第五章在各类负载中应用_

1

第5章 变频器在各类负载中的应用 5．1 带式输煤机的变频调速

图5－1 带式输煤机5．1．1 负载的特点

1．机械特性与负荷图

图5－2 恒转矩负载及其特性 a）带式输煤机 b）机械特性 c）负荷工况

2．负荷工况

属于连续变动负载，平均负荷率σA=0．9 3．转速范围

nLmax＝365r／min； nLmin＝73r／min（αn＝5）； λ＝4

2

5．1．2 变频器选型

1．变频器型号

负载对拖动系统的要求

图5－3 恒转矩负载对拖动系统的要求 a）变频调速系统 b）对机械特性的要求 c）对动态响应的要求 可选富士G11系列变频器。

2．变频器容量

∵ 电动机可能短时间过载运行。 ∴ 变频器容量加大一挡。 图5－4 变频器容量的选择 a）拖动系统 b）电流曲线 3

5．1．3 主要功能的预置

1．转矩提升 图5－5 频率调节电路 （2）相关功能的预置 功能码 功能含义 数据码 数据码含义 增∕减控制2，初始值＝上次设定值 F01 频率设定 9 F02 运行操作 1 由外部端子输入运行指令 F03 最高输出频率 50Hz F04 基本频率 50Hz F05 最高输出电压 380V F15 上限频率 50 Hz 根据负载的运行需要而定 F16 下限频率 10 Hz F23 起动频率 6 Hz 因为是重载起动 F24 起动频率保持时间 1．0 s F30 FMA端子电压调整 100% 输出电压范围是0～＋10V F31 FMA端子功能选择 0 测量输出频率 E01 X1 端子功能选择 6 自保持控制（三线式控制） E02 X2端子功能选择 17 增命令（UP） E03 X3端子功能选择 18 减命令（DOWN） 1．频率给定的相关功能 （1）频率调节电路

4

2．转矩提升功能

图5－6 富士变频器的转矩提升功能 a）二次方律特性 b）一次方律特性 c）恒转矩特性 功能码 功能含义 数据码 数据码含义 F09 转矩提升1 16.0 恒转矩特性，提升量是8% 3．加、减速时间 功能码 F07 F08 图5－7 加、减速时间的预置 a）加速时间 b）主电路接线 c）减速时间 功能含义 加速时间1 减速时间1 数据码 20 20 数 据 码 含 义 加速时间为20秒 减速时间为20秒 5

4．保护功能的预置

图5－8富士变频器的过载保护 a）动作电流与输出频率的关系 b）反时限曲线 功能码 功能含义 F10 电子热继电器1 F11 F12 F14 H13 H14 H15 H16 H04 H05 数据码 1 2 70% 动作电流设定值 5min 发热时间常数 4 瞬时停电再起动选择 10s 瞬时停电等待时间 瞬时停电后频率下降率 5Hz／s 瞬时停电直流电压下限 400V 停电后运行指令保持时间 20s 2 自动复位次数 2 s 自动复位间隔时间 数 据 码 含 义 适用于通用电动机 适用于变频专用电动机 电动机的电流取用比 IM／IF＝150%时的动作时间 从停电时的频率开始搜索 下降率太快容易再生过电压 低于400V不能再起动 超过保持时间，不能再起动 跳闸后可自动复位2次

6

5．2 提升机的变频调速

5．2．1 重力负载及其特点

1．重力负载的特点

图5－9 电动机的状态 a）重物下降 b）拖动系统的状态 2．重力负载的四象限运行 （1）重物上升

图5－10 重物上升时的工作点 a）重载上升 b）工作点 7

（2）空钩（包括轻载）下降

图5－11 空钩下降时的工作点 a）空钩下降 b）工作点

（3）重载下降

图5－12 重载下降时的工作点 a）重载下降 b）工作点 2．变频器选型 （1）型号

∵ 具有四象限运行特点。

∴ 采用无反馈矢量控制方式，选用三菱FR－540A系列变频器。 （2）容量

∵ PMN＝11 kW ；IMN＝24.6A ∴ 选 SN＝23.6 kVA（15 kW）；IN＝31A

8

5．2．2 变频调速特点

1．电动机和变频器接法 图5－13 电动机和变频器接法

2．功能预置 功能码 功能名称 数据码 数据码含义 50Hz Pr.1 上限频率 0Hz Pr.2 下限频率 50Hz 即基本频率 Pr.3 基底频率 5s Pr.7 加速时间 5s Pr.8 减速时间 Pr.19 基底频率电压 380V 3 Pr.65 再试选择 仅在过流或过压跳闸时允许重合闸 2 Pr.67 再试次数 允许再试2次，即自动重合闸2次 1s Pr.68 再试等待时间 9

3．电动机参数的自测定 （1）预置相关功能 功能码 功能名称 数据码 11kW Pr.80 电动机容量 6 Pr.81 电动机的磁极数 3 Pr.71 适用电动机 28A Pr.9 电子过电流保护 380V Pr.83 电动机额定电压 50Hz Pr.84 电动机额定频率 1 Pr.95 自动调整设定/状态 数据码含义 预置了这两个功能，就选择了矢量控制方式 非三菱标准电动机 电动机不旋转自动测量 （2）变频器通电

变频器通电时，电磁制动器不通电，保持对电动机轴的抱紧状态。

（3）变换模式

变频器从编程模式切换成运行模式。

（4）“起动”电动机

如为面板操作，按FWD键或REV键；如为外接端子操作，则接通STF端子或STR端子。

（5）自动测量完成

上述运行状态维持约25s，至显示屏显示“3”或“103”时，自动测量结束。如为面板操作，接STOP键；如为外接端子操作，则断开STF端子或STR端子即可。

10

5．2．3 起升装置的防溜钩

1．电磁制动器的接法

图5－14 电磁制动器的接法 a）工频运行时 b）变频运行时 2．提升机变频控制电路

图5－15 提升机变频控制电路 a）控制电路 b）操作板

11

3．变频运行时防溜钩的方法

图5－16 变频器控制的防溜钩 功能码 功能名称 Pr.60 程序制动模式 Pr.13 Pr.190 Pr.278 Pr.279 Pr.280 Pr.281 Pr.282 Pr.283 数据码 数据码含义 8 程序制动模式有效， 制动器无动作完成信号 1 Hz 图中之fS 启动频率 20 RUN端子功能 电磁制动器通电指令 3 Hz 图中之fSD 制动开启频率 110% 图中之IBS制动开启电流 （110%电动机额定电流） 开启电流检测0.3s 图中之tSC（发出制动器通电信号） 时间 制动器松开完0.3s 图中之tSD（输出频率开始上升） 成时间 6 Hz 图中之fBS（电磁制动器断电） 制动操作频率 制动器抱紧完0.3s 图中之tBB（输出频率下降至0 Hz） 成时间 12

3．应急措施举例

（1）制动单元损坏后的应急措施

图5－17 制动单元损坏后的应急措施

（2）变频器跳闸时的防溜钩

图5－18 变频器跳闸时的应急措施 a）应急措施示意图 b）接触器电路

休

13

息 15分 钟

14

5．3 卷绕机械的变频调速

图5－19 卷绕机械示意图 5．3．1 卷绕机械的特点

1．机械特性

图5－20 恒功率负载及其特性 a）卷径很小时 b）卷径增大时 c）卷径最大时 15

5．3．2 卷绕机械变频调速的要害 1．主要矛盾

图5－21 额频以下带卷绕机

2．解决方法

图5－22 提高频率带卷绕机 a）最高频率为100Hz b）最高频率为150Hz c）最高频率为180Hz

16

5．3．3 卷绕机械变频调速要点

1．实例

某塑料薄膜卷绕机

薄膜数据：Dmin＝0.1 m；Dmax＝1 m 最大张力：Fmax＝200N·m

电动机数据：3.0kW，960r/min，7.2A 传动比：λ＝10 电动机额定转矩： TMN＝

9550PMN9550?3＝＝29.8 N·m

960nMN变频器选型

森兰SB70系列：6.4kVA，9.7A，配用4 kW电动机

2．变频调速控制电路（闭环控制）

图5－23 卷绕的闭环控制

17

3．功能预置 功能码 功能名称 数据码 数据码含义 1 F0－02 运行命令通道 外接端子控制 150Hz F0－06 最大频率 150Hz F0－07 上限频率 0Hz F0－08 下限频率 1 F0－09 方向锁定 锁定正向 0 F0－12 控制模式 无PG V/F控制方式 3s F1－00 加速时间1 3s F1－01 减速时间1 1 F2－00 V/F曲线选择 线性 3 F2－01 转矩提升选择 手动提升＋自动提升 10% F2－02 手动提升幅值 30Hz F2－03 手动提升截止点 2 F2－10 AVR功能 减速时无效 50Hz F2－12 基本频率 380V F2－13 最大输出电压 1 F7－00 PID功能选择 选择过程PID控制 1 F7－01 给定通道选择 给定信号从AI1输入 1 F7－02 反馈通道选择 反馈信号从AI2输入 10 F7－05 比例增益1 20 s F7－06 积分时间1 0 F7－17 PID调节特性 正作用（负反馈） 22 FA－00 电动机参数自整定 空载旋转自整定 3kW FA－01 电动机额定功率 6 FA－02 电动机极数 FA－03 电动机额定电流 7.2A 50Hz FA－04 电动机额定频率 960r/min FA－05 电动机额定转速 380V FA－06 电动机额定电压 电动机参数自整定方法： 电动机和负载脱开，在运行模式下，按运行键。 测量完成后自动停机。

18

5．4 车床的变频调速

5．4．1 车床的外形与特性 1．主要特点

图5－24 车床的外形与特性 a）车床外形 b）车床的机械特性 2．实例

某意大利产SAG型精密车床，基本数据:如下：

（1）主轴转速共分八档：75、120、200、300、500、800、1200、2000r/min；

（2）电动机额定数据：2.2kW，5A，1420 r/min。

（3）车床的计算转速：根据机械工程师提供的数据，计算转速为：

nD＝300 r/min

即：nL≤300 r/min为恒转矩区；nL≥500r/min为恒功率区。 （4）各档转速下的负载转矩

负载的实际功率按2kW计算，则各档转速下负载转矩的计算结果如表6－21所示。

表6－21 各档转速下的负载转矩 1 2 3 4 5 6 7 8 档次 75 120 200 300 500 800 1200 2000 转速(r/min) 64 64 64 38 24 16 转矩(N·m) 64 9.5 （5）电动机额定转矩

nMN＝

9550PMN9550?2.2＝＝14.6N·m

1420nMN 19

3．拖动系统的折算

为了便于在电动机的有效转矩和负载的机械特性之间进行比较，把电动机轴上的转矩和转速都折算到负载轴上。折算公式如下： （1）转速的折算

nM’＝

nM?＝nL

（2）转矩的折算

TM’＝ TM·λ

5．4．2 两挡传动比方案

1．低速挡的传动比 （1）决定传动比

∵ 50Hz（1420 r/min）与300 r/min对应 ∴

λL≥

nMN1420＝＝4.73 300n300

取 λL＝5

（2）低速挡的转速范围

恒转矩转速范围：nL＝0～300 r/min，对应fX＝0～50Hz；

恒功率转速范围：nL＝300～600 r/min，对应fX＝50～100Hz。 （3）转矩审核 50Hz以下

TMN’＝ TMN·λ＝14.6×5

＝73 N·m＞64 N·m

50Hz以上

当nL＝500 r/min时， fX＝83Hz时，电动机的有效转矩为：

TME＝TMN

fMN50＝14.6×＝8.8N·m

83fmax

折算到负载轴上的转矩是：

TME’＝ TME·λ＝8.8×5 ＝44 N·m＞38 N·m

20

2．高速挡的传动比 （1）决定传动比

∵ 50Hz（1420 r/min）与1000 r/min对应 ∴

λH≥

nMN1420＝＝1.42 1000n1000

取 λH＝1.5

（2）高速挡的转速范围

恒转矩转速范围：nL＝0～1000 r/min，对应fX＝0～50Hz；

恒功率转速范围：nL＝1000～2000 r/min，对应fX＝50～100Hz。 （3）转矩审核 50Hz以下

电动机的有效转矩：TME＝λH TMN＝1.5×14.6＝21.9 N·m 略小于800 r/min时的负载转矩（24 N·m） 50Hz以上

当nL＝1200 r/min时， fX＝60Hz时，电动机的有效转矩为：

TME＝TMN

fMN50＝14.6×＝12.1N·m

60fX折算到负载轴上的转矩是：

TME’＝ TME·λ＝12.1×1.5 ＝18.15 N·m＞16 N·m

当nL＝2000 r/min时， fmax＝100Hz时，电动机的有效转矩为：

TME＝TMN

50fMN＝14.6×＝7.3 N·m

100fmax折算到负载轴上的转矩是：

TME’＝ TME·λ＝7.3×1.5

＝11 N·m＞9.5 N·m

3．各挡的转速和工作频率

1 2 3 4 5 6 7 8 档次 75 120 200 300 500 800 1200 2000 负载转速(r/min) 5 传动比（λ） 1.5 375 600 1000 1500 2500 1200 1800 3000 电动机转速(r/min) 33 50 83 40 60 100 工作频率（Hz） 12.5 20

31

3．保护功能的预置 （1）重合闸功能 图5－33 西门子变频器的重合闸功能 a）重合闸的过程 b）自动搜索过程

（2）相关功能预置 功能码 功能名称 数据码 数据码含义 P0640 电动机过载因子 95% 即电流取用比 P1200 捕捉再启动 1 从给定频率开始搜索 P1202 捕捉再启动电流 110% 小于110%IMN即捕捉成功 P1203 捕捉再启动搜索速率 100% 每ms改变转差频率的2% P1210 自动再启动 5 故障后重合闸 P1211 再启动重试的次数 3 允许重合闸3次 P1212 第一次启动的时间 10 s 第一次重合闸的等待时间

转差频率fS的计算：

fS＝

p??n 60 32

5．6．3 恒压供水的过程控制 1．通道选择与信号范围 （1）接线图

图5－34 恒压供水系统的接线 （2）目标信号的确定

∵ 压力变送器的量程为0～1 MPa，而要求的供水压力是0.5MPa ∴ 目标信号应为50%。 （3）相关功能 功能码 功能名称 数据码 数据码含义 P2200 允许PID控制投入 1 PID功能有效 P2253 PID设定值信号源 755 目标信号从AIN1＋端输入 P2264 PID反馈信号 755 反馈信号从AIN2＋端输入 P2266 反馈信号的上限值 60% 与上限压力对应（0.6MPa） P2268 反馈信号的下限值 40% 与下限压力对应（0.4MPa） P2271 传感器的反馈形式 0 负反馈 反馈形式的判断

在PID无效的情况下：

如增大频率，反馈信号也随之增大，则为负反馈； 如增大频率，反馈信号反而减小，则为正反馈。

33

2．PID的预置与工况 （1）工况示意图 图5－35 恒压供水的工况 a）恒压供水系统 b）PID工况

（2）相关功能 功能码 功能名称 数据码 数据码含义 P2280 PID增益系数 5 比例增益为5 P2285 PID积分时间 10s 积分时间为10s P2291 PID输出上限 10% 上、下限预置得越小，则加、P2292 PID输出下限 －10% 减泵的切换越频繁 P2293 PID上升时间 20s 起动时防止因加速太快而跳闸 （3）调试

在流量比较稳定的情况下，如反馈信号时而大于目标信号，时而小于目标信号。说明系统发生了振荡，应： 减小P，或增大I。

当流量发生变化（增大或减小）后，反馈信号难以迅速地回复到等于目标信号时，说明系统反应迟缓，应： 增大P，或减小I。

34

5．6．4 切换控制

1．加、减泵控制要点

图5－36 一主二辅加、减泵控制 a）加泵控制 b）减泵控制

2．功能预置

功能码 P2371 P2372 P2373 P2374 P2375 P2376 P2377 功能名称 数据码 数据码含义 说 明 2 辅助泵分级控制 M1＋M2 有2台辅助泵参与控制 1 辅助泵分级循环 分级循环 运行时间短者先加后减 20% 上下限宽度 即ΔH和ΔL之间的宽度 PID回线宽度 300s 加泵确认时间，图中之tY1 加泵延时 300s 减泵确认时间，图中之tY1 减泵延时 40% ΔPID超过极限时，立即加、减泵 PID调节量极限 禁止加、减泵时间 400s ΔPID未回到正常范围时不能加、减泵 （图中之tY3） P2378 加、减泵控制频率 85% 切换过渡频率，即图中之fS（42.5Hz） 35

5．6．5 睡眠与唤醒控制

1．控制特点

图5－37 睡眠与唤醒控制

2．功能预置

功能码 功能名称 P2390 节能设定值 P2391 节能定时器 数据码 数据码含义 35Hz 节能启动频率，即图中之fSL 240s 定时器计时时间（t1－t3） 即确认时间 P2392 节能再启动设定 40% PID调节量的唤醒值 即图之ΔH

百度搜索“70edu”或“70教育网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，70教育网，提供经典综合文库第五章在各类负载中应用_在线全文阅读。