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解决方案

变频器选型与应用技巧

设备简介 

   变频调速必须具备的两个基本条件:1、电动机轴上的输出功率大于或等于负载所需要的功率;2、电动机产生的电磁转矩大于或等于负载的阻转矩。(即变频器输出功率大于或等于电动机的额定功率,变频器的输出电流大于或等于电动机的额定电流)-最大电流原则。

   注:电动机功率相同但磁极对数不同,电动机的额定转矩与额定电流也不相同。 

 

二、恒转矩负载的变频调速 

1、恒转矩负载的主要特点:

<1>负载转矩大小取决于负载的轻重,与转速无关;

<2>负载功率大小与转速成正比。 

 

2、恒转矩负载调试举例:

<案例1>皮带输送机 

电动机名牌:功率:30KW 转速:1470r/min 电流:56.8A 电机级数:4级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0300G/0370P 功率-30KW 电流-60A 

变频器参数设置:F0.00=2(端子UP/DOWN调节设定频率) F0.02=1(端子运行命令控制) F0.03=110(禁止反转) F0.08=10S(加速时间) F0.09=10S(减速时间) F0.11=20HZ (下限频率)F0.14=4.0(转矩提升) F1.00=0(从起动频率起动) F1.01=6HZ(起动频率) F1.02=2S(起动频率持续时间) F1.05=0(减速停机) F2.05=5HZ(载波频率) F5.00=19(X1三线式控制) F5.01=16(X2频率递增UP) F5.02=17(X3频率递减DOWN) F5.08=2(三线式控制模式一) F9.04=95%(电机过载保护系数)  

<案例2>塑料挤出机 

电动机名牌:功率:55KW 转速:1480r/min 电流:102.5A 电机级数:4级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0550G/0750P 功率-55KW 电流-112A 

变频器参数设置:F0.00=00(键盘模拟电位器设置)F0.02=0(操作键盘运行控制) F0.08=15S(加速时间) F0.09=15S(减速时间) F0.14=4.0(转矩提升) F1.00=0 (从起动频率起动)F1.01=6HZ(起动频率) F1.02=2S(起动频率持续时间)F1.05=0(减速停机)F9.04=92%(电机过载保护系数) 

 

<案例3> 钻井提升机 

电动机名牌:功率:37KW 转速:1440r/min 电流:69.8A 电机级数:4级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0370G/0450P 功率-37KW 电流:75A 

变频器参数设置:F0.00=04(VCI模拟设定) F0.02=1(端子运行命令控制) F0.08=10S(加速时间) F0.09=3S(减速时间) F0.14=2.0(转矩提升) F1.05=2(减速+直流制动停机) F1.06=15HZ(停机时直流制动起始频率) F1.07=0.5S(停机时直流制动时间) F1.08=8%(停机时直流制动电压) F3.30=15(TB-TC断电抱闸信号) F5.00=11(故障复位) F9.04=93%(电机过载保护系数) 

注:配置制动单元与制动电阻的型号:制动单元:2545- 制动电流:25A 功率:45KW以下 

制动电阻:10KW 16Ω 

 

3、恒转矩负载调试存在问题与解决办法:

<1>起动力矩不够<2>低频运行电流偏大限流或者过流保护 <3>运行中负载稍有增加,电机容易堵转。 

解决办法:

<1>加大机械传动比,以减轻电动机轴上的阻转矩; 

<2>采用有反馈矢量控制方式,可以使起动转矩增加至电动机额定转矩的180%-200%,低频运行带载能力增强; 

<3>如果转矩提升预置较小则适当增加转矩提升值或者设置自动转矩提升; 

<4>适当降低电动机的基本频率,以加大电动机的工作磁通,但基本频率不宜低于45HZ; 

<5>预置转差频率补偿功能,以增强电动机的带载能力; 

<6>适当设置起动频率,以增加起动力矩; 

<7>适当降低载波频率,以提高变频器的输出电压; 

<8>功率相同,改选6级电机,以增加电动机的电磁转矩。 

 

三、 恒功率负载的变频调速 

1、恒功率负载的主要特点:

<1>恒功率负载的功率大小恒定与转速无关;<2>恒功率负载的阻转矩大小与转速成反比例关系。 

 

2、恒功率负载调试举例:

<案例1>工业洗衣机 

电动机名牌:功率:11KW 转速:1460r/min 电流:21.4A 电机级数:4级 额定频率:60HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0110G/0150P 功率-11KW 电流-25A 

变频器参数设置:F0.01=8 F0.02=1 F0.08=40 F0.09=40 F0.10=110 F0.13=1 F0.14=2 F0.15=4 F1.05=1 F2.05=5 F2.18=80 F2.19=80 F2.20=150 F2.21=150 F2.22=170 F2.23=170 F2.30=11 F2.31=70 F2.32=90 F2.37=3 F2.38=8 F2.39=8 F2.40=30 F2.41=25 F2.42=50 F2.43=40 F2.44=80 F5.00=1 F5.01=2 F5.02=7 F5.03=8 F8.03=60 F9.04=120% F9.09=180% 

注:配置制动电阻型号:功率:1KW 阻值:50Ω 

 

<案例2>布匹卷绕机 

电动机名牌:功率:15KW 转速:1460r/min 电流:30.4A 电机级数:4级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0150G/0185P 功率-15KW 电流-33A 

变频器参数设置:F0.02=1 F0.08=15 F0.09=15 F0.10=85 F0.14=2 F1.05=2 F1.06=10 F1.07=0.5 F1.08=8 F2.05=5 F3.00=1 F3.01=1 F3.02=1 F3.05=20% F3.08=1.15 F3.09=1.15 F3.21=9.999 F9.04=92% F9.08=150% F9.09=180% 

注:配置制动电阻型号:功率:1KW 阻值:40Ω 

 

<案例3>空压机(脉动转矩负载)-恒压供气 

电动机名牌:功率:30KW 转速:1470r/min 电流:56.8A 电机级数:4级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0370G/0450P 功率-37KW 电流-75A 

变频器参数设置:F0.02=1 F0.08=30S F0.09=40S F0.11=20HZF1.05=0F3.00=1F3.01=0F3.02=0 F3.05=3.5V F3.21=9.99V F9.04=120% 

注:空压机为脉动转矩负载,电机过载能力较强,因此,变频选型时功率按G型机放大一档,避免变频器工作中频繁过流保护动作而影响生产。 

 

3、恒功率负载调试存在问题与解决办法: 

<1>恒功率负载如何配置电动机功率与变频器功率; 

<2>恒功率负载的最大工作频率不易超过多大为宜; 

<3>恒功率负载快速停车时,存在电动机处于发电状态,致使变频器直流母线电压升高,最终导致变频器跳过电压或过电流保护。 

解决办法: 

<1>考虑电动机工作在额定频率以上时,其有效转矩线具有恒功率特性,充分利用电动机调速过程中的恒功率区来带动恒功率负载,使二者的特性相接近。另外,考虑恒功率负载工作在额定频率以上电动机存在短时过载,变频器选型需加大一挡; 

<2>考虑轴承的最大承受能力、转子的动态平衡问题以及轴承的抗振动能力,恒功率负载的最大工作频率以不超过三倍的电动机额定频率为宜; 

<3>配置制动单元与制动电阻或配置能量回馈单元以及启动变频停机直流制动功能、过压失速功能和自动稳压功能或采用电磁制动器刹车。注:制动电阻阻值过大,制动力矩不够,变频跳过压保护;制动电阻阻值过小,制动力矩过大,变频跳过流保护。 

 

四、 平方转矩负载(二次方律负载)的变频调速 

1、平方转矩负载的主要特点:

<1>平方转矩负载的转矩与转速的平方成正比;

<2>平方转矩负载的功率与转速的立方成正比 

 

2、平方转矩负载调试举例:

<案例1>锅炉引风机、鼔风机(罗茨风机属恒转矩负载,变频器选型按G型机选择) 

电动机名牌:功率:55KW 转速:2980r/min 电流:102.7A 电机级数:2级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0450G/0550P 功率-55KW 电 -112A 

变频器参数设置:F0.00=4 F0.02=1 F0.08=30 F0.09=30 

F0.14=0 F0.15=1 F0.16=1 F1.00=1或2 F1.03=8% 

F1.04=0.5 F1.05=0 F2.02=1 F3.30=15 F9.04=92% 

F9.09=200% 

注:如果风机在变频启动前其叶伦是反向运转或故障时自由运转状态,变频需设置启动前直流制动或转速跟踪再启动功能,否则变频器限流启动不起来或跳过流保护。 

 

<案例2>离心式水泵(恒压供水一拖一)(注:螺杆泵、泥浆泵、往复式柱塞泵、真空泵等为恒转矩负载,变频器选型时按G型机选择) 

电动机名牌:功率:55KW 转速:2980r/min 电流:102.7A 电机级数:2级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0450G/0550P 功率-55KW 电流- -112A 

(消防巡检泵变频器选型原则二选一,此例变频选型为:EDS1000-4T0220G/0300P 功率-30KW 电流-60A其中必须调整V/F曲线以及提高限流水平,否则变频限流。) 

变频器参数设置:F0.02=1 F0.08=30 F0.09=30 F0.14=0 

F0.15=1 F0.16=1 F1.05=1 F2.02=1 F3.00=2 F3.01=0 

F3.02=0 F3.03=0.35MP(目标压力设定值) F3.08=1.15 

F3.09=1.15 F3.21=1MP F3.26=1 其中F3.16-F3.19 休眠 

与苏醒功能根据客户要求设定或设置F0.11=35(下限频率)F0.12=2 (下限频率运行模式-自由停机) 

 

注:

1、恒压供水一拖二需曾设置F5.10-F5.13=21 F3.25=0001或0002以上(水泵自由切换时间间隔-水泵防锈死功能)。 

2、当F3.00设置为1时,数字给定值F3.03(电压值)将作为通用PID闭环控制系统的给定量,必须将F3.21设置为9.99V;当F3.00设置为2时,启用恒压供水PID控制功能,数字给定值F3.03(压力值)将作为恒压供水控制系统的目标压力设定值,其上限值为F3.21,必须将F3.21设置为远传压力表的量程或压力变送器的量程,否则系统压力不稳定。 

3、远传压力表与变频器之间的接线:远传压力表内部有一个滑动变阻器,其滑动端与压力表的指针相连接,当压力变化时,滑动变阻器滑动端的位置也随之改变。远传压力表电阻值量程范围为300-400欧姆,可以用万用表的电阻档分别测量远传压力表任意两端的电阻值,三组电阻值做比较便可找出滑动变阻器的高阻端、中间端(滑动端)、低阻端,其中高阻端接变频器10V电压,中间端接变频器VCI,低阻端接变频器GND(当接上远传压力表时,变频器的10伏电压有可能被拉低,有万用表的直流电压档测量10V与GND之间的电压,如果此时测量电压为8.5V,那么将对应参数F3.07设置为85%(最大给定量对应的反馈量),否则系统压力不稳定。 

4、电流输出型压力变送器(4-20mA)与变频器之间的接线: 

a、两线式压力变送器的红线接变频器24V电压,黑线接变频器CCI,用导线短接变频器COM与GND; 

b、四线式压力变送器24V接变频器24V,COM接变频器COM,CCI接变频器CCI,GND接变频器GND即可,对应参数F3.05须设置为20%(最小给定量对应的反馈量),否则系统压力不稳定。 

5、电压型输出压力变送器(0-10V或0-5V)与变频器之间的接线:压力变送器的红线接变频器24V,绿线接变频器VCI,黑线接变频器GND即可。 

6、PID预置原则和PID调整依据: 

<1>、PID预置原则 a、比例增益Kp,初次调试时,Kp可按中间偏大值来预置。b、积分时间I或积分增益Ki,I或Ki的取值与拖动系统的时间常数有关,拖动系统的时间常数较小者,积分时间I应设置短些(积分增益Ki设置长些);反之,拖动系统的时间常数较大者,积分时间I应设置长些(积分增益Ki设置短些)。C、微分时间D或微分增益Kd, D 或Kd的取值与拖动系统的时间常数有关,拖动系统的时间常数较小者,微分时间D或者微分增益Kd应设置短些;反之,拖动系统的时间常数较大者,微分时间D或者微分增益Kd应设置长些。 

<2>、PID调整依据,如果PID预置不当,主要现象和调整方法如下:a、被控量在目标值附近震荡,首先加大积分时间I或减小积分增益Ki,如仍有震荡,可适当减小比例增益Kp。 

b、被控量在变化后难以恢复,首先加大比例增益Kp,如反应仍较迟缓,可适当减小积分时间I或增大积分增益Ki.如果有微分功能者,还可以加大微分时间D或加大微分增益Kd. 

以上为恒压供水参数调试技巧,仅供参考. <案例3>潜水泵/深井泵 

电动机名牌:功率:25KW 转速:2960r/min 电流:53A 电机级数:2级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0300G/0370P 功率-30KW 电流-60A 

变频器参数设置:F0.02=1 F0.08=15 F0.09=15 

F0.11=20HZ F0.14=2 F0.15=0 F0.16=1 F1.00=0 F1.01=10 F1.02=0.5 F1.05=1 F2.02=1 F3.00=2 F3.01=0 F3.02=0 F3.03=0.35MP(目标压力设定值) F3.08=1.15 

F3.09=1.15 F3.21=1MP F3.26=1 F9.04=120% F9.09=200% 

注:潜水泵电动机过载能力极强,变频启动时,启动电流非常大,变频器容易限流保护或跳E009电机过载保护,所以,变频器选型时注意:变频器与电动机之间的距离超过50米时,变频器按水泵同等功率G型机选型;若变频器与电动机之间距离超过100时,则变频器按水泵同等功率G型机功率放大一档,考虑潜水泵/深井泵的散热问题,变频器应设置下限频率。同时变频器输出电缆应加粗,变频器与电动机之间必须加交流输出电抗器,否则变频器无法正常工作。另外,尤其是新井或长期搁置的备用井,第一次变频器在起动之前,必须利用工频起动冲击运行一段时间,进行水泵与电机的磨合,否则变频起动过程中容易频繁过流保护或限流保护。再次,潜水泵下井时,每下一段井深需反复利用变频器的正反转功能进行水泵与电机的磨合,否则变频起动过程中容易频繁过流保护或限流保护。 

 

3、 平方转矩负载调试存在问题与解决办法:

<1>启动限流;

<2>额定频率附近电动机过载。 

解决办法:

<1>降低转矩提升,调整V/F曲线以及加大限流水平;

<2>降低变频器输出频率或加大电动机额定频率;

<3>若为潜水泵负载,则需设置启动频率,变频器功率加大一档,变频器输出电缆加粗,变频器与电动机之间加交流输出电抗器。 

 

五、 以下应用场合,必须考虑加大变频器的容量,(至少放大一档或两档): 

<1>、多级电机,同等功率,电机级数为6级或8级电机,变频器额定电流小于电动机额定电流; 

<2>、电动机允许过载时间大于2分钟(例:潜水泵、深井泵); 

<3>、低频重载启动,加减速时间有特殊要求:a、快速启停;b、频繁点动。(例:挤压成型机、水泥回转窑、球磨机)注:增加电动机的级对数或增大减速机的减速比对于低频重载起动的负载尤其适用。 

<4>、冲击负载(离合器连接负载); 

<5>、不均衡负载(例:搅拌机、粉碎机、轧钢机); 

<6>、大惯性负载(例:冲床、离心机、水泥旋转窑、陶瓷回转磨); 

<7>、四象限运行负载(例:升降机、起重机、抓斗机); 

<8>、脉动转矩负载(例:空压机、深井泵/潜水泵、振动机、泥沙泵、油压泵、音乐喷泉); 

<9>、高速运转负载(例:木工机械、机床、纺织机械、印刷机械); 

<10>、同步电动机或绕线式异步电动机。注:对于连续、断续以及短时负载,变频器选型应按最大电流原则选择为基准。(例:数控车床、龙门刨床等) 

 

六、 单台变频器拖动多台电动机时,变频器的选型与应用 

1、多台电动机同时起停 变频器选型原则:只需要将电动机的起动电流限制在一定范围内,则变频器的额定电流大于或等于所有电动机的额定电流之和即可。其计算表达式: 

In≥(1.05-1.1)∑Imn 

注:In-变频器的额定电流;∑Imn-同时运行电动机的额定电流之和。 

2、多台电动机分别起停 变频器选型原则:因为后起动的电动机只能在变频器某一输出频率下直接起动,最差的情况是在额定频率下直接起动,所以在变频器选型时,必须考虑后起动电动机在额定频率下直接起动时的起动电流。其计算表达式: 

In≥[(1.05-1.1)∑Imn+K1∑Ist]/K2 

注:In-变频器的额定电流;∑Imn-同时运行电动机的额定电流之和;∑Ist-工频同时起动电动机的总起动电流,其中Ist-工频电动机的起动电流(为电动机额定电流的5-7倍);K1-安全系数 

a、当后起动电动机从停止状态起动时则:K1=1.2; 

b、当后起动电动机从自由制动状态下起动时则K1=(1.5-2);K2-变频器过载能力(K2=1.5)。 

3、举例:行车平移机构 

电动机名牌:功率:15KW 转速:960r/min 电流:31.5A 

电机级数:6级 额定频率:50HZ 

变频器选型:EDS1000-4T0370G/0450P 功率-37KW 电流-75A 

变频器参数设置:F0.02=1 F0.08=10S F0.09=10S F1.00=0 F1.01=6 F1.02=1S F1.05=2 F1.06=15HZ F1.07=0.5S F1.08=8% F5.00=19(X1-三线式控制) F5.08=2 F9.04=120% 

注1:行车平移机构所用电机为六级锥形电机,锥形电机起动时,转子与定子之间有一定的静摩擦力,故变频器起动时必须设起动频率,以增加起动冲击力矩,否则电机起动比较吃力。另外,变频器必须配置制动单元与制动电阻。 

注2:注:配置制动单元与制动电阻的型号:制动单元:2545- 制动电流:25A 功率:45KW以下

制动电阻:10KW 16Ω