變頻器詳細解讀

1引言安川616G5變頻器是世界上最早的電流型矢量控制變頻器之一，其調(diào)速范圍達到1:1000,控制精度達到0.02%，具備在零速啟動力矩可以達到150%的特色。尤其安川獨特的全領(lǐng)域、全自動力矩提升功能在電梯拖動中能獲得良好的舒適感和穩(wěn)定性。G5可以接受控制器如PLC等的多段速頻率指令或者模擬電壓、電流指令;可以通過自學(xué)習(xí)適應(yīng)各種電機并獲得良好的矢量控制特性；低速下平穩(wěn)啟動性極好;硬件可靠性與性價比極高。2VVVF型電梯的基本原理根據(jù)電機學(xué)理論，交流電動機的轉(zhuǎn)速公式為：n=60f(1-s)/p上式中：f為定子的電源頻率;p為極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率；n為轉(zhuǎn)速。因此，交流電機可有以下幾種調(diào)速方法：改變電機極對數(shù)p，可以改變電機轉(zhuǎn)速。這是交流雙速梯采用的調(diào)速方法。通過調(diào)整定子繞組電壓大小來改變轉(zhuǎn)差率s,以達到調(diào)速目的。這是交流調(diào)速梯采用的調(diào)速方法。改變定子電源頻率f也可達到調(diào)速目的，但f最大不能超過電機額定頻率。電梯作為恒轉(zhuǎn)矩負載調(diào)速時為保持最大轉(zhuǎn)矩不變，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式M=Cm0Icos^式中Cm為電機常數(shù)，I為轉(zhuǎn)子電流，e為電機氣隙磁通，cos^為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。必須保持^恒定，又根據(jù)電壓公式u=4.44fWke，式中U為定子電壓，f為定子電壓頻率，W為定子繞組匝數(shù)，k為電機常數(shù)，必須保持U/f為常數(shù)，即變頻器必須兼?zhèn)渥儔鹤冾l兩種功能簡稱為VVVF(VaryVoltageVaryFrequency)型變頻器，這就是VVVF型電梯的基本控制原理。3選擇功率與其他配件通常變頻器在電梯應(yīng)用中還需要制動單元與制動電阻，在再生狀態(tài)時獲得足夠的制動力矩;還需要配置PG速度卡獲得編碼器的速度反饋信號；在長期發(fā)電機運行及其他特殊場所還需要配置交流電抗器。變頻器一般按照電機的功率放大一級選擇，為了獲得變頻器理想的控制性能，一般變頻器功率應(yīng)當(dāng)滿足下式：變頻器功率＞Kx1.732xVmx|m其中，K為電流波形校正系數(shù)，Vm為電機額定電壓，Im為電機額定電流。3.1制動單元的選擇在變頻器應(yīng)用中當(dāng)轎廂空載上升或重載下降時，拖動系統(tǒng)存在位能負荷下放。電動機將處于再生發(fā)電制動運行狀態(tài)，使電動機回饋的能量通過逆變環(huán)節(jié)中并聯(lián)的二極管流向直流環(huán)節(jié)給濾波電容器充電。當(dāng)回饋能量較大時，會引起直流環(huán)節(jié)電壓升高發(fā)生故障，電動機急速減速也會造成上述現(xiàn)象。解決辦法是在變頻器直流環(huán)節(jié)并聯(lián)制動單元和制動電阻。制動單元是變頻器一個可選組件，內(nèi)設(shè)檢測和控制電路，其工作時對變頻器的直流回路電壓進行在線檢測。當(dāng)電壓超過設(shè)定允許值時，觸發(fā)制動器晶體管導(dǎo)通，經(jīng)電阻釋放能量維持變頻器的直流母線電壓在正常工作范圍內(nèi)，一個制動單元可并聯(lián)幾個電阻，視工況而定。3.2電阻的選擇電阻的選擇非常重要，電阻選擇過大則制動力矩不足，電阻選擇過小則電流過大、電阻發(fā)熱等問題難以解決。一般我們推薦的電阻功率和阻值內(nèi)選擇，對于提升高度較大、電機轉(zhuǎn)速較高的情況可以適當(dāng)減小電阻以得到較高的制動力矩，如果最小值不能滿足制動力矩的話，要更換大一級功率的變頻器。制動單元和制動電阻應(yīng)根據(jù)回饋最大能量及時間來選用。一般制動電阻器的選擇應(yīng)使制動電流Is不超過變頻器的額定電流Ie，制動電阻最大功率Pmax要小于1.5倍的變頻器功率，然后與過載系數(shù)相乘。過載系數(shù)與減速時間和持續(xù)制動時間有關(guān)，具體要廠家提供電阻器過載系數(shù)及參數(shù)樣本。制動電阻的計算不再贅述，我司提供相關(guān)樣本及配置。采用制動電阻消耗電機再生制動時送回直流回路的電能，變頻器制造廠家通常提供用戶可選件一制動單元及制動電阻。制動過程中，當(dāng)直流電路電壓高于正常電壓70V時，制動單元中的IGBT進行直流斬波，使制動電阻流過電流消耗再生電能。3.3PG卡PG卡一般選擇PG-B2，僅在編碼器為線輸出或者需要編碼器脈沖在2000p/r時選擇PG-X2,速度卡均可提供最大32分頻輸出，可供控制器計數(shù)使用。3.4光電編碼器選用增量式600p/r，推挽放大輸出，A相B相Z相原點信號，軸徑8mm中空型的編碼器。4系統(tǒng)組成系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由下列部分構(gòu)成：圖1硬件組成圖4.1PLC可編程控制器PLC，完成系統(tǒng)邏輯控制部分。PLC負責(zé)處理各種信號的邏輯關(guān)系.從而向變頻器發(fā)出起停等信號，同時變頻器也將工作狀態(tài)信號送給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系，它是系統(tǒng)的核心。4.2變頻器變頻器，實現(xiàn)電動機調(diào)速。高速電梯（1.6m/s以上的速度）一般都采用專用變頻器。而低速電梯采用低價格的通用變頻器也可以滿足要求。如安川616G5通用變頻器可實現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動機達到理想輸出。并將無PG的U/f控制、無PG矢量控制、有PG的U/f控制、有PG矢量控制的四種控制方式融為一體，其中有PG矢量控制是最適合電梯控制要求的。容量選擇最好是采用大一數(shù)量級選配，電梯電動機一般選llkW或15kW的異步電動機。即11kW的電動機選15kW的變頻器，15kW的電動機選18kW的變頻器。4.3旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡，實現(xiàn)閉環(huán)運行。為滿足電梯的要求，變頻器又要通過與電動機同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡，完成速度檢測及反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機同軸連接，對電動機進行測速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B兩相脈沖，旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)AB脈沖的相序，可判斷電動機轉(zhuǎn)動方向，并可根據(jù)A、B脈沖的頻率測得電動機的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號送給變頻器內(nèi)部，以便進行運算調(diào)節(jié)。4.4制動電阻制動電阻，消耗回饋電能，抑制直流電壓升高。當(dāng)電梯減速運行時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時，同步轉(zhuǎn)速下降，交一直一交變頻器的直流母線電壓升高，為了能消耗回饋電能，抑制直流電壓升高，還必須配置制動電阻。5變頻器參數(shù)設(shè)置目前，在電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌較多，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同。但就其總的控制思想?yún)s是大同小異?，F(xiàn)以VARISPEED-616G5變頻器為例，說明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點及程序設(shè)計要點。如圖1所示，為616G5變頻器的框圖。由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關(guān)量而不用模擬量。由于616G5為通用型變頻器，因而用在電梯控制上為了滿足運行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求，其參數(shù)設(shè)置比專用型變頻器要復(fù)雜得多。下面僅介紹幾個主要參數(shù)的設(shè)置:為了減小啟動沖擊及增加乘客的舒適感，其調(diào)速系統(tǒng)的速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些，故選C5-01=5,C5-02=2s。為了提高運行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊，故選Dl-02=50Hz,Dl-03=5Hz。檢修慢車頻率可選Dl-09=12Hz。而“S曲線特性可防止啟動、換速或停止時產(chǎn)生振動，這在電梯中最為適用，可使乘坐舒適感大大改善。此外，該變頻器的故障診斷、檢測、記憶等功能對系統(tǒng)維護亦非常方便、實用。為了保證平層精度及運行的可靠性曳引電動機的轉(zhuǎn)速控制應(yīng)是閉環(huán)的，其轉(zhuǎn)速的檢測由和電動機同軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器完成。必須保證旋轉(zhuǎn)編碼器和電動機連接時的同心度和可靠性，以保證速度采樣的準(zhǔn)確度。變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機名牌參數(shù)直接輸入。電梯運行理想曲線如圖2。為使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設(shè)置后，需使變頻器對所驅(qū)動的電動機進行自學(xué)習(xí)，其方法是：將曳引機制動輪與電動機軸脫離，使電動機處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機，變頻器便可自動識別并存儲電動機有關(guān)參數(shù)，使變頻器能對該電動機進行最佳控制。至此，變頻器參數(shù)設(shè)置完畢。圖2電梯運行理想曲線軟件設(shè)計主要涉及到參數(shù)設(shè)置。具體參數(shù)設(shè)置如下：A1-01=4A1-02=3B1-01=0C1-01=3sC1-02=2C2-01=0.7sC2-02=0.7sC2-03=0.6sC2-04=0.7sC5-01=5C5-02=2sD1-02=50HzD1-03=5HzD1-09=12HzE1-01=380VE1-04=50HzE2-01=電動機額定電流E2-04=電動機電極極數(shù)E1-05=380VH2-01=37H3-05=1FL3-04=0L6-01=4L6-03=10sL6-04=4L6-05=200L6-06=2sL8-01=1L8-05=1L8-07=1F1-01=600(PG脈沖數(shù))F1-05=1/0其他參數(shù)按變頻器出廠值。6常見問題分析上述系統(tǒng)在使用過程中可能會遇到以下問題，茲列舉如下。下行正常，上行時減速不正常電梯應(yīng)用時，L3-04必須設(shè)定設(shè)定為0；如果制動電阻阻值過大，也會造成制動力不足，上行再生制動時制動電流不足；觀察空載電梯上升時電阻有無放電聲判斷制動單元是否工作。上下行減速異常檢查電機功率、電流、級數(shù)設(shè)置、輸入電壓及是否缺相。下行正常，上行運行較遠時(如15m以上)電梯出現(xiàn)過電壓保護檢查制動電阻阻值和功率，減小制動電阻值。電機過熱長期低速高力矩運行;沒有進行自學(xué)習(xí)而設(shè)定的參數(shù)差異太大；檢修運行或者爬行運行沒有在零速報閘(檢修運行最好使用點動運行，而不是多段速運行有較長的減速時間);注意L5-01應(yīng)設(shè)定為1。電流不大，但是漏電保護斷路器容易動作變頻工作有漏電流產(chǎn)生，普通的漏電保護開關(guān)不能使用，請使用專用型或者漏電檢出值較高的斷路器。開環(huán)運行不震動，閉環(huán)運行震動編碼器必須安裝正常;C5-01不能設(shè)定過大，C5-02不能設(shè)定過小，進行部分調(diào)整試試;C7-02振蕩防止增益調(diào)整試驗。啟動與停止震動方向指令、頻率指令、報閘控制的時間配合是否與我們推薦值相差太遠編碼器必須安裝正常；電機軸承與減速箱是否老化。高速運行震動編碼器安裝必須正常；檢查導(dǎo)靴安裝是否太緊。加速完成與減速開始有沖擊感C2-01/02/03/04參數(shù)是否為正常設(shè)置；減小C5-01，可增大C5-02試試。電機完全失控檢查運行時變頻器是否在驅(qū)動狀態(tài)(最好通過變頻器輸出RUN狀態(tài)與控制器進行聯(lián)鎖控制，以保證變頻器在參數(shù)設(shè)置等狀態(tài)電梯不會運行)；控制器的運行指令與頻率給定是否異常。變頻器干擾工頻電源加裝交流電抗器可以有效抑制高次諧波；減小載波頻率也可減小高次諧波。變頻器過熱變頻器風(fēng)