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变频器基础讲座
(八)--过电压的原因及其对策
一、前言 变频器在调试与使用过程中经常会遇到各种各样的问题,其中过电压现象最为常见过电压产生后,变频器为了防止内部电路损坏,其过电压保护功能将动作,使变频器停止运行,导致设备无__常工作因此必须采取措施消除过电压,防止故障的发生由于变频器与电机的应用场合不同,产生过电压的原因也不相同,所以应根据具体情况采取相应的对策
二、过电压的产生与再生制动 所谓变频器的过电压,是指由于种种原因造成的变频器电压超过额定电压,集中表现在变频器直流母线的直流电压上正常工作时,变频器直流部电压为三相全波整流后的平均值若以380V线电压计算,则平均直流电压Ud=
1.35U线=513V在过电压发生时,直流母线上的储能电容将被充电,当电压上升至700V左右时,(因机型而异)变频器过电压保护动作造成过电压的原因主要有两种电源过电压和再生过电压电源过电压是指因电源电压过高而使直流母线电压超过额定值而现在大部分变频器的输入电压最高可达460V,因此,电源引起的过电压极为少见本文主要讨论的问题是再生过电压产生再生过电压主要有以下原因当大GD2(飞轮力矩)负载减速时变频器减速时间设定过短;电机受外力影响(风机、牵伸机)或位能负载(电梯、起重机)下放由于这些原因,使电机实际转速高于变频器的指令转速,也就是说,电机转子转速超过了同步转速,这时电机的转差率为负,转子绕组切割旋转磁场的方向与电动机状态时相反,其产生的电磁转矩为阻碍旋转方向的制动转矩所以电动机实际上处于发电状态,负载的动能被再生成为电能再生能量经逆变部续流二极管对变频器直流储能电容器充电,使直流母线电压上升,这就是再生过电压因再生过电压的过程中产生的转矩与原转矩相反,为制动转矩,因此再生过电压的过程也就是再生制动的过程换句话说,消除了再生能量,也就提高了制动转矩如果再生能量不大,因变频器与电机本身具有20%的再生制动能力,这部分电能将被变频器及电机消耗掉若这部分能量超过了变频器与电机的消耗能力,直流回路的电容将被过充电,变频器的过电压保护功能动作,使运行停止为避免这种情况的发生,必须将这部分能量及时的处理掉,同时也提高了制动转矩,这就是再生制动的目的
三、过电压的防止措施 由于过电压产生的原因不同,因而采取的对策也不相同对于在停车过程中产生的过电压现象,如果对停车时间或位置无特殊要求,那么可以采用延长变频器减速时间或自由停车的方法来解决所谓自由停车即变频器将主开关器件断开,让电机自由滑行停止如果对停车时间或停车位置有一定的要求,那么可以采用直流制动(DC制动)功能直流制动功能是将电机减速到一定频率后,在电机定子绕组中通入直流电,形成一个静止的磁场电机转子绕组切割这个磁场而产生一个制动转矩,使负载的动能变成电能以热量的形式消耗于电机转子回路中,因此这种制动又称作能耗制动在直流制动的过程中实际上包含了再生制动与能耗制动两个过程这种制动方法效率仅为再生制动的30-60%,制动转矩较小由于将能量消耗于电机中会使电机过热,所以制动时间不宜过长而且直流制动开始频率,制动时间及制动电压的大小均为人工设定,不能根据再生电压的高低自动调节,因而直流制动不能用于正常运行中产生的过电压,只能用于停车时的制动对于减速(从高速转为低速,但不停车)时因负载的GD2(飞轮转矩)过大而产生的过电压,可以采取适当延长减速时间的方法来解决其实这种方法也是利用再生制动原理,延长减速时间只是控制负载的再生电压对变频器的充电速度,使变频器本身的20%的再生制动能力得到合理利用而已至于那些由于外力的作用(包括位能下放)而使电机处于再生状态的负载,因其正常运行于制动状态,再生能量过高无法由变频器本身消耗掉,因此不可能采用直流制动或延长减速时间的方法再生制动与直流制动相比,具有较高的制动转矩,而且制动转矩的大小可以跟据负载所需的制动力矩(即再生能量的高低)由变频器的制动单元自动控制因此再生制动最适用于在正常工作过程中为负载提供制动转矩
四、再生制动的方法1.能量消耗型这种方法是在变频器直流回路中并联一个制动电阻,通过检测直流母线电压来控制一个功率管的通断在直流母线电压上升至700V左右时,功率管导通,将再生能量通入电阻,以热能的形式消耗掉,从而防止直流电压的上升由于再生能量没能得到利用,因此属于能量消耗型同为能量消耗型,它与直流制动的不同点是将能量消耗于电机之外的制动电阻上,电机不会过热,因而可以较频繁的工作2.并联直流母线吸收型适用于多电机传动系统(如牵伸机),在这个系统中,每台电机均需一台变频器,多台变频器共用一个网侧变流器,所有的逆变部并接在一条共用直流母线上这种系统中往往有一台或数台电机正常工作于制动状态,处于制动状态的电机被其它电动机拖动,产生再生能量,这些能量再通过并联直流母线被处于电动状态的电机所吸收在不能完全吸收的情况下,则通过共用的制动电阻消耗掉这里的再生能量部分被吸收利用,但没有回馈到电网中3.能量回馈型能量回馈型的变频器网侧变流器是可逆的,当有再生能量产生时,可逆变流器将再生能量回馈给电网,使再生能量得到完全利用但这种方法对电源的稳定性要求较高,一旦突然停电,将发生逆变__
五、再生制动的应用 一条化纤长丝牵伸生产线,由三台牵伸机组成,分别由三台电机驱动一辊电机功率22KW、4极,采用蜗杆减速器,速比为251;二辊电机功率37KW、4极,蜗杆减速器,速比161;三辊电机功率45KW,采用圆柱齿轮减速器,速比61电机分别采用华为TD2000-22KW三垦IHF37K,45K变频器驱动三台变频器根据牵伸比及速比采用比例控制它的工作过程是这样的丝束绕在一辊、二辊、三辊上,由变频器控制三辊之间不同的速度对丝束进行牵伸开车调试时因牵伸比小,丝束总旦较低,系统开车正常在投产一段时间后,由于工艺调整,增大了牵伸比及丝束总旦,(牵伸比由工艺决定,总旦通俗的说,就是丝束的粗细及根数多少,总旦越高,丝束越粗牵伸倍数或总旦越大,三辊对二辊、一辊的拖力越大)这时出现了问题开车时间不长,一辊变频器频繁显示SC(过电压防止),二辊变频器偶尔也有这种现象时间稍长,一辊变频器保护停机,故障显示E006(过电压)通过对故障现象进行仔细的分析,得出以下结论由于一辊与二辊之间的牵伸比占总牵伸倍数的70%,而二辊、三辊电机功率均大于一辊,因此一辊电机实际工作于发电状态,它必须产生足够的制动力矩,才能保证牵伸倍数二辊则根据工艺状况工作于电动与制动状态之间,只有三辊为电动状态也就是说,一辊变频器若不能将电机产生的再生能量处理掉,它就不能产生足够的制动力矩,那么将会被二辊拖跑被拖跑的主要原因在于变频器为防止过电压跳闸而采取的自动提高输出频率的功能(即SC失速防止功能)变频器为了降低再生能量,将会自动增加电机转速,试图降低再生电压,但是因再生能量过高,所以并不能阻止过电压的发生因此,问题的焦点是必须保证一辊、二辊电机具有足够的制动力矩增加一辊、二辊电机及变频器容量可以达到这个目的,但这显然是不经济的而将一辊、二辊产生的过电压及时处理掉,不让变频器的直流电压升高,也能够提供足够的制动力矩由于在系统设计时未考虑到这点,采用共用直流母线吸收型或能量回馈型的方法已不可能经仔细论证,只有采用将一辊、二辊变频器各增加一组外接制动单元的方案经计算选用了两组华为TDB-4C01-0300制动组件开车后两组制动单元电阻尤其是一辊制动阻工作频率非常之高,说明我们的分析是正确的整个系统运行近一年,再也没有发生过过电压现象变频器基础讲座
(九)--压频比的正确设定
一、引言 随着变频调速技术的发展,变频器调速已成为交流调速的主流,在化纤、纺织、钢铁、机械、造纸等行业得到广泛的应用由于通用变频器一般采用V/f控制,即变压变频(VVVF)方式调速,因此,变频器在使用前正确地设定其压频比,对保证变频器的正常工作至关重要变频器的压频比由变频器的基准电压与基准频率两项功能参数的比值决定,即基准电压/基准频率=压频比基准电压与基准频率参数的设定,不仅与电动机的额定电压与额定频率有关(电机的压频比为电机的额定电压与额定频率之比),而且还必须考虑负载的机械特性对于普通异步电机在一般调速应用时,其基准电压与基准频率按出厂值设定(基准电压380V,基准频率50Hz),即满足使用要求但对于某些行业使用的较特殊的电机,就必须根据实际情况重新设定基准电压与基准频率的参数由于变频器使用说明书以及有关书籍中没有对这两个参数作详细介绍,因此正确的设定该参数对于不少使用者来说,并非很容易的事为此,本文结合变频调速的基本控制方式及负载的机械特性与基准电压、基准频率参数的关系,列举实例,详细说明基准电压与基准频率参数的设定方法
二、变频调速的基本控制方式与基准电压、基准频率的关系 电机用变频器调速时有两种情况--基频(基准频率)以下调速和基频以上调速(见图1)必须考虑的重要因素是尽量保持电机主磁通为额定值不变如果磁通过弱(电压过低),电机铁心不能得到充分利用,电磁转矩变小,负载能力下降如果磁通过强(电压过高),电机处于过励磁状态,电机因励磁电流过大而严重发热根据电机原理可知,三相异步电机定子每相电动势的有效值E1=
4.44f1N1Φm式中E1--定子每相由气隙磁通感应的电动势的有效值,V;f1--定子频率,Hz;N1--定子每相绕组有效匝数;Φm-每极磁通量由式中可以看出,Φm的值由E1/f1决定,但由于E1难以直接控制,所以在电动势较高时,可忽略定子漏阻抗压降,而用定子相电压U1代替那么要保证Φm不变,只要U1/f1始终为一定值即可这是基频以下调时速的基本情况,为恒压频比(恒磁通)控制方式,属于恒转矩调速从图1可以看出,基准频率为恒转矩调速区的最高频率,基准频率所对应的电压为即为基准电压,是恒转矩调速区的最高电压,在基频以下调速时,电压会随频率而变化,但两者的比值不变在基频以上调速时,频率从基频向上可以调至上限频率值,但是由于电机定子不能超过电机额定电压,因此电压不再随频率变化,而保持基准电压值不变,这时电机主磁通必须随频率升高而减弱,转矩相应减小,功率基本保持不变,属于恒功率调速区由图1可见,基准频率为恒功率调速区的最低频率,是恒转矩调速区与恒功率调速区的转折点,而基准电压值在整个恒功率调速区内不再随频率变化而改变
三、负载的机械特性与基准电压,基准频率的设定 合理地使用变频器,必须了解所驱动负载的机械特性根据不同的使用目的,负载基本上可分为恒转矩负载、恒功率负载以及平方转矩负载等三类恒转矩负载其所需转矩基本不受速度变化的影响(T=定值),对于该类负载,变频器的整个工作区最好运行在基频以下,这时变频器的输出特性正好能满足负载的要求恒功率负载在转速越高时,所需转矩越小(T×N=定值),对于恒功率负载来说,电机的工作频率若运行在基频以上,其所要求的机械特性将与变频器的输出特性相吻合至于平方转矩负载,它所要求的转矩与转速的平方成正比(T/N2=定值),电机应运行在基频以下较为合理需要注意的是平方转矩负载的工作频率绝不能超过工频(除非变频器容量大一个等级)否则变频器与电机将严重过载
四、设定实例例一一台化纤纺丝计量泵电机型号为FTY-550-6,既550W6极三相永磁同步电动机铭牌参数如下工作电压
62.5-125-475V,工作频率25-50-190HZ,电机功率275-550-2090W,转速500-1000-3800R/min,电流4A其工作范围较宽,铭牌参数与一般异步电动机不同,左边的数值为电机正常工作时(不失步)的下限,右边数值为电机正常工作时的最大值,中间值为额定值(50HZ)该电机压频比为125V/50HZ=
2.5,使用三垦SAMCO-I1HF
1.5K变频器若只按电机参数设定,电机的额定电压与额定频率值既为变频器的基准电压与基准频率值,基准电压(代码为CD005)设为125V,基准频率(CD006)为50HZ(出厂值)不变,这样设定,电机工作在基频以下时,电机驱动计量泵毫无问题,但计量泵属于恒转矩负载,若在计量泵要求较高转速(如90HZ)时,那么频率虽然可调至90HZ,但此时电机工作电压仍为125V,实际压额比为125/90HZ=
1.39,电磁转矩变小,无法提供负载所需转矩,使计量泵不能正常工作正确的设定应为CD005=475V,CD006=190HZ,在这里基准电压虽设为475V,但由于变频器不具有升压功能,其实际输出电压由输入电压的最大值决定,所以这样设定只对增大V/F图形的斜率有效,并不真能达到475V因此也可以这样设定CD005=380V,CD006=152HZ,变频器的压频比仍为380V/152HZ=
2.5不变,电机整个工作段都处于恒转矩调速范围,满足了负载特性的要求例2一台纺织用三相异步调速电动机,额定功率60W,额定电压110V,额定频率50HZ,调速范围40-110HZ,额定电流034A,4极,因此该电机的压频比为110V/50HZ=22所驱动负载为恒功率特性驱动变频器原来准备用富士FRN15G11S-4CX(驱动六台电机)但该变频器的基准电压(富士变频器额定电压)最低只能调到320V,根据电机的压频比,要保证电机运行在50HZ时工作电压为110V,电机能正常工作但该负载工作转速调节范围较宽,如果要求运行在110HZ那么此时电机电压将达到242V,高出额定电压一倍多,其结果可想而知若以110HZ时电机工作电压为110V来设定,则设额定电压为320V(最低值),基准频率为320HZ,那么电机运行在110HZ时,电压正好为电机额定电压但这时变频器的压频比为320V/320HZ=1,因此在电机运行于40HZ时,其电压仅为40V,显然没有足够的功率驱动负载所以该型富士变频器不能满足使用要求改用三星SAMCO-IIHF
1.5K变频器,设基准电压CD005=110V,基准频率CD006=50HZ,这样电机从50-110HZ调速时其电压值保持在110V不变,电机工作在恒功率调速区,与负载的机械特性相符,不会再有超过电机额定电压或功率不足的现象发生◎丹佛斯变频器能带同步电机吗?可以VLT5000,VLT2800的参数101应设为特殊电机特性,通过设置参数422到432的电压/频率曲线来满足电机调速性能电机电压/频率特性可从电动机生产商处获得或通过经验调整◎一台变频器可带多台电机吗?可以对于VLT5000,VLT2800,参数101-转矩特性应设为特殊电机特性对于VLT6000,参数101应设为并联电机应注意所有电机的额定电流之和不能超过变频器额定输出电流另外变频器将不能对单个电机进行过载保护为防止电动机过载而损坏,应在电机侧__热保护继电器◎在电机自适配时VLT2880;VLT2881;VLT2882的AMT功能不起作用原因:VLT2880;VLT2881;VLT2882无此功能◎怎样设置PID?如过程控制,压力调节VLT6000PID调试参数,供参考
1.100选择---闭环closedloop
2.415选择---单位---根据客户的要求例如-Bar根据传感器的量程----如0-16Bar选择
3.
41304.
414165.
20406.
205167.416选择---线性liner
8.417选择---最大__ximum
9.418选择---__ar根据实际要求
10.422选择起动频率45Hz
11.423选择---
0.
512.424选择---
10.
13.425选择---Off.◎本机操作使变频器运转步骤VLT2800VLT
50001.将P002改成本机操作LOCAL
2.将P013改成本机控制与开环LOCCTRL/OPENLOOP
3.将P003设定所需频率
4.按起动键START◎在远程控制方式下如何用面板调速?在远程控制方式下可通过预置给定值进行调速VLT5000,VLT2800为参数215到218VLT6000为参数211到214该值为参数205-最大给定值的百分比◎怎样从端子启动变频器?首先将变频器设为远程控制VLT5000和VLT2800的参数002设为0VLT6000从面板按下AUTOSTART将端子12和27短接(因端子27出厂设置的功能为惯性停机)然后可通过短接端子18和12启动端子18的出厂功能为启动调速可通过模拟量输入端子53,54或60进行在按过操作面板上的STOP后,操作面板上的频率显示值将闪烁此时端子启动将不起作用需要按操作面板上的START来取消启动封锁◎怎样实现速度同步?精确的同步可使用丹佛斯的同步同位选件一般的同步功能可使用变频器的模拟输入/输出功能来实现◎VLT2800VLT5000VLT6000VLT8000在接通电源后漏电保护开关动作检查整流桥及接正常原因漏点保护开关选型不正确选型-必须使用能够保护带直流分量的故障电流的部件(3相整流桥)在上电时能够承受瞬间峰值电流的冲击能够接受300__漏地电流的存在◎我在使用同步与定位卡(SyncPos)时经常出现告警号O.EER13,请问是什么问题答同步与定位控制卡使用了与VLT5000系列变频器不同的故障代码O.EER13是同步与定位卡(SyncPos)专用的告警提示信息该信息的基本含义是综合运行条件不足通常是VLT5000系列的停车端子27处于有效状态而导致VLT不能运行可能的原因主要有1)LCP的STOP键处于有效状态处理办法检查LCP的显示是否闪动如果是,则按下LCP的START键后,再通过SyncPos的控制端子,或者其编译环境下的Esc键即可消除告警提示2)VLT的停车端子27的外部接线不良导致告警检查办法检查并纠正外部接线故障◎VLT2800变频器有时在刚起动电时0Hz,就有很高电流,很容易引起过流跳闸原因变频器内部预先设置值过高改变P108,P109参数到与电机匹配变频器是由主回路和控制回路两大部分组成的见图1;主回路由整流器(整流模块)、中间电路(滤波电路)和逆变器(大功率晶体模块)三个主要部分组成,控制回路则由单片机、驱动电路和光电隔离等电路组成1整流器它与单相或三相交流电源相连接,产生脉动的直流电压2中间电路的三种作用●使脉动的直流电压变得稳定或平滑,供逆变器使用;●通过开关电源为各个控制线路供电;●可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能3逆变器将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压4控制电路它将__传送给整流器、中间电路和逆变器,同时它也接收来自这些部分的__其主要组成部分是输出驱动电路、接收控制电路控制电路的主要功能是●利用__来开关逆变器的半导体器件;●提供操作变频器的各种控制__当变频器出现故障时,它的保护功能自动运行,变频器立即跳闸,电机由运行状态到停止,__指示红色发光二极管开始闪亮液晶显示部分提示__信息代码或故障内容这时可以根据信息代码来分析判断变频器的故障范围,如果是软性故障,可将变频器进行断电复位如还不能恢复正常,只能采用手动或自动初始化,初始化正常后按照参数表重新将数据输入设定这样,变频器就可以在故障较轻的情况下恢复正常使用若经以上操作后变频器仍不正常运转,就要根据故障现象来检查变频器损坏的部位,更换元器件或电路板故障查找时必须按变频器的提示顺序进行在维修过程中,根据故障情况要用数字万用表来检测电子元器件的好坏,如测量不正确就很可能导致错误判断,这将给维修工作造成困难,希望各位同行注意。