變頻器技術(shù)講座-丁先群

1、Rexroth Bosch Group 變頻器技術(shù)講座變頻器技術(shù)講座 博世力士樂博世力士樂 電子傳動(dòng)與控制（深圳）有限公司電子傳動(dòng)與控制（深圳）有限公司 丁先群丁先群 祝大家事業(yè)有成祝大家事業(yè)有成！祝大家事業(yè)有成祝大家事業(yè)有成！ 一 .變頻器使用注意事項(xiàng) 1嚴(yán)禁將變頻器的輸出端子U、V、W連接到AC 電源上。 2變頻器要正確接地，接地電阻小于1010。 3變頻器存放兩年以上，通電時(shí)應(yīng)先用調(diào)壓器 逐漸升高電壓。存放半年半年或一年一年應(yīng)通電運(yùn)行一天。 4變頻器斷開電源后，待幾分鐘后方可維護(hù)操 作，直流母線電壓（P+，P-）應(yīng)在25V25V以下。 5. 避免變頻器安裝在產(chǎn)生水滴飛濺的場(chǎng)合。 6. 不

2、準(zhǔn)將P+、 P-、PB任何兩端短路。 7. 主回路端子與導(dǎo)線必須牢固連接。 8. 變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)長(zhǎng)期低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，建議選 用變頻電機(jī)。 9. 變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)期超過超過50HZ50HZ運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證電機(jī) 軸承等機(jī)械裝置在使用的速度范圍內(nèi)，注意電機(jī)和設(shè)備 的震動(dòng)、噪音。 10. 變頻器驅(qū)動(dòng)減速箱、齒輪等需要潤(rùn)滑機(jī)械裝置，在 長(zhǎng)期低速運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意潤(rùn)滑效果。 11. 變頻器在一確定頻率工作時(shí)，如遇到負(fù)載裝置的機(jī)械共 振點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置跳躍頻率避開共振點(diǎn)。 12. 變頻器與電機(jī)之間連線過長(zhǎng)，應(yīng)加輸出電抗器。 13. 嚴(yán)禁在變頻器的輸入側(cè)使用接觸器等開關(guān)器件進(jìn)行頻繁 啟停操作。 14. 電機(jī)首次使用或長(zhǎng)

3、期放置后使用，必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行絕緣 檢測(cè)。使用500V500V電壓型兆歐表檢測(cè)，電機(jī)絕緣電阻大于5M5M。 15. 對(duì)電機(jī)絕緣檢測(cè)時(shí)必須將變頻器與電機(jī)連線斷開。對(duì)電機(jī)絕緣檢測(cè)時(shí)必須將變頻器與電機(jī)連線斷開。 16. 在變頻器的輸出側(cè)，嚴(yán)禁連接功率因數(shù)補(bǔ)償器、電容、 防雷壓敏電阻。 17. 變頻器的輸出側(cè)嚴(yán)禁安裝接觸器、開關(guān)器件。 18. 變頻器在海拔10001000米以上地區(qū)使用時(shí)，須降額使用。 19. 變頻器輸入側(cè)與電源之間應(yīng)安裝空氣開關(guān)和熔斷器。 20. 變頻器輸出側(cè)不必安裝熱繼電器。 21. 變頻器使用壽命變頻器使用壽命 影響變頻器壽命的元件大致有三種： 自身冷卻風(fēng)扇 上電時(shí)限流電阻短路接觸

4、器 中間環(huán)節(jié)大容量電解電容 注意：前兩個(gè)元件是機(jī)械磨損元件，一般壽命為五年五年，第三個(gè) 元件規(guī)定為五年五年，一般情況下五年后測(cè)量一下電容值，如果小 于額定值的80%80%就應(yīng)更換，實(shí)際上，如果變頻器一直連續(xù)運(yùn)行， 電解電容可用十年十年。 控制線應(yīng)與主回路動(dòng)力線分開，控制線采用屏蔽電纜 。 22. 變頻器與負(fù)載的配置變頻器與負(fù)載的配置 變頻器長(zhǎng)期工作電流 I變長(zhǎng)=I電115% （ I電- 電動(dòng)機(jī)額定電流） 變頻器短期工作電流（可持續(xù)12分鐘） I變短=I變150% （I變- 變頻器額定電流） 變頻器瞬時(shí)工作電流（可持續(xù)數(shù)秒鐘） I變瞬= I變180% 二二. . 電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

5、 1. 異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造和原理異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造和原理 圖圖2-12-1 異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造 a a）外形）外形 b b）定子）定子 c c）轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子 2. 2. 旋轉(zhuǎn)原理旋轉(zhuǎn)原理 圖圖2-22-2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)原理三相交流異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)原理 a a）三相交流電流）三相交流電流 b b）三相繞組）三相繞組 c c）旋轉(zhuǎn)原理）旋轉(zhuǎn)原理 3 3. 電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的能量傳遞電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的能量傳遞 圖圖2-3 2-3 能量傳遞能量傳遞 a a）從電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能）從電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能 b b）定子與轉(zhuǎn)子能量傳遞）定子與轉(zhuǎn)子能量傳遞 4. 定子和轉(zhuǎn)子電流間的關(guān)系定子和轉(zhuǎn)子電流間的關(guān)系

6、 圖圖2-4 電流特性： 輸入電機(jī)電流=勵(lì)磁電流+轉(zhuǎn)矩電流 輸出電流取決于負(fù)載的大小 5. 電動(dòng)勢(shì)平衡示意圖電動(dòng)勢(shì)平衡示意圖 圖圖2-5 2-5 定子側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡圖定子側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡圖 6.6.負(fù)載改變時(shí)的速度變化負(fù)載改變時(shí)的速度變化 圖圖2-6 2-6 負(fù)載變化、速度變化負(fù)載變化、速度變化 a a）負(fù)載較輕）負(fù)載較輕 b b）機(jī)械特性）機(jī)械特性 c c）負(fù)載較重）負(fù)載較重 7.7.異步電動(dòng)機(jī)的特性異步電動(dòng)機(jī)的特性 : : 啟動(dòng)力矩啟動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)停止，通電后電動(dòng)機(jī)停止，通電后, , 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩 Ts=1.25TN ; 最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)在最大轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)在最大轉(zhuǎn)差Sm時(shí)，

7、產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩Tm; 空載電流空載電流空載電流主要是勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到同步空載電流主要是勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到同步; ; 電動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)狀態(tài)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng); ; 再生制動(dòng)狀態(tài)再生制動(dòng)狀態(tài)由于負(fù)載原因，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)由于負(fù)載原因，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn) 速，即設(shè)備帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速，即設(shè)備帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng). . 三.變頻器調(diào)速原理 380V 50HZ f = 0 500HZ 圖圖 3 3-1 -1 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 f f 變極對(duì)數(shù)調(diào)速變極對(duì)數(shù)調(diào)速 P P 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 S S 1. 1.變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速

8、原理 2. 交交直直交變頻器基本結(jié)構(gòu)交變頻器基本結(jié)構(gòu) 圖圖3-2 3-2 交交直直交變頻器主回路圖交變頻器主回路圖 整整 流流 器器 濾濾 波波 器器 逆 逆 變變 器器 3. 三相逆變橋示意圖三相逆變橋示意圖 圖圖3-33-3 三相逆變橋三相逆變橋 4. 開關(guān)元器件應(yīng)滿足的條件開關(guān)元器件應(yīng)滿足的條件 圖圖3-43-4 開關(guān)元器件的條件開關(guān)元器件的條件 1 1. . 能承受足夠大的電壓和電流 2.2. 允許長(zhǎng)時(shí)間頻繁接通和關(guān)斷 3 3. . 接通和關(guān)斷的控制十分方便 開關(guān)元器件應(yīng)滿足的條件開關(guān)元器件應(yīng)滿足的條件 IGBT的特點(diǎn)的特點(diǎn)： 耐壓1200V 開關(guān)頻率高達(dá)30 40KHZ 驅(qū)動(dòng)電路電流

9、小，功耗很少 6. GTR大功率晶體管大功率晶體管 圖圖3-5 GTR3-5 GTR逆變橋逆變橋 7. IGBT絕緣柵晶體管絕緣柵晶體管 圖圖3-6 IGBT3-6 IGBT逆變橋逆變橋 380 50HZ 8. 變頻器主電路圖變頻器主電路圖 圖圖3-73-7 變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖 艾 默 生 變 頻 器 基 本 配 線 圖 小功率變頻器 （5.5-7.5）KW 中功率 控制端子接線圖 9. 整流和濾波電路整流和濾波電路 圖圖3-83-8 整流和濾波電路整流和濾波電路 10. 充電過程的限流電路充電過程的限流電路 圖圖3-93-9 合上電源時(shí)的充電過程合上電源時(shí)的充電過程 11.

10、 逆變電路的基本結(jié)構(gòu)逆變電路的基本結(jié)構(gòu) 圖圖3-103-10 逆變電路的結(jié)構(gòu)逆變電路的結(jié)構(gòu) a a） 逆變電路逆變電路 b b）輸出電壓波形輸出電壓波形 c c）輸出電壓等效波形輸出電壓等效波形 1、測(cè)試整流電路 找到變頻器內(nèi)部直流電源的P(positive)端和N(negative)端，將萬用表調(diào)到電阻X10檔，紅表棒接 到P，黑表棒分別依到R、S、T，應(yīng)該有大約幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到P端，紅 表棒依次接到R、S、T，有一個(gè)接近于無窮大的阻值。將紅表棒接到N端，重復(fù)以上步驟，都應(yīng)得到 相同結(jié)果。如果有以下結(jié)果，可以判定電路已出現(xiàn)異常，A.阻值三相不平衡，可以說明整流橋故障

11、。 B.紅表棒接P端時(shí)，電阻無窮大，可以斷定整流橋故障或起動(dòng)電阻出現(xiàn)故障。 2、測(cè)試逆變電路 將紅表棒接到P端,黑表棒分別接U、V、W上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且各相阻值基 本相同，反相應(yīng)該為無窮大。將黑表棒接到N端，重復(fù)以上步驟應(yīng)得到相同結(jié)果，否則 可確定逆變模塊故障 二、動(dòng)態(tài)測(cè)試 在靜態(tài)測(cè)試結(jié)果正常以后，才可進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，即上電試機(jī)。 在上電前后必須注意 以下幾點(diǎn): 1、上電之前，須確認(rèn)輸入電壓是否有誤，將380V電源接入 220V級(jí)變頻器之中會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)（炸電容、壓敏電阻、模塊等）。 2、檢查變頻器各接播口是否已正確連接,連接是否有松動(dòng),連 接異常有時(shí)可能導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)

12、等情況。 3、上電后檢測(cè)故障顯示內(nèi)容,并初步斷定故障及原因。 4、如未顯示故障,首先檢查參數(shù)是否有異常,并將參數(shù)復(fù)歸后, 進(jìn)行空載(不接電機(jī))情況下啟動(dòng)變頻器,并測(cè)試U、V、W三相輸出 電壓值。如出現(xiàn)缺相、三相不平衡等情況，則模塊或驅(qū)動(dòng)板等有 故障 5、在輸出電壓正常（無缺相、三相平衡）的情況下，帶載測(cè) 試。測(cè)試時(shí)，最好是滿負(fù)載測(cè)試 三、故障判斷 1、整流模塊損壞 一般是由于電網(wǎng)電壓或內(nèi)部短路引起。在排除內(nèi)部 短路情況下，更換整流橋。在現(xiàn)場(chǎng)處理故障時(shí)，應(yīng)重點(diǎn) 檢查用戶電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)電壓，有無電焊機(jī)等對(duì)電網(wǎng) 有污染的設(shè)備等。 2、逆變模塊損壞 一般是由于電機(jī)或電纜損壞及驅(qū)動(dòng)電路故障引起。在 修

13、復(fù)驅(qū)動(dòng)電路之后，測(cè)驅(qū)動(dòng)波形良好狀態(tài)下，更換模塊。 在現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)中更換驅(qū)動(dòng)板之后，還必須注意檢查馬達(dá)及 連接電纜。在確定無任何故障下，運(yùn)行變頻器。 3、上電無顯示 一般是由于開關(guān)電源損壞或軟充電電路損壞使直流電 路無直流電引起，如啟動(dòng)電阻損壞，也有可能是面板損 壞。 4、上電后顯示過電壓或欠電壓 一般由于輸入缺相，電路老化及電路板受潮引起。 找出其電壓檢測(cè)電路及檢測(cè)點(diǎn)，更換損壞的器件。 5、上電后顯示過電流或接地短路 一般是由于電流檢測(cè)電路損壞。如霍爾元件、 運(yùn)放等。 6、啟動(dòng)顯示過電流 一般是由于驅(qū)動(dòng)電路或逆變模塊損壞引起。 7、空載輸出電壓正常,帶載后顯示過載或過電流 該種情況一般是由于參數(shù)設(shè)

14、置不當(dāng)或驅(qū)動(dòng)電路 老化,模塊損傷引起 12. 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 圖圖3-113-11 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài) a a）空載示意圖空載示意圖 b b）矢量圖矢量圖 c c）電路圖電路圖 d d）電壓、電流曲線電壓、電流曲線 13. 勵(lì)磁狀態(tài)勵(lì)磁狀態(tài) 圖圖3-123-12 勵(lì)磁狀態(tài)勵(lì)磁狀態(tài) a a）帶載示意圖帶載示意圖 b b）矢量圖矢量圖 c c）電路圖電路圖 d d）電壓、電流曲線電壓、電流曲線 a a）重載示意圖重載示意圖 b b）矢量圖矢量圖 c c）電路圖電路圖 d d）電壓、電流曲線電壓、電流曲線 14. 發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài) 圖圖3-133-13 發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài) 反并聯(lián)二極管

15、的作用反并聯(lián)二極管的作用： 電機(jī)繞組磁場(chǎng)作功，發(fā)電狀態(tài)，電流電機(jī)繞組磁場(chǎng)作功，發(fā)電狀態(tài)，電流 通過反并聯(lián)二通過反并聯(lián)二 極管流向直流電路。極管流向直流電路。 15. 磁通傳遞能量磁通傳遞能量 圖圖3-143-14 異步電動(dòng)機(jī)的能量傳遞異步電動(dòng)機(jī)的能量傳遞 磁通量須恒定磁通量須恒定 TM = KT I2 M COS2 磁路飽和磁路飽和勵(lì)磁電流畸變，產(chǎn)生尖峰電流勵(lì)磁電流畸變，產(chǎn)生尖峰電流 磁通量磁通量磁路飽和電流增大磁路飽和電流增大 磁通量磁通量電機(jī)轉(zhuǎn)矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩T TM M下降下降 16. 變頻不變壓磁通飽和變頻不變壓磁通飽和 圖圖3-153-15 頻率下降出現(xiàn)磁通飽和頻率下降出現(xiàn)磁通飽和 17.

16、 磁路飽和的結(jié)果磁路飽和的結(jié)果 圖圖3-163-16 勵(lì)磁電流飽和與磁通的關(guān)系勵(lì)磁電流飽和與磁通的關(guān)系 a a）簡(jiǎn)單磁路簡(jiǎn)單磁路 b b）磁通不飽和磁通不飽和 c c）磁通深度飽和磁通深度飽和 18. 保持磁通不變保持磁通不變 圖圖3-173-17 保持磁通不變的途徑保持磁通不變的途徑 變頻須變壓變頻須變壓： 定子繞組電動(dòng)勢(shì)定子繞組電動(dòng)勢(shì)：E1 = 4.44 K1 N1 f1 U1 E1 故故 U1=KM f1 = KU1 / f1 = 常數(shù)常數(shù) 故故 U1 / f1 = 常數(shù)常數(shù) 故要保持故要保持恒定，只要變頻又變壓恒定，只要變頻又變壓 19. 定子等效電路定子等效電路 圖圖3-183-18

17、 定子等效電路定子等效電路 a a）定子繞組定子繞組 b b）等效電路等效電路 c c）電動(dòng)機(jī)的磁通電動(dòng)機(jī)的磁通 20.PAM20.PAM（脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制） 整流變壓整流變壓 逆變變頻逆變變頻 圖圖3-193-19 脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制 整整 流流 變變 壓壓 逆逆 變變 變變 頻頻 21. PWM 圖圖3-203-20 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制 整整 流流 逆逆 變變 變變 頻頻 變變 壓壓 脈脈 寬寬 調(diào)調(diào) 制制 22. 正弦脈寬調(diào)制正弦脈寬調(diào)制（SPWM） 圖圖3-21 正弦脈寬調(diào)制正弦脈寬調(diào)制（SPWM） 23. 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)SPWM（單極性單極性） 圖圖3-22 單極性調(diào)制單極性調(diào)制 變頻器是一種

18、電源變換的設(shè)備，給電動(dòng)機(jī)提變頻器是一種電源變換的設(shè)備，給電動(dòng)機(jī)提 供的電源必須滿足電動(dòng)機(jī)的使用要求。即輸供的電源必須滿足電動(dòng)機(jī)的使用要求。即輸 出正弦波形的電壓和電流。出正弦波形的電壓和電流。 逆變逆變SPWM等幅不等寬的矩形脈沖波形面等幅不等寬的矩形脈沖波形面 積，與正弦波形面積等效。積，與正弦波形面積等效。 逆變器的特性：逆變器的特性： 24 . 雙極性雙極性SPWM 圖圖3-23 雙極性調(diào)制雙極性調(diào)制 25. 雙極性調(diào)制的死區(qū)及影響雙極性調(diào)制的死區(qū)及影響 圖圖3-24 雙極性調(diào)制的死區(qū)及影響雙極性調(diào)制的死區(qū)及影響 載波頻率提高，電磁噪音減少，電機(jī)獲得較載波頻率提高，電磁噪音減少，電機(jī)獲得

19、較 理想的正弦電流曲線。理想的正弦電流曲線。 開關(guān)頻率高，電磁幅射增大，輸出電壓下降，開關(guān)頻率高，電磁幅射增大，輸出電壓下降， 開關(guān)元件耗損大。開關(guān)元件耗損大。 載波頻率的特性載波頻率的特性 26. 低速轉(zhuǎn)矩下降低速轉(zhuǎn)矩下降 （1 1）電動(dòng)機(jī)在）電動(dòng)機(jī)在f fx xf fN N時(shí)的機(jī)械特性時(shí)的機(jī)械特性 圖圖3-25 U/f=恒定值條件下的機(jī)械特性恒定值條件下的機(jī)械特性 27. 轉(zhuǎn)矩下降的原因分析轉(zhuǎn)矩下降的原因分析 U1下降下降 I1 r1在在U1中的比例增大中的比例增大 28. 低頻電壓補(bǔ)償?shù)皖l電壓補(bǔ)償 圖圖3-26 電壓補(bǔ)償原理電壓補(bǔ)償原理 U U的大小隨負(fù)載電流而變化的大小隨負(fù)載電流而變化

20、 U/FU/F的比值只能設(shè)定一次；的比值只能設(shè)定一次； 所以負(fù)載變動(dòng)時(shí)不能始終工作在最佳狀所以負(fù)載變動(dòng)時(shí)不能始終工作在最佳狀 態(tài)，即輕載時(shí)磁路易飽和。態(tài)，即輕載時(shí)磁路易飽和。 電壓補(bǔ)償?shù)奶匦噪妷貉a(bǔ)償?shù)奶匦?29. 矢量控制簡(jiǎn)述矢量控制簡(jiǎn)述 1）直流調(diào)速直流調(diào)速 圖圖3-27 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn) 2）矢量控制的原理矢量控制的原理 圖圖3-28 矢量控制原理示意圖矢量控制原理示意圖 等等 效效 變變 換換 30. 在額定轉(zhuǎn)速上的比較在額定轉(zhuǎn)速上的比較 圖圖3-29 額定轉(zhuǎn)速上的比較額定轉(zhuǎn)速上的比較 a）異步電動(dòng)機(jī)特性異步電動(dòng)機(jī)特性 b）直流電動(dòng)機(jī)特性直流電動(dòng)機(jī)特性 四、電動(dòng)機(jī)

21、調(diào)速特點(diǎn)四、電動(dòng)機(jī)調(diào)速特點(diǎn) 1.1.變頻器的輸出電流變頻器的輸出電流 圖圖4-1 4-1 電動(dòng)機(jī)的電流電動(dòng)機(jī)的電流 2. 電流和功率的關(guān)系電流和功率的關(guān)系 圖圖4-2 轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)速下降.輸出功率下降輸出功率下降.節(jié)能節(jié)能 變頻器各部分電流關(guān)系： 變頻器輸出電流IM取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定，IM大小與速度無關(guān)； 直流回路的電流隨頻率下降而減少； 變頻器輸入電流隨頻率下降而減少。 3. 電機(jī)降速耗能低電機(jī)降速耗能低 圖圖4-34-3 電動(dòng)機(jī)調(diào)速的特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的特點(diǎn) 4. 去掉減速器的錯(cuò)誤去掉減速器的錯(cuò)誤 去去 掉掉 減減 速速 器器 圖圖4-44-4 用變頻器取代減速器用變頻器取代減速器

22、 ！能量守恒，降速降功率能量守恒，降速降功率 5. 增強(qiáng)帶負(fù)載的能力增強(qiáng)帶負(fù)載的能力 問題提出：?jiǎn)栴}提出： 重物圓周運(yùn)動(dòng)到重物圓周運(yùn)動(dòng)到A A點(diǎn)電機(jī)過載點(diǎn)電機(jī)過載 B B點(diǎn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)，變頻器過流點(diǎn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)，變頻器過流 圖圖4-54-5 重物圓周運(yùn)動(dòng)重物圓周運(yùn)動(dòng) 措施：措施： 加大傳動(dòng)比，加大傳動(dòng)比， 增加變頻器輸出功率增加變頻器輸出功率 6. 一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī) 圖圖4-64-6 一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī) 變頻器的額定電流：變頻器的額定電流： 多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)和運(yùn)行多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)和運(yùn)行 IN1.051.1IMN 多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別

23、啟動(dòng) IN （ 1.051.1IMNK1 IST）/K2 一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī) IST=電機(jī)起動(dòng)電流 K1=1.2，1.52自由狀態(tài) K2=1.5 變頻器過載能力 五五. . 三種典型負(fù)載特性三種典型負(fù)載特性 1. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 圖圖5-15-1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載及其特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載及其特性 a a）帶式輸送機(jī)帶式輸送機(jī) b b）機(jī)械特性機(jī)械特性 c c）功率特性）功率特性 2 2. . 恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載 圖圖5-25-2 恒功率負(fù)載及其特性恒功率負(fù)載及其特性 a）卷徑最小時(shí)卷徑最小時(shí) b）卷徑較大卷徑較大 c）卷徑最大卷徑最大 3. 二次平方負(fù)載二次平方負(fù)載 圖圖

24、5-35-3 二次平方負(fù)載及其特性二次平方負(fù)載及其特性 a a）風(fēng)機(jī)示圖風(fēng)機(jī)示圖 b b）機(jī)械特性機(jī)械特性 c c）功率特性功率特性 - TL = KL * n2 - PL = KP * n3 六. 變頻調(diào)速系統(tǒng) 接電抗器的作用 1. 變頻器輸出端接入電抗器的場(chǎng)合變頻器輸出端接入電抗器的場(chǎng)合 圖圖6-16-1 需要接入電抗器的場(chǎng)合需要接入電抗器的場(chǎng)合 a a）電機(jī)與變頻器距離遠(yuǎn)電機(jī)與變頻器距離遠(yuǎn) b b）小變頻器帶輕載大電機(jī)小變頻器帶輕載大電機(jī) 輸出電抗器作用輸出電抗器作用： 抑制變頻器電磁幅射干擾抑制變頻器電磁幅射干擾 抑制電動(dòng)機(jī)電壓諧振抑制電動(dòng)機(jī)電壓諧振 2. 輸入交流電抗器輸入交流電抗器

25、 作用：作用：1 1）提高功率因數(shù)提高功率因數(shù) 2 2）抑制高次諧波抑制高次諧波 3 3）削弱電流浪涌削弱電流浪涌 3. 接入交流電抗器的場(chǎng)合接入交流電抗器的場(chǎng)合 圖圖6-36-3 接入交流電抗器的場(chǎng)合接入交流電抗器的場(chǎng)合 a a）多臺(tái)變頻器接同一電源多臺(tái)變頻器接同一電源 b b）同一電源上接有大容量晶閘管設(shè)備同一電源上接有大容量晶閘管設(shè)備 c c）變壓器容量超過變頻器容量十倍以上變壓器容量超過變頻器容量十倍以上 d d）電源電壓不平衡度電源電壓不平衡度33% 4. 直流電抗器直流電抗器 做用做用： 1 1）提高功率因數(shù)提高功率因數(shù) 2 2）擬制電流尖峰擬制電流尖峰 七. 變頻器的抗干擾 1

26、1. . 變頻器的干擾源變頻器的干擾源 圖圖7-17-1 變頻器的電壓、電流波形變頻器的電壓、電流波形 2. 電路耦合干擾電路耦合干擾 電路傳播：電路傳播：1 1）電源線電源線 2 2）地線地線 措施措施 ： 1 1）隔離變壓器隔離變壓器 2 2）光耦隔離光耦隔離 3 3）正確接地正確接地 3.3.感應(yīng)耦合干擾感應(yīng)耦合干擾 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng) 1 1） 電磁感應(yīng)是電流干擾傳播方式電磁感應(yīng)是電流干擾傳播方式 2 2）靜電感應(yīng)是電壓干擾傳播方式靜電感應(yīng)是電壓干擾傳播方式 4. 抗干擾措施抗干擾措施 遠(yuǎn)離、相絞、屏蔽、不平行遠(yuǎn)離、相絞、屏蔽、不平行 圖圖7-47-4 絞線抗干擾絞線抗

27、干擾 5. 空中幅射干擾空中幅射干擾 圖圖7-57-5 空中幅射與接地空中幅射與接地 電磁幅射電磁幅射 6. 抗干擾措施抗干擾措施 1 1）準(zhǔn)確接地準(zhǔn)確接地 2 2）接入濾波器接入濾波器 圖圖7-6 7-6 接入濾波器抑制電磁幅射接入濾波器抑制電磁幅射 八 . 制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元 1. 制動(dòng)電路的工作特點(diǎn)制動(dòng)電路的工作特點(diǎn) 圖圖8-18-1 制動(dòng)電路的場(chǎng)合制動(dòng)電路的場(chǎng)合 a）減速過程減速過程 b b）重物下降過程重物下降過程 2. 能耗電路的工作特點(diǎn)能耗電路的工作特點(diǎn) 圖圖8-28-2 能耗電路的工作特點(diǎn)能耗電路的工作特點(diǎn) 3. 制動(dòng)電阻的粗算制動(dòng)電阻的粗算 圖圖8-38-3 制動(dòng)電路制動(dòng)電路

28、 查制動(dòng)電阻表查制動(dòng)電阻表 RB = 2.5UDH/IMN UDH/IMN 九.變頻器的功能 CVFG3 V+ VI1 VI2 I1 X7 V- U F GND CM 脈沖信號(hào)脈沖信號(hào) R S 4 8 5 RP RP1 020mA 1.1.外接給定端外接給定端 1）電壓信號(hào)給定端電壓信號(hào)給定端2）電流信號(hào)給定端電流信號(hào)給定端3）脈沖給定脈沖給定 A B 2.2.外接輸入控制端子外接輸入控制端子 圖圖9-29-2 外控輸入電路外控輸入電路 3.3.外接輸出控制端子外接輸出控制端子 圖圖9-39-3 外接輸出控制端外接輸出控制端 1）故障輸出端故障輸出端 2 2）模擬量輸出端模擬量輸出端 3 3）

29、通訊接口通訊接口 4 4）狀態(tài)信號(hào)輸出端狀態(tài)信號(hào)輸出端 Ta Tb Tc OC1 OC2 CM AM AO AM- 4 .V/F4 .V/F控制設(shè)定功能控制設(shè)定功能 圖圖9-49-4 基本頻率基本頻率F Fb b電機(jī)額定頻率電機(jī)額定頻率F FN N 基本頻率基本頻率 最大頻率最大頻率 特點(diǎn)：特點(diǎn)： U/FU/F增大，磁通量增大，磁通量增大，磁路飽和，轉(zhuǎn)矩增大增大，磁路飽和，轉(zhuǎn)矩增大 5. 5. 基本頻率基本頻率電機(jī)額定頻率電機(jī)額定頻率 特點(diǎn)特點(diǎn)：電機(jī)帶載的能力減小電機(jī)帶載的能力減小 6. 6. 基本頻率與最大頻率基本頻率與最大頻率 圖圖9-69-6 基本頻率與最大頻率基本頻率與最大頻率 380

30、V380V 7. 上限頻率和下限頻率上限頻率和下限頻率 圖圖9-79-7 上限頻率和下限頻率上限頻率和下限頻率 a a）攪拌機(jī)攪拌機(jī) b b）上、下限頻率上、下限頻率 8. 8. 跳躍頻率跳躍頻率 特點(diǎn)：變頻器所帶負(fù)載，在某一頻率點(diǎn)發(fā)生機(jī)械共振，特點(diǎn)：變頻器所帶負(fù)載，在某一頻率點(diǎn)發(fā)生機(jī)械共振， 使用跳躍頻率回避共振點(diǎn)使用跳躍頻率回避共振點(diǎn) T （時(shí)（時(shí) 間間 ） f ( 頻率）頻率） 43HZ 33HZ 28HZ 60秒秒 5分鐘分鐘 U V W R S T V+ VI1 GND FWD X1 X2 CM Y1 Y2 Y3 COM1 X1 X2 COM F U 濾濾 沙沙 池池 濾濾 沙沙 自

31、然水自然水 干干 凈凈 水水 干干 凈水出口凈水出口 沖洗水入口沖洗水入口 電動(dòng)閥電動(dòng)閥 電動(dòng)閥電動(dòng)閥 逆止閥逆止閥 逆止閥逆止閥 風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī) 自然空氣自然空氣 濾濾 布布 P L C 9 9. .事例事例 供水廠濾沙池供風(fēng)機(jī)調(diào)速工藝圖供水廠濾沙池供風(fēng)機(jī)調(diào)速工藝圖 10.10.載波頻率載波頻率 圖圖9-119-11 載波頻率的影響載波頻率的影響 11.11.轉(zhuǎn)速多檔控制轉(zhuǎn)速多檔控制 圖圖9-129-12 轉(zhuǎn)速多檔控制轉(zhuǎn)速多檔控制 12. 12. 多檔轉(zhuǎn)速控制多檔轉(zhuǎn)速控制 圖圖9-139-13 多檔轉(zhuǎn)速控制多檔轉(zhuǎn)速控制 13. PLC控制電路控制電路 圖圖9-149-14 PLC PLC控制電路控

32、制電路 14. 工頻啟動(dòng)與變頻啟動(dòng)工頻啟動(dòng)與變頻啟動(dòng) 圖圖9-159-15 異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) a a）工頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)差工頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)差 b b）工頻啟動(dòng)特性工頻啟動(dòng)特性 c c）工頻啟動(dòng)電流工頻啟動(dòng)電流 d d）變頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)差變頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)差 e e）變頻啟動(dòng)特性變頻啟動(dòng)特性 f f）變頻啟動(dòng)電流變頻啟動(dòng)電流 15. 加速防跳閘自處理功能加速防跳閘自處理功能 圖圖8-168-16 加速自處理功能加速自處理功能 a a）暫停加速暫停加速 b b）延長(zhǎng)加速時(shí)間延長(zhǎng)加速時(shí)間 16. 啟動(dòng)功能啟動(dòng)功能 圖圖9-17 9-17 啟動(dòng)功能啟動(dòng)功能 a)a)起動(dòng)頻率起動(dòng)頻率 b)b)暫停加速暫停加速 c)c)

33、起動(dòng)前直流制動(dòng)起動(dòng)前直流制動(dòng) 17. 加速時(shí)間與電流加速時(shí)間與電流 特點(diǎn)：加速時(shí)間過短易出現(xiàn)過電流特點(diǎn)：加速時(shí)間過短易出現(xiàn)過電流 啟動(dòng)頻率配合轉(zhuǎn)矩提升功能，最佳調(diào)整啟動(dòng)頻率配合轉(zhuǎn)矩提升功能，最佳調(diào)整 啟動(dòng)啟動(dòng) 轉(zhuǎn)矩特性，設(shè)定值過大，會(huì)出現(xiàn)過電流故障。轉(zhuǎn)矩特性，設(shè)定值過大，會(huì)出現(xiàn)過電流故障。 啟動(dòng)前直流制動(dòng)，應(yīng)用自由轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，風(fēng)啟動(dòng)前直流制動(dòng)，應(yīng)用自由轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，風(fēng) 機(jī)類。機(jī)類。 起動(dòng)特性起動(dòng)特性： 18. 升速方式升速方式 圖圖9-19 9-19 升速方式升速方式 19. . 降速時(shí)間與直流電壓降速時(shí)間與直流電壓 特點(diǎn)：減速時(shí)間過短，直流電壓升高特點(diǎn)：減速時(shí)間過短，直流電壓升高 20. 接入

34、制動(dòng)電路接入制動(dòng)電路 圖圖9-219-21 接入制動(dòng)電路接入制動(dòng)電路 21. 直流制動(dòng)直流制動(dòng) 圖圖9-229-22 直流制動(dòng)的原理直流制動(dòng)的原理 a a）刨床示圖刨床示圖 b)b)直流制動(dòng)原理直流制動(dòng)原理 c)c)直流制動(dòng)功能直流制動(dòng)功能 刨 臺(tái) 床 身 直流制動(dòng)的特性：直流制動(dòng)的特性： 1）準(zhǔn)確停車準(zhǔn)確停車 2) 變頻器給電動(dòng)機(jī)輸入直流電，在電機(jī)變頻器給電動(dòng)機(jī)輸入直流電，在電機(jī) 定子上產(chǎn)生靜止恒定磁場(chǎng)，使電機(jī)快定子上產(chǎn)生靜止恒定磁場(chǎng)，使電機(jī)快 速停止。速停止。 22. 停機(jī)功能停機(jī)功能 圖圖9-239-23 停機(jī)方式停機(jī)方式 a a）預(yù)置時(shí)間減速停機(jī)預(yù)置時(shí)間減速停機(jī) b b）自由停機(jī)自由停

35、機(jī) c c）直流制動(dòng)停機(jī)直流制動(dòng)停機(jī) 23. 控制電路控制電路 圖圖9-24 正轉(zhuǎn)控制電路正轉(zhuǎn)控制電路 a）變頻器電路變頻器電路 b）控制電路控制電路 24. 脈沖啟動(dòng)脈沖啟動(dòng) 圖圖9-259-25 脈沖啟動(dòng)電路脈沖啟動(dòng)電路 a a）三線控制接線三線控制接線 b b）電源控制電路電源控制電路 AMAM AM-AM- 25. 兩地控制兩地控制 圖圖9-26 9-26 兩地升降速控制兩地升降速控制 26. 頻率到達(dá)與頻率檢測(cè)頻率到達(dá)與頻率檢測(cè) 圖圖9-279-27 頻率到達(dá)與頻率檢測(cè)頻率到達(dá)與頻率檢測(cè) a a）頻率到達(dá)頻率到達(dá) b b）頻率檢測(cè)頻率檢測(cè) 27. 應(yīng)用事例應(yīng)用事例 圖圖9-289-2

36、8 粉末傳送帶調(diào)速控制粉末傳送帶調(diào)速控制 a）頻率檢測(cè)頻率檢測(cè) b）控制示意圖控制示意圖 28. 過流保護(hù)過流保護(hù) 圖圖9-29 9-29 變頻器過流保護(hù)變頻器過流保護(hù) 29. 過流故障的原因過流故障的原因 圖圖9-30 9-30 過流故障原因過流故障原因 a a）負(fù)載堵轉(zhuǎn)負(fù)載堵轉(zhuǎn) b b）輸出短路輸出短路 c c）內(nèi)部直流短路內(nèi)部直流短路 30. 其他原因引起的過流其他原因引起的過流 a a）加速過快加速過快 b b）電動(dòng)機(jī)磁飽和電動(dòng)機(jī)磁飽和 c c）內(nèi)部采樣誤差內(nèi)部采樣誤差 31. 過電壓原因過電壓原因 a)a)電源電壓過高電源電壓過高 b b）減速過快減速過快 c c）電容補(bǔ)償器引起電容

37、補(bǔ)償器引起 32. 欠電壓原因欠電壓原因 a a）線流電路斷路線流電路斷路 b)b)電源缺相電源缺相 c c）大功率晶閘管設(shè)備干大功率晶閘管設(shè)備干 擾擾 儲(chǔ)儲(chǔ) 氣氣 罐罐 壓力傳感器壓力傳感器 33. PIDPID自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié) 圖圖9-349-34 PID PID自動(dòng)閉環(huán)控制自動(dòng)閉環(huán)控制 VI1 V+ 儲(chǔ)儲(chǔ) 氣氣 罐罐 壓力傳感器壓力傳感器 34.34.外界外界PIDPID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 圖圖9-35 9-35 外界外界PID閉環(huán)控制閉環(huán)控制 II GND 35. 轉(zhuǎn)矩提升轉(zhuǎn)矩提升（轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，電壓補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，電壓補(bǔ)償） 圖圖9-369-36 電壓補(bǔ)償?shù)脑黼妷貉a(bǔ)償?shù)脑?a a）電

38、壓補(bǔ)償?shù)暮x電壓補(bǔ)償?shù)暮x b b）補(bǔ)償前情況補(bǔ)償前情況 c c）電壓補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果電壓補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果 轉(zhuǎn)矩提升特性轉(zhuǎn)矩提升特性： TS =K U2X / FX 電壓提高，轉(zhuǎn)矩提升 補(bǔ)償過份，勵(lì)磁飽和，電流畸變 36. 不同補(bǔ)償程度的電流轉(zhuǎn)矩曲線不同補(bǔ)償程度的電流轉(zhuǎn)矩曲線 圖圖9-37 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后的電流轉(zhuǎn)矩曲線轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后的電流轉(zhuǎn)矩曲線 37. 轉(zhuǎn)差補(bǔ)償頻率變動(dòng)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償頻率變動(dòng) 圖圖9-38 轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能 十十 . . 應(yīng)用事例應(yīng)用事例 例例1 .1 . 水泵節(jié)能恒壓供水水泵節(jié)能恒壓供水 圖圖101101 供水系統(tǒng)示意圖供水系統(tǒng)示意圖 壓力變送器壓力變送器 生生 活活 小小 區(qū)區(qū) 例例2.2

39、. 塑料廠擠壓吹膜工藝圖塑料廠擠壓吹膜工藝圖 圖圖102102 塑料擠壓吹膜機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖塑料擠壓吹膜機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖 R S TU V W F U 減速箱減速箱 圖圖10 310 3 重灰旋轉(zhuǎn)爐示意圖重灰旋轉(zhuǎn)爐示意圖 例例3.3. 重灰旋轉(zhuǎn)爐重灰旋轉(zhuǎn)爐 操操 作作 室室 020mA 回回 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 窯窯 噴噴 火火 槍槍 R S T U V W 加加 料料 口口 減速箱減速箱 F U I t 例例4 . 4 . 水泥廠回轉(zhuǎn)窯主驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速示意圖水泥廠回轉(zhuǎn)窯主驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速示意圖 UF1 UF2 UF3 UF4 UF UF5 UF6 P L C計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 四臺(tái)拉矯機(jī)變頻器四臺(tái)拉矯機(jī)變頻器 結(jié)結(jié) 晶晶 器器 變變 頻頻 器器 連連 鑄鑄 鋼鋼 錠錠 切斷機(jī)切斷機(jī) 噴噴 水水 系系 統(tǒng)統(tǒng) 冷卻水冷卻水 鋼水鋼水 澆鑄鋼包澆鑄鋼包 鋼鋼 錠錠 連連 鑄鑄 示示 意意 圖圖 結(jié)晶器結(jié)晶器 輸送輥道變頻器輸送輥道變頻器 液液 壓壓 系系 統(tǒng)統(tǒng) 例例5 5 ： T （時(shí)（時(shí) 間間 ） f ( 頻率）頻率） 43HZ 33HZ 28HZ 60秒秒 5分鐘分鐘 U V W R S T V+ VI1 GND FWD X1 X2