1、8.5 变频器介绍与应用,变频器,LG 电梯专用矢量变频器,变频器选型指导,变频器一般提供V/F（恒压频比控制）、SVC（无速度传感器矢量控制）、VC（矢量控制）三种控制模式。首先必须明确系统对变频调速的技术要求，变频器的应用场合及负载特性的具体情况，并从适配电机、输出电压、额定输出电流等方面因素进行综合考虑，进而选择满足要求的机型及确定运行方式。,松下VF0超小型变频器介绍,VF0超小型变频器面板示意图,操作板各按钮说明,操作板各按钮说明,主回路与控制回路端子接线方式,主回路端子接线方式 （左图）,控制回路端子(远程控制端子)的接线方式 （右图）,控制电路的接线端子功能说明,控制电路的接线端
2、子功能说明,选择运行指令（参数P08）,频率设定信号（参数P09 ）,VF0超小型变频器的功能说明,P01：第一加速时间(s) 设定范围：0.01999，出厂数据：05.0 P02：第一减速时间(s) 设定范围：0.01999，出厂数据：05.0 P03：V/F方式 设定范围：5060FF，出厂数据：50 P04：V/F曲线 设定范围：01，出厂数据：0 P05：力矩提升(%) 设定范围：040，出厂数据：05 P06、P07：选择电子热敏功能 P08：选择运行指令 P09：频率设定信号 P10：反转锁定功能,P11：停止模式 P12：停止频率(Hz) 设定范围：0.560，出厂数据：0.5
3、P13、P14：DC制动的设定 P15：最大输出频率(Hz) 设定范围：50250，出厂数据：50.0 P16：基频(Hz) 设定范围：45250，出厂数据：50.0 P17、P18：防止过电流、电压失速功能 设定范围：01，出厂数据：1 P23：PWM信号平均次数 设定范围：1100 P24：PWM信号周期(ms) 设定范围：1999，出厂数据：1.0,P29：点动频率(Hz) 设定范围：0.5250，出厂数据：10.0 P39：第二加速时间(s) 设定范围：0.1999，出厂数据：05.0 40：第二减速时间(s) 设定范围：0.1999，出厂数据：05.0 P41：第二基底频率(Hz)
4、设定范围：45250，出厂数据：50.0 P42：第二力矩提升(%) 设定范围：040，出厂数据：5 P43、P44、P45、P46：跳跃频率设定 P48：启动方式 设定范围：0123，出厂数据：1 P62：最大输出电压(V) 设定范围：0.1500 P64：载波频率(kHz) 设定范围：0.815，出厂数据：0.8,VF0变频器变频控制示例,示例1 初次使用的变频器，其功能设置均为初始出厂设置，使用操作板控制实现：正转运行，25Hz输出频率；一段时间后，再变为反转运行，输出频率为50Hz。 示例2 变频器“选择运行指令”功能代码P08的参数设置为“1”，其他功能代码保持出厂设置，频率设定旋钮
5、已处于“MAX”位置。由操作板控制：反转运行，25Hz输出频率；一段时间后变为正转运行，输出频率25Hz。 示例3 采用数字式设定方式设定输出频率，代码P09=1，用操作板进行运行/停止控制，旋转方向设定模式代码P08=0时，控制变频系统先按50Hz正转起动运行，一段时间之后不停机直接变为50Hz反转运行。 示例4 利用操作板在“功能设定模式”下改变功能代码的参数，将变频器最大输出频率设定为60Hz。,示例1,初次使用的变频器，其功能设置均为初始出厂设置，使用操作板控制实现：正转运行，25Hz输出频率；一段时间后，再变为反转运行，输出频率为50Hz。,示例1,示例2,变频器“选择运行指令”功能
6、代码P08的参数设置为“1”，其他功能代码保持出厂设置，频率设定旋钮已处于“MAX”位置。由操作板控制：反转运行，25Hz输出频率；一段时间后变为正转运行，输出频率25Hz。,示例3,采用数字式设定方式设定输出频率，代码P09=1，用操作板进行运行/停止控制，旋转方向设定模式代码P08=0时，控制变频系统先按50Hz正转起动运行，一段时间之后不停机直接变为50Hz反转运行。,示例3,示例4,利用操作板在“功能设定模式”下改变功能代码的参数，将变频器最大输出频率设定为60Hz。,VF0超小型变频器的控制及显示模式,VF0具有下列四种模式： 输出频率电流显示模式； 频率设定监控模式； 旋转方向设定
7、模式； 功能设定模式。,频率参数的给定,给定频率与给定信号对应的频率。给定信号不变，给定频率也不变。 输出频率变频器实际输出的频率。,频率的给定方法,1面板给定 利用面板上键盘的数字增加键和数字减小键来进行频率的数字量给定和调整。 2预置给定 通过程序预置的方法预置给定频率。起动时，按运行键，变频器即自行升速至预置的给定额率为止。 3外接给定 从控制接线端上，引人外部的电压或电流信号，进行频率给定。这种方法常用于远程控制的情况下。,变频器的运行功能,与工作频率有关的功能,1、基本频率fb ：调节频率时用来作为基准的频率，通常以电动机的额定额频率fN作为fb的设定值。 2、最高频率fmax 当频
8、率给定信号为最大值(XXmax)时，变频器的给定频率。这是变频器最高工作频率的设定值，将根据工作需要进行设定。 3、上限频率fH与下限频率fL 根据拖动系统的工作需要，变频器可设定上跟工作频率fH和下限工作频率fL 。与fH 、 fL对应的给定信号分别是XM和XL，,根据拖动系统的需要，变频器可设定上限工作频率f H和下限工作频率f L 。 例如：设定f H=50Hz，f L=10Hz。 当给定频率为40Hz和20Hz时，输出频率与给定一致。 当给定频率为60Hz和5Hz时，输出频率50Hz和10Hz。 上限频率与下限频率设定的目的是生产机械根据工艺过程的实际需要，常常要求对转速范围进行限制。
9、以某搅拌机为例，要求的最高转速是600r/min，最低转速是150r/min。,回避频率(跳跃频率),生产机械在运转时总是会有振动的，其振动频率和转速有关。无级调速时，有可能出现在某一转速或某几个转速下，机械的振动频率和它的固有振荡频率相一致而发生谐振的情形。这时，振动将变得十分强烈，使机械不能正常工作，甚或损坏。 为了避免机械谐振的发生，回避掉可能引起谐振的转速。回避转速对应的变频器工作频率就是回避频率，用fJ表示。 (1) 回避区 以回避频率为中心，设立一个回避区，其起始频率为fJ1，终止频率为fJ2。fJ1与fJ2的差值fJ fJ1-fJ2称为回避宽度。 当给定信号频率介于fJ1与fJ2
10、之间时，工作额率将稳定在fJ1或fJ2，从而回避了fJ。,(2) 跳过回避频率的方法 升、降单值法，即不管是在升速过程、还是在降速过程中经过回避区时，工作额率都是f J1 。 升、降异值法，即在升速过程中经过回避区时，工作频率为f J1；在降速时，工作频率为f J2。,回避频率的设定方法,变频器在整个频率范围内，一般都可以设定三个回避频率，回避频率的设定方法大致有三种：(a)设定回避频率fJ和回避宽度fJ fJ1 - fJ2(b) 只设定回避频率fJ ，回避宽度由变频器内定，通常为1.0 或 0.5 Hz。(c) 设定回避区的起始频率fJ1和终止频率fJ2 。,点动频率,点动：在调试过程中和每
11、次新的加工过程开始前，常常需要“点一点、动一动”，以便观察各部位的运转状况。 变频器可以预先一次性地设定一个“点动频率”，每次点动时，都在该频率下运行，而不必变动已经设定好了的给定频率。 点动运行的特点： (1) 起动和制动比较频繁。(2) 转速一般较低。 具体设定时，点动频率的大小常常是根据生产过程的要求来确定的。,载波频率设定,载波频率需要设定的原因有：(1)SPWM变频器的输出电压是一系列的脉冲脉冲频率等于载波频率。因此，在电动机的电流中，具有较强的载波频率的谐波分量，它将引起电机铁心的振动而发出噪声。如果噪声的频率和电机铁心的固有振荡频率相等而发生谐振的话，噪声将增大。为了减小噪声，变
12、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，以避开噪声的谐振频率。(2)从改善电流波形的角度来说，载波频率越高，电流波形的平滑性越好。但另一方面，对同一控制柜内的其他控制设备(如可编程序控制器等)的干扰也越强。在其他控制设备因受到干扰而不能正常工作时，必须适当地减小载波频率。,变频调速的升速和起动,异步电动机在额定频率和额定电压下直接起动时，由于转子绕组以同步转速切割旋转磁场，转子电动势和电流都很大，故其起动电流可达到额定电流的47倍。 直接起动的危害：这将对电源形成冲击，引起电网电压的波动。此外，由于起动过程过于快捷，常常对机械负载形成冲击，缩短机械传动部分的使用寿命；在泵水管道系统
13、中，还会引发水锤效应，使管道受到损害。 使用了变频器后，由于其输出频率频率上升的快慢可以任意设定，从而可以有效地将起动电流限制在一定范围内，机械冲击等问题也可完全解决，这种起动特性是十分优越的。,升速时间,1升速时间的定义 各种变频器对升速时间的定义不大一致，主要以下两种： (1)变频器的工作频率从0Hz上升至基本频率fB所需的时间。 (2)变频器的工作频率从0Hz上升至最高频率fmax所需的时间。 2升速时间的设定功能 各种变频器部为用户提供了可在一定范围内任意设定升速时间的功能。所规定的设定范围各不相同，最短者为0120s；最长的可达06000s。,(1)设定升速时间的基本原则 从减小电动
14、机的起动电流的角度来说，升速时间应设定得长一些；但升速过程属于过渡过程，并非工作所需，因此，升速时间过长会浪费时间，影响工作效率。所以，设定升速时间的基本原则是，在电动机的起动电流不超过允许值的前提下，尽可能地缩短升速时间。(2)影响升速过程的因素 最主要的因素是拖动系统的惯性。系统的惯性大，难以加速，则升速时间应长一些。准确计算拖动系统的升速时间是比较麻烦的。在一般调试时，可先把升速时间设定得长一些，观察起动过程中电流的大小，如起动电流不大，再逐渐减小升速时间。(3)最佳升速功能 有的变频器设立了最佳升速功能。设定了此功能后变频器可以自动地在升速电流不超过允许值的情况下，得到最短的升速时间。
15、由于应用了模糊控制的原理，故有的变频器称之为模糊逻辑最佳升速功能。,升速方式,变频器为用户提供了多种升速方式，供用户自行设定。 加速方式的种类 各种变频器所提供的加速方式不尽相同，主要有以下三种： (1)线性方式 在起动或升速过程中，频率与时间成线性关系。一般说来，在没有什么特殊考虑的情况下，大都选用线性方式。,(2)S型方式 对于带式输送机一类的负载，因被输送物体M的惯性力与加速度成正比(惯性力Fma)加速度变化过大，会使被输送物体滑动或跌倒。,(3)半S形方式 即升速曲线的一半为S形，另一半为线性的方式。这又有两种情况： 对于鼓风机和泵类负载，低速时负载较轻，升速过程可以快一些；但随着转速
16、的升高，其阻转矩迅速增加，应逐渐减缓加速过程而成半S形方式。 对于一些惯性较大的负载，在刚起动时，加速过程宜适当减缓，运行到一定转速后再线性加速，成为另一种半S形。,与起动有关的其他功能,1起动频率 对于惯性较大的负载，以及静态摩擦转矩较大的负载，起动时须有一点冲击力，才易于起转，这可以通过适当加大起动频率来实现。 设定起动频率的原则是，在起动电流不超过允许值的前提下，以拖动系统能够顺利起动为宜。,2起动前的直流制动,（1）起动前直流制动的作用： 用于保证拖动系统从零速开始起动。因为变频调速系统总是从最低频率开始起动的，如果在开始起动时，电动机已经有一定转速的话，会引起过电流或过电压。 例1：
17、拖动系统以自由制动方式停机后，如果在尚未停住前，又重新起动电动机； 例2：有的鼓风机，在停机状态下，由于外界风力的原因，叶片常自行转动，且往往是反转。,3暂停升速功能,对于惯性较大的负载，在开始起动时，升速往往比较困难。有的变频器针对这种情况，设置了暂停升速功能，即先让拖动系统在低速下运转一段时问，然后再继续升速1)暂停频率fp 即在多大的频率下暂停升速 2)暂停时间tp。 即暂停加速所需的时间。,降速时间和降速方式,1降速时间和升速时间相仿，对降速时间的定义也有两种情况：(1)变频器的工作频率从基本频率fb降至0Hz所需的时间。(2)变频器的工作频率从最高频率fmax降至0Hz所需的时间。
18、设定降速时间的主要考虑因素也是拖动系统的惯性。一般惯性越大，设定的降速时间应越长。,直流制动,1设定直流制动的必要性 再生制动时，跟着电动机转速的下降，拖动系统的动能也在减小，于是电动机的再生能力和制动转矩也随之减小。所以，在惯性较大的拖动系统中，常常会出现在低速时停不住的“爬行”现象。2直流制动功能的设定 主要设定三个要素。(1)直流制动电压UDB 即施加于定子绕组上的直流电压。这实际上也是在设定制动转矩的大小。(2)直流制动时间tDB 也就是向定子绕组内通入直流电流的时间，它应比实际的停机时间略长一些。(3)直流制动的起始频率fDB 即当变额器的工作频率下降到多大时开始由再生制动转为首流制
19、动。,变频器的保护功能,过电流的原因 1工作中过电流 2升速中的过电流 3降速中的过电流 变频器对过电流的处理 变频器过电流的处理原则： 尽量不跳闸，配置防止跳闸的功能 (也称防止失速功能),过载保护功能,过载保护功能主要是保护电动机的。（电子热保护器或电子热继电器）,电压保护功能,1产生过电压的原因(1)电源过电压；(2)降速时因反馈能量来不及释放而形成的再生过电压；(3)在SPWM调制方式中，电路是以系列脉冲的方式进行工作的。由于电路中存在着绕组电感和线路分布电感，所以在每一个脉冲的上升和下降过程中，可能产生峰值很大的脉冲电压。这个脉冲电压将叠加到直流电压上去，形成具有破坏作用的脉冲高压。
20、,再生制动时的防止跳闸功能,其它保护,欠电压保护 瞬时停电 过热与接地保护 变频器内部的工作错误保护,应用实例1,如果后面的速度低于前面，将导致被加工物的堆积;反之，如果后面的速度高于前面，将导致被加工物的撕裂。因此，对于多单元拖动系统的要求是:在调速时, 各单元必须同时调节;各单元的运行线速度必须步调一致, 即实现同步运行。,多单元拖动系统的同步运行在造纸、印染等机械中，整台机器具有若干个单元，每个单元都有各自独立的拖动系统, 如图所示:第单元由电动机拖动，第二单元由电动机拖动。通常, 把第单元称为主令单元, 后面的各单元称为从动单元。在这种情况下，总是要求被加工物在各单元的线速度一致,应用
21、实例2,联动控制有一台搅拌机，需要和传输带进行联动控制。搅拌机由电动机M1拖动，转速由变频器UF1控制;传输带由电动机M2拖动，转速由变频器UF2控制，如图所示。控制要求如下:,为了防止物料在传输带上堆积, 传输带应首先起动, 并且其运行频率到达30Hz以上时, 搅拌机才开始起动和运行;当变频器UF2的输出频率低于25Hz时, 搅拌机应停止工作。,应用实例3,程序控制的应用举例某工业洗涤机的脱水机:在脱水过程中，为了加强脱水效果，要求随着衣物水分的减少，逐渐加快转速。最后，能在较高转速下甩干2min。 电动机的主要额定数据:PMN7.5kW，4极; 脱水机的传动比:4。则根据操作人员的经验，确
22、定脱水程序如下: (1)因为衣物已被浸透，负荷很重，不宜高速运行，加速过程也不宜太快。 工作时间:t1=3min; 加速时间:tA1=60s，实际加速时间t1=30s。 (2)经过低速运行，衣物中的大部分水分已经甩掉，负荷大为减轻，可提高转速，加速过程也可适当加快。工作时间:t22min; 加速时间:tA240s，实际加速时间t220s。,应用实例3,(3)衣物已基本甩干，为了增强脱水效果，可再加速进行高速脱水，因负载已经较轻，故加速过程也可进一步加快。工作时间:t32min; 加速时间:tA330s, 实际加速时间t324s。 (4) 由于脱水滚筒的惯性较大，故减速时间可预置得和第1加速时间相同:减速时间:tD1=60s，实际减速时间t4=108s。全部工作程序如图所示。,应用实例4,PID功能应用举例风机调速的恒温控制空调机产生的冷空气，由鼓风机经通风管道吹入会议室，使会议室降温，并要求保持恒温状态。图中，RT是测温电阻，TC是温度控制器。,会议室的温度越高,求进一步降温, 变频器的输出频率(从而风机的转速)应上升; 变频器有PID调节功能，温度控制器也有PID调节功能，两者都可用，但控制方法稍有区别。,
