变频器原理第7章

变频技术原理与应用第7章变频技术的综合应用教学重点变频器在工业设备、恒压供水系统、空调系统、楼宇自动化系统上的应用。教学难点变频器在恒压供水系统的应用。7.1变频技术在空调设备上的应用空调电动机一般为380V、15～55kW。变频器电源可采用三相输入、三相输出，也可采用单相输入、三相输出。7.1.1中央空调1.中央空调系统的构成图7-1中央空调系统的构成Pt1、Pt2、Pt3为Pt100温度传感器冷却风扇1）冷冻机组2）冷却水塔3）外部热交换系统2.中央空调的拖动系统中央空调的拖动系统通常由以下几个部分组成。1）冷冻机组拖动系统如图7-2所示为冷冻机组拖动系统的控制电路。图7-2冷冻机组拖动系统的控制电路制动电阻欠压保护线圈制动电阻欠压保护线圈2）风机拖动系统如图7-3所示为风机拖动系统的控制电路。图7-3风机拖动系统的控制电路检测室内温度检测送风管道压力3.中央空调的变风量系统中央空调的变风量系统采用的是变频控制。如图7-4所示为变风量系统主回路控制回路的原理图。图7-4变风量系统主回路的控制回路图7-5变风量系统主回路原理图检测电机电流4.中央空调系统的调试7.1.2家用空调分体式空调在家庭生活中使用较多，分体式变频空调的工作原理如图7-6所示。1.利用变频控制节能2.压缩机运行和停止时，损耗明显减少3.舒适性改善4.消除电源频率变化的影响5.启动电流减小图7-6分体式变频空调的工作原理变频输入波形7.2变频技术在机床设备上的应用7.2.1变频器在外圆磨床上的应用变频器的无级调速、软启动、恒转矩输出，满足了机械加工设备对恒速度、恒转矩的要求。对磨床可避免产生振刀纹、烧糊纹等。1.外圆磨床加工的负载特性外圆磨床的主砂轮电动机的转速等于砂轮输出的转速，磨削力的大小取决于砂轮电动机的输出转矩。图7-7外圆磨床加工的电动机负载特性2.外圆磨床加工中变频器的选择根据系统运行的特点，选择带自动转矩提升功能的通用型U／f变频器。该类具有自动转矩提升、柔性PWM控制功能，可实现更低噪声运行，有多于10段的转速控制。3.外圆磨床加工系统的启动与调速外圆磨床的主砂轮电动机的启动电路在继电器控制电路中多采用星—三角型转换启动电路，启动时有一定的惯量冲动。如图7-9所示为主砂轮电动机的控制原理图。L1、L2、L3为输入端子U、V、W为输出端子频率调整电位器控制端子显示变频器频率显示电机运行电压控制线屏蔽考虑到砂轮启动的惯性，变频器软启动时间设定为10s，停止制动时间设定为15s，根据不同类型的砂轮，启动转矩可在最大转矩的50％～80％之间调节设定。4.外圆磨床系统的调试变频器要根据以下几种情况进行系统调试：（1）磨削砂轮平衡精度的提高。（2）低速时的散热情况。（3）消除电磁干扰。（4）变频器选择由负荷率确定。7.2.2变频技术在铣床上的应用1.铣床系统设置系统的硬件以变频调速器MICROMASTER为传动控制设备，其硬件结构如图7-10所示。图7-10铣床传动控制设备的硬件结构L1、L2、L3为输入端子U、V、W为输出端子频率调整电位器控制端子显示电机运行电压控制线屏蔽2.铣床系统控制对于不同型号的铣床，变频器可通过设置参数P1300实现多种不同的运行方式来控制变频器输出电压和电动机转速间的关系：本系统中采用了无传感器矢量控制方式，用固有的滑差补偿对电动机的速度进行控制。变频器恒压供水装置如图7-11所示。图7-11变频器恒压供水装置7.3变频技术在恒压供水设备上的应用变频器输入电源变频器输出电源变频器控制电源液位控制反馈信号管道压力控制反馈信号电机运行电源变频器面板7.3.1恒压供水控制技术恒压供水装置实现无水自动停泵，低水压全速运行，变频泵转速、管网压力数码显示，过电流保护及工作电流显示，变频器故障显示、蜂鸣器、电铃报警，管网过水压自动停泵并报警，一次水不足自动停泵，抗干扰能力强等。如图7-12所示为供水系统配置图。图7-12恒压供水系统配置图图7-13恒压供水系统简化工作原理图7.3.2恒压供水控制回路以三台泵为例，恒压供水控制回路由主供水回路、备用回路、一个清水池及泵房组成。其中，泵房装有1号～3号共3台泵机，还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。控制系统采用了以PLC为核心的多功能高可靠性控制系统。为防止变频器停电不工作时，系统给变频器反送电，造成变频器元件损坏，KMl和KM2、KM3和KM4、KM5和KM6必须进行机械互锁。恒压供水控制系统的泵机部分原理如图7-14所示。图7-14泵机部分原理图管道压力控制信号变频器输出电源手动控制接触器变频器控制使用的接触器控制接触器工作控制水源的闸阀变频器输入电源7.3.3恒压供水控制系统的工艺要求恒压供水控制系统的工艺要求包括以下几点：（1）供水压力要求恒定，波动一定要小，尤其在换泵时。（2）三台泵根据压力的设定，采用“先开先停”的原则。（3）为了防止一台泵长时间运行，需设定运行时间。当时间到时，自动切换到下一台泵，以防止泵长时间不用而锈死。（4）要有完善的保护和报警功能。（5）为了检修和应急要设有手动功能。（6）需具有水池防抽空功能。7.3.4恒压供水控制系统PLC的选型泵机部分采用以PLC和变频器为中心组成的恒压供水控制系统。系统由S7-200CPU224，ABBACS400系列7.5kW变频器和具有压力显示的PID调节器组成。利如图7-15所示为采用PLC控制的系统框图。图7-15采用PLC控制的系统框图7.3.5恒压供水控制系统PLC的I/O分配恒压供水控制系统占用PLC的4个输入点，9个输出点，具体的I/O分配见表7-1。输入点功能输出点功能I0.0变频器高频到达R01Q0.0KM1（1号电动机接变频器）I0.1变频器低频到达R02Q0.1KM2（1号电动机接工频电源）I0.3启动Q0.2KM3（2号电动机接变频器）Q0.3KM4（2号电动机接工频电源）Q0.4KM5（3号电动机接变频器）Q0.5KM6（3号电动机接工频电源）I0.7水池水位下限Q0.7DCOMl～D11Q1.0DCOMl～D12表7-1I/O分配表7.3.6变频器的技术参数相关参数设定见表7-2。代码功能设定值代码功能设定值9902APPLICMACRO02102STOPPUNCTION11001ExlCOMMANDS33201SUPERV1PARAR01031003DIRECTION13202SUPRV1LIMHI151102EXT1/EXT263203SUPERV1LIMHI501103EXTREF1SEL03204SUPERV2PARAM0103表7-2ABBACS400型变频器参数设定7.3.7恒压供水控制系统电气原理1.电气控制系统的主电路电气控制系统的主电路，如图7-16所示。M1、M2、M3为三台电动机，交流接触器KMl～KM6控制三台电动机的运行，FRl、FR2、FR3为电动机M1、M2、M3的热继电器，QFl、QF2、QF3、QF4、QF5分别为主电路、变频器和三台泵的断路器。图7-16电气控制系统的主电路变频器控制电路QF3、QF4、QF5为手动控制电路图7-17电气控制系统的PLC接线PLC输入端子PLC输出端子PLC输入控制信号PLC输出信号PLC输入电源2.电气控制系统的PLC接线3.电气控制系统的控制电路电气控制系统的控制电路如图7-18所示。SA为手动／自动转换开关。图7-18电气控制系统的控制电路手动、自动转换自动工作继电器触点工作显示指示灯PLC电源输入手动工作继电器触点SB1—SB6为手动按钮KM2、KM4、KM6为手动控制接触器KM1、KM3、KM5为自动控制接触器PLC输出端子7.4变频技术在自动生产线上的应用变频器控制密度板联动生产线系统采用的是MICROMASTER440系列变频器，所具有的Profibus网络和BICO控制功能，通过工业控制计算机和PLC，利用Profibus网络控制及变频器外部端子两种控制方法，对变频器进行自动和手动控制。正常时采用第1命令数据组CDS进行Profibus网络控制（自动控制）；网络有故障时采用第2命令数据组，即变频器外部端子控制（手动控制）。7.4.1变频器控制密度板联动生产线系统的概述7.4.2变频器控制密度板联动生产线系统配置变频器控制密度板联动生产线系统配置，根据控制的要求，需要14台容量不同的变频器，变频器的选用如下：（1）6SE6440-2UD22-2BA0型2.2kW变频器2台。（2）6SE6440-2UD24-0BA0型4kW变频器3台。（3）6SE6440-2UD33-0EA0型30kW变频器2台。（4）6SE6400-1BP00-0AA0型变频器7台。7.4.3变频器控制密度板联动生产线系统单线图图7-19变频器控制密度板联动生产线系统单线图7.4.4变频器控制密度板联动生产线系统原理图变频器控制密度板联动生产线系统原理图如图7-20所示。该系统由7台变频器组成，图中仅绘出了两台。图7-20变频器控制密度板联动生产线系统原理图主电路开关匹配电抗器变频器控制电路变频器主电路变频器程序输入7.4.5变频器控制密度板联动生产线系统的主要调节参数以一台容量为4kW的变频器为例说明主要调节参数。1.电动机参数的设定电动机参数的设定如下（电动机参数的第1和第2驱动数据组DDS所设置参数均相同）：P100.0=0.00P304.0=380.00P305.0=7.80P307.0=4.00P308.0=0.82P310.0=50.00P311.0=1400.00P1082.0=50.00P1121.0=5.00P1300.0=20.00P300.0=2.00P1120.0=5.002.数字量I/O及BICO的参数数字量I/O及BICO的参数设定如下：P700.0=6.00P700.1=2.00P701.0=99.00P810=722.00P702.0=0.00P702.1=1.00P703.0=0.00P703.1=13.00P704.0=0.00P704.1=14.00P1000.0=6.00P1000.1=1.003.Profibus网络的参数Profibus网络参数的设定如下：P918=10（根据Profibus地址）R2090（B0：从CB收到的控制字1）7.5.1变频技术在照明上的应用1.高频照明技术的概述在我国实施的“绿色照明工程”中，变频电子节能灯是主要推广项目。7.5变频技术在照明和家用电器上的应用图7-21高频照明灯工作原理图2.高频照明技术原理高频照明技术是气体放电灯的高频高效化技术。气体放电灯可分为两类。1）冷阴极辉光放电灯2）热阴极辉光放电灯高频照明是利用高频电子镇流器对荧光灯灯管实施高频电流预热灯丝，再施以高频高压脉冲启辉灯管，最后以高频常压来保持灯管的正常工作。3.高频照明实例1）高频镇流器原理高频照明的高频电来源于高频镇流器，高频镇流器是一种高频振荡器。如图7-22和图7-23所示。图7-22LC并联谐振型电路图7-23LC串联谐振型电路灯管耦合器高频部分耦合器灯管高频部分图7-22中LC并联谐振型镇流器全部输出功率通过变压器耦合，变压器的性能直接影响镇流器及整个光源系统的效率，同时，LC并联谐振电路对逆变管的耐压要求较高，因此，现代高频整流器一般都采用LC串联谐振型电路。2）镇流器的典型电路镇流器的典型电路可以分为以下几种：（1）32W日光灯镇流器典型电路如图7-24所示为一种32W日光灯镇流器的工作原理图。组成镇流器的电路有：整流滤波电路、高频振荡电路以及输出负载电路三部分。图7-2432W日光灯镇流器电工作原理图整流滤波部分高频部分输出部分（2）卤素灯高频镇流器典型电路。图7-25卤素灯高频镇流器电路（3）高低频镇流器典型电路。如图7-26所示为高低频镇流器基本原理图。高强度气体放电灯HID在高频工作时，会因声共振引起电弧不稳、闪烁甚至灭弧。因此采用的一种低频矩形波电路来克服这种现象。图7-26高低频镇流器基本原理图（4）调光典型电路。电位器式无级调光台灯电路如图7-27