第五章 變頻控制系統(tǒng)的組成

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性。2、掌握變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路的構(gòu)成。3、掌握主電路外接電器的選擇方法。4、理解控制電路的原理。5、理解PLC控制變頻器的方法。 在詳細(xì)了解變頻器的功能選擇與參數(shù)后，本章主根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器，進(jìn)行變頻器與外圍設(shè)備的接線，并在此基礎(chǔ)上，利用一節(jié)內(nèi)容簡要介紹國產(chǎn)SINE003通用變頻器的外部接線與參數(shù)設(shè)定。5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成5.1.1拖動(dòng)系統(tǒng)組成與參數(shù)1. 拖動(dòng)系統(tǒng)組成5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成1. 拖動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)1）轉(zhuǎn)速拖動(dòng)系統(tǒng)的基本工作就是由電動(dòng)機(jī)以一定轉(zhuǎn)速帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行。因此，轉(zhuǎn)速是拖動(dòng)系統(tǒng)的主要

2、參數(shù)之一。用nM表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；用nL表示生產(chǎn)機(jī)械的軸轉(zhuǎn)速。2）轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩TM克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL，使得拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行工作。這是兩種轉(zhuǎn)矩平衡的結(jié)果。5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成5.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成1額定參數(shù)的機(jī)械特性1）四個(gè)特殊工作點(diǎn)2）兩段運(yùn)行區(qū)5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成2影響機(jī)械特性的人為因素(l)改變電源電壓5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成(2)改變轉(zhuǎn)子電阻(3)降低電源頻率5.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性 負(fù)載的機(jī)械特性就是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性。它表示同一轉(zhuǎn)軸上

3、轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的函數(shù)關(guān)系，即n=f(TL)。雖然生產(chǎn)機(jī)械的類型很多，但是大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性可概括為下列3類。5.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性5.2.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載5.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載5.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性5.2.2 恒功率負(fù)載特性5.2 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性5.2.3 通風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性5.3 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)5.3.1 拖動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn) 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載機(jī)械特性的交叉點(diǎn)，稱為拖動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖5-11所示。圖中曲線1為電動(dòng)機(jī)機(jī)

4、械特性，曲線2為負(fù)載機(jī)械特性，兩條特性曲線的交叉點(diǎn)Q為工作點(diǎn)。Q點(diǎn)的意義是：只有當(dāng)轉(zhuǎn)速為nQ時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩TM與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL才能達(dá)到平衡。5.3 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（a）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 （B）恒功率負(fù)載）恒功率負(fù)載 （c）通風(fēng)機(jī)類負(fù)載）通風(fēng)機(jī)類負(fù)載5.3 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)2負(fù)載變化對(duì)工作點(diǎn)影響5.3 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) 5.3.2 拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程分析 當(dāng)TM TL時(shí)，系統(tǒng)是升速過程，轉(zhuǎn)速上升； 當(dāng)TM TL時(shí)，系統(tǒng)是降速過程，轉(zhuǎn)速下降； 當(dāng)TM = TL時(shí)，系統(tǒng)是等速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速不變。5.3 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)

5、5.3.3拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在工程力學(xué)中，對(duì)旋轉(zhuǎn)體的運(yùn)動(dòng)常用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來衡量，它是描述旋轉(zhuǎn)體慣性大小的物理量。5.3 拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.2 自動(dòng)空氣開關(guān)1.自動(dòng)空氣開關(guān)的作用（1）隔離作用（2）自動(dòng)保護(hù)作用5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇2自動(dòng)空氣開關(guān)參數(shù)選擇變頻器接通瞬間，對(duì)變頻器中間直流環(huán)節(jié)電容器的充電電流是其額定電流的2-

6、3倍。變頻器輸出是脈沖電流，峰值經(jīng)常超過額定電流。一般變頻器允許的過載能力是額定電流的150%，且可工作1 min。為避免誤動(dòng)作，自動(dòng)空氣開關(guān)的額定電流IQN應(yīng)選為5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇在變頻與工頻切換控制的電路中，自動(dòng)空氣開關(guān)的額定電流應(yīng)該大于電動(dòng)機(jī)在工頻下的額定電流5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.3輸入側(cè)交流接觸器1安裝交流接觸器的必要性 交流接觸器主要用于遠(yuǎn)距離接通或分?jǐn)嗳嘟涣麟娫础?當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)切斷主電源，并且防止掉電或出現(xiàn)故障后的再起動(dòng)。 當(dāng)出現(xiàn)故障進(jìn)行維修時(shí)，使變

7、頻器與電源隔離，以保障人身安全。 接觸器的應(yīng)用位置不同，其型號(hào)的選擇也不盡相同。常用的有國產(chǎn)CJ10和CJ12系列產(chǎn)品。5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇 2輸入側(cè)接觸器的選擇以圖4 - 17為例，變頻器輸入側(cè)接觸器的選擇原則、是接融器主觸點(diǎn)額定電流IKN大于或等于變頻器的額定電流ICN即5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.4輸出側(cè)交流接觸器 1.安裝的必要性 變頻器輸出側(cè)的接觸器通常用于變頻與工頻的切換。 用一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)以上電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須在變頻器停止時(shí)進(jìn)行切換。 在電動(dòng)機(jī)停止期間，切斷電動(dòng)機(jī)與變頻

8、器的連接。 5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇2接觸器的選擇因?yàn)樽冾l器輸出電流中含有較強(qiáng)的諧波成分，其電流有效值應(yīng)略大于工頻運(yùn)行的有效值，所以，主觸點(diǎn)的額定電流IKN應(yīng)該大于l.1倍電動(dòng)機(jī)額定電流IMN,即5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇3工頻接觸器的選擇工頻接觸器的選擇應(yīng)該考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，讀者可參考有關(guān)電力拖動(dòng)等方面的書籍。5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.5保護(hù)電器1.熔斷器的選擇2熱繼電器的選擇5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變

9、頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.6交流電抗器1安裝交流電抗器的必要性2對(duì)電抗器的技術(shù)要求5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.7直流電抗器 1直流電抗器接法和功能5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇 2直流電抗器規(guī)格5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4.8直流制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元 1.直流制動(dòng)電阻的選擇5.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇5.4

10、 變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路及外接電器的選擇2直流制動(dòng)單元通常情況下，配用電動(dòng)機(jī)大于7.5 kW的變頻器，其內(nèi)部沒有直流制動(dòng)單元，需根據(jù)變頻器容量及負(fù)載情況配置外接選件。5.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路為變頻器主電路提供通、斷控制信號(hào)的電路，稱為控制電路。變頻器本身具備多種控制功能，但有些功能是靠外接控制電路與內(nèi)部控制電路協(xié)調(diào)完成的。由外接電路來控制變頻器的運(yùn)行工作方式，稱為遠(yuǎn)控方式，也稱為外控運(yùn)行方式。在需要進(jìn)行外控方式時(shí)，首先要對(duì)變頻器的操作模式進(jìn)行設(shè)置，如三菱FR - A540系列變頻器，功能設(shè)置Pr. 79=2為外部操作模式。5.5 變頻調(diào)速系

11、統(tǒng)控制電路變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路5.5.1 正轉(zhuǎn)控制電路5.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路 2繼電器控制電路5.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路5.5.2 正、反轉(zhuǎn)控制電路5.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路 2繼電器控制的正、反轉(zhuǎn)電路5.6 變頻器與變頻器與PLC的連接的連接可編程控制器(PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算與操作的控制設(shè)備。PLC作為傳統(tǒng)繼電器替代產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。由于PLC可以用軟件來改變控制過程，并有體積小、安裝靈活、編程簡單、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等特點(diǎn)，所以對(duì)以變頻器組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，很多情況下是采用PLC和變頻器

12、配合使用，由PLC提供控制信號(hào)。PLC系統(tǒng)包括中央處理單元、IO接口模塊和編程單元等。5.6 變頻器與變頻器與PLC的連接的連接5.6.1開關(guān)指令信號(hào)輸入1.PLC的作用5.6 變頻器與變頻器與PLC的連接的連接 2PLC的輸出PLC在使用繼電器模塊輸出時(shí)，要求繼電器的觸點(diǎn)容量為直流35 V和IOO mA以上。在使用繼電器接點(diǎn)時(shí)，在繼電器動(dòng)作過程中，線圈通、斷的浪涌電流會(huì)產(chǎn)生噪聲，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)接觸不良而引起變頻器的誤動(dòng)作。在維護(hù)和使用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意檢查PLC與變頻器的信號(hào)連接電路。5.6 變頻器與變頻器與PLC的連接的連接5.6.2數(shù)值型信號(hào)輸入1數(shù)字信號(hào)輸入2模擬信號(hào)輸入5.6 變頻器與變

13、頻器與PLC的連接的連接5.6.3 PLC與變頻器的匹配1.連接阻抗 2.傳輸時(shí)間5.6 變頻器與變頻器與PLC的連接的連接3注意事項(xiàng) (1)接線問題 (2)電源問題 (3)安裝問題 (4)連線問題5.7 SINE003系列通用型變頻器系列通用型變頻器基本接線及參數(shù)設(shè)定基本接線及參數(shù)設(shè)定SINE003系列變頻器是我國深圳市正弦電氣有限公司自主開發(fā)的針對(duì)各種恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械配套的變頻器。產(chǎn)品特點(diǎn)：各種恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械配套、可靠穩(wěn)定。針對(duì)造紙、起重機(jī)、印刷機(jī)、紡織機(jī)、電線電纜機(jī)械、塑膠機(jī)械、化工印染機(jī)械、化工攪拌機(jī)配套的難點(diǎn)題目量身定做。自辯識(shí)電機(jī)參數(shù)，最優(yōu)化控制策略。自動(dòng)提升轉(zhuǎn)矩，低頻0.5HZ10

14、0%額定轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)輸出。5.7 SINE003系列通用型變頻器系列通用型變頻器基本接線及參數(shù)設(shè)定基本接線及參數(shù)設(shè)定自動(dòng)補(bǔ)償滑差,調(diào)速精度+0.5%。隨機(jī)載波調(diào)制,電機(jī)靜音變頻運(yùn)行。鍵盤數(shù)字編碼器,在線修改參數(shù)。故障重試,無人值守系統(tǒng)不中斷工作。典型應(yīng)用：電線電纜機(jī)械。規(guī)格型號(hào)：SINE003系列變頻器額定 輸進(jìn)電源：三相交流380V。適用電機(jī)功率范圍為：0.75 280kW。最大輸出電壓與輸進(jìn)電壓相同 。5.7 SINE003系列通用型變頻器系列通用型變頻器基本接線及參數(shù)設(shè)定基本接線及參數(shù)設(shè)定5.7.1 SINE003系列變頻器型號(hào)及規(guī)范額定輸入電壓型號(hào)適用電機(jī)功率（kW）額定輸出電流（A）三相

15、交流380V SINE003-0R70.752.5SINE003-1R51.54.5SINE003-2R22.26.2SINE003-4R04.09.6SINE003-5R55.513SINE003-7R57.517SINININE003-01818.539SININININININININE003-110110220SINE003-132132265SIN

16、E003-160160310SINE003-185185360SINE003-200200380SINE003-220220420SINE003-250250470SINE003-2802805305.7 SINE003系列通用型變頻器系列通用型變頻器基本接線及參數(shù)設(shè)定基本接線及參數(shù)設(shè)定5.7.2 SINE003系列變頻器基本功能1. 閉環(huán)PID控制2. 開環(huán)V/F控制3. V/F曲線設(shè)定4. 啟動(dòng)自動(dòng)追蹤5. 過壓失速6. 能耗制動(dòng)5.7 SINE003系列通用型變頻器系列通用型變頻器基本接線及參數(shù)設(shè)定基本接線及參數(shù)設(shè)定5.7.3 SINE003系列變頻器的外部接線1. 開關(guān)啟停、旋鈕調(diào)速5.7 SINE003系列通用型變頻器系列通用型變頻器基本接線及參數(shù)設(shè)定基本接線及參數(shù)設(shè)定2.按紐啟停、旋鈕調(diào)速5.7 SINE003系列通用型變頻器系列通用型變頻器基本接線及參數(shù)設(shè)定基本接線及參數(shù)設(shè)定3.多臺(tái)電機(jī)并聯(lián)同步運(yùn)行5.7 SINE003系列通用型變頻器系列