西門子模塊
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上海贊國自動化科技有限公司
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系統(tǒng)及伺報電機(jī)，力矩電機(jī)，直線電機(jī)，伺服驅(qū)動等備件銷售西門子模塊
將柜門上的“變頻啟動”按扭按下，待設(shè)定的延時時間到后，機(jī)內(nèi)接觸器吸合，變頻器顯示“43.21”并且“ｐｒｏ”亮(新機(jī)型)或只有“ｐｒｏ”亮(老機(jī)型)，將變頻器上的“開停機(jī)”開關(guān)打在“開機(jī)”位置，變頻器即可從最低頻率逐漸上升，調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”旋扭，使頻率先升至30hz,用卡流表測量三相輸出電流，應(yīng)基本平衡，不平衡度不應(yīng)超過20%。然后再升至用戶要求的頻率。再用卡流表測量輸入、輸出電流，三相都應(yīng)基本平衡。
若在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)頻率不上升的情況，即調(diào)整頻率調(diào)節(jié)旋扭時，頻率不上升，輸出電流持續(xù)增大，呈限速保護(hù)狀態(tài)，直至過流保護(hù)，這可能是低頻補(bǔ)償不足造成，可調(diào)節(jié)主控板上的補(bǔ)償電位器(老機(jī)型)或通過設(shè)定變頻器的參數(shù)“低頻補(bǔ)償”(新機(jī)型)予以解決。調(diào)整時注意只要輸出電流下來，頻率能升上去即可，也不可調(diào)整過大，以免過補(bǔ)償，在運(yùn)行過程中電流過大而使電機(jī)及變頻器超電流而不正常運(yùn)行。
圖6 單臺變頻器的安裝
(a)柜外冷卻方式 (b)柜內(nèi)冷卻方式
圖7 單臺變頻器的柜式安裝
正常運(yùn)行后，可根據(jù)運(yùn)行電流對電機(jī)保護(hù)儀的參數(shù)重新調(diào)整一下，以達(dá)到可靠保護(hù)又能正常運(yùn)行的狀態(tài)。
對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)要確認(rèn)。根據(jù)經(jīng)驗，一般情況下，正轉(zhuǎn)比反轉(zhuǎn)電流大，井口的壓力指示高。反轉(zhuǎn)一般壓力表指針不起。有的井上油慢，要等一段時間才能確定。
由于本變頻柜還設(shè)有工頻備用，以便在變頻出問題時能臨時投入工頻，不耽誤生產(chǎn)的進(jìn)行，因此變頻正常后還應(yīng)試一下工頻運(yùn)行，其正反轉(zhuǎn)也應(yīng)調(diào)試正常。正反轉(zhuǎn)調(diào)整時，變頻調(diào)輸出，工頻調(diào)輸入，即可使工變頻都正常運(yùn)行。
調(diào)整完后，用變頻運(yùn)行，正常后，啟動電機(jī)保護(hù)儀，保護(hù)儀顯示正常后，旋開“變頻啟動”旋扭(投入電機(jī)保護(hù)儀保護(hù)，不旋開不起作用)，柜子上的各種儀表指示都正常，調(diào)試即完畢。
4 低壓變頻器的安裝調(diào)試
低壓變頻器由于所帶的負(fù)載種類繁多，類型千差萬別。因此安裝調(diào)試相應(yīng)的也有較大的區(qū)別。
低壓負(fù)載從使用變頻器的角度來說大體可分為有慣量和無慣量兩種，有慣量負(fù)載最顯著的特征就是在快速停機(jī)時存在發(fā)電狀態(tài)，如何處理這部分能量將是關(guān)乎變頻器是否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
4.1 安裝
變頻器初次安裝或長期放置后使用，應(yīng)先對其進(jìn)行全面的檢查。方法如下:
(1)外觀檢查，檢查有無碰傷損壞，金屬部分有無銹蝕，有無結(jié)霜凝露。若有結(jié)霜凝露，則應(yīng)烘干4小時(60℃)，或在室溫下通風(fēng)放置24小時。
(2)對于小功率變頻器，輕輕翻動機(jī)箱，注意機(jī)箱內(nèi)有無異常聲音，若有異常聲音，則應(yīng)打開機(jī)箱，尋找并排除其中的異物。
(3)功率比較大的變頻器，則應(yīng)打開外殼，檢查一下在運(yùn)輸或儲存過程中有無掉下的線頭或顛簸松動的螺栓，若有應(yīng)重新焊接或緊固。
這里要注意幾點(diǎn):
變頻器的安裝應(yīng)符合前面要求的工作環(huán)境。
變頻器有壁掛式的，有柜式的，一定要安裝穩(wěn)固，保證工作過程中的安全性。為了通風(fēng)散熱的需要，變頻器一定要垂直安裝。如圖6、7所示。
對于柜式結(jié)構(gòu)，為了工作人員便于操作和散熱的要求，周邊要留有足夠的空間:前面間距不小于1.5m，后面和側(cè)面不小于1m。
對于壁掛式的，變頻器周圍也應(yīng)留有足夠的散熱空間，變頻器的上部距離房間頂部至少1m，下部距地面也至少要1m的距離，才能使變頻器通風(fēng)順暢，保證可靠的運(yùn)行。
有的房間密封比較嚴(yán)，要配合用戶安裝排風(fēng)扇或空調(diào)。有些場合環(huán)境比較臟、潮濕，要注意采取隔離措施，防塵、防潮。
當(dāng)一臺控制柜內(nèi)裝有兩臺或兩臺以上變頻器時，應(yīng)盡量并排安裝(橫向排列)。如必須采用縱向排列時，則應(yīng)在兩臺變頻器間加一塊擱板，以避免下面變頻器出來的熱風(fēng)進(jìn)入到上面的變頻器內(nèi)。如圖8所示。
(a)橫向排列 ( b)縱向排列
圖8 兩臺變頻器的柜式安裝
4.1.1 主電路的接線
4.1.1.1 基本接線
主線的安裝比較簡單。將電源線接在變頻器的輸入(或標(biāo)記有ｒ、ｓ、ｔ的)端子上，將電機(jī)線接在變頻器的輸出(或標(biāo)記有ｕ、ｖ、ｗ的)端子上，并將變頻器的接地端子通過地線可靠接地。如圖9所示。
圖9 主電路的基本接線
注意:
(1)變頻器的輸入端和輸出端絕對不允許接錯。萬一將電源進(jìn)線錯誤的接到了輸出端上，則不論哪個逆變管導(dǎo)通，都將引起兩相間的短路而將逆變管迅速燒壞。如圖10所示。
圖10 電源接錯的后果
(2)前面的斷路器一般是需要安裝的，主要是分?jǐn)嚯娐酚谩．?dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，尤其是整流電路或主電路損壞時，大電流能及時使斷路器跳閘，與網(wǎng)電的其他電路脫開，避免影響其他電路。
(3)線頭壓接要可靠。一般使用容量相當(dāng)?shù)慕泳�鼻壓接。一定要壓緊，避免大電流長期運(yùn)行出現(xiàn)過熱而燒毀接線或端子。
4.1.1.2 線徑的選擇
一般按電動機(jī)的接線要求的線徑選擇，特殊場合要選大一規(guī)格的，尤其是電機(jī)距離變頻器較遠(yuǎn)的，本著宜大不宜小的原則選配。
4.1.1.3 接地
每臺變頻器都有一個專門的接地端子“e”或“⊥”，用戶應(yīng)將此端子與大地可靠連接。
當(dāng)變頻器和其他設(shè)備，或有多臺變頻器一起接地時，每臺設(shè)備都必須分別和地線相接，不允許將一臺設(shè)備的接地端與另一臺設(shè)備的接地端相接后再接地。如圖11所示。
(a) 正確接法 (b) 錯誤接法
圖11 變頻器和其他設(shè)備的接地
4.1.2 控制電路的接線
變頻器主接線完成后，變頻器可以運(yùn)行。但一般情況下，由于控制及監(jiān)測的方便，都需要將變頻器的操作及顯示部分引到方便的地方。有的是現(xiàn)場環(huán)境較差，變頻器不宜安裝，而安裝于環(huán)境較好的配電室內(nèi)，而將控制部分引到現(xiàn)場。有的如提升機(jī)變頻器，控制部分需要與原系統(tǒng)對接，也需要將控制線引出。
控制線分模擬量和數(shù)字量。
4.1.2.1 模擬量
主要包括:輸入側(cè)的給定信號線和反饋信號線;輸出側(cè)的頻率信號線和電流信號線。
模擬量信號線的抗干擾能力差，必須使用屏蔽線。屏蔽層的靠近變頻器的一端，應(yīng)接控制電路的公共端，但不要接到變頻器的地端(e)或大地，屏蔽層的另一端應(yīng)該懸空，如圖12所示。
布線的原則應(yīng)當(dāng)遵守:
(1)盡量遠(yuǎn)離主電路100mm以上。
(2)盡量不和主電路交叉。必須交叉時，應(yīng)采取垂直交叉的方式。
4.1.2.2 開關(guān)量。
如啟停、點(diǎn)動、多檔轉(zhuǎn)速控制等的控制線，都是開關(guān)量控制線。
一般說來，模擬量控制線的接線原則也都適用于開關(guān)量控制線。但開關(guān)量的抗干擾能力強(qiáng)，故在距離不很遠(yuǎn)時，允許使用非屏蔽線，但同一信號的兩根線必須互相絞在一起。
4.2 調(diào)試
變頻器的調(diào)試并沒有固定的模式，大體上可分為“先空載，繼輕載，再重載”幾個步驟。
4.2.1 空載檢查及參數(shù)預(yù)置
風(fēng)光變頻器可以在不接通主電源，而只接控制電源的情況下，檢查變頻器。而其他類變頻器則沒有這個方便。
小功率變頻器可以把主接線端子排上的短路片去掉，給三相輸入送380v的電源，大功率變頻器一般都有控制電壓輸入端子，可從這兒用一兩芯電纜接人380v單相電源檢查變頻器(注意:接之前應(yīng)將兩端子上與三相輸入相連的兩根線去掉)，參照說明書，熟悉各個鍵盤的使用及參數(shù)的設(shè)置方法。
熟悉完后，變頻器開機(jī)，頻率升至50hz,用萬用表(最好用指針式)測量三相輸出，電壓應(yīng)該完全平衡。
檢查完后，停電，小功率的將拆下的短路片上回原處(注意上之前主回路上短路片的兩個端子要放電)。大功率的應(yīng)將控制端子的兩根外接線去掉，并將原來的接線恢復(fù)。
變頻器的三相輸出先不接電機(jī)線，給變頻器的三相輸入通入380v的電源，觀察變頻器空載運(yùn)行情況。其他類變頻器也可按這個步驟進(jìn)行。
(1)熟悉鍵盤，即了解鍵盤上各鍵的功能，進(jìn)行試操作，并觀察顯示的變化情況。
(2)按說明書要求進(jìn)行“啟動”、“停止”等基本操作，觀察變頻器的工作情況是否正常，同時進(jìn)一步熟悉鍵盤的操作。
(3)進(jìn)行參數(shù)予置。按照說明書介紹的方法對主要參數(shù)進(jìn)行予置。就幾個較易觀察的項目如升速和降速時間、點(diǎn)動頻率、多檔轉(zhuǎn)速時的各檔頻率等檢查變頻器的執(zhí)行情況是否與予置的相符合。
(4)將外接輸入控制線接好，逐項檢查各外接控制功能的執(zhí)行情況。
(5)用萬用表(最好是指針式)檢查三相輸出電壓是否完全平衡。
4.2.2 帶載運(yùn)行
經(jīng)以上測試，證明變頻器是正常的，即可以帶負(fù)載運(yùn)行了。變頻器的負(fù)載運(yùn)行包括輕載試運(yùn)行和重載運(yùn)行，即正常運(yùn)行。若有條件，還可以先帶空電機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)，但一般情況都是直接帶載運(yùn)行。
圖12 屏蔽線的接法
試運(yùn)行前一般都應(yīng)檢測一下電機(jī)的絕緣。對于低壓380—660v的電機(jī)，用1500v的兆歐表測試，絕緣電阻一般不能低于50兆歐。水泵類負(fù)載絕緣可能低一些，但也不能低于2兆歐。
還要了解一下負(fù)載的運(yùn)行情況，以作到心中有數(shù)。低壓負(fù)載種類繁多，如風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌機(jī)、拉絲機(jī)、塑料機(jī)械、提升機(jī)、空壓機(jī)、皮帶輸送機(jī)、化纖機(jī)、機(jī)床機(jī)械等許多許多。不同的負(fù)載其工作狀態(tài)也有很大的不同，因此要根據(jù)不同的情況區(qū)別對待。有些特殊的機(jī)械，必須采用某類專用變頻器。如提升機(jī)，屬于位能負(fù)載，具有再生電能的處理問題，必須采用提升機(jī)專用變頻器。還有化纖及機(jī)床類，有的也要采用專用變頻器。這類變頻器都在硬件，特別是軟件上針對特殊負(fù)載作了特殊的處理，從而保證了變頻器的可靠運(yùn)行。離心類負(fù)載，如離心風(fēng)機(jī)、離心機(jī)等，運(yùn)行慣性比較大，其升速和降速時間較長，若設(shè)置短了，變頻器升速時會過電流，降速時會過電壓，甚至可能會損壞。因此在不要求快速停機(jī)的情況下，可將時間適當(dāng)放長，一般與設(shè)備的自由停機(jī)時間相當(dāng)（根據(jù)經(jīng)驗，一般在300s）。若要求快速停機(jī)，則應(yīng)加制動回路。
圖13 恒壓供水系統(tǒng)示意圖
圖中水泵電機(jī)由變頻器vvvf供電。sp是壓力傳感器，檢測管道上的壓力，也可以用壓力變送器，遠(yuǎn)傳式壓力表等，由變頻器供給其電源 24v或 5v。它檢測到管道壓力后變換成4—20ma電流或0—5v的電壓信號反送給變頻器。
將變頻器設(shè)定為pid有效后，變頻器有兩個模擬信號輸入端子:
目標(biāo)信號輸入端。即給定端vrf。是一個與壓力的控制目標(biāo)相對應(yīng)的值。有變頻器上的電位器進(jìn)行設(shè)定。也可以由鍵盤直接給定。當(dāng)采用專用的pid控制儀時，由專用的sv設(shè)定窗口設(shè)定。它除了和所要求的壓力的控制目標(biāo)有關(guān)外，還與壓力變送器sp的量程有關(guān)，設(shè)定時要與相關(guān)的量程相當(dāng)。
反饋信號輸入端。即輔助給定端vpf。它接受從壓力傳感器sp反饋回來的信號。
(2)控制的過程
設(shè):xt為目標(biāo)信號，其大小與所要求的管道壓力相對應(yīng)。xf為壓力變送器的反饋信號。則變頻器輸出頻率fx的大小有合成信號(xt—xf)決定。
如管道壓力p超過了目標(biāo)值，則xf>xt→(xt—xf)<0→變頻器的輸出頻率fx↓→電動機(jī)轉(zhuǎn)速nx↓→管道壓力p↓→直至與所要求的目標(biāo)壓力相符(xt≈xf)為止。
反之，如管道壓力p低于目標(biāo)值，則xf<xt→(xt—xf)>0→變頻器的輸出頻率fx↑→電動機(jī)轉(zhuǎn)速nx↑→管道壓力p↑→直至與所要求的目標(biāo)壓力相符(xt≈xf)為止。
上述過程存在著一個矛盾:一方面，我們要求管道的實際壓力(其大小與xf成正比)應(yīng)無限接近于目標(biāo)壓力(其大小與xt成正比)，就是說，要求(xt—xf)→0;另一方面，變頻器的輸出頻率fx又是由xt和xf相減的結(jié)果來決定的，可以想象，如果把(xt—xf)直接作為給定信號xg的話，系統(tǒng)將是無法工作的。
如何解決上述問題，這就引出了pid的用法。
(1)比例(p)環(huán)節(jié)解決上述問題的方法是:將(xt—xf)進(jìn)行放大后再作為頻率給定信號，即:
xg=kp(xt-xf)
式中kp——比例增益(即放大倍數(shù))。
圖14 比例放大前后各量間的關(guān)系
上述關(guān)系如14圖所示。由于xg是(xt--xf)成比例地放大的結(jié)果，故稱此環(huán)節(jié)為比例環(huán)節(jié)。顯然，kp越大，則：
(xt-xf)=xg/kp
越小，xf越接近于xt。這里，xf只能是無限接近于xt，卻不能等于xt。就是說，xf和xt之間總會有一個差值，通常稱為靜差，用ε表示，靜差值應(yīng)該越小越好。
比例增益環(huán)節(jié)的引入，又出現(xiàn)了新的矛盾:為了減小靜差，應(yīng)盡量增大比例增益，但由于系統(tǒng)有慣性，因此，kp太大了，又容易引起被控量(壓力)忽大忽小，形成振蕩。如圖15所示。
(a)p調(diào)節(jié) (b)振蕩現(xiàn)象 (c)pi調(diào)節(jié) (d)pid調(diào)節(jié)
圖15 p、i、d的綜合作用示意圖
(２)積分(ｉ)環(huán)節(jié)引入積分環(huán)節(jié)的目的是
使給定信號xg的變化與乘積kp(xt-xf)對時間的積分成正比。就是說，盡管kp(xt-xf)一下子增大(或減小)了很多，但xg只能在“積分時間”內(nèi)逐漸的增大(或減小)，從而減緩了xg的變化速度，防止了振蕩。積分時間越長，xg的變化越慢。
只要偏差不消除，(xt-xf≠0)，積分就不停止，從而能有效的消除靜差。如圖15所示。
但積分時間太長，又會發(fā)生在被控量(壓力)急劇變化時，被控量(壓力)難以迅速恢復(fù)的情況。
(3)微分(d)環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)的作用是:可根據(jù)偏差的變化趨勢，提前給出較大的調(diào)節(jié)動作，從而縮短調(diào)節(jié)時間，克服了因積分時間太長而使恢復(fù)滯后的缺點(diǎn)。如圖15所示。
變頻器一般在內(nèi)部都設(shè)定了簡單的pi調(diào)節(jié)器。這對于較簡單的閉環(huán)控制，如供水、簡單的風(fēng)壓控制，可以滿足要求。但對于較復(fù)雜的控制場合，如空壓機(jī)、空調(diào)、離心風(fēng)機(jī)閉環(huán)，溫度，液位等，一般都要加專用的pid調(diào)節(jié)儀才能得到較好的控制。pid調(diào)試時，要參照對應(yīng)的說明書，仔細(xì)的調(diào)整各個參數(shù)，以期達(dá)到最佳的運(yùn)行效果，使系統(tǒng)能自動的、穩(wěn)定的運(yùn)行。
5 結(jié)束語
本文在自己多年從事變頻器安裝調(diào)試的基礎(chǔ)上，粗略的談了下變頻器最基本的安裝調(diào)試方法，以及在安裝調(diào)試過程中一些簡單問題的處理方法。目的是總結(jié)自己的經(jīng)驗，并與業(yè)界同仁相互交流，共同探討變頻器的使用方法，以期更好的發(fā)揮變頻器的強(qiáng)大作用，更好的服務(wù)于廣大的工礦企業(yè)用戶。同時也為變頻器的使用者提供一份不太成熟的手冊似的工具。當(dāng)然，隨著控制系統(tǒng)的復(fù)雜，越來越多的先進(jìn)的控制方法正不斷應(yīng)用于工控系統(tǒng)，如plc、dcs控制、工控機(jī)等，因篇幅有限，這里不能一一陳述，還望讀者海涵。因本人能力有限，文章中的缺點(diǎn)和錯誤也在所難免，望廣大的同行不吝指教。現(xiàn)在隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，節(jié)能降耗已成為殛待解決的問題，相信我們所從事的行業(yè)必將成為國家節(jié)能降耗的最直接的手段，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展付出自己的努力。
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