看完秒懂!如何快速调试变频器来驱动电机?
导读
变频器基本接线:
要想弄清楚变频器如何接线,先要明白变频器是一种电机调速装置,它会输出不同的电压和频率来改变电机的速度,从这个作用而言,它是一个可变的交流电源而已,可以收到命令控制的大功率电源,而功率大的电源,本质都是一种变电技术,都需要供给大功率的输入电源,因此需要所谓的主回路电路;
而这个电源要输出什么样的电压和频率,是通过人或者人指挥的其他设备来控制的,这样需要控制回路电路。
从上图可以看出,变频器的结构是,先把工频电源,整流成直流,逆变成可变电压和频率的电源来带动电机,任何变频器都一样,只要接对主回路和控制回路就好了。
· 主回路就是输入输出而已;
变频器有单相和三相之分,单相变频器一般是单相220伏供电的,因为国内民用都使用这种单相电压,所以这种单相变频器也迎合而生,理论上接入电源可以广泛点,很多民用的小设备可以使用这类变频器和电机来完成调速。
上图上半部就是主回路接线,非常简单,输入有个空气开关断路器之类的器件,给变频器L1和N线供电,变频器输出UVW接电机的UVW端,这样主回路的接线就已经完成了,主回路接线,主要是线比较粗,线头一般都要压上线耳,这样和变频器的端子接触电阻小,保证导电性能良好。需要注意的是,单相变频器带动的都是三相220伏的电机,而不是单相220伏电机哦。
这是三相变频器的主回路接线图,因为工业用电都是三相380伏的,所以这种变频器是工业应用的主体变频器,主回路接线,也仅仅是比单相的多了一条线而已,输入端需要三相断路器,同样要注意保证接线电阻足够小,而且有些启动频繁的,需要外接制动电阻甚至还要外接制动单元,变频器的端子上有这些功能的,按照说明的方法对应接上电阻线就好,当然制动电阻要选对匹配的规格。
· 控制回路接线,需要根据功能来选择
变频器控制回路,不管单相还是三相变频器都大同小异,分为启动逻辑和转速信号给定两部分,启动逻辑是开关量,包括了停止逻辑,每款变频器上都有这类型的端子可以接上使用的,而且开关另外一边,不是共地就是共阳。
上图红色圈子是启停逻辑接法,左边蓝色是频率给定,一般是模拟量,通过外接一个电位器来抽头取样0-10伏电压给定,这样电位器调整阻值大小时候,变频器收到了一个连续可变的电压指令,对应会输出0-50HZ的频率,达到了调速的目的。有些还可以反过来给定的,下边的就是频率上升或者下降图。
而右边的绿色圈子,是通过开关I/O量给定不同速度段的频率值,三个端子一共有8种状态,去掉0速状态,就可以调出以下的7段速来,本质上和电位器调速并没有太多区别。
以上的接线方法,实际上是传统的I/O控制的接线方法,实际上现在还有网络给定的,比如通过485口,或者一些总线甚至RJ45这些来给定的,这种就一个插头,直接插上就好了。
还有一些是带编码器反馈的把变频器信号和电源正负接对就可以了,一些是带外部I/O连锁控制的,要看实际需要来接。
1.设置电动机参数及自动调谐
明确被控电动机的性能参数,也是调试前的必备工作。准确识读被控
变频器负载(即变频器接上电动机并且电动机带上负载)运行调试,下列五步必须进行。
矢量控制方式就是将定子电流分解成磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将二者合成的电流供给电动机,因此得到与直流电动机相同的控制特性。
基底频率是电动机恒转矩特性运转和恒功率特性运转的分界点,因此可根据负载对转矩、功率大小的要求来设定压/频控制方式及特性,从而达到所需控制目的。
实际应用中,没必要对每一参数都进行设置和调试,多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系,且有的还相互关联,因此要根据实际进行设定和调试。
加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间,减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求:将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。
加减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出最佳加减速时间。
又叫转矩补偿,是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低,而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时,可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩,使电动机加速顺利进行。
如采用手动补偿时,根据负载特性,尤其是负载的起动特性,通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载,如选择不当会出现低速时的输出电压过高,而浪费电能的现象,甚至还会出现电动机带负载起动时电流大,而转速上不去的现象。
本功能为保护电动机过热而设置,它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升,从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合,而在“一拖多”时,则应在各台电动机上加装热继电器。
电子热保护设定值(%)=[电动机额定电流(A)/变频器额定输出电流(A)]×100%。
即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障,而引起输出频率的过高或过低,以防损坏设备的一种保护功能。
在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用,如有的皮带输送机,由于输送物料不太多,为减少机械和皮带的磨损,可采用变频器驱动,并将变频器上限频率设定为某一频率值,这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时,可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低,如图1。有的变频器当频率设定信号为0%时,偏差值可作用在0~fmax范围内;
有的变频器还可对偏置极性进行设定。如在调试中当频率设定信号为0%时,变频器输出频率不为0Hz,而为xHz,则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。
此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压(+10v)的不一致问题;同时方便模拟设定信号电压的选择,设定时,当模拟输入信号为最大时(如10v、5v或20mA),求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可;
如外部设定信号为0~5v时,若变频器输出频率为0~50Hz,则将增益信号设定为200%即可。
可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值,经CPU进行转矩计算,其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时,也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。
驱动转矩功能提供了强大的起动转矩,在稳态运转时,转矩功能将控制电动机转差,而将电动机转矩限制在最大设定值内,当负载转矩突然增大时,甚至在加速时间设定过短时,也不会引起变频器跳闸。
在加速时间设定过短时,电动机转矩也不会超过最大设定值。驱动转矩大对起动有利,以设置为80~100%较妥。
制动转矩设定数值越小,其制动力越大,适合急加减速的场合,如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。
如制动转矩设定为0%,可使加到主电容器的再生总量接近于0,从而使电动机在减速时,不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。
但在有的负载上,如制动转矩设定为0%时,减速时会出现短暂空转现象,造成变频器反复起动,电流大幅度波动,严重时会使变频器跳闸,应引起注意。
又叫加减速曲线选择。一般变频器有线性、非线性和S三种曲线,通常大多选择线性曲线;非线性曲线适用于变转矩负载,如风机等;S曲线适用于恒转矩负载,其加减速变化较为缓慢。设定时可根据负载转矩特性,选择相应曲线。
但也有例外,笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时,先将加减速曲线选择非线性曲线,一起动运转变频器就跳闸,调整改变许多参数无效果,后改为S曲线后就正常了。
究其原因是:起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动,且反转而成为负向负载,这样选取了S曲线,使刚起动时的频率上升速度较慢,从而避免了变频器跳闸的发生,当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。
矢量控制是基于理论上认为:异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。
因此,从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能,电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩,尤其是电动机在低速运行区域。
现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制,由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿,使电动机具有很硬的力学特性,对于多数场合已能满足要求,不需在变频器的外部设置速度反馈电路。
这一功能的设定,可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。
与之有关的功能是转差补偿控制,其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差,可加上对应于负载电流的转差频率。这一功能主要用于定位控制。
风机、水泵都属于减转矩负载,即随着转速的下降,负载转矩与转速的平方成比例减小,而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式,这种模式可改善电动机和变频器的效率,其可根据负载电流自动降低变频器输出电压,从而达到节能目的,可根据具体情况设置为有效或无效。
要说明的是,第9和第10项这两个参数是很先进的,但有一些用户在设备改造中,根本无法启用这两个参数,即启用后变频器跳闸频繁,停用后一切正常。
究其原因有:
(1)原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。
(2)对设定参数功能了解不够,如节能控制功能只能用于V/f控制方式中,不能用于矢量控制方式中。
(3)启用了矢量控制方式,但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作,或读取方法不当。
各类型变频器功能有差异,而相同功能参数的名称也不一致,由于基本参数是各类型变频器几乎都有的,可以做个参考借鉴。
加速时间即输出频率从零上升到最大频率时所需要的时间,减速时间是指从最大频率下降到零所需要的时间。常用频率设定信号的上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时限制频率给定的上升率以防止过电流,减速时设定下降率防止过电压。
加速时间设定时还应注意将加速电流限制在变频器过电流容量以下,防止变频器过电流跳闸;减速时间设定时还应注意防止平滑电路的电压过大,不使变频器因再生过电压失速而跳闸。
加减速时间可根据负载计算,但是比较繁琐,其简易方法为:根据负载大小,凭经验先设定较长的加减速时间,然后通过运行观察有否过流、过压报警,逐渐缩短设定的时间,以运行中不发出报警为原则,重复操作,确定最佳值。
在实际工程中,应将电动机的额定电流作为设定值,此值为电动机过载的基准值。但应注意:用一台变频器控制多台电动机时,此功能设置无效。
igbt是变频器中最重要的器件,它是大功率场效应复合管,生产厂家对它采用半导体快速熔断器进行保护,其熔断时间小于igbt的击穿时间。如果它的性能改变,就会烧毁igbt,因此对快速熔断器型号的选定至关重要。
这项设定很重要,在实际运行中,难免会有偶然出现的一些故障,但瞬间就能自动克服,可保障变频器平稳工作而无需寻找故障点。
这期特刊关于变频器现场调试具体步骤、技术方法、参数设置以及注意事项进行了浅略的论述,虽然实际变频器品种繁多,可能遇到的调试问题亦举不胜举。
但是变频器的调试原理和相关技术要点是大同小异的,相信大家了解这方面的精髓后可以做到触类旁通。