淺談流水線變頻器的原理及安裝設計要求
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1.變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的,是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源,以實現(xiàn)電機的變速運行的設備。其中控制電路完成對主電路的控制,整流電路將交流電變換成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說,有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應的電路。
2.變頻器的分類
按照主電路工作方式分,可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器;按照開關(guān)方式分,可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器;按照工作原理分,可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等;按照用途分,可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
3.變頻器中常用的控制方式
a.非智能控制方式:V/f控制;轉(zhuǎn)差頻率控制;矢量控制;直接轉(zhuǎn)矩控制;最優(yōu)控制;其他非智能控制方式:自適應控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。
b.智能控制方式:主要有神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學習控制等。
4.變頻器選型
1) 采用變頻的目的:恒壓控制或恒流控制等。
2) 變頻器的負載類型:如葉片泵或容積泵等,特別注意負載的性能曲線,性能曲線決定了應用時的方式方法。
3) 變頻器與負載的匹配問題:電壓匹配:變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符;電流匹配:普通的離心泵,變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù),以最大電流確定變頻器電流和過載能力;轉(zhuǎn)矩匹配:這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生;
4) 在使用變頻器驅(qū)動高速電機時,由于高速電機的電抗小,高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型,其容量要稍大于普通電機的選型。
5) 變頻器如果要長電纜運行時,此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響,避免變頻器出力不足,所以在這樣情況下,變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。
6) 對于一些特殊的應用場合,如高溫,高海拔,此時會引起變頻器的降容,變頻器容量要放大一擋。
5.變頻器的控制原理圖設計:
1) 首先確認變頻器的安裝環(huán)境:工作溫度;環(huán)境溫度;腐蝕性氣體;振動和沖擊;電磁波干擾。
2) 變頻器和電機的距離確定電纜和布線方法:變頻器和電機的距離應該盡量的短。這樣減小了電纜的對地電容,減少干擾的發(fā)射源;控制電纜選用屏蔽電纜,動力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機全部用穿線管屏蔽;電機電纜應獨立于其它電纜走線,其最小距離為500mm。同時應避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線,這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉,應盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號線與主回路線分開走線,即使在控制柜中也要如此;與變頻器有關(guān)的模擬信號線最好選用屏蔽雙絞線,動力電纜選用屏蔽的三芯電纜(其規(guī)格要比普通電機的電纜大檔)或遵從變頻器的用戶手冊。
3) 變頻器控制原理圖:主回路圖,控制回路圖
4) 變頻器的接地:變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好,接地導線的截面不小于4mm,長度不超過5m。變頻器的接地應和動力設備的接地點分開,不能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端,另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。
6.變頻器控制柜的設計:
變頻器應該安裝在控制柜內(nèi)部,控制柜在設計時要注意以下問題
1) 散熱問題:變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主,約占98%,控制電路占2%。
2) 電磁干擾問題
3) 防護問題需要注意:防水防結(jié)露;防塵;防腐蝕性氣體
7.變頻器接線規(guī)范:
信號線與動力線必須分開走線:使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時,為了減少模擬量受來自變頻器和其它設備的干擾,請將控制變頻器的信號線與強電回路(主回路及順控回路)分開走線。距離應在30cm以上。即使在控制柜內(nèi),同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過50m。
信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部:連接PLC和變頻器的信號線如果不放置在金屬管道內(nèi),極易受到變頻器和外部設備的干擾;同時由于變頻器無內(nèi)置的電抗器,所以變頻器的輸入和輸出級動力線對外部會產(chǎn)生極強的干擾,因此放置信號線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處,以保證信號線與動力線的徹底分開。
1) 模擬量控制信號線應使用雙股絞合屏蔽線,電線規(guī)格為0.75mm2。在接線時一定要注意,電纜剝線要盡可能的短(5-7mm左右),同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來,以防止屏蔽線與其它設備接觸引入干擾。
2) 為了提高接線的簡易性和可靠性,推薦信號線上使用壓線棒端子。
控制方式:即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式;最低運行頻率:即電機運行的最小轉(zhuǎn)速,電機在低轉(zhuǎn)速下運行時,其散熱性能很差,電機長時間運行在低轉(zhuǎn)速下,會導致電機燒毀。而且低速時,其電纜中的電流也會增大,也會導致電纜發(fā)熱;最高運行頻率:一般的變頻器最大頻率到60Hz,有的甚至到400 Hz,高頻率將使電機高速運轉(zhuǎn),這對普通電機來說,其軸承不能長時間的超額定轉(zhuǎn)速運行,電機的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力;載波頻率:載波頻率設置的越高其高次諧波分量越大,這和電纜的長度,電機發(fā)熱,電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的;電機參數(shù)(電機銘牌有顯示);跳頻
9.常見故障分析:
過流故障:過流故障可分為加速、減速、恒速過電流;
過載故障:過載故障包括變頻過載和電機過載;
欠壓:說明變頻器電源輸入部分有問題,需檢查后才可以運行。
總之,在設計、安裝、使用變頻器時一定要遵從變頻器使用說明書的指導。
在流水線開始時有一段流水線填入時間,使得流水線填滿,此段時間稱為流水線建立時間。然后流水線正常工作,各功能段源源不斷滿載工作,稱為正常流動時間。在流水線第一條指令結(jié)束時,其他指令還需要一段釋放時間,這段時間稱為排空時間。流水線時空圖中各個空白格越少,表示設備的占有率高,效率高。流水線的時空圖是描述流水線工作、分析評價流水線性能的重要工具。
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