变频器实际工程应用案例介绍
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─ AC Inverter Application Technology
第三章：变频器工程应用
• 总结：回转窑是一个很典型的冲击性负载，我们通过上述 案例分析，可得出以下几点结论： • 1）变频器的容量是以瞬时冲击电流为依据，变频器只有 满足了负载的瞬时冲击电流要求，才能不跳闸。 • 2）电动机的容量根据负载的平均功率选取，只要负载的 瞬时电流达不到堵转电流，电动机的容量就不必增加。 • 3）考虑低速电动机的发热问题，尽量使电动机工作在高 转速区。
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第三章：变频器工程应用
• 2.调试出现的问题 • 1）变频器选择HF-G7-90T3，起动正常，但在运行中频繁 跳“OC”过流，使生产不能正常进行。查其原因，发现由 于负载惯量大，物料在窑中滚动时不断形成附加转矩，使 变频器产生瞬间过电流。瞬时峰值电流达340A。而HF-G790T3变频器的过载极限电流为270A，小于其负载峰值电流， 故不能正常工作。根据这一现场情况，经反复论证计算， 最后变频器选择为HF-G9-160T3型，该变频器额定功率 160kW，额定电流320A。 • 2）变频器选择为HF-G9-160T3，额定电流为320A，过载能 力为1.5-1.8倍，过载极限电流为480-570A。电动机仍为 90kW，变频器的输出电流是电动机额定电流的280%-300%， 是瞬时峰值电流340A的140%-160%，因此，足可以克服负 载瞬时波动产生的峰值电流，回转窑运行正常，不再跳 “OC”过流。
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第三章：变频器工程应用
• 3.3.3 应用实例 • 1.变频器容量选择 • 有一水泥厂的回转窑改造项目，原来选用55KW电动机调速驱动，因回 转窑烧结温度较高，热膨胀系数较大，窑体变形严重，使起动及工作 电流增大，电动机经常堵转不能正常运转。 • 改造时考虑到原电动机的功率不足，同时考虑到55KW、4极电动机转 速为1500r/min，而回转窑正常运行时电动机的转速为800r/min左右， 当非正常运行时转速更低。因为电动机是由自己的同轴风扇吹风散热， 当电动机的转速下降较大时，电动机的散热效果很差，造成电动机发 热严重。 • 根据以上情况，将此回转窑拖动改为90kW、6极电动机，选择惠丰HFG7-90T3型通用变频器，该变频器功率90kW，额定电流180A。变频器 频率控制为模拟电位器调速。 • 当电动机正常运转在800r/min时，变频器的输出频率为40Hz左右，因 而避免了由于4极电动机运转在800r/min时电动机散热不良的问题。
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第三章：变频器工程应用
• 3）变频器在正常停机的情况下，启动困难，借助 辅助设备才有可能起动。 分析其情况，判断为起 动转矩不足，修改变频器的转矩补偿曲线，即加 大变频器的低频起动力矩，解决了正常停机的起 动问题。 • 在以上反复确定变频器的容量时，根据就是电动 机的瞬态电流，当变频器的瞬态电流超过了变频 器的最大过载电流时，变频器就跳闸。改造前选 用55kW的电动机都能工作，可驱动变频器后来增 加到160kW（电动机增加为90kW），就是因为电动 机工作时有很大的瞬态电流，这就是冲击性负载 变频器选择功率时为什么会比实际功率大很多。
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第三章：变频器工程应用
• 3.3.2. 变频器选择原则 • 根据上述回转窑负载特性的分析，变频器在选型 和容量选择上有其特殊性。 • 1）变频器在起动时负载很大，是正常工作时的几 倍，因此，变频器的容量选择要有充分的裕量， 否则变频器将不能正常启动。 • 2）变频器是在起动时的低速区（10～13Hz）电流 最大，因此变频器在选型时要选择起动过载能力 大、具有低频转矩补偿的变频器。 • 3）提高电动机的上限转速，加大减速装置的传动 比，以提高起动时的低频转矩。
压力变送器
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第三章：变频器工程应用
• 需要解决的问题： 1.反馈端子的确定； • 2.目标信号给定端子的确定； • 3.目标信号的给定值为多少； • 4.PID控制端子的确定； • 5.P、I、D参数的选取。 • 上述5项都要通过变频器的功能码进行预置。 • 下面根据流程图从编码表中查找具体参数；不明确的地方 参考参数的解释说明。
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第三章：变频器工程应用
• 2.控制电路 • 电路具有工频—变频切换功能。工频——变频切换有几个关键问题。 • 1）电动机从变频器切出前变频器必须停止输出 • KM2断开前变频器必须停止输出，在停止输出后至少延迟0.1S， KM2才动作，不允许变频器停止输出和KM2同时动作。 • 2）电动机切换到工频电源时要有一定延时，但其转速不要低于额定 转速的80%。 • 切换前变频器输出频率要达到50Hz，切换后要延迟0.2— 0.4S,KM3才闭合，此时电动机的转速要控制在额定转速的80%以内。 • 3）变频器的输出相序和电动机的相序要相同。
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第三章：变频器工程应用
• 3.1.1 富士G11S变频器参数设置 • 富士G11S变频器，拖动7Kw电动机，为压力罐充气，PID控制，压力表 量程1MPa,输出电流4—20mA,要求罐中压力0.6MPa,请选择参数。 • 解：电路连接如图。
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第三章：变频器工程应用
• 3）采取切入延迟的方法减小切入电流 • 当电动机从变频器上切出后，随着延迟时间的延长，转子 电流下降，定子上的感应电压也下降，使切入电流下降。 这就是电动机从变频器上切出后，为什么要有一定的延迟 时间才投入到工频电源上的原因。
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第三章：变频器工程应用
• 2.功能参数 • E01=20(X1端子有效，OFF,PID有效) • E02=11（ X2端子有效，OFF,F01设定目标值， ON,PID无效，由键盘设定频率。变频器在起动时，可由 该端子控制，防止起动时跳闸） • F01=1（电压设定目标值） • H20=1（PID正动作） • H21=1（C1端子为反馈端子，并正动作） • H22，P增益，0.01～10.0倍； • H23，I积分时间，0.01～3600s • H24，D微分时间，0.01～10.0s； 现场调试决定 • H25，PID反馈滤波，0.0～60s。
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第三章：变频器工程应用
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第三章：变频器工程应用
• 富士G11S变频器PID控制参数： • 1.目标量 目标量在设置时大小等于反馈量。在 本控制中，反馈量为：压力表的量程为1MPa，控 制压力为0.6MPa，为压力表总量程的60%，其输出 信号也为总输出信号的60%，(4+（20-4） x60%=13.6mA)。目标量输入的是电压值，0—10V， 其60%为6V,即12端子输入电压为6V；C1端子输入 电流为13.6mA。
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第三章：变频器工程应用
• 3.4 变频器在张力控制设备上的应用 • 生产线一般由多个驱动环节组成，每个驱动环节 有一台或多台电动机。因为生产线工作时的连续 性，要求众多的驱动环节在运行时的速度或同速、 或按比例运行、或根据现场情况随机调整。在采 用变频器控制时，为各个驱动环节的调速控制提 供了方便。变频器根据速度传感器的取样信号， 可方便的进行速度控制。
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第三章：变频器工程应用
• 3.1.2 康沃CAF-P2变频器恒压 供水 • 1.参数设置 • 本例为康沃CAF-P2变频器，其参 数设置为： • 目标信号，由电位器RP给定； • 反馈信号，由SP传感器取出，从 VII输入； • 主要功能： • H-48=2（内置PID控制） • H-49=2（目标信号从VII输入） • H-50=1（PID反馈信号从端子II输 入） • H-51=0（反馈信号正逻辑） • H-54=2（PID结构选择，为PI控制）
此图不能用
改造后的控制电路 ─ AC Inverter Application Technology
第三章：变频器工程应用
• 3.3变频器在旋转窑上的应用 • 水泥回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的主要设备。回转窑广泛 用于冶金、化工、建筑耐火材料、环保等工业。回转窑由筒体，支 承装置，带挡轮支承装置，传动装置，活动窑头, 复合碎石机，窑 尾密封装置，喷煤管装置等部件组成。回转窑的回转部分如右图所 示。回转窑的窑体与水平呈一定的倾斜，整个窑体由托轮装置支承， 并有控制窑体上下窜动的挡轮装置。回转窑的转动由电动机通过齿 轮减速箱，减速箱的输出齿轮和回转窑的回转齿条啮合，拖动回转 窑转动。
变频器原理应用维修
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第三章：变频器工程应用
• 3.1 变频器PID应用 • 变频器PID应用主要应用在过程控制中，如恒压供 水控制、恒压供气控制、恒温控制等。变频器控 制什么量，就由传感器将什么量转化为电信号， 这个电信号和给定信号在变频器内进行比较，比 较的差值控制变频器的输出频率，来控制电动机 的转速，使变频器的控制量保持恒定。
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第三章：变频器工程应用
• 3.3.1.回转窑负载的特点分析 • 启动时回转窑内的物料处于正下方，在窑体起动并不断加速的过程中， 整个窑体要克服摩擦力、窑体变形产生的阻力以及窑内的物料堆积角 产生的阻力。当窑体克服所有阻力开始转动时，堆积物料的偏转角也 随着变化，当物料偏转角达到90度时（见图b所示），此时物料所引 起的附加转矩最大，变频器的输出电流也最大，达到正常工作电流的 3-4倍。此时变频器的输出频率上升到10-13Hz。
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第三章：变频器工程应用
• 起动过程，既是一个加速过程，也是克服设备巨 大惯性的过程。一旦变频器克服了这种大惯性负 载而起动起来，维持正常运转时，所需的驱动转 矩及功率就很小了。根据回转窑的这种负载特点， 选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选 择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉 小车现象，能耗大，一次性投资加大；功率选择 小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正 常起动。
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第三章：变频器工程应用
• 3.关于多功能输入输出端子的使用 • 1）在上例中，用E01—E09参数（对应X1—X9端子）指定 一个PID功能切换端子，为什么用端子进行切换，而不用 编程的方法进行切换呢？因为用端子切换是随机的，不受 时间的限制。 • 2) E01—E09参数只是选定端子，这个端子干什么还要用 参数值确定。E01=20，“20”就是参数值，这条指令的含 义是：X1端子有效，功能是控制PID功能切换。 • 3）多功能输出端子的使用也是如此，首先选定端子，再 指定端子干什么。 • 4）这种控制和编码方式具有普遍性，多种变频器采用这 种方法。如三肯、三菱、台达、英威腾等。
─ AC Inverter Application Technology来自第三章：变频器工程应用
3.4.1.检测传感装置 • 1. 张力控制传感装置 • 卷取机械是带材和线材生产不可缺少的设备，如 塑料带的卷取，造纸厂纸张的卷取，冶金厂的薄 板卷取、带铜卷取等。在卷取过程中，为了使产 品合格，要给卷材上加一定的张力，张力的大小 关系到产品的质量。 同时，卷取工序与前道工序 之间有着密切的联系，如与前道工序速度要同步、 稳定、调速精度要高等。
第三章：变频器工程应用
• 总结：回转窑是一个很典型的冲击性负载，我们通过上述 案例分析，可得出以下几点结论： • 1）变频器的容量是以瞬时冲击电流为依据，变频器只有 满足了负载的瞬时冲击电流要求，才能不跳闸。 • 2）电动机的容量根据负载的平均功率选取，只要负载的 瞬时电流达不到堵转电流，电动机的容量就不必增加。 • 3）考虑低速电动机的发热问题，尽量使电动机工作在高 转速区。
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• 2.调试出现的问题 • 1）变频器选择HF-G7-90T3，起动正常，但在运行中频繁 跳“OC”过流，使生产不能正常进行。查其原因，发现由 于负载惯量大，物料在窑中滚动时不断形成附加转矩，使 变频器产生瞬间过电流。瞬时峰值电流达340A。而HF-G790T3变频器的过载极限电流为270A，小于其负载峰值电流， 故不能正常工作。根据这一现场情况，经反复论证计算， 最后变频器选择为HF-G9-160T3型，该变频器额定功率 160kW，额定电流320A。 • 2）变频器选择为HF-G9-160T3，额定电流为320A，过载能 力为1.5-1.8倍，过载极限电流为480-570A。电动机仍为 90kW，变频器的输出电流是电动机额定电流的280%-300%， 是瞬时峰值电流340A的140%-160%，因此，足可以克服负 载瞬时波动产生的峰值电流，回转窑运行正常，不再跳 “OC”过流。
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• 3.3.3 应用实例 • 1.变频器容量选择 • 有一水泥厂的回转窑改造项目，原来选用55KW电动机调速驱动，因回 转窑烧结温度较高，热膨胀系数较大，窑体变形严重，使起动及工作 电流增大，电动机经常堵转不能正常运转。 • 改造时考虑到原电动机的功率不足，同时考虑到55KW、4极电动机转 速为1500r/min，而回转窑正常运行时电动机的转速为800r/min左右， 当非正常运行时转速更低。因为电动机是由自己的同轴风扇吹风散热， 当电动机的转速下降较大时，电动机的散热效果很差，造成电动机发 热严重。 • 根据以上情况，将此回转窑拖动改为90kW、6极电动机，选择惠丰HFG7-90T3型通用变频器，该变频器功率90kW，额定电流180A。变频器 频率控制为模拟电位器调速。 • 当电动机正常运转在800r/min时，变频器的输出频率为40Hz左右，因 而避免了由于4极电动机运转在800r/min时电动机散热不良的问题。
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• 3）变频器在正常停机的情况下，启动困难，借助 辅助设备才有可能起动。 分析其情况，判断为起 动转矩不足，修改变频器的转矩补偿曲线，即加 大变频器的低频起动力矩，解决了正常停机的起 动问题。 • 在以上反复确定变频器的容量时，根据就是电动 机的瞬态电流，当变频器的瞬态电流超过了变频 器的最大过载电流时，变频器就跳闸。改造前选 用55kW的电动机都能工作，可驱动变频器后来增 加到160kW（电动机增加为90kW），就是因为电动 机工作时有很大的瞬态电流，这就是冲击性负载 变频器选择功率时为什么会比实际功率大很多。
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• 3.3.2. 变频器选择原则 • 根据上述回转窑负载特性的分析，变频器在选型 和容量选择上有其特殊性。 • 1）变频器在起动时负载很大，是正常工作时的几 倍，因此，变频器的容量选择要有充分的裕量， 否则变频器将不能正常启动。 • 2）变频器是在起动时的低速区（10～13Hz）电流 最大，因此变频器在选型时要选择起动过载能力 大、具有低频转矩补偿的变频器。 • 3）提高电动机的上限转速，加大减速装置的传动 比，以提高起动时的低频转矩。
压力变送器
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• 需要解决的问题： 1.反馈端子的确定； • 2.目标信号给定端子的确定； • 3.目标信号的给定值为多少； • 4.PID控制端子的确定； • 5.P、I、D参数的选取。 • 上述5项都要通过变频器的功能码进行预置。 • 下面根据流程图从编码表中查找具体参数；不明确的地方 参考参数的解释说明。
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第三章：变频器工程应用
• 2.控制电路 • 电路具有工频—变频切换功能。工频——变频切换有几个关键问题。 • 1）电动机从变频器切出前变频器必须停止输出 • KM2断开前变频器必须停止输出，在停止输出后至少延迟0.1S， KM2才动作，不允许变频器停止输出和KM2同时动作。 • 2）电动机切换到工频电源时要有一定延时，但其转速不要低于额定 转速的80%。 • 切换前变频器输出频率要达到50Hz，切换后要延迟0.2— 0.4S,KM3才闭合，此时电动机的转速要控制在额定转速的80%以内。 • 3）变频器的输出相序和电动机的相序要相同。
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• 3.1.1 富士G11S变频器参数设置 • 富士G11S变频器，拖动7Kw电动机，为压力罐充气，PID控制，压力表 量程1MPa,输出电流4—20mA,要求罐中压力0.6MPa,请选择参数。 • 解：电路连接如图。
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• 3）采取切入延迟的方法减小切入电流 • 当电动机从变频器上切出后，随着延迟时间的延长，转子 电流下降，定子上的感应电压也下降，使切入电流下降。 这就是电动机从变频器上切出后，为什么要有一定的延迟 时间才投入到工频电源上的原因。
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• 2.功能参数 • E01=20(X1端子有效，OFF,PID有效) • E02=11（ X2端子有效，OFF,F01设定目标值， ON,PID无效，由键盘设定频率。变频器在起动时，可由 该端子控制，防止起动时跳闸） • F01=1（电压设定目标值） • H20=1（PID正动作） • H21=1（C1端子为反馈端子，并正动作） • H22，P增益，0.01～10.0倍； • H23，I积分时间，0.01～3600s • H24，D微分时间，0.01～10.0s； 现场调试决定 • H25，PID反馈滤波，0.0～60s。
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• 富士G11S变频器PID控制参数： • 1.目标量 目标量在设置时大小等于反馈量。在 本控制中，反馈量为：压力表的量程为1MPa，控 制压力为0.6MPa，为压力表总量程的60%，其输出 信号也为总输出信号的60%，(4+（20-4） x60%=13.6mA)。目标量输入的是电压值，0—10V， 其60%为6V,即12端子输入电压为6V；C1端子输入 电流为13.6mA。
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• 3.4 变频器在张力控制设备上的应用 • 生产线一般由多个驱动环节组成，每个驱动环节 有一台或多台电动机。因为生产线工作时的连续 性，要求众多的驱动环节在运行时的速度或同速、 或按比例运行、或根据现场情况随机调整。在采 用变频器控制时，为各个驱动环节的调速控制提 供了方便。变频器根据速度传感器的取样信号， 可方便的进行速度控制。
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• 3.1.2 康沃CAF-P2变频器恒压 供水 • 1.参数设置 • 本例为康沃CAF-P2变频器，其参 数设置为： • 目标信号，由电位器RP给定； • 反馈信号，由SP传感器取出，从 VII输入； • 主要功能： • H-48=2（内置PID控制） • H-49=2（目标信号从VII输入） • H-50=1（PID反馈信号从端子II输 入） • H-51=0（反馈信号正逻辑） • H-54=2（PID结构选择，为PI控制）
此图不能用
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• 3.3变频器在旋转窑上的应用 • 水泥回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的主要设备。回转窑广泛 用于冶金、化工、建筑耐火材料、环保等工业。回转窑由筒体，支 承装置，带挡轮支承装置，传动装置，活动窑头, 复合碎石机，窑 尾密封装置，喷煤管装置等部件组成。回转窑的回转部分如右图所 示。回转窑的窑体与水平呈一定的倾斜，整个窑体由托轮装置支承， 并有控制窑体上下窜动的挡轮装置。回转窑的转动由电动机通过齿 轮减速箱，减速箱的输出齿轮和回转窑的回转齿条啮合，拖动回转 窑转动。
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• 3.1 变频器PID应用 • 变频器PID应用主要应用在过程控制中，如恒压供 水控制、恒压供气控制、恒温控制等。变频器控 制什么量，就由传感器将什么量转化为电信号， 这个电信号和给定信号在变频器内进行比较，比 较的差值控制变频器的输出频率，来控制电动机 的转速，使变频器的控制量保持恒定。
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• 3.3.1.回转窑负载的特点分析 • 启动时回转窑内的物料处于正下方，在窑体起动并不断加速的过程中， 整个窑体要克服摩擦力、窑体变形产生的阻力以及窑内的物料堆积角 产生的阻力。当窑体克服所有阻力开始转动时，堆积物料的偏转角也 随着变化，当物料偏转角达到90度时（见图b所示），此时物料所引 起的附加转矩最大，变频器的输出电流也最大，达到正常工作电流的 3-4倍。此时变频器的输出频率上升到10-13Hz。
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• 起动过程，既是一个加速过程，也是克服设备巨 大惯性的过程。一旦变频器克服了这种大惯性负 载而起动起来，维持正常运转时，所需的驱动转 矩及功率就很小了。根据回转窑的这种负载特点， 选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选 择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉 小车现象，能耗大，一次性投资加大；功率选择 小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正 常起动。
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第三章：变频器工程应用
• 3.关于多功能输入输出端子的使用 • 1）在上例中，用E01—E09参数（对应X1—X9端子）指定 一个PID功能切换端子，为什么用端子进行切换，而不用 编程的方法进行切换呢？因为用端子切换是随机的，不受 时间的限制。 • 2) E01—E09参数只是选定端子，这个端子干什么还要用 参数值确定。E01=20，“20”就是参数值，这条指令的含 义是：X1端子有效，功能是控制PID功能切换。 • 3）多功能输出端子的使用也是如此，首先选定端子，再 指定端子干什么。 • 4）这种控制和编码方式具有普遍性，多种变频器采用这 种方法。如三肯、三菱、台达、英威腾等。
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3.4.1.检测传感装置 • 1. 张力控制传感装置 • 卷取机械是带材和线材生产不可缺少的设备，如 塑料带的卷取，造纸厂纸张的卷取，冶金厂的薄 板卷取、带铜卷取等。在卷取过程中，为了使产 品合格，要给卷材上加一定的张力，张力的大小 关系到产品的质量。 同时，卷取工序与前道工序 之间有着密切的联系，如与前道工序速度要同步、 稳定、调速精度要高等。