变频器原理.pptx

第第5章章 变频器的参数设置变频器的参数设置及功能选择及功能选择教学重点教学重点 变频器参数的选择。变频器参数的选择。变频器的参数设置的方法。变频器的参数设置的方法。教学难点教学难点 变频器的多段速度控制。变频器的多段速度控制。变频器运行时，如果操作和参数设置不当，会出现工作不正常的现象。变频器在控制具体的生产设备时，需根据该设备的特性与要求，预先进行一系列的参数设置和功能的设定(如基本频率、最高频率、升降速时间等)，这称为预置设定，简称为预置。功能预置主要通过以下两种方法设定：（1）手动设定也叫模拟设定，是通过电位器和多极开关设定。（2）程序设定也叫数字设定，是通过编程的方式设定。5.1.1 变频器的操作面板变频器的操作面板 1.艾默生艾默生TD100型通用变频器的操作面板型通用变频器的操作面板 艾默生TD100型通用变频器的操作面板如图5-1所示。5.1 变频器的参数设置变频器的参数设置 图5-1 艾默生TD100型通用变频器的操作面板 艾默生TD100型通用变频器操作面板上的功能显示和功能键含义分别见表5-1和表5-2。表表5-1 艾默生艾默生TD100型通用变频器操作面板的功能显示表型通用变频器操作面板的功能显示表显 示说 明Hz显示频率时亮A显示电流时亮V显示电压时亮RUN运行时亮设定频率时亮表表5-2 艾默生艾默生TD100型通用变频器操作面板的功能键含义型通用变频器操作面板的功能键含义按 键名 称功 能PRG编程键停机状态、运行状态和编程状态的切换SHIFT移位键 在运行状态下，可选择显示参数；在设定数据时，可以选择设定数据的修改位RUN运行键在面板操作方式下，用于运行操作UP递增键数据或功能码的递增DOWN递减键数据或功能码的递减FUNC/DATA功能/数据键选择数据监视模式和数据写入确认STOP/RESET停止/复位键 运行状态时，按此键可用于停止运行操作，结束故障报警状态，也可用于复位操作 2.三菱三菱FRDU04型变频器的操作面板型变频器的操作面板 三菱FRDU04型变频器的操作面板如图5-2所示。图5-2 三菱FRDU04型通用变频器的操作面板 三菱FRDU04型变频器操作面板上的功能显示和功能键含义分别见表5-3和表5-4。表表5-3 三菱三菱FRDU04型变频器操作面板的功能显示表型变频器操作面板的功能显示表 显 示说 明Hz显示频率时亮A显示电流时亮V显示电压时亮MON监视显示模式时亮EXT外部操作模式时亮PUPU操作模式时亮REV反转时闪烁FWD正转时闪烁表表5-4 三菱三菱FRDU04型变频器操作面板的功能键含义型变频器操作面板的功能键含义按 键名 称说 明MODE模式键可用于选择操作模式或设定模式SET设置键用于确定频率和参数的设定UP/DOWN增/递键用于连续增加或降低运行频率。按下增/递键可改变频率。在设定模式中按下增/递键，则可连续设定参数REV反转键用于给出反转指令FWD正转键用于给出正转指令STOP/RESET停止/复位键STOP键用于停止运行。RESET键用于保护功能动作输出停止时复位变频器（用于主要故障）5.1.2 变频器的面板功能键的操作变频器的面板功能键的操作 变频器的操作面板上包含功能显示和功能键。1.功能显示和功能键功能显示和功能键 1）功能显示控制面板显示控制面板提供各种显示数据，分为两种：LED数码显示屏显示无单位的数字量和简单的英文代码；液晶显示屏显示数字和文字。显示屏显示的数据类型有运行数据、功能参数码、指示数据三种。2）变频器上面板操作键的功能 变频器运行时按键的操作，是变频器控制最基本的控制通道，由以上两种操作面板可以看到，不同的变频器虽然功能键表示方法不同，键盘配置及各键的名称差异很大，但含义基本相同，都具有基本功能键，归纳起来大致有如下几种：（1）模式转换键用来更改工作模式，主要有显示模式、运行模式及程序设定模式等，常用的符号有MODE、PRG等。（2）增/减键用于改变数据，常用的符号有(有的标注为或)和（有的标注为或），有的变频器还配置了横向移位键(有的标注为)，用以加速数据的更改或找出预置的功能码。（3）读出/写入键在程序设定模式下，用于读出和写入数据码，对于这两种功能，有的变频器由同一键来完成，有的则用不同的键来完成，常见的符号有SET、READ、WRT、DATA、ENTER等。（4）运行操作键在键盘运行模式下，用来进行“运行”、“停止”等操作，主要有RUN(运行)、FWD(正转)、REV(反转)、STOP(停止)等。（5）复位键用于故障跳闸后，使变频器恢复正常状态，键的符号是RESET或简写为RST。（6）数字键在设定数字码时，可直接键入所需数据，有的变频器配置了“09”和小数点“”等数字键。变频器的面板操作及功能设置是变频器运行前必须进行的工作，控制功能的实现必须通过对面板各功能键的操作来实现，以施耐德Altivar31型变频器、富士FRN-G9S/P9S型变频器为例，来说明变频器的操作方法和功能设置。2.功能键的操作 不同变频器键盘的显示及功能键的操作稍微有差别，但显示内容的含义大部分相同。1）施耐德Altivar31型变频器的操作面板施耐德Altivar31型变频器的面板外形，如图5-3所示 图5-3 施耐德Altivar31型变频器的面板外形图5-4 施耐德Altivar31型变频器的面板功能和显示图 图5-5 施耐德Altivar31型变频器的菜单访问 施耐德Altivar31变频器参数的设定是通过对以下菜单的访问来实现的：设置菜单SEt、电动机控制菜单drC、输入输出菜单IO、控制菜单CtL、功能菜单FUn、故障菜单FLt、通信菜单COM、监测菜单SUP。施耐德Altivar31型变频器菜单参数的设置方法。存储选定项要按ENT键，存储后显示器闪烁，如图5-6所示。图5-6 施耐德Altivar31变频器SET、ESC键的操作 如果在改动了任何参数之后，可以按退出或按访问其他菜单，如果误操作，同时访问了其他菜单或重新启动了系统，就自动进入菜单中的第一个参数，如图5-7所示。图5-7 施耐德Altivar31变频器、功能 施耐德Altivar31型变频器键盘各菜单的设置方法如下：（1）设置菜单SEt，如图5-8所示。调整参数可在变频器运行或停车时进行。图5-8 设置菜单SET （2）设置电动机控制菜单drC，如图5-9所示。在可为电动机加电的RUN出现例外时，参数可在停车模式且无运行命令的情况下被修改。在可选的远程终端，此菜单可通过位置上的开关进行访问。图5-9 设置电动机控制菜单drC （3）设置I/O菜单drC，如图5-10所示。参数仅可在停车模式且无运行命令的情况下才能被修改。在可选的远程终端，此菜单可通过位置上的开关进行访问。图5-10 I/O菜单的设置 （4）设置控制菜单CtL，如图5-11所示。参数仅可在停车模式且无运行命令的情况下才能被修改。在可选的远程终端，此菜单可通过位置上的开关进行访问。图5-11 控制菜单CtL的设置 （5）设置应用功能菜单FUn，如图5-12所示。参数仅可在停车模式且无运行命令的情况下才能被修改。在可选的远程终端，此菜单可通过位置上的开关进行访问。图5-12 功能菜单FUn的设置 （6）设置故障菜单FLt如图5-13所示。参数仅可在停车模式且无运行命令的情况下才能被修改。在可选的远程终端，此菜单可通过位置上的开关进行访问。图5-13 故障菜单FLt的设置（7）设置通信菜单COM如图5-14所示。图5-14 通信菜单COM的设置（8）设置监测显示菜单SUP如图5-15所示。图5-15 监测显示菜单SUP的设置 2）富士FRN-G9S/P9S变频器的操作面板 富士FRN-G9S/P9S系列变频器的面板，如图5-16所示。图5-16 富士FRN-G9S/P9S系列变频器的面板 富士FRN-G9S/P9S系列变频器键盘上各键的名称及功能见表5-6。表表5-6 富士富士FRN-G9S/P9S系列变频器键盘上各键的名称及功能系列变频器键盘上各键的名称及功能按 键名 称功 能PRG编程键正常模式或编程设定模式的选择键 增/减键设定数据时，键增加设定值，键减少设定值正常模式时，键增加频率设定值，键减少频率设定值RUN运行键启动变频器运行(仅在选择键盘面板操作时有效)移位键正常模式时，不管停止还是运行状态，用于切换数字监视器或图形监视器的显示内容(如频率、电流、电压等编程设定模式时，用于移动数据设定值的位选择功能码时，也用于移动数据设定值的位RESET复位键报警停止状态复位到正常模式；编程设定模式时，使从数据更新模式转为功能选择模式，取消设定数据写入FUNCDATA功能/数据键用于各功能数据的读出和写入用于存入改变后的设定频率值STOP停止键停止变频器运行(仅在选择键盘面板操作时有效)富士FRN-G9S/P9S系列变频器程序设定的一般步骤如下：（1）按模式转换键(MODE或PRG)，使变频器处于程序设定状态。（2）按数字键或数字增减键(、；)，找出需预置的功能码。（3）按读出键或设定键(READ或SET)，读出该功能中原有的数据码。（4）如需修改，则按数字键或数字增减键来修改数据码。（5）按写入键或设定键(WRT或SET)，将修改后的数据码写入存储器中。（6）判断预置是否结束，如未结束则转入第二步继续预置其他功能，如已结束则按模式转换键，使变频器进入运行状态。图5-17 FRN-G9S/P9S变频器程序 图5-18 图5-17的程序设定流程图的文字说明设定流程图5.2 变频器参数的选择变频器参数的选择 变频器的参数选择在调试过程中是十分重要的。如果参数设定不当，不但不能满足生产的需要，导致启动、制动的失败，还会造成工作时经常跳闸，更为严重的是会烧毁功率模块IGBT或整流桥等器件。变频器的品种不同，参数量亦不同。5.2.1 FRN-G9S/P9S系列变频器常用参数及其设置系列变频器常用参数及其设置 程序设定是通过编写程序的方法，按照一定的步骤，对变频器进行启动或运行功能进行预置，如设定启动时间、停止时间等。每个生产厂家都对变频器的各种功能进行了编码，这些编码称为功能码，如01代码表示操作方法这项功能、02表示最高频率这项功能等，所需设定的数据或代码称为数据码，如最高频率为50 Hz、升速时间为15 s等，不同的变频器，各功能码的编制方法不一样，FRN-G9S/P9S系列变频器的部分功能码参见教材表5-6。5.2.2 变频器功能参数的选择变频器功能参数的选择 1.U/f类型的选择 U/f类型的选择包括最高频率、基本频率和转矩类型等。电动机在一定的场合应用时，其转速应该在一定的范围，超出此范围会造成事故或损失。为了避免由于错误操作造成电动机的转速超出应用范围，变频器具有设置上限频率fH和下限频率fL的功能。1）最高频率fmax 最高频率fmax是变频器电动机系统可以运行的最高频率。fmax、fb与电压的关系如图所示。fmax、fb与电压的关系 2）基本频率fb 基本频率fb（简称为基频）是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压设定。变频器的基频参数如图5-19所示。图5-19 变频器基频参数 从图中我们看出，基频线左侧，属于基频以下的频率；基频线右侧，属于基频以上的频率。在基频以下，变频器的输出电压随输出频率的变化而变化，U/f=常数，适合恒转矩负载特性。在基频以上，变频器的输出电压维持电源额定电压不变，适合恒功率负载特性。如图5-20所示，一台交流电动机的额定工作频率为50 Hz，额定电压380 V。如果变频器的基频设置低于50 Hz（如基频1），U/f比例高，同等频率的输出电压高，输出电流高，在启动时，容易造成变频器过流。如果变频器的基频设置高于50 Hz（如基频2），U/f比例低，同等频率的输出电压低，输出电流低，在启动时，容易造成电动机无法启动而过载。图5-20 变频器的基频设置 3）控制变频器输出频率的方法 控制变频器的输出频率有以下方法：（1）由操作面板上的功能键控制频率。（2）预置操作。（3）由操作面板上的功能电位器控制频率。（4）由外端子控制频率：模拟量控制端子控制模拟量，接点控制端子控制数字量。4）上限频率fH和下限频率fL 上限频率fH和下限频率fL的关系如图5-21所示。图5-21 上限频率fH和下限频率fL的关系 5）转矩类型 转矩类型是指负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的U/f类型图和负载的特点，选择其中的一种类型。2.启动转矩的调整 调整启动转矩是为了改善变频器启动时的低速性能，使电动机输出的转矩能满足生产启动的要求。在异步电动机变频调速系统中，转矩的控制较复杂。在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持U/f为常数，则磁通将减小，进而减小了电动机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩。常用的补偿功能有：（1）转矩补偿。（2）电压自动调整。3.加速时间和减速时间的设定 变频器驱动的电动机采用低频启动，为了保证电动机正常启动而又不过流，变频器须设定加速时间；电动机减速时间与其拖动的负载有关，有些负载对减速时间有严格要求，变频器须设定减速时间。1）加速时间和减速时间的定义 加速时间和减速时间定义有两种定义法：（1）变频器输出频率从0上升到基本频率fb所需要的时间，称为加速时间；变频器输出频率从基本频率fb下降至0所需要的时间，称为减速时间。（2）变频器输出频率从0上升到最高频率fmax所需要的时间，称为加速时间；变频器输出频率从最高频率fmax下降至0所需要的时间，称为减速时间。如图5-22所示为以基频定义的加速时间和减速时间。图5-22 以基频定义的加速时间和减速时间 2）实际加速时间和减速时间 变频器的实际加速时间和减速时间与设定的加速时间和减速时间不一定相等，实际加速时间和减速时间与变频器的工作频率有关。实际加速时间和减速时间与设定的加速时间和减速时间的关系，如图5-23所示。图5-23 加速时间和减速时间的关系 3）加速曲线和减速曲线 加速曲线包括以下三种方式：（1）线性上升方式。线性上升方式适用于一般要求的场合。（2）S型上升方式。S型上升方式适用于传送带、电梯等对起动有特殊要求的场合。（3）半S型上升方式中。在半S型上升方式中，正半S型上升方式适用于大转动惯性负载；反半S型上升方式适用于泵类和风机类负载。4）加速曲线和减速曲线的组合 加速曲线和减速曲线的组合根据不同的机型可分为三种情况：（1）只能预置加减速的方式，S型和半S型曲线的形状由变频器内定，用户不能自由设置。（2）变频器可为用户提供若干种S区，供用户选择（如0.2 s、0.5 s、1 s等）。（3）用户可以在一定的非线性区内设置时间的长短。图5-24 加速曲线与减速曲线5）合理设定加速时间和减速时间电动机的运行方程式为4.回避频率回避频率 回避频率又称为跳跃频率，或者跳转频率。不同机型设置回避频率的方法有以下三种：（1）设定回避频率的上端和下端频率。（2）设定回避频率值和回避频率的范围。（3）只设定回避频率，而回避频率的范围由变频器内定。图5-25 跳跃频率范围 5.过载率的设置过载率的设置 过负载率用于变频器和电动机过负载保护。对电动机的保护一般采用电子热继电器。电子热继电器用于监视变频器的输出电流，应用时可以先设置是否启用功能，再设置其具体参数。6.频率增益和频率偏置功能的设置频率增益和频率偏置功能的设置 变频器的输出频率可以由模拟控制端子进行控制。多台电动机需要按比例运行时，可以用一个模拟量控制多台变频器，通过调整变频器的频率增益达到按比例运行的目的。1）频率增益 图5-26 频率增益2)频率偏置 图 5-27 频率偏置 7.电动机参数的输入电动机参数的输入 变频器的参数输入项目中有一些是电动机基本参数的输入，如电动机的功率、额定电压、额定电流、额定转速、极数等。这些参数的输入非常重要，将直接影响变频器中一些保护功能的正常发挥，一定要根据电动机的实际参数正确输入，以确保变频器的正常使用。8.瞬时停电再启动功能的设置瞬时停电再启动功能的设置 瞬时电压降落时变频器的保护电路动作，变频器马上停止输出，之后有两种选择，其一是停止输出，其二是电源恢复正常后自己重新启动。对于这两种选择，可以根据变频器运行的需要，进行瞬时停电后不启动的功能预置或者瞬时停电再启动的功能预置。其中瞬时停电再启动的功能预置要根据不同的负载进行不同的预置。5.3 变频器的多段速度控制变频器的多段速度控制5.3.1 变频器的多段速度控制变频器的多段速度控制 多段速频率设置功能一般分为由程序设置段速运行和由外端子控制段速运行两种。1.两线制Altivar31型变频器的多段速度控制两线制多段速度控制端子的接线如图5-28所示。图5-28 两线制多段速度控制端子的接线3.三线制Altivar31型变频器的多段速度控制三线制多段速度控制端子的接线如图5-29所示。图5-29 三线制多段速度控制端子的接线5.3.2 变频器的变频器的PI、PID控制功能控制功能 1.PI、PID控制的工作原理控制的工作原理 1）PI控制 PI控制是由比例控制P和积分控制I组合成的，根据偏差及时间变化，产生的一个执行量。PI运算是P和I运算之和。PI控制功能在实际应用时，可根据需要使用PI控制、PID控制等组合而成的控制方式。如图5-30所示为一个变频器采用PI控制的闭环控制系统框图。图5-30 变频器采用PI控制的闭环控制系统框图 2）PD控制 PD控制是由比例控制P和微分控制D组合成的，根据改变动态特性的偏差速率，产生一个执行量。PD运算是P和D的运算之和。3）PID控制 PID控制是利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。基本PID控制框图如图5-31所示。图5-31 基本PID控制框图PID的作用可以分为以下几种：（1）PID负作用。PID负作用如图5-32所示。图5-32 PID负作用 （2）PID正作用。当偏差x（设定值反馈量）为负时，增加执行量（输出频率），如果偏差为正，则减小执行量，PID正作用如图5-33所示。图5-33 PID正作用 2.PI控制功能的设置控制功能的设置 施耐德Altivar31型变频器PI控制的闭环控制系统主要参数设定如下。1）给定值 PII设定为YES，通过键盘上的、键给定。PII设定为NO，通过操作Frl指令给定，即电位器AIP给定或端子(AIl或AI2)给定。2）反馈值 PIF设定为AIl，端子AIl输入电压反馈量。PIF设定为AI2，端子AI2输入电压反馈量。PIF设定为AI3，端子AI3输入电流反馈量。3）反馈偏置与增益 若为电流反馈，反馈偏置CrL设定为4mA，反馈增益CrH设定为20 mA；若为电压反馈，反馈偏置CrL设定为0 V，反馈增益CrH设定为10 V。4）反馈乘积系数 FbS用于调整反馈的最大值从而使之与PI调节器给定的最大值相对应。5）校正值 若PIC设定为NO，则正向控制，即校正值为正，变频器使电动机转速升高，如压力控制。若PIC设定为YES，则反向控制，即校正值为负，变频器使电动机转速降低，如压缩机或冷却风机控制。6）PI调节参数 比例增益rPG大，系统反应快；但rPG太大，易形成振荡。积分增益rIG小，反应快，易振荡；rIG太大，反应慢。因此，在系统太慢时，应调大比例增益rPG，或减少积分增益rIG；在发生振荡时，应减少比例增益rPG，或增大积分增益rIG。7）频率上限HSP和频率下限LSP 要根据生产要求设定好频率上限和频率下限。3.PI控制功能设置的操作步骤控制功能设置的操作步骤 如图5-34所示为施耐德Altivar31变频器PI设置的接线图。图5-34 施耐德Altivar31变频器PI设置的接线图 1）合上电源开关QS 当合上电源开关QS时，变频器得电，进行参数设置如下：（1）drC-FCSInI（恢复出厂时设置功能）。（2）FLt-OPLnO（设置电动机缺相不检测功能）。（3）I-O-tCC2C（设置2线控制方式）。（4）CtL-FrlAIP（设置给定方式）。（5）FUn-SAl-SA2nO（撤销求和默认设置功能）。（6）FUn-PSS-PS2nO（撤销2段速度控制默认设置功能）。（7）FUn-PSS-PS4nO（撤销4段速度控制默认设置功能）。（8）FUn-PI-PIFAIl（设置反馈信号输入端子）。其他的功能均使用变频器的默认设置。2）合上按钮SA 当合上按钮SA时，变频器正转运行，此时，变频器显示运行频率。4.PID控制功能的设置控制功能的设置 1）PID功能的设置 要实现闭环的PID功能控制，应先将PID功能预置为有效。常有两种方法通过变频器的功能参数码预置和由变频器的外接多功能端子的状态决定。2）PID的反馈逻辑 不同频器的反馈逻辑称谓不尽相同，更有类似的称谓而含义相反的情形。系统设计时应根据选用变频器的说明书为准。反馈逻辑，是指被控物理量经传感器检测到的反馈信号对变频器输出频率的控制极性。如中央空调控制系统中，用回水温度控制调节变频器的输出频率和水泵电动机的转速。3）目的信号与反馈信号 变频系统中的某一个被控制的物理量要想稳定在预期的目的值上，变频器的PID功能电路将反馈信号与目的信号不断地进行比较，并利用比较结果来随时、快速调整输出频率和电动机的转速。4）目的值给定 将目的值（目的信号）的命令信号传送给变频器，不同的变频器选择了不同的方法，大体上有两种方案：自动转换法（变频器预置PID功能有效时，其开环运行时的频率给定功能自动转为目的值给定）和通道选择法。5）反馈信号的连接 各种变频器通常有多个频率给定输入端，这些输入端子中，如果已经确定一个为目的信号的输入通道，则其他输入端子均可作为反馈信号的输入端，此时可通过相应的功能参数码选择其中的一个作为反馈信号的输入端。6）P、I、D参数的预置与调整P、I、D参数的预置与调整可分为如下几点：（1）比例增益P。（2）积分时间。（3）微分时间D。（4）P、I、D参数的调整原则。PID控制功能是变频器应用技术的重要领域之一，PID控制功能要根据控制的情形决定。5.4 实实 训训1.实训目的实训目的2.实训设备实训设备3.实训电路实训电路4.实训内容实训内容5.实训注意事项实训注意事项6.实训报告要求实训报告要求