第二單元變頻調(diào)速

交流變頻調(diào)速

第一節(jié)交流變頻器的基本概念

掌握交流變頻調(diào)速各種基本控制方式的含義和特點

掌握變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律·n=60f/p

一、交流變頻調(diào)速的控制方式三相異步電動機變頻調(diào)速的控制方式有恒磁通控制方式、恒電流控制方式和恒功率控制方式三種。1．恒磁通控制方式在電動機調(diào)速時，都希望保持電動機中每極磁通量為額定值不變。磁通太弱，電動機的鐵心沒有得到充分利用，是一種浪費；若增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電動機。直流電動機進行調(diào)速時，由于勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)的補償合適，保持磁通的不變是很容易做到的。但在交流異步電動機中，磁通是由定子和轉(zhuǎn)子的磁動勢合成產(chǎn)生的，比直流電動機的情況要復(fù)雜很多。計算三相異步電動機定子繞組每相的感應(yīng)電動勢有效值的為：交流變頻調(diào)速

E=4.44?lNlKΦm

式中?1--定子頻率；

N1——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

K-基波繞組系數(shù)；

Φm-每極氣隙磁通。根據(jù)上式可知，若要保持甌不變，則當(dāng)頻率f從額定頻率?1。向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Eg，使Eg/?1=常數(shù)。在電動勢較高時，可以忽略定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動勢近似等于定子外加電壓，U1≈E。

因此，如果定子供電電壓u不變，只改變?進行變頻調(diào)速，將引起氣隙磁通甌的變化，出現(xiàn)勵磁不足或勵磁過剩的現(xiàn)象。當(dāng)頻率?1從額定值(通常為50Hz)往下降低，磁通會增加，造成磁路過飽和，使勵磁電流增加。這將使電動機帶負載能力降低，功率因數(shù)變壞，鐵損增加，電動機過熱，這種情況是電動機實際運行所不允許的。反之，如果頻率?從額定值往上升高，磁通將減少，同樣的轉(zhuǎn)子電流下將使電動機輸出轉(zhuǎn)矩Te下降，電動機的負載能力下降，使電動機的利用率降低，在一定的負載下有過電流的危險。為此，通常要求磁通保持恒定，即Φm一常數(shù)。為了保持磁通恒定，必須使定子電壓和頻率的比值保持不變，即：

U1/?1=C

稱為恒磁通控制方式交流變頻調(diào)速在頻率變化過程中Φm始終保持恒定，所以稱為恒磁通控制方式，又由于電壓與頻率的比值也保持恒定不變，也稱為恒壓頻比控制方式，相當(dāng)于直流電動機調(diào)壓調(diào)速的情.屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。在保持甌恒定的條件下，異步電動機的機械特性曲線如圖2-1所示.由圖2-1可知，交流電動機的最大轉(zhuǎn)矩隨?l的降低而減小。當(dāng)供電電源頻率軻時，電動機最大轉(zhuǎn)矩與額定頻率時的最大轉(zhuǎn)矩相似，機械特性曲線斜率也變化不大。頻率較低時，最大轉(zhuǎn)矩和機械特性曲線的斜率就會出現(xiàn)較大的變化，這是由于定子縛的內(nèi)阻引起的電壓降在低速時相對影響較大和氣隙磁通變化引起的。在低頻運行時，矩較小，帶負載的能力差，所以只適用于調(diào)速范圍不大或轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降匝越少負載，如風(fēng)機、水垂箜衛(wèi)如希望得到具有較大調(diào)速范圍，可以采用專門電路，在低速時人為地適當(dāng)提高電壓Ul，以補償定子阻抗壓降的影響，使磁通基本保持不變，實現(xiàn)恒磁通恒轉(zhuǎn)矩頻調(diào)速。這種具有壓降補償?shù)目刂铺匦匀鐖D2-2所示。交流變頻調(diào)速圖2-1U1/f1=常數(shù)時恒壓頻比控制機械特性曲線

圖2-2恒壓頻比控制特性.1帶定子壓降補償2不帶定子壓降補償交流變頻調(diào)速

2．恒電流控制方式恒流變頻調(diào)速控制方式就是要求在電動機變頻調(diào)速過程中定子電流I保持恒定；因此，要求變頻電源是一種恒流源，電動機在變頻調(diào)速過程中始終保持定子電流為絳值。由于變頻器的電流被控制在給定的數(shù)值上，所以在換流時沒有瞬時的沖擊電流，調(diào)速系統(tǒng)的工作比較安全可靠，特性良好。恒流變頻系統(tǒng)與恒磁通變頻系統(tǒng)是相似的，均屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。但恒流變頻系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)矩Tm要比恒磁通變頻系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)趕得多，故恒流變頻系統(tǒng)的過載能力比較小，只適用于負載變化不大的場合。

3．恒功率控制方式電動機工作在額定狀態(tài)下，?l=?ln。且Ul=U1N，為了使電動機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，定子供電電源頻率由額定值?l。向上增大。但定子電壓Ul受額定電壓UlN的限制不能再升高，只能保持Ul=UlN不變。這樣一來，氣隙磁通就會小于額定磁通，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的減小。而電動機的允許輸出功率保持近似不變，相當(dāng)于直流電動機弱磁調(diào)速的情況，屬于近似恒功率調(diào)速，其機械特性如圖2-3所示。交流變頻調(diào)速

在異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)中，為了得到寬的調(diào)速范圍，可以將恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速與恒功率調(diào)速結(jié)合起來使用。在電動機轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速(?l≤?ln。)時，采用恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速；在電動機轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速(?l≥?ln。)時，采用只調(diào)頻不調(diào)壓的近似恒功率調(diào)速。綜合調(diào)速性質(zhì)為恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速。

二、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制系統(tǒng)從變頻調(diào)速的控制方式可知，要實現(xiàn)交流電動機的變頻調(diào)速，除了需有一臺合適的變頻器之外，還需有一套能按一定控制規(guī)律對變頻器實行控制的環(huán)節(jié)，由控制電路和變頻器一起組成一個變頻調(diào)速系統(tǒng)。

1．變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸出電壓的調(diào)節(jié)方式在交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中，交流電動機由逆變器供電運轉(zhuǎn)。根據(jù)變頻調(diào)速控制方式可知，一般要求逆變器輸出電壓Ul與輸出頻率?l的比值大體為一定值，即保持電動機的磁通不變，從而使變頻調(diào)速時電動機的最大轉(zhuǎn)矩基本不變。對輸出電壓的調(diào)節(jié)主要有兩種方式，即脈沖幅度調(diào)制(PAM)方式與脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。交流變頻調(diào)速

(1)PAM控制方式。PAM控制方式是由相控晶閘管整流器或直流斬波器改變直流電壓的幅值進行調(diào)壓的方式，從而實現(xiàn)對變頻器輸出電壓調(diào)節(jié)，而變頻器中的逆變電路只負責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，因此，屬于同步調(diào)速方式。平滑直流電源是由濾波電路使用直流電抗器或大容量電解電容器來實現(xiàn)的。當(dāng)濾波電路使用大電容時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個內(nèi)阻為零的恒壓源，采用恒壓源的變頻器稱為電壓源變頻器；而當(dāng)濾波電路使用直流電抗器時，直流電壓波形也比較平直，對負載來說基本上是一個恒流源，采用恒流源的變頻器稱為恒流源變頻器。

PAM控制方式由于控制回路簡單，易于大容量化，長期以來占主流地位。但其缺點是由于有大容量電容，電壓控制響應(yīng)慢，不適于要求加、減速快的系統(tǒng)。另外，由于采用變流器的相位控制來調(diào)節(jié)電壓，交流輸入側(cè)的功率因數(shù)變壞，特別是在電壓低的范圍內(nèi)尤為嚴(yán)重。為了改善功率因數(shù)，可采取將交流電源以二極管整流橋進行全波整流，在直流側(cè)采用斬波器調(diào)節(jié)電壓的方法，這時輸入功率因數(shù)將變得相當(dāng)好。

交流變頻調(diào)速

(2)PWM控制方式。PWM控制方式是在保證輸出電壓的幅值不變的情況下，通過改變其時間寬度來調(diào)節(jié)平均電壓的大小。變頻器中整流器使用不可控二極管整流電路，變頻器的輸出電壓和輸出頻率的調(diào)節(jié)均由逆變器按PWM方式完成為脈寬調(diào)制。變頻器的輸出頻率不等于逆變電路換流器件的開關(guān)頻率，因此，它屬于異步調(diào)速方式。

PWM控制方式的控制電路中使用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓的大小無關(guān)而接近于1，可控的功率開關(guān)元件少，簡化了結(jié)構(gòu)。由于逆變器本身同時完成調(diào)頻和調(diào)壓任務(wù)，因此，與中間濾波環(huán)節(jié)無關(guān)，變頻器的動態(tài)響應(yīng)速度快。輸出電壓的諧波分量極大地減小，能抑制或消除偶次諧波，實現(xiàn)近似正弦波的輸出電壓波形。

2．轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補償?shù)目刂葡到y(tǒng)采用U/?比例控制時，異步電動機在不同頻率下都能獲得較硬的機械特性線性段。在生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能要求不高，如風(fēng)機、水泵等的節(jié)能調(diào)速，可以采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補償?shù)目刂葡到y(tǒng)，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，成本也比較低。這種系統(tǒng)的電路原理圖如圖2-4所示。交流變頻調(diào)速

圖2-4中所示的調(diào)速系統(tǒng)由給定積分器GI、絕對值變換器GAB、電壓控制環(huán)節(jié)、頻率控制環(huán)節(jié)、可控整流器UR、電壓源逆變器VSI等組成。圖2-4轉(zhuǎn)速開環(huán)的U/f比例控制異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖1-頻率控制環(huán)節(jié)2-電壓控制環(huán)節(jié)

交流變頻調(diào)速

給定積分器將階躍信號Uw轉(zhuǎn)換成按設(shè)定斜率逐漸變化的正、反向控制信號Ug，以防止產(chǎn)生很大的沖擊電流，使電壓和轉(zhuǎn)速都能平緩的升高和降低。由于正、反向控制信號Ug有正負兩種情況，而改變電動機轉(zhuǎn)向只需改變變頻器輸出電壓的相序，不需要在電壓和頻率的控制信號上反映極性，所以設(shè)置了絕對值變換器GAB，將Ug信號轉(zhuǎn)換成只輸出絕對值的控制信號UK。電壓控制環(huán)節(jié)是用來控制可控整流器UR直流輸出電壓的。電壓控制環(huán)節(jié)一般采用電壓、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，電流調(diào)節(jié)器ACR為內(nèi)環(huán)，電壓調(diào)節(jié)器AVR為外環(huán)。電流調(diào)節(jié)器ACR可以限制動態(tài)電流并兼起保護作用。電壓調(diào)節(jié)器AVR是用來控制變頻器的輸出電壓的。控制電壓信號UK經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器GF，相對提高為Uv用以補償定子阻抗的壓降，改善低速時的機械特性，提高帶負載的能力。電壓型逆變器VSI的輸出頻率由頻率控制環(huán)節(jié)來進行控制。頻率控制環(huán)節(jié)一般由壓頻變換器GVF、環(huán)形分配器DRC和脈沖放大器AP等組成。壓頻變換器GVF是一個由電壓控制的振蕩器，其作用是將控制信號UK變換為所需頻率的脈沖列，再通過環(huán)形分配器DRC和脈沖放大器AP，為逆變器工作提供脈沖信號。交流變頻調(diào)速在可逆系統(tǒng)中采用可逆計數(shù)器，由Ug經(jīng)極性鑒別器DPI獲得正、反向信號來控制加、減法。每次做“加1”或“減1”運算來改變相序，從而改變電動機的轉(zhuǎn)向。在交流一直流一交流電壓型變頻器的調(diào)速系統(tǒng)中，由于中間直流回路存在大濾波電容Cd，電壓的實際變化很緩慢，而頻率控制環(huán)節(jié)的響應(yīng)是很快的，所以在壓頻變換器前面加設(shè)一個頻率給定動態(tài)校正器GFC，讓頻率的變化也慢些，希望與電壓在動態(tài)過程中一致起來。GFC的具體參數(shù)可在調(diào)試中確定。

3．轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)直流電動機的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，控制電流就能控制轉(zhuǎn)矩，問題比較簡單。因此，在直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號實際上就代表了轉(zhuǎn)矩給定信號。異步電動機的轉(zhuǎn)矩為：式中Cm-電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Φm——氣隙磁通，Wb；I2-轉(zhuǎn)子電流，A;cosφ2-轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。交流變頻調(diào)速

可以看出，在交流異步電動機中，影響轉(zhuǎn)矩的因素很多。而這些量又都和轉(zhuǎn)速有關(guān)，所以控制交流異步電動機轉(zhuǎn)矩的問題就比較復(fù)雜了。當(dāng)電動機穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)差率s很小，因而轉(zhuǎn)差角頻率叫。Ws=swl也很小，可得到轉(zhuǎn)矩的近似公式為：Te≈KmΦmWs/R2

式中Km——轉(zhuǎn)矩系數(shù)；

R2-轉(zhuǎn)子電阻，Ω上式表明，在s很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持Φm不變，異步電動機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率Ws。成正比。這就是說在異步電動機中，控制Ws就和直流電動機中控制電流一樣，能夠達到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念．。

(1)轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律。在恒磁通條件下的機械特性曲線如圖2-5所示。圖中wsm～Tem為限幅值。由圖可知，當(dāng)Ws。較小時，轉(zhuǎn)矩Te基本上與Ws。成正比。當(dāng)Ws

-Wsmax時，Te—Temax所以在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要給Ws

限幅，就可以基本保持Te與Ws成正比關(guān)系，也就可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來代表轉(zhuǎn)矩控制。這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。交流變頻調(diào)速

上述的規(guī)律是在保持Φm恒定的前提條件下成立的，如何才能保持Φm恒定可以從分析磁通與電流的關(guān)系來著手解決。當(dāng)忽略飽和與鐵損時，氣隙磁通Φm與勵磁電流Io成正比，而勵磁電流相量Io是定、轉(zhuǎn)子電流的相量I1`I2之差，即：

I1=I2+I0Io是定子電流Il的一部分。在籠形異步電動機中，折合到定子的轉(zhuǎn)子電流I2是難以直接測量的，于是只能根據(jù)負載變化調(diào)節(jié)Il來維持I0不變。根據(jù)異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路可知，當(dāng)Φm或I0不變時，I0隨轉(zhuǎn)差頻率WS。變化的規(guī)律如圖2-6所示。

圖2-5交流變頻調(diào)速

只要Il與ws的關(guān)系符合圖2-6的規(guī)律，就能保持Φm恒定。這樣，用轉(zhuǎn)差頻率控制代表轉(zhuǎn)矩控制的前提也就解決了。這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之二。實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如圖2-7所示。

圖2-7轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖交流變頻調(diào)速

(2)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點

1)采用電流型變頻器，使控制對象具有較好的動態(tài)響應(yīng)，而且便于回饋制動，實現(xiàn)四象限運行。這是提高系統(tǒng)動態(tài)性能的基礎(chǔ)。

2)和直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，轉(zhuǎn)速環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)是內(nèi)環(huán)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是轉(zhuǎn)差頻率給定值Uws，代表轉(zhuǎn)矩給定。

3)轉(zhuǎn)差頻率ws分兩路分別作用在可控整流器UR和逆變器CSI上。前者通過Il=f(ws)函數(shù)發(fā)生器GF，按Uws的大小產(chǎn)生相應(yīng)的Ui1信號，再通過電流調(diào)節(jié)器ACR控制定子電流，以保持Φm為恒值。另一路按ws+w=w1，的規(guī)律產(chǎn)生，對應(yīng)于定子頻率w1，的控制電壓Uw1決定逆變器的輸出頻率。這樣就形成了在轉(zhuǎn)速外環(huán)內(nèi)的電流一頻率協(xié)調(diào)控制。

4)轉(zhuǎn)速給定信號Uw反向時，Uws、Uw、Uwl都反向。用極性鑒別器DPI判斷Uwl的極性，以決定環(huán)形分配器DRC的輸出相序，而Uwl信號本身則經(jīng)過絕對值變換器GAB決定輸出頻率的高低，這樣就很方便地實現(xiàn)了可逆運行。交流變頻調(diào)速

(3)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點與不足

1)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點就在于頻率控制環(huán)節(jié)的輸入是轉(zhuǎn)差信號，而頻率信號是由轉(zhuǎn)差信號與實際轉(zhuǎn)速信號相加后得到的，即Uw1=Uw+Uws。這樣在轉(zhuǎn)速變化過程中，實際頻率w1，隨著實際轉(zhuǎn)速n同步地上升或下降。與轉(zhuǎn)速開環(huán)系統(tǒng)中按電壓成正比地直接產(chǎn)生頻率給定信號相比，加、減速更為平滑，且容易使系統(tǒng)穩(wěn)定。同時，由于在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，系統(tǒng)能夠以限幅轉(zhuǎn)矩進行控制，也保證了在允許條件下的快速性。因此，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差率控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)基本上具備了直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點，是一個比較好的控制方式，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜，有廣泛的應(yīng)用價值。

2)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的不足。如果仔細分析轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能，就會發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)還不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平。存在差距的原因有以下幾個方面：①在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時，是從異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，因此，所得到的“保持磁通Φm恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中Φm如何變化還沒有去研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。交流變頻調(diào)速

②電流調(diào)節(jié)器ACR只控制了定子電流的幅值，并沒有控制到電流的相位，而在動態(tài)中電流相位如果不能及時趕上去，將會使動態(tài)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)時間延長。③Il=f(ws)函數(shù)是非線性的，采用模擬的運算放大器時，只能按分段線性化方式來實現(xiàn)，而且分段還不能很細，否則會造成調(diào)試的困難。因此，在函數(shù)發(fā)生器這個環(huán)節(jié)上還存在一定的誤差。④在頻率控制環(huán)節(jié)中，取w1=ws+w使頻率w1得以和轉(zhuǎn)速同步升降，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾成分，如測速發(fā)電機的紋波等，也會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。鑒于基本型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)存在的上述問題，許多學(xué)者提出了各種改進方案，最突出、最具有革命性的方案當(dāng)屬矢量控制系統(tǒng)，它從本質(zhì)上解決了上述的多數(shù)問題，為高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)打開了突破性的道路。

交流變頻調(diào)速

4．矢量控制系統(tǒng)

由于轉(zhuǎn)差頻率控制方式引入了速度反饋，因此其性能優(yōu)于開環(huán)的U/f比例控制方式，可以適用于對速度和精度有較高要求的調(diào)速系統(tǒng)。但由于轉(zhuǎn)差頻率控制的基本關(guān)系是根據(jù)穩(wěn)態(tài)機械特性推導(dǎo)出來的，沒有考慮到電動機電磁慣性的影響，所以其動態(tài)性能仍不夠理想。交流變頻調(diào)速

矢量控制的基本思想是模仿直流電動機的控制方式，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)變換，就能夠控制異步電動機了。進行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動勢IN）的空間矢量，所以這種通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量變換控制系統(tǒng)，或稱矢量控制系統(tǒng)。針對異步電動機，從矢量分析的角度分析，可以把定子電流分解為產(chǎn)生磁場的電流分量（磁場電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流），這兩個分量是互相垂‘直的。所以，通過控制電動機定子電流的大小和相位（即對定子電流的電流矢量進行控制），就可以分別對電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。當(dāng)前，在變頻器中得到實際應(yīng)用的矢量控制方式包括轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)和無速度檢測器的矢量控制系統(tǒng)兩種。

(1)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)。矢量控制的基本原理是：通過控制電動機定子電流的幅值和相位（即電流矢量），來分別對電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)矩特性的目的。

交流變頻調(diào)速轉(zhuǎn)差型矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖2-8所示，其原理圖是在圖2-7轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖的基礎(chǔ)上，把從穩(wěn)態(tài)特性出發(fā)的Te∝ws和I1=f(ws)函數(shù)關(guān)系換成從動態(tài)數(shù)學(xué)模型出發(fā)的矢量控制器，就得到轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)克服了轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的大部分不足，從而大大提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。這個系統(tǒng)的主要特點如下：

1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號，與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電樞電流給定信號相當(dāng)。

交流變頻調(diào)速2)定子電流勵磁分量給定信號Uim1和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號Uφ2之間的關(guān)系是靠矢量療程建立的，其中的比例微分環(huán)節(jié)使iml在動態(tài)中獲得強迫勵磁效應(yīng)，從而克服了實際磁通的滯后。3）Uit1和Uim1經(jīng)直接坐標(biāo)/極坐標(biāo)(k/p)變化器合成后產(chǎn)生定子電流幅值給定信號Ui1和相角給定信號Uθ1。前者經(jīng)電流調(diào)節(jié)器ACR控制定子電流的大小，后者則控制逆變器換相的觸發(fā)時刻，用以決定定子電流的相位。定子電流相位是否得到及時的控制對于動態(tài)轉(zhuǎn)矩的發(fā)生極為重要，極端來看，如果電流幅值很大，但相位落后90。，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩只能是零。交流變頻調(diào)速

4)轉(zhuǎn)差頻率信號Uws與Uitl、Uφ2的關(guān)系同樣符合矢量控制方程。

5)定子頻率信號Uw1=Uw+Uws，這樣就把轉(zhuǎn)差頻率控制的主要優(yōu)點保留下來了。由Uw1積分產(chǎn)生決定M軸（轉(zhuǎn)子磁鏈方向）相位角φ的信號Uφ，隨著坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)，φ角應(yīng)不斷增長，積分的結(jié)果正是這樣，它取代了環(huán)形計數(shù)器的作用。在實際電路中，φ值并不是無限增長，而是從o～2丌周而復(fù)始地變化的。φ1角作為定子電流矢量和M軸的夾角疊加在φ角上面，以保證及時的相位控制。轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，思路清晰，所能獲得的動態(tài)性能基本上可以達到直流雙環(huán)控制系統(tǒng)的水平，得到了普遍的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)采用模擬電子電路時，除運算放大器外，還需要高精度、低溫漂的乘法器。如果采用微型計算機數(shù)字控制，用軟件來實現(xiàn)矢量控制器是沒有什么困難的。

交流變頻調(diào)速

轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)M、T坐標(biāo)的磁場定向是由給定信號確定并靠矢量控制方程保證的，并沒有在系統(tǒng)運行中實際檢測轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，這種情況屬于間接磁場定向。在動態(tài)過程中實際的定子電流幅值及相位與其給定值之間總會存在偏差，實際參數(shù)與矢量控制方程中所用的參數(shù)之間更可能不一致，這些都會造成磁場定向上的誤差，從而影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。這是間接磁場定向的缺點。特別是參數(shù)影響，如由于電動機溫度變化和頻率不同時集膚效應(yīng)的變化而影響轉(zhuǎn)子電阻，由于飽和程度的不同而影響電感，這些都是不可避免的。為了解決這個問題，在參數(shù)辨識和自適應(yīng)控制方面做過許多研究工作，獲得不少成果，但是迄今為止，實用的帶有自適應(yīng)控制的系統(tǒng)還不多。交流變頻調(diào)速從另一方面看，要使矢量控制系統(tǒng)具有和直流調(diào)整系統(tǒng)一樣的動態(tài)性能，轉(zhuǎn)子磁通在動態(tài)過程中是否真正恒定是一個重要的條件。如圖2-8所示的系統(tǒng)中對磁通的控制實際上是開環(huán)的，在動態(tài)中肯定會存在偏差。要解決這個問題應(yīng)該增加磁通反饋和磁通調(diào)節(jié)器，或采用實際轉(zhuǎn)子磁鏈的定向，即直接磁場定向。圖2-8轉(zhuǎn)差型矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖交流變頻調(diào)速

(2)無速度檢測器的矢量控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)差型矢量控制變頻器在使用時，需要在異步電動機上安裝速度傳感器。所以，這種變頻器不能充分發(fā)揮異步電動機本身結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用等特點。并且，在由于電動機本身或所在環(huán)境的原因無法在電動機上安裝速度傳感器和對控制性能要求不是特別高的情況下，往往采用無速度傳感器的矢量控制方式的變頻器。無速度傳感器的矢量控制方式，是以磁場定位矢量控制理論為基礎(chǔ)的。為了實現(xiàn)這種控制方式，需要在異步電動機內(nèi)安裝磁通檢測裝置，雖然該理論早就已得到驗證，但在實踐中一直未能得到推廣和應(yīng)用，早期的矢量控制變頻器基本上多是采用轉(zhuǎn)差型矢量控制方式。

現(xiàn)在，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論在變頻調(diào)速技術(shù)中的應(yīng)用，即使不在異步電動機中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在變頻器內(nèi)部通過對某些變量的計算得到與磁通相應(yīng)的量（即現(xiàn)代控制理論中所謂的“觀測器”），并由此得到了所謂的無速度傳感器的矢量控制方式。

無速度傳感器矢量控制方式的基本控制思想是：分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令及檢測值達到一致，從而實現(xiàn)矢量控制。交流變頻調(diào)速

圖2-9所示為無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)框圖。圖中的頻率控制器的作用是對彩率進行適當(dāng)控制，使轉(zhuǎn)矩電流的指令值與實際檢測值一致。圖2-9無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)框圖交流變頻調(diào)速

第二節(jié)直流斬波器掌握直流斬波器的分類及工作原理

一、直流斬波器及其工作方式

直流斬波器是接在直流電源與負載之間，將恒定直流電壓變換為可調(diào)直流電壓的裝置，也可稱為直流一直流變換器。在圖2-10所示的晶閘管直流斬波器中，將晶閘管圖2-10晶閘管直流斬波器交流變頻調(diào)速作為開關(guān)，通過控制其通斷時間的比值，在負載上獲得大小可調(diào)的直流平均電壓Ud。斬波器輸出電壓平均值Ud為：

Ud=uτ/TU式中U-直流電源電壓，V；

T-斬波器的通斷周期，Hz；

τ——斬波器的導(dǎo)通時間，s。由上式可知，只要改變r/T的大小，就可以改變斬波器的直流輸出電壓。因此，降壓型直流斬波器常用的方法有定頻調(diào)寬法、定寬調(diào)頻法和調(diào)頻調(diào)寬法三種。交流變頻調(diào)速

1．定頻調(diào)寬法

圖2-12定頻調(diào)寬定頻調(diào)寬法又稱脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式，這種方法是在保持晶閘管觸發(fā)頻率不變（即周期T不變）的同時，通過改變晶閘管的導(dǎo)通時間r，來改變斬波器的輸出平均電壓值Ud，。如圖2-11所示

2．定寬調(diào)頻法圖2-12定頻調(diào)寬定寬調(diào)頻法又稱脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式，這種方式是在保持晶閘管導(dǎo)通時間r不變的同時，通過改變晶閘管的觸發(fā)頻率(即改變周期T)來改變斬波器的輸出平均電壓值Ud，如圖2-12所示：

3．調(diào)頻調(diào)寬法圖2-12調(diào)頻調(diào)寬調(diào)頻調(diào)寬法又稱混合調(diào)制，這種方法是同時改變晶閘管觸發(fā)頻率和導(dǎo)通時間，來改變斬波器的輸出電壓平均值Ud。如圖2-13所示。交流變頻調(diào)速

二、晶閘管直流斬波器的工作原理晶閘管直流斬波器的換流方式有電壓換流和電流換流兩種。

1．采用電壓換流的晶閘管直流斬波器工作原理采用電壓換流的晶閘管直流斬波器簡化主電路如圖2-14所示。電路中VT1為主晶閘管，以斬波器頻率被定時觸發(fā)；VT2為輔助晶閘管；VT1、VD1、L組成振蕩器電路；VT2、C等組成為關(guān)斷VT1而設(shè)置的換流關(guān)斷電路。電壓換流電路可分為以下幾個工作過程：

(1)圖2-14a所示為接通電源后，電源經(jīng)VT2和負載對電容C充電，Uc逐漸上升。當(dāng)UC上升到接近電源電壓U，而充電電流小于VT2的維持電流時，VT2自然關(guān)斷。2—14a

(2)圖2-14b所示為觸發(fā)主晶閘管VT1使其導(dǎo)通，電源通過VT1給負載供電。同時電容C經(jīng)過導(dǎo)通的VT1、L、VD1構(gòu)成放電振蕩電路，使電容上的電壓先減少，然后反向充電，當(dāng)Uc接近負的電源電壓時，振蕩停止，在此期間VT1維持導(dǎo)通。2—14b交流變頻調(diào)速

(3)需要關(guān)斷VT1時，要觸發(fā)VT2使其導(dǎo)通。在VT2導(dǎo)通后Uc經(jīng)過VT2加在VT1的兩端，使VT1承受反向電壓而關(guān)斷，電動機由二極管VD2續(xù)流。電動機負彰電流通過VT2對電容重新充電，等待下一次對VT1的觸發(fā)。從斬波器的工作過程可知，輸出的是脈沖電壓，其脈沖寬度是通過從VT1觸發(fā)與通到VT2觸發(fā)導(dǎo)通的延時時間來控制的。觸發(fā)電路的延時時間由觸發(fā)電路的延時環(huán)寺來決定。因此，改變觸發(fā)電路延時時間可以改變脈沖寬度，寬度越大，輸出直流電壓耳均值越高；反之越小。

2.采用電流換流的晶閘管直流斬波器工作原理

(1)圖2-15a所示為接通電源后，晶閘管VT1、VT2均未觸發(fā)，電源經(jīng)VD2、】和負載對電容C充電，直到Uc到接近電源電壓U。

(2)圖2-15b所示為主晶閘管VT1被觸發(fā)，電源通過VT1向負載提供電流。榧因VD2反向阻斷，電容C無法放電。

(3)圖2-15c所示為輔助晶閘管VT2被觸發(fā)，電容C經(jīng)過VT2、L構(gòu)成放電振藹電路。使電容上的電壓先減小，然后反向充電，當(dāng)振蕩電路接近于零時，交流變頻調(diào)速VT2自然弓斷。而電容極性改變，為關(guān)斷VT1做好準(zhǔn)備。(4)由于電容極性的改變，如圖2-15d所示，振蕩電流的方向也發(fā)生變化，電流經(jīng)正在導(dǎo)通的VT1抵消原先流過的電流，使VT1的電流逐漸減小并最終關(guān)斷。

(5)當(dāng)振蕩電流抵消了VT1的電流后，又繼續(xù)通過旁路二極管VD1流通，如圖2-15e所示。由于VD1的正向壓降使VT1承受反壓，保證了VT1的可靠關(guān)斷。電動機由VD3開始續(xù)流。

(6)VD1電流過零關(guān)斷后，電源又再次經(jīng)VD2、L和負載對C恒流充電，Uc線性上升，當(dāng)Uc接近電源電壓時充電結(jié)束。交流變頻調(diào)速

圖2-15采用電流換流的晶閘管直流斬波器工作過程a)Uc充電b）VT1觸發(fā)c）VT2觸發(fā)d）VT1關(guān)斷e）VT1可靠關(guān)斷交流變頻調(diào)速第三節(jié)變頻器的分類與應(yīng)用實例

能夠掌握變頻器的分類

能夠正確地使用變頻器

一、變頻器的分類通過對變頻調(diào)速控制方式的分析可知，要實現(xiàn)異步電動機的變頻調(diào)速，需要具有一個電壓、頻率均可調(diào)的變頻裝置。變頻器就是將直流電或工頻交流電變換成頻率可調(diào)的交流電，供給需要變頻的負載。

1．按供電電壓分類低壓變頻器(110V、220V、380V)、中壓變頻器(500V、660V、1140V)和高壓變頻器(3kV、3.3kV、6kV、6.6kV、10kV)。

2．按供電電源的相數(shù)分類單相輸入變頻器和三相輸入變頻器。

交流變頻調(diào)速

3．按變頻過程分類

交一交變頻器和交一直一交變頻器。交一交變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率、電壓可調(diào)的交流，又稱直接式變頻器。由于直接變頻器輸出的最高頻率較低，所以使用于頻率低、容量大的交流供電系統(tǒng)；交一直一交變頻器，則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率和電壓可調(diào)的交流，又稱間接式變頻器，是目前廣泛應(yīng)用的通用型變頻器。

4．通用變頻器分類

(1)按變頻器直流電源的性質(zhì)分為電流型變頻器和電壓型變頻器。電流型變頻器的特點是：中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波。由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流源型（電流型）變頻器。電流型變頻器能夠扼制負載電流頻繁而急劇的變化，常選用于負載電流變化較大的場合。電壓型變頻器的特點是：中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常適用于負載電壓變化較大的場合。交流變頻調(diào)速

(2)按變頻器輸出電壓調(diào)節(jié)方式分為PAM輸出電壓調(diào)節(jié)方式變頻器和PWM輸出電壓調(diào)節(jié)方式變頻器。

(3)按變頻器中逆變器的換流方式分為負載諧振換流和強迫換流。

(4)按變頻器控制方式分為U/f控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式。

(5)按變頻器中使用的電力電子器件分為普通晶閘管和自關(guān)斷功率器件。

(6)按變頻器的性能分為普通型、多功能型和高性能型。1．變頻器的選擇通用變頻器的選擇包括變頻器的形式選擇和容量選擇兩個方面，總的原則是首先保證可靠地實現(xiàn)工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。

根據(jù)控制功能可將通用變頻器分為三種類型：普通功能型U/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的多功能型U/f控制變頻器（也稱無跳閘變頻器）和矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負載的要求進行，對于風(fēng)機、泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負載轉(zhuǎn)矩較小，通?？蛇x擇普通功能型的變頻器；對于恒轉(zhuǎn)矩類負載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機械，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的多功能型變頻器則是比較理想的，因為這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機械特性硬度大，不怕負載沖擊，具有挖土機特性。也有采普通功能型變頻器的例子。為了實現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大變頻器容量辦法；對于要求精度高、動態(tài)性能好、響應(yīng)快的生產(chǎn)機械（如造紙機械、軋鋼機等），采用矢量控制高性能型通用變頻器。交流變頻調(diào)速大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可驅(qū)動電動機功率和額定容量，中后兩項由變頻器生產(chǎn)廠家按國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的電動機給出，或隨變頻器輸出電而降低，都很難確切表達變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一反映半導(dǎo)體變頻裝置負載能力的關(guān)鍵物理量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細了解設(shè)備的工藝況及電動機參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動機的額定電流要大于普通籠型異步電機的額定電流。冶金工業(yè)常用的輥道用電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動大多是多電動機傳動，應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負載總電均不超過變頻器的額定電流。

交流變頻調(diào)速

2．通用變頻器的應(yīng)用實例目前，絕大多數(shù)燃燒控制系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實現(xiàn)的，這種風(fēng)調(diào)節(jié)方式不但使風(fēng)機的效率降低，也使很多能量白白消耗在擋板上。如果在鍋爐的送機和引風(fēng)機上采用變頻器進行無級調(diào)速，可以節(jié)約能量，提高鍋爐燃燒控制水平，增經(jīng)濟效益。這里以三菱FRF540型通用變頻器在鍋爐風(fēng)機節(jié)能控制上的應(yīng)用為例進行介紹900kW40型RS-485PID菱公司生產(chǎn)的風(fēng)機、水泵類專用變頻器’功率從o．75千瓦到900kW，內(nèi)置RS-485、PID功能，可通過選件實現(xiàn)制動等其他功能。

(1)特點。FRF540變頻器是一種交一直一交型變頻器。其主電路使用二極管整流電路，將輸入的三相交流電變換為直流電，使用電容進行濾波，所以它是一種電壓型變頻器。逆變器采用脈寬調(diào)制方式進行變頻，并在變頻的同時可進行變壓。該變頻器具有下優(yōu)點：

交流變頻調(diào)速

1)采用最適磁通控制方式，可實現(xiàn)更高節(jié)能運行，使電動機效率得到最大幅度的提高.

2)輸出頻率調(diào)節(jié)范圍從0～120Hz。3)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可以從OV一直調(diào)到主電源電壓。

4)內(nèi)置PID、變頻器／工頻切換和多泵循環(huán)運行功能。

5)柔性PWM，實現(xiàn)更低噪聲運行。

6)內(nèi)置RS-485通信口。

7)75kW以上隨機帶直流電抗器。

(2)FRF540型變頻器的接線。FRF540型變頻器接線圖如圖2-16所示。

1)主回路端子說明。主回路各端子名稱和作用見表2-1。

2)控制回路端子說明?？刂苹芈犯鞫俗用Q和作用見表2-2。

(3)FRF540型變頻器的操作面板。FRF540型變頻器的操作面板如圖2-17所，F(xiàn)RF540型變頻器的操作面板上各按鍵的名稱和作用見表2-3，各顯示信號的說見表2-4。機械工業(yè)出版社全國技工院?！笆濉毕盗幸?guī)劃教材交流變頻調(diào)速

交流變頻調(diào)速交流變頻調(diào)速交流變頻調(diào)速

交流變頻調(diào)速

LED×4位【模式】鍵[設(shè)置】鍵

【增，減】鍵顯示說明顯示說明

Hz顯示頻率時燈亮

PU

PU操作時燈亮

A顯示電流時燈亮

EXT外部操作模式時燈亮

V顯示電壓時燈亮

FWD正轉(zhuǎn)時閃燈爍

MON監(jiān)視顯示模式時燈亮

REV反轉(zhuǎn)時閃燈爍表2—4各顯示信號的說明按鍵說明

MODE可用于選擇操作模式或設(shè)定模式

SET用于確定頻率和參數(shù)的設(shè)定▲／V用于連續(xù)增加／降低運行頻率，按下這個鍵可改變頻率或設(shè)定參數(shù)

FWD用于給出正轉(zhuǎn)指令

REV用于輸出反轉(zhuǎn)指令

STOP/RESET用于停止運行或保護功能動作輸出停止時復(fù)位變頻器

FRF540型變頻器的操作面板上各按鍵的名稱和作用簡單模式參數(shù)設(shè)定P1:上限頻率P2：下限頻率P3：基準(zhǔn)頻率P4：多速段（高）P5：多速段（中）P6：多速段（低）P7：加速時間P8：減速時間P13：啟動頻率P40：RUN旋轉(zhuǎn)方向鍵選擇

0-正轉(zhuǎn)

1-反轉(zhuǎn)P79：運行模式選擇0-外部/PU切換模式

1-PU運行模式固定

2-外部運行模式固定

1.將控制方式設(shè)為外部（EXT）。2.閉合正向啟動開關(guān)（SFT）或反向啟動開關(guān)（STR）電動機轉(zhuǎn)動。3.調(diào)節(jié)電位器改變電動機轉(zhuǎn)動頻率。外部啟動控制，調(diào)節(jié)電位器改變電動機轉(zhuǎn)動頻率外部啟動控制，多段速頻率調(diào)節(jié)1.將控制方式設(shè)為外部（EXT）。2.閉合正向啟動開關(guān)（SFT）或反向啟動開關(guān)（STR）電動機轉(zhuǎn)動。3.閉合高速（RH）或中速(RM)或低速(RL)開關(guān)改變電動機轉(zhuǎn)動頻率。交流變頻調(diào)速

(4)變頻器風(fēng)機節(jié)能控制

1)系統(tǒng)主電路。在鍋爐風(fēng)機控制系統(tǒng)中有兩臺電動機和一臺鼓風(fēng)機，另一臺鼓風(fēng)機備用，當(dāng)鼓風(fēng)機出現(xiàn)故障或需要定期檢修時，備用鼓風(fēng)機馬上投入，不使鍋爐停爐。兩臺鼓風(fēng)機均由變頻器驅(qū)動，并且當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，可自動實現(xiàn)變頻／工頻切換。主電路圖如圖2-18所示。圖中，Ml為鼓風(fēng)電動機，M2為備用鼓風(fēng)電動機，QA為自動開關(guān)，KM1、KM2、KM3、KM4均為接觸器，其中KM1與KM3用于切換備用泵，KM2與KM4用于進行變頻／工頻切換。KH1、KH2為熱繼電器。

2)變頻器的運行①面板操作轉(zhuǎn)換為外部操作?！O(shè)置Pr.79=0（出廠設(shè)定），按MODE鍵，到面板‘顯示JOG時，按上升鍵，出現(xiàn)OP.nd時，PU燈熄滅，EXT燈亮，表明切換成功。再按MODE鍵，當(dāng)面板上顯示0.00Hz時，MON燈亮，這時已返回頻率監(jiān)視狀態(tài)。

圖2-18鍋爐風(fēng)機控制系統(tǒng)主電路交流變頻調(diào)速

②頻率設(shè)定方式選擇。Pr.902=1為電壓設(shè)定方式，此時，在控制端口2端接入O～5V的直流電壓，可以使電動機在0～60Hz頻率范圍內(nèi)工作，出廠設(shè)置為OV、OHz;Pr.904-1為電流設(shè)定方式，此時，在控制端口2接人0～20mA的直流電流，可以使電動機在0～60Hz頻率范圍內(nèi)工作，出廠設(shè)置為4mA、OHz。

3．調(diào)試步驟最常見和最嚴(yán)重的故障往往出現(xiàn)在調(diào)試過程中，調(diào)試時應(yīng)謹(jǐn)慎細心，調(diào)試步驟如下：(1)檢查接線是否正確。安裝接線時，人多手雜，現(xiàn)場情況復(fù)雜，特別是當(dāng)接線工作不是由調(diào)試者做的時候，一定要仔細檢查接線是否正確，留意變頻器輸出端不能接電容器、電感器等除電動機外的其他負載。

(2)不帶負載，啟動變頻器，設(shè)定運行參數(shù)，加速／減速時間可選經(jīng)驗值。

(3)將變頻器設(shè)定在手動和面板控制狀態(tài)，啟動變頻器，逐漸加大運行頻率。

(4)接上負載，啟動變頻器，將變頻器運行在10Hz，觀察電動機轉(zhuǎn)向是否正確。若不對，則停止運行后，掉換電動機接線的相序。(5)讓變頻器從零逐漸增大到最大轉(zhuǎn)速’確認(rèn)變頻器與電動機配合是否恰當(dāng)口注意，不允許變頻器電流超過電動機額定電流值。

交流變頻調(diào)速

(6)停止變頻器運行，將變頻器設(shè)置為電壓顯示模式.觀察變頻器減速過程中是否出現(xiàn)直流過壓。如出現(xiàn)，則加大減速時間。若減速時電流較小，則可縮短減速時間參數(shù)。

(7)將變頻器設(shè)置為電壓顯示模式。設(shè)定最大運行頻率，啟動變頻器，觀察加速過．程中的輸出電流。若出現(xiàn)電流過大，則需延長加速時間參數(shù)，若加速時電流較小，則可縮短加速時間參數(shù)。

(8)將變頻器設(shè)定在自動控制狀態(tài)，鎖定變頻器運行參數(shù)，系統(tǒng)即調(diào)試完畢。

4．變頻器使用的注意事項

(1)工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的元器件，極易受到工作溫度的影響。產(chǎn)品溫度一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。

(2)環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。

交流變頻調(diào)速

(3)腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印制電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。在這種情況下，應(yīng)把控制箱制成封閉式結(jié)構(gòu)，并進行換氣。

(4)振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗振橡膠墊固定控制柜內(nèi)外電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動的元器件。設(shè)備運行一段時間后，應(yīng)對其進行檢查和維護。

(5)防止電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，在周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)應(yīng)該選用具有金屬外殼，從而屏蔽掉變頻器的干擾，所有的弱電單元均應(yīng)可靠接地。除此之外，各元器件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。

(6)防止輸入端過電壓。變頻器電源輸入端往往有過電壓保護，但是，如果輸入端高電壓作用時間長，會使變頻器輸入端損壞。因此，在實際運用中，要核實變頻器的輸交流變頻調(diào)速入電壓、單相還是三相以及變頻器使用的額定電壓。特別是電源電壓極不穩(wěn)定時要有穩(wěn)壓設(shè)備，否則會造成嚴(yán)重后果。(7)接地。變頻器正確接地是提高控制系統(tǒng)靈敏度、抑制噪聲能力的重要手段，變頻器接地端子E(G)接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線截面積應(yīng)不小于2mm2，長度應(yīng)控制在20m以內(nèi)。變頻器的接地必須與動力設(shè)備接地點分開，不能共地。信號輸入線的屏蔽層應(yīng)接至E(G)上，其另一端絕不能接于地端，否則會引起信號變化波動，使系統(tǒng)振蕩不止。變頻器與控制柜之間應(yīng)電氣連通，如果實際安裝有困難，可利用銅芯導(dǎo)線跨接。

(8)防雷。在變頻器中，一般都設(shè)有雷電吸收網(wǎng)絡(luò)，主要防止瞬間的雷電侵入，避免使變頻器損壞。但在實際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，單靠變頻器的吸收網(wǎng)絡(luò)是不能滿足要求的。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要。如果電源是架空進線，在進線處裝設(shè)變頻專用避雷器（選件），或有按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠處預(yù)埋鋼管做專用接地保護。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備，實踐表明，這一方法基本上能夠有效解決雷擊問題。交流變頻調(diào)速單元考核要點考核類別考核范圍考核點重要程度交流變頻調(diào)速的基本控制方式★交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律★理論知識自動控制知識直流斬波器的分類及工作原理★★變頻器的分類★變頻器的選擇★★★操作技能設(shè)計、安裝與調(diào)試變頻器的使用★★★交流變頻調(diào)速單元測試題一、填空題（請將正確的答案填在橫線空白處）

1．三相異步電動機變頻調(diào)速的控制方式有____、____和——控制方式三種。

2．恒壓頻比控制方式，相當(dāng)于直流電動機__調(diào)速的情況，屬于（）調(diào)速

3．恒流變頻調(diào)速控制方式就是要求在電動機變頻調(diào)速過程中保持定子——為一恒值。恒流變頻系統(tǒng)的過載能力____，只適用于負載——的場合。

4．恒功率控制方式，相當(dāng)于直流電動機____調(diào)速的情況；屬于近似一調(diào)速。

5．變頻調(diào)速系統(tǒng)中輸出電壓的調(diào)節(jié)方式有____調(diào)制方式與——調(diào)制方式。

6．直流斬波器是接在____與一之間，將恒定直流電壓變換為一的裝置，也可稱為直流一直流變換器。

7．晶閘管直流斬波器的換流方式有____換流和----換流兩種。

8．變頻器按供電電壓分為____變頻器、____變頻器、——變頻器。

9．變頻器按供電電源的相數(shù)分為____變頻器和__—變頻器。

10.變頻器按變頻過程分為____變頻器和____變頻器。

11.變頻器的輸出端不允許接____，也不允許接__—電動機。

12.矢量控制方式包括____矢量控制方式和__—的矢量控制方式兩種。交流變頻調(diào)速

二、判斷題（下列判斷正確的請打“√”，錯誤的打“×”）

1．直流斬波器可以把直流電源的可調(diào)電壓變?yōu)楣潭ǖ闹绷麟妷狠敵觥?)2．?dāng)夭ㄆ鞯亩l調(diào)寬工作方式，是保持?jǐn)夭ㄆ魍〝囝l率不變，通過改變電壓脈沖的寬度來改變輸出電壓平均值。()3．變頻調(diào)速性能優(yōu)異、調(diào)速范圍大、平滑性好、低速特性較硬，是籠型轉(zhuǎn)子異步電動機的一種理想調(diào)速方法。()4．異步電動機的變頻調(diào)速裝置功能是將電網(wǎng)的恒壓恒頻交流電變換為變壓變頻交流電，對交流電動機供電，實現(xiàn)交流無級調(diào)速。()5．在變頻調(diào)速時，為了得到恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性，應(yīng)盡可能地使電動機的磁通Φ保持額定值不變。()6．變頻調(diào)速時，應(yīng)保持電動機定子供電電壓不變，僅改變其頻率即可進行調(diào)速。

()7．交一交變頻器把工頻交流電整流為直流電，然后再由直流電逆變?yōu)樗桀l率的交流電。()

交流變頻調(diào)速

二、判斷題（下列判斷正確的請打“√”，錯誤的打“×”）

1．直流斬波器可以把直流電源的可調(diào)電壓變?yōu)楣潭ǖ闹绷麟妷狠敵觥?)2．?dāng)夭ㄆ鞯亩l調(diào)寬工作方式，是保持?jǐn)夭ㄆ魍〝囝l率不變，通過改變電壓脈沖的寬度來改變輸出電壓平均值。()3．變頻調(diào)速性能優(yōu)異、調(diào)速范圍大、平滑性好、低速特性較硬，是籠型轉(zhuǎn)子異步電動機的一種理想調(diào)速方法。()4．異步電動機的變頻調(diào)速裝置功能是將電網(wǎng)的恒壓恒頻交流電變換為變壓變頻交流電，對交流電動機供電，實現(xiàn)交流無級調(diào)速。()5．在變頻調(diào)速時，為了得到恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性，應(yīng)盡可能地使電動機的磁通①保持額定值不變。()6．變頻調(diào)速時，應(yīng)保持電動機定子供電電壓不變，僅改變其頻率即可進行調(diào)速。

()7．交一交變頻器把工頻交流電整流為直流電，然后再由直流電逆變?yōu)樗桀l率的交流電。()

交流變頻調(diào)速8．交一直一交變頻器將工頻交流電經(jīng)整流器變換為直流電，經(jīng)中間濾波環(huán)節(jié)后，再經(jīng)逆變器變換為變頻變壓的交流電，故稱為間接變頻器。()9．直流斬波器是應(yīng)用于直流電源方面的調(diào)壓裝置，但輸出電壓只能下調(diào)。()10.采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)矢量變換控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)基本上能達到直流雙閉環(huán)調(diào)速系()

統(tǒng)的動態(tài)性能，因而可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)。()11.變頻器的輸出不允許接電感性負載。三、單項選擇題（下列每題的選項中只有1個是正確的，請將其代號填在橫線空白處）

1．在變頻調(diào)速時，若保持恒壓頻比(U/f=常數(shù))，可實現(xiàn)近似——。

A．恒功率調(diào)速B．恒效率調(diào)速c．恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速D．恒電流調(diào)速

2．當(dāng)電動機在額定轉(zhuǎn)速以上變頻調(diào)速時，要求——，屬于恒功率調(diào)速。

A．定子電源頻率可任意改變．B．‘定子電壓為額定值

C．維持U/f=常數(shù)D．定子電流為額定值

3．交一直一交變頻器主電路中的濾波電抗器的功能是——。

A．將充電電流限制在允許范圍內(nèi)B．當(dāng)負載變化時使直流電壓保持平穩(wěn)

C．濾平全波整流后的電壓紋波D．當(dāng)負載變化時使直流電流保持平穩(wěn)交流變頻調(diào)速

4．在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)頻時須同時調(diào)節(jié)定子電源的——，在這種。隋況下機械特性平行移動，轉(zhuǎn)差功率不變。

A．電抗B．電流c．電壓D．轉(zhuǎn)矩5．變頻調(diào)速系統(tǒng)在基速以下一般采用——的控制方式。

A．恒磁通調(diào)速B．恒功率調(diào)速c．變阻調(diào)速n調(diào)壓調(diào)速6．電壓型逆變器采用電容濾波，電壓較穩(wěn)定，——，調(diào)速動態(tài)響應(yīng)較慢，用于多電動機傳動及不可逆系統(tǒng)。

A．輸出電流為矩形波B．輸出電壓為矩形波

C．輸出電壓為尖脈沖D．輸出電流為尖脈沖7．變頻器所允許的過載電流以——來表示。

A．額定電流的百分?jǐn)?shù)B．額定電壓的百分?jǐn)?shù)

c．導(dǎo)線的截面積D．額定輸出功率的百分?jǐn)?shù)交流變頻調(diào)速

8．變頻器的頻率設(shè)定方式不能采用——。

A．通過操作面板的加速／減速按鍵來直接輸入變頻器的運行頻率

B．通過外部信號輸入端子來直接輸入變頻器的運行頻率

C．通過測速發(fā)電機的兩個端子來直接輸入變頻器的運行頻率

D．通過通信接口來直接輸入變頻器的運行頻率9．變頻調(diào)速系統(tǒng)中的變頻器一般由——組成。

A．整流器：濾波器、逆變器B．放大器、濾波器、逆變器

C．整流器、濾波器D．逆變器四、簡答題1．什么是斬波器？斬波器有哪幾種工作方式？2．變頻調(diào)速時，為什么常采用恒壓頻比(U/，一常數(shù))的控制方式？3．三相異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)有何優(yōu)缺點？4．選擇變頻器驅(qū)動電動機時，應(yīng)考慮哪些問題？5．變頻調(diào)速系統(tǒng)一般分為哪幾類？交流變頻調(diào)速6．通用變頻器一般分為哪幾類？在選用通用變頻器時主要按哪些方面進行考慮？7.頻器的選擇包括哪些內(nèi)容．五、技能題交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的安裝與調(diào)試1．操作準(zhǔn)備（由鑒定所準(zhǔn)備）序號名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量備注

1交流變頻器實驗裝置

YL-F500型套

1

2按鈕

LA4-3H型個

2

3三相異步電動機

Y-132S-4型臺

1

4組合開關(guān)

HZ10-25/3型個

1

5電位器

1/2W、1kfl個

1

6塑料絕緣銅線

RV-1.5RV-1.o

m若干交流變頻調(diào)速

2．操作要求根據(jù)給定的設(shè)備和儀器儀表，在規(guī)定時間內(nèi)完成設(shè)計、接線、調(diào)試等工作，達到考題規(guī)定的要求。3．操作時限60min。4．配分及評分標(biāo)準(zhǔn)序號

作業(yè)項目

考核內(nèi)容配分

評分標(biāo)準(zhǔn)元器件質(zhì)量、外觀檢查

10漏檢每處扣2分

1檢查電動機外觀質(zhì)量檢查

5漏檢每處扣5分安裝不牢固每處扣2分元器件的安裝