为适应大多数工业应用对变频器进行设置,只需要最基本的设置来操作电机。了解这5个变频器参数变化,优化变频器设置,就可以适应大多数电机驱动应用。
- 设置五个参数可以解决大多数变频器的应用问题。
- 变频器控制方法,电机FLA、加速和减速时间。
- 速度、操作命令和故障复位。
变频器是一种快速开关或绝缘栅双极晶体管(IGBT)电子设备将三相输入功率转换为电机速度控制的可变频率和电压输出。变频器设置这五个参数占大多数。
通过变频器,电机可用于广泛应用,实现跨线操作或机械手段无法实现的控制。用户可以通过匹配电机速度来保持准确的系统需求,优化系统效率。大多数变频器应用程序提高了系统效率,通常在不到一年的时间内节省能源回报。
和所有电子产品一样,变频器在功能上有了很大的进步,提供了更多的系统控制,有助于减少外部设备和可编程逻辑控制器(PLC)。变频器的设计和工程是为了使复杂的事情变得简单,大多数应用只需要最基本的设置来操作电机。
在大多数情况下,变频器的默认设置足以满足应用程序的需要,而无需任何调整。通常,不超过10个应用程序调整设置。以下是安装变频器的人员设置的五个参数,以解释这些设置是什么以及为什么需要它们。
安装变频器的人通常首先设置控制方法。控制方法决定了变频器调节电机速度的能力。这些控制可分为三组:
- 伏-每赫兹电压控制
- 自感应矢量控制
- 闭环矢量控制
伏-每赫兹(V/f)控制是最常用的电机控制方法。它是三种拓扑结构中最基本的。
V/f控制将变频器的输出固定在预定的电压和频率曲线上,当调整变频器的速度指令时,电机会跟随。V/f提供高启动扭矩高启动扭矩,或降低不需要恒定电压和频率关系的可变扭矩负载的优化效率。
自感应矢量控制是一种可以更好地控制电机速度的控制方法。变频器可以使用各种不同和复杂的控制方案来实现这种控制。本质上,复杂的算法用于监控、解释和响应电流反馈,并提供精确的电机控制。检查这种控制方法的最简单方法是将其视为无需编码器的精确电机控制。
闭环矢量控制是目前最先进的电机控制方法。闭环矢量控制采用电机编码器提供精确的速度反馈,消除变频器控制中响应电流反馈引起的任何误差。添加编码器可以告诉我VFD电机在做什么,它是如何反应负载的。
调整控制方法是为了满足电机驱动应用程序的需要。有些应用程序非常简单,只需要以类似的速度运行,而其他应用程序则需要精确和动态的电机控制。每个控制方案都可以满足应用程序需求,限制设置以启动和运行系统。
V/f控制通常用于风扇或泵等不需要精确速度控制的系统。在最基本的V/f在控制方法中,允许电机从指令速度漂移。速度的轻微变化对整个系统的性能影响不大,因为其他驱动程序会调整速度以维持系统需求。
例如,如果风扇需要半速运行而不能维持需求,则通过大多数系统配置VFD的PI电路或外部设备将提高速度指令,并提供满足要求的电机速度。V/f控制是最常用的控制方法,因为它几乎不需要设置。
通过多年的应用经验,大多数变频器制造商已经为大多数泵和风扇应用程序配置了默认设置。这些默认值提供了最佳的节能效果,几乎不需要设置。甚至可以使用可变扭矩应用程序,如压缩机V/f控制易于设置的优点。
自感应矢量控制方法改进了过程控制,减少了维护。例如,自感应矢量控制可以将电机速度调整到电机额定速度的1/200以内,提供动态速度控制,低速时提供高启动扭矩,无需外部设备即可限制电流和扭矩。为了提供这些先进的电机控制能力,变频器需要空载电流、电阻和电感等电机特性信息。
为了获取这些关键信息,变频器将通过键盘输入额定电流、电压和速度等基本电机铭牌数据进行调整。该控制最多包括搅拌机、洗衣机、冲床和冲压机。
闭环矢量控制增加了速度反馈信号,最大限度地提高了过程控制,减少了维护。闭环矢量控制可以实现精确的速度控制,低至一个速度,高启动扭矩,零速控制,扭矩调节。这些功能用于偏差不超过几个速度的应用,否则产品输出将不符合其设计规格。
例如,许多挤出机使用编码器反馈,将电机速度保持在精确的要求,确保产品符合规格。编码器反馈还能确保精确的扭矩监测,使变频器对可能堵塞或损坏机器的高扭矩情况作出反应。在自感应矢量控制中提出的相同的电机调整要求,在闭环矢量控制中也需要,优化电机控制,减少编码器反馈所需的补偿。
VFD了解电机的特性越多,电机运行就越好。无论是否有电机反馈,都是如此。闭环矢量控制的优点可用于挤出机、高速主轴和恒定张力开卷机。
由于大多数变频器的控制方法设置已经默认为最常见的应用,变频器安装人员真正的第一个设置是电机额定电流设置。电机的设计是允许在额定功率和额定电压下运行,在铭牌上的额定电流下连续运行。用电机的额定电流对变频器进行设置,为正在运行的电机配置变频器的电子热过载。
虽然变频器是一种天然的软启动器,但电机会在短时间内超过额定电流,如启动、冲击加载、快速减速或过度应用循环。长时间的高电流会导致电机过热,降低使用寿命和过早故障。负载或联轴器的机械损坏也可能锁定转子。随着时间的推移,负载磨损也会导致电流增加,可能超过电机的额定电流。
为避免电机故障,变频器的电机额定电流设置为电机铭牌额定电流。电子热过载可以在变频器中保护电机过载。变频器的电子热过载允许用户不使用机械电机过载,从而降低了与维护过载接触完整性相关的成本、潜在故障点和任何维护要求。
根据输出电流、输出频率、电机输出电流、输出频率、电机的电子过载保护功能。当变频器检测到电机过载时,会触发故障,关闭变频器输出,保护电机免受热故障。
这些过载曲线可以根据电机的能力来设置。许多泵风扇电机是为可变扭矩负载而设计的,这意味着它们不是为降低速度时的额定电流而设计的。
降低连续过载是为了减少维护,最大限度地提高电机的运行寿命。考虑到许多不同类型的电机,包括40:1速度范围的可变扭矩负载、100:1速度范围的恒定扭矩负载和非常规电机,如永磁电机(见图1)。
变频器是一种天然的软启动器。它们可以在改变速度时减少浪涌电流。为了实现这一目标,变频器根据设定的加速和减速时间启动和停止电机。这些时间或斜率定义了驱动器从零到最大频率所需的时间。根据操作条件或发送到变频器的命令(见图2),可以有固定的或多套的速率进行调整。
使用适当的加速和减速时间将大大降低启动时的浪涌电流和改变速度时的电流激增。这减少了电机加热和电源系统的使用寿命(更少的动态高扭矩变化)。变频器还将这些电流与线路隔离。因此,变压器不需要提供大浪涌,这可能会导致不必要的加热或影响供应电压,从而影响系统中的性能或其他负载。
变频器被默认为预期应用中最常用的加速和减速时间。风扇/水泵驱动器将有较长的斜坡时间,而通用工业变频器将有较短的斜坡时间。这有助于简化安装过程,并不是所有的默认值都适用于每个应用程序。需要调整这些斜坡时间,电流在变频器和电机的限制范围内。
根据负载惯性,启动/停止负载的速度可能比变频器和电机的电流能力快。过快的加速/减速会导致更高的电流,可能会给变频器和电机带来负担,导致过载或过流故障。设置正确的加速和减速时间,可以保证系统的正常性能和无故障运行。
加速/减速曲线的关键点发生在每个斜坡的开始和停止。这是需要最大扭矩或电流来实现所需电机运动的地方。因此,当整个斜坡时间需要保持较低时,可以调整这些点,以减少总斜坡时间。这些点称为抽动或S曲线计时调整。这些设置延长了加速或减速坡道高应力点的时间,减少了对整个启停时间的影响(见图3)。
变频器在运行的每一刻都需要两样东西:运行命令和速度参考。运行命令告诉驱动器它应该运行电机,而速度参考告诉变频器应该运行什么频率。这两个输入都是提供电机控制所必需的。否则,电机将处于空转状态。设置或不设置是变频器安装人员最常见的技术支持故障排除之一。
设置变频器的速度和运行指令更多的是关于如何选择电机的运行,而不是关于他们是否希望电机运行。大多数制造商默认他们的变频器是由数字和模拟输入操作的。触点和继电器被送入变频器,以制定变频器的运行指令。然后,模拟输入被用来提供速度参考。这些模拟量可以是0-10 V dc、+/-10 V dc、0-20 mA或4-20 mA信号。每种参考源都有自己的好处。电压信号产生简单,容易理解,电流信号传播距离较长,不容易受到附近电气噪声的影响。其他控制途径是通过直接的键盘控制或通过网络通信完成的。
每一个参考都为变频器提供了电机运行所需的准确速度。电机速度控制基准越精确,变频器在满足系统需求方面就越精确。准确地满足系统需求意味可以实现更高的节能效益。任何命令接口的目标都是实现系统所需的控制,使效率、质量和安全最大化。
变频器的外部有许多条件,可能导致工作条件超出其规格。为了保持产品的使用寿命和防止故障,加入触发故障保护自己。可能导致变频器故障条件的例子包括激进启动时间、激进停止时间、失去电源和锁定转子条件。
为什么在配置变频器时要设置故障复位?
许多变频器具有自动故障复位功能。该功能允许检测到其设置范围之外的条件,触发故障,保护自身、电机和机械系统的其他部分。故障复位功能允许用户检测事件,如果被消除,则复位到正常运行。自动复位的目的是为了克服故障,保持连续运行。停机要花钱,自动复位功能允许系统在经认证的工作人员检查之前,对那些被认为没有必要停止生产的事件保持运行。
这方面的一个例子是由雷雨引起的电压尖峰。这些都是很少发生的情况,不应该需要进一步分析。在这种情况下,硬盘会自行停止运行,保护自己。自动复位功能允许在没有用户干预的情况下启动备份,节省时间和金钱。
有很多方法可以实现变频器技术,使电机控制需求自动化。变频器的设置可能很复杂,但大多数应用只需要很少的设置就能启动和运行。此外,已经简化了安装过程。一种方法是通过应用程序的启动程序或向导。
这些程序引导安装人员通过使用问答菜单对他们的变频器进行设置,确保应用被设置为所需的操作。变频器的设计是为了便于使用,并通过优化效率、质量和安全,使其投资回报率最大化。