D054新10第四章变频器的选择和使用.docx

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D054新10第四章变频器的选择和使用

第4章　变频器的选择和使用

4．1　变频器容量的选择

4．1．1　一台变频器带一台电动机

1．电动机与变频器额定电流的比较

表4－1　电动机与变频器额定电流的比较

电动机容量（ｋW）

22.0

30.0

37.0

45.0

55.0

75.0

电动机额定电流

IMN（A）

2ｐ＝2

42.2

56.9

70.4

83.9

102.7

140.1

2ｐ＝4

42.5

56.9

69.8

84.2

102.5

139.7

2ｐ＝6

44.6

59.5

72.0

85.4

104.9

142.4

2ｐ＝8

47.6

63.0

78.2

93.2

112.1

152.8

变频器额定电流

康沃

45.0

60.0

75.0

91.0

112.0

150.0

森兰

45.0

60.0

75.0

91.0

115.0

150.0

英威腾

45.0

60.0

75.0

90.0

110.0

150.0

安邦信

61.0

90.0

150.0

艾默生

45.0

60.0

75.0

90.0

110.0

152.0

三菱

43.0

57.0

71.0

86.0

110.0

富士

45.0

60.0

75.0

91.0

112.0

150.0

安川G7

52.0

65.0

80.0

97.0

128.0

165.0

ABB－800

55.0

72.0

86.0

103.0

141.0

166.0

瓦萨CX

48.0

60.0

75.0

90.0

110.0

150.0

丹佛士

44.0

61.0

73.0

90.0

106.0

147.0

2．电动机工况与变频器的选择

图4－1　电动机的发热与散热

a）发热曲线　b）冷却曲线

（1）电动机的温升

图4－2　连续不变负载的容量选择

（2）连续不变负载

图4－3　连续变动负载与断续负载的容量选择

a）连续变动负载　b）断续负载

（3）连续变动负载与断续负载

（4）短时负载

图4－4　短时负载的容量选择

a）船闸的工作情形　b）短时负载的温升曲线

4．1．2　一台变频器带多台电动机

1．电路图

图4－5　一台变频器带多台电动机

2．多台电动机同时起动和运行

IN＞1.05～1.1×ΣIMN

3．多台电动机分别起动

IN＞

IST─电动机的起动电流（为额定电流的5～7倍），A；

ΣIST─同时起动电动机的总起动电流，A；

K1─安全系数。

如后起动电动机都从停止状态起动时，K1＝1.2；如后起动电动机有可能从自由制动状态下重新起动时，K1＝1.5～2；

K2──变频器的过载能力，K2＝1.5。

4．2　变频器的外接主电路

图4－6　变频器外接主电路

a）主电路接法　b）电路图

4．2．1外接主电路的配置

Q──断路器；

KM──接触器；

FU──快速熔断器；

UF──变频器；

M──电动机。

4．2．2　空气断路器的作用与选择

1．主要作用

（1）隔离作用

图4－7变频器接通电源

a）需要考虑的问题　b）接通电源的动作

（2）保护作用

2．选择原则

ＩQN≥（１.３～１.４）ＩN

4．2．3　接触器的配置要点

1．输入侧

图4－8　输入与输出电路

a）输入接触器的作用　b）输出不接接触器

（1）接触器选择原则　　ＩKN≥ＩN

（2）缺相保护

图4－9　缺相保护的方法

a）错误方法　b）正确方法

2．输出侧

（1）一般不接接触器在一台变频器驱动一台电动机的情况下，不建议接入输出接触器；也不必接热继电器。

图4－10　必须接输出接触器的场合

a）需要和工频切换　b）同时带多台电动机　c）电动机可切换

（2）必须接入输出接触器的场合

选择原则ＩKN≥１.１ＩMN

（3）热继电器的防止误动作

图4－11　热继电器防止误动作

4．2．4　变频器与电动机之间的联接

1．变频器与电动机之间的导线

图4－12输出电路的电压降

要求：

ΔＵ≤（２～３）％ＵN

2．变频器输出端需要接入电抗器的场合

图4－13　需要接入输出电抗器的场合

a）电动机与变频器距离远　b）小变频器带轻载大电动机

4．3　电动机的正、反转控制电路

4．3．1　正转起动

1．面板控制　

（1）选择“面板操作”方式

图4－14　变频器的面板操作

a）变频器的接法　c）面板操作

（2）电路与操作方法

　2．外接控制

图4－15正转的基本控制方式

a）不妥的起动方式　b）正确的起动方式

图4－16　外接继电器控制

a）变频器的接线　b）继电器控制电路

3．继电器控制

4．自锁控制（三线控制）控制

图4－17　正转的自锁控制

a）电路接法　b）变频器的上电控制

4．3．2　正、反转控制

1．旋转方向的改变

图4－18　改变旋转方向的方法

a）错误或不妥的方法　b）正转控制　c）反转控制

图３－１４继电器控制的正、反转电路

ａ）主电路ｂ）控制电路

2．正、反转的自锁控制

图4－19　正、反转自锁控制电路

a）变频器接线　b）电源控制电路　

4．4　变频器输出控制端子的应用　

4．4．1　专用输出端子的应用

图4－20　跳闸报警输出端子的应用示例

1．报警输出端

2．模拟量输出端

图4－21　模拟量输出端子的应用示例

a）模拟量输出的接法　b）表面的修改

4．4．2　多功能输出端子的应用

1．状态输出功能的应用实例　

某起升机构，希望显示“零速运行”和“停止”，以及“上升”和“下降”，变频器为安川G7A系列。

图4－22　起升机构的显示

2．频率检测功能的应用　

图4－23　频率到达与频率检测

a）频率到达　b）频率检测

（1）频率到达与频率检测

图4－24　粉末传输带的控制

a）对频率检测的考虑　b）控制示意图

（2）应用举例

4．5　变频与工频的切换控制

4．5．1　切换控制的主要问题

1．主电路必须可靠互锁

图4－25切换控制的主电路

2．注意过渡过程

图4－26切换的过渡过程

ａ）电磁过渡过程　ｂ）水泵停机过渡过程　ｃ）风机停机过渡过程

4．5．2　差频同相切换要点

图4－27电源电压与定子电动势的相位关系

a）电源电压与定子电动势同相　b）电源电压与定子电动势反相

1．电源电压与定子电动势的相位关系　

2．“差频同相”切换法

图4－28“差频同相”切换原理

4．6　变频器的闭环控制

4．6．1　闭环控制的目的

图4－29闭环控制的目的

1．空气压缩机的恒压要求

2．空气压缩机恒压控制系统图

图4－30空气压缩机恒压控制系统图

3．系统的工作

设：

ＸT－目标信号，其大小与所要求的储气罐压力相对应；

ＸF－压力变送器的反馈信号，其大小与储气罐的实际压力相对应。

则：

变频器输出频率ƒX的大小由合成信号（ＸT－ＸF）决定。

如ｐ＞ｐT：

则ＸF＞ＸT→（ＸT－ＸF）＜０

→ƒX↓→nM↓

→ｐ↓→ＸF↓

→直至（ＸF≈ＸT）为止。

反之，如ｐ＜ｐT：

则ＸF＜ＸT→（ＸT－ＸF）＞０

→ƒX↑→nM↑

→ｐ↑→ＸF↑

→直至（ＸF≈ＸT）为止。

4．6．2　ＰＩＤ调节的概念

1．问题的提出

控制的依据：

（ＸT－ＸF）

图4－31　控制过程的矛盾

控制的目标：

（ＸF≈ＸT）→（ＸT－ＸF）≈０

图２－３９比例放大前后各量间的关系

图4－32引入比例增益（Ｐ）

2．比例增益环节（Ｐ）

表3－2　比例增益与静差的关系

XG

4V

KP

10

100

1000

10000

100000

ε＝XT－XF

0.4

0.04

0.004

0.0004

0.00004

图3－33　P的大小与振荡

ａ）静差与P的关系　ｂ）振荡现象

P过大与振荡

3．积分与微分环节

图4－34　Ｉ、Ｄ的作用

4．比例带的概念

图4－35比例带与比例增益

在上限（YH）和下限（YL）相同的前提下，按比例变化的区间。

图4－36　PID有效后的信号输入与加、减速时间

a）目标值的键盘给定　b）反馈量的接入　c）目标值的外接给定d）反馈量的接入　e）加、减速时间失效　f）PID决定工作状态

5．PID有效后的特点

6．PID的控制逻辑　

图4－37　负反馈控制

a）空压机的恒压控制　b）频率与反馈值的关系

（1）负反馈　　p↑→fX↓——　频率的变化趋势与被控量相反。

（2）正反馈　θ↑→ｆX↑——　频率的变化趋势与被控量相同。

图4－38　正反馈控制

a）会议室的恒温控制　b）频率与反馈值的关系

4．6．3　闭环控制的实施

1．传感器的接线

图4－39远传压力表的接法

（1）使用远传压力表

（2）使用压力传感器

图4－40　压力传感器接法

2．目标值的确定

（1）基本分析

假设：

用户要求将压力稳定在0.6Mpa。

　1）压力表量程为0～1Mpa，电流输出。

即0～1Mpa→4～20mA

与0.6Mpa对应的电流：

IT1＝（20－4）×0.6＋4＝13.6mA

2）压力表量程为0～5Mpa，电流输出。

即0～5Mpa→4～20mA

与0.6Mpa对应的电流：

IT1＝（20－4）×

＋4＝5.92mA

图4－41目标值的确定

a）量程为1Mpa　b）量程为5Mpa

（3）变频器的处理

通常用百分数表示：

1）压力表量程为0～1Mpa

0.6Mpa→60%

2）压力表量程为0～5Mpa

0.6Mpa→12%

4．6．4　闭环控制的起动问题

1．起动存在的问题

图4－42　风机的恒温控制

图4－43　利用温度控制器的PID功能

2．解决方法1－利用温度控制器的PID功能

图4－44　闭环与开环控制的切换

3．解决方法2－利用外接端子切换

4．解决方法3－利用变频器自身的起动功能

（1）安川CIMR－G7A系列变频器

预置PID加、减速时间：

功能码b5－17用于预置“PID指令用加减速时间”。

这样，当PID功能有效时，其起动过程中的加、减速时间将由b5－17功能独立决定。

（2）丹佛士VLT5000系列变频器由功能码439预置“工艺PID起动频率”，则变频器在起动时，将按开环运行方式起动，直至上升到“工艺PID起动频率”后，才自动转为闭环控制。

4．6．5　闭环控制的应用举例—恒压供水

图4－45　恒压供水的目的

1．恒压供水的目的

2．恒压供水的构成与工作过程

图4－46　恒压供水的构成与工作过程

a）恒压供水系统　b）PID的工作过程