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用   關鍵詞：MicroMaster440，提升機   一．引言       近年來，電控技術特別是變頻調速技術的發展十分迅速，真正實現了變頻器在位勢能負載上的應用，可取代傳統的提升機的轉子串電阻或直流調速系統，適用于新設備的制造和既有設備改造。提升機變頻調速電控系統包括提升機主控制器、主機變頻器、減速器、主機系統等。本文僅討論主機變頻器的應用。 二．系統介紹       提升機變頻調速電控系統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的多功能變頻器。它的額定功率范圍從0.12Kw 到75Kw（恒轉矩）, 采用了模塊化設計, 結構緊湊, 具有多個自由定義的輸入輸出點數, 可以滿足客戶的各種要求。 該變頻器由微處理器控制，并采用具有現代 先進技術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。其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，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．控制系統構成 電控系統框圖       電控系統采用了1 臺15kw 電機，1 臺15kw MicroMaster440 變頻器作為主驅動。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。系統簡單可靠，較傳統控制方式大大節省了安裝空間，提高了可靠性。電機啟動平穩，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前變頻器運行狀態, 通過編碼器模板接收旋轉編碼器信號。變頻器采用閉環矢量控制。 四．運行原理及功能       提升機應用在傳動應用中屬于較高端應用，必須采用閉環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距和勵磁兩個方向進行分別控制，可以用于高精度轉速控制，轉距 控制等。為了避免起動時溜車，并克服啟動時導靴與導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，以嚴格跟隨速度給定曲線，保證舒適感。   五．變頻器的主要調試參數   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(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節輸出量和波形的一種調值方式。 　　PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅度調制)縮寫，是按一定規律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節輸出量值和波形的一種調制方式。 　　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？ 　　異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，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象的產生。這種控制方式多用于風機、泵類節能型變頻器。 　　5、電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加；對于變頻器驅動，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,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。 　　6、采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？ 　　采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被***在150%額定電流以下(根據機種不同，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，起動轉矩為70%~120%額定轉矩；對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。 　　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的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇 　　8、按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化？ 　　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，將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。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矩,這種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現,有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法 　　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，但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件，***低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率（起動頻率）根據機種為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矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。 　　11、所謂開環是什么意思？ 　　給所使用的電機裝置設速度檢出器（PG），將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環”，不用PG運轉的就叫作“開環”。通用變頻器多為開環方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋. 　　12、實際轉速對于給定速度有偏差時如何辦？ 　　開環時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的范圍內（1%~5%）變動。對于要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近于給定速度下運轉的場合，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遠超過轉速（電角頻率）的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結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格給定生產節拍時間的場合是適宜的，但對于風機傳動等場合，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？ 　　電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變為異步發電機狀態運行，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系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的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： 　　（1）檢知異常狀態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。 　　（2）檢知異常后封鎖電力半導體器件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、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。 　　19、為什么用離合器連續負載時，變頻器的保護功能就動作？ 　　用離合器連接負載時，在連接的瞬間，電機從空載狀態向轉差率大的區域急劇變化，流過的大電流導致變頻器過電流跳閘，不能運轉。 　　20、在同一工廠內大型電機一起動，運轉中變頻器就停止，這是為什么？ 　　電機起動時將流過和容量相對應的起動電流，電機定子側的變壓器產生電壓降，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。 　　21、什么是變頻分辨率？有什么意義？ 　　對于數字控制的變頻器，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的上面可變為23.5、24.0Hz，因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對于像連續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。另外，有的機種給定分辨率與輸出分辨率不相同。 　　22、裝設變頻器時安裝方向是否有***。 　　變頻器內部和背面的結構考慮了冷卻效果的，上下的關系對通風也是重要的，因此，對于單元型在盤內、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運轉時應注意什么問題？ 　　超過60Hz運轉時應注意以下事項 　　(1)機械和裝置在該速下運轉要充分可能（機械強度、噪聲、振動等）。 　　（2）電機進入恒功率輸出范圍，其輸出轉矩要能夠維持工作（風機、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加，所以轉速少許升高時也要注意）。 　　(3)產生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。 　　（4）對于中容量以上的電機特別是2極電機，在60Hz以上運轉時要與廠家仔細商討。 　　25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎？ 　　根據減速機的結構和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結構上通常可考慮70~80Hz為***大極限，采用油潤滑時，在低速下連續運轉關系到齒輪的損壞等。 　　26、變頻器能用來驅動單相電機嗎？可以使用單相電源嗎？ 　　基本上不能用。對于調速器開關起動式的單相電機，在工作點以下的調速范圍時將燒毀輔助繞組；對于電容起動或電容運轉方式的，將誘發電容器爆炸。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、使用頻率等有關，但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%，據此可推算損耗，但內藏再生制動式（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，對于操作盤設計等必須注意。 　　28、為什么不能在6~60Hz全區域連續運轉使用？ 　　一般電機利用裝在軸上的外扇或轉子端環上的葉片進行冷卻，若速度降低則冷卻效果下降，因而不能承受與高速運轉相同的發熱，必須降低在低速下的負載轉矩，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注意什么？ 　　制動器勵磁回路電源應取自變頻器的輸入側。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，甚至改善功率因數，在變頻器的輸入側接入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、變頻器內藏有冷卻風扇，風的方向如何？風扇若是壞了會怎樣？ 　　對于小容量也有無冷卻風扇的機種。有風扇的機種，風的方向是從下向上，所以裝設變頻器的地方，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。風扇發生故障時，由電扇停止檢測或冷卻風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，以達到產品額定容量的85%時為基準來判斷壽命。 　　34、裝設變頻器時安裝方向是否有***。 　　應基本收藏在盤內，問題是采用全封閉結構的盤外形尺寸大，占用空間大，成本比較高。其措施有： 　　（1）盤的設計要針對實際裝置所需要的散熱； 　　（2）利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積； 　　（3）采用熱導管。 　　此外，已開發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，變頻器的容量該怎樣選擇？ 　　設基準速度為50Hz,50Hz以上為恒功率輸出特性。像輸送帶這樣的恒轉矩特性負載增速時，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的技術改造

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