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SIEMENS  CPU模塊系列技術(shù)參數(shù)

一 加減速時(shí)間--加速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時(shí)間,減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需時(shí)間。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來(lái)確定加減速時(shí)間。在電動(dòng)機(jī)加速時(shí)須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過(guò)電流,減速時(shí)則限制下降率以防止過(guò)電壓。

加速時(shí)間設(shè)定要求:將加速電流限制在變頻器過(guò)電流容量以下,不使過(guò)流失速而引起變頻器跳閘;減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是:防止平滑電路電壓過(guò)大,不使再生過(guò)壓失速而使變頻器跳閘。加減速時(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算出來(lái),但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定較長(zhǎng)加減速時(shí)間,通過(guò)起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無(wú)過(guò)電流、過(guò)電壓報(bào)警;然后將加減速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短,以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則,重復(fù)操作幾次,便可確定出加減速時(shí)間。
  
二 轉(zhuǎn)矩提升--又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,是為補(bǔ)償因電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低,而把低頻率范圍f/V增大的方法。設(shè)定為自動(dòng)時(shí),可使加速時(shí)的電壓自動(dòng)提升以補(bǔ)償起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使電動(dòng)機(jī)加速順利進(jìn)行。如采用手動(dòng)補(bǔ)償時(shí),根據(jù)負(fù)載特性,尤其是負(fù)載的起動(dòng)特性,通過(guò)試驗(yàn)可選出較佳曲線。對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載,如選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)的輸出電壓過(guò)高,而浪費(fèi)電能的現(xiàn)象,甚至還會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)電流大,而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。
  
三 電子熱過(guò)載保護(hù)--本功能為保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而設(shè)置!它是變頻器內(nèi)CPU根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)電流值和頻率計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的溫升,從而進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。本功能只適用于“一拖一”場(chǎng)合,而在“一拖多”時(shí),則應(yīng)在各臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加裝熱繼電器。

電子熱保護(hù)設(shè)定值(%)=[電動(dòng)機(jī)額定電流(A)/變頻器額定輸出電流(A)]×100%。
  
四 頻率限制--即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號(hào)源出故障,而引起輸出頻率的過(guò)高或過(guò)低,以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。在應(yīng)用中按實(shí)際情況設(shè)定即可。此功能還可作限速使用,如有的皮帶輸送機(jī),由于輸送物料不太多,為減少機(jī)械和皮帶的磨損,可采用變頻器驅(qū)動(dòng),并將變頻器上限頻率設(shè)定為某一頻率值,這樣就可使皮帶輸送機(jī)運(yùn)行在一個(gè)固定、較低的工作速度上。
  
五 偏置頻率--有的又叫偏差頻率或頻率偏差設(shè)定。其用途是當(dāng)頻率由外部模擬信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行設(shè)定時(shí),可用此功能調(diào)整頻率設(shè)定信號(hào)最低時(shí)輸出頻率的高低,如圖1。有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí),偏差值可作用在0~fmax范圍內(nèi),有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對(duì)偏置極性進(jìn)行設(shè)定。如在調(diào)試中當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí),變頻器輸出頻率不為0Hz,而為xHz,則此時(shí)將偏置頻率設(shè)定為負(fù)的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。
六 頻率設(shè)定信號(hào)增益----此功能僅在用外部模擬信號(hào)設(shè)定頻率時(shí)才有效。它是用來(lái)彌補(bǔ)外部設(shè)定信號(hào)電壓與變頻器內(nèi)電壓(+10v)的不*問(wèn)題;同時(shí)方便模擬設(shè)定信號(hào)電壓的選擇,設(shè)定時(shí),當(dāng)模擬輸入信號(hào)為最大時(shí)(如10v、5v或20mA),求出可輸出f/V圖形的頻率百分?jǐn)?shù)并以此為參數(shù)進(jìn)行設(shè)定即可;如外部設(shè)定信號(hào)為0~5v時(shí),若變頻器輸出頻率為0~50Hz,則將增益信號(hào)設(shè)定為200%即可。
  
七 轉(zhuǎn)矩限制----可分為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值,經(jīng)CPU進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算,其可對(duì)加減速和恒速運(yùn)行時(shí)的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速和減速控制。假設(shè)加減速時(shí)間小于負(fù)載慣量時(shí)間時(shí),也能保證電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動(dòng)加速和減速。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能提供了強(qiáng)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)矩功能將控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差,而將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi),當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí),甚至在加速時(shí)間設(shè)定過(guò)短時(shí),也不會(huì)引起變頻器跳閘。在加速時(shí)間設(shè)定過(guò)短時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也不會(huì)超過(guò)最大設(shè)定值。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大對(duì)起動(dòng)有利,以設(shè)置為80~100%較妥。

制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小,其制動(dòng)力越大,適合急加減速的場(chǎng)合,如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過(guò)大會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警現(xiàn)象。如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%,可使加到主電容器的再生總量接近于0,從而使電動(dòng)機(jī)在減速時(shí),不使用制動(dòng)電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會(huì)跳閘。但在有的負(fù)載上,如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%時(shí),減速時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象,造成變頻器反復(fù)起動(dòng),電流大幅度波動(dòng),嚴(yán)重時(shí)會(huì)使變頻器跳閘,應(yīng)引起注意。
  
八 加減速模式選擇----又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線,通常大多選擇線性曲線;非線性曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載,如風(fēng)機(jī)等;S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,其加減速變化較為緩慢。設(shè)定時(shí)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,選擇相應(yīng)曲線,但也有例外,筆者在調(diào)試一臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)的變頻器時(shí),先將加減速曲線選擇非線性曲線,一起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)變頻器就跳閘,調(diào)整改變?cè)S多參數(shù)無(wú)效果,后改為S曲線后就正常了。究其原因是:起動(dòng)前引風(fēng)機(jī)由于煙道煙氣流動(dòng)而自行轉(zhuǎn)動(dòng),且反轉(zhuǎn)而成為負(fù)向負(fù)載,這樣選取了S曲線,使剛起動(dòng)時(shí)的頻率上升速度較慢,從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生,當(dāng)然這是針對(duì)沒有起動(dòng)直流制動(dòng)功能的變頻器所采用的方法。
  
九 轉(zhuǎn)矩矢量控制----矢量控制是基于理論上認(rèn)為:異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流,分別進(jìn)行控制,同時(shí)將兩者合成后的定子電流輸出給電動(dòng)機(jī)。因此,從原理上可得到與直流電動(dòng)機(jī)相同的控制性能。采用轉(zhuǎn)矩矢量控制功能,電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩,尤其是電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域。

現(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無(wú)反饋矢量控制,由于變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進(jìn)行轉(zhuǎn)差補(bǔ)償,使電動(dòng)機(jī)具有很硬的力學(xué)特性,對(duì)于多數(shù)場(chǎng)合已能滿足要求,不需在變頻器的外部設(shè)置速度反饋電路。這一功能的設(shè)定,可根據(jù)實(shí)際情況在有效和無(wú)效中選擇一項(xiàng)即可。

與之有關(guān)的功能是轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制,其作用是為補(bǔ)償由負(fù)載波動(dòng)而引起的速度偏差,可加上對(duì)應(yīng)于負(fù)載電流的轉(zhuǎn)差頻率。這一功能主要用于定位控制。
  
十 節(jié)能控制----風(fēng)機(jī)、水泵都屬于減轉(zhuǎn)矩負(fù)載,即隨著轉(zhuǎn)速的下降,負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例減小,而具有節(jié)能控制功能的變頻器設(shè)計(jì)有V/f模式,這種模式可改善電動(dòng)機(jī)和變頻器的效率,其可根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)降低變頻器輸出電壓,從而達(dá)到節(jié)能目的,可根據(jù)具體情況設(shè)置為有效或無(wú)效。

要說(shuō)明的是,九、十這兩個(gè)參數(shù)是很*的,但有一些用戶在設(shè)備改造中,根本無(wú)法啟用這兩個(gè)參數(shù),即啟用后變頻器跳閘頻繁,停用后一切正常。究其原因有:(1)原用電動(dòng)機(jī)參數(shù)與變頻器要求配用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)相差太大。(2)對(duì)設(shè)定參數(shù)功能了解不夠,如節(jié)能控制功能只能用于V/f控制方式中,不能用于矢量控制方式中。(3)啟用了矢量控制方式,但沒有進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)的手動(dòng)設(shè)定和自動(dòng)讀取工作,或讀取方法不當(dāng)。

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然是一種非常高效的調(diào)速裝置,但是在運(yùn)行中,仍然有2%-4%左右的損耗,這些損耗都變成熱量,最終耗散在大氣中。如何把這些熱量順利的從變頻器中帶出來(lái),是變頻器設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的問(wèn)題。

高壓變頻器的發(fā)熱部件主要是兩部分:一是整流變壓器,二是功率元件。功率元件的散熱方式是關(guān)鍵?,F(xiàn)代變頻器一般采用空氣冷卻或者水冷。在功率較小時(shí),采用空氣冷卻就能夠滿足要求。在功率較大時(shí),則需要在散熱器中通水,利用水流帶走熱量,因?yàn)樯崞饕话愣加胁煌碾娢唬员仨毑捎媒^緣強(qiáng)度較好的水,一般采用純凈水,它比普通蒸餾水的離子含量還要低。在水路的循環(huán)系統(tǒng)中,一般還要加離子樹脂交換器,因?yàn)樯崞魃系慕饘匐x子會(huì)不斷的溶解到水中,這些離子需要被吸附清除。

1、變頻器容量的選擇
變頻器容量的選擇是一個(gè)重要且復(fù)雜的問(wèn)題,要考慮變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量的匹配,容易偏小會(huì)影響電動(dòng)機(jī)有效力矩的輸出,影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,甚至損壞裝置,而容量偏大則電流的諧波分量會(huì)增大,也增加了設(shè)備投資。

1.1 變頻器容量選擇的步驟:

變頻器容量選擇可分三步:

(1)了解負(fù)載性質(zhì)和變化規(guī)律,計(jì)算出負(fù)載電流的大小或作出負(fù)載電流圖I=f(t)。

(2)預(yù)選變頻器容量及其他

(3)校驗(yàn)預(yù)選變頻器。必要時(shí)進(jìn)行過(guò)載能力和起動(dòng)能力的校驗(yàn)。若都通過(guò),則預(yù)選的變頻器容量便選定了;否則從(2)開始重新進(jìn)行,直到通過(guò)為止。

在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下,變頻器容量越小越經(jīng)濟(jì)。

1.2 基于不用電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流下變頻器容量的選擇

一般地說(shuō),變頻器的容量有三種表示方法:①額定電流;②適配電動(dòng)機(jī)的額定功率。③額定視在功率。不管是哪一種表示方法,歸根到底還是對(duì)變頻器額定電流的選擇,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)有可能向變頻器吸收的電流來(lái)決定。通常變頻器的過(guò)載能力有兩種:①1.2倍的額定電流,可持續(xù)1分鐘;②1.5倍的額定電流,可持續(xù)1分鐘;而且變頻器的允許電流與過(guò)程時(shí)間呈反時(shí)限的關(guān)系。如1.2(1.5)倍的額定電流可持續(xù)1min;而1.8(2.0)倍的額定電流,可持續(xù)0.5min。這就意味著:①不論任何時(shí)候向電動(dòng)機(jī)提供在1min(或0.5min)以上的電流都必須在某些范圍內(nèi)。②過(guò)載能力這個(gè)指標(biāo),對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),只有在起動(dòng)(加速)過(guò)程中才有意義,在運(yùn)行過(guò)程中,實(shí)際上等同于不允許過(guò)載。

下面討論如何根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流的情況來(lái)選擇變頻器的容量。

1.2.1 一臺(tái)變頻器只供一臺(tái)電動(dòng)使用,即一拖一。

在計(jì)算出負(fù)載電流后,還應(yīng)考慮三個(gè)方面的因素:①用變頻器供電時(shí),電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)相對(duì)工頻供電時(shí)要大些;②電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求。即是由低頻低壓起動(dòng),還是額定電壓、額定頻率直接起動(dòng)。③變頻器使用說(shuō)明書中的相關(guān)數(shù)據(jù)是用該公司的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)測(cè)試出來(lái)的。要注意按常規(guī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電機(jī)在性能上可能有一定差異,故計(jì)算變頻器的容量時(shí)要留適當(dāng)余量。

(1)恒定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算。

由低頻低壓起動(dòng)或由軟起動(dòng)器起動(dòng),而變頻器只用來(lái)完成變頻調(diào)速時(shí),要求變頻器的額定電流稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電流即可:IFN≥1.1IMN,其中,IFN—變頻器額定電流,IMN——電動(dòng)機(jī)額定電流。

額定電壓、額定頻率直接起動(dòng)時(shí),對(duì)三相電動(dòng)機(jī)而言,由電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)可知,起動(dòng)電流是額定電流的5—7倍。因而得用下式來(lái)計(jì)算變頻器的頻定電流。

IFN≥Imst/KFg

式中Imst—電動(dòng)機(jī)在額定電壓,額定頻率時(shí)的起動(dòng)電流。

KFg—變頻器的過(guò)載倍數(shù)

(2)周期性變化負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算。

很多情況下電動(dòng)機(jī)的負(fù)載具有周期性變化的特點(diǎn)。顯然,在此情況下,按最小負(fù)載選擇變頻器的容量,將出現(xiàn)過(guò)載,而按最大負(fù)載選擇,將是不經(jīng)濟(jì)的。由此推知,變頻器的容量可在最大負(fù)載與最小負(fù)載之間適當(dāng)選擇,以便變頻器得到充分利用而又不到過(guò)載。

首先作出電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流圖n=Φt)及I=f(t),然后求出平均負(fù)載電流Iav再預(yù)選變頻器的容量,關(guān)于Iav的計(jì)算采用如下公式:

Iav=(I1t1+I2t2+…+Ijtj+…)÷(t1+t2+…+tj+…)

考慮到過(guò)渡過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)從變頻器吸收的電流要比穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)大,而上述Iav沒有反映過(guò)渡過(guò)程中的情況。因此,變頻器的容量按IFN≥(1.1—1.2)Iav修正后預(yù)選(式中,Ij為第j段運(yùn)行狀態(tài)下的平均電流,tj為第j段運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的時(shí)間,同時(shí)若過(guò)渡過(guò)程在整個(gè)工作過(guò)程中占較大比重,則系數(shù)(1.1—1.2)選偏大的值。

(3)非周期性變化負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算。

這種情形一般難以作出負(fù)載電流圖,可按電動(dòng)機(jī)在輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的電流計(jì)算變頻器的額定電流,可用該式IFN≥IM(max)/KFg(式中IM(max))為電動(dòng)機(jī)在輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的電流,確定。

1.2.2 一臺(tái)變頻器同時(shí)供多臺(tái)電動(dòng)機(jī)使用,即一拖多

除了要考慮一拖一的幾種情形外,還可以根據(jù)以下三種情況區(qū)別對(duì)待。

(1)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)均由低頻低壓起動(dòng),在正常運(yùn)行后不要求其中某臺(tái)因故障停機(jī)的電動(dòng)機(jī)重新直接起動(dòng),這時(shí)變頻器容量按IFN≥IM(max)+ΣIMN,(式中ΣIMN,為其余各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流之和。IMst(max)為最大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流?

(2)一部分電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng),另一部分電動(dòng)機(jī)由低頻低壓起動(dòng)。

除了使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的總電流不超過(guò)變頻器的額定輸出電流之外,還要考慮所有直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流,即IFN≥(ΣIMst’+ΣIMN’)/ KFg ,(式中,ΣMisty為所有直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)在額定電壓,額定頻率下的起動(dòng)電流總和,ΣIMN為全部電動(dòng)機(jī)額定電流的總和)。

上述是變頻器容量選擇的一般原則和步驟。生產(chǎn)實(shí)際中,還需要針對(duì)具體生產(chǎn)機(jī)制的特殊要求,靈活處理,很多情況下,也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或供應(yīng)商提供的建議,采用一些比較實(shí)用的方法。

2、變頻器起動(dòng)加速為能力的校驗(yàn)
在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)(加速)的過(guò)程中電動(dòng)機(jī)不僅要負(fù)擔(dān)穩(wěn)速運(yùn)行的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,還要負(fù)擔(dān)加速轉(zhuǎn)矩,如果生產(chǎn)機(jī)械對(duì)起動(dòng)(加速)時(shí)間無(wú)特殊要求,可適當(dāng)延長(zhǎng)起動(dòng)(加速為)時(shí)間來(lái)避讓峰值電流。若生產(chǎn)機(jī)械對(duì)起動(dòng)(加速)時(shí)間有一定要求,就要慎重考慮。如前所述,變頻器的允許電流與過(guò)程時(shí)間呈反時(shí)限關(guān)系。如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)(加速)時(shí),其電流小于變頻器的過(guò)載能力,則預(yù)選容量通過(guò),如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)(加速)時(shí),其電流已達(dá)到變頻器的過(guò)載能力,而要求的加速時(shí)間又與變頻器過(guò)載能力規(guī)定的時(shí)限發(fā)生沖突,這時(shí),變頻器的容量應(yīng)在預(yù)選容量的基礎(chǔ)上增容。

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