电机,驱动器

前5个VFD参数更改解释

编程可变频率驱动器(VFDS)适合大多数工业应用程序只需要最基本的设置来操作电机。了解这5个VFD参数更改以优化VFD编程以适合大多数电机驱动器应用。

由Christopher Jaszczolt. 2020年7月1日
Courtesy:安川美国公司

学习目标

  • 设置五个参数可以照顾大多数VFD编程。
  • 考虑VFD控制方法,电机FLA,加速度和减速时间。
  • 还要考虑速度、运行源和故障休息。

可变频率驱动器(VFD)是使用快速作用开关或绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电子设备,以将三相输入功率转换为用于电动机速度控制的可变频率和电压输出。VFD设置包含编程,以及大多数应用程序的五个参数更改帐户。

通过VFD,电动机可用于运行各种应用,以实现无线操作或机械手段无法实现控制。使用VFD控制电机,用户可以通过匹配电机速度来优化系统效率以保持精确的系统需求。大多数VFD应用程序提高了系统效率,并在通常不到一年内提供了VFD节能投资的回报。

与所有电子产品一样,vfd具有先进的能力和功能,提供更多的系统控制,以帮助消除外部设备和可编程逻辑控制器(plc)。由于这些创新,人们可能会被为他们的应用程序编写vfd的前景所淹没,这是可以理解的。然而,大多数应用程序只需要最基本的设置来操作电机。这是因为vfd的设计和设计使复杂的事情变得简单。

在大多数情况下,VFD的默认设置将足以应用于应用程序,而不是必需的任何调整。通常,为应用程序调整不超过十几个设置。以下详细信息由VFD安装程序编程的前五个参数设置列表,以解释设置是什么以及它们所需的原因。

图1:vfd预先配置了过载,以考虑许多不同的电机类型,包括40:1调速范围的可变转矩负载,100:1调速范围的恒定转矩负载,甚至非传统的电机,如永磁电机。Courtesy:安川美国公司

图1:vfd预先配置了过载,以考虑许多不同的电机类型,包括40:1调速范围的可变转矩负载,100:1调速范围的恒定转矩负载,甚至非传统的电机,如永磁电机。Courtesy:安川美国公司

控制方法对VFD编程的影响

1.什么是控制方法,因为它适用于VFDS?

VFD安装程序通常设置的第一个设置是控制方法。控制方法决定了驱动器颁布的能力来调节电动机速度。这些控制能力可以分为三组:峰值控制,自信矢量控制和闭环矢量控制。

伏特 - 每赫兹(V / F)控制是最常用的电机控制方法。这是三个拓扑的最基本。

V / F控制将驱动器的输出固定为预定义电压和电机的频率曲线,因为调整了VFD的速度命令。可以调节这些V / F图案以提供高启动扭矩或减少以优化不需要恒定电压的可变扭矩负载的效率。

自感应矢量控制是一种控制方法,提供了一个更微调控制的电机的速度。vfd可以通过各种不同的复杂控制方案来实现这种控制。本质上,复杂的算法用于监测,解释和响应电流反馈,提供精确的电机控制。然而,这种控制方法最简单的方式是将其视为不需要编码器的精确电机控制。

闭环矢量控制是最先进的电机控制方法。由于其名称指示,闭环矢量控制使用电机编码器来提供精确的速度反馈,并消除通过响应电流反馈而产生的VFD控制中的任何错误。添加编码器告诉VFD电机正在做什么以及它如何响应负载。

为什么我会调整控制方法吗?

调节控制方法是满足电机驱动应用需求的功能。一些应用程序很简单,只需要以近似的速度运行,而另一些则需要精确和动态的电机控制。每一种控制方案都满足了应用需求和/或限制了系统启动和运行所涉及的编程。

V/f控制通常用于不需要精确速度控制的系统,如风扇或泵。在最基本的V/f控制方法,电机是允许滑(漂移)远离命令的速度。速度上的细微变化对整体系统性能影响不大,因为其他驱动器编程将调整速度以维持系统的需求。

例如,如果被要求以半速运行并且无法维护需求,那么大多数系统配置,通过VFD的PI环路或外部设备将提升速度命令提供满足需求所需的电机速度。V / F控制是最常用的控制方法,因为它需要很少没有编程以实现。

大多数驱动器制造商,通过多年的应用程序经验,他们已经为大多数泵和风扇应用程序配置了他们的默认设置。这些默认值提供了最佳节能,几乎没有编程要求。即使是非可变扭矩应用,如压缩机,也可以利用V / F控制,以便其易于设置。

自感矢量控制方法改善了过程控制并减少了维护。例如,自感矢量控制调节电机速度在电机额定速度的1/20内,提供动态速度控制,高启动扭矩下降到低速,并限制电流和扭矩而无需外部设备。为了提供这些先进的电机控制能力,VFD需要特定的电机特性信息,例如电机无负载电流,电阻和电感。

为了获得这些关键信息,VFD将通过一个简单的电机调谐,需要通过键盘输入基本的电机铭牌数据,如额定电流、电压和速度。从这种控制中获益最多的应用包括搅拌机、洗衣机和冲床/冲压机。

闭环矢量控制的附加速度反馈信号,可最大限度地提高过程控制并最大限度地减少维护。闭环矢量控制允许精确控制到一个RPM,零速度,零速度控制和扭矩调节的高启动扭矩。这些功能用于不能偏离超过几个RPM的应用程序,否则产品输出不会符合其设计规范。

例如,许多挤出机使用编码器反馈来保持电机转速到精确要求,以确保产品符合其规格。编码器反馈还确保准确的扭矩监测,允许变频器对可能堵塞或损坏机器的高扭矩条件作出反应。在闭环矢量控制中,为了优化电机控制,减少编码器反馈所需的补偿,也需要自感知矢量控制中的电机整定要求。

VFD越了解电机的特性,它就能更好地运行电机。不管有没有运动反馈,这都是正确的。如挤出机、高速主轴和恒张力退卷机等应用都采用了闭环矢量控制。

图2:使用适当的加减速时间将显著降低电机启动时的涌流和改变转速时的涌流。更少的涌流增加电机(更少的热量)和动力系统寿命(更少的动态高转矩变化)。VFD还将这些电流与线路隔离。Courtesy:安川美国公司

图2:使用适当的加减速时间将显著降低电机启动时的涌流和改变转速时的涌流。更少的涌流增加电机(更少的热量)和动力系统寿命(更少的动态高转矩变化)。VFD还将这些电流与线路隔离。Courtesy:安川美国公司

电机全负载AMPS(FLA)的VFD设置

2.什么是电机满载安培?

由于大多数VFD的控制方法设置已默认为其最常见的应用程序,因此由任何VFD安装程序编程的实际第一个设置是电机的全负载安培(FLA)或电机额定电流设置。电机设计用于在额定功率和额定电压下操作时允许在其铭牌额定电流下连续操作。使用电机的FLA评级编程VFD配置VFD的电子热过载,为电机运行。

为什么我应该设置电机满负载安培?

虽然VFDS是天然柔软的启动器,但电机可以超过其额定电流,以便在开始,冲击载荷,快速减速或过度应用循环期间的短时间内超过其额定电流。然而,长时间的高电流将导致电动机的过度热量,这可能导致寿命减少和过早失效。由于负载或耦合中的机械损坏,也可能发生锁定的转子条件。随着时间的推移,负载磨损也可能导致可能超过电机FLA的电流抽取增加。

为了避免电机故障,VFD的电机FLA设置将被编程为电机铭牌FLA。在驱动器内实施变频器的电子热过载,满足国家电气规范(NEC)和地方法规对电机过载保护的要求。使用VFD的电子热过载允许用户消除机械电机过载,这消除了成本、潜在的故障点,以及与保持过载触点完整性相关的任何维护要求。

变频器的电子过载保护功能根据输出电流、输出频率、热电机特性和时间估计电机过载水平。当VFD检测到电机过载故障触发和VFD输出关闭,以保护电机从热故障。

这些过载曲线可以设置为电机的能力。许多泵风扇电机设计用于可变扭矩负载,这意味着它们不设计以降低速度的额定电流。

减少连续过载提供减少维护和确保电机运行寿命最大化。vfd已经预先配置了过载,以满足许多不同类型的电机,包括40:1转速范围的可变转矩负载,100:1转速范围的恒定转矩负载和非常规电机,如永磁电机(见图1)。

加速和减速时间

3.电动驱动系统的加速和减速时间是多少?

vfd是天然的软启动器。当改变速度时,它们会减少涌流。为了实现这一点,VFD启动和停止电机基于编程的加速和减速时间。这些时间或匝道速率定义了驱动器将花多长时间从零速度到最大频率。可以根据操作条件或通过发送给VFD的命令进行调整的固定汇率或多组汇率(参见图2)。

为什么要设置加速/减速时间?

使用适当的加减速时间将显著降低启动时的涌流和改变速度时的涌流。这导致增加电机(更少的热量)和动力系统寿命(更少的动态高扭矩变化)。VFD还将这些电流与线路隔离。因此,变压器不需要提供大的电涌,这可能会造成不必要的加热或影响其供电电压,从而影响变频器性能或系统上的其他负载。较低的涌流意味着电力公司因电流/电力涌流而产生的需求费用被消除。

vfd默认为最常用的加速和减速时间,这取决于它们的预期应用程序。风扇/泵驱动器将有更长的斜坡时间,而通用工业驱动器将有更短的斜坡时间。这有助于简化安装过程。然而,并非所有默认值都适用于每个应用程序。调整这些斜坡时间将需要保持电流在驱动器和电机的限制范围内。

基于负载的惯性,可以比基于驱动/电机的当前能力允许的更快地启动/停止负载。激进的加速/减速率将导致更高的电流,可能征税的驱动器和电机,并导致过载或过流故障。设置正确的加速和减速时间可以保证系统性能的正常运行,避免出现故障。

加速/减速曲线中的枢转点在每个斜坡的开始和停止处发生。这是需要最大扭矩或电流来制造所需的电机运动。因此,在整体斜坡时间需要保持低的情况下,可以对这些点进行调整以减少总斜坡时间。这些点称为JERK或S曲线定时调整。这些设置在加速度或减速度斜坡的高应力点处延伸时间,以减少对整体开始/停止时间的影响(参见图3)。

图3:加速/减速曲线中的枢转点在每个斜坡的开始和停止处发生,其中需要最多的扭矩或电流来制造所需的电动机运动。当总体斜坡时间需要保持低电平时,对这些点的调整可以减少总斜坡时间。这些点称为JERK或S曲线定时调整。Courtesy:安川美国公司

图3:加速/减速曲线中的枢转点在每个斜坡的开始和停止处发生,其中需要最多的扭矩或电流来制造所需的电动机运动。当总体斜坡时间需要保持低电平时,对这些点的调整可以减少总斜坡时间。这些点称为JERK或S曲线定时调整。Courtesy:安川美国公司

电机控制需要速度和运行源

4.速度和运行源是什么?

VFD在其操作的每一刻都需要两件东西:运行命令和速度参考。运行命令告诉驱动器它应该操作电机,而速度参考告诉VFD运行的频率。两个输入都需要提供电机控制。否则,电机静止不动。设置或缺少设置是VFD安装程序将进行的最常见的技术支持故障排除调用之一。

为什么我需要设置速度和运行命令?

设置VFD的速度和运行命令更像是如何选择运行电机的速度,少于它们是否希望电机运行。大多数制造商默认为从数字和模拟输入运行的驱动器。联系人和继电器被馈送到驱动器以制定驱动器的运行命令。然后使用模拟输入来为驱动器提供速度参考。这些模拟引用可以是0-10 V DC,+/- 10 V DC,0-20 mA或4-20 mA信号。每个参考资料都有自己的利益。电压参考易于产生且易于理解,而电流信号在不容易受到附近电噪声的情况下传播更长的距离。通过直接键盘控制或通过网络通信来完成其他控制途径。

这些参考文献中的每一个都提供了运行电机所需的精确速度的VFD。VFD的电机速度控制参考越准确,VFD越准确,旨在实现系统需求。准确地满足系统需求意味着VFD实现的节能效益更高。任何命令界面的目标是实现系统所需的控制,最大限度地提高效率,质量和安全性。

故障重置

5. VFD上的故障重置是什么?

驱动器外部有许多条件可导致在其规格之外的操作条件。为了维护产品寿命并防止失败,VFDS合并并触发故障以保护自己。可能导致VFD故障的条件的示例包括激进的开始时间,积极的停止时间,功率损失以及锁定的转子条件。

为什么在配置vfd时设置故障复位?

许多vfds包含自动故障复位功能。此功能允许驱动器检测其编程范围之外的条件,并触发故障以保护自己,电机和机械系统的其余部分。故障复位功能允许用户检测事件,如果消除将驱动器重置为正常操作。自动重置的目的是克服滋扰故障并保持连续操作。停机费用和自动重置功能允许系统维护未被视为停止生产的事件的操作,直到经过认证的工作人员检查。

其中一个例子是由雷暴引起的电压尖峰。这些是不需要进一步分析的罕见发生。驱动器停止其自我在这种情况下操作,从而保护自己。自动复位功能允许驱动器在没有用户干预,节省时间和金钱的情况下开始备份。

请务必设置前5个VFD参数

变频调速技术有多种实现方式,满足电机自动化控制的需要。VFD设置可能很复杂,但是大多数应用程序需要很少的调整才能启动和运行。此外,vfd简化了安装过程。一种方法是通过应用程序启动例程或向导。

这些例程通过使用问题和答案菜单来编程其驱动器的过程来步行,以确保应用程序根据需要进行编程。VFDS专为易用性而设计,并通过优化效率,质量和安全性来最大限度地提高投资回报(ROI)。

Christopher Jaszczolt.是一个产品经理,美国日本安川电气有限公司.由内容经理马克·t·霍斯克编辑,控制工程,CFE媒体,mhoske@cfemedia.com

关键词:可变频率驱动程序,VFD配置

考虑一下这个

我们所需要的编程或配置vfd以适应应用程序?


Christopher Jaszczolt.
作者生物:Christopher Jaszczolt已经在安川美国公司(Yaskawa America Inc.)的运动控制领域工作了10多年。他的丰富经验来自技术支持工程师、应用工程师以及最近的产品管理工作。他拥有伊利诺伊州迪卡尔布北伊利诺伊大学(Northern Illinois University)的电气工程学士学位。(去哈士奇!)。