MicroMaster440變頻器在提升

摘要：本文描述了西門子MicroMaster440變頻器在某礦井提升機上的應(yīng)用   關(guān)鍵詞：MicroMaster440，提升機   一．引言       近年來，電控技術(shù)特別是變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展十分迅速，真正實現(xiàn)了變頻器在位勢能負(fù)載上的應(yīng)用，可取代傳統(tǒng)的提升機的轉(zhuǎn)子串電阻或直流調(diào)速系統(tǒng)，適用于新設(shè)備的制造和既有設(shè)備改造。提升機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)包括提升機主控制器、主機變頻器、減速器、主機系統(tǒng)等。本文僅討論主機變頻器的應(yīng)用。 二．系統(tǒng)介紹       提升機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)包括提升機主控制器、主機變頻器等。MicroMaster440 系列變頻器是西門子公司研發(fā)的多功能變頻器。它的額定功率范圍從0.12Kw 到75Kw（恒轉(zhuǎn)矩）, 采用了模塊化設(shè)計, 結(jié)構(gòu)緊湊, 具有多個自由定義的輸入輸出點數(shù), 可以滿足客戶的各種要求。 該變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代 先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而可以降低電動機運行的噪聲。***而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。   電控柜 三．控制系統(tǒng)構(gòu)成 電控系統(tǒng)框圖       電控系統(tǒng)采用了1 臺15kw 電機，1 臺15kw MicroMaster440 變頻器作為主驅(qū)動。變頻器使用制動單元和制動電阻釋放制動運行時反饋的機械能。系統(tǒng)簡單可靠，較傳統(tǒng)控制方式大大節(jié)省了安裝空間，提高了可靠性。電機啟動平穩(wěn)，電流沖擊小。機械上沖擊亦大為減輕，提高了運行壽命。變頻器通過端子控制. 通過數(shù)字量輸入端子（DIN）給定 ON/OFF1 命令以及固定頻率給定。通過3 個繼電器輸出信號來反饋當(dāng)前變頻器運行狀態(tài), 通過編碼器模板接收旋轉(zhuǎn)編碼器信號。變頻器采用閉環(huán)矢量控制。 四．運行原理及功能       提升機應(yīng)用在傳動應(yīng)用中屬于較高端應(yīng)用，必須采用閉環(huán)矢量控制才能達到良好的控制效果。矢量控制是由西門子公司***早提出理論并***先實現(xiàn)工程實用化三相異步電機控制方式，已達到直流電機控制水平。它模擬直流電機控制方式將電機電流分為轉(zhuǎn)距和勵磁兩個方向進行分別控制，可以用于高精度轉(zhuǎn)速控制，轉(zhuǎn)距 控制等。為了避免起動時溜車，并克服啟動時導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的靜摩擦力以達到啟動是良好的舒適感，需要在起動過程中，抱閘打開前即施加一個極小的附加速度給定給變頻器，在抱閘打開后使電機處于似動非動的狀態(tài)，以嚴(yán)格跟隨速度給定曲線，保證舒適感。   五．變頻器的主要調(diào)試參數(shù)   六.測試波形   參考資料：《西門子MM440 實用大全》。

變頻器原理以及基本知識

　　 　　1、什么是變頻器？ 　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 　　2、PWM和PAM的不同點是什么？ 　　PWM是英文PulseWidthModulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。 　　PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。 　　3、電壓型與電流型有什么不同？ 　　變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 　　4、為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變？ 　　異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機、泵類節(jié)能型變頻器。 　　5、電動機使用工頻電源驅(qū)動時，電壓下降則電流增加；對于變頻器驅(qū)動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？ 　　頻率下降（低速）時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。 　　6、采用變頻器運轉(zhuǎn)時，電機的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩怎樣？ 　　采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流被***在150%額定電流以下(根據(jù)機種不同，為125%~200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為6~7倍，因此，將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩；對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動。 　　7、V/f模式是什么意思？ 　　頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進行選擇 　　8、按比例地改V和f時，電機的轉(zhuǎn)矩如何變化？ 　　頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉(zhuǎn)矩,這種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現(xiàn),有自動進行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法 　　9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？ 　　在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機溫升和起動轉(zhuǎn)矩的大小等條件，***低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率（起動頻率）根據(jù)機種為0.5~3Hz. 　　10、對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉(zhuǎn)矩一定，是否可以？ 　　通常情況下時不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）電壓不變，大體為恒功率特性，在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。 　　11、所謂開環(huán)是什么意思？ 　　給所使用的電機裝置設(shè)速度檢出器（PG），將實際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運轉(zhuǎn)的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋. 　　12、實際轉(zhuǎn)速對于給定速度有偏差時如何辦？ 　　開環(huán)時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負(fù)載運行時，電機的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)（1%~5%）變動。對于要求調(diào)速精度比較高，即使負(fù)載變動也要求在近于給定速度下運轉(zhuǎn)的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器（選用件）。 　　13、如果用帶有PG的電機，進行反饋后速度精度能提高嗎？ 　　具有ＰＧ反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決于ＰＧ本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。 　　14、失速防止功能是什么意思？ 　　如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)速（電角頻率）的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當(dāng)加速電流過大時適當(dāng)放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。 　　15、有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什么意義？ 　　加減速可以分別給定的機種，對于短時間加速、緩慢減速場合，或者對于小型機床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時間的場合是適宜的，但對于風(fēng)機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。 　　16、什么是再生制動？ 　　電動機在運轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率，則電動機變?yōu)楫惒桨l(fā)電機狀態(tài)運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。 　　17、是否能得到更大的制動力？ 　　從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關(guān)系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%~20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%~100%。 　　18、請說明變頻器的保護功能? 　　保護功能可分為以下兩類： 　?。?）檢知異常狀態(tài)后自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。 　?。?）檢知異常后封鎖電力半導(dǎo)體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導(dǎo)體冷卻風(fēng)扇過熱和瞬時停電保護等。 　　19、為什么用離合器連續(xù)負(fù)載時，變頻器的保護功能就動作？ 　　用離合器連接負(fù)載時，在連接的瞬間，電機從空載狀態(tài)向轉(zhuǎn)差率大的區(qū)域急劇變化，流過的大電流導(dǎo)致變頻器過電流跳閘，不能運轉(zhuǎn)。 　　20、在同一工廠內(nèi)大型電機一起動，運轉(zhuǎn)中變頻器就停止，這是為什么？ 　　電機起動時將流過和容量相對應(yīng)的起動電流，電機定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降，電機容量大時此壓降影響也大，連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷，因而有時保護功能（IPE）動作，造成停止運轉(zhuǎn)。 　　21、什么是變頻分辨率？有什么意義？ 　　對于數(shù)字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號，輸出頻率也是有級給定。這個級差的***小單位就稱為變頻分辨率。 　　變頻分辨率通常取值為0.015~0.5Hz.例如，分辨率為0.5Hz，那么23Hz的上面可變?yōu)?3.5、24.0Hz，因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對于像連續(xù)卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下，如果分辨率為0.015Hz左右，對于4級電機1個級差為1r/min以下，也可充分適應(yīng)。另外，有的機種給定分辨率與輸出分辨率不相同。 　　22、裝設(shè)變頻器時安裝方向是否有***。 　　變頻器內(nèi)部和背面的結(jié)構(gòu)考慮了冷卻效果的，上下的關(guān)系對通風(fēng)也是重要的，因此，對于單元型在盤內(nèi)、掛在墻上的都取縱向位，盡可能垂直安裝。 　　23、不采用軟起動，將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以？ 　　在很低的頻率下是可以的，但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流（6~7倍額定電流），由于變頻器切斷過電流，電機不能起動。 　　24、電機超過60Hz運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意什么問題？ 　　超過60Hz運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意以下事項 　　(1)機械和裝置在該速下運轉(zhuǎn)要充分可能（機械強度、噪聲、振動等）。 　?。?）電機進入恒功率輸出范圍，其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作（風(fēng)機、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加，所以轉(zhuǎn)速少許升高時也要注意）。 　　(3)產(chǎn)生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。 　?。?）對于中容量以上的電機特別是2極電機，在60Hz以上運轉(zhuǎn)時要與廠家仔細(xì)商討。 　　25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎？ 　　根據(jù)減速機的結(jié)構(gòu)和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結(jié)構(gòu)上通?？煽紤]70~80Hz為***大極限，采用油潤滑時，在低速下連續(xù)運轉(zhuǎn)關(guān)系到齒輪的損壞等。 　　26、變頻器能用來驅(qū)動單相電機嗎？可以使用單相電源嗎？ 　　基本上不能用。對于調(diào)速器開關(guān)起動式的單相電機，在工作點以下的調(diào)速范圍時將燒毀輔助繞組；對于電容起動或電容運轉(zhuǎn)方式的，將誘發(fā)電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相，但對于小容量的，也有用單相電源運轉(zhuǎn)的機種。 　　27、變頻器本身消耗的功率有多少？ 　　它與變頻器的機種、運行狀態(tài)、使用頻率等有關(guān)，但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%，據(jù)此可推算損耗，但內(nèi)藏再生制動式（FR-K）變頻器，如果把制動時的損耗也考慮進去，功率消耗將變大，對于操作盤設(shè)計等必須注意。 　　28、為什么不能在6~60Hz全區(qū)域連續(xù)運轉(zhuǎn)使用？ 　　一般電機利用裝在軸上的外扇或轉(zhuǎn)子端環(huán)上的葉片進行冷卻，若速度降低則冷卻效果下降，因而不能承受與高速運轉(zhuǎn)相同的發(fā)熱，必須降低在低速下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，或采用容量大的變頻器與電機組合，或采用專用電機。 　　29、使用帶制動器的電機時應(yīng)注意什么？ 　　制動器勵磁回路電源應(yīng)取自變頻器的輸入側(cè)。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作，將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動器動作。 　　30、想用變頻器傳動帶有改善功率因數(shù)用電容器的電機，電機卻不動，請說明原因。 　　變頻器的電流流入改善功率因數(shù)用的電容器，由于其充電電流造成變頻器過電流(OCT),所以不能起動，作為對策，請將電容器拆除后運轉(zhuǎn)，甚至改善功率因數(shù)，在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的。 　　31、變頻器的壽命有多久？ 　　變頻器雖為靜止裝置，但也有像濾波電容器、冷卻風(fēng)扇那樣的消耗器件，如果對它們進行定期的維護，可望有10年以上的壽命。 　　32、變頻器內(nèi)藏有冷卻風(fēng)扇，風(fēng)的方向如何？風(fēng)扇若是壞了會怎樣？ 　　對于小容量也有無冷卻風(fēng)扇的機種。有風(fēng)扇的機種，風(fēng)的方向是從下向上，所以裝設(shè)變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。還有，變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風(fēng)扇發(fā)生故障時，由電扇停止檢測或冷卻風(fēng)扇上的過熱檢測進行保護 　　33、濾波電容器為消耗品，那么怎樣判斷它的壽命？ 　　作為濾波電容器使用的電容器，其靜電容量隨著時間的推移而緩緩減少，定期地測量靜電容量，以達到產(chǎn)品額定容量的85%時為基準(zhǔn)來判斷壽命。 　　34、裝設(shè)變頻器時安裝方向是否有***。 　　應(yīng)基本收藏在盤內(nèi)，問題是采用全封閉結(jié)構(gòu)的盤外形尺寸大，占用空間大，成本比較高。其措施有： 　?。?）盤的設(shè)計要針對實際裝置所需要的散熱； 　?。?）利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積； 　?。?）采用熱導(dǎo)管。 　　此外，已開發(fā)出變頻器背面可以外露的型式。 　　35、想提高原有輸送帶的速度，以80Hz運轉(zhuǎn)，變頻器的容量該怎樣選擇？ 　　設(shè)基準(zhǔn)速度為50Hz,50Hz以上為恒功率輸出特性。像輸送帶這樣的恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載增速時，容量需要增大為80/50≈1.6倍。電機容量也像變頻器一樣增大. 　　

南寨煤礦主立井電控系統(tǒng)的技術(shù)改造

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