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Technology conter變頻器選型與應用技巧
2015-05-04 01:40:51
設備簡介
變頻調速必須具備的兩個基本條件：1、電動機軸上的輸出功率大于或等于負載所需要的功率;2、電動機產生的電磁轉矩大于或等于負載的阻轉矩。(即變頻器輸出功率大于或等于電動機的額定功率，變頻器的輸出電流大于或等于電動機的額定電流)-最大電流原則。
注：電動機功率相同但磁極對數不同，電動機的額定轉矩與額定電流也不相同。
二、恒轉矩負載的變頻調速
1、恒轉矩負載的主要特點：
<1>負載轉矩大小取決于負載的輕重，與轉速無關；
<2>負載功率大小與轉速成正比。
2、恒轉矩負載調試舉例：
<案例1>皮帶輸送機
電動機名牌：功率：30KW 轉速：1470r/min 電流：56.8A 電機級數：4級 額定頻率：50HZ
變頻器選型:EDS1000-4T0300G/0370P 功率-30KW 電流-60A
變頻器參數設置：F0.00=2(端子UP/DOWN調節設定頻率) F0.02=1(端子運行命令控制) F0.03=110(禁止反轉) F0.08=10S(加速時間) F0.09=10S(減速時間) F0.11=20HZ (下限頻率)F0.14=4.0(轉矩提升) F1.00=0(從起動頻率起動) F1.01=6HZ(起動頻率) F1.02=2S(起動頻率持續時間) F1.05=0(減速停機) F2.05=5HZ(載波頻率) F5.00=19(X1三線式控制) F5.01=16(X2頻率遞增UP) F5.02=17(X3頻率遞減DOWN) F5.08=2(三線式控制模式一) F9.04=95%(電機過載保護系數)
<案例2>塑料擠出機
電動機名牌：功率：55KW 轉速：1480r/min 電流：102.5A 電機級數：4級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0550G/0750P 功率-55KW 電流-112A
變頻器參數設置：F0.00=00(鍵盤模擬電位器設置)F0.02=0(操作鍵盤運行控制) F0.08=15S(加速時間) F0.09=15S(減速時間) F0.14=4.0(轉矩提升) F1.00=0 (從起動頻率起動)F1.01=6HZ(起動頻率) F1.02=2S(起動頻率持續時間)F1.05=0(減速停機)F9.04=92%(電機過載保護系數)
<案例3> 鉆井提升機
電動機名牌：功率：37KW 轉速：1440r/min 電流：69.8A 電機級數：4級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0370G/0450P 功率-37KW 電流：75A
變頻器參數設置：F0.00=04(VCI模擬設定) F0.02=1(端子運行命令控制) F0.08=10S(加速時間) F0.09=3S(減速時間) F0.14=2.0(轉矩提升) F1.05=2(減速+直流制動停機) F1.06=15HZ(停機時直流制動起始頻率) F1.07=0.5S(停機時直流制動時間) F1.08=8%(停機時直流制動電壓) F3.30=15(TB-TC斷電抱閘信號) F5.00=11(故障復位) F9.04=93%(電機過載保護系數)
注：配置制動單元與制動電阻的型號：制動單元：2545- 制動電流:25A 功率:45KW以下
制動電阻：10KW 16Ω
3、恒轉矩負載調試存在問題與解決辦法:
<1>起動力矩不夠<2>低頻運行電流偏大限流或者過流保護 <3>運行中負載稍有增加，電機容易堵轉。
解決辦法：
<1>加大機械傳動比，以減輕電動機軸上的阻轉矩;
<2>采用有反饋矢量控制方式，可以使起動轉矩增加至電動機額定轉矩的180%-200%，低頻運行帶載能力增強;
<3>如果轉矩提升預置較小則適當增加轉矩提升值或者設置自動轉矩提升;
<4>適當降低電動機的基本頻率，以加大電動機的工作磁通，但基本頻率不宜低于45HZ;
<5>預置轉差頻率補償功能，以增強電動機的帶載能力;
<6>適當設置起動頻率，以增加起動力矩;
<7>適當降低載波頻率，以提高變頻器的輸出電壓;
<8>功率相同，改選6級電機，以增加電動機的電磁轉矩。
三、 恒功率負載的變頻調速
1、恒功率負載的主要特點：
<1>恒功率負載的功率大小恒定與轉速無關;<2>恒功率負載的阻轉矩大小與轉速成反比例關系。
2、恒功率負載調試舉例：
<案例1>工業洗衣機
電動機名牌：功率：11KW 轉速：1460r/min 電流：21.4A 電機級數：4級 額定頻率：60HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0110G/0150P 功率-11KW 電流-25A
變頻器參數設置：F0.01=8 F0.02=1 F0.08=40 F0.09=40 F0.10=110 F0.13=1 F0.14=2 F0.15=4 F1.05=1 F2.05=5 F2.18=80 F2.19=80 F2.20=150 F2.21=150 F2.22=170 F2.23=170 F2.30=11 F2.31=70 F2.32=90 F2.37=3 F2.38=8 F2.39=8 F2.40=30 F2.41=25 F2.42=50 F2.43=40 F2.44=80 F5.00=1 F5.01=2 F5.02=7 F5.03=8 F8.03=60 F9.04=120% F9.09=180%
注：配置制動電阻型號：功率：1KW 阻值：50Ω
<案例2>布匹卷繞機
電動機名牌：功率：15KW 轉速：1460r/min 電流：30.4A 電機級數：4級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0150G/0185P 功率-15KW 電流-33A
變頻器參數設置:F0.02=1 F0.08=15 F0.09=15 F0.10=85 F0.14=2 F1.05=2 F1.06=10 F1.07=0.5 F1.08=8 F2.05=5 F3.00=1 F3.01=1 F3.02=1 F3.05=20% F3.08=1.15 F3.09=1.15 F3.21=9.999 F9.04=92% F9.08=150% F9.09=180%
注：配置制動電阻型號：功率：1KW 阻值：40Ω
<案例3>空壓機(脈動轉矩負載)-恒壓供氣
電動機名牌：功率：30KW 轉速：1470r/min 電流：56.8A 電機級數：4級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0370G/0450P 功率-37KW 電流-75A
變頻器參數設置：F0.02=1 F0.08=30S F0.09=40S F0.11=20HZF1.05=0F3.00=1F3.01=0F3.02=0 F3.05=3.5V F3.21=9.99V F9.04=120%
注：空壓機為脈動轉矩負載,電機過載能力較強，因此，變頻選型時功率按G型機放大一檔，避免變頻器工作中頻繁過流保護動作而影響生產。
3、恒功率負載調試存在問題與解決辦法：
<1>恒功率負載如何配置電動機功率與變頻器功率;
<2>恒功率負載的最大工作頻率不易超過多大為宜;
<3>恒功率負載快速停車時，存在電動機處于發電狀態，致使變頻器直流母線電壓升高，最終導致變頻器跳過電壓或過電流保護。
解決辦法：
<1>考慮電動機工作在額定頻率以上時，其有效轉矩線具有恒功率特性，充分利用電動機調速過程中的恒功率區來帶動恒功率負載，使二者的特性相接近。另外，考慮恒功率負載工作在額定頻率以上電動機存在短時過載，變頻器選型需加大一擋;
<2>考慮軸承的最大承受能力、轉子的動態平衡問題以及軸承的抗振動能力，恒功率負載的最大工作頻率以不超過三倍的電動機額定頻率為宜;
<3>配置制動單元與制動電阻或配置能量回饋單元以及啟動變頻停機直流制動功能、過壓失速功能和自動穩壓功能或采用電磁制動器剎車。注：制動電阻阻值過大，制動力矩不夠，變頻跳過壓保護;制動電阻阻值過小，制動力矩過大，變頻跳過流保護。
四、 平方轉矩負載(二次方律負載)的變頻調速
1、平方轉矩負載的主要特點：
<1>平方轉矩負載的轉矩與轉速的平方成正比；
<2>平方轉矩負載的功率與轉速的立方成正比
2、平方轉矩負載調試舉例：
<案例1>鍋爐引風機、鼔風機(羅茨風機屬恒轉矩負載，變頻器選型按G型機選擇)
電動機名牌：功率：55KW 轉速：2980r/min 電流：102.7A 電機級數：2級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0450G/0550P 功率-55KW 電 -112A
變頻器參數設置：F0.00=4 F0.02=1 F0.08=30 F0.09=30
F0.14=0 F0.15=1 F0.16=1 F1.00=1或2 F1.03=8%
F1.04=0.5 F1.05=0 F2.02=1 F3.30=15 F9.04=92%
F9.09=200%
注：如果風機在變頻啟動前其葉倫是反向運轉或故障時自由運轉狀態，變頻需設置啟動前直流制動或轉速跟蹤再啟動功能，否則變頻器限流啟動不起來或跳過流保護。
<案例2>離心式水泵(恒壓供水一拖一)(注：螺桿泵、泥漿泵、往復式柱塞泵、真空泵等為恒轉矩負載，變頻器選型時按G型機選擇)
電動機名牌：功率：55KW 轉速：2980r/min 電流：102.7A 電機級數：2級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0450G/0550P 功率-55KW 電流- -112A
(消防巡檢泵變頻器選型原則二選一，此例變頻選型為：EDS1000-4T0220G/0300P 功率-30KW 電流-60A其中必須調整V/F曲線以及提高限流水平，否則變頻限流。)
變頻器參數設置：F0.02=1 F0.08=30 F0.09=30 F0.14=0
F0.15=1 F0.16=1 F1.05=1 F2.02=1 F3.00=2 F3.01=0
F3.02=0 F3.03=0.35MP(目標壓力設定值) F3.08=1.15
F3.09=1.15 F3.21=1MP F3.26=1 其中F3.16-F3.19 休眠
與蘇醒功能根據客戶要求設定或設置F0.11=35(下限頻率)F0.12=2 (下限頻率運行模式-自由停機)
注：
1、恒壓供水一拖二需曾設置F5.10-F5.13=21 F3.25=0001或0002以上(水泵自由切換時間間隔-水泵防銹死功能)。
2、當F3.00設置為1時，數字給定值F3.03(電壓值)將作為通用PID閉環控制系統的給定量，必須將F3.21設置為9.99V;當F3.00設置為2時，啟用恒壓供水PID控制功能，數字給定值F3.03(壓力值)將作為恒壓供水控制系統的目標壓力設定值，其上限值為F3.21，必須將F3.21設置為遠傳壓力表的量程或壓力變送器的量程，否則系統壓力不穩定。
3、遠傳壓力表與變頻器之間的接線：遠傳壓力表內部有一個滑動變阻器，其滑動端與壓力表的指針相連接，當壓力變化時，滑動變阻器滑動端的位置也隨之改變。遠傳壓力表電阻值量程范圍為300-400歐姆，可以用萬用表的電阻檔分別測量遠傳壓力表任意兩端的電阻值，三組電阻值做比較便可找出滑動變阻器的高阻端、中間端(滑動端)、低阻端，其中高阻端接變頻器10V電壓，中間端接變頻器VCI，低阻端接變頻器GND(當接上遠傳壓力表時，變頻器的10伏電壓有可能被拉低，有萬用表的直流電壓檔測量10V與GND之間的電壓，如果此時測量電壓為8.5V，那么將對應參數F3.07設置為85%(最大給定量對應的反饋量)，否則系統壓力不穩定。
4、電流輸出型壓力變送器(4-20mA)與變頻器之間的接線：
a、兩線式壓力變送器的紅線接變頻器24V電壓，黑線接變頻器CCI，用導線短接變頻器COM與GND;
b、四線式壓力變送器24V接變頻器24V,COM接變頻器COM,CCI接變頻器CCI，GND接變頻器GND即可，對應參數F3.05須設置為20%(最小給定量對應的反饋量)，否則系統壓力不穩定。
5、電壓型輸出壓力變送器(0-10V或0-5V)與變頻器之間的接線：壓力變送器的紅線接變頻器24V，綠線接變頻器VCI,黑線接變頻器GND即可。
6、PID預置原則和PID調整依據：
<1>、PID預置原則 a、比例增益Kp，初次調試時，Kp可按中間偏大值來預置。b、積分時間I或積分增益Ki，I或Ki的取值與拖動系統的時間常數有關，拖動系統的時間常數較小者，積分時間I應設置短些(積分增益Ki設置長些);反之，拖動系統的時間常數較大者，積分時間I應設置長些(積分增益Ki設置短些)。C、微分時間D或微分增益Kd, D 或Kd的取值與拖動系統的時間常數有關，拖動系統的時間常數較小者，微分時間D或者微分增益Kd應設置短些;反之，拖動系統的時間常數較大者，微分時間D或者微分增益Kd應設置長些。
<2>、PID調整依據，如果PID預置不當，主要現象和調整方法如下：a、被控量在目標值附近震蕩，首先加大積分時間I或減小積分增益Ki,如仍有震蕩，可適當減小比例增益Kp。
b、被控量在變化后難以恢復，首先加大比例增益Kp,如反應仍較遲緩，可適當減小積分時間I或增大積分增益Ki.如果有微分功能者，還可以加大微分時間D或加大微分增益Kd.
以上為恒壓供水參數調試技巧，僅供參考. <案例3>潛水泵/深井泵
電動機名牌：功率：25KW 轉速：2960r/min 電流：53A 電機級數：2級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0300G/0370P 功率-30KW 電流-60A
變頻器參數設置：F0.02=1 F0.08=15 F0.09=15
F0.11=20HZ F0.14=2 F0.15=0 F0.16=1 F1.00=0 F1.01=10 F1.02=0.5 F1.05=1 F2.02=1 F3.00=2 F3.01=0 F3.02=0 F3.03=0.35MP(目標壓力設定值) F3.08=1.15
F3.09=1.15 F3.21=1MP F3.26=1 F9.04=120% F9.09=200%
注：潛水泵電動機過載能力極強，變頻啟動時，啟動電流非常大，變頻器容易限流保護或跳E009電機過載保護，所以，變頻器選型時注意：變頻器與電動機之間的距離超過50米時，變頻器按水泵同等功率G型機選型;若變頻器與電動機之間距離超過100時，則變頻器按水泵同等功率G型機功率放大一檔，考慮潛水泵/深井泵的散熱問題，變頻器應設置下限頻率。同時變頻器輸出電纜應加粗，變頻器與電動機之間必須加交流輸出電抗器，否則變頻器無法正常工作。另外，尤其是新井或長期擱置的備用井，第一次變頻器在起動之前，必須利用工頻起動沖擊運行一段時間，進行水泵與電機的磨合，否則變頻起動過程中容易頻繁過流保護或限流保護。再次，潛水泵下井時，每下一段井深需反復利用變頻器的正反轉功能進行水泵與電機的磨合，否則變頻起動過程中容易頻繁過流保護或限流保護。
3、 平方轉矩負載調試存在問題與解決辦法：
<1>啟動限流；
<2>額定頻率附近電動機過載。
解決辦法：
<1>降低轉矩提升，調整V/F曲線以及加大限流水平；
<2>降低變頻器輸出頻率或加大電動機額定頻率；
<3>若為潛水泵負載，則需設置啟動頻率，變頻器功率加大一檔，變頻器輸出電纜加粗，變頻器與電動機之間加交流輸出電抗器。
五、 以下應用場合，必須考慮加大變頻器的容量，(至少放大一檔或兩檔)：
<1>、多級電機，同等功率，電機級數為6級或8級電機，變頻器額定電流小于電動機額定電流;
<2>、電動機允許過載時間大于2分鐘(例：潛水泵、深井泵);
<3>、低頻重載啟動，加減速時間有特殊要求：a、快速啟停;b、頻繁點動。(例：擠壓成型機、水泥回轉窯、球磨機)注：增加電動機的級對數或增大減速機的減速比對于低頻重載起動的負載尤其適用。
<4>、沖擊負載(離合器連接負載);
<5>、不均衡負載(例：攪拌機、粉碎機、軋鋼機);
<6>、大慣性負載(例：沖床、離心機、水泥旋轉窯、陶瓷回轉磨);
<7>、四象限運行負載(例：升降機、起重機、抓斗機);
<8>、脈動轉矩負載(例：空壓機、深井泵/潛水泵、振動機、泥沙泵、油壓泵、音樂噴泉);
<9>、高速運轉負載(例：木工機械、機床、紡織機械、印刷機械);
<10>、同步電動機或繞線式異步電動機。注：對于連續、斷續以及短時負載，變頻器選型應按最大電流原則選擇為基準。(例：數控車床、龍門刨床等)
六、 單臺變頻器拖動多臺電動機時，變頻器的選型與應用
1、多臺電動機同時起停 變頻器選型原則：只需要將電動機的起動電流限制在一定范圍內，則變頻器的額定電流大于或等于所有電動機的額定電流之和即可。其計算表達式：
In≥(1.05-1.1)∑Imn
注：In-變頻器的額定電流;∑Imn-同時運行電動機的額定電流之和。
2、多臺電動機分別起停 變頻器選型原則：因為后起動的電動機只能在變頻器某一輸出頻率下直接起動，最差的情況是在額定頻率下直接起動，所以在變頻器選型時，必須考慮后起動電動機在額定頻率下直接起動時的起動電流。其計算表達式：
In≥[(1.05-1.1)∑Imn+K1∑Ist]/K2
注：In-變頻器的額定電流;∑Imn-同時運行電動機的額定電流之和;∑Ist-工頻同時起動電動機的總起動電流，其中Ist-工頻電動機的起動電流(為電動機額定電流的5-7倍);K1-安全系數
a、當后起動電動機從停止狀態起動時則：K1=1.2;
b、當后起動電動機從自由制動狀態下起動時則K1=(1.5-2);K2-變頻器過載能力(K2=1.5)。
3、舉例:行車平移機構
電動機名牌：功率：15KW 轉速：960r/min 電流：31.5A
電機級數：6級 額定頻率：50HZ
變頻器選型：EDS1000-4T0370G/0450P 功率-37KW 電流-75A
變頻器參數設置：F0.02=1 F0.08=10S F0.09=10S F1.00=0 F1.01=6 F1.02=1S F1.05=2 F1.06=15HZ F1.07=0.5S F1.08=8% F5.00=19(X1-三線式控制) F5.08=2 F9.04=120%
注1：行車平移機構所用電機為六級錐形電機，錐形電機起動時，轉子與定子之間有一定的靜摩擦力，故變頻器起動時必須設起動頻率，以增加起動沖擊力矩，否則電機起動比較吃力。另外，變頻器必須配置制動單元與制動電阻。
注2：注：配置制動單元與制動電阻的型號：制動單元：2545- 制動電流:25A 功率:45KW以下
制動電阻：10KW 16Ω
