如同液力偶合器一樣安裝在籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間,在電動(dòng)機(jī)但速運(yùn)行的情況下,利用兩組摩擦片之間摩擦力的變化無(wú)級(jí)地調(diào)節(jié)工作機(jī)械的轉(zhuǎn)速,由于它存在轉(zhuǎn)差損耗,是一種低效調(diào)速方式。。圖4-1-3交流電動(dòng)機(jī)主要調(diào)速方式分類圖
二、變頻調(diào)速原理1、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型根據(jù)電動(dòng)機(jī)學(xué)原理,在下述三個(gè)假定條件下(即忽略空間和時(shí)間諧波、忽略磁飽和、忽略鐵損),感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型可以用T型等效電路表示,如圖4-1-4a所示。a)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)T型等效電路等效電路b)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化等效電路圖4-1-4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等效電路圖4-1-4中的各參數(shù)定義如下:Rs、Rr′—定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻;L1s、L1r′—定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感;Lm—定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感,即勵(lì)磁電感;Us、ω1—定子相電壓和供電角頻率;Is、Ir′—定子相電流和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子相電流。忽略勵(lì)磁電流,則得到如圖4-1-4b所示的簡(jiǎn)化等效電路。因此,電流公式可表示為:電磁轉(zhuǎn)矩公式已知感應(yīng)電動(dòng)機(jī)傳遞的電磁功率,同步機(jī)械角速度ωm1=ω1/np,則感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為:感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的每極氣隙磁通為:式中:Eg-氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值;f1-定子頻率;Ns-定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù);KNs-定子基波繞組系數(shù)。忽略定子電阻和漏磁感抗壓降,則認(rèn)為定子相電壓Us=Eg。對(duì)Te公式對(duì)s求導(dǎo),并令dTe/ds=0,可求出對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的臨界靜差:最大轉(zhuǎn)矩為:2、轉(zhuǎn)速開環(huán)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速是改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法,同步轉(zhuǎn)速n1隨頻率而變化,
(式中:np為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù),下同)為了達(dá)到良好的控制效果,常采用電壓-頻率協(xié)調(diào)控制(即V/f控制),并分為基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況。(1)基頻以下調(diào)速以便充分利用電動(dòng)機(jī)鐵心,發(fā)揮電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力,在基頻以下采用恒磁通控制方式,要保持φm不變,當(dāng)頻率f1從額定值fin向下調(diào)節(jié)時(shí),必須同時(shí)降低Eg,即采用電動(dòng)勢(shì)頻率比為恒值的控制方式。然而,繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的,當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí),可以忽略定子電阻和漏磁感抗壓降,而認(rèn)為定子相電壓Us≈Eg,則得這是恒壓頻比的控制方式,其控制特性如圖4-1-5所示。低頻時(shí),Us和Eg都較小,定子電阻和漏磁感抗壓降所占的份量相對(duì)較大,可以人為地抬高定子相電壓Us,以便補(bǔ)償定子壓降,稱作低頻補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升。恒壓頻比控制特性圖4-1-5恒壓頻比控制特性(2)基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí),頻率從fiN向上升高,但定子電壓Us卻不可能超過額定電壓USN,只能保持Us=USN不變,這將使磁通與頻率成反比地下降,使得感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作在弱磁狀態(tài)。把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起,如圖4-1-6所示。如果電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值,即都能在允許溫升下長(zhǎng)期運(yùn)行,則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化而變化。按照電力拖動(dòng)原理,在基頻以下,磁通恒定,轉(zhuǎn)矩也恒定,屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì),而在基頻以上,轉(zhuǎn)速升高時(shí)磁通恒減小,轉(zhuǎn)矩也隨著降低,基本上屬于“恒功率調(diào)速”。圖4-1-6感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性三、通用變頻器的構(gòu)造
1、主回路通用變頻器的主回路包括整流部分、直流環(huán)節(jié)、逆變部分、制動(dòng)或回饋環(huán)節(jié)等部分。其中D1~D6是全橋整流電路中的二極管;D7~D12這六個(gè)二極管為續(xù)流二極管,作用是消除三極管開關(guān)過程中出現(xiàn)的尖峰電壓,并將能量反饋給電源;L為平波電抗器,作用是抑制整流橋輸出側(cè)輸出的直流電流的脈動(dòng)使之平滑;T1~T6是晶體管開關(guān)元件,開關(guān)狀態(tài)由基極注入的電流控制信號(hào)來(lái)確定。三、通用變頻器的構(gòu)造
1、主回路(1)整流部分:通常又被稱為電網(wǎng)側(cè)變流部分,是把三相或單相交流電整流成直流電。常見的低壓整流部分是由二極管構(gòu)成的不可控三相橋式電路或由晶閘管構(gòu)成的三相可控橋式電路。而對(duì)中壓大容量的整流部分則采用多重化12脈沖以上的變流器。如電源的進(jìn)線電壓為UL,則三相全波整流后平均直流電壓UD的大小為:UD=1.35×UL。我國(guó)三相電源的線電壓為380V,故全波整流后的平均電壓為UD=1.35×UL=1.35×380=513V。2)直流環(huán)節(jié):由于逆變器的負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī),屬于感性負(fù)載,因此在中間直流部分與電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換,這種無(wú)功能量的交換一般都需要中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件(如電容或電感)來(lái)緩沖。其中濾波電容C1和C2的作用是:濾平全波整流后的電壓紋波;當(dāng)負(fù)載變化時(shí),使直流電壓保持平穩(wěn)。在變頻器合上電的瞬間,濾波電容器C1和C2上的充電電流比較大,過大的沖擊電流將可能導(dǎo)致三相整流橋損壞。為了保護(hù)整流橋,在變頻器剛接通電源的一段時(shí)間里,電路內(nèi)串入緩沖電阻R1,以限制電容器C1、C2上的充電電流。當(dāng)濾波電容C1、C2充電電壓達(dá)到一定程度時(shí),另觸點(diǎn)開關(guān)SL接通,將R短路掉。(3)逆變部分:通常又被稱為負(fù)載側(cè)變流部分,它通過不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)逆變?cè)囊?guī)律性關(guān)斷和導(dǎo)通,從而得到任意頻率的三相交流電輸出(如圖4-1-8)。常見的逆變部分是由六個(gè)半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。(4)制動(dòng)或回饋環(huán)節(jié):由于制動(dòng)形成的再生能量在電動(dòng)機(jī)側(cè)容易聚集到變頻器的直流環(huán)節(jié)形成直流母線電壓的泵升,需及時(shí)通過制動(dòng)環(huán)節(jié)將能量以熱能形式釋放或者通過回饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換到交流電網(wǎng)中去。制動(dòng)環(huán)節(jié)在不同的變頻器中有不同的實(shí)現(xiàn)方式,通常小功率變頻器都內(nèi)置制動(dòng)環(huán)節(jié),即內(nèi)置制動(dòng)單元,有時(shí)還內(nèi)置短時(shí)工作制的標(biāo)配制動(dòng)電阻;中功率段的變頻器可以內(nèi)置制動(dòng)環(huán)節(jié),但屬于標(biāo)配或選配需根據(jù)不同品牌變頻器的選型手冊(cè)而定;大功率段的變頻器其制動(dòng)環(huán)節(jié)大多為外置。至于回饋環(huán)節(jié),則大多屬于變頻器的外置回路。圖4-1-7通用變頻器的基本構(gòu)造圖4-1-8變頻器的波形圖2、控制回路
控制回路包括變頻器的核心軟件算法電路、檢測(cè)傳感電路、控制信號(hào)的輸入輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組成(如圖4-1-9所示),它包括以下幾個(gè)部分:(1)開關(guān)電源變頻器的輔助電源采用開關(guān)電源,具有體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn)。電源輸入為變頻器主回路直流母線電壓或?qū)⒔涣?80V整流。通過脈沖變壓器的隔離變換和變壓器副邊的整流濾波可得到多路輸出直流電壓。其中+15V、-15V、+5V共地,±15V給電流傳感器、運(yùn)放等模擬電路供電,+5V給DSP及外圍數(shù)字電路供電。相互隔離的四組或六組+15V電源給IPM驅(qū)動(dòng)電路供電。+24V為繼電器、直流風(fēng)機(jī)供電。控制電路(2)DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)TD系列變頻器采用的DSP為TMS320F240,主要完成電流、電壓、溫度采樣、六路PWM輸出,各種故障報(bào)警輸入,電流電壓頻率設(shè)定信號(hào)輸入,還完成電動(dòng)機(jī)控制算法的運(yùn)算等功能。(3)輸入輸出端子變頻器控制電路輸入輸出端子包括:◆輸入多功能選擇端子、正反轉(zhuǎn)端子、復(fù)位端子等◆繼電器輸出端子、開路集電極輸出多功能端子等◆模擬量輸入端子,包括外接模擬量信號(hào)用的電源(12V、10V或5V)及模擬電壓量頻率設(shè)定輸入和模擬電流量頻率設(shè)定輸入?!裟M量輸出端子,包括輸出頻率模擬量和輸出電流模擬量等,用戶可以選擇0~1mA直流電流表或0~10V的直流電壓表,顯示輸出頻率和輸出電流,當(dāng)然也可以通過功能碼參數(shù)進(jìn)行選擇輸出信號(hào)。(4)SCI口TMS320F240支持標(biāo)準(zhǔn)的異步串口通訊,通訊波特率可達(dá)625kbps。具有多機(jī)通訊功能,通過一臺(tái)上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器的遠(yuǎn)程控制和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視功能。(5)操作面板部分DSP通過SPI口,與操作面板上相連,完成按鍵信號(hào)的輸入、顯示數(shù)據(jù)輸出等功能。圖4-1-9變頻器控制回路圖第三部分
技能訓(xùn)練一、任務(wù)描述開箱檢查三菱A740系列變頻器,并按照合適的電氣線路將其安裝在控制柜中。二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及操作步驟1、開箱和檢查從包裝箱取出1.5KW三菱變頻器A740(如圖4-1-10所示),檢查正面蓋板的容量銘牌和機(jī)身側(cè)面的定額銘牌,確認(rèn)變頻器型號(hào),產(chǎn)品是否與定貨單相符,機(jī)器是否有損壞。圖4-1-10三菱A740變頻器外觀通過了解三菱A740變頻器的銘牌并進(jìn)行變頻器的拆裝的具體步驟如下:第一步,觀察三菱A740變頻器的銘牌(如圖4-1-11所示),并從銘牌中理解三菱變頻器的命名規(guī)則(如圖4-1-12所示)。圖4-1-11三菱A740變頻器銘牌圖4-1-12三菱A740變頻器命名規(guī)則2、變頻器前蓋板的拆卸與安裝如圖4-1-13所示為A740變頻器的操作面板,也是用于變頻器參數(shù)設(shè)置的主要界面。進(jìn)行操作面板的拆卸時(shí)先松開操作面板的兩處固定螺絲(螺絲不能卸下),然后按住操作面板左右兩側(cè)的插銷,把操作面板往前拉出后卸下(如圖4-1-14所示)。圖4-1-13A740操作面板外觀圖4-1-14A740操作面板拆卸進(jìn)行操作面板安裝時(shí),需要筆直插入并安裝牢靠,然后旋緊螺絲。第三步:進(jìn)行變頻器A740前蓋板的拆卸與安裝。對(duì)前蓋板取下時(shí),先旋松安裝前蓋板用的螺絲,一邊按著表面護(hù)蓋上的安裝卡爪,一邊以左邊的固定卡爪為支點(diǎn)向前拉取下,如圖4-1-15所示。圖4-1-15前蓋板的拆卸安裝與拆卸時(shí)的動(dòng)作相反,將表面護(hù)蓋左側(cè)的2處固定卡爪插入機(jī)體的接口,并以固定卡爪部分為支點(diǎn)確實(shí)地將表面護(hù)蓋壓進(jìn)機(jī)體,最后擰緊安裝螺絲。需要注意的是,F(xiàn)R-A740-160K-CHT以上的表面蓋板由1個(gè)變成2個(gè),另外在正面蓋板貼有容量銘牌,在機(jī)身也貼有額定銘牌,分別印有相同的制造編號(hào),檢查制造編號(hào)以確保將拆下的蓋板安裝在原來(lái)的變頻器上,以防止維修時(shí)出現(xiàn)不必要的混淆。第四步:拆卸完前蓋板后,按照?qǐng)D4-1-16所示進(jìn)行主電路接線,包括電源進(jìn)線和1.5KW三相鼠籠式異步電機(jī)接線,注意為保證電氣安全,必須進(jìn)行可靠接地。在第一次簡(jiǎn)單接線中,必須注意:(1)電源及電機(jī)接線的壓著端子,需要使用帶有絕緣套管的端子;(2)電源一定不能接到變頻器輸出端上(U,V,W),否則將損壞變頻器;(3)接線后,零碎線頭必須清除干凈。零碎線頭可能造成異常,失靈和故障,必須始終保持變頻器清潔。如在電氣柜上打孔安裝時(shí),請(qǐng)注意不要使碎片粉末等進(jìn)入變頻器中。(4)為使線路壓降在2%以內(nèi),需要用適當(dāng)型號(hào)的電線接線。變頻器和電機(jī)間的接線距離較長(zhǎng)時(shí),特別是低頻率輸出情況下,會(huì)由于主電路電纜的線路下降而導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降。圖4-1-16變頻器主電路接線3、變頻控制柜安裝
安裝一臺(tái)簡(jiǎn)單的變頻控制柜,要求能進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制,能進(jìn)行調(diào)速。(1)繪制線路原理圖根據(jù)要求,選取三菱A740系列變頻器進(jìn)行線路原理圖繪制(參考圖4-1-17)。圖4-1-17三菱變頻控制圖(2)根據(jù)圖4-1-17繪制變頻器等器件安裝布局圖(圖4-1-18),將變頻器、交流接觸器、繼電器、斷路器等電氣部件安裝在網(wǎng)孔板或絕緣板上。圖4-1-18器件安裝布局圖變頻器安裝在控制柜內(nèi)部是最普遍的安裝方式,占到變頻器應(yīng)用環(huán)境的九成以上,其安裝應(yīng)該至少滿足以下幾個(gè)條件:a、變頻器應(yīng)垂直安裝(如圖4-1-19);圖4-1-19變頻器的安裝方式b、環(huán)境溫度應(yīng)該在-10℃~40℃的范圍內(nèi),如溫度超過40℃時(shí),需外部強(qiáng)迫散熱或者降額使用,有些變頻器的上限溫度為50℃(如美國(guó)ROCKWELL的變頻器1336或者PowerFlex系列);c、濕度要求低于95%,無(wú)水珠凝露;d、外界振動(dòng)小于一定值(如0.6g或0.5g);e、避免陽(yáng)光直射;f、無(wú)其他惡劣環(huán)境,如多粉塵、金屬屑、腐蝕性流體等。在變頻器的散熱方式中,自然散熱和對(duì)流散熱都是利用環(huán)境中空氣的交換,因此在控制柜內(nèi)安裝這兩種散熱方式的變頻器,必須考慮到風(fēng)道設(shè)計(jì)。通常,控制柜的進(jìn)風(fēng)口可以選擇柜門前側(cè)底部,出風(fēng)口可以選擇頂部散熱,在多臺(tái)變頻器安裝時(shí),必須考慮導(dǎo)風(fēng)裝置,以避免變頻器上下單純的層疊式安裝。因?yàn)樵谶@種層疊式安裝設(shè)計(jì)中,最下面變頻器散熱后的熱風(fēng)將直接吸入到上面變頻器的進(jìn)風(fēng)口,最后導(dǎo)致散熱效果差。裝設(shè)了導(dǎo)風(fēng)裝置后,能夠保證不同位置的變頻器進(jìn)風(fēng)溫度相當(dāng)。4、主回路接線
選擇主回路電纜時(shí),需考慮電流容量、短路保護(hù)、電纜壓降等因素。一般情況下,變頻器輸入電流的有效值比電動(dòng)機(jī)電流大。變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的連接電纜應(yīng)盡量短,因?yàn)榇穗娎|距離長(zhǎng),則電壓降增大,可能引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不足。特別是變頻器輸出頻率低時(shí),其輸出電壓也低,線路電壓損失所占百分比加大。變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的線路壓降規(guī)定不能超過額定電壓的2%,根據(jù)這一規(guī)定來(lái)選擇電纜。工廠中采用專用變頻器時(shí),如果有條件對(duì)變頻器的輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償,則線路壓降損失值可取為額定電壓的5%。表4-1-2A740變頻器的接線端子5、控制回路接線
按圖接控制線,并注意以下要點(diǎn):1)端子SD,SE和5為輸入出信號(hào)的公共端,這些端子不要接地。2)控制回路端子的接線應(yīng)使用屏蔽線或雙絞線,而且必須與主回路,強(qiáng)電回路(含200V繼電器程序回路)分開布線。3)由于控制回路的頻率輸入信號(hào)是微小電流,所以在接點(diǎn)輸入的場(chǎng)合,為了防止接觸不良,微小信號(hào)接點(diǎn)應(yīng)使用兩個(gè)并聯(lián)的接點(diǎn)。4)控制回路的接線建議選用0.3mm2~0.75mm2的電纜。6、通電
檢查確認(rèn)無(wú)誤后,通電運(yùn)行(參數(shù)為缺省,其中運(yùn)行部分可以參考任務(wù)二或者先由指導(dǎo)教師操作進(jìn)行)。第四部分
總結(jié)提高
一、認(rèn)真總結(jié)實(shí)訓(xùn)過程,書寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。
二、根據(jù)本任務(wù)所掌握的知識(shí)和技能回答下列問題:1、在電氣控制回路中,可以采用空氣開關(guān)或接觸器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的啟??刂?,對(duì)于變頻器來(lái)說,能否采用同樣的控制方式?請(qǐng)說明理由。2、變頻器的安裝環(huán)境不能超過40℃,假如環(huán)境確實(shí)惡劣,應(yīng)該如何安裝變頻器?你會(huì)采取哪些保護(hù)措施?3、在接線過程中,變頻器的動(dòng)力線和控制線是否需要分開走線?為什么?假如分開走線,又該如何處理?4、變頻器電源輸入端R、S、T、PE,有一個(gè)接地;另外變頻器輸出端U、V、W、PE,這里還有一個(gè)接地,兩個(gè)接地怎么接?5、變頻器的冷卻方式哪一種最經(jīng)濟(jì)?對(duì)于防爆要求的情況下,如何設(shè)置冷卻方式?任務(wù)二
變頻器的調(diào)試與參數(shù)設(shè)置知識(shí)目標(biāo)熟悉變頻器的頻率給定方式。學(xué)會(huì)變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式。掌握變頻器的參數(shù)含義及其設(shè)置方式。技能目標(biāo)
熟練掌握變頻器的參數(shù)設(shè)置方式,并能根據(jù)工藝要求進(jìn)行調(diào)試。第一部分任務(wù)分析與實(shí)施
名稱型號(hào)或規(guī)格數(shù)量變頻器三菱A740(1.5KW/380V)1臺(tái)常用工具扳手、起子等工具1套萬(wàn)用表MF系列指針式1個(gè)兆歐表500V指針式1個(gè)電動(dòng)機(jī)Y系列0.55kW(三相380V,4極)1臺(tái)一、任務(wù)描述對(duì)三菱A740系列變頻器進(jìn)行接線調(diào)試與參數(shù)設(shè)置。二、任務(wù)實(shí)施按表4-2-1準(zhǔn)備所需要的設(shè)備、工具與器材,并根據(jù)技能訓(xùn)練要求進(jìn)行。表4-2-1任務(wù)所需設(shè)備、工具與器材第二部分
知識(shí)鏈接一、變頻器的頻率給定方式在使用一臺(tái)變頻器的時(shí)候,目的是通過改變變頻器的輸出頻率,即改變變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的供電頻率從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如何調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率呢?關(guān)鍵是必須首先向變頻器提供改變頻率的信號(hào),這個(gè)信號(hào),就稱之為“頻率給定信號(hào)”。所謂頻率給定方式,就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法,也就是提供給定信號(hào)的方式。變頻器常見的頻率給定方式主要有:操作器鍵盤給定、接點(diǎn)信號(hào)給定、模擬信號(hào)給定、脈沖信號(hào)給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點(diǎn),必須按照實(shí)際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置,同時(shí)也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。1、操作器鍵盤給定操作器鍵盤給定是變頻器最簡(jiǎn)單的頻率給定方式,用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的電位器、數(shù)字鍵或上升下降鍵來(lái)直接改變變頻器的設(shè)定頻率(圖4-2-1所示)。圖4-2-1操作器鍵盤給定方式操作器鍵盤給定的最大優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單、方便、醒目(可選配LED數(shù)碼顯示和中文LCD液晶顯示),同時(shí)又兼具監(jiān)視功能,即能夠?qū)⒆冾l器運(yùn)行時(shí)的電流、電壓、實(shí)際轉(zhuǎn)速、母線電壓等實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。如果選擇鍵盤數(shù)字鍵或上升下降鍵給定,則由于是數(shù)字量給定,精度和分辨率非常高,其中精度可達(dá)最高頻率×±0.01%、分辨率為0.01Hz。如果選擇操作器上的電位器給定,則屬于模擬量給定,精度稍低,但由于無(wú)需像外置電位器的模擬量輸入那樣另外接線,實(shí)用性非常高。2、接點(diǎn)信號(hào)給定接點(diǎn)信號(hào)給定就是通過變頻器的多功能輸入端子的UP和DOWN接點(diǎn)來(lái)改變變頻器的設(shè)定頻率值。該接點(diǎn)可以外接按鈕或其他類似于按鈕的開關(guān)信號(hào)(如PLC或DCS的繼電器輸出模塊、常規(guī)中間繼電器)。具體接線可見圖4-2-2。圖4-2-2接點(diǎn)信號(hào)給定注意以下幾點(diǎn):(1)多功能輸入端子需分別設(shè)置為UP指令或DOWN指令中的其中一個(gè),不能重復(fù)設(shè)置,也不能只設(shè)置一個(gè),更不能將UP/DOWN指令和保持加減速停止指令被同時(shí)分配。(2)端子的UP/DOWN速率必須被正確設(shè)置,速率單位為Hz/s。有了正確的速率設(shè)置,即使UP上升接點(diǎn)一直吸合,變頻器的頻率上升也不會(huì)一下子竄到最高輸出頻率,而是按照其上升速率上升。(3)設(shè)置為“斷電保持有效”時(shí)圖4-2-3所示為接點(diǎn)頻率給定方式下的變頻器運(yùn)行時(shí)序。3、模擬量給定模擬量給定方式即通過變頻器的模擬量端子從外部輸入模擬量信號(hào)(電流或電壓)進(jìn)行給定,并通過調(diào)節(jié)模擬量的大小來(lái)改變變頻器的輸出頻率。模擬量給定中通常采用電流或電壓信號(hào),常見于電位器、儀表、PLC和DCS等控制回路(如圖4-2-4所示)。圖4-2-4模擬量給定方式變頻器通常都會(huì)有2個(gè)及以上的模擬量端子(或擴(kuò)展模擬量端子),如圖4-2-5所示為三菱變頻器的模擬量輸入端子(端子2、4、1分別為電壓輸入、電流輸入和輔助輸入)。圖4-2-5三菱變頻器模擬量端子有些模擬量端子可以同時(shí)輸入電壓和電流信號(hào)(但必須通過跳線或短路塊進(jìn)行區(qū)分),因此對(duì)變頻器已經(jīng)選擇好模擬量給定方式后,還必須按照以下步驟進(jìn)行參數(shù)設(shè)置:(1)選擇模擬量給定的輸入通道;(2)選擇模擬量給定的電壓或者電流方式及其調(diào)節(jié)范圍,同時(shí)設(shè)置電壓/電流跳線,注意必須在斷電時(shí)進(jìn)行操作;(3)選擇模擬量端子多個(gè)通道之間的組合方式(疊加或者切換);(4)選擇模擬量端子通道的濾波參數(shù)、增益參數(shù)線性調(diào)整參數(shù)。4、脈沖給定脈沖給定方式即通過變頻器的特定的高速開關(guān)端子從外部輸入脈沖序列信號(hào)進(jìn)行頻率給定,并通過調(diào)節(jié)脈沖頻率來(lái)改變變頻器的輸出頻率。不同的變頻器對(duì)于脈沖序列輸入都有不同的定義,以安川VSG7為例(如圖4-2-6所示):脈沖頻率為0~32KHz,低電平電壓為0.0~0.8V,高電平電壓為3.5~13.2V,占空比為30%~70%。圖4-2-6脈沖給定5、通訊給定通訊給定方式就是指上位機(jī)通過通訊口按照特定的通訊協(xié)議、特定的通訊介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冾l器以改變變頻器設(shè)定頻率的方式。上位機(jī)一般指計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))、PLC、DCS、人機(jī)界面等主控制設(shè)備,如圖4-2-7所示。二、變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式是指如何控制變頻器的基本運(yùn)行功能,這些功能包括啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、正向點(diǎn)動(dòng)與反向點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位等。與變頻器的頻率給定方式一樣,變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式也有操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制三種。這些運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式必須按照實(shí)際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置,同時(shí)也可以根據(jù)功能進(jìn)行相互之間的方式切換。1、操作器鍵盤控制操作器鍵盤控制是變頻器最簡(jiǎn)單的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式,用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的運(yùn)行鍵、停止鍵、點(diǎn)動(dòng)鍵和復(fù)位鍵來(lái)直接控制變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)。在操作器鍵盤控制下,變頻器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可以通過正反轉(zhuǎn)鍵切換和選擇。圖4-2-8所示為三菱變頻器FR-DU04操作器鍵盤控制。圖4-2-8三菱操作器鍵盤控制示意2、端子控制端子控制是變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令通過其外接輸入端子從外部輸入開關(guān)信號(hào)(或電平信號(hào))來(lái)進(jìn)行控制的方式。這時(shí)這些由按鈕、選擇開關(guān)、繼電器、PLC或DCS的繼電器模塊就替代了操作器鍵盤上的運(yùn)行鍵、停止鍵、點(diǎn)動(dòng)鍵和復(fù)位鍵,可以在遠(yuǎn)距離來(lái)控制變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4-2-9端子控制原理
在圖4-2-9中,正轉(zhuǎn)FWD、反轉(zhuǎn)REV、點(diǎn)動(dòng)JOG、復(fù)位RESET、使能ENABLE在實(shí)際變頻器的端子中有三種具體表現(xiàn)形式:◆上述幾個(gè)功能都是由專用的端子組成,即每個(gè)端子固定為一種功能。在實(shí)際接線中,非常簡(jiǎn)單,不會(huì)造成誤解,這在早期的變頻器中較為普遍?!羯鲜鰩讉€(gè)功能都是由通用的多功能端子組成,即每個(gè)端子都不固定,可以通過定義多功能端子的具體內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際接線中,非常靈活,可以大量節(jié)省端子空間。目前的小型變頻器都有這個(gè)趨向,如艾默生TD900變頻器。3、通訊控制通訊控制的方式與通訊給定的方式相同,在不增加線路的情況下,只需對(duì)上位機(jī)給變頻器的傳輸數(shù)據(jù)改一下即可對(duì)變頻器進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、故障復(fù)位等控制。三、變頻器的起動(dòng)制動(dòng)方式變頻器的起動(dòng)制動(dòng)方式是指變頻器從停機(jī)狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)的起動(dòng)方式、從運(yùn)行狀態(tài)到停機(jī)狀態(tài)的方式以及從某一運(yùn)行頻率到另一運(yùn)行頻率的加速或減速方式。1、起動(dòng)運(yùn)行方式變頻器從停機(jī)狀態(tài)開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)通常有以下幾種方式:(1)從起動(dòng)頻率起動(dòng)。變頻器接到運(yùn)行指令后,按照預(yù)先設(shè)定的起動(dòng)頻率和起動(dòng)頻率保持時(shí)間起動(dòng)。該方式適用于一般的負(fù)載。起動(dòng)頻率是指變頻器起動(dòng)時(shí)的初始頻率,如圖4-2-10所示的fs,它不受變頻器下限頻率的限制;起動(dòng)頻率保持時(shí)間是指變頻器在起動(dòng)過程中,在起動(dòng)頻率下保持運(yùn)行的時(shí)間,如圖中的t1。圖4-2-10起動(dòng)頻率與起動(dòng)時(shí)間示意電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)時(shí),并不從0Hz開始加速,而是直接從某一頻率下開始加速。在開始加速瞬間變頻器的輸出頻率便是上述所說的起動(dòng)頻率。設(shè)置起動(dòng)頻率是部分生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際需要,比如:有些負(fù)載在靜止?fàn)顟B(tài)下的靜摩擦力較大,難以從0Hz開始起動(dòng),設(shè)置了起動(dòng)頻率后,可以在起動(dòng)瞬間有一點(diǎn)沖力,使拖動(dòng)系統(tǒng)較易起動(dòng)起來(lái);在若干臺(tái)水泵同時(shí)供水的系統(tǒng)里,由于管理里已經(jīng)存在一定的水壓,后起到的水泵在頻率很低的情況下將難以旋轉(zhuǎn)起來(lái),故也需要電動(dòng)機(jī)在一定頻率下直接起動(dòng);錐形電動(dòng)機(jī)如果從0Hz開始逐漸升速,將導(dǎo)致定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦,所以了起動(dòng)頻率,可以在起動(dòng)時(shí)很快建立起足夠的磁通,使轉(zhuǎn)子和定子間保持一定的氣隙,等等。起動(dòng)頻率保持時(shí)間的設(shè)置對(duì)于下面幾種情況比較適合:A、對(duì)于慣性較大的負(fù)載,起動(dòng)后先在較低頻率下持續(xù)一個(gè)短時(shí)間t1,然后再加速運(yùn)行到穩(wěn)定頻率;B、齒輪箱的齒輪之間總是有間隙的,起動(dòng)時(shí)容易在齒輪間發(fā)生撞擊,如在較低頻率下持續(xù)一個(gè)短時(shí)間t1,可以減緩齒輪間的碰撞;C、起重機(jī)械在起吊重物前,吊鉤的鋼絲繩通常是處于松弛的狀態(tài),起動(dòng)頻率保持時(shí)間t1可首先使鋼絲繩拉緊后再上升;D、有些機(jī)械在環(huán)境溫度較低的情況下,潤(rùn)滑油容易凝固,故要求先在低速下運(yùn)行一個(gè)短時(shí)間t1,使?jié)櫥拖♂尯笤偌铀?;E、對(duì)于附有機(jī)械制動(dòng)裝置的電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī),再磁抱閘松開過程中,為了減小閘皮和閘輥之間的摩擦,要求先在低速下運(yùn)行,待磁抱閘完全松開后再升速。(2)先制動(dòng)再起動(dòng)本起動(dòng)方式是指先對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施直流制動(dòng),然后再按照方式(1)進(jìn)行起動(dòng)。該方式適用于變頻器停機(jī)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的小慣性負(fù)載,對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)大慣性負(fù)載則不適合。如圖4-2-11所示為先制動(dòng)再起動(dòng)的功能示意,起動(dòng)前先在電動(dòng)機(jī)的定子繞組內(nèi)通入直流電流,以保證電動(dòng)機(jī)在零速的狀態(tài)下開始起動(dòng)。如果電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)前,拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不為零,而變頻器的輸出是從0Hz開始上升,則在起動(dòng)瞬間,將引起電動(dòng)機(jī)的過電流故障。它包含兩個(gè)參數(shù):制動(dòng)量和直流制動(dòng)時(shí)間,前者表示應(yīng)向定子繞組施加多大的直流電壓,后者表示進(jìn)行直流制動(dòng)的時(shí)間。圖4-2-11先制動(dòng)再起動(dòng)功能示意(3)轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)在這種方式下,變頻器能自動(dòng)跟蹤電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向,對(duì)旋轉(zhuǎn)中的電動(dòng)機(jī)實(shí)施平滑無(wú)沖擊起動(dòng),因此變頻器的起動(dòng)有一個(gè)相對(duì)緩慢的時(shí)間用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向,如圖4-2-12所示。該方式適用于變頻器停機(jī)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的大慣性負(fù)載瞬時(shí)停電再起動(dòng)。圖4-2-12轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)功能示意2、加減速方式變頻器從一個(gè)速度過渡到另外一個(gè)速度的過程稱為加減速,如果速度上升為加速,速度下降為減速。加減速方式主要有以下幾種:(1)直線加減速。變頻器的輸出頻率按照恒定斜率遞增或遞減。變頻器的輸出頻率隨時(shí)間成正比地上升,大多數(shù)負(fù)載都可以選用直線加減速方式。如圖4-2-13a。加速時(shí)間為t1、減速時(shí)間為t2。圖4-2-13加減速方式a)直線加減速
b)S型曲線加減速(2)S曲線加減速變頻器的輸出頻率按照S型曲線遞增或遞減。如圖4-2-13b。我們將S曲線劃分為3個(gè)階段的時(shí)間,S曲線起始段時(shí)間如圖2.40b中①所示,這里輸出頻率變化的斜率從零逐漸遞增;S曲線上升段時(shí)間如圖2.40b中②所示,這里輸出頻率變化的斜率恒定;S曲線結(jié)束段時(shí)間如圖4-2-13b中③所示,這里輸出頻率變化的斜率逐漸遞減到零。將每個(gè)階段時(shí)間按百分比分配,就可以得到一條完整的S型曲線。因此,只需要知道三個(gè)時(shí)間段中的任意兩個(gè),就可以得到完整的S曲線,因此在某些變頻器只定義了起始段①和上升段②,而有些變頻器則定義兩頭起始段①和結(jié)束段③。S曲線加減速,非常適合于輸送易碎物品的傳送機(jī)、電梯、搬運(yùn)傳遞負(fù)載的傳送帶以及其他需要平穩(wěn)改變速度的場(chǎng)合。例如,電梯在開始起動(dòng)以及轉(zhuǎn)入等速運(yùn)行時(shí),從考慮乘客的舒適度出發(fā),應(yīng)減緩速度的變化,以采用S形加速方式為宜。(4)其他其他還有如半S形加減速方式、倒L形加減速方式、U型加減速方式等,具體可以參看變頻器說明書。3、停機(jī)方式變頻器接收到停機(jī)命令后從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入到停機(jī)狀態(tài),通常有以下幾種方式:(1)減速停機(jī)(2)自由停車(3)帶時(shí)間限制的自由停車(4)減速停機(jī)加上直流制動(dòng)變頻器接到停機(jī)命令后,按照減速時(shí)間逐步降低輸出頻率,當(dāng)頻率降至停機(jī)制動(dòng)起始頻率時(shí),開始直流制動(dòng)至完全停機(jī)。如圖4-2-14所示。圖4-2-14減速停車加直流制動(dòng)直流制動(dòng)是在電動(dòng)機(jī)定子中通入直流電流,以產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)停車后會(huì)產(chǎn)生一定的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,所以直流制動(dòng)可在一定程度上替代機(jī)械制動(dòng);但由于設(shè)備及電動(dòng)機(jī)自身的機(jī)械能只能消耗在電動(dòng)機(jī)內(nèi),同時(shí)直流電流也通入電動(dòng)機(jī)定子中,所以使用直流制動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)溫度會(huì)迅速升高,因而要避免長(zhǎng)期、頻繁使用直流制動(dòng);直流制動(dòng)是不控制電動(dòng)機(jī)速度的,所以停車時(shí)間不受控。停車時(shí)間根據(jù)負(fù)載、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等的不同而不同;直流制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是很難實(shí)際計(jì)算出來(lái)的。第三部分
技能訓(xùn)練
一、任務(wù)描述用三菱變頻器操作面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,并能在各個(gè)模式之間進(jìn)行切換,同時(shí)根據(jù)工藝要求進(jìn)行調(diào)試。二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及操作步驟1、FR-DU07操作面板的熟悉對(duì)三菱A740變頻器進(jìn)行操作、運(yùn)行、調(diào)試和維護(hù)等都首先需要熟悉操作面板PU,如圖4-2-35所示為PU按鍵和指示燈的具體功能和含義。圖4-2-35A740FR-DU07操作面板對(duì)三菱A740變頻器進(jìn)行接線后上電,可以觀察到操作面板(簡(jiǎn)稱PU)亮,如圖4-2-36所示。圖4-2-36PU上電顯示2、運(yùn)行模式切換與頻率設(shè)定對(duì)三菱A740變頻器進(jìn)行操作、運(yùn)行、調(diào)試和維護(hù)等都首先需要熟悉操作面板PU,如圖4-2-37所示為PU按鍵和指示燈的具體功能和含義圖4-2-37運(yùn)行模式切換與頻率設(shè)定3、A740變頻器的參數(shù)設(shè)置要點(diǎn)對(duì)于變頻器而言,要使其正常運(yùn)行,就必須對(duì)它進(jìn)行一定的參數(shù)設(shè)置,并符合工藝要求。表1.3所示是三菱A740變頻器的參數(shù)說明,也可以簡(jiǎn)單的用“Pr.0=6%”來(lái)進(jìn)行表示。表1.3三菱A740變頻器的參數(shù)說明1)參數(shù)鎖定(Pr.77)參數(shù)鎖定功能對(duì)防止參數(shù)值被意外改寫具有保護(hù)作用,因此,可以在調(diào)試結(jié)束后對(duì)Pr.77進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,比如Pr.77=1表示不可寫入?yún)?shù),具體如表1.4所示。其中”參數(shù)Pr.77”通常被簡(jiǎn)寫為“參數(shù)77”。表1.4參數(shù)鎖定2)初始化參數(shù)通過設(shè)定Pr.CL
參數(shù)清除,ALLC參數(shù)全部清除=“1”,使參數(shù)將恢復(fù)為初始值,如圖4-2-23所示。如果設(shè)定Pr.77參數(shù)寫入選擇=“1”,則無(wú)法清除。參數(shù)初始化是非常重要的一個(gè)步驟,它能將所有的參數(shù)都恢復(fù)到出廠設(shè)定值。在調(diào)試變頻器的參數(shù)過程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)控制失常的現(xiàn)象,這時(shí)候最好的辦法就是“參數(shù)初始化”,以確認(rèn)到底是變頻器本身原因,還是參數(shù)設(shè)置原因。3)參數(shù)更改要使變頻器按照工藝要求進(jìn)行控制,必須進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,這里以參數(shù)Pr.1(表1.5)為例說明。圖4-2-39所示為參數(shù)Pr.1從120Hz更改為50Hz的過程。圖4-2-39參數(shù)設(shè)定4)操作鎖定為例防止參數(shù)變更或變頻器意外起動(dòng)和停止,通過設(shè)置“操作鎖定”可以使操作面板的M旋鈕、鍵盤操作等無(wú)效。操作鎖定的步驟為:Pr.161設(shè)置為“10或11”,然后按住
鍵2秒左右,此時(shí)M旋鈕與鍵盤操作均無(wú)效。當(dāng)M旋鈕與鍵盤操作無(wú)效化后操作面板會(huì)顯示
字樣,在此狀態(tài)下操作M旋鈕或鍵盤時(shí)也會(huì)顯示
。如果想使M旋鈕與鍵盤操作有效,請(qǐng)按住
鍵2秒左右。當(dāng)然,操作鎖定狀態(tài)下依然有效的功能是
鍵引發(fā)的停止與復(fù)位。4、A740常見的運(yùn)行模式技能操作1、通過模擬信號(hào)進(jìn)行頻率設(shè)定(電壓輸入)按照?qǐng)D1.42接線要求,即啟動(dòng)命令由變頻器PU發(fā)出,頻率命令由電位器設(shè)定,請(qǐng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。圖1.42通過模擬信號(hào)進(jìn)行頻率設(shè)定2、通過模擬信號(hào)進(jìn)行頻率設(shè)定(電流輸入)按照?qǐng)D1.43接線要求,即啟動(dòng)命令由變頻器PU發(fā)出,頻率命令由4-20mA設(shè)定,請(qǐng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。圖1.43通過模擬信號(hào)進(jìn)行頻率設(shè)定第四部分
總結(jié)提高
一、認(rèn)真總結(jié)實(shí)訓(xùn)過程,書寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。
二、根據(jù)本任務(wù)所掌握的知識(shí)和技能回答下列問題。1、變頻器如何實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)?其點(diǎn)動(dòng)的頻率和加速時(shí)間在哪里進(jìn)行設(shè)置?2、要實(shí)現(xiàn)變頻器從正轉(zhuǎn)快速向反轉(zhuǎn)運(yùn)行,應(yīng)該如何設(shè)置參數(shù)?你在設(shè)置參數(shù)過程中碰到了哪些問題?3、變頻器在調(diào)試過程中,輸入短路會(huì)造成什么影響?輸出短路會(huì)造成什么影響?4、調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率有哪些常用的方式?請(qǐng)舉例說明。5、在變頻器運(yùn)行中,哪些參數(shù)可以改?哪些參數(shù)不能改?為什么?6、三菱變頻器的組合操作模式有哪些?請(qǐng)畫出具體線路圖和參數(shù)設(shè)置表。任務(wù)三
數(shù)控車床主軸的開環(huán)矢量控制
知識(shí)目標(biāo)1熟悉開環(huán)矢量控制下的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變頻器、控制系統(tǒng)的接線方法。2了解變頻器開環(huán)矢量控制的參數(shù)設(shè)置。3掌握感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在變頻矢量控制下的輸出特性。技能目標(biāo)
能根據(jù)電氣原理圖連接數(shù)控裝置與變頻器;能進(jìn)行變頻器投入運(yùn)轉(zhuǎn)的參數(shù)設(shè)置,能對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。第一部分任務(wù)分析與實(shí)施一、任務(wù)描述在目前數(shù)控車床中,主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來(lái)控制交流主軸電動(dòng)機(jī)。為滿足數(shù)控車床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)的要求,必須有以下性能:A、寬調(diào)速范圍,且速度穩(wěn)定性能要高;B、在斷續(xù)負(fù)載下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)要??;C、加減速時(shí)間短;D、過載能力強(qiáng);E、噪聲低、震動(dòng)小、壽命長(zhǎng)。本任務(wù)需要對(duì)某系列數(shù)控車床主軸電機(jī)進(jìn)行變頻矢量控制,并滿足HNC-21的控制接口。二、任務(wù)實(shí)施按表4-3-1準(zhǔn)備所需要的設(shè)備、工具與器材,進(jìn)行變頻器與HNC-21之間的接線,并進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。表4-3-1任務(wù)所需設(shè)備、工具與器材名稱型號(hào)或規(guī)格數(shù)量變頻器三菱A740(1.5KW/380V)1臺(tái)常用工具扳手、起子等工具1套萬(wàn)用表MF系列指針式1個(gè)兆歐表500V指針式1個(gè)電動(dòng)機(jī)1.5KW三相異步電動(dòng)機(jī)1臺(tái)第二部分
知識(shí)鏈接一、變頻器矢量控制原理變頻器的矢量控制是20世紀(jì)70年代開始迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型控制思想,是以電機(jī)控制參數(shù)的實(shí)時(shí)解耦,來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通控制,以達(dá)到與直流電機(jī)一樣的調(diào)速性能。異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,其控制方法已趨成熟。1.基本原理異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式,把定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦開來(lái),分別加以控制,即將異步電動(dòng)機(jī)的物理模型等效地變成類似于直流電動(dòng)機(jī)的模式。眾所周知,交流電機(jī)三相對(duì)稱的靜止繞組A、B、C,通以三相平衡的正弦電流時(shí),所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F,它在空間呈正弦分布,以同步轉(zhuǎn)速ω(即電流的角頻率)順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。這樣的物理模型繪于圖4-3-1a中a)三相交流繞組b)二相交流繞組c)旋轉(zhuǎn)的直流繞組圖4-3-1交流電機(jī)繞組等效
然而,旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)并不一定非要三相不可,除單相以外,二相、三相、四相……等任意對(duì)稱的多相繞組,通以平衡的多相電流,都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì),當(dāng)然以兩相最為簡(jiǎn)單。如圖所示圖4-3-1b中繪出了兩相靜止繞組α和β,它們?cè)诳臻g互差90°,通以時(shí)間上互差90°的兩相平衡交流電流,也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F。當(dāng)圖a和b的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)大小和轉(zhuǎn)速都相等時(shí),即認(rèn)為圖4-3-1b的兩相繞組與圖4-3-1a的三相繞組等效。再看圖4-3-1c中的兩個(gè)匝數(shù)相等且互相垂直的繞組M和T,其中分別通以直流電流
iM
和iT,產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)F,其位置相對(duì)于繞組來(lái)說是固定的。如果讓包含兩個(gè)繞組在內(nèi)的整個(gè)鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),則磁動(dòng)勢(shì)F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來(lái),成為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。把這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速也控制成與圖4-3-1a和圖4-3-1b中的磁動(dòng)勢(shì)一樣,那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時(shí),在他看來(lái),M和T是兩個(gè)通以直流而相互垂直的靜止繞組。如果控制磁通的位置在M軸上,就和直流電機(jī)物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了。這時(shí),繞組M相當(dāng)于勵(lì)磁繞組,T相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。由此可見,以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則,圖4-3-1a的三相交流繞組、圖4-3-1b的兩相交流繞組和圖4-3-1c中整體旋轉(zhuǎn)的直流繞組彼此等效。或者說,在三相坐標(biāo)系下的
iA、iB
、iC,在兩相坐標(biāo)系下的
ia、ib和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流iM
、iT是等效的,它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。有意思的是:就圖4-3-1c的M、T兩個(gè)繞組而言,當(dāng)觀察者站在地面看上去,它們是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組;如果跳到旋轉(zhuǎn)著的鐵心上看,它們就的的確確是一個(gè)直流電機(jī)模型了。這樣,通過坐標(biāo)系的變換,可以找到與交流三相繞組等效的直流電機(jī)模型。2.矢量控制框架與坐標(biāo)變換圖4-3-2所示為矢量控制的基本框架,即將異步電動(dòng)機(jī)按照等效直流電機(jī)模型進(jìn)行控制。圖4-3-2矢量控制基本框架圖4-3-3矢量控制坐標(biāo)變換圖4-3-3中要涉及到多個(gè)坐標(biāo)變化,包括2/3相變換、2s/2r變換、K/P變換等。(1)3/2相變換和2/3相變換在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組a、b之間的變換,稱為三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換,簡(jiǎn)稱3/2相變換。反之,則稱為2/3相變換。(2)2s/2r變換和2r/2s變換從兩相靜止坐標(biāo)系a、b到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M、T變換稱作兩相—兩相旋轉(zhuǎn)變換,簡(jiǎn)稱2s/2r變換,其中s表示靜止,r表示旋轉(zhuǎn)。反之,則稱為2r/2s變換。(3)K/P變換令矢量is和M軸的夾角為qs,已知iM
和iT,求is和qs,就是直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換,簡(jiǎn)稱K/P變換(圖4-3-3)。
了解了坐標(biāo)變換后,就可以理解矢量控制的主要步驟:要把三相靜止坐標(biāo)系上的電壓方程、磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程都變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上來(lái),可以先利用3/2相變換將方程式中定子和轉(zhuǎn)子的電壓、電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩都變換到兩相靜止坐標(biāo)系a、b上,然后再用旋轉(zhuǎn)變換陣C2s/2r(圖4-3-2中的VR),將這些變量變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M和T上。因此,從圖4-3-3中可以這樣認(rèn)為,在控制器后面引入的反旋轉(zhuǎn)變換器VR-1與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR抵消,2/3變換器與電機(jī)內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)抵消,如果再忽略變頻器中可能產(chǎn)生的滯后,則圖中虛線框內(nèi)的部分可以完全刪去,剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)了。3.轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向下的異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型矢量控制就是通過坐標(biāo)變換,實(shí)現(xiàn)定子側(cè)控制量的解耦,該方法是分析異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型,簡(jiǎn)化電磁關(guān)系,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效手段。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型意義明確、簡(jiǎn)化實(shí)用,常用于設(shè)計(jì)調(diào)速控制系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制下,其電壓矢量與電流矢量之間的方程矩陣形式如下所示:式中:Rs/Rr為定子/轉(zhuǎn)子電阻;Ls/Lr為定子/轉(zhuǎn)子電感;Lm為互感;ws1為角速度;p為微分因子。顯然,可以想象得出,異步電機(jī)參數(shù)對(duì)于矢量控制的重要性,因此在很多矢量控制變頻器中都含有自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)參數(shù)的程序,以防止用戶輸入電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確所帶來(lái)的控制精度誤差。二、開環(huán)矢量控制方式1、基本概念在高性能的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是必不可少的。通常,采用旋轉(zhuǎn)編碼器等速度傳感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè),并反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)。但是,由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來(lái)一些缺陷:系統(tǒng)的成本大大增加;精度越高的編碼器價(jià)格也越貴;編碼器在電動(dòng)機(jī)軸上的安裝存在同心度的問題,安裝不當(dāng)將影響測(cè)速的精度;電動(dòng)機(jī)軸上的體積增大,而且給電動(dòng)機(jī)的維護(hù)帶來(lái)一定困難,同時(shí)破壞了異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單堅(jiān)固的特點(diǎn);在惡劣的環(huán)境下,編碼器工作的精度易受環(huán)境的影響。而無(wú)速度傳感器的控制系統(tǒng)無(wú)需檢測(cè)硬件,免去了速度傳感器帶來(lái)的種種麻煩,提高了系統(tǒng)的可靠性,降低了系統(tǒng)的成本;另一方面,使得系統(tǒng)的體積小、重量輕,而且減少了電動(dòng)機(jī)與控制器的連線。因此,無(wú)速度傳感器的矢量控制方式(又稱開環(huán)矢量控制)在工程應(yīng)用中變得非常必要。開環(huán)矢量控制方式是基于磁場(chǎng)定向控制理論發(fā)展而來(lái)的。實(shí)現(xiàn)精確的磁場(chǎng)定向矢量控制需要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置,要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置是很困難的,但人們發(fā)現(xiàn),即使不在異步電動(dòng)機(jī)中直接安裝磁通檢測(cè)裝置,也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量,并由此得到了無(wú)速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù),按照一定的關(guān)系式分別對(duì)作為基本控制量的勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè),并通過控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測(cè)值達(dá)到一致,并輸出轉(zhuǎn)矩,從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配,而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù),因此需要在使用時(shí)準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù),并對(duì)拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)諧整定,否則難以達(dá)到理想的控制效果。圖4-3-4無(wú)速度傳感器矢量控制方式起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性有時(shí)為了描述上的方便,也把無(wú)速度傳感器的矢量控制方式稱為開環(huán)矢量控制或無(wú)PG反饋矢量控制。2、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的調(diào)諧整定由于電動(dòng)機(jī)磁通模型的建立必須依賴于電動(dòng)機(jī)參數(shù),因此選擇無(wú)速度傳感器矢量控制時(shí),第一次運(yùn)行前必須首先對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)的調(diào)諧整定。目前新型矢量控制通用頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)調(diào)諧、自適應(yīng)功能,帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧后存儲(chǔ)在相應(yīng)的參數(shù)組中,并根據(jù)調(diào)諧結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)數(shù)值。自動(dòng)調(diào)諧(因在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行,又稱旋轉(zhuǎn)式調(diào)諧)的步驟一般是這樣的:首先在變頻器參數(shù)中輸入需要調(diào)諧的電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù),包括電動(dòng)機(jī)的類型(異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī))、電動(dòng)機(jī)的額定功率(單位是KW)、電動(dòng)機(jī)的額定電流(單位是A)、電動(dòng)機(jī)的額定頻率(單位是Hz)、電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(單位轉(zhuǎn)/分);然后將電動(dòng)機(jī)與機(jī)械設(shè)備分開,電動(dòng)機(jī)作為單體;接著用變頻器的操作面板指令操作,變頻器的控制程序就會(huì)一邊根據(jù)內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行程序自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),一邊測(cè)定一次電壓和一次電流,然后計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)。但在電動(dòng)機(jī)與機(jī)械設(shè)備難以分開的場(chǎng)合卻很不方便,此時(shí)可采用靜止式調(diào)諧整定的方法,即將固定在任一相位、僅改變振幅而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的三相交流電壓施加于電動(dòng)機(jī)上,電動(dòng)機(jī)不旋轉(zhuǎn),由此時(shí)的電壓、電流波形按電動(dòng)機(jī)等值回路對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,便能高精度測(cè)定控制上必需的電動(dòng)機(jī)參數(shù)。在靜止式調(diào)諧中,用原來(lái)方法無(wú)法測(cè)定的漏電流也能測(cè)定,控制性能進(jìn)一步提高。利用靜止式調(diào)諧技術(shù),可對(duì)于機(jī)械設(shè)備組合一起的電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)諧、自動(dòng)測(cè)定控制上所需的各項(xiàng)常數(shù),因而顯著提高了通用變頻器使用的方便性。從圖4-3-5的異步電動(dòng)機(jī)的T型等效電路表示中可以看出,電動(dòng)機(jī)除了常規(guī)的參數(shù)如電動(dòng)機(jī)極數(shù)、額定功率、額定電流外,還有R1(定子電阻)、X11(定子漏感抗)、R2(轉(zhuǎn)子電阻)、X21(轉(zhuǎn)子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空載電流)。圖4-3-5異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路從上面已經(jīng)知道,參數(shù)辨識(shí)分電動(dòng)機(jī)靜止辨識(shí)和旋轉(zhuǎn)辨識(shí)2種,其中在靜止辨識(shí)中,變頻器能自動(dòng)測(cè)量并計(jì)算定子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對(duì)于基本頻率的漏感抗,并同時(shí)將測(cè)量的參數(shù)寫入;在旋轉(zhuǎn)辨識(shí)中,變頻器自動(dòng)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的互感抗和空載電流。在調(diào)諧整定過程中,必須注意以下幾點(diǎn):(1)調(diào)諧過程如果出現(xiàn)過流或過壓故障,可適當(dāng)調(diào)整價(jià)減速時(shí)間和轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償數(shù)值,并取消故障自動(dòng)復(fù)位功能。(2)在起動(dòng)調(diào)諧前應(yīng)確保電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài),否則調(diào)諧不能正常進(jìn)行。(3)調(diào)諧前必須確保輸入電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)準(zhǔn)確無(wú)誤,否則調(diào)諧后的電動(dòng)機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確。(4)不同品牌不同型號(hào)的變頻器旋轉(zhuǎn)調(diào)諧時(shí)從零速加速運(yùn)行到的頻率有些差異,有些是基本運(yùn)行頻率,有些則只有基本運(yùn)行頻率的50%或80%,具體可依據(jù)變頻器的用戶手冊(cè)。(5)如果現(xiàn)場(chǎng)情況無(wú)法對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)諧的,可以參考同類電動(dòng)機(jī)的已知參數(shù)手工輸入,或者按照以下方式進(jìn)行:先選擇靜止調(diào)諧,可依次計(jì)算出定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻和漏感抗3個(gè)參數(shù),不測(cè)量電動(dòng)機(jī)的互感抗和空載電流,用戶可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌自行計(jì)算這兩個(gè)參數(shù),計(jì)算中用到的電動(dòng)機(jī)銘牌參數(shù)有額定電壓U、額定電流I、額定頻率f和功率因數(shù)η,其中空載電流互感抗Xσ代表漏感抗,是定子漏感抗X11和轉(zhuǎn)子漏感抗X21之和)(6)為了保證控制性能,必須按變頻器標(biāo)準(zhǔn)適配電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)配置,若電動(dòng)機(jī)功率與標(biāo)準(zhǔn)適配電動(dòng)機(jī)的功率差距過大(功率差別一般在1到2級(jí)之間),變頻器的控制將明顯下降,或者配用高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)等特殊電動(dòng)機(jī)也將大大影響使用效果。(7)如果在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間接有電抗器或?yàn)V波器等配件的話,將影響到自動(dòng)調(diào)諧的準(zhǔn)確度,應(yīng)該在進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧前暫時(shí)拆除這些配件。3、速度調(diào)節(jié)器ASR速度調(diào)節(jié)器ASR的結(jié)構(gòu)如圖所示,圖4-3-6中Kp為比例增益,KI為積分時(shí)間。積分時(shí)間設(shè)為0時(shí),則無(wú)積分作用,速度環(huán)為單純的比例調(diào)節(jié)器。由于是無(wú)速度傳感器矢量控制方式,速度環(huán)的實(shí)際速度來(lái)源于變頻器內(nèi)部的實(shí)際計(jì)算值。圖4-3-6速度調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化框圖速度調(diào)節(jié)器ASR的整定參數(shù)包括比例增益P和積分時(shí)間I,其數(shù)值大小將直接影響矢量控制的效果,其目標(biāo)就是要取得動(dòng)態(tài)性能良好的階躍響應(yīng)(圖4-3-7a)。具體調(diào)節(jié)的影響情況如下:(1)增加比例增益P,可加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),但P值過大,系統(tǒng)容易振蕩;(2)減小積分時(shí)間I值,可加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),但I(xiàn)值過小,系統(tǒng)超調(diào)就會(huì)增大,且容易產(chǎn)生振蕩;(3)通常先調(diào)整比例增益P值,保證系統(tǒng)不振蕩的前提下盡量增大P值,然后調(diào)節(jié)積分時(shí)間I值使系統(tǒng)既有快速的響應(yīng)特性又超調(diào)不大。圖4-3-7b是比例增益P值與速度調(diào)節(jié)器ASR的階躍響應(yīng)關(guān)系,圖4-3-7c是積分時(shí)間I值與速度調(diào)節(jié)器ASR的階躍響應(yīng)關(guān)系。圖4-3-7速度調(diào)節(jié)器ASR的階躍響應(yīng)與PI參數(shù)的關(guān)系a)參數(shù)整定情況一b)參數(shù)整定情況一c)參數(shù)整定情況一
一般的矢量變頻器為了適應(yīng)電動(dòng)機(jī)低速和高速帶載運(yùn)行都有快速響應(yīng)的情況,都設(shè)有兩套PI參數(shù)值(即低速PI值和高速PI值),同時(shí)設(shè)有切換頻率。為了保證兩套PI值的正常過渡,一些變頻器還另外設(shè)置了兩個(gè)切換頻率,即切換頻率1和切換頻率2,如圖4-3-8。其控制原理是:低于切換頻率1的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)PI值取A點(diǎn)的數(shù)值,高于切換頻率2的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)PI值取B點(diǎn)的數(shù)值,位于切換頻率1和切換頻率2的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)PI值取兩套PI參數(shù)的加權(quán)平均值。圖4-3-8PI參數(shù)與頻率切換的關(guān)系如果PI參數(shù)設(shè)置不當(dāng),系統(tǒng)在快速起動(dòng)到高速后,可能產(chǎn)生減速過電壓故障(如果沒有外接制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元),這是由于在速度超調(diào)后的下降過程中系統(tǒng)再生制動(dòng)狀態(tài)能量回饋所致,因此合適的PI值對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。
第三部分
技能訓(xùn)練一、任務(wù)描述已知某系列數(shù)控車床主軸電機(jī)功率為1.5KW,其數(shù)控系統(tǒng)采用HNC-21系列控制器,請(qǐng)選擇合適的變頻器,并進(jìn)行接線與調(diào)試。二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及操作步驟將A700變頻器與華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)相連接,根據(jù)變頻器設(shè)
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