变频器原理第6章.ppt
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1、变频器原理与应用,第6章 变频器的安装、接线、维护和保养,教学重点 变频器的接线。 教学难点 变频器的接线。,为了使变频器能稳定可靠地工作,充分发挥变频器所具备的性能,必须确保变频器设置的环境,温度能充分满足IEC标准及国际标准对变频器所规定环境的许可值。,6.1 变频器的安装,6.1.1 变频器的使用环境 变频器要长期稳定的运行,对其使用环境有一定要求,安装的环境与条件必须符合要求。 1.变频器工作的可靠性与温度 变频器工作的可靠性在很大程度上取决于温度,由于变频器的错误安装或不合适的固定方式,使变频器冷却效果不佳,会使变频器产生温升,从而使周围温度升高,电子元件出现故障或损坏等意外事故。,
2、2.周围温度 变频器的周围温度指的是变频器端面附近的温度。 1)变频器周围温度的测量位置 如图6-1所示为变频器周围温度的测量位置。通过对变频器周围温度测量,以确定变频器安装的合适位置。,图6-1 变频器周围温度的测量位置,2)允许温度范围 (1)上限温度。对于单元型变频器装入配电柜或控制盘内等使用时,考虑柜内预测温升10 ,则上限温度多定为50 。 (2)下限温度。变频器周围温度的下限值多为0 或10 ,以不严重冻结为前提条件。 (3)如果变频器为全封闭式结构,此时,对于上限温度为40 的壁挂式单元型变频器,当装入配电柜内使用时,为了减少温升,可以装设通风管(选用件)。,3.周围湿度 变频器
3、要注意防止水或水蒸气直接进入变频器内,以免引起漏电,甚至打火、击穿等现象。而周围湿度过高,也可使变频器电气绝缘性能降低和金属部分腐蚀。为此,变频柜安装平面应高出水平地面800 mm以上。 4.抗干扰 为防止电磁干扰,控制线应有屏蔽措施,母线与动力线的距离要保持不少于l00 mm。,6.1.2 变频器的通风设置及安装方式 1.变频器的热量来源 变频器产生的热量主要取决于变频器容量及其驱动电动机的负载,同时配电柜内同变频器一起安装使用的选件、功率改善电抗器及制动单元(包括制动电阻)也会产生热量,这些因素都是变频器热量的来源。,2.配电柜的散热及通风情况 如图6-2所示为外部散热器的安装示意图。如图
4、6-3所示为在配电柜中安装一个变频器的示例。如图6-4所示为在配电柜中安装两个变频器的示例,同时给出了通风扇的正确安装位置。,图6-2 外部散热器 图6-3 在配电柜中安装 的安装示意图 一个变频器的示例,图6-4 在配电柜中安装两个变频器的示例,3.变频器的安装方式 如图6-5所示给出了变频器的几种安装方式。,图6-5 变频器的安装方式,4.变频器放电电阻的安装 当变频器使用制动单元或外部安装高性能制动电阻时,必须采取相应措施,充分地散掉电阻产生的热量。由于电阻器为发热器件,因此要考虑散热技术的应用。在这种情况下,建议在配电柜外面安装放电电阻。其安装情况分别如图6-6和图6-7所示。,图6-
5、6 放电电阻的安装 1配置散热功能的盖子; 2冷却风扇;3放电电阻,图6-7 放电电阻的排放方式,5.变频器的安装方向 如果变频器安装方向不正确,其产生的热量不能及时地散去,会使变频器温度升高。变频器的安装方向如图6-8所示。,图6-8 变频器的安装方向,6.污垢防护结构的安装 为了在容易积聚灰尘和污垢的地方使用变频器,应安装封闭变频器通风口的污垢防护附件,从而使变频器具有污垢防护功能。0.422 kW变频器工作环境温度范围在1040 ,因此,最大环境工作温度要低于标准类型温度10 。即使是安装污垢防护结构的变频器,也不能在油雾环境下运行。在这种情况下,应在油雾防护配电柜中安装标准变频器。,7
6、.在配电柜中安装变频器的注意事项,图6-9 配电柜中各设备的正确安装位置,1)防粉尘、污垢、油雾 (1)变频器安装在粉尘防护结构配电柜中,如果配电柜温度升高,应采取相应措施。 (2)强制清洁空气进入配电柜内,提供负压。,2)腐蚀气体和含盐气体的损坏 3)易爆、易燃气体 4)海拔高度 5)振动冲击 (1)配电柜内安装橡皮防振绝缘设施。 (2)加固配电柜,防止共振。 (3)配电柜应安放在远离振动源的场所。,6.1.3 变频器的设置场所 装设变频器的场所必须符合以下条件: (1) 电气室应湿气少、无水浸入。 (2) 安装环境无爆炸性、燃烧性,无腐蚀性气体、液体,粉尘少。 (3) 变频装置容易进入,安
7、装方便。 (4) 应有足够的空间,便于维修检查。 (5) 应备有通风口或换气装置以排出变频器产生的热量。,(6) 如有易受到变频器产生的高次谐波和无线电影响的装置,应和变频器分离开。 (7) 如变频器安装在室外,必须单独按照户外配电装置设置。,6.2 变频器的接线,变频器的接线包括主电路的接线、控制电路的接线以及主电路和控制电路的配线。,6.2.1 变频器的外型和结构 1.变频器的外型 不同厂家变频器的外型,如图6-10所示。,图6-10 不同厂家变频器的外型,2.通用变频器的结构 如图6-11所示为书本型通用变频器的外型和结构。,图6-11 书本型通用变频器的外型和结构,6.2.2 变频器的
8、接线图 1.变频器结构的原理框图 原始的变频器是由分立型的电力电子元件组成,随着电力电子技术和大规模集成电路的发展,变频器的结构已经成了由功能模块组成的大规模集成结构。变频器的原理图如图6-12所示。,图6-12 变频器的原理图,2.变频器的基本接线,图6-13 使用变频器时所需要的主要设备,图6-14 变频器使用时附加的设备接线,3)变频器端子的接线,图6-15 变频器端子的基本接线图,图6-16 变频器进线孔的位置,去掉端子罩后变频器输入、输出端子的位置,如图6-17所示。图中所画的是取掉端子罩状况下的内部结果。在通常使用条件下不能取掉端子罩。,图6-17 去掉端子罩后变频器输入、输出端子
9、的位置,6.2.3 变频器的主电路接线 在图6-15所示的变频器端子的基本接线图中,主电路端子的功能见表6-1。,表6-1 主电路端子功能表,1.主电路接线,变频器输入、输出主端子的接线图如图6-18所示。图中暗虚线部分为电缆线的屏蔽层部分,所用屏蔽层必须接地。,图6-18 变频器输入、输出主端子的接线图,2.主电路配线,图6-20 主电路配线和接线,3.I/O电缆的配线长度 电缆长度由于I/O端子的不同而受到限制。,图6-21 I/O电缆的配线图,4.制动单元配线 1)变频器与制动单元配线 制动单元与放电电阻之间配线长度在2 m之内时,可不用双绞线电缆;制动单元与放电电阻之间最大配线长度应为
10、5 m,如果配线长度介于2 m和5 m之间,应选用双绞线电缆,如图6-22所示。,图6-22 制动单元配线方式,2)变频器与制动单元并联使用时的接线 为了保证变频器并联使用时,互不干扰,各制动单元必须与变频器并联连接,变频器与制动单元并联使用时的接线,如图6-23所示。,图6-23 变频器与制动单元并联使用时的接线,6.2.4 变频器控制电路的接线,图6-24 变频器控制电路端子的功能图,1.变频器控制电路接线和配线 1)输入端的接线 (1)输入端的连接如图6-25所示。触点或集电极开路输入(与变频器内部线路隔离)时,每个功能端同公共端SD相连,由于其流过的电流为低电流(DC 46 mA),低
11、电流的开关或继电器(双触点等)的使用可防止触点故障。,图6-25 输入端的连接,如图6-26所示,模拟信号输入(与变频器内部线路隔离)时,该端电缆必须要充分和200 V(400 V)功率电路电缆分离,不要把它们捆扎在一起,连接屏蔽电缆,以防止从外部来的噪声。,图6-26 模拟信号输入电缆的连接方法,如图6-27所示,要正确连接频率设定电位器,频率设定电位器必须要根据其端子号,进行正确连接,否则变频器将不能正确工作,电阻值也是很重要的选择项目。图6-27(a)中2 W/1 k绕线电阻的可变电阻特性为B。,图6-27 频率设定电位器的连接,2)输出端的接线 输出端的连接如图6-28所示。输出端的连
12、接分三种情况:集电极开路输出端;脉冲串输出端;模拟信号输出端(DC 010 V)。,图6-28 输出端的连接,3)控制电路配线 变频器的控制信号为微弱的电压、电流信号,所以与主电路不同,对电线的选择和配线要增加防干扰措施并遵守相关程序。控制电路配线方式如图6-29所示。,图6-29 控制电路配线方式,控制电路配线时要考虑以下几点: (1)电线的种类。一般说来,控制信号的传送所使用的电线采用绝缘聚氯乙烯护套屏蔽电线。模拟信号采用双绞双屏蔽电线;低压数字信号采用双层屏蔽电线,也可以采用单层屏蔽的或无屏蔽的绞线对;频率信号,只能采用屏蔽线。模拟信号、数字信号采用不同的电线分开走线。屏蔽电线的种类如图
13、6-30所示。,图6-30 屏蔽电线的种类,(2)电线的粗细。控制电线的粗细必须考虑机械强度、规程、电压降及配线费用以后决定。推荐使用导体截面积为1.25 mm2或2.0 mm2的电线。但是如果配线距离短、电压降在容许值以内,使用导体截面积为0.75 mm2的电线在经济上是有利的。,(3)电线的分开配线。变频器的控制线应与主电路电线或其他电力电线分开配线。为了防止由于干扰引起的误动作,控制电路端子的布线要尽量远离主电路(其距离推荐在l00 mm以上),禁止放入同一汇线槽内。,如图6-31所示为24 V线与230 V(或115 V)的穿线,它们要穿入不同线管。布线时若需要交叉,主电路线与控制电路
14、线尽量成直角见图6-29(c),相隔距离取电气设备技术标准所确定的距离,如图6-32所示为电线的配线方式。,图6-31 24V线与230V线要穿入不同线管,图6-32 电线的配线方式,(4)电线的屏蔽。多根电线不能分开配线或者即使分开配线也没有抗干扰效果时,要进行有效的屏蔽。电线的屏蔽应利用已接地的金属管,或者穿在金属管内。屏蔽电线的连接方法,如图6-33所示。,图6-33 屏蔽电线的连接方法,图6-34 屏蔽电线端子的处理,(5)绞合电线。 (6)配线路线。 (7)电线的接地。,2.变频器安装配线时的注意事项 变频器安装配线时要注意以下事项: (1)输入和输出的高压电缆必须经过严格的耐压测试
15、。 (2)输入和输出电缆必须分开配线,防止绝缘损坏造成危险。,(3)现场到变频器的信号线,应该与强电电线分开布线,信号线须采用绞线的方式,最好采用屏蔽线,并且要尽量短,屏蔽线的一端应可靠接地,屏蔽线的屏蔽层要连接在变频器指定的端子(CM或GND)上,如图6-35所示。,图6-35 变频器的电路布线,(4)保证变频器柜体可靠连接大地,要求接地电阻不大于4 。 (5)开路集电极输出端子连接控制继电器时,在励磁线圈的两端连接二极管。 (6)位于变频器附近的电磁接触器、元件线圈等,要在线圈两端并联设置火花限制器,并且其布线要尽量地短。,3.控制电路接线的操作,图6-36 控制电路接线过程,6.2.5
16、PLC与变频器的互联接线 PLC对变频器进行控制,这必然牵涉到PLC与变频器的互联接线问题,两者的互联接线包括以下三种情况: (1)PLC的数字输出与变频器的数字输入的互联。 (2)PLC的模拟量输出与变频器的模拟量输入接口的互联。 (3)PLC与变频器的通信连接。,1.变频器通信口,图6-37 变频器通信口硬件,2.PLC与变频器的连接 PLC与变频器的通信连接通过RJ45连线系统进行连接,如图6-38所示为ATV31变频器与PLC通信情况。,图6-38 Altivar31型变频器与PLC通信情况,3.变频器的输入、输出接口 1)变频器的数字输入接口 变频器的数字输入接口如图6-39所示。,
17、图6-39 变频器的数字输入接口,2)PLC的数字输出接口,图6-40 PLC的数字输出接口,3)PLC与变频器的数字接口互联,图6-41 PLC继电器输出与变频器数字输入的互联,图6-42 PLC集电极开路输出接口与变频器的互联,4.PLC与变频器的互联实例 1)PLC控制的正反转电路 PLC控制的正反转电路接线图如图6-43所示。按钮开关SB1和SB2用于控制变频器接通与切断电源;三位旋钮开关SA2用于决定电动机的正转运行、反转运行或停止。X4接受变频器的跳闸信号。在输出侧,Y0与接触器KM相接,其动作接受X0(SB1)和Xl(SB2)的控制。Y1、Y2、Y3与指示灯HL1、HL2、HL3
18、串联,分别指示变频器通电、正转运行、反转运行。Y4与变频器的正转端FWD串联;Y5与变频器的反转端REV串联。,2)采用变频调速的刨台运动控制 刨台的机械结构及控制要求。用于实现刨台往返控制的6个行程开关如图6-44所示。工作台侧面的燕尾槽安装4个撞块,依靠这4个撞块碰撞相应的行程开关实现工作台的自动工作。前进撞块A、B,后退撞块C、D分布在行程开关两侧。图6-44为工作台行程开关的零位状态。,图6-44 6个行程开关的位置分布,运动控制过程如下:工作台前进时,撞块A撞击SQ3,B撞击SQ5,经过一段越位后,刨台后退;后退时,撞块B使SQ5复位,撞块A使SQ3复位;后退未了,工件退出刀具后,撞
19、块C撞击SQ4使电动机减速,D撞击SQ6使电动机换向,经过一段越位后,刨台从后退换成前进。刨台即按此方式循环工作。SQ2、SQl分别起前进、后退的限位保护作用。,如图6-45所示为刨台往返运动的PLC变频调速控制电路。其中PLC采用三菱FX系列可编程序控制器,变频器采用的是台安V2系列变频器。 在图6-45中,SB1、SB2为启、停按钮,SB3、SB4为正、反向点动按钮,SB5为故障复位按钮。SQ1SQ6为刨床上6个行程开关,X13接变频器故障输出端R2A,在变频器有故障时控制Y11、Y12端输出声光报警信号;系统总启动由SA控制。,图6-45 刨台往返运动的PLC变频调速控制电路,PLC输出
20、信号中,Y0、Y1控制电动机正反向循环运转、点动及停止,Y2、Y3、Y4控制变频器3挡转速,即低速(刨刀切入、刨刀退出、反向前)、中速(刨削加工速度)、高速(空刀返回),Y10控制接触器KM,使变频器得电。PLC程序中,应使Y10动作后,Y0、Y1才能动作;Y11、Y12控制变频器故障时的声、光报警,同时切断Y10的输出。,3)工频运行与变频运行的切换控制电路 工频运行与变频运行的控制电路如图6-46所示。,图6-46 工频运行与变频运行的控制电路,图6-47 工频运行与变频运行的梯形图,按照工频运行与变频运行的工作过程,可将梯形图分为A段、B段、C段、D段和E段。,(1)A段为工频运行段。
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