英威騰GD300-01變頻器在永磁同步空壓機上的應用
摘要：變頻螺桿壓縮機廣泛應用于空壓機行業，其性能卓越、穩定。傳統的空壓機的變頻驅動系統控制回路布線復雜、安裝費時和故障排除不方便等問題。GD300-01是英威騰應螺桿壓縮機市場發展趨勢而研發的一款空壓機專用變頻器。GD300-01因其豐富的功能、使用方便、性能穩定而廣受客戶認可。
關鍵詞：GD300-01，螺桿式壓縮機，空壓機
1.介紹
傳統空壓機的變頻調速系統是由變頻器、PLC控制器、操作面板、發射器、控制開關以及接觸器構成。它有如下缺點：控制回路布線復雜，安裝費時，故障排除不方便及控制箱外觀不夠美觀。由英威騰研發的空壓機專用GD300-01變頻器集成了一般空壓機的PLC控制和風扇變頻器的啟動/停止/速度控制功能，保持了機頭穩定油溫，發揮潤滑油的最佳性能。本文將介紹使用雙變頻控制系統的應用，由空壓機專用GD300-01變頻器和GD10變頻器共同組成，應用于廣州一家工廠的永磁同步空壓機上。
2.雙變頻永磁同步空壓機系統的特點
空壓機專用GD300-01變頻器的開發是基于英威騰Goodrive300變頻器生產平臺。GD300-01集成了PLC/控制器功能，節約了PLC/控制器的費用，并與PT100溫度檢測功能共同工作，實現了風扇的變頻控制。與一般的異步變頻空壓機相比，GD300-01具有如下優勢：
● 用于永磁電機和壓縮機主機的嵌套式完整直連軸結構，結構更加緊湊，100％的傳輸效率；
● 無電機軸承：永磁轉子直接安裝在陽轉子的延長軸上。無馬達軸承結構，避免了電機軸承的故障點；
● 電機體積小：只有一般調頻電機體積的1/3，安裝方便；
● 永磁電機低速時，高效運行，比一般的調頻電機具有更好的節能表現；
● 永磁電動機使用高性能釹鐵硼永磁材料，在120℃高溫時亦無損失。定子線圈由專用耐電暈漆包線制作而成，具有極佳的絕緣特性，使用壽命長；
● 對同步電機的快速響應速度，出色的排氣響應性能；
● 根據排氣溫度控制風扇轉速，達到節能效果，系統和各部件保持溫度穩定的時間更長。噪聲也因為風扇由變頻方法控制而減少。
3.系統原理及控制實現
3.1系統結構
圖1雙變頻空壓機控制系統的結構
3.2控制實現
?● 主機的啟動/停止功能是通過通信協議485控制，頻率由PID設置，實現閉環控制；
?● 電磁閥控制邏輯是由主變頻器實現的，通過中繼終端以控制入口閥；
?● 急停信號與數字輸入端子相連，選擇慣性停止功能；
?● 溫度PID功能是由主變頻器實現的，其通過模擬信號來設置風扇變頻器的頻率。調速信號為0至20mA；
?● 風扇的啟動/停止功能是由主變頻器（兼容電源頻率啟動/停止控制）的終端來控制；
?● 風扇故障信號屬于主機的外部故障信號；
?● 機械故障通過終端來識別，當識別到機械故障時，控制面板上會顯示報警；
?● 整個雙變頻驅動系統的接線圖如圖2所示。
圖2雙變頻驅動系統的電氣接線圖
4. 現場情況
4.1電機參數
|
電機 |
額定電壓 |
額定電流 |
極對 |
額定頻率 |
額定功率 |
|
SM |
380V |
45A |
3 |
195.0HZ |
22.0KW |
4.2現場圖
5.系統調試步驟
5.1主變頻器調試
第1步：電線電纜按照系統接線圖連接并確認。切斷觸摸面板的24V電源，并確保接地電纜連接正確（變頻器接地和外殼接地）；
注：壓力、溫度和風扇轉速信號是電流信號，所以相應的模擬信號輸入端子應配置為電流信號；
第2步： P00.18設定為1，恢復出廠設置。根據電機實際情況，設置最大頻率P00.03和電機參數，然后再操作電機參數自整定；
注：如果SM銘牌上沒有電機額定電流，請根據變頻器額定電流或默認值設定P02.19。
第3步：按QUICK / JOG（快/慢）按鈕，減慢轉速檢查方向，如果不正確，更換電機電纜。
第4步：試運行。載頻P00.14設定為4。調整電機控制參數，特別是電流環。P03.09設定為電機功率的傳送值，參照表1。
|
P03.09 (參考) |
電機功率 |
|
2000 |
18.5KW |
|
2000 |
22KW |
|
2500 |
37KW |
|
3000 |
55KW |
|
3000 |
75KW |
|
3000 |
90KW |
|
3500 |
110KW |
|
3500 |
132KW |
|
3500 |
160KW |
表1電流環參數和功率對應表
5.2風扇變頻器調試
第1步：電線電纜按照系統接線圖連接并確認。
注：風扇轉速信號是0至20mA。注意終端跳線的位置；
第2步： P00.18設定為1，恢復出廠設置。設置電機實際情況設置電機參數。按QUICK/JOG（快/慢）按鈕，減慢轉速檢查方向，如果不正確，更換電機電纜。
5.3系統調試
第1步：打開觸摸面板電源，等待系統啟動；
第2步：進入系統配置界面，設置系統參數：壓力傳感器參數、溫度傳感器參數和風扇變頻器參數等等，然后按“一鍵設置參數”按鈕。系統將自動完成相關參數設定；
第3步：按照觸摸屏說明，調整用戶參數、生產參數和維護參數，然后運行。
5.4變頻器參數表
主變頻器的參數，見表2。
表2變頻器參數表
|
型號：GD300-01-022 G-4 軟件版本：V1.0 |
|||
|
功能碼 |
設置值 |
功能說明 |
備注 |
|
P00.00 |
0 |
矢量控制模式 |
默認值 |
|
P00.01 |
2 |
通訊運行指令 |
一鍵設置 |
|
P00.03 |
195.00Hz |
最大輸出頻率 |
電機 |
|
P00.04 |
195.00Hz |
運行頻率上限 |
電機 |
|
P00.06 |
7 |
PID控制設置 |
一鍵設置 |
|
P00.11 |
20s |
ACC時間 |
默認值 |
|
P00.12 |
20s |
DEC時間 |
默認值 |
|
P00.14 |
4.0 kHz |
載頻 |
自定義 |
|
P01.15 |
25.00 Hz |
停止速度 |
一鍵設置 |
|
P02.00 |
1 |
SM |
電機 |
|
P02.15 |
22.0 kW |
額定功率 |
|
|
P02.16 |
195.00 Hz |
額定頻率 |
|
|
P02.17 |
3 |
極對數 |
|
|
P02.18 |
380V |
額定電壓 |
|
|
P02.19 |
45A |
額定電流 |
|
|
P02.20 |
0.054Ω |
定子電阻 |
靜態自整定結果 |
|
P02.21 |
0.72 mH |
D軸電感 |
|
|
P02.22 |
1.79 mH |
Q軸電感 |
|
|
P02.23 |
380 |
反電動勢常數 |
|
|
P03.09 |
2000 |
電流環P |
調試器 |
|
P03.10 |
1000 |
電流環I |
默認值 |
|
P05.01 |
6 |
S1：滑行停車 |
一鍵設置 |
|
P05.02 |
9 |
S2：外部故障輸入 |
|
|
P05.03 |
42 |
S3：空濾堵塞信號 |
|
|
P05.04 |
43 |
S4：油濾堵塞信號 |
|
|
P05.05 |
44 |
S5：分離器堵塞信號 |
|
|
P05.06 |
45 |
S6：精密分離單元堵塞信號 |
|
|
P05.07 |
46 |
S7：外部故障1 |
|
|
P05.08 |
47 |
S8外部故障2 |
|
|
P05.10 |
001 |
負極輸入 |
|
|
P05.32 |
2.00 V |
A1下限 |
|
|
P06.03 |
27 |
RO1輔助電機 啟動/停止控制 |
默認值 |
|
P06.04 |
28 |
RO2：電磁閥控制輸出 |
|
|
P06.14 |
24 |
AO1：溫度PID輸出 |
|
|
P06.21 |
0.5 s |
AO1輸出濾波時間 |
一鍵設置 |
|
P09.00 |
10 |
PID設置源： 空壓機專用 |
|
|
P09.02 |
8 |
PID反饋源： 空壓機專用（AI1） |
|
|
P09.08 |
0.2 % |
PID控制偏差限制 |
|
|
P11.06 |
110 % |
自動電流限制 |
|
|
P11.07 |
5.0 Hz/s |
電流限制時降頻率 |
|
|
P11.15 |
0.0 s |
速度偏差檢測時間 |
|
|
P13.02 |
25 % |
源電流1 |
|
|
P13.08 |
60 |
控制參數1 |
|
|
P13.09 |
5.0 |
控制參數2 |
|
|
P14.00 |
2 |
本地通訊地址 |
默認值 |
|
P18.00 |
1 |
控制模式 |
一鍵設置 |
|
P18.01 |
1 |
休眠功能 |
默認值 |
|
P18.02 |
0 |
加載和卸載模式： 自動模式 |
默認值 |
|
P18.03 |
1 |
溫度傳感器 PT100直連 |
默認值 |
|
P18.04 |
1.6 MPa |
壓力傳感器上限 |
默認值 |
|
P18.05 |
0.85 MPa |
卸載壓力 |
自定義 |
|
P18.06 |
0.6 MPa |
加載壓力 |
自定義 |
|
P18.07 |
0.7 MPa |
設置壓力 |
自定義 |
|
P18.08 |
75 ℃ |
風扇啟動溫度 |
默認值 |
|
P18.09 |
65 ℃ |
風扇停止溫度 |
默認值 |
|
P18.10 |
75 ℃ |
設置溫度 |
默認值 |
|
P18.11 |
40.0 Hz |
加載運行頻率下限 |
自定義 |
|
P18.12 |
40.0 Hz |
空載運行頻率 |
自定義 |
|
P18.13 |
300 s |
空載延時時間 |
默認值 |
|
P18.14 |
0 s |
停止延時時間 |
默認值 |
|
P18.15 |
10 s |
加載延時時間 |
默認值 |
|
P18.16 |
8 s |
重啟延時時間 |
自定義 |
風扇變頻器參數表，見表3。
表3風扇變頻器參數
|
型號：GD10-1R5G-4-B 風扇：0.375kW，380V |
|||
|
功能碼 |
設置值 |
功能說明 |
備注 |
|
P00.01 |
1 |
終端運行指令 |
一鍵設置 |
|
P00.05 |
25.00Hz |
運行頻率下限 |
|
|
P00.06 |
2 |
AI設置頻率 |
|
|
P00.13 |
2 |
禁止反向運行 |
|
|
P05.01 |
1 |
S1：正向旋轉運行 |
|
|
P06.03 |
5 |
RO：變頻器故障 |
|
|
P14.00 |
1 |
本地通訊地址 |
|
6.結論
集成于雙變頻驅動系統中的英威騰空壓機專用GD300-01變頻器在永磁同步空壓機上的成功應用，提供了性價比更好的空壓機變頻器系統解決方案，降低了空壓機控制系統的故障點，并提供更好的一站式服務，使螺桿壓縮機的安裝和維護非常方便。隨著客戶更高的高效節能要求，同步電機越來越多地應用于空壓機。英威騰空壓機專用GD300-01變頻器將會引導空壓機行業的發展，生產強大的拖拽能力和完善的控制系統。另外， GD300-01變頻器也可與異步空壓機兼容。
參考資料：
[1] 深圳市英威騰電氣股份有限公司《GD300-01操作說明書》
[2] 深圳市英威騰電氣股份有限公司《GD10操作說明書》