电力拖动课程设计.docx
- 文档编号:28338295
- 上传时间:2023-07-10
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:301.81KB
电力拖动课程设计.docx
《电力拖动课程设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力拖动课程设计.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电力拖动课程设计
、
电力拖动课程设计
三相异步电动机(7.5KW电机)变频调速带PG闭环失量控制系统参数的设置与应用(616G5)
学院:
机电工程学院
专业:
电气工程及其自动化
姓名:
学号:
指导教师:
康文彪
职称:
副教授
设计完成日期:
引言
由于电力电子技术的不断发展和进步,伴随着新的控制理论的提出与完善,使交流调速传动,尤其是性能优异的变频调速传动得到飞速的发展。
近年来,变频器的售价不断下降,而其使用功能却不断提升和扩大变频器的大量推广使用,在节能、省力化、自动化及提高生产率、提高质量、减少维修和提高舒适性等多方面都取得了令世人瞩目的应用效果。
目录
一、交流调速系统概述3
二、变频调速系统4
三、变频器的原理6
四、电机选择及参数9
五、旋转编码器选择及参数11
六、安川变频器(616g5)结构形式12
七、安川变频器(616g5)参数设定13
八、结束语20
九、参考文献:
21
1、交流调速系统概述
调速系统的发展:
三相交流电机自十九世纪发明以来走过了100多年历史,电力拖动控制技术也随之日渐成熟,已从最初直接起动发展成目前的变频调速。
电机在恒压下直接起动时电流约为其额定值的4-7倍,电机转速要在很短时间内从零升至额定值将产生很大冲击,且在起动瞬间大电流作用下,会引起电网压降,甚至严重影响电网内其它设备正常运行。
为此,改善电机起动状态,使之处于低或无冲击及平滑柔和环境,各种限流起动的方法便应运而生。
变频调速技术是随交流电机无级调速的需要而诞生的。
20世纪60年代后半期开始,电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MCT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管),器件更新促使电力变换技术的不断发展。
从20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视,到20世纪80年代作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,其中以鞍形波PWM模式效果最佳。
自上世纪80年代后半期始,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器开始投入市场并得到广泛应用。
二、变频调速系统
带速度传感器矢量控制变频器的异步电机闭环变频调速系统,如下图所示。
异步电机闭环控制变频调速(PG-速度脉冲发生器)
矢量控制异步电机闭环变频调速是一种理想的控制方式。
它具有许多优点:
1)从零转速进行速度控制,即甚低速亦能运行,因此调速范围很宽广,可达100:
1或1000:
1的范围;
2)可以对转矩实行精确控制;
3)系统的动态响应速度甚快;
4)电机的加速度特性很好等。
然而,带速度传感器矢量控制变频器的异步电机闭环变频调速技术性能虽好,毕竟需要在异步电机轴上安装速度传感器,严格讲是降低了异步电机结构坚固、可靠性高的特点。
在某些情况下,电机本身或环境因素无法安装速度传感器,多了反馈电路环节,故障机率高。
因此,除了非采用不可的情况外,对于调速范围、转速精度和动态品质要求不很高的条件场合,则往往采用无速度传感器的矢量变频器开环系统替代。
变频控制系统与节能:
变频控制系统之所以可节能,是因为变频器在其中所发挥的作用。
⑴对于电能消耗,加变频器作用无疑是需要多少能就给多少,即不产生浪费现象。
⑵用变频器节能降耗,实质上是通过对电机转速的控制来尽量减少电机不必要消耗的那部分能量(不过变频器本身也是要消耗一些能量的)。
⑶少耗电能是因为少做了功,所以变负荷场合节能效果就显著。
⑷变频器只有在低于工频运行或从高频降到低频的过程中才起到节能功效。
因此,分析变频器节能的通常理论是:
变频节能:
为了保证生产的安全性,各种机械在设计配用驱动力时,都留有一定的富余量。
电机一般不会在满负荷下运行,除要达到动力驱动要求外,多余力矩无疑增加了有功功率的消耗,造成电能浪费。
用变频器控制时,功耗随外负载变化,变频器会自动调整输出功率,使其在满足工况的同时达到节约电能目的。
动态调整节能。
负载变化自适应,供给最佳效率电压。
变频调速器软件设有5000次/秒的测控输出功能,始终保持电机运行在高效状态。
通过变频自身的V/F功能节电。
在保证电机输出力矩的情况下,可自动调节V/F曲线,以减少电机输出力矩,降低输入电流,达到节能。
变频自带软启动节能。
常规控制时,电机在额定电压下启动,电机的启动电流大,很大的启动电流会导致电机铜损、铁损增大,同时也增加了线
损和变损,既浪费电力,又对电网电压稳定造成危害。
采用软启动技术后,以较小的自适应启动电流启动电机,可避免大启动电流对电网冲击的同时,还获得降低电能消耗及减少电机启动惯量对设备运转冲击的效果,延长设备的使用寿命及减少维修次数和维修时间。
三、变频器的原理
变频器的英文译名是VFD(Variable-frequencyDrive),这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不多实例之一。
(但VFD也可解释为Vacuumfluorescentdisplay,真空荧光管,故这种译法并不常用)。
变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力传动元件。
变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF(VariableVoltageVariableFrequencyInverter)。
变频器是指适用于工业通用电机和一般变频电机、常规电网供电(单相220V、三相380V50Hz)、作调速控制的一种能改变电源频率的器件(部件),主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动、驱动、检测及微处理单元等组成,由于工业领域的广泛使用而成为主流。
变频器基本原理:
变频器是指适用于工业通用电机和一般变频电机、常规电网供电(单相220V、三相380V,50Hz)、作调速控制的一种能改变电源频率的器件(部件),主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动、驱动、检测及微处理单元等组成,由于工业领域的广泛使用而成为主流。
由于前面变频调速的基本原理已经介绍,故这里不再重复。
:
对异步电机而言,最易的方法是改变频率f1以达到变速控制目的。
又由电机理论可知,三相异步电机每相电势的有效值与下式有关:
式中:
———定子每相电势有效值(V)
———定子绕组有效匝数
Фm———定子磁通(Wb)
对上式,可分两种情况解析:
①在频率低于供电的额定电源频率时属于恒转矩调速。
变频器设计时为维持电机输出转矩不变,必须维持每极气隙磁通Фm不变,从(3)式可知,也就是要使E1/f1=常数。
若忽略定子漏阻抗压降,可以认为供给电机的电压U1与频率f1按相同比例变化,即U1/f1=常数。
但在频率较低时,定子漏阻抗压降不能忽略,因此要人为地提高定子电压,以作漏阻抗压降的补偿,维持E1/f1≈常数,此时变频器输出U1/f1关系如图1中的2号直线,而不再是1号直线。
1----U/F=常数,2-----E/F=常数图1 U/f关系
多数变频器在频率低于电机标定频率时,输出的电压U1和频率f1类似图5中的2号直线,并且随着设置不同,可改变补偿直线的形状,使用者要根据电机运行实际情况作调整。
②在频率高于定子供电的额定电源频率时属于恒功率调速。
此时变频器的输出频率f1提高,但变频器的电源电压是由电网电压决定的,不可能继续提高。
根据公式(3)得E1不变,则f1提高必然使Фm下降。
由于Фm与电流或转矩成正比,因此转矩也下降,转矩下降导致转速升高,所以两者的乘积并未变。
转矩与转速的乘积表征功率,所以此时电机处在恒功率输出状态下运行。
异步电机变频调速恒转矩和恒功率区域状态的特性如图2所示。
图2 异步电机调速时的输出特性
1----恒转矩时的电压曲线,2-----恒功率的电压曲线(U
)
3---衡转矩时的转矩曲线,4-----恒功率时的转矩曲线(
)
的大小表征电机转矩的大小,因此曲线
可看作电机转矩曲线
由以上分析得出,通用变频器对异步电机的调速,输出频率和电压按一定规律作改变。
在额定频率以下,变频器的输出电压随输出频率升高而升高,即所谓变压变频调速(VVVF);在额定频率以上,电压不变只改变频率。
实际上多数变频调速是用于额定频率以下场合,低频时采用补偿是为了解决低频转矩下降问题,而采用方式可多种多样。
例如矢量控制技术、直接转矩控制技术以及拟超导技术(森兰变频特有专利技术)等等。
其作用都不外乎动态改变低频时的变频器输出电压、输出相位或输出频率,也就是利用电路和计算机技术,实时而不是固定地改变图2中1号直线的形状,达到低速时提升力矩并且稳定运行,又不至于大电流造成故障。
四、电机选择及参数
Y系列电机具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。
安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。
采用B级绝缘,外壳防护等级为IP44,冷却方式为IC411。
Y系列电机,额定电压为380V,额定频率为50Hz,3kW及以下为“Y”接法,4kW以上为“△”接法。
Y系列电机用于一般无特殊要求的机械设备,如风机、水泵、机床、搅拌机等。
Y系列电动机是全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机。
它集中了国内外的先进技术,是全国统一设计的新系列产品。
本文已经选好电机容量为7.5KW,具体参数如下所示:
电机详细参数
型号
额定功率
额定电流
额定转速
效率
功率因数
振动速度
重量
Y132S-4
7.5KW
15.4A
1440r/min
87.0%
0.85
1.8mm/s
79Kg
电机自学习参数:
五、旋转编码器选择及参数
欧姆龙OMRON增量型编码器E6C2-CWZ3参数
型号
电源电压
消耗电流
分辨率(脉冲/旋转)
E6C2-CWZ3E
DC5V—5%~12V+10%脉冲(p-p)5%以下
130mA以下
600
输出方式
输出相
输出位相差
输出容量
电压输出(NPN输出)
A、B、Z相
A相、B相的位相差90±45℃(1/4±1/8T)
输出电阻:
2kΩ同步电流:
20mA以下残留电压:
0.4V以下
保护回路
绝缘电阻
耐电压
最高响应频率
负载短路保护、电源逆接线保护
20MΩ以上(DC500V兆欧表)充电部整体与外壳间
AC500V50/60Hz1min充电部整体与外壳间
100kHz
输出上升下降时间
起动转矩
惯性力矩
允许最高旋转数
1μs以下(导线长:
2m同步电流:
10mA)
0.9mN·m以下
1×10-6kg·m2以下(600脉冲/旋转以下:
3×10-7kg·m2以下)
6,000r/min
振动(耐久)
冲击(耐久)
质量
10~500Hz复振幅2mm或150m/s2X、Y、Z各方向1扫描11min3扫描
1,000m/s2X、Y、Z各方向3次
约100g
E6C2-CWZ3E型旋转编码器接线
线色
褐
黑
白
橙
青
内容
Vcc
A相
B相
Z相
0V(COMMON)
六、安川变频器(616g5)结构形式
VS-616G5,是以先进技术的控制理论为基础,真正的电流矢量控制变频器。
由于有自学习功能,轻松地实现了矢量控制运行。
在数字式操作器的显示部分,采用了16文字×2行的液晶显示屏。
参数设定及监视项目用日语表示。
如果变更参数设定,也可用英语表示。
内容一目了然人机对话容易理解。
安川变频器的特点与优势
人性化设计:
ACL、CONV.、INV.均为分立部件,各自独立互不相干;外型美观、内里简洁;标识清晰、排列整齐、赏心悦目;低噪声、大输出、长寿命和条理性,既符合环保要求又满足设备大型、高速、高效化发展方向。
易检修维护:
每个柜内的器件分列,根据需求进行组合;色标、灯示明确,按技术手册说明查找方便;配备起重小推车,一个人即可更换损坏的功率器件。
具备自诊断功能:
显示/触摸屏和自带程序软件运行,以及机柜里配置的各种辅助信号指示,构成了完善的“系统”自诊断能力。
大功率小型化:
制成的200kW单个功率器件,小巧玲珑,互换性强;善于吸收其他产品的长处,又可对应急情况作出妥善处置预案,适应性强且灵活实用,性价比高。
控制方式的概要
VS-616G5有以下4种控制方式
·无PG矢量控制[出厂设定]
·带PG矢量控制
·无PGV/f控制
·带PGV/f控制
所谓PG即脉冲编码器。
所谓矢量控制即磁埸与力矩互不干涉,按指令进行力矩控制的方式。
电流矢量控制,是同时控制电机的一次电流及其相位。
分别独立控制磁场电流和力矩电流。
因此实现了在极低速时的平滑运行和高力矩高精度的速度、力矩控制。
本文选择的是带PG闭环失量控制
七、安川变频器(616g5)参数设定
各项参数如下表所示:
环境设定模式参数
A1-00
0:
英语
数字式操作器显示语言选择
A1-02
3:
有PG矢量控制
变频器控制方式选择
A1-03
3330:
3线制程序初期化
按已指定的方法将参数初期化
程序模式参数
应用(b)的参数
运行模式选择:
b1
b1-01
1:
制御回路端子(模拟量输入)
频率指令输入方法选择
b1-02
1:
制御回路端子(模拟量输入)
运行指令的输入方法的设定
b1-03
0:
减速停止
停止方法的设定
b1-04
0:
可反转
反转禁止选择设定
b1-05
0:
按频率指令运行(E1-09无效)
输入的频率指令低于最低输出频率(E1-09)时的运行方法的设定
b1-06
0:
每隔2ms,2次读取(尽快应答时)
程序输入(正转/反转、多功能输入)的应答性设定
b1-07
1:
切换到远程时,按照运行信号运行。
运行指令从本地(操作器)切换到远程(控制回路端子)时的运行互锁。
直流制动:
b2
b2-01
出厂时设定:
0.5HZ
零速度级别(直流制动开始频率)
b2-02
PG矢量控制方式不能设定
直流制动电流,以变频器额定电流作为100%
b2-03
出厂时设定:
0.0s
起动时直流制动(有PG矢量控制方式的初期励磁)的时间
b2-04
出厂时设定:
0.5s
停止时直流制动(零速控制)时间
速度搜索:
b3
b3-01
1:
速度搜索有效
起动时的速度搜索选择
b3-03
出厂时设定:
2.0s
速度搜索动作中的输出频率减速时间
计时功能:
b4
b4-01
出厂时设定:
0.0s
计时功能的ON延迟时间
b4-02
出厂时设定:
0.0s
计时功能的OFF延迟时间
暂停功能:
b6
b6-01
250HZ
起动时DWELL频率
b6-02
1s
起动时DWELL时间
b6-03
200HZ
停止时DWELL频率
b6-04
1.5s
停止时DWELL时间
下降功能:
b7
b7-01
0.00%
DROOP控制的增益
b7-02
0.05s
下降控制的延迟时间参数
自学习(C)的参数
加减速时间:
C1
C1-01
12s
从最高输出频率的0%到100%所需加速时间
C1-02
12s
从最高输出频率的100%到0%所需加速时间
C1-03
12s
多功能输入“加减速时间选择1”ON时的加速时间
C1-04
12s
多功能输入“加减速时间选择1”ON时的减速时间
C1-05
12s
多功能输入“加减速时间选择2”ON时的加速时间
C1-06
12s
多功能输入“加减速时间选择2”ON时的减速时间
C1-07
12s
多功能输入“加减速时间选择1”及“加减速时间选择2”ON时的加速时间
C1-08
12s
多功能输入“加减速时间选择1”及“加减速时间选择2”ON时的减速时间
C1-09
12s
多功输入“非常停止”为ON时的减速时间
C1-10
1:
以0.1秒为单位
加减速时间的单位
C1-11
50HZ
加减速时间的自动切换频率的设定
S字特性:
C2
C2-01
0.2s
加速开始时间的S字特性时间
C2-02
0.2s
加速完了时的S字特性时间
C2-03
0.2s
减速开始时间的S字特性时间
C2-04
0.2s
减速完了时的S字特性时间
滑差补偿(通用):
C3
C3-01
1倍
滑差补偿增益
C3-03
200%
滑差补偿极限
C3-04
0:
再生动作中滑差补偿无效
再生动作中的滑差补偿选择
C3-05
0:
用补偿后的输出频率计算磁通量
磁通量的计算方法的选择
力矩补偿(通用):
C4
C4-01
1倍
力矩补偿增益
速度控制(ASR):
C5
C5-01
20倍
速度控制(ASR)的比例增益1(P)
C5-02
0.5s
速度控制(ASR)的积分时间1(l)
C5-03
20倍
速度控制(ASR)的比例增益2(P)
C5-04
0.5s
速度控制(ASR)的积分时间2(l)
C5-06
0.004s
速度控制(ASR)的一次延迟时间
C5-07
0HZ
速度控制(ASR)的增益切换频率
载波频率:
C6
C6-01
15KHZ
载波频率上限
指令关系(d)的参数
频率上限.下限:
d2
d2-01
100%
输出频率的上限值
d2-02
0.0%
输出频率的下限值
设定禁止频率:
d3
d3-01
250HZ
设定禁止频率1
d3-02
200HZ
设定禁止频率2
d3-03
100HZ
设定禁止频率3
d3-04
10HZ
设定禁止频率幅
频率指令保持:
d4
d4-01
0:
无效
频率指令的保持功能选择
力矩控制:
d5
d5-01
1:
力矩控制
力矩控制选择
d5-03
1:
模拟量频率指令,从(端子13或14)的模拟量输入极限
速度极限选择
电机参数(E)的参数
V/f特性:
E1
E1-01
380V
输入电压设定
E1-02
0:
标准电机(通用电机)
电机选择(电机过热保护)
选择(F)的参数
PG速度控制卡:
F1
F1-01
600
PG脉冲数
F1-02
0:
减速停止(减速时间1C1-02停止)
PG断线检出(PGO)时的动作选择
F1-03
0:
减速停止(减速时间1C1-02停止)
过速度(OS)发生时的动作选择
F1-04
0:
减速停止(减速时间1C1-02停止)
设定速度偏差过大(DEV)检出时的停止方法
F1-05
0:
电机正转时A相超前
PG旋转方向设定
F1-06
2
PG输出分频比
F1-08
115%
过速度(OS)检出级别
F1-09
0s
过速度(OS)检出时间
F1-10
10%
设定速度偏差过大(DEV)的检出级别
F1-11
0.5s
设定速度偏差过大(DEV)的检出时间
F1-14
2s
PG断线(PGO)检出时间
外部端子功能(H)的参数
多功能输入的设定:
H1
H1-01
24:
外部异常(可任意设定)输入方式:
a接点/b接点检出方法:
常时/运行中停止方法:
减速停止/自由滑行停止/非常停止/运动继续
端子3的功能选择
H1-02
14:
故障复位(ON的上升沿时复位)
端子4的功能选择
H1-03
0:
3线制(正转/反转指令)
端子5的功能选择
H1-04
3:
多段速指令1当H3-05设为“0”时,此功能兼用于“主/辅速切换”
端子6的功能选择
H1-05
4:
多段速指令2
端子7的功能选择
H1-06
6:
点动JOG)频率选择(比多段速优先)
端子8的功能选择
模拟量输入:
H3
H3-01
1:
0~+10V
频率指令(电压)端子13信号级别选择
H3-04
0:
0~+10V
多功能模拟量输入端子16的信号电平选择
H3-05
13:
力矩控制指令
多功能输入端子16的功能选择
保护功能(L)的参数
电机保护功能:
L1
L1-01
1:
有效
设定电子热保护对电机过负载保护功能有无
L1-02
1min
电机保护动作时间
瞬时停电处理:
L2
L2-01
0:
无效(瞬时停电时UV异常检出)
瞬时停电动作选择
L2-02
2s
瞬时停电补偿时间
L2-03
0.7s
最小基极封锁时间
L2-04
0.3s
电压复归时间
L2-05
380V
主回路低电压(UV)检出电平
L2-06
66
KEB减速速率
失速防止功能:
L3
L3-01
1:
有效(超过L3-02的值时停止加速。
加速中防止失速功能选择
L3-02
150%
加速中防止失速级别
L3-03
50%
加速中失速防止极限
L3-04
0:
无效(按设定条件减速,减速时间太短,会可能发生主回路(OV))。
加速中防止失速功能选择
L3-05
1:
有效-减速时间1(失速防止功能动作时的减速时间由C1-02设定)
运行中失速防止功能选择
L3-06
160%
运行中失速防止级别
异常复位再试:
L5
L5-01
1
故障复位再试次数
L5-02
1:
输出(异常接点动作)
故障复位再试中的故障接点动作选择
硬件保护:
L8
L8-01
1:
有效(有过热保护)
制动电机器的保护
L8-02
95℃
变频器过热(OH)预报警检出级别
L8-03
3:
继续运行(仅有监视表示)
变频器过热(OH)预报警动作选择
L8-05
1:
有效(输入电源欠相,三相不平衡,主回路电解电容量/化检出)
输入欠相保护选择
L8-07
1:
有效(变频器额定电流的5%以下时,输出欠相检出)
输出欠相保护选择
操作器(O)的参数
表示设定/选择:
o1
o1-01
6
驱动方式表示项目选择
o1-02
1:
频率指令
电源ON时监视显示项目选择
o1-03
1
频率指令/监视的设定/表示单位
o1-04
0:
Hz单位
V/f参数的设定单位
o1-05
0:
通常表示(A1-00等)
参数NO.的表示选择
o2-04
26
变频器容量选择
PG-B2的端子及其规格
端子
NO.
内容
规格
TA1
1
脉冲发生器用电源
DC+12V(±5%)Max.200mA
2
DCOV(电源用接地端子)
3
A相脉冲输入端子
H:
+8~12VL:
+1V以下(最高响应频率30kHz)
4
脉冲输入公共端
5
B相脉冲输入端子
H:
+8~12VL:
+1V以下(最高响应
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力 拖动 课程设计