第2章变频器应用与参数选择

第2章变频器应用与参数选择第一页，共40页。一、本章基本内容：1.变频器的U/F=C控制及应用包括：控制原理、应用范围、应用案例2.变频器转差频率控制包括：控制原理、应用范围、应用案例3.变频器矢量控制包括：控制原理、应用范围、应用案例4.变频器的同速控制二、解决的问题

解决变频器常用模式的几种应用组态、参数选择、应用技巧第二页，共40页。2.1.1变频器基本U/f控制基本U/ƒ控制是变频器根据电动机的电磁特性采取的控制模式，即输出频率变化时，输出电压也成比例的变化，U/ƒ=C（常数）。恒压频比控制是变频器控制的基础，其他控制也是建立在该控制基础上的。

第三页，共40页。1.基本U/f控制的由来给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压U1后，绕组中便产生感应电动势E1，根据电动机理论，E1的表达式为：E1=4.44K1N1f1Φm

式中,E1——定子绕组的感应电动势有效值。

K1——定子绕组的绕组系数，K1<1，为常数。

N1——定子每相绕组的匝数。为常数。

f1——定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率。Φm——旋转磁场的主磁通,大小和定子空载电流成正比，为了保证电动机工作在磁通的最佳值，Φm也为常数。第四页，共40页。上式整理为：E1/f=C当忽略ΔU，有

U1/f1=C(常数)

U1上升，f1上升，U1下降，f1下降。基本U/f控制在调频过程中保持电动机的基本特性不变，因此它是一切变频器控制模式的基础。第五页，共40页。2.基频以下变频调速1）基频以下恒磁通变频调速我国电网50Hz交流电称为基频，在0~50Hz范围调速时，称为基频以下调速。特点：①基频以下调速时转速变化转矩不变，具有恒转矩特性。②随着转速的下降，电动机输出功率下降。③当转速较低时，具有节能作用。④启动转矩小。第六页，共40页。2.1.2变频器U/f应用案例1.矿井绞车的应用绞车带有机械制动，在停机时进行抱闸。第七页，共40页。2.工况分析1）斜井提升负载是恒转矩特性负载。重车上行时，电动机处于电动工作状态，且工作于第一象限。2）在重车减速或单独运送工具或器材到井下，电动机工作在第二或第四象限，此时电动机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。3）提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时要适当地留有余量。根据要求，选用具有回馈功能的U/F控制变频器。第八页，共40页。该系统选用罗克韦尔（AB）变频器，型号为PF700，功率110KW，拖动75KW、4极电动机，其额定转速1470r/min。其转速和连接图如下。变频器运行由PLC控制。由于电动机没有快速性要求，所以采用U/F控制。第九页，共40页。2.参数选择设置

数字输入端子设定：361=8数字端子1为正向运行控制；362=9数字端子2为反向运行控制；363=15数字端子3为第一段速切换；364=16数字端子4为第二段速切换。365=17数字端子5为第三段速切换速度设定：101=6Hz，第一段速；102=50Hz，第二段速。103=25Hz第三段速。81=0，最小速度为0；82=50，最大速度为50。140=2s，第一加速时间；142=3.8s，第一减速时间。制动停机参数设定：161=2，停机/制动模式，为动态制动。163=1，外接制动电阻。145=1，停机动态制动。155=1，斜坡停机。输出端子设定：380=4，数字输出端子1为运行指示端子。384=1，数字输出端子2为故障指示端子。340=1，模拟输出指示端子输出为电流。342=2，模拟输出指示端子1为频率指示。343=20，模拟量输出上限值为20mA。344=0，模拟量输出下限值为0。保护参数：148=200A，电流限定值。第十页，共40页。3.其他参数如果需要显示变频器的转速，对变频器进行保护，还要将电动机的相关参数预置到变频器。4.参数优化当将参数预置到变频器，变频器能正常工作，但工作中不是最佳状态，影响变频器的正常发挥和使用寿命，就要对变频器的个别参数进行优化。如前述的翻车机。第十一页，共40页。思考题：1.变频器的减速时间在任何停机情况下都可以设置吗？误设了减速时间会出现什么什么现象？2.变频器的“频率控制线”是谁和谁的控制关系？在什么应用时需修改“频率增益”；什么应用时需修改“频率偏置”。3.U/F=C称为基本恒压频比控制，该控制中那个关键参数保持恒定？4.在绞车U/F=C控制中，设置了哪些参数？为什么要设置这些参数？从中可否看出参数设置的一般规律？第十二页，共40页。2.2变频器转差频率控制转差频率控制就是利用控制转差频率Δf来控制电动机的转速。根据第一章分析，变频器加速时有n1↑↓

—Δn↑↓—T↑↓—n↑↓电动机在加减速时，实际上是先有Δn的变化，才有电动机转速的变化，即通过Δn（Δf）来控制电动机的转速。基本U1/f1控制模式在起动或停机时就是采用的转差频率控制。第十三页，共40页。在闭环PID控制中，变频器的输出频率不停的上升和下降，利用转差频率来进行控制，所以转差频率控制又叫PID控制。在变频器的使用说明书中，使用“PID控制”而不提“转差频率控制”。2.3.1PID控制应用场合变频器PID控制是闭环控制，被控系统和变频器要形成闭环。变频器内部要设PID控制电路。PID控制应用场合：（1）应用于过程控制。如恒压供水控制，恒压供气、恒温控制、恒张力控制等。（2）稳速控制。第十四页，共40页。3.PID控制组态

1）设置目标量给定端子和目标量。2）设置反馈量给定端子和反馈量。3）安装传感器

分析：假设设备为水泵，要求压力为0.6MPa，传感器量程为0~1MPa，输出电压为0~10V，目标信号给定为6V。反馈电压小于目标电压，升速；反馈电压大于目标电压，降速；反馈电压等于目标电压，恒速运行。第十五页，共40页。PID控制特性：PID控制是P、I、D三种控制器的简称。PID控制特性见右图；负载反映特性见下图。PID控制的实质：就是通过调整PID参数，使控制线趋近电动机的惯性线，消除振荡。第十六页，共40页。在恒压供水系统中，D参数不用。右图为修改PI参数，使控制特性接近负载的惯性线。第十七页，共40页。3.PID控制的三种电路结构①反馈信号取自过程量，可以稳定过程量。传感器采用模拟传感器，将压力、速度等物理量转化为模拟电压或电流信号，反馈给变频器。②反馈信号取自电动机转速，可以稳定电动机转速。一般传感器采用数字编码器。第十八页，共40页。③U/F控制外加PID控制板多用于PLC控制系统第十九页，共40页。过程控制电路电动机稳速控制第二十页，共40页。

张力控制第二十一页，共40页。2.3.2PID应用案例——西门子440变频器PID应用1.确定控制端子选用4～20mA压力传感器，反馈信号接于模拟输入端子AIN2的10、11之间，设定信号用4.7kΩ电位器，接于模拟输入端子AIN1的1、3、4之间，要把2、4、11端子连接一起（模拟输入公共端）。数字输入端子DINI为运行控制，DIN2为PID切换。第二十二页，共40页。2.参数选择P0702=99，DIN2端子参数化；P2200=722.1，DIN2端子控制切换；P2253=755.0，选择“模拟输入端子1”为目标给定；P2264=755.1，选择“模拟输入端子2”为反馈信号输入；P值：P2280在0.3～1.5之间调整；I值：P2285在0.03～0.15s之间调整；D值：P2274参数，保持默认值；其他参数的精细调整：第二十三页，共40页。4.频率控制特性线设置

1）频率增益频率增益:输出频率与输入模拟控制信号的比率，即f/X。输入模拟控制信号是指由模拟控制端子输入的电压（0~5V，0~10V）或电流（4~20mA）控制信号。设置方法：给定控制信号，选择频率的百分比。

第二十四页，共40页。设置频率增益的目的：①设置不同的频率增益，使多台电动机按比例运行。②设置相同的频率增益，使多台电动机同速运行。2）频率偏置

分为正向偏置和反向偏置。

正向偏置：输入模拟信号为0时输出频率大于0；

反向偏置:输入模拟信号大于某一值时才有输出频率。频率增益和频率偏置合称为“频率控制特性线”，由一组参数进行设置。第二十五页，共40页。5.西门子频率控制特性线的设置设模拟端子1为电压控制，电压为0~10V，模拟端子2为电流控制，电流为4~20mA。1）因为模拟端子1的电压值为默认值，不用重新设置。2）模拟端子2的设置将面板上的微动开关“2”打到ON，该位置是模拟端子2输入的为电流，当传感器为4~20mA时，做下列调试：端子参数选择P0756[1]=2（单极性电流输入，0~20mA）；P0757[1]=4mAP0761[1]=4mA(信号死区宽度)P0758[1]=0%P0759[1]=20mAP0760[1]=100%第二十六页，共40页。还有一些精细调整参数，例如变频器的保护参数、频率的限定值、指示端子等，要根据变频器的需要进行设置。第二十七页，共40页。2.3矢量控制变频器矢量控制是专为提高电动机的快速性和控制精度研制的。不能用于过程量控制。1.自动化系统对变频器调速的要求1）调速性——有良好的调速性能，很宽的调速范围。2）稳速性——以一定的速度精度在所需速度下稳定运行。3）快速性——加减速度快，在系统受到干扰时恢复的快（系统反应的快速性是自动控制的一个硬指标）。第二十八页，共40页。2.交直流电动机转矩特性的比较1）直流电动机T=km

Øm

Ia2）交流电动机T=km

Øm

I2式中是转子电流的功率因数，只要它为常数，交流电动机的控制就和直流电动机的控制特性相同了。因为控制为常数，实际上就是：即控制转子（定子）电流的大小，还要控制电流的方向，即矢量控制。第二十九页，共40页。3.矢量控制思路由于直流电动机控制的快速性非常好，矢量控制就是用模拟直流电动机的方法对交流电动机进行控制的一种控制模式。直流电动机在控制中是双闭环系统，电流环稳定电动机的转矩，速度环稳定电动机的转速。矢量控制也是双闭环，电流闭环在变频器内部完成。速度环外接传感器。第三十页，共40页。4.矢量控制变频器应用分为有传感器和无传感器两种控制方式。1）开环无传感器利用变频器内部的电流环稳定转矩和转速，使用时和基本U/f控制一样方便。2）闭环有传感器使用时外接旋转编码器。在要求速度控制精度高或位置控制等场合采用。第三十一页，共40页。5.矢量控制使用注意事项1）矢量控制是对电动机的转速（转矩）进行控制，在过程控制中因为对快速性没有要求，一般不采用。2）一台变频器只能控制一台电动机。3）使用前必须对电动机进行自扫描，并且在电动机停止时进行。将电动机的参数扫入变频器。4）矢量控制可从零转速进行控制，调速范围宽，在低速时也有2倍的额定转矩。5）矢量控制可对转矩或转速进行精确控制，系统响应速度快，速度控制精度高。适应于控制精度高、反映速度快的轧钢、造纸、起重牵引等设备中。6）开环控制适应于一般控制，闭环适应于位置控制。第三十二页，共40页。2.4变频器联动控制1.共电位控制共电位控制框图如图所示，3台变频器的电压模拟调速端子上所加的是同一调速电压，3台变频器的“频率增益”和“频率偏置”功能参数要进行统一设置。通过同一电位器控制3台变频器同速运行。第三十三页，共40页。特点：该控制方法属于开环控制，受控制的电动机属于准同速。案例：淮钢由4台变频器同速控制为同一压力罐中供气，发现有的变频器电流大，有的小。解决方案：根据各泵的电流大小修正“频率增益”和“频率偏置”，见下图。第三十四页，共4