13 變頻器功能解析PPT課件

1、2021/3/91變頻器功能解析2021/3/92 1 頻率給定的方式與選擇1.1 基礎(chǔ)概念 (1) 給定方式的基本含義 要調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，必須首先向變頻器提供改變頻率的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)，稱為頻率給定信號(hào)，也有稱為頻率指令信號(hào)或頻率參考信號(hào)的。所謂給定方式，就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法, 也就是提供給定信號(hào)的方式。 (2) 面板給定方式 通過(guò)面板上的鍵盤或電位器進(jìn)行頻率給定(即調(diào)節(jié)頻率)的方式，稱為面板給定方式，面板給定又有兩種情況如圖1所示:(a) 鍵盤給定頻率的大小通過(guò)鍵盤上的升鍵(鍵)和降鍵(q鍵)來(lái)進(jìn)行給定。鍵盤給定屬于數(shù)字量給定，精度較高。 (b) 電位器給定部分變頻器在面板

2、上設(shè)置了電位器，如圖1(a)所示。頻率大小也可以通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)。電位器給定屬于模擬量給定，精度稍低。 2021/3/93多數(shù)變頻器在面板上并無(wú)電位器，故說(shuō)明書(shū)中所說(shuō)的“面板給定”，實(shí)際就是鍵盤給定。變頻器的面板通?？梢匀∠拢ㄟ^(guò)延長(zhǎng)線安置在用戶操作方便的地方，如圖所示。2021/3/94 此外, 采用哪一種給定方式, 須通過(guò)功能預(yù)置來(lái)事先決定。 (3) 外部給定方式 從外接輸入端子輸入頻率給定信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的大小，稱為外部給定，或遠(yuǎn)控給定。主要的外部給定方式有: (a) 外接模擬量給定 通過(guò)外接給定端子從變頻器外部輸入模擬量信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行給定，并通過(guò)調(diào)節(jié)給定信號(hào)的大小來(lái)調(diào)

3、節(jié)變頻器的輸出頻率。 模擬量給定信號(hào)的種類有: 電壓信號(hào) 以電壓大小作為給定信號(hào)。給定信號(hào)的范圍有:010V、210V、010V、05V、15V、05V等。 電流信號(hào) 以電流大小作為給定信號(hào)。給定信號(hào)的范圍有:020mA、420mA等。 (b) 外接數(shù)字量給定 通過(guò)外接開(kāi)關(guān)量端子輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行給定。 (c) 外接脈沖給定 通過(guò)外接端子輸入脈沖序列進(jìn)行給定。 (d) 通訊給定 由PLC或計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊接口進(jìn)行頻率給定。 2021/3/951.2 選擇給定方式的一般原則 (1) 面板給定和外接給定 優(yōu)先選擇面板給定。因?yàn)樽冾l器的操作面板包括鍵盤和顯示屏，而顯示屏的顯示功能十分齊全。例如，可顯示運(yùn)

4、行過(guò)程中的各種參數(shù)，以及故障代碼等。 但由于受聯(lián)接線長(zhǎng)度的限制，控制面板與變頻器之間的距離不能過(guò)長(zhǎng)。 (2) 數(shù)字量給定與模擬量給定 優(yōu)先選擇數(shù)字量給定。因?yàn)? (a) 數(shù)字量給定時(shí)頻率精度較高; (b) 數(shù)字量給定通常用觸點(diǎn)操作，非但不易損壞，且抗干擾能力強(qiáng)。 (3) 電壓信號(hào)與電流信號(hào) 優(yōu)先選擇電流信號(hào)。因?yàn)殡娏餍盘?hào)在傳輸過(guò)程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應(yīng)以及感應(yīng)噪聲等等的影響，抗干擾能力較強(qiáng)。 但由于電流信號(hào)電路比較復(fù)雜，故在距離不遠(yuǎn)的情況下，仍以選用電壓給定方式居多。2021/3/962 模擬量給定的調(diào)整功能 2.1 基礎(chǔ)概念 (1) 頻率給定線的定義 由模擬量進(jìn)

5、行頻率給定時(shí)，變頻器的給定信號(hào)X(X是給定信號(hào)的統(tǒng)稱，既可以是電壓信號(hào)UG，也可以是電流信號(hào)IG與對(duì)應(yīng)的給定頻率fX之間的關(guān)系曲線fXf()，稱為頻率給定線。 (2) 基本頻率給定線 (a) 定義 ：在給定信號(hào)X從0增大至最大值Xmax的過(guò)程中，給定頻率fX線性地從0增大到最大頻率fmax的頻率給定線稱為基本頻率給定線。其起點(diǎn)為(X0，fX0); 終點(diǎn)為 (XXmax，fXfmax)，如圖3(a)和(b)所示。例如，給定信號(hào)為UG010V，要求對(duì)應(yīng)的輸出頻率為fX050Hz。 則:UG0V與fX0Hz相對(duì)應(yīng);UG10V與fX50Hz相對(duì)應(yīng)。2021/3/97 (3) 最大頻率fmax 在數(shù)字量

6、給定(包括鍵盤給定、外接升速/降速給定、外接多檔轉(zhuǎn)速給定等)時(shí)，是變頻器允許輸出的最高頻率;在模擬量給定時(shí)，是與最大給定信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率。 (4) 頻率給定線的調(diào)整 在生產(chǎn)實(shí)踐中，生產(chǎn)機(jī)械所要求的最低頻率及最高頻率常常不是0Hz和額定頻率，或者說(shuō)，實(shí)際要求的頻率給定線與基本頻率給定線并不一致。所以，需要對(duì)頻率給定線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之符合生產(chǎn)實(shí)際的需要。 因?yàn)轭l率給定線是直線，所以，調(diào)整的著眼點(diǎn)便是: (a) 頻率給定線的起點(diǎn) 即當(dāng)給定信號(hào)為最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率; (b) 頻率給定線的終點(diǎn) 即當(dāng)給定信號(hào)為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。2021/3/98 3 模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)控制與濾波 3.1 模擬量給定

7、的正、反轉(zhuǎn)功能 (1) 控制方式 主要有兩種方式: (a) 由雙極性給定信號(hào)控制 給定信號(hào)可“”可“”，正信號(hào)控制正轉(zhuǎn)，負(fù)信號(hào)控制反轉(zhuǎn)，如圖11(a)所示。(b) 由單極性給定信號(hào)控制 給定信號(hào)只有“”值，由給定信號(hào)中間的任意值作為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的分界點(diǎn)，如圖11(b)所示。2021/3/99(2) 死區(qū)的設(shè)置 用模擬量給定信號(hào)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)控制時(shí)，“0”速控制很難穩(wěn)定，在給定信號(hào)為“”時(shí)，常常出現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的“蠕動(dòng)”現(xiàn)象。為了防止這種“蠕動(dòng)”現(xiàn)象，需要在“”速附近設(shè)定一個(gè)死區(qū)X，使給定信號(hào)從-X到X的區(qū)間內(nèi)，輸出頻率為0Hz。 (3) 有效“0”的功能 在給定信號(hào)為單極性的正、反轉(zhuǎn)控制方式中，存在

8、著一個(gè)特殊的問(wèn)題。即，萬(wàn)一給定信號(hào)因電路接觸不良或其他原因而“丟失”，則變頻器的給定輸入端得到的信號(hào)為“0”，其輸出頻率將跳變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的最大頻率，電動(dòng)機(jī)將從正常工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入高速反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 十分明顯，在生產(chǎn)過(guò)程中，這種情況的出現(xiàn)將是十分有害的，甚至有可能損壞生產(chǎn)機(jī)械。 對(duì)此，變頻器設(shè)置了一個(gè)有效“0”功能。就是說(shuō)，變頻器的最小給定信號(hào)不等于0(Xmin0)。如果給定信號(hào)X0，變頻器將認(rèn)為是故障狀態(tài)而把輸出頻率降至0Hz。 例如，將有效“”預(yù)置為0.3V。則: 當(dāng)給定信號(hào)X0.3V時(shí), 變頻器的輸出頻率為fmin; 當(dāng)給定信號(hào)X0.3V時(shí), 變頻器的輸出頻率降為0Hz。2021/3/9103.2 模

9、擬量給定的濾波時(shí)間 (1) 濾波時(shí)間的含義 變頻器在接受模擬量給定信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)行濾波，其物理意義與圖12中的濾波電容類似(通常都采用數(shù)字濾波)。圖中，綜坐標(biāo)是給定信號(hào)的百分?jǐn)?shù)X。 濾波的目的, 是消除干擾信號(hào)對(duì)頻率給定信號(hào)的影響。 濾波時(shí)間常數(shù)，是指給定信號(hào)上升至穩(wěn)定值63所需的時(shí)間。 (2) 濾波時(shí)間的影響 濾波時(shí)間太短 當(dāng)變頻器顯示“給定頻率”時(shí)，有可能不夠穩(wěn)定; 濾波時(shí)間太長(zhǎng) 當(dāng)調(diào)節(jié)給定信號(hào)時(shí)，給定頻率隨給定信號(hào)改變時(shí)的響應(yīng)速度較慢。2021/3/911 4 輔助給定與其他功能 4.1 輔助給定功能輔助給定功能1) 基本概念基本概念 當(dāng)變頻器有兩個(gè)或多個(gè)模擬量給定信號(hào)同時(shí)從不同的端子

10、輸入時(shí)，其中必有一個(gè)為主給定信號(hào)，其他為輔助給定信號(hào)。 大多數(shù)變頻器的輔助給定信號(hào)都是疊加到主給定信號(hào)(相加或相減)上去的。疊加后在頻率給定線如圖中的曲線和曲線所示。2021/3/912 (2) 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行 在造紙、印染等機(jī)械中，整臺(tái)機(jī)器具有若干個(gè)單元，每個(gè)單元都有各自獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng), 如圖所示:第單元由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，第二單元由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。通常, 把第單元稱為主令單元, 后面的各單元稱為從動(dòng)單元。在這種情況下，總是要求被加工物在各單元的線速度一致: 顯然，如果后面的速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積;反之，如果后面的速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。 因此，對(duì)于

11、多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的要求是: 在調(diào)速時(shí), 各單元必須同時(shí)調(diào)節(jié); 各單元的運(yùn)行線速度必須步調(diào)一致, 即實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。2021/3/9134.2 頻率給定的其他功能 (1) 頻率指令的保持功能 變頻器在停機(jī)后, 是否保持停機(jī)前的運(yùn)行頻率的選擇功能。再開(kāi)機(jī)時(shí), 變頻器的運(yùn)行頻率有兩種狀態(tài)可供選擇: 保持功能無(wú)效 運(yùn)行頻率為0Hz，如要回復(fù)到原來(lái)的工作頻率，須重新加速。 保持功能有效 運(yùn)行頻率自動(dòng)上升到停機(jī)前的工作頻率。 (2) 點(diǎn)動(dòng)頻率功能 點(diǎn)動(dòng)是各類機(jī)械在調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常使用的操作方式。因?yàn)橹饕糜谡{(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。所以，點(diǎn)動(dòng)頻率(用fJ表示)是通過(guò)功能預(yù)置來(lái)確定的。有的變頻器也可

12、以預(yù)置多檔點(diǎn)動(dòng)頻率。 (3) 頻率給定異常時(shí)的處理功能 給定信號(hào)異常大致有以下兩種情形: (a) 給定信號(hào)丟失 當(dāng)外接模擬頻率給定信號(hào)因電路接觸不良或斷線而丟失時(shí)，變頻器處理方式的選擇功能。例如，是否停機(jī)，如繼續(xù)運(yùn)行，則在多大頻率下運(yùn)行等。 (b) 給定信號(hào)小于最低頻率時(shí)的處理功能 有的負(fù)載在頻率很低時(shí)實(shí)際上不能運(yùn)行，因而需要預(yù)置“最低頻率”。對(duì)應(yīng)地，也就有一個(gè)最小給定信號(hào)。當(dāng)實(shí)際給定信號(hào)小于最小給定信號(hào)時(shí)，應(yīng)視為異常狀態(tài)。2021/3/914 5 頻率的限制功能 5.1 上、下限頻率上、下限頻率(1) 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 (a) 生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速范圍的要求 生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)工藝過(guò)程的實(shí)際需要，常常要

13、求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行限制。以某攪拌機(jī)為例，如圖(a)所示。要求的最高轉(zhuǎn)速是600r/min，最低轉(zhuǎn)速是150r/min。2021/3/915(b) 變頻器的上、下限頻率變頻器的上、下限頻率 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所要求的最高與最低轉(zhuǎn)速，以及電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動(dòng)比，可以推算出相對(duì)應(yīng)的頻率，分別稱為上限頻率(用fH表示)與下限頻率(用fL表示)。在上例中，如傳動(dòng)比2，則:(2) 上限頻率與最高頻率的關(guān)系 上限頻率小于最高頻率 上限頻率比最高頻率優(yōu)先 這是因?yàn)?，上限頻率是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求來(lái)決定的，所以具有優(yōu)先權(quán) 5.2 回避頻率回避頻率 (1) 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 任何機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，都或多或少會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)

14、。每臺(tái)機(jī)器又都有一個(gè)固有振蕩頻率，它取決于機(jī)械的結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速下時(shí)，所引起的振動(dòng)頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機(jī)械的振動(dòng)將因發(fā)生諧振而變得十分強(qiáng)烈(也稱為機(jī)械共振)，并可能導(dǎo)致機(jī)械損壞的嚴(yán)重后果。2021/3/916 設(shè)置回避頻率fJ的目的，就是使拖動(dòng)系統(tǒng)“回避”掉可能引起諧振的轉(zhuǎn)速，如圖所示。 (2) 回避頻率的預(yù)置 預(yù)置回避頻率時(shí)，必須預(yù)置以下兩個(gè)數(shù)據(jù): 中心回避頻率fJ 即回避頻率所在的位置; 回避寬度f(wàn)J 即回避區(qū)域，如圖所示。 (3) 回避頻率的數(shù)量 大多數(shù)變頻器都可以預(yù)置三個(gè)回避頻率, 如圖所示。2021/3/9176變頻引出的特殊問(wèn)題6.1 保持磁通不變

15、的必要性和途徑保持磁通不變的必要性和途徑(1) 保持磁通不變的必要性 (a) 磁通減小 任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是電流和磁通相互作用的結(jié)果，電流是不允許超過(guò)額定值的，否則將引起電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。因此，如果磁通減小，電磁轉(zhuǎn)矩也必減小，導(dǎo)致帶載能力降低。 (b) 磁通增大 電動(dòng)機(jī)的磁路將飽和，由于在變頻調(diào)速時(shí)，運(yùn)行頻率fX是在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化的，因此，如不采取措施的話，磁通的變化范圍也是非常大的。它極容易使電動(dòng)機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生峰值很高的尖峰電流，如圖所示。圖的上半部是電動(dòng)機(jī)的磁化曲線;下半部則是勵(lì)磁電流的波形。2021/3/918所以，變頻調(diào)速的一個(gè)特殊問(wèn)題便是:當(dāng)頻

16、率fX變化時(shí)，必須使磁通保持不變: const (2) 保持磁通不變的方法保持磁通不變的方法 保持const的準(zhǔn)確方法是: 在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，必須保持反電動(dòng)勢(shì)E1X和頻率fX的比值不變。 但反電動(dòng)勢(shì)是由定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁通而感生的，無(wú)法從外部進(jìn)行控制。于是用保持定子側(cè)輸入電壓和頻率之比等于常數(shù)來(lái)代替: 所以, 在改變頻率時(shí), 必須同時(shí)改變定子側(cè)的輸入電壓。6.2 變壓變頻存在的問(wèn)題及原因分析變壓變頻存在的問(wèn)題及原因分析(1) 存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題 (a) 衡量調(diào)速性能的主要因素 電動(dòng)機(jī)的基本功能是拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，因此，在低頻時(shí)的帶負(fù)載能力便是衡量變頻調(diào)速性能好壞的一個(gè)十分重要的因素。 (b) 調(diào)

17、壓調(diào)頻存在的問(wèn)題 滿足const的情況下進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，隨著頻率的下降，電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩和帶負(fù)載能力(用有效轉(zhuǎn)矩MEX表示)也有所下降，如圖所示。2021/3/919 (2) 臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因分析臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因分析 (a) 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子電流和磁通相互作用的結(jié)果。因此，問(wèn)題的關(guān)鍵便是:在滿足式(16)的情況下，低頻時(shí)能否保持磁通量基本不變？ (b) 電磁轉(zhuǎn)矩減小的原因 反電動(dòng)勢(shì)是定子側(cè)輸入電壓減去阻抗壓降的結(jié)果。 當(dāng)頻率fX下降時(shí)，輸入電壓U1X隨之下降。但在負(fù)載不變的情況下，電流I1及其阻抗壓降卻基本不變, 于是反電動(dòng)勢(shì)E1X所占的比例必將減小。磁通M也必減

18、小，磁通不變的要求并沒(méi)有真正得到滿足，結(jié)果是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩也減小。2021/3/9207 V/F控制功能7.1 V/F控制模式控制模式 (1) 指導(dǎo)思想 為了確保電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)和頻率之比保持不變，真正實(shí)現(xiàn)const，適當(dāng)提高U/f比，使KUKf，從而使轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償，提高電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的帶負(fù)載能力。如圖中之曲線所示(曲線是KUKf的U/f線)。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升，這種控制方式稱為V/F控制模式。KU 電壓調(diào)節(jié)比Kf頻率調(diào)節(jié)比2021/3/921(2) 基本頻率 與變頻器的最大輸出電壓對(duì)應(yīng)的頻率稱為基本頻率，用fBA表示。在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率

19、，如圖所示。 (3) 基本U/f線 在變頻器的輸出頻率從0Hz上升到基本頻率fBA的過(guò)程中, 滿足KU=Kf的U/f線, 稱為基本U/f線,如圖(a)所示。 (4) 弱磁點(diǎn) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于額定頻率時(shí)，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，如圖(b)中之點(diǎn)以后所示。在這種情況下，由于U/f比將隨頻率的上升而下降，電動(dòng)機(jī)磁路內(nèi)的磁通也因此而減小，處于弱磁運(yùn)行狀態(tài)。因此，通常把轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為弱磁點(diǎn)。2021/3/9227.2 U/f線的選擇功能線的選擇功能 (1) 不同負(fù)載在低速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩的要求 各類負(fù)載在低速時(shí)所呈現(xiàn)的阻轉(zhuǎn)矩是很不一樣的, 例如: (a) 二次方律負(fù)載 阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成

20、正比，如圖中的曲線所示。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩小得多; (b) 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 在不同的轉(zhuǎn)速下, 負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩基本不變, 如圖中之曲線所示。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速時(shí)是基本相同的; (c) 恒功率負(fù)載 在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載功率保持恒定，其機(jī)械特性呈雙曲線狀，如圖中之曲線所示。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)速時(shí)還要大得多。2021/3/923 (2) 變頻器對(duì)U/f線的設(shè)置 因?yàn)槊颗_(tái)變頻器應(yīng)用到什么負(fù)載上是不確定的，而不同負(fù)載在低頻時(shí)對(duì)U/f比的要求又很不一致。 為此，各種變頻器在V/F控制模式下，提供了任意預(yù)置U/f比的功能。使用戶可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)負(fù)載的輕重來(lái)選擇U/f比，如圖所示。(3) U

21、/f線的預(yù)置要點(diǎn) (a) 預(yù)置不當(dāng)?shù)暮蠊?如果負(fù)載在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/f比)預(yù)置得較小，則低速時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載。反之, 如果負(fù)載在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩較輕而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/f比)預(yù)置得較大，則補(bǔ)償過(guò)分，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁路將飽和，勵(lì)磁電流發(fā)生畸變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因勵(lì)磁電流峰值過(guò)高而導(dǎo)致“過(guò)電流”跳閘。 (b) 預(yù)置要點(diǎn) 調(diào)試時(shí)，U/f比的預(yù)置宜由小逐漸加大，每加大一檔，觀察在最低頻時(shí)能否帶得動(dòng)負(fù)載？及至能帶動(dòng)時(shí)，還應(yīng)反過(guò)來(lái)觀察空載時(shí)會(huì)不會(huì)跳閘？一直到在最低頻率下運(yùn)行時(shí)，既能帶得動(dòng)負(fù)載，又不會(huì)空載跳閘時(shí)為止2021/3/924 8 矢量控制功能8.1 基本思想基本思想 (1) 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的分析 在變頻

22、調(diào)速技術(shù)成熟之前，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性被公認(rèn)為是最好的。究其原因，是因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)十分重要的特點(diǎn): (a) 磁場(chǎng)特點(diǎn) 它的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間是互相垂直的，如圖(a)所示; (b) 電路特點(diǎn) 它的勵(lì)磁電路和電樞電路是互相獨(dú)立的，如圖(b)所示。 在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，只調(diào)節(jié)其中一個(gè)電路的參數(shù)。2021/3/925(2) 變頻器的矢量控制模式 (a) 基本構(gòu)思 仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)，對(duì)于調(diào)節(jié)頻率的給定信號(hào)，分解成和直流電動(dòng)機(jī)具有相同特點(diǎn)的磁場(chǎng)電流信號(hào)i*M和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)i*T，并且假想地看作是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)著的直流磁場(chǎng)的信號(hào)。當(dāng)給定信號(hào)改變時(shí)，也和直流電動(dòng)機(jī)一樣，只改變其中一個(gè)信號(hào)，從而使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)

23、速控制具有和直流電動(dòng)機(jī)類似的特點(diǎn)。 對(duì)于控制電路分解出的控制信號(hào)i*M和i*T，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制信號(hào)i*A、i*B和i*C，對(duì)三相逆變橋進(jìn)行控制，如圖所示。從而得到與直流電動(dòng)機(jī)類似的硬機(jī)械特性, 提高了低頻時(shí)的帶負(fù)載能力。 2021/3/926(b) 無(wú)反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模式 根據(jù)在實(shí)行矢量控制時(shí)，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的特點(diǎn)，而有無(wú)反饋和有反饋矢量控制之分。 無(wú)反饋矢量控制是根據(jù)測(cè)量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)接地計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運(yùn)行時(shí)，得到較硬機(jī)械特性的控制模式。由于計(jì)算量較大，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力稍差。 有

24、反饋矢量控制則必須在電動(dòng)機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，如圖中的虛線所示。由于轉(zhuǎn)速大小直接由速度傳感器測(cè)量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。與無(wú)反饋矢量控制模式相比，具有機(jī)械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 8.2 電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的輸入電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的輸入 如上述，要實(shí)現(xiàn)矢量控制功能，必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)自身的參數(shù)進(jìn)行一系列等效變換的計(jì)算。而進(jìn)行計(jì)算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。因此，把電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定數(shù)據(jù)以及定、轉(zhuǎn)子的參數(shù)輸入給變頻器，就是實(shí)現(xiàn)矢量控制的必要條件。 自動(dòng)檢測(cè)功能 從上面所舉例子可以看出，進(jìn)行矢量控制時(shí)，所需數(shù)據(jù)中的相當(dāng)部分，一般用戶是很難得到的。這給矢量控制的應(yīng)用

25、帶來(lái)了困難。對(duì)此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動(dòng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的功能。但檢測(cè)的具體方法，各種變頻器不盡相同。 自動(dòng)檢測(cè)功能的英語(yǔ)名稱是auto-tuning, 故有的變頻器直譯為“自動(dòng)調(diào)諧”功能, 也有的稱之為“自學(xué)習(xí)”功能。2021/3/927 8.3 矢量控制的應(yīng)用要點(diǎn)矢量控制的應(yīng)用要點(diǎn)(1) 應(yīng)用矢量控制的注意點(diǎn) 由于矢量控制必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的演算，因此，其使用范圍必將受到一些限制。 (a) 電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)盡可能與變頻器說(shuō)明書(shū)中標(biāo)明的“配用電動(dòng)機(jī)容量”相符，最多低一個(gè)檔次。 例如，變頻器的“配用電動(dòng)機(jī)容量”為45kW，電動(dòng)機(jī)的下一檔容量為37kW。則該變頻器

26、只能在配接45kW或37kW的電動(dòng)機(jī)時(shí)，矢量控制功能是有效的。 (b) 電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù) 以2p=4(4極電動(dòng)機(jī))為最佳，要注意說(shuō)明書(shū)中對(duì)磁極數(shù)的規(guī)定。 (c) 電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 以生產(chǎn)變頻器的同一家公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速專用電動(dòng)機(jī)為最佳，一般的通用電動(dòng)機(jī)也都可用。但特殊電動(dòng)機(jī)(如高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)等)則不能用。 (d) 電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù) 矢量控制只適用于一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合。 2021/3/928(2) 速度控制的PID功能 當(dāng)采用有反饋矢量控制模式時(shí)，變頻器存在著一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，并且為此專門配置了PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以利于在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，或者拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)(負(fù)載突然加重或減輕)

27、時(shí)，能夠使控制系統(tǒng)既反映迅速，又運(yùn)行穩(wěn)定。 因此，在具有矢量控制功能的變頻器中，有兩套PID調(diào)節(jié)功能: (a) 用于速度閉環(huán)控制的PID調(diào)節(jié)功能; (b) 用于系統(tǒng)控制(例如供水系統(tǒng)的恒壓控制等)的PID調(diào)節(jié)功能。 兩種PID調(diào)節(jié)功能中，P(比例增益)、I(積分時(shí)間)、D(微分時(shí)間)的作用對(duì)象不同，但原理是相同的。(2) 矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn) 低頻轉(zhuǎn)矩大 即使運(yùn)行在1Hz(或0.5Hz)時(shí), 也能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩,且不會(huì)產(chǎn)生在V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。 機(jī)械特性好 在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，都具有較硬的機(jī)械特性，所有機(jī)械特性基本上都是平行的。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式

28、，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般都能小于100ms。 能進(jìn)行四象限運(yùn)行。2021/3/9299 轉(zhuǎn)矩控制功能 9.1 轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)速控制的區(qū)別轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)速控制的區(qū)別(1) 轉(zhuǎn)速控制的特點(diǎn) 迄今為止，我們所討論的變頻調(diào)速，都是以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為目的的，其基本特點(diǎn)有: (a) 變頻器輸出頻率的大小(從而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低)隨給定信號(hào)的大小而變;(b) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小是不能控制的, 它總是和負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩處于平衡狀態(tài)。因此, 是隨負(fù)載的輕重而隨時(shí)變化的;(c) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的限值是受發(fā)熱和過(guò)載能力(取決于臨界轉(zhuǎn)矩)制約的。 (2) 轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn) 轉(zhuǎn)矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方式。其主要特點(diǎn)是:(a)

29、 給定信號(hào)并不用于控制變頻器輸出頻率的大小, 而是用于控制電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的大小，如圖所示:當(dāng)給定信號(hào)為10V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值Tmax(如圖中之狀態(tài));當(dāng)給定信號(hào)為5V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為Tmax/2(如圖中之狀態(tài))。(b)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小取決于電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩比較的結(jié)果，只能決定拖動(dòng)系統(tǒng)是加速還是減速，其輸出頻率不能調(diào)節(jié)，很難使拖動(dòng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下等速運(yùn)行。2021/3/9309.2 轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的切換轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的切換 (1) 切換的必要性 由于轉(zhuǎn)矩控制時(shí)不能控制轉(zhuǎn)速的大小，所以，在某些轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制主要用于起動(dòng)或停止的過(guò)渡過(guò)程中。當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)

30、起動(dòng)后，仍應(yīng)切換成轉(zhuǎn)速控制方式，以便控制轉(zhuǎn)速。 (2) 切換的時(shí)序圖 切換的時(shí)序圖如圖所示2021/3/931 (a) t1時(shí)段 變頻器發(fā)出運(yùn)行指令時(shí)，如未得到切換信號(hào)，則為轉(zhuǎn)速控制模式。變頻器按轉(zhuǎn)速指令決定其輸出頻率的大小。同時(shí)，可以預(yù)置轉(zhuǎn)矩上限; (b) t2時(shí)段 變頻器得到切換至轉(zhuǎn)矩控制的信號(hào)(通常從外接輸入電路輸入)，轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)矩控制模式。變頻器按轉(zhuǎn)矩指令決定其電磁轉(zhuǎn)矩的大小。同時(shí)，必須預(yù)置轉(zhuǎn)速上限; (c) t3時(shí)段 變頻器得到切換至轉(zhuǎn)速控制的信號(hào), 回到轉(zhuǎn)速控制模式; (d) t4時(shí)段 變頻器的運(yùn)行指令結(jié)束，將在轉(zhuǎn)速控制模式下按預(yù)置的減速時(shí)間減速并停止。 如果變頻器的運(yùn)行指令在轉(zhuǎn)矩控制

31、下結(jié)束，變頻器 將自動(dòng)轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速控制模式，并按預(yù)置的減速時(shí)間減速并 停止。2021/3/932 9.3 轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用 (1) 用于牽引和起重裝置的起動(dòng)過(guò)程中牽引裝置主要有:電氣機(jī)車、電梯、起重裝置等。 (a) 牽引裝置拖動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 負(fù)載的輕重是隨機(jī)的 以電氣機(jī)車和電梯為例, 乘客時(shí)多時(shí)少, 無(wú)規(guī)律可循; 對(duì)加、減速過(guò)程的要求很高 例如，裝載液體的傳輸帶以及起重和運(yùn)輸鋼水包時(shí)，其加、減速過(guò)程必須十分平穩(wěn)，起動(dòng)時(shí)應(yīng)毫無(wú)沖擊，以保證液體不會(huì)溢出;電氣機(jī)車和電梯等則還要求保證乘客的舒適感等等。 (b) 拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度 TJ動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，在忽略損耗轉(zhuǎn)矩的情況下，等于電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)

32、載的阻轉(zhuǎn)矩之差: TJTMTL (c) 在轉(zhuǎn)矩控制模式下起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 在轉(zhuǎn)速控制模式下，起動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩不可能根據(jù)負(fù)載輕重自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。在預(yù)置起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，只能按負(fù)載最重的情況進(jìn)行設(shè)定，故在起動(dòng)瞬間容易產(chǎn)生沖擊。例如，火車在起動(dòng)時(shí)常常會(huì)有發(fā)生沖擊的感覺(jué)。如采用轉(zhuǎn)矩控制模式，可以使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩逐漸增大，直至能夠克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和加速度才從0開(kāi)始緩慢增加，從而使起動(dòng)過(guò)程十分平穩(wěn)。2021/3/933 圖(a)是負(fù)載較輕時(shí)的情形;圖(b)是負(fù)載較重時(shí)的情形。 由于轉(zhuǎn)矩控制方式不能控制轉(zhuǎn)速，所以，隨著動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的不斷增大，加速度也必然不斷增大，這又并非人們所希望的。因此，當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)起來(lái)以后，

33、有必要切換成轉(zhuǎn)速控制方式，以便對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。(2) 用于恒張力控制 (a) 卷繞機(jī)械的工作特點(diǎn) 在各種薄膜或線材的收卷或放卷過(guò)程中，通常要求:被卷物的張力F必須保持恒定: FC為此: 2021/3/9341)被卷物的線速度v也必須保持恒定: vC所以，卷繞功率是恒定的:2)負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩隨被卷物卷徑的增大而增大:但為了保持線速度恒定，負(fù)載的轉(zhuǎn)速必須隨卷徑的增大而減小:(b) 用轉(zhuǎn)矩控制模式實(shí)現(xiàn)恒張力運(yùn)行 令變頻器在轉(zhuǎn)矩控制模式下運(yùn)行，將給定信號(hào)設(shè)定在某一值下不變。則電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM也將不變，如圖 (b)中之曲線所示: TMC 而動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ則隨著卷徑D的增大而變?yōu)樨?fù)值，如圖(b)中之曲線所

34、示。拖動(dòng)系統(tǒng)將處于減速狀態(tài)，滿足圖(c)所示的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。 改變給定轉(zhuǎn)矩的大小，可以改變卷繞的松緊程度。2021/3/93510 加、減速的時(shí)間與方式10.1基礎(chǔ)概念 (1) 工頻起動(dòng)和變頻起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)從較低轉(zhuǎn)速升至較高轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為加速過(guò)程，加速過(guò)程的極限狀態(tài)便是電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。 (a)工頻起動(dòng) 這里所說(shuō)的工頻起動(dòng)，是指電動(dòng)機(jī)直接接上工頻電源時(shí)的起動(dòng)，也叫直接起動(dòng)或全壓起動(dòng)，如圖(a)所示。在接通電源瞬間: 電源頻率為額定頻率(50Hz)，如圖(b)的上部所示。以極電動(dòng)機(jī)為例，同步轉(zhuǎn)速高達(dá)1500r/min。 電源電壓為額定電壓(380V), 如圖1(b)的下部所示。 由于轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

35、的相對(duì)速度很高，故轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和電流都很大，從而定子電流也很大，可達(dá)額定電流的(47)倍，如圖(c)所示。 工頻起動(dòng)存在的主要問(wèn)題有:起動(dòng)電流大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的容量較大時(shí)，其起動(dòng)電流將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。 對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊很大，影響機(jī)械的使用壽命。2021/3/936(b) 變頻起動(dòng) 采用變頻調(diào)速的電路如圖(a)所示, 起動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)有:頻率從最低頻率(通常是0Hz)按預(yù)置的加速時(shí)間逐漸上升，如圖(b)的上部所示。仍以4極電動(dòng)機(jī)為例，假設(shè)在接通電源瞬間，將起動(dòng)頻率降至0.5Hz，則同步轉(zhuǎn)速只有15r/min，轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度只有工頻起動(dòng)時(shí)的百分之一。 電動(dòng)機(jī)的輸入電壓也從最低電壓開(kāi)始逐漸上升

36、，如圖(b)的下部所示。 轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度很低，故起動(dòng)瞬間的沖擊電流很小。同時(shí)，可通過(guò)逐漸增大頻率以減緩起動(dòng)過(guò)程，如在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，使同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nM間的轉(zhuǎn)差n限制在一定范圍內(nèi)，則起動(dòng)電流也將限制在一定范圍內(nèi)，如圖(c)所示。 另一方面，也減小了起動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，加速過(guò)程將能保持平穩(wěn)，減小了對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。2021/3/937(2) 加速過(guò)程中的主要矛盾 (a) 加速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的狀態(tài) 假設(shè)變頻器的輸出頻率從fX1上升至fX2，如圖(b)所示。圖(a)所示是電動(dòng)機(jī)在頻率為fX1時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，圖(c)所示是加速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。比較圖(a)和圖(c)可以看出:

37、當(dāng)頻率fX上升時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n0隨即也上升，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM因?yàn)橛袘T性而不能立即跟上。結(jié)果是轉(zhuǎn)差n增大了,導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流也增大。 (b) 加速過(guò)程的主要矛盾 加速過(guò)程中，必須處理好加速的快慢與拖動(dòng)系統(tǒng)慣性之間的矛盾。 一方面，在生產(chǎn)實(shí)踐中，拖動(dòng)系統(tǒng)的加速過(guò)程屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)渡過(guò)程，從提高生產(chǎn)率的角度出發(fā)，加速過(guò)程應(yīng)該越短越好; 另一方面，由于拖動(dòng)系統(tǒng)存在著慣性，頻率上升得太快了，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差n增大，引起加速電流的增大，甚至可能超過(guò)一定限值而導(dǎo)致變頻器跳閘。 所以，加速過(guò)程必須解決好的主要問(wèn)題是:在防止加速電流過(guò)大的前提下，盡可能地縮短加速

38、過(guò)程。 2021/3/938(3) 變頻調(diào)速系統(tǒng)的減速 (a) 減速過(guò)程中的電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)從較高轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為減速過(guò)程。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，是通過(guò)降低變頻器的輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)減速的，如圖(b)所示。圖中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)膎1下降至n2(變頻器的輸出頻率從fX1下降至fX2)的過(guò)程即為減速過(guò)程。當(dāng)頻率剛下降的瞬間，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)立即下降，但由于拖動(dòng)系統(tǒng)具有慣性的緣故，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不可能立即下降。于是，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過(guò)了同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組切割磁場(chǎng)的方向和原來(lái)相反了。從而，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向，以及所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向都和原來(lái)相反了，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。由

39、于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，能夠促使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速地降下來(lái)，故也稱為再生制動(dòng)狀態(tài)。2021/3/939(b) 泵升電壓 電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)狀態(tài)發(fā)出的電能，將通過(guò)和逆變管反并聯(lián)的二極管VD7VD12全波整流后反饋到直流電路，使直流電路的電壓UD升高，稱為泵升電壓。 (c) 多余能量的消耗 如果直流電壓UD升得太高，將導(dǎo)致整流和逆變器件的損壞。所以，當(dāng)UD上升到一定限值時(shí)，須通過(guò)能耗電路(制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元)放電，把直流回路內(nèi)多余的電能消耗掉。(4) 減速過(guò)程中的主要矛盾 (a) 減速快慢的影響 如上述，頻率下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)。所以，和頻率下降速度有關(guān)的因素有: 制動(dòng)電流 就是

40、電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)向直流回路輸送電流的大小。 泵升電壓 其大小將影響直流回路電壓的上升幅度。 2021/3/940(b) 減速過(guò)程的主要矛盾 和加速過(guò)程相同，在生產(chǎn)實(shí)踐中，拖動(dòng)系統(tǒng)的減速過(guò)程也屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)渡過(guò)程，故減速過(guò)程應(yīng)該越短越好。 同樣，由于拖動(dòng)系統(tǒng)存在著慣性的原因，頻率下降得太快了，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差n增大，引起再生電流的增大和直流回路內(nèi)泵升電壓的升高，甚至可能超過(guò)一定限值而導(dǎo)致變頻器因過(guò)電流或過(guò)電壓而跳閘。 所以，減速過(guò)程必須解決好的主要問(wèn)題是在防止減速電流過(guò)大和直流電壓過(guò)高的前提下，盡可能地縮短減速過(guò)程。在一般情況下，直流電壓的升高是更為主要

41、的因素。 2021/3/941 10.2 加、減速的功能設(shè)置加、減速的功能設(shè)置 變頻器中，針對(duì)電動(dòng)機(jī)在升、降速過(guò)程中的特點(diǎn)，以及生產(chǎn)實(shí)際對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的各種要求，設(shè)置了許多相關(guān)的功能，供用戶進(jìn)行選擇。 (1) 加、減速時(shí)間 (a) 加速時(shí)間的定義 定義1變頻器的輸出頻率從0Hz上升到基本頻率所需要的時(shí)間; 定義變頻器的輸出頻率從0Hz上升到最高頻率所需要的時(shí)間。 在大多數(shù)情況下，最高頻率和基本頻率是一致的。 (b) 減速時(shí)間的定義 定義變頻器的輸出頻率從基本頻率下降到0Hz所需要的時(shí)間; 定義變頻器的輸出頻率從最高頻率下降到0Hz所需要的時(shí)間。加速時(shí)間的定義如圖(a) 減速時(shí)間的定義如圖5(b)2

42、021/3/942 (2) 加、減速方式 (a) 加速方式 加速過(guò)程中，變頻器的輸出頻率隨時(shí)間上升的關(guān)系曲線，稱為加速方式。變頻器設(shè)置的加速方式有: 線性方式 變頻器的輸出頻率隨時(shí)間成正比地上升，如圖(a)所示。大多數(shù)負(fù)載都可以選用線性方式。 S形方式 在加速的起始和終了階段，頻率的上升較緩，加速過(guò)程呈S形，如圖所示。例如，電梯在開(kāi)始起動(dòng)以及轉(zhuǎn)入等速運(yùn)行時(shí)，從考慮乘客的舒適度出發(fā)，應(yīng)減緩速度的變化，以采用S形加速方式為宜。 2021/3/943半S形方式 在加速的初始階段或終了階段，按線性方式加速;而在終了階段或初始階段，按S形方式加速，如圖(c)和(d)所示。 圖(c)所示方式主要用于如風(fēng)機(jī)

43、一類具有較大慣性的二次方律負(fù)載中，由于低速時(shí)負(fù)荷較輕，故可按線性方式加速，以縮短加速過(guò)程; 高速時(shí)負(fù)荷較重，加速過(guò)程應(yīng)減緩，以減小加速電流; 圖(d)所示方式主要用于慣性較大的負(fù)載。 2021/3/944(b) 減速方式 和加速過(guò)程類似，變頻器的減速方式也分線性方式、S形方式和半S形方式。 線性方式 變頻器的輸出頻率隨時(shí)間成正比地下降，如圖(a)所示。大多數(shù)負(fù)載都可以選用線性方式。 形方式 在減速的起始和終了階段，頻率的下降較緩，減速過(guò)程呈形，如圖 (b)所示。 半S形方式 在減速的初始階段或終了階段，按線性方式減速; 而在終了階段或初始階段，按S形方式減速，如圖(c)和(d)所示。 減速時(shí)S

44、形方式和半S形方式的應(yīng)用場(chǎng)合和加速時(shí)相同。2021/3/94511 變頻調(diào)速的起動(dòng)功能 11.1 起動(dòng)頻率與暫停加速功能起動(dòng)頻率與暫停加速功能 (1) 起動(dòng)頻率 (a) 功能含義 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，并不從0Hz開(kāi)始加速，而是直接從某一頻率下開(kāi)始加速。在開(kāi)始加速瞬間，變頻器的輸出頻率便是起動(dòng)頻率。 設(shè)置起動(dòng)頻率是部分生產(chǎn)機(jī)械的實(shí)際需要，例如: 有些負(fù)載在靜止?fàn)顟B(tài)下的靜摩擦力較大，難以從0Hz開(kāi)始起動(dòng)，設(shè)置了起動(dòng)頻率后，可以在起動(dòng)瞬間有一點(diǎn)沖力，使拖動(dòng)系統(tǒng)較易起動(dòng)起來(lái); 在若干臺(tái)水泵同時(shí)供水的系統(tǒng)里，由于管路內(nèi)已經(jīng)存在一定的水壓，后起動(dòng)的水泵在頻率很低的情況下將難以旋轉(zhuǎn)起來(lái)，故也需要電動(dòng)機(jī)在一定頻

45、率下直接起動(dòng); 錐形電動(dòng)機(jī)如果從0Hz開(kāi)始逐漸升速, 將導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子之間的磨擦。所以, 設(shè)置了起動(dòng)頻率, 可以在起動(dòng)時(shí)很快建立起足夠的磁通, 使轉(zhuǎn)子與定子間保持一定的空氣隙等等。2021/3/946(b) 設(shè)置起動(dòng)頻率的方式 主要有兩種方式: 稍有給定信號(hào)(X=0+)，變頻器的輸出頻率即為起動(dòng)頻率fS，如圖(a)所示; 設(shè)置一個(gè)死區(qū)XS%，在給定信號(hào)XXS%的范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率為0Hz; 當(dāng)給定信號(hào)X=XS%時(shí)，變頻器直接輸出與XS%對(duì)應(yīng)的頻率，如圖(b)所示。2021/3/947(2) 暫停加速功能 (a) 功能含義 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，先在較低頻率fDR下運(yùn)行一個(gè)短時(shí)間，然后再繼續(xù)加速的功

46、能。 在下列情況下，應(yīng)考慮預(yù)置暫停加速功能： 對(duì)于慣性較大的負(fù)載，起動(dòng)后先在較低頻率下持續(xù)一個(gè)短時(shí)間tDR，然后再加速； 齒輪箱的齒輪之間總是存在間隙的，起動(dòng)時(shí)容易發(fā)生齒間的撞擊，如在較低頻率下持續(xù)一個(gè)短時(shí)間tDR，可以減緩齒間的撞擊； 起重機(jī)械在起吊重物前，吊鉤的鋼絲繩通常是處于松弛狀態(tài)的，預(yù)置了暫停加速功能后，可首先使鋼絲繩拉緊后再上升; 有些機(jī)械在環(huán)境溫度較低的情況下，潤(rùn)滑油容易凝固，故要求先在低速下運(yùn)行一個(gè)短時(shí)間，使?jié)櫥拖♂尯笤偌铀? 對(duì)于附有機(jī)械制動(dòng)裝置的電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在磁抱閘松開(kāi)過(guò)程中，為了減小閘皮和閘輥之間的磨擦，要求先在低頻下運(yùn)行，待磁抱閘完全松開(kāi)后再升速，等等。2021/

47、3/948 (b) 設(shè)置暫停加速的方式 設(shè)置暫停加速的方式主要有兩種: 變頻器輸出頻率從0Hz開(kāi)始上升至?xí)和ｎl率fDR，停留tDR后再加速，如圖(a)所示; 變頻器直接輸出起動(dòng)頻率fS后暫停加速，停留tDR后再加速，如圖(b)所示。2021/3/949 11.2 起動(dòng)前直流制動(dòng)功能起動(dòng)前直流制動(dòng)功能 (1) 功能含義 起動(dòng)前先在電動(dòng)機(jī)的定子繞組內(nèi)通入直流電流，以保證電動(dòng)機(jī)在零速的狀態(tài)下開(kāi)始起動(dòng)。 如果電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)前，拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不為0(nm=0)的話，而變頻器的輸出頻率(從而同步轉(zhuǎn)速n0)從0Hz開(kāi)始上升，則在起動(dòng)瞬間，電動(dòng)機(jī)或處于強(qiáng)烈的再生制動(dòng)狀態(tài)(起動(dòng)前為正轉(zhuǎn)時(shí))，或處于反接制動(dòng)狀態(tài)(起

48、動(dòng)前為反轉(zhuǎn)時(shí))，容易引起電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流。例如: 拖動(dòng)系統(tǒng)以自由制動(dòng)的方式停機(jī)，在尚未停住前又重新起動(dòng); 風(fēng)機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下，葉片由于自然通風(fēng)而自行轉(zhuǎn)動(dòng)(通常是反轉(zhuǎn))。 (2) 功能設(shè)置 選擇功能: 即選擇是否需要起動(dòng)前的直流制動(dòng)功能; 制動(dòng)量 即應(yīng)向定子繞組施加多大的直流電壓UDB; 直流制動(dòng)時(shí)間 即進(jìn)行直流制動(dòng)(施加直流電壓)的時(shí)間tDB。2021/3/950 12 變頻調(diào)速的停機(jī)功能12.1 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 (1)電動(dòng)機(jī)的停機(jī)方式 : 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)可以設(shè)定的停機(jī)方式有: (a) 減速停機(jī) 即按預(yù)置的減速時(shí)間和減速方式停機(jī)，如上述，在減速過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)。 (b)

49、自由制動(dòng) 變頻器通過(guò)停止輸出來(lái)停機(jī), 這時(shí), 電動(dòng)機(jī)的電源被切斷, 拖動(dòng)系統(tǒng)處于自由制動(dòng)狀態(tài)。由于停機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短由拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性決定, 故也稱為慣性停機(jī)。 (c) 減速加直流制動(dòng) 首先按預(yù)置的減速時(shí)間減速，然后轉(zhuǎn)為直流制動(dòng)，直至停機(jī)，如圖11(c)所示。 (d) 在低頻狀態(tài)下短暫運(yùn)行后停機(jī), 當(dāng)頻率下降到接近于0時(shí), 先在低速下運(yùn)行一個(gè)短時(shí)間, 然后再將頻率下降為0Hz 。 在下列情況下, 應(yīng)考慮預(yù)置暫停減速功能: 慣性大的負(fù)載從高速直接減速至0Hz時(shí)，有可能因停不住而出現(xiàn)滑行的現(xiàn)象。如先在低速段運(yùn)行，然后從低速降為0Hz，可消除滑行現(xiàn)象; 對(duì)于需要準(zhǔn)確行車的場(chǎng)合，如卷?yè)P(yáng)機(jī)，為準(zhǔn)確停車，即在低

50、速短時(shí)運(yùn)行即爬行后，再減至0Hz，即可達(dá)到準(zhǔn)確停車的目的。 對(duì)于附有機(jī)械制動(dòng)裝置的電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī), 在磁抱閘抱緊前先在低速段作短時(shí)運(yùn)行, 可減少磁抱閘的磨損, 等等。(2) 設(shè)置暫停減速的方式 和暫停加速相同，需要預(yù)置的參數(shù)有: (a) 暫停減速的頻率fDD; (b) 停留時(shí)間tDD2021/3/95112.2 變頻器的直流制動(dòng)功能變頻器的直流制動(dòng)功能(1) 基礎(chǔ)概念(a) 采取直流制動(dòng)的必要性 有的負(fù)載要求能夠迅速停機(jī)，但減速時(shí)間太短將引起電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的下降跟不上頻率的下降，產(chǎn)生較大的泵升電壓，使直流回路的電壓超過(guò)允許值。采用直流制動(dòng)，能增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、縮短停機(jī)時(shí)間，且不產(chǎn)生泵升電壓; 有的

51、負(fù)載由于慣性較大，常常停不住，停機(jī)后有“爬行”現(xiàn)象，可能造成十分危險(xiǎn)的后果。 采用直流制動(dòng), 可以實(shí)現(xiàn)快速停機(jī), 并消除爬行現(xiàn)象。(b) 方法和原理 直流制動(dòng)就是向定子繞組內(nèi)通入直流電流, 使異步電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)。如圖 (a), 由于定子繞組內(nèi)通入的是直流電流，故定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為0。這時(shí), 轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反, 是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，故所產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較強(qiáng)烈, 從而可縮短停機(jī)時(shí)間。此外, 停止后, 定子的直流磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心還有一定的“吸住”作用, 以克服機(jī)械的“爬行”。2021/3/952(2) 功能設(shè)置 采用直流制動(dòng)時(shí)，需預(yù)

52、置以下功能: (a) 直流制動(dòng)的起始頻率fDB 在大多數(shù)情況下, 直流制動(dòng)都是和再生制動(dòng)配合使用的。即:首先用再生制動(dòng)方式將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速，然后再轉(zhuǎn)換成直流制動(dòng), 使電動(dòng)機(jī)迅速停住。其轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即為直流制動(dòng)的起始頻率fDB, 如圖(b)所示。 預(yù)置起始頻率fDB的主要依據(jù)是負(fù)載對(duì)制動(dòng)時(shí)間的要求，要求制動(dòng)時(shí)間越短，則起始頻率fDB應(yīng)越高。 (b) 直流制動(dòng)強(qiáng)度 即在定子繞組上施加直流電壓UDB或直流電流IDB的大小，它決定了直流制動(dòng)的強(qiáng)度。如圖12(b)所示。 預(yù)置直流制動(dòng)電壓UDB(或制動(dòng)電流IDB)的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大者，UDB也應(yīng)越大。(3) 直流制動(dòng)時(shí)間t

53、DB 即施加直流制動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短。 預(yù)置直流制動(dòng)時(shí)間tDB的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對(duì)克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些。2021/3/953 13 某些變頻器的特殊功能 (1) 加、減速的銜接功能加、減速的銜接功能 生產(chǎn)實(shí)踐中，有時(shí)會(huì)遇到這樣的情況:在拖動(dòng)系統(tǒng)正在加速的過(guò)程中，又得到減速或停機(jī)的指令。這時(shí)，就出現(xiàn)了加速過(guò)程和減速過(guò)程的銜接問(wèn)題。 (2) 加、減速時(shí)間的最小極限功能加、減速時(shí)間的最小極限功能 某些生產(chǎn)機(jī)械，出于特殊的需要，要求加、減速時(shí)間越短越好。對(duì)此，有的變頻器設(shè)置了加、減速時(shí)間的最小極限功能。其基本含義是: (a) 最快加速方式 在加速過(guò)程中，使

54、加速電流保持在變頻器允許的極限狀態(tài)(IA 150%IN，IA是加速電流，IN是變頻器的額定電流)下，從而使加速過(guò)程最小化。 (b) 最快減速方式 在減速過(guò)程中，使直流回路的電壓保持在變頻器允許的極限狀態(tài)(UD 95%UDH,UD是減速過(guò)程中的直流電壓，UDH是直流電壓的上限值)下, 從而使減速過(guò)程最小化。 (c) 最優(yōu)加速方式 在加速過(guò)程中，使加速電流保持在變頻器額定電流的120%(IA 120%IN)，使加速過(guò)程最優(yōu)化。 (d) 最優(yōu)減速方式 在減速過(guò)程中，使直流回路的電壓保持在上限值的93%(UD 93%UDH)，使減速過(guò)程最優(yōu)化。 (3) 異常停機(jī)功能異常停機(jī)功能 當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械發(fā)生緊急情況

55、時(shí)，將發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)。對(duì)此，有的變頻器設(shè)置了專門用于處理異常情況的功能。在異常停機(jī)期間，其操作信號(hào)都將無(wú)效。2021/3/954 14 變頻器的控制功能14.1 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 變頻器運(yùn)行的控制信號(hào)也叫操作指令，如起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位等。和頻率給定方式類似, 變頻器操作指令的輸入方式也有: (1) 鍵盤操作 即通過(guò)面板上的鍵盤輸入操作指令。大多數(shù)變頻器的面板都可以取下, 安置到操作方便的地方, 面板和變頻器之間用延長(zhǎng)線相聯(lián)接, 從而實(shí)現(xiàn)了距離較遠(yuǎn)的控制。 (2) 外接輸入控制 操作指令通過(guò)外接輸入端子從外部輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制。由于外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)可以在遠(yuǎn)離變頻器的地方來(lái)進(jìn)行

56、操作，因此，不少變頻器把這種控制方式稱為“遠(yuǎn)控”或“遙控”操作方式。14.2 變頻器對(duì)外接輸入端子的安排 外接輸入控制端接受的都是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，所有端子大體上可以分為兩大類: (1) 基本控制輸入端 如運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位等。這些端子的功能是變頻器在出廠時(shí)已經(jīng)標(biāo)定的, 不能再更改。 (2) 可編程控制輸入端 由于變頻器可能接受的控制信號(hào)多達(dá)數(shù)十種，但每個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)使用的輸入控制端子并不多。為了節(jié)省接線端子和減小體積，變頻器只提供一定數(shù)量的“可編程控制輸入端”，也稱為“多功能輸入端子”。其具體功能雖然在出廠時(shí)也進(jìn)行了設(shè)置，但并不固定，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)置。 2021/3/955

57、14.2 控制實(shí)例控制實(shí)例 某生產(chǎn)機(jī)械有檔轉(zhuǎn)速, 通過(guò)個(gè)選擇按鈕來(lái)進(jìn)行控制。 (a) 控制電路 如圖所示，說(shuō)明如下:1)PLC的輸入電路 如圖，PLC的輸入端X1X7分別與按鈕開(kāi)關(guān)SB1SB7相接，用于接受7檔轉(zhuǎn)速的信號(hào)。2) PLC的輸出電路 如圖10, 輸出端Y1、Y2、Y3分別接至變頻器的輸入控制端的S1、S2、S3, 用于控制S1、S2和S3的狀態(tài)。 (b) 梯形圖之一(SB1SB7為非自動(dòng)復(fù)位型按鈕開(kāi)關(guān)) 如圖所示。 2021/3/956觀察圖中之端子狀態(tài)表，可得到如下規(guī)律: S1在第1、3、5、7檔轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:1)PLC的X1、X3、X5、X7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則

58、Y1“動(dòng)作”變頻器的S1端得到信號(hào); S2在第2、3、6、7檔轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:2)PLC的X2、X3、X6、X7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則Y2“動(dòng)作”變頻器的S2端得到信號(hào); S3在第4、5、6、7檔轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:3)PLC的X4、X5、X6、X7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則Y3“動(dòng)作”變頻器的S3端得到信號(hào)。 今以用戶選擇第3檔轉(zhuǎn)速為例，說(shuō)明其工作情況如下: 按下SB3X3“動(dòng)作”Y1和Y2“動(dòng)作”變頻器的S1、S2端子得到信號(hào), 變頻器將在第3檔轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。2021/3/957(c) 梯形圖之二(SB1SB7為自動(dòng)復(fù)位型按鈕開(kāi)關(guān))由于SB1SB7采用了自動(dòng)復(fù)位型按鈕開(kāi)關(guān)，P

59、LC輸入端子X(jué)1X7得到的信號(hào)不能保持，故借助PLC中的中間繼電器M1M7，使各轉(zhuǎn)速檔次的信號(hào)保持下來(lái)。今說(shuō)明如下: 按下SB1X1得到信號(hào)M1“動(dòng)作”并自鎖，M1保持第1轉(zhuǎn)速的信號(hào)。 當(dāng)按下SB2SB7中任何一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(X2X7中有一個(gè)得到信號(hào))時(shí)M1釋放。 即:M1僅在選擇第1檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。 按下SB2X2得到信號(hào)M2“動(dòng)作”并自鎖，M2保持第2轉(zhuǎn)速的信號(hào)。 當(dāng)按下除SB2以外的任何一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)時(shí)M2釋放。 即:M2僅在選擇第2檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。 以此類推:M3僅在選擇第3檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”; M4僅在選擇第4檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;M5僅在選擇第5檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;M6僅在選擇第6檔轉(zhuǎn)速時(shí)

60、“動(dòng)作”;M7僅在選擇第7檔轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。 M1、M3、M5、M7中只要有一個(gè)接通，則Y1“動(dòng)作”變頻器的S1端接通; M2、M3、M6、M7中只要有一個(gè)接通，則Y2“動(dòng)作”變頻器的S2端接通; M4、M5、M6、M7中只要有一個(gè)接通，則Y3“動(dòng)作”變頻器的S3端接通。 按下SB5X5得到信號(hào)M5“動(dòng)作”，同時(shí)，如果在此之前M1、M2、M3、M4、M6、M7中有處于動(dòng)作狀態(tài)的話，都將釋放Y1、Y3“動(dòng)作”變頻器的S1、S3端子接通，變頻器將在第5檔轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。2021/3/95814.2 輸出端子及其應(yīng)用舉例輸出端子及其應(yīng)用舉例14.2.1 運(yùn)行跳閘報(bào)警輸出運(yùn)行跳閘報(bào)警輸出14.2.2 測(cè)量