交流调速系统第七章变频调速应用的精选课件

1、第七章 变频调速应用资料第一节 变频调速技术在工业生产中 的应用概况第二节 现代变频器的运行功能说明第三节 几种典型变频器产品的技术 性能介绍第四节 变频调速的运行特点和应用 实例 1 交流变频调速技术是电力电子技术、微电子技术、电机控制理论及自动控制技术高度发展的产物。经过近二十年的发展，交流变频调速逐渐成为电气传动的主流，它主要用于控制感应电机的速度和转矩，不仅扩大了电机的转速调节范围，使电机转速能够从零到高于额定转速的范围内变化，而且具有动态响应快、工作效率高、输出特性好、使用方便等其它调速方案所无法比拟的特点，加上交流电动机对环境适应性强、维修简单、价格低、容易实现高速大容量的优势，使

2、得以前直流电动机占主要地位的调速传动领域，逐渐被交流电动机变频调速所取代。目前，交流变频调速系统正在以其体积小、重量轻、通用性强、保护功能完善、可靠性高、操作简便等优点，广泛应用于传送带、挤压机、提升机及风机泵类负载，其传动产品的高精度控制及高效节能特性在2 冶金、制浆造纸、石化、空调制冷、供水、建材、印刷及纺织等诸多领域也都获得了广泛应用。方案所无法比拟的特点，加上交流电动机对环境适应性强、维修简单、价格低、容易实现高速大容量的优势，使得以前直流电动机占主要地位的调速传动领域，逐渐被交流电动机变频调速所取代。目前，交流变频调速系统正在以其体积小、重量轻、通用性强、保护功能完善、可靠性高、操作

3、简便等优点，广泛应用于传送带、挤压机、提升机及风机泵类负载，其传动产品的高精度控制及高效节能特性在冶金、制浆造纸、石化、空调制冷、供水、建材、印刷及纺织等诸多领域也都获得了广泛应用。3第一节 变频调速技术在工业生产中 的应用概况 一、变频器在钢铁企业的应用 二变频器在有色冶金行业的应用三变频器在石油化工行业的应用四变频器在化纤、纺织、印染行业的应用五变频器在医药行业的应用 六变频器在造纸行业的应用 七变频器在烟草行业的应用 八变频器在供水行业的应用 九变频器在食品饮料、包装行业的应用 十变频器在建材、陶瓷行业的应用十一变频器在机械行业的应用 4第二节 现代变频器的运行功能说明 一、变频器的频率

4、给定方法二与频率有关的变频器功能 三变频器的升速和起动功能四变频器的降速与制动功能 五变频器的u/f控制功能 六变频器的转差补偿、矢量控制、节能运行功能七变频器的往复变速功能和闭环控制功能八外接控制功能和通信功能九变频器保护、显示功能 5 一、变频器的频率给定方法 变频器的频率给定有三种方法： 1：面板给定 面板给定是利用键盘上的数字增加和数字减小键配合显示来进行频率的数字量给定和调整。 2、预置给定 起动前通过程序预置的方法预置给定频率，起动时按运行键RUN（或正转FWD或反转REV键），变频器将自动升速至预置频率。 3、外接给定 从控制接线端上引入外部电压或电流信号进行频率设定，常用于远程

5、控制。不同变频器对外接给定信号的规定也不尽相同：外接电压信号主要取值范围有010V；010；05；05。号表示变频器有反转功能，可以根据给定信号的极性决定电动机的转向。当外接给定信号为电流时，从电流给定信号端输入，多数变频器对外接电流给定信号的取值范围是420。 有的变频器还为用户提供了外接辅助给定信号端，用来接入反馈信号或其它辅助控制信号。运行中辅助给定信号和主控给定信号相叠加作为实际给定信号。当主控给定信号断开时，辅助给定信号也可代替主控给定信号控制变频器的工作频率。6 采用外接给定时，还需根据变频器使用说明书的要求，进行给定频率线（给定电压与所对应给定频率的关系曲线）的有关参数设定。 二

6、与频率有关的变频器功能 1、最高频率 根据变频器的工作需要设置的最高工作频率。 2、基本频率 变频器调节频率时用作基准的频率。通常取电动机的额定频率。 3、上限频率与下限频率 根据具体的拖动系统要求，可为变频器设入上限工作频率和下限工作频率。当给定对应的频率高于上限频率时，变频器取上限频率工作，而当给定对应的频率低于下限频率时，变频器取下限频率工作。 7 4、 回避频率 变频器拖动的生产机械的振动频率与电机转速有关，即与变频器的工作频率有关，为了避免在某些转速下机械系统发生共振，必须使变频器“回避”掉可能引起共振的频率，称为回避频率。变频器在整个频率范围内，一般可设入三个回避频率，对回避频率的

7、设置方法有三种： （1）设入回避频率和回避宽度，变频在运行中，工作频率将不进入（跳过）这个区域。 （2） 只设定回避频率，回避宽度由变频器内定。 （3）设入回避区的起始频率和终止频率。 5、点动频率 生产机械调试过程中，经常需要对电动机进行点动，变频器可根据生产机械的特点和要求，预先一次性地设入一个“点动频率”，当每次点动时，都按照这个较低的预设点动频率来运转，而不必每次设入。8 6、载波频率 SPWM型变频器的载波频率决定恒幅调宽输出电压的脉冲频率，该频率会使电动机的铁心振动而发出噪声，为了避免该振动频率与铁心的固有振荡频率相等而发生共振，变频器为用户提供了可以在一定范围内调整载波频率的功能

8、。此外，当载波频率太高，影响到同一机柜内其它控制设备（如可编程控制器等）的正常工作时，为了减少干扰，也需要向下调整载波频率。 三变频器的升速和起动功能 1、升速时间设定 各种变频器都为用户提供了可在一定范围内任意设定升速时间的功能，短的在几百秒以内，长的可达几千秒。对拖动系统来讲，升速时间长一点可以减小起动电流，减少机械冲击，但过长又浪费时间，惯性大的系统难以加速，起动时间设置应长一些，准确计算拖动系统的升速时间是比较麻烦的，实际调试中，一般把升速时间设置得长一些，观察起动过程的电流情况，再逐渐改变升速时间。 9 2、升速方式选择 由于负载性质不同，可分为恒转矩、恒功率和泵类负载，因此变频器为

9、用户提供的加速方式也不尽相同，主要有三种升速方式可供选择，其升频曲线如图7-1所示 12tof(a)tfo(b) 图7-1 变频器的升速方式（a）线型和S型 （b）半S型1210 （1）线性方式。如图7-1中曲线所示。在起动过程中，频率与时间成比例上升，通常情况下都选用线性升速方式。 （2）型方式。如图7-1中曲线所示。适合于皮带运输类负载，避免被输送物体滑动。 （3）半型方式。如图7-1中曲线和所示。曲线适合于鼓风机和泵类负载，曲线适合于惯性较大的负载。 各种变频器的升速方式功能设定方法很不一致：有的只可选择方式，具体型参数由变频器内定，有的变频器则能够在限定的参数范围内由用户选择区的大小。

10、 3.与起动有关的其它功能 （1）起动频率。 （2）起动前的直流制动功能 （）起动锁定功能 （）暂停升速功能 11四变频器的降速与制动功能 降速时间与降速方式 直流制动功能 3外接制动电阻和制动单元 五变频器的 控制功能 1单一 比的补偿设定线 各种变频器都为用户提供了许多根设定曲线，由用户根据负载情况进行低频力矩补偿，如图7-2所示。 2.分段 比补偿设定线有的变频器为用户提供有比分段补偿功能，用户可根据负载转矩大小控制补偿程度，如图7-3所示。12 3.自动 设定有的变频器可以根据负载电流的大小自动调整比，对于变动负载，用户可以选用此功能。 图7-2 单一比补偿设定线0102012345o

11、UNU图7-3 分段比补偿线13六变频器的转差补偿、矢量控制、节能运行功能 1. 转差补偿功能 2. 矢量控制功能 3. 节能运行功能七变频器的往复变速功能和闭环控制功能 1. 往复变速功能在变频器带动异步电动机作往复变速运动（如卷绕），需要电动机的工作频率在一个设定范围内不停地变动，如图7-4所示。2. 闭环控制功能 14DABCXY图7-4 变频器的往复变速运动 往复变速功能使用时，主要设置如下六个参数：频率变化幅度；幅值跳变量；升速时间；降速时间；基频上偏置；基频下偏置。 15 八外接控制功能和通信功能1. 变频器的输入控制端子及其功能2. 变频器的输出控制端子及其功能 3. 变频器的通

12、信功能： 九变频器保护、显示功能1. 过流保护功能2. 过载保护功能 3. 过压保护功能 4. 其它保护功能 5. 故障自处理功能 6. 变频器的显示功能 16第三节 几种典型变频器产品 的技术性能介绍 一 A-公司的1336PLUS交流变频器 二 A-B公司1557系列中压变频器 17 第四节 变频调速的运行特点 和应用实例 一.变频调速的运行特点 二.变频器在风机泵类负载调速方面的应用实例 三.龙门刨床主拖动系统中的变频器应用实例 四MM440变频器在桥式起重机中的应用实例 182变频器本身具备很强的保护功能和控制功能3瞬停再起动控制功能图7-7一 .变频调速的运行特点 （一）起动特点1软

13、起动功能19图7-820（二）应用方式 1独立单机 有手动或自动二种 控制方式。变频器M 负载电源P传感器反馈信号图7-9 自动变频水泵自动变频212直合旁路图7-10223并联多机 变频器可以控制多台电机并联运行，如图所示。 4多机循环软起起，如图2所示。 图7-11图7-1223 （三）容量选择原则 变频器种类较多，根据负载的特性，选择相应的变频器。输出电流是表达变频器输出能力的重要参数。所以，容量选择的基本原则，即所选变频器的额定输出电流必须大于电动机的额定电流。同样，对于电动机来说，不是看其容量的值，而是用其额定电流与变频器额定输出电流进行比较。另外，由于变频器的过载能力受电流大小和时

14、间长短两个因素的限制，为了减少起动容量，只好采用低频低压软起动，电动机的起动转矩要比工频电源直接起动是低得多，引入变频器后能否起动恒转矩负载和飞轮转矩大的负载，便成了选择变频器时值得研究的另一问题。所以，选择变频器容量时，除了考虑变频器和电动机特性外，还必须考虑负载的性质和起动要求。根据上述原则和对连续运转的风机泵类负载所需变频器容量P0必须满足如下3点： 1变频器容量必须大于负载所要求的输出 24 2 变频器容量不能低于电动机容量 3 变频器电流应大于电机额定电流 （四）应用注意的事项 变频器的更新换代速度很快，选择时要注意选用新开发的产品，同时要根据负载性质，是选择恒转矩恒功率还是平方负载

15、。变频器一般功能设置较多，设置后应利用本身的锁定功能将设置参数锁上，以免无意中改变设置参数。变频器运行出错时通常会有提示，根据提示检查错误原理，排除后再复位开机，至于安装、安全等问题，各种变频器均有要求，可参照说明使用。 二变频器在风机泵类负载调速方面的应用实例 （一）风机泵类负载变频调速的一般问题 1风机泵类负载变频调速节能运行的意义 2风机泵类负载变频调速的节能原理25 风机水泵的特点是其负载转矩与转速的平方成正比，其轴功率与转速的立方成正比。因此，将电机以定速运转、用挡板阀门调节风量流量的方法，改用根据风量流量需要调节电机的转速就可获得节能效果，图7-13所示为鼓风机风量功率的运行特性曲

16、线。 图7-1326 （1）挡板控制与速度控制的区别 电机以定速动转，调节风机风量的典型方法是采用挡板控制。从图7-13的出口挡板控制QP曲线可以看出，当使用该方法控制风量时，随着风量的减少，轴输出功率减少不多，挡板关小则风阻增大，从节能的观点来看不适于风量控制。 与档板控制相比，转速控制的节电效果明显。变频调速时效率和容量、频率的关系如图所示。 图7-14图7-1527 （2）阀门控制与速度控制的区别 对于风机来说，其工作特性主要由HQ曲线来描述，HQ曲线表示当转速恒定时，风压H和风量Q之间关系的特性。Q1Q2H1H2H3A图7-1628 管网风阻特性曲线表示当管网的阻力R保持不变时，管网的

17、通风阻力H与风量Q之间的关系曲线，如图7-16中的R1、R2曲线。在泵的实际运行中，工作点由管路阻抗曲线与HQ特性的交点决定。如图7-16中的A点、B点和D点。 从图7-16看出，当流量从1.0变为0.5时，如果用调节风门的方法调节风量，由于泵的转速没有变化，则管网阻力增加，即管网阻力曲线从R1曲线变为R2曲线，则系统的工作点从A点转到B点。从图看出，此时尽管凤量减少了，但风压却增加了，又由于轴功率Ps2与面积BH2OQ2呈正比。它与在A点工作时的轴功率Ps1即AH1OQ1相比减少不多。当流量从1.0变为0.5时，如果用调速的方法调节风量，管网阻力曲线不变，系统的工作点从A点转到D点，而过D点

18、的泵的HQ曲线是80%的特性曲线，此时轴输出功率Ps3与面积DH3OQ2呈正比，从图看出，在满足同样风量的情况下，风压H3明显降低，而电机轴输出功率却显著下降，所节约的电能与AH1OQ1面积和DH3OQ2面积之差成正比，由此可见，用调速的方法调节风量的经济效益是十分显著的。 293风机泵类负载对变频器提出的要求(1)工频电源到变频器的切换控制图7-17 (2)变频器到工频电源的切换控制 A非同步切换方式 B同步切换方式30 4风机泵类负载用的U/f曲线模式 风机泵类负载称为减转矩负载，即随着转速降低，负载转矩大体与转速的平方成比例地减小。故变频器最好选用减转矩负载的U/f模式，如图7-18所示

19、。该模式电压补偿值大，电动机输入电流减小，与恒转矩负载的U/f模式相比，可以提高电动机和变频器的效率。图7-19表示在两种不同U/f模式下效率的差别。图7-18 风机泵类负载用的U/f曲线模式31图7-19 不同U/f模式下的效率 32 （二）变频器在轧钢厂供水系统中的应用 1工艺对控制提出的要求 供水系统如图7-20所示，具体要求如下： (1）三台水泵，分别可以调速和定速运行，变频器只能作一台电机的变频电源。故各台电机的启动、停止必须相互联锁，用逻辑电路控制，以保证可靠切换。 (2)两台水泵工作时，一台由工频供电，另一台由变频器供电，两台的运行也必须有互锁控制。 (3)当电动机由变频切换至工

20、频电网运行时，必须延时5s进行定速运行后接触器才自动合闸，以防止操作过电压。 (4)当电动机由工频切换至变频器运行时，必须延时10s后接触器才自动闭合，以防止电动机高速产生的感应电势损坏电力电子器件。 (5)为确保上述工艺要求的实现，控制、保护、检测单元全集中于一个控制柜内。33 图7-20 软水供水系统 342变频器选型与技术特征A转矩特性（见图7-21） B频率特性（见图7-22） C加/减速特性（见图7-23） D制动特性 E保护特性3变频器的接线图7-24是变频器供水系统的接线示意图。35图6-21图7-22图7-2136图7-2337图7-24 变频器供水系统接线示意图384运行与操

21、作 5使用时应注意的事项6变频调速运行的经济分析（三）变频器在立窑罗茨风机上的应用1系统工作原理 2系统的构成 图7-25 变频器恒压供气控制系统框图393系统运行原理 4软件设计PLC软件设计采用梯形图语言，程序框图如图7-26所示。 图7-26 PLC程序框图 40 三龙门刨床主拖动系统中的变频器应用实例（一）龙门刨床的主拖动特点及工艺要求 1刨台主拖动特点 国产A系列龙门刨床的运行速度图如图7-27所示。412刨台运动的机械特性曲线主拖动调速系统的负载性质如图7-28所示42 （二）龙门刨床采用变频调速时的性能要求与技术方案 1主拖动对控制系统的要求 (1)调速范围宽 (2)静差度小 (3)具有较高的刨削速度和足够的切削力 (4)在低速范围内，切削力基本保持恒定。 (5)能单独调整工作行程与返回行程的速度，返回速度高于工作速度。 (6)工作台的运行速度能自动调整。刀具切入、切出工件，自动减速。 (7)工作台运行方向应迅速而平滑地改变，动态品质要好