變頻器的工程應(yīng)用實例

變頻器的工程(gōngchéng)應(yīng)用

劉美俊

共八十五頁西門子公司標(biāo)準(zhǔn)通用型變頻器主要包括MM4、MM3系列變頻器和電動機變頻器一體化裝置(zhuāngzhì)三大類。其中，MM4系列變頻器包括MM440矢量型通用變頻器、MM430節(jié)能型通用變頻器、MM420基本型通用變頻器和MM410緊湊型通用變頻器四個系列，這也是目前應(yīng)用較為廣泛的變頻器。下面重點介紹MM440變頻器的操作方法及應(yīng)用注意事項。共八十五頁MM440變頻器的電氣(diànqì)安裝

共八十五頁在變頻器與電動機和電源線連接時必須注意以下幾點：1）變頻器必須接地。2）在變頻器與電源線連接或更換變頻器的電源線之前，應(yīng)完成電源線的絕緣測試(cèshì)。3）確信電動機與電源電壓的匹配是正確的。4）不允許把MM440變頻器連接到電壓更高的電源上。共八十五頁MM440的開關(guān)(kāiguān)量運行

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MM440變頻器有6個數(shù)字輸入端口，用戶可根據(jù)需要設(shè)置每個端口的功能。從P0701～P0706為數(shù)字輸入1功能至數(shù)字輸入6功能，每一個數(shù)字輸入功能設(shè)置參數(shù)值范圍均從0～99，工廠默認(rèn)值為1，下面列出其中幾個參數(shù)值，并說明其含義。（1）參數(shù)值為1：ON接通正轉(zhuǎn)，OFFl停車。（2）參數(shù)值為2：ON接通反轉(zhuǎn)(fǎnzhuǎn)，OFFl停車。（3）參數(shù)值為3：OFF2（停車命令2），按慣性自由停車。（4）參數(shù)值為4：OFF3（停車命令3），按斜坡函數(shù)曲線快速降速（5）參數(shù)值為9：故障確認(rèn)。共八十五頁

（6）參數(shù)值為10：正向點動。（7）參數(shù)值為11：反向點動。（8）參數(shù)值為17：固定頻率(pínlǜ)設(shè)定值。（9）參數(shù)值為25：直流注入制動。MM440變頻器數(shù)字輸入控制端口開關(guān)量運行接線如圖所示。在圖中SBl～SB4為帶自鎖按鈕，分別控制數(shù)字輸入5～8端口。端口5設(shè)置為正轉(zhuǎn)控制，其功能由P0701的參數(shù)值設(shè)置。端口6設(shè)為反轉(zhuǎn)控制，其功能由P0702的參數(shù)值設(shè)置。端口7設(shè)為正向點動控制，其功能由P0703的參數(shù)值設(shè)置。端口8設(shè)為反向點動控制，其功能由P0704的參數(shù)值設(shè)置。頻率和時間各參數(shù)在變頻器的前操作面板上直接設(shè)置。共八十五頁

系統(tǒng)操作步驟如下：（1）連接好電路，檢查線路(xiànlù)正確后合上變頻器電源空氣開關(guān)Q。（2）恢復(fù)變頻器工廠默認(rèn)值。按下P鍵，變頻器開始復(fù)位到工廠默認(rèn)值。（3）設(shè)置電動機參數(shù)，然后設(shè)P0010＝0，變頻器當(dāng)前處于準(zhǔn)備狀態(tài)，可正常運行。（4）設(shè)置數(shù)字輸入控制端口開關(guān)操作運行參數(shù)，共八十五頁1）電動機正向運行。當(dāng)按下按鈕SB1時，變頻器數(shù)字輸入端口5為“ON”，電動機按P1120所設(shè)置的5s斜坡(xiépō)上升時間正向起動，經(jīng)5s后穩(wěn)定運行在560r/min的轉(zhuǎn)速上。此轉(zhuǎn)速與Pl040所設(shè)置的20Hz頻率對應(yīng)。松開按鈕SB1，數(shù)字輸入端口5為“OFF”，電動機按P1121所設(shè)置的5s斜坡下降時間停車，經(jīng)5s后電動機停止運行。2）電動機反向運行。如果要使電動機反轉(zhuǎn)，則按下按鈕SB2，變頻器數(shù)字輸入端口“6”為“ON”，電動機按P1120所設(shè)置的5s斜坡上升時間反向起動，經(jīng)5s后反向運行在560r/min的轉(zhuǎn)速上。此轉(zhuǎn)速與P1040所設(shè)置的20Hz頻率對應(yīng)。松開帶鎖按鈕SB2，數(shù)字輸入端口6為“OFF”，電動機按P1121所設(shè)置的5s斜坡下降時間停車，經(jīng)5s后電動機停止運行。共八十五頁3）電動機正向點動運行。當(dāng)按下正向點動按鈕SB3時，變頻器數(shù)字輸入(shūrù)端口7為“ON”，電動機按P1060所設(shè)置的5s點動斜坡上升時間正向點動運行，經(jīng)5s后正向穩(wěn)定運行在280r/min的轉(zhuǎn)速上。此轉(zhuǎn)速與P1058所設(shè)置的10Hz頻率對應(yīng)。當(dāng)松開按鈕SB3時，數(shù)字輸入端口7為“OFF”，電動機按P1061所設(shè)置的5s點動斜坡下降時間停車。4）電動機反向點動運行。當(dāng)按下反向點動按鈕SB4時，變頻器數(shù)字輸入端口8為“ON”，電動機按P1060所設(shè)置的5s點動斜坡上升時間反向點動運行，經(jīng)5s后反向穩(wěn)定運行在280r/min的轉(zhuǎn)速上，此轉(zhuǎn)速與P1058所設(shè)置的10Hz頻率對應(yīng)。當(dāng)松開按鈕SB4時，數(shù)字輸入端口8為“OFF”，電動機按P1061所設(shè)置的5s點動斜坡下降時間停車。共八十五頁MM440模擬量運行(yùnxíng)

MM440變頻器可以通過6個數(shù)字輸入端口對電動機進(jìn)行正反轉(zhuǎn)運行、正反轉(zhuǎn)點動運行方向控制，可通過基本操作板BOP或高級操作板AOP來設(shè)置正反向轉(zhuǎn)速的大??；也可以由數(shù)字輸入端口控制電動機的正反轉(zhuǎn)方向，由模擬輸入端控制電動機轉(zhuǎn)速的大小。MM440變頻器為用戶提供(tígōng)了兩對模擬輸入端口，即端口3、4和端口10、11，如下圖所示。共八十五頁模擬信號操作(cāozuò)時的接線

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圖中，通過設(shè)置P0701的參數(shù)值，使數(shù)字輸入5端口具有正轉(zhuǎn)控制功能；通過設(shè)置P0702的參數(shù)值，使數(shù)字輸入6端口具有反轉(zhuǎn)控制功能；模擬輸入3、4端口外接電位器，通過3端口輸入大小可調(diào)的模擬電壓信號，控制電動機轉(zhuǎn)速的大小，即由數(shù)字輸入端控制電動機轉(zhuǎn)速的方向，由模擬輸入端控制轉(zhuǎn)速的大小。由圖可知，MM440變頻器的1、2輸出端為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電位器RP1提供＋10V直流穩(wěn)壓電源。為了確保(quèbǎo)交流調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，MM440變頻器通過1、2輸出端為用戶的給定單元提供了一個高精度的直流穩(wěn)壓電源

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操作步驟

（1）連接電路，檢查接線正確后合上變頻器電源空氣開關(guān)Q。（2）恢復(fù)變頻器工廠默認(rèn)值。按下P鍵，變頻器開始復(fù)位到工廠默認(rèn)值。（3）設(shè)置(shèzhì)電動機參數(shù)。設(shè)P0010＝0，變頻器當(dāng)前處于準(zhǔn)備狀態(tài)，可正常運行。（4）設(shè)置模擬信號操作控制參數(shù)。共八十五頁

1）電動機正轉(zhuǎn)：按下電動機正轉(zhuǎn)按鈕SB1，數(shù)字輸入端口5為“ON”，電動機正轉(zhuǎn)運行，轉(zhuǎn)速由外接電位器RP1來控制，模擬電壓信號從0V～＋10V變化，對應(yīng)變頻器的頻率從0～50Hz變化，通過調(diào)節(jié)電位器RP1改變(gǎibiàn)MM440變頻器3端口模擬輸入電壓信號的大小，可平滑無級地調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的大小。當(dāng)松開按鈕SB1時，電動機停止。通過P1120和P1121參數(shù)，可設(shè)置斜坡上升時間和斜坡下降時間。2）電動機反轉(zhuǎn)：當(dāng)按下電動機反轉(zhuǎn)按扭SB2時，數(shù)字輸入端口6為“ON”，電動機反轉(zhuǎn)運行，與電動機正轉(zhuǎn)相同，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的大小仍由外接電位器RP1來調(diào)節(jié)。當(dāng)放開按鈕SB2時，電動機停止。共八十五頁

［例1］西門子MM440變頻器的AOP面板僅能存儲一組參數(shù)。處理(chǔlǐ)方法：變頻器選型手冊中介紹AOP面板中能存儲10組參數(shù)，但在用AOP面板做第二臺變頻器參數(shù)的備份時，顯示“存儲容量不足”。其解決辦法如下：（1）在菜單中選擇“語言”項。（2）在“語言”項中選擇一種不使用的語言。（3）按Fn＋A鍵選擇刪除，經(jīng)提示后，按P鍵確認(rèn)。這樣，AOP面板就可以存儲10組參數(shù)。造成這種現(xiàn)象的原因可能是設(shè)計時AOP面板中的內(nèi)存不夠。MM440的維護(hù)(wéihù)實例

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［例2］MM440變頻器調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)只有(zhǐyǒu)參數(shù)P003和P004能被修改，其余參數(shù)都是只讀，不能修改。處理方法：這是由于用戶在調(diào)試過程中修改了參數(shù)P927（該參數(shù)用于定義修改參數(shù)的接口）造成的。其定義如下：Bit00：PROFIBUS/CBBit01：BOPBit02：BOP鏈路的USSBit03：COM鏈路的USS某位為“1”時，表示該位有效。Bit01為“1”表示用戶可通過BOP修改參數(shù)。變頻器顯示面板7段顯示結(jié)構(gòu)圖如圖所示。共八十五頁

變頻器顯示(xiǎnshì)面板7段顯示結(jié)構(gòu)圖

共八十五頁［例3］怎樣實現(xiàn)用編碼器作為速度給定？處理方法：編碼器裝在與紗錠相連(xiānɡlián)的測速軸上，作為變頻器MM440的速度給定，如圖所示。用編碼器作為速度給定，需要做以下參數(shù)設(shè)置：（1）P1300不能為21或23，即不能為閉環(huán)速度或閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制。（2）P0400設(shè)為1或2，激活編碼器對速度進(jìn)行檢測，如表所示。（3）P1070設(shè)定為63。共八十五頁

編碼器的連接(liánjiē)

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MM440變頻器在料車卷揚調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)中的應(yīng)用

料車機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)示意圖共八十五頁

1．交流電動機的選用煉鐵高爐主卷揚機變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)在選擇交流異步電動機時，需要(xūyào)考慮以下問題：應(yīng)注意低頻時有效轉(zhuǎn)矩必須滿足的要求；電動機必須有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩來確保重載起動。針對本系統(tǒng)100m3的高爐，選用Y280S-8的三相交流感應(yīng)電動機，其額定功率為37kW，額定電流為78.2A，額定電壓為380V，額定轉(zhuǎn)速為740r/min，效率為91%，功率因數(shù)為0.79。共八十五頁

本系統(tǒng)選用西門子MM440，額定功率55kW，額定電流110A的變頻器。該變頻器采用高性能的矢量控制技術(shù)，具有超強的過載能力，能提供持續(xù)3s的200%過載能力，同時提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性。（2）制動單元(dānyuán)。從上料卷揚運行速度曲線可以看出，料車在減速或定位停車時，應(yīng)選擇相應(yīng)的制動單元及制動電阻，使變頻器直流回路的泵升電壓UD保持在允許范圍內(nèi)。共八十五頁

可編程序控制器選用西門子S7-300，這種型號的PLC具有通用性應(yīng)用、高性能、模塊(mókuài)化設(shè)計的性能特征，具備緊湊設(shè)計模塊(mókuài)。由于使用了MMC存儲數(shù)據(jù)和程序，系統(tǒng)免維護(hù)。電源模塊為PS-3072A，插入1號槽。CPU為CPU315-2DP（保留PROFIBUS-DP接口，為今后組成網(wǎng)絡(luò)作準(zhǔn)備），型號6ES7315-1AF03-0AB0，插入2號槽。數(shù)字輸入模塊選SM321DI16×DC24V，型號6ES7321-1BH02-0AA0兩塊，一塊插入4號槽內(nèi)，地址范圍為I0.0～I(xiàn)0.7及I1.0～I(xiàn)1.7；另一塊插入5號槽內(nèi)，地址范圍為I4.0～I(xiàn)4.7及I5.0～I(xiàn)5.7。數(shù)字輸出模塊選SM322DO16×DC24V/0.5A，6ES7322-1BH01-0AA0型一塊，插入6號槽內(nèi)，地址范圍為Q8.0～Q8.7及Q9.0～Q9.7。共八十五頁共八十五頁

MM440參數(shù)設(shè)置表

參數(shù)號設(shè)置值說明P01000功率以kW表示，頻率為50HzP03001電動機類型選擇（異步電動機）P0304380電動機額定電壓（V）P030578.2電動機額定電流（A）P030737電動機額定功率（kW）P030991電動機額定效率（%）P031050電動機額定頻率（Hz）P0311740電動機額定轉(zhuǎn)速（r/min）P07002命令源選擇“由端子排輸入”P07011ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P07022ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止P070317選擇固定頻率（Hz）共八十五頁

參數(shù)號設(shè)置值說明P070417選擇固定頻率（Hz）P070517選擇固定頻率（Hz）P073152.3變頻器故障P10003選擇固定頻率設(shè)定值P100150設(shè)置固定頻率f1＝50HzP100220設(shè)置固定頻率f2＝20HzP10046設(shè)置固定頻率f3＝6HzP10800電動機運行的最低頻率（Hz）P108250電動機運行的最高頻率（Hz）P11203斜坡上升時間（s）P11213斜坡下降時間（s）P130020變頻器為無速度反饋的矢量控制共八十五頁共八十五頁MM440運行頻率表

固定頻率Q8.5對應(yīng)16端口Q8.4對應(yīng)8端口Q8.3對應(yīng)7端口MM440頻率參數(shù)MM440頻率（Hz）高f1001P100150中f2010P100220低f3100P10046共八十五頁共八十五頁MM440在離心機調(diào)速系統(tǒng)(xìtǒng)中的應(yīng)用

其工藝步驟分為三步：（1）慢速階段2～3min，使混凝土分布鋼模內(nèi)壁四周而不塌落。（2）中速階段0.5～1min，防止離心過程混凝土結(jié)構(gòu)受到破壞，這是從低速到高速的一個(yīɡè)短時過渡階段；（3）高速階段6～15min，將混凝土沿離心力方向擠向內(nèi)模壁四周，達(dá)到均勻密實成型，并排除多余水分。各階段的運行速度和運行時間視不同規(guī)格和型號的電桿而有所不同，其運行速度圖如圖所示共八十五頁共八十五頁根據(jù)第3章變頻器容量的選擇方法進(jìn)行計算，可選用37kW，額定電流75A的變頻器?？紤]到改進(jìn)設(shè)計方案的可行性、調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性及性價比，采用西門子MM440，37kW，額定電流為75A的通用變頻器。該變頻器采用高性能矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強的過載能力，可以(kěyǐ)控制電機從靜止到平滑起動期間提供3s，200%的過載能力。

共八十五頁變頻器的各項參數(shù)設(shè)置

參數(shù)號參數(shù)值說明P01000歐洲/北美設(shè)定選擇P03001電機類型選擇（異步電機）P0304380電機額定電壓P030569.9電機額定電流P030737電機額定功率P03080.87電機額定功率因數(shù)P03090.925電機額定效率P031050電機額定頻率P03111480電機額定轉(zhuǎn)速P07002變頻器通過數(shù)字量控制P100023變頻器頻率設(shè)定值來源于固定頻率和模擬量疊加P10800電機運行的最小頻率P108245電機運行的最大頻率P11205斜坡上升時間P112120斜坡下降時間P10605點動斜坡上升時間P10615點動斜坡下降時間P130020變頻器的運行方式為無速度反饋的矢量控制P070116Din1選擇固定頻率1運行共八十五頁

參數(shù)號參數(shù)值說明P070216Din2選擇固定頻率2運行P070316Din3選擇固定頻率3運行P07051Din5控制變頻器的啟/停P070610Din6正向點動P100120固定頻率1，20HzP100230固定頻率2，30HzP100340固定頻率3，40HzP105810正向點動頻率，10HzP073152.3變頻器故障指示P39003快速調(diào)試共八十五頁共八十五頁基于(jīyú)變頻器與PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

將通往用戶的用水水管中的壓力變化經(jīng)壓力傳感器采集(cǎijí)給變頻器，再通過變頻器與變頻器中的設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)變頻器內(nèi)置的PID功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運行頻率的形式進(jìn)行輸出。當(dāng)供水的壓力低于設(shè)定壓力，變頻器就會將運行頻率升高，反之則降低，并且可以根據(jù)壓力變化的快慢進(jìn)行差分調(diào)節(jié)。由于本系統(tǒng)采取了負(fù)反饋，當(dāng)壓力在上升到接近設(shè)定值時，反饋值接近設(shè)定值，偏差減小，PID運算會自動減小執(zhí)行量，從而降低變頻器輸出頻率的波動，進(jìn)而穩(wěn)定壓力。共八十五頁供水系統(tǒng)方案(fāngàn)

共八十五頁系統(tǒng)(xìtǒng)主電路圖

共八十五頁PLC接線圖

共八十五頁FR-A540變頻器參數(shù)(cānshù)設(shè)定表

參數(shù)號設(shè)定值設(shè)定范圍注解Pr.1282010.11.20.21PID控制為4端輸入，起負(fù)作用Pr.1291000.1～1000PID比例常數(shù)設(shè)定為100%Pr.1300.50～3600sPID積分常數(shù)設(shè)定為0.5sPr.1340.50.01～10sPID積分常數(shù)設(shè)定為0.5sPr.183140～99.9999RT端子功能設(shè)定為“PID控制有效端”Pr.19340～199.9999OL端子功能設(shè)置為“Pr.50的頻率檢測（上限頻率）”Pr.19450～199.9999FU端子功能設(shè)置為“Pr.42的頻率檢測（下限頻率）”Pr.42100～400Hz下限標(biāo)志頻率為10HzPr.50490～400Hz上限標(biāo)志頻率為49Hz共八十五頁PLC程序流程

共八十五頁變頻器在行車(hángchē)上的應(yīng)用

行車和龍門吊車是目前工廠使用最多的起重設(shè)備，在行車的使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)驅(qū)動大車行走的2臺電動機在運行中不同步，造成行車整個車體相對于軌道出現(xiàn)偏移，使行車在行走中輪子擠壓軌道，發(fā)出噪聲，車體出現(xiàn)抖動，嚴(yán)重時使軌道移位。為此，需要定時對行車軌道進(jìn)行調(diào)整和校正，以保證行車的安全運行。行車大車在行走過程中出現(xiàn)車體偏轉(zhuǎn)，其原因是大車左右兩邊的輪子運行速度不一致，而兩邊輪子的速度分別取決于各自的驅(qū)動電機速度和傳動機構(gòu)速比。由于制作工藝的限制，很難使兩邊速度完全一致。為此要消除車體偏移，較好的辦法(bànfǎ)是在運行過程中及時調(diào)整電動機的速度來矯正偏轉(zhuǎn)，使兩邊輪子運行速度保持一致。共八十五頁矯正行車偏轉(zhuǎn)的方法有幾種：行車兩大車電機中，一臺采用交流繞線電動機來調(diào)速，另一臺可采用直流電動機或轉(zhuǎn)子滑差電動機來調(diào)速，或者仍采用繞線電動機，但通過串級調(diào)速來實現(xiàn)行車兩邊輪子的同步。在上述方法中，采用直流電動機調(diào)速，系統(tǒng)需增設(shè)一臺整流調(diào)壓裝置，且直流電動機存在換向火花(huǒhuā)等問題，不宜采用；采用轉(zhuǎn)子滑差電動機調(diào)速，控制簡單，但電機本身體積較大，行車上的安裝位置不夠；采用串級調(diào)速時，系統(tǒng)需增設(shè)逆變變壓器和整流逆變裝置，控制較復(fù)雜。在上述三種調(diào)速方法中，還需用可編程控制器(PLC)來實現(xiàn)繼電器線路與調(diào)速裝置部分的邏輯連鎖控制，整個系統(tǒng)線路復(fù)雜，投資費用高。采用變頻器來矯正行車電動機不同步，只需對原控制線路稍作改動，投資費用低，安裝、維修方便，且系統(tǒng)的可靠性非常高。共八十五頁行車(hángchē)構(gòu)成示意圖共八十五頁行車兩大車電動機仍采用原來的繞線式異步電動機，其中電機M2原控制方法不變，電機M1在原控制線路的基礎(chǔ)上增設(shè)1臺變頻器，實現(xiàn)對該電機的變頻調(diào)速，來調(diào)整行車的運行偏轉(zhuǎn)。為測量行車運行過程中的偏轉(zhuǎn)，分別在行車車身左右兩端靠近軌道處裝設(shè)兩個接近開關(guān)。在行車前進(jìn)過程中，如果右邊輪子運行速度較慢，則車身偏轉(zhuǎn)，接近開關(guān)KA1發(fā)出信號，說明此時電機M1需提速；反之，在前進(jìn)過程中，當(dāng)右邊輪子運行速度較快時，車身偏移，使接近開關(guān)KA2發(fā)出信號，說明此時電機M1需減速。為實現(xiàn)上述功能，選用(xuǎnyòng)ABB公司生產(chǎn)的200V系列變頻器，型號為ACS143-4K1-1，共八十五頁變頻器矯正行車電機(diànjī)不同步接線圖共八十五頁KM1、KM2分別為大車前進(jìn)、后退控制用接觸器，其常開觸點用來控制變頻器的起停和正反轉(zhuǎn)，KA2、KA1為左、右端接近開關(guān)，變頻器D13、D14接線端用于連接變頻器的速度給定信號，由接近開關(guān)控制。給定速度設(shè)置如表所示。當(dāng)KA1、KA2都無信號輸出時，說明(shuōmíng)行車運行正常，變頻器保持輸出頻率50Hz不變。在行車前進(jìn)過程中(KM1為ON)，當(dāng)KA1閉合時，D13=1、D14=0，說明電機M1速度過慢，此時變頻器輸出頻率增至55Hz，電機M1提速；反之，當(dāng)KA2閉合時，D13=0、D14=1，變頻率輸出頻率為45Hz，電機M1減速。當(dāng)KA1、KA2同時閉合時，D13=1、D14=1，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，變頻器報警。當(dāng)行車后退時，KA1、KA2的閉合與M1的增減速對應(yīng)關(guān)系與前進(jìn)時的對應(yīng)關(guān)系相反共八十五頁D13D14輸出00正常(zhèngcháng)

50Hz01減速45Hz10加速55Hz11故障報警共八十五頁在本控制線路中，通過變頻器D18、D19運行端控制中間繼電器KA5，實現(xiàn)與另一大車電動機運行的連鎖，防止出現(xiàn)一臺電動機運行、另一臺電動機停止而造成大的故障。依照本方法對大噸位行車的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，行車在運行過程中能根據(jù)位置檢測信號，實現(xiàn)對大車一臺電機的實時變頻調(diào)速，可以有效地克服行車運行中的不同步現(xiàn)象。實驗證明，這種改造方法效果良好，可靠性高，成本低，有較大(jiàodà)推廣價值。共八十五頁線材(xiàncái)卷繞機的變頻調(diào)速某鋼鐵公司連續(xù)線材軋制線由荒軋、飛剪、一中間軋、二中間軋、精軋及卷線機等機組組成。其中精軋部分分四條線，每條線有兩臺卷線機，輪流將線材卷成盤卷。線材軋機的平面布置如圖1所示。軋制原材料為60mm×60mm、長12m、單重330kg的鋼坯，產(chǎn)品為￠6.5mm的線材。軋制線上原來的主傳動系統(tǒng)都是直流調(diào)速系統(tǒng)。精軋機組出口的最高軋制速度為29.8m/s。卷線機的作用是把精軋機出來(chūlái)的成品線材卷成盤卷送出。卷線機為鐘罩式，其傳動系統(tǒng)如圖2所示共八十五頁線材(xiàncái)軋機的平面布置圖共八十五頁卷線機的傳動系統(tǒng)示意圖共八十五頁卷線機將精軋機組出來的線材，通過轉(zhuǎn)動的鐘罩，成圈地按松卷方向放到滑板上卷成盤，再由推卷裝置推到運輸機上。盤卷內(nèi)徑約850mm，外徑約1150mm；盤卷大小與卷線機轉(zhuǎn)速有關(guān)。當(dāng)精軋轉(zhuǎn)速一定(yīdìng)時，卷繞機轉(zhuǎn)速高，則盤卷直徑小，反之則大。為保證盤卷外觀整齊和減少精軋與卷線機之間堆積鋼材，要求卷線機的轉(zhuǎn)速能良好地跟隨精軋機的轉(zhuǎn)速變化。卷線機的原拖動系統(tǒng)是由電子管，磁放大器，水銀整流器變流裝置組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，控制線路十分復(fù)雜，同時，由于卷線機所處的環(huán)境溫度高、振動大，故系統(tǒng)故障率高，維修頻繁。采用交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)代替直流拖動系統(tǒng)，對原有系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造后，基本上解決了上述問題。共八十五頁變頻(biànpín)調(diào)速系統(tǒng)的器件選型1主電動機選擇主電動機容量，主要考慮以下因素：(1)原直流電動機由于長期工作在基速以上(弱磁狀態(tài))，所采用(cǎiyòng)的“調(diào)磁調(diào)速電動機”為了增加轉(zhuǎn)矩，加大了電樞的直徑與長度，其尺寸比同容量的普通電動機大得多；(2)電動機安裝的周圍環(huán)境溫度高，且無法外加通風(fēng)冷卻裝置；(3)交流電動機在基準(zhǔn)頻率以下工作時，其本身的散熱功能變差；(4)交流電動機的短時過載能力不如直流電動機；(5)卷線機調(diào)速范圍大，對過載能力要求較高?；谝陨峡紤]，技改時將交流電動機容量加大為原直流電動機的2倍左右共八十五頁考慮到變頻器的性能價格比，采用日本富士公司生產(chǎn)的G9S系列變頻器,根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計出系統(tǒng)的基本線路如圖所示變頻器調(diào)速系統(tǒng)的主要特點有：(1)采用一臺變頻器控制一臺電動機的工作(gōngzuò)方式，即“一拖一”；(2)不需速度反饋裝置；(3)保留原控制系統(tǒng)的操作方式、速度給定方式和信號顯示方式；(4)省去原控制系統(tǒng)的整流變壓器，保留原系統(tǒng)的直流平波電抗器作為變頻器的直流電抗器，用來改善功率因數(shù)；(5)不需外加制動單元。共八十五頁共八十五頁變頻器的參數(shù)(cānshù)預(yù)置及調(diào)試1最高頻率、基本頻率與上限頻率的預(yù)置卷線機的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，超速保護(hù)(bǎohù)轉(zhuǎn)速為1650r/min。故基本頻率預(yù)置為50Hz，最高頻率預(yù)置為60Hz，上限頻率預(yù)置為55Hz。2頻率增益的預(yù)置為保證卷線機的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨精軋機的轉(zhuǎn)速，兩者的給定信號實際為同一信號。原直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定信號按每伏200r/min設(shè)計，7.5V對應(yīng)1500r/min，給定信號為0～8.5V。變頻器的給定信號為0～10V，10V時對應(yīng)60Hz。當(dāng)給定信號為7.5V時，對應(yīng)的給定頻率為45Hz，對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速為1350r/min，達(dá)不到原系統(tǒng)的調(diào)速范圍。故將頻率增益預(yù)置為125%。共八十五頁3升速時間的預(yù)置精軋直流調(diào)速系統(tǒng)起動時，轉(zhuǎn)速從0上升到1500r/min的給定積分時間為10s。原卷繞機直流調(diào)速系統(tǒng)的給定積分時間為8s。改為變頻調(diào)速后，經(jīng)動態(tài)(dòngtài)測試，升速時間預(yù)置為5s為宜。4降速時間的預(yù)置由于卷線機轉(zhuǎn)動慣量大，如減速時間小于20s，會引起過電壓跳閘。經(jīng)多次調(diào)試，將降速時間預(yù)置為30s，不但滿足了生產(chǎn)工藝的要求，同時不需選用制動器件。共八十五頁5拖動轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩極限值的預(yù)置通過多次調(diào)試，把拖動轉(zhuǎn)矩限值預(yù)置為150%、制動轉(zhuǎn)矩限值預(yù)置為30%較為合適。6轉(zhuǎn)差補償?shù)念A(yù)置為提高系統(tǒng)的調(diào)速精度，本系統(tǒng)適當(dāng)加入了轉(zhuǎn)差補償。在調(diào)試過程中，轉(zhuǎn)差補償大于1Hz時，容易產(chǎn)生過電壓跳閘。實際預(yù)置為0.8Hz，完全可以滿足(mǎnzú)調(diào)速精度的要求。共八十五頁7輸出頻率信號的預(yù)置由于卷線機并無速度反饋裝置，為了使操作臺有一個電動機轉(zhuǎn)速的指示，在操作臺上設(shè)置了一塊轉(zhuǎn)速表。此轉(zhuǎn)速表實際上是0～10V的直流電壓表，接在變頻器的輸出信號端“FMA”與“11”之間。當(dāng)變頻器輸出最高頻率時，F(xiàn)MA端輸出+10V。表上的刻度是和變頻器控制的電動機的同步轉(zhuǎn)速成正比的。調(diào)試中，為使操作臺轉(zhuǎn)速表的顯示值和變頻器顯示的轉(zhuǎn)速一致，將FMA端輸出的直流電壓調(diào)整比預(yù)置為125%。卷線機變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試投入(tóurù)運行后，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，且完全能滿足工藝控制要求，穩(wěn)定性優(yōu)于原來的直流調(diào)速系統(tǒng)，基本上做到了無故障運行，維護(hù)工作大為減少。共八十五頁變頻器在銑床(xǐchuáng)中的應(yīng)用某廠用于機械零件加工的龍門銑床調(diào)速系統(tǒng)，原來采用(cǎiyòng)三相半控橋不可逆直流拖動，分工作臺、左主軸和右主軸三個進(jìn)給方向。其電氣控制系統(tǒng)由于運行時間太長，直流調(diào)速插板已嚴(yán)重老化，同時，由于插板之間原來的連接線較多，由導(dǎo)線虛接造成的故障日漸增大，維修工作量不斷加大，龍門銑床的調(diào)速系統(tǒng)急待技術(shù)改造。共八十五頁變頻器的控制(kòngzhì)方式龍門銑床技術(shù)改造(jìshùɡǎizào)的對象是進(jìn)給機構(gòu)，其工作臺進(jìn)給和左、右主軸進(jìn)給均屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。原來的直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=50，改造后的變頻系統(tǒng)要達(dá)到50∶1的調(diào)速比，必須選用帶有矢量控制功能的高性能通用變頻器。矢量控制變頻器組成交流調(diào)速系統(tǒng)可以有兩種方案，一是使用速度傳感器，檢測出電機轉(zhuǎn)速，再反饋給變頻器；一是使用無速度傳感器的矢量控制變頻器，其調(diào)速范圍可達(dá)到100∶1。無速度傳感器矢量控制是通過轉(zhuǎn)矩電流的變化量的積分運算來推算電機的轉(zhuǎn)速，有一定的推算誤差。如果要求進(jìn)一步提高調(diào)速范圍和精度，就必須選用帶速度傳感器的矢量控制變頻器。目前，市場上出售的帶速度傳感器的矢量控制變頻器，調(diào)速范圍可達(dá)1000∶1共八十五頁考慮到普通籠型電機安裝速度傳感器，不但增加工藝難度，而且加大了技術(shù)成本(chéngběn)，而無速度傳感器矢量控制變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)。已基本能滿足技改的設(shè)計要求，所以初步?jīng)Q定選用日本春日KVFZ4110型無速度傳感器矢量控制變頻器。該型號變頻器的幾項主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1)調(diào)速范圍。無速度傳感器矢量控制調(diào)速范圍為100∶1。(2)起動轉(zhuǎn)矩。1Hz時150%額定轉(zhuǎn)矩；(3)頻率精度。頻率精度為最高頻率的0.1%。共八十五頁變頻器的容量(róngliàng)計算及參數(shù)設(shè)定1變頻器容量計算在變頻器容量計算前，要確定拖動負(fù)載的電機容量。由于有原直流電機作參考依據(jù)，所以不必進(jìn)行詳細(xì)的轉(zhuǎn)矩?fù)Q算，只需選擇與原直流電機容量相對應(yīng)的籠型電機容量。由于工作臺拖動電機容量均大于左、右主軸進(jìn)給電機容量，所以變頻器容量的計算以工作臺的電機為主要依據(jù)。原工作臺直流電機參數(shù)(cānshù)為：PN=10kW，nN=1000r/min。通過查電機手冊，與原直流電機數(shù)據(jù)對應(yīng)的籠型電機數(shù)據(jù)為：電機型號Y160L--6，額定功率PN=11kW，轉(zhuǎn)速nN=970r/min，額定電流IN=24.6A。共八十五頁根據(jù)前面的分析，變頻器連續(xù)運行時，其額定輸出電流IINV應(yīng)大于或等于電動機實際最大電流的1.1倍。根據(jù)原來測試的數(shù)據(jù)換算，工作臺進(jìn)給的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為81N·m，換算到Y(jié)160L--6電機上的最大負(fù)載電流Imax≈19A，這樣，變頻器的額定輸出電流應(yīng)大于或等于1.1×19=20.9A。查春日變頻器手冊(shǒucè)，選擇KVFZ4110型，其額定電流為24A，能滿足上述要求。此外，由于KVFZ4110型變頻器不帶標(biāo)準(zhǔn)制動電阻，所以還需要根據(jù)實際情況進(jìn)行計算，選用合適的阻值和容量。查春日變頻器設(shè)計手冊，制動電阻選100%制動轉(zhuǎn)矩時的標(biāo)準(zhǔn)配置62Ω，4kW。共八十五頁常規(guī)設(shè)計的自冷式異步電動機，在額定工況及規(guī)定的環(huán)境濕度范圍內(nèi)，是不會超過額定溫升的，但在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，情況有所不同。自冷式異步電動機在20Hz以下頻率運行時，轉(zhuǎn)子風(fēng)葉的散熱能力變差，如果再在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載條件下長期運行，勢必造成電機溫升增加，使調(diào)速系統(tǒng)的特性變壞。所以，當(dāng)自冷式異步電動機在低頻運行并拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，必須(bìxū)采取強制冷卻措施，改善電機的散熱能力。共八十五頁變頻器的功能參數(shù)(cānshù)設(shè)定變頻器在出廠時，所有的功能碼一般都已設(shè)定為出廠設(shè)定值。但是，龍門銑床調(diào)速系統(tǒng)有些功能要求，與變頻器的出廠設(shè)定不盡相同，這些功能參數(shù)需重新設(shè)定，具體如下。(1)控制模式選擇(功能碼F01)：設(shè)定為矢量控制方式；(2)電機(diànjī)額定電壓(功能碼F03)：380V；(3)電機額定電流(功能碼F04)：24.6A；(4)電機額定頻率(功能碼F05)：50Hz；(5)電機額定轉(zhuǎn)速(功能碼F06)：970r/min；共八十五頁(6)最高頻率(功能碼F08)：50Hz；由于機床的進(jìn)給機構(gòu)屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，所以(suǒyǐ)電機只能在額定頻率以下的恒轉(zhuǎn)矩控制區(qū)使用；(7)失速電平設(shè)置(功能碼F46)：150%；在矢量控制方式下，該參數(shù)設(shè)置表示變頻器輸出最大電流的限幅值，為了獲得大的輸出轉(zhuǎn)矩，應(yīng)將該參數(shù)設(shè)為較大值。(8)過負(fù)荷報警水平(功能碼F71)：110%；(9)過負(fù)荷報警延遲時間(功能碼F70)：3s；(10)電源投入再啟動(功能碼F75)：OFF；(11)自動調(diào)諧(功能碼F07)：在上述參數(shù)設(shè)定后，將F07設(shè)定為RUN，等待約5秒鐘，變頻器會自動測定電機內(nèi)部參數(shù)，以完成矢量運算與控制。如果自動測試中發(fā)生異常報警，須參閱春日變頻器產(chǎn)品說明書。(12)加減速時間的設(shè)定：加減速時間可用第三章介紹的加減速時間計算公式計算求得；若計算時有實際困難，也可采用以下方法：先將加減速時間都設(shè)定為較大值，待變頻器試運行后，關(guān)掉失速電平功能，再逐步減小設(shè)定值，以使變頻器不發(fā)生報警的最后的值為最佳設(shè)定值。加減速時間設(shè)定完后，失速電平功能恢復(fù)為ON狀態(tài)。共八十五頁變頻器的連接(liánjiē)技改設(shè)計中，PLC選用日本立石株式會社的模塊式C200H產(chǎn)品(chǎnpǐn)，該型號PLC的CPU單元為CPU01-E，存儲器選4k容量EEPROM，型號為ME431，兩個輸入單元均為16點的ID212，三個輸出單元分別為12點的OC222，8點的OC221，獨立接點8點的OC224。變頻器的接線原理圖如圖共八十五頁共八十五頁由圖可知，龍門銑床的工作臺進(jìn)給、左主軸進(jìn)給和右主軸進(jìn)給，是通過控制變頻器輸出側(cè)的接觸器來實現(xiàn)的。如果在變頻器正常輸出時切換輸出側(cè)的接觸器，將會在接觸器觸點斷開的瞬間產(chǎn)生很高的過電壓，這樣(zhèyàng)很容易損壞變頻器中的逆變器件。因此，切換變頻器輸出側(cè)的接觸器，一定要等到所控制的電機完全停止以后才能進(jìn)行。共八十五頁共八十五頁試運行及PLC調(diào)試(diàoshì)變頻器系統(tǒng)功能參數(shù)設(shè)定完后，就可試運行。用操作盤上的速度給定電位器設(shè)定5Hz左右的低頻率，再按下正、反轉(zhuǎn)按鈕，觀察電機轉(zhuǎn)向是否正確，電機運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，加減速是否平滑。電機空載運轉(zhuǎn)幾分鐘后，如無異常情況，再依次選擇10、20、35、50Hz等幾個頻率點試運行。試運行正常以后，變頻器調(diào)速系統(tǒng)即可投入正式運行。在變頻器最佳加減速時間確定后，要重新設(shè)定進(jìn)行變頻器輸出切換控制的PLC程序中的定時器TIM002和TIM003的時間值。這兩個(liǎnɡɡè)時間設(shè)定值相等，但必須略大于變頻器的最佳減速時間。共八十五頁順便說明的是，PLC程序試運行前，應(yīng)先將編程器上的狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至監(jiān)控位(MONITOR)，在監(jiān)控狀態(tài)下，可進(jìn)行PLC運行狀態(tài)的監(jiān)視、觸點(chùdiǎn)的強制輸出、定時器/計數(shù)器的設(shè)定值或當(dāng)前值的變更等。用通用變頻器代替原來的直流調(diào)速系統(tǒng)，對龍門銑床進(jìn)行技術(shù)改造后，經(jīng)過實際運行發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)不但調(diào)速的各頂性能指標(biāo)達(dá)到了原直流系統(tǒng)的調(diào)速水平，而且線路大大簡化，日常維修量減少，而且由于變頻器和PLC完善的故障診斷功能，使系統(tǒng)的可靠性大幅度提高。共八十五頁變頻器在窯爐溫度控制中的應(yīng)用(yìngyòng)在陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中，窯爐是關(guān)鍵性的生產(chǎn)設(shè)備，陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，很大程度上取決于窯爐燒成的質(zhì)量。傳統(tǒng)(chuántǒng)的窯爐采用繼電器一接觸器控制系統(tǒng)，存在控制溫差大、燒成周期長、能耗高、勞動條件差等缺點。某陶瓷廠對該廠一座3.7m3、1750℃高溫自控燃油抽屜窯進(jìn)行技術(shù)改造，采用變頻器、微機溫控器和精密計量泵組成溫度控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)窯內(nèi)工況，自動控制燃燒過?？諝庀禂?shù)，使窯內(nèi)燃燒始終處于最佳狀態(tài)，減少了廢氣帶走的熱量，降低了窯內(nèi)溫差，縮短了燒成時間，