變頻器技術(shù)基礎(chǔ) 及應(yīng)用(補充）

1、變頻器技術(shù)基礎(chǔ) 及應(yīng)用（補充）,武漢港迪公司,1 交流調(diào)速系統(tǒng)概 1.1交流調(diào)速系統(tǒng)的特點 1.2交流調(diào)速常用的調(diào)速方案及其性能比較 1.3交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1.4變頻調(diào)速在起重機上的應(yīng)用,變頻調(diào)速系 6 2.1變頻調(diào)速的基本控制方式及特性 2.2矢量控制的基本思想 2.3變頻器的基本構(gòu)成 2.4變頻器的起動狀態(tài) 2.5變頻器的制動狀態(tài), 變頻器的應(yīng)用 3.1變頻器容量的計算 3.2變頻器的外圍設(shè)備及其選擇 3.3日本安川公司616G5A變頻器簡介 4變頻調(diào)速技術(shù)在港口起重機上的應(yīng)用特30 ,1,第1節(jié)， 變頻器技術(shù)的發(fā)展動向 變頻器進入實用期已超過了14個世紀(jì)，在此期間，作為變頻器技術(shù)

2、基礎(chǔ)的電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)都經(jīng)歷丁飛躍性的發(fā)展， 隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越采越高，體積越來越小，而廠家 用仍然在不斷地為實現(xiàn)變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化而做著新的努力。從技術(shù)方面來看，隨著變頻器市場 的進一步擴大，今后變頻器技術(shù)將會隨著與交頻器有關(guān)的技術(shù)的發(fā)展在下面幾個方面進一步得到發(fā)展： (1)大容量和小體積化， (2)高性能和多功能化，(3)易操作性的提高， (4)壽命和可靠性增加， (5)無公害化,大容量化和小體積化將會隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展而不斷得到發(fā)展。近年來，采用電壓驅(qū)動的電力半導(dǎo)體器件IGBT （Is

3、olated Gate Bipolar Transistor，隔離門極雙極晶體管）發(fā)展很快，并在迅速進入傳統(tǒng)上使用BJT(雙極功率晶體管)和 功率MOSFET場效應(yīng)管的各種領(lǐng)域。此外，以IGBT為開關(guān)器件的IPM(Intelligent Power Module，智能功率模塊)和 單片功率IC芯片也在不斷得到發(fā)展。由于IPM和單片功率IC芯片將功率開關(guān)器件與驅(qū)動電路，保護電路等集成在同一 封裝內(nèi)，具有高性能和可靠性好的優(yōu)點，所以隨著它們在大電流化和高耐壓化方面的發(fā)展，必將在中小型變頻器中得 到更加廣泛地應(yīng)用。,隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，用于變頻器的CPU和半導(dǎo)體器件以及各種傳感器的性能

4、越來越高。而隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速理論日益成熟，現(xiàn)代控制理論也在不斷得到新的應(yīng)用。這些都為進一步提高變頻器的性能提供了條件。此外，隨著變頻器的進一步推廣應(yīng)用，用戶也在不斷提出各種新的要求，促使變頻器的生產(chǎn)廠家不斷地在提高變頻器性能和增加變頻器功能方面作出新的努力，以滿足用戶的需要和爭取在激烈的市場競 爭中立于不敗之地。 隨著變頻器市場的不斷擴大，如何進一步提高變頻器的易操作性，使普通的技術(shù)人員甚至非技術(shù)人員也能很快掌握變頻器的使用技術(shù)已經(jīng)成為廠家必須考慮的問題。因為只有容易操作的產(chǎn)品才能夠不斷獲得新的用戶，并進一步擴大市場，所以今后的新型變頻器將更加容易操作。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和電

5、力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器中所使用的各種元器件的壽命和可靠性都在不斷提高，這些都將使變頻器本身的壽命和可靠性進一步增加。 近年來，人們對環(huán)境問題非常重視，并因此而出現(xiàn)了“綠色產(chǎn)品”的名稱。因此，對于變頻器來說，也必須考慮其對周圍環(huán)境的影響。,在變頻器推廣應(yīng)用的初期，噪聲問題曾經(jīng)是一個比較大的問題。隨著IGBT的低噪聲變頻器的出現(xiàn)，這個問題已經(jīng)基本上得到了解決。但是，隨著噪聲問題的解決，人們的目光又轉(zhuǎn)向了變頻器對周圍環(huán)境的其它影響并在不斷探索新的解決辦法。例如，對于采用了二極管整流電路和電壓形PWM逆變電路的變頻器來說，變頻器本身造成的高次諧波將給電源電壓和電流帶來畸變，并影響接于同一電源的其它設(shè)

6、備。但是，通過在變頻器中采用PWM整流電路，就可以基本上解決這個問題。雖然因為價格和控制技術(shù)等方面的原因目前采用PWM整流電路的變頻器尚未得到推廣，但是，隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展和人們對環(huán)境問題的重視，不斷減少變頻器對環(huán)境的影響直至推出真正的無公害變頻器也已經(jīng)成為大勢所趨。,1，1主控制電路 變頻器主控制電路的中心是一個高性能的微處理器，并配以PROM、RAM、ASIC芯片和其它必要的周邊電路，它通過A / D、DA等接口電路接收檢測電路和外部接口電路送來的各種檢測信號和參數(shù)設(shè)定值，利用事先編制好的軟件進行必要的處理，并為變頻器的其它部分提供各種必要的控制信號或顯示信息。例如，在一個通用變頻器中主

7、控制電路主要完成以下任務(wù)：,(1)輸入信號的處理。變頻器的輸入信號包括頻率(速度)指令信號和運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的操作控制信號。 變頻器的頻率(速度)輸入指令信號有兩種：模擬指令信號： 010V的電壓指令信號或420mA的電流指令信號。數(shù)字指令信號；來自RS232C、RS485或數(shù)字接口電路卡(通常為選件)等的數(shù)字信號。 上述模擬指令信號經(jīng)過AD變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后送入微處理器，而數(shù)字信號則經(jīng)過絕緣放大器后被送入微處理器。此外，運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及保護電路的復(fù)位信號等順序控制信號通常也采取光耦絕緣方式送入微處理器。,(2)加減速速率調(diào)節(jié)功能。外部設(shè)定頻率指令通常是如圖320a所示的階

8、躍型信號。為了使變頻器和電動機能夠適應(yīng)這樣的突變信號，以達(dá)到在抑止變頻器電流突變的同時減少機械系統(tǒng)所受沖擊的目的，就要求變頻器具有自動將階躍信號類的突變信號轉(zhuǎn)換為如圖320b所示的變化較小的頻率(速度)指令的功能。這就是變頻器的加減速速率調(diào)節(jié)功能。,加減速速率調(diào)節(jié)功能的基本作用是，對于圖320a所示的指令變化，使電動機按照事先設(shè)定的加速時間TA和減速時間TD沿直線進行加減速，如圖320b所示。 此外，為了使加減速過程更加平滑，新型變頻器都還具有S形加減速功能。所謂S形加減速功能指得是使電動機在加速和減速的初始段具有如圖320b中心線所示的弧形曲線，以達(dá)到進一步減少機械系統(tǒng)沖擊的目的。這種S形加

9、減速功能還可以通過對ts1ts4等時間的設(shè)定進行調(diào)節(jié)。,(3)運算處理。在變頻器中，各種所需的算法已經(jīng)被事先存儲在控制電路的PROM中，并在工作過程中被調(diào)用。在進行Vf控制時，運算電路輸出一個與加減速調(diào)節(jié)器的輸出信號(實際的頻率指令)相對應(yīng)的電壓信號，而在進行轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制時，則根據(jù)所選控制方式進行各種必要的運算后輸出相應(yīng)的電壓信號。此外，運算電路還可以進行各種和保護功能有關(guān)的計算，并根據(jù)需要輸出各種保護信號，為變頻器或電動機提供保護。 (4)PWM波形的演算。在PWM控制變頻器中，PWM波的生成方式有兩種，利用專用電路(如PAL或GAL)生成或由CPU經(jīng)過計算后直接生成。由于后者的方

10、式更加靈活，隨著變頻器采用的CPU性能的提高，后者已經(jīng)逐漸成為主流。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，新型變頻器的控制電路中以高性能微處理器和用戶特制的LSI為中心的DDC控制方式已經(jīng)成為主流，進一步提高了控制性能，增強了功能和可靠性。為了滿足變頻器的各種特殊需要，目前各大變頻器廠家都有自己專用的ASIC芯片。這些芯片將變頻器控制中所需要的各種功能集中在一起(有的還包括DSP的功能)，從而達(dá)到了增強功能，縮小體積，提高可靠性的目的。而且，隨著微處理器性能的提高，過去由硬件電路實現(xiàn)的許多功能現(xiàn)在都改為由軟件來完成，因而大大降低了成本，并提高了可靠性。此外，為了進步提高變頻器的運算處理能力，在某些矢量控制變

11、頻器中還采用了雙CPU結(jié)構(gòu)，專門 用一個CPU進行矢量控制所需要的各種計算。,1，2，主電路驅(qū)動電路 在一般情況下，主電路驅(qū)動電路指的是逆變電路的基極或門板驅(qū)動電路，而對于帶有電源回饋功能的大容量變頻器來說，主電路驅(qū)動電路還包括對整流電路的控制電路?；鶚O或門極驅(qū)動電路的主要作用是為變頻器逆變電路的換流器件提供驅(qū)動信號。當(dāng)逆變電路的換流器件為晶體管時，稱為基極驅(qū)動電路，而當(dāng)逆變電路的換流器件為IGBT、晶閘管或GTO時，稱為門極驅(qū)動電路?；鶚O(門極)驅(qū)動電路的動作和功能因主電路的半導(dǎo)體換流器件而異，并具有以下的特征： (1)對于功率晶體管、IGBT和功率MOSFET來說，為了達(dá)到快速關(guān)斷換流器件

12、的目的，需要設(shè)置施加反向電壓(電流)的回路。 (2)由于晶閘管不具有自我關(guān)斷的能力，所以門極驅(qū)動電路非常簡單。 (3)對于GTO來說，由于需要為門極提供反向電流才能夠關(guān)斷器件，所以電路較為復(fù)雜。 表31給出了驅(qū)動電路的一些例子。,1，3，信號檢測電路 檢測電路的主要作用是將變頻器和電動機的工作狀態(tài)反饋至微處理器，并由微處理器按照事先確定的算法進行處理后為各部分電路給出所需的控制信號或保護信號，以達(dá)到控制變頻器輸出和為變頻器及電動機提供必要的保護的目的。 在通用變頻器中，檢測電路主要包括直流電壓檢測電路、電流檢測電路、輸出電壓檢測電路、給變頻器和電動機提供電子熱保護所需要的溫度檢測電路。而在矢量

13、控制變頻器中則除了上述檢測電路之外，還包括速度檢測電路、磁通檢測電路等。 在電流和電壓的檢測方面所用的檢測器件主要是霍爾元件。這是因為霍爾元件無論對直流信號還是交流信號都可以給出線性度很好的檢測輸出信號，便于進行高精度的控制，所以得到了廣泛的應(yīng)用。 目前變頻器控制回路都已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化，所以在轉(zhuǎn)速檢測方面多采用光碼盤或磁碼盤進行檢測，并在變頻器內(nèi)部通過算法處理得到電動機的實際轉(zhuǎn)速。 變頻器的溫度檢測通常包括電動機轉(zhuǎn)子電阻的溫度檢測和變頻器本身的異常溫升檢測。由于熱敏電阻可以對溫度的連續(xù)變化進行檢測，所以被用于檢測異步電動機轉(zhuǎn)子電阻的溫度變化，以便根據(jù)檢測結(jié)果進行必要的補償。而雙金屬片式的熱傳感

14、器則被用來檢測變頻器散熱片的溫升，以便在變頻器因過載而發(fā)生異常溫升時對主電路半導(dǎo)體換流器件進行保護。,1，4， 保護電路 保護電路的主要作用是由微處理器對檢測電路得到的各種信號進行算法處理，以判斷變頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)了異常。當(dāng)檢測到變頻器 或系統(tǒng)的異常時， 則進行各種必要的處理，包括停止變頻器的輸出，以對變頻器和系統(tǒng)提供保護。 當(dāng)按照保護功能的目的考慮時，變頻器的保護功能可以分為對變頻器本身的保護，對驅(qū)動電動機的保護和對系統(tǒng)的保護三個方面的內(nèi)容。 其中變頻器本身 的保護由變頻器自身完成，而對驅(qū)動電動機的保護和對系統(tǒng)的保護則需要用戶根據(jù)負(fù)載和外部環(huán)境 設(shè)置必要的工作條件。下面我們就介紹一下變

15、頻器對其自身的各種保護功能。 變頻器對其自身的保護功能主要包括以下內(nèi)容： (1)瞬時過電流保護。當(dāng)變頻器輸出端由于對電動機進行直接起動，相間短路或?qū)Φ囟搪返仍蚨霈F(xiàn)過大的電流峰值，并有可能超過主電 路換流器件的容 許值時，變頻器將關(guān)斷主電路換流器件并停止輸出。 上述過電流保護的電流峰值通常設(shè)為變頻器額定電流的200，當(dāng)變頻器輸出電流的瞬時值超過此電流時，則保護功能動作。,變頻器輸出的50時，該保護功能將起作用，停止變頻器的輸出。而對地短路的(2)對地短路保護。當(dāng)檢測出變頻器輸出電路對地短路，并且該短路電流超過檢測則是通過檢測變頻器輸出電流的不平衡成分，并經(jīng)過CPU的計算而完成的。該功能的作用

16、主要是為了保護變頻器和保證人身安全。當(dāng)以防止火災(zāi)等為目的時，需要另外連接漏電保護繼電器或漏電保護空氣開關(guān)。 (3)過電壓保護。當(dāng)使電動機以比自然減速更快的速度減速，或在起重機、電梯等負(fù)轉(zhuǎn)矩負(fù)載的場合，直流中間電路的電壓將由于回饋能量而上升。過電壓保護功能的作用就是，當(dāng)直流中間電路的直流電壓超過過電壓規(guī)定值時停止變頻器輸出，以避免主電路換流器件因過電壓而燒毀。 過電壓規(guī)定值因廠家不同而不同，通常200V級的晶體管變頻器為400V，而400V級時則為800V。在必要時可查看廠家提供的用戶手冊或技術(shù)手冊。 但是，應(yīng)該注意，對于錯誤地在輸入端施加過高電壓的情況，該功能并不能提供保護。,(4)欠電壓保護

17、。當(dāng)變頻器的供電電源電壓降低時，直流中間電路的電壓將會下降，從而使變頻器輸出電壓過低，并造成電動機輸出轉(zhuǎn)矩不足和過熱現(xiàn)象。而欠電壓保護功能的作用就是，在檢測到直流中間電路的直流電壓出現(xiàn)規(guī)定時間以上的電壓過低現(xiàn)象時使變頻器停止工作，以避免變頻器出現(xiàn)因控制電路電壓不足而造成的誤動作。此外，當(dāng)變頻器檢測到電壓不足并進行了欠電壓保護時，變頻器的全部保護功能也將自動復(fù)位。 欠電壓的規(guī)定值也因廠家不同而不同。通常200V級的晶體管變頻器為200V，而400V級時則400V。在必要時可查看廠家提供的用戶手冊或技術(shù)手冊。 當(dāng)電源出現(xiàn)瞬間停電時，直流中間電路的電壓也將下降，并可能出現(xiàn)欠電壓的現(xiàn)象。為了使系統(tǒng)在出

18、現(xiàn)這種情況時仍能繼續(xù)正常工作而無需停止運行，新型的高性能變頻器都電再起動功能。當(dāng)停電時間在2s以內(nèi)時，如果變頻器及系統(tǒng)沒有出現(xiàn)異常，變頻器將自動復(fù)位并重新起動，進入正常工作狀態(tài)。在這種情況下，變頻器不向集中報警輸出端子輸出報警信號也不影響系統(tǒng)的正常工作。,(5)變頻器過載保護(電子熱保護)。當(dāng)變頻器的輸出電流處于110115額定電流左右的過載狀態(tài)時，變頻器將起動自己的電子熱保護功能，對變頻器主電路的換流器件進行保護。 通常，變頻器的過載保護特性被設(shè)定為當(dāng)變頻器的過電流值為150的額定電流并持續(xù)lmin時，保護功能動作。 (6)散熱片過熱保護。 當(dāng)冷卻風(fēng)扇發(fā)生故障或空氣過濾器發(fā)生堵塞時，散熱片將

19、發(fā)生過熱現(xiàn)象。此時，裝在散熱片上的熱敏繼電器將動作，使變頻器停止工作或給出警報信號，以達(dá)到保護變頻器的目的。 (7)由保險絲進行過電流保護。在晶閘管變頻器中，使用具有快速熔斷特性的保險絲對晶閘管進行保護。而對功率晶體管、IGBT、GTO等具有自我關(guān)斷能力的換流器件來說，為了防止由于換流器件破損而造成更大的損失，也使用保險絲對電路進行保護。 當(dāng)由于濾波電容器、IGBT電路的短路等原因造成主電路直流部分保險絲熔斷時，保護功能起作用。,(8)控制電路異常保護。當(dāng)變頻器在自檢過程中或者工作過程中檢測到控制電路異常，或者在控制電路內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號傳輸錯誤以及元器件故障時，保護功能將起作用，并停止變頻器的輸出，

20、以免造成主電路損壞和給整個系統(tǒng)帶來更大破壞。 控制電路異常主要包括：數(shù)字操作盒連接錯誤，存儲器數(shù)據(jù)寫入異常，數(shù)字操作盒通訊異常，由于外部干擾信號等原因造成CPU異常等。 1，5， 外部接口電路 隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展和變頻器在各種領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，人們開始將變頻器作為控制系統(tǒng)中的一個部件而不是一個設(shè)備看待，并對其提出了更多的要求。因此，隨著變頻器的發(fā)展，其外部接口電路的功能也越來越豐富。 外部接口電路的主要作用就是為了使用戶能夠根據(jù)系統(tǒng)的不同需要對變頻器進行各種操作，并和其它電路一起構(gòu)成高性能的自動控制系統(tǒng)。,變頻器的外部接口電路通常包括以下的硬件電路： (1)順序控制指令輸入電路， (2)頻率

21、指令輸入電路， (3)監(jiān)測信號輸出電路， (4)數(shù)字信號輸入輸出電路。,而變頻器和外部信號的連接則需要通過相應(yīng)的接點或接口進行。這些接點和接口主要有以下內(nèi)容； (1)多功能輸入端子和多功能輸出接點。為了有效地利用有限的輸入端子和輸出接點，在變頻器中采取了可以自由改變這些端子和接點功能的做法，以使變頻器具有更多功能。 (2)多功能模擬輸入輸出信號接點。變頻器的模擬輸入信號主要包括：頻率指令、頻率指令的偏置值、頻率指令的增益、直流制動的電流指令、過轉(zhuǎn)矩檢測值。模擬輸出信號主要包括：輸出電流檢測、輸出頻率檢測。 多功能模擬輸入輸出信號接點的作用就是使操作者可以將上述模擬輸入信號輸入變頻器和利用模擬輸

22、出信號檢測變頻器的工作狀態(tài)。 (3)數(shù)字輸入輸出接口。變頻器的數(shù)字輸入輸出接口主要用于和數(shù)控機床以及PLC的配合使用。其中，數(shù)字輸入接口的作用是使變頻器可以根據(jù)數(shù)控機床或PLC給出的數(shù)字信號指令運行，而數(shù)字輸出接口的作用則主要是通過脈沖計數(shù)器給出變頻器的輸出頻率。 (4)計算機接口。變頻器還具有RS232或RS485的計算機接口。這些接口的主要作用是和計算機或PLC進行通訊，并按照計算機或PLC的指令完成所需的動作。 通常，各個變頻器廠家都備有作為選件的各種接口電路卡。用戶可以根據(jù)自己的需要選用所需選件來為變頻器追加自己所需要的功能。表32給出了某一廠家的部分選件，以供讀者參考。,1，6，數(shù)字

23、操作顯示盒 數(shù)字操作顯示盒也被簡稱為數(shù)字操作盒。它的作用主要是給用戶提供一個良好的人機界面，使變頻器及變頻器控制系統(tǒng)的操作和故障檢測等工作變得更加簡單。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和顯示技術(shù)的提高，數(shù)字操作盒本身變的小巧玲瓏，而隨著變頻器內(nèi)部微處理器性能的提高，數(shù)字操作盒所具有的功能也越來越豐富。用戶可以利用數(shù)字操作盒對系統(tǒng)進行各種運行、停止操作，監(jiān)測變頻器的運行狀態(tài)，顯示故障內(nèi)容及發(fā)生順序，以及根據(jù)系統(tǒng)運行的 需要進行各種參數(shù)的設(shè)定等。,數(shù)字操作盒主要包括以下功能： (1)運行操作。變頻器的運行操作包括運行停止、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、點動、 輸出頻率的設(shè)定等內(nèi)容，這些操作可以通過順序控制信號等外部 給定信號進行，也可

24、以通過變頻器所帶的數(shù)字操作盒進行。 (2)設(shè)定各種內(nèi)部參數(shù)。在新型的數(shù)字變頻器中，由于使用了高性能的 微處理器，內(nèi)部軟件功能非常強，并可以通過數(shù)字操作盒來設(shè)定各 種參數(shù)和選擇各種所需要的功能。雖然變頻器因廠家不同其內(nèi)部參數(shù)的 定義也各不相同，但一般來說，內(nèi)部參數(shù)可以分為兩大類：,1).與運行環(huán)境和功能選擇有關(guān)的參數(shù)。通過設(shè)定這類參數(shù)，可以決定是否選擇進行S形加減速、過轉(zhuǎn)矩檢測和防失速功能等。 2)與變頻器工作方式有關(guān)的參數(shù)。例如，Vf模式和PWM載頻頻率的設(shè)定，轉(zhuǎn)矩提升功能，防失速功能的數(shù)值設(shè)定，加減速調(diào)節(jié)器的時間設(shè)定等控制參數(shù)的設(shè)定。 表33給出了一個通用變頻器的參數(shù)設(shè)定內(nèi)容。,(3)監(jiān)測運

25、行狀態(tài)。操作盒可以顯示出頻率指令、實際的輸出頻率、輸出電壓(指令值)和實際的輸出電壓及輸出電流等各種反映變頻器狀態(tài)的量。 (4)記錄和顯示故障內(nèi)容。當(dāng)變頻器的保護功能動作后，可以通過操作盒顯示故障內(nèi)容及其發(fā)生順序，以便用戶根據(jù)這些信息查找和排除故障。 圖321給出了一個通用變頻器的硬件結(jié)構(gòu)框圖。,1，7， 變頻器的主要功能 隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，變頻器，尤其是高性能通用型變頻器的功能越來越豐富。在本章中我們將以通用型變頻器為例，按其用途將變頻器的主要功能進行分類并加以簡單說明，以便不太熟悉變頻器的讀者了解和掌。 1，7，1 系統(tǒng)所具有的功能,為了構(gòu)成系統(tǒng)，變頻器必須具有以下功能： (1)全區(qū)域

26、自動轉(zhuǎn)矩補償功能。由于電動機轉(zhuǎn)子繞組中阻抗 的作用，當(dāng)采用Vf控制方式時，在電動機的低速區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足的情況。因此，為了在電動機進行低速運行時對其輸出轉(zhuǎn)矩進行補償，在變頻器中采取了在低頻區(qū)域提高 Vf值的方法。這種方法稱為變頻器的轉(zhuǎn)矩補償功能或轉(zhuǎn)矩增強功能。 所謂全區(qū)域全自動轉(zhuǎn)矩補償功能指的是變頻器在電動機的加速、減速和定常運行的所有區(qū)域中可以根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)節(jié)Vf值，對電動機的輸出轉(zhuǎn)矩進行必要的補償。關(guān)于這方面的內(nèi)容，請參考第1節(jié)中有關(guān)內(nèi)容。,(2)防失速功能。變頻器的防失功能包括加速過程中的防失速功能、恒速運行過程中的防失速功能和減速過程中的防失速功能三種。 加速過程中的防失速功能和

27、恒速運行過程中的防失速功能的基本作用是：當(dāng)由于電動機加速過快或負(fù)載過大等原因出現(xiàn)過電流現(xiàn)象時，變頻器將自動降低變頻器的輸出頻率，以避免變頻器因為電動機過電流而出現(xiàn)保護電路動作和停止工作的情況。 對于電壓型變頻器來說，由于在電動機的減速過程中回饋能量將使變頻器直流中間電路的電壓上升，并有可能出現(xiàn)因保護電路動作帶來的變頻器停止工作的情況，減速過程中防失速功能的基本作用是：在電壓保護電路未動作之前暫時停止降低變頻器的輸出頻率或減少輸出頻率的降低速率，從而達(dá)到防止失速的目的。 對于具有上述防失速功能的變頻器來說，因為即使在變頻器的加速或減速時間設(shè)置過短的場合也不會出現(xiàn)過電流，失速或者變頻器跳閘的現(xiàn)象，

28、所以可以充分保證變頻器的驅(qū)動能力的發(fā)揮。 (3)過轉(zhuǎn)矩限定運行。過轉(zhuǎn)矩限定運行功能的作用是對機械設(shè)備進行保護和保證運行的連,續(xù)性。利用該功能可以對電動機的輸出轉(zhuǎn)矩極限值進行設(shè)定，使得當(dāng)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到該設(shè)定時時變頻器停止工作并給出報警信號。 (4)無傳感器簡易速度控制功能。無傳感器簡易速度控制功能的作用是為了提高通用變頻器的速度控制精度。當(dāng)選用該功能時，變頻器將通過檢測電動機電流而得到負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并根拒負(fù)載轉(zhuǎn)矩進行必要的轉(zhuǎn)差補償，從而得到提高速度控制精度的目的。利用該功能通?？梢允顾俣茸儎勇实玫?315的改善。在利用該功能時，為了能夠正確地進行轉(zhuǎn)差補償，必須將電動機的空載電流和額定轉(zhuǎn)差等參數(shù)

29、事先輸入變頻器。因此，必須對每一臺電動機分別進行設(shè)定。 (5)帶勵磁釋放型制動器電動機的運行。帶勵磁釋放型制動器電動機的運行功能的作用是為了使變頻器能夠?qū)畲裴尫胖苿悠鞯碾妱訖C進行可靠驅(qū)動和調(diào)速控制。對于起重機、自動倉庫等負(fù)載來說，為了達(dá)到防止滑落和進行穩(wěn)定可靠的停止的目的，需要使用帶勵磁釋放制動器的電動機。為了與這種電動機進行有效的配合，變頻器中采取了在低頻區(qū)提高輸出電壓的同時設(shè)定一個防止電動機長時間流過飽和電流的區(qū)域的措施，以保證在使用這種電動機時制動器能夠被可靠釋放，如圖322所示。,34表給出了通用變頻器減輕沖擊和減少機械振動的方法。,(7)運行狀態(tài)檢測顯示。運行狀態(tài)檢測顯示功能主要

30、用于檢測變頻器的工作狀態(tài)，根據(jù)工作狀態(tài)設(shè)定機械運行的互鎖，對機械進行保護并使操作者及時了解變頻器的工作狀態(tài)。 表35給出了這類功能的名稱和內(nèi)容。,(8)出現(xiàn)異常后的再起動功能。變頻器的這項功能的作用是，當(dāng)變頻器檢測到某些系統(tǒng)異常時將進行自我診斷和再試，并在這些異常消失后自動進行復(fù)位操作和起動，重新進入運行狀態(tài)。具有這項功能的變頻器在系統(tǒng)發(fā)生某些輕微異常時無需使系統(tǒng)本身停止工作，所以可以達(dá)到增加系統(tǒng)可靠性和提高系統(tǒng)運行效率的目的。 由于在進行自我診斷的過程中變頻器處于停止輸出的狀態(tài)，在此過程中電動機的轉(zhuǎn)速將會有一定程度的降低。對于這種速度降低，變頻器將通過自己的自尋速功能對電動機的實際轉(zhuǎn)速進行檢

31、測后輸出相應(yīng)的頻率，直至電動機恢復(fù)原有速度。通常用戶可以根據(jù)需要設(shè)定10以內(nèi)的再試次數(shù)。,(9)3線順序控制。3線順序控制功能主要用于構(gòu)成簡單的順序控制，可以通過自動復(fù)位型按鍵開關(guān)進行起停和正反轉(zhuǎn)操作，如圖323所示。,(10)通過外部信號對變頻器進行起?？刂?。變頻器通常都還具有通過外部信號強制性地使變頻器停止工作的功能。這類功能包括； 1)外部基極遮斷信號接點。通過外部基極遮斷信號接點的外部信號可以強制性地關(guān)斷變頻器逆變電路的基極(門極)信號，使變頻器停止工作。在這種情況下，電動機將自由減速停止。 2)外部異常停止信號接點。當(dāng)被驅(qū)動的機械設(shè)備出現(xiàn)異常時，也可以利用外部異常停止信號接點的外部信

32、號強制性地使變頻器停止工作。在這種情況下可以將電動機的停止模式選為控制頻率減速停止模式或自由減速停止模式。,1，7，8，頻率設(shè)定功能 變頻器中和頻率設(shè)定有關(guān)的功能主要有以下內(nèi)容： (1)多級轉(zhuǎn)速設(shè)定功能。多級轉(zhuǎn)速設(shè)定功能是為了使電動機能夠以預(yù)定的速度按一定的程序運行。用戶可以通過對多功能端子的組合選擇記憶在內(nèi)存中的頻率指令。與用模擬信號設(shè)定輸入頻率相比，采用這種控制方式時可以達(dá)到對頻率進行精確設(shè)定和避免噪音影響的目的。此外，該功能還為和PLC進行連接提供了方便的條件，并可以通過極限開關(guān)實現(xiàn)簡易位置控制。,(2)頻率上下限設(shè)定功能。頻率上下限設(shè)定功能是為了限制電動機的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到保護機械設(shè)備的

33、目的而設(shè)置的。它通過設(shè)置頻率指令的上下限，相對于輸入信號的信號偏置值和信號增益完成，如圖324所示。 (3)特定頻率設(shè)定禁止功能(頻率跳越功能)。由于在進行調(diào)速控制的過程中，機械設(shè)備在某些頻率上可能因與系統(tǒng)的固有頻率形成共振而造成較大振動，應(yīng)該避開這些共振頻率。該功能就是為了這個目的而設(shè)置的。它可以用于泵、風(fēng)機、機床等機械設(shè)備，以達(dá)到防止機械系統(tǒng)發(fā)生共振的目的。特定頻率設(shè)定禁止功能的工作狀態(tài)如圖325所示。 (4)指令丟失時的自動運行功能。指令丟失時的自動運行功能的作用是，當(dāng)模擬頻率指令由于系統(tǒng)故障等原因急劇減少時，可以使變頻器按照原設(shè)定頻率的80的頻率繼續(xù)運行，以保證整個系統(tǒng)正常工作。,(6

34、)禁止加減速功能。為了提高變頻器的可操作性，在加減速過程中，可以通過外部信號，使頻率的上升下降在短時間暫時保持不變，如圖327所示。 (7)加減速時間切換。加減速時間切換功能的作用是利用外部信號對變頻器的加減速時間進行切換。變頻器的加減速時間通?？梢苑謩e設(shè)為兩種，并通過外部信號進行選擇。 該功能主要用于機械設(shè)備的緊急停止，用一臺變頻器控制兩臺不同用途的電動機，或在,(5)頻率指令特性的反轉(zhuǎn)。為了和檢測儀器等配合使用，某些變頻器中還設(shè)置了將輸入頻率特性進行反轉(zhuǎn)的功能，如圖326所示。,(8)S型加減速功能。S型加減速功能的作用是為了使被驅(qū)動的機械設(shè)備能夠進行無沖擊的起停和加減速運行，、在選擇了該

35、功能時，變頻器在收到控制指令后可以在加減速的起點和終點使頻率輸出的變化成為弧形從而達(dá)到減輕沖擊的目的(請參考圖32(及有關(guān)內(nèi)容)。 1，7，9， 與保護有關(guān)的功能 由于在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，驅(qū)動對象往往相當(dāng)重要，不允許發(fā)生故障，隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，變頻器的保護功能也越來越強，以保證系統(tǒng)在遇到意外情況時也不出現(xiàn)破壞性故障。 在變頻器的保護功能中，有些功能是通過變頻器內(nèi)部的軟件和硬件直接完成的，而另外一些功能和則與變頻器的外部工作環(huán)境有密切關(guān)系。它們需要和外部信號配合完成，或者需要用戶根據(jù)系統(tǒng)要求對其動作條件進行設(shè)定。前一類保護功能主要是對變頻器本身的保護，關(guān)于其具體內(nèi)容我們已經(jīng)在本章第3節(jié)中進行了

36、介紹，而后一類保護功能則主要是對變頻器所驅(qū)動的電動機的保護以及對系統(tǒng)的保護等內(nèi)容。在本節(jié)中我們將介紹后一類保護功能。,1，7，10，電動機的保護 對電動機的保護功能包括以下內(nèi)容： (1)電動機過載保護。該功能的主要作用是通過根據(jù)溫度模擬而得到的電子熱繼電器功能為電動機提供過載保護。當(dāng)電動機電流(變頻器輸出電流)超過電子熱保護功能所設(shè)定的保護值時，則電子熱繼電器動作，使變頻器停止輸出，從而達(dá)到對電動機進行保護的目的。圖329給出了電子熱繼電器動作特性。,對于普通的異步電動機來說，由于是以在工頻電源下以額定轉(zhuǎn)速運行為前提的，采用了在電動機軸上安裝冷卻風(fēng)扇的方法進行冷卻。但是，當(dāng)采用變頻器驅(qū)動時，由

37、于在低速范圍冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的降低將使風(fēng)扇的冷卻效果變差，電動機的容許溫升也相應(yīng)降低。考慮到上述因素，普通電動機的電子熱保護功能在低頻范圍按照容許溫升范圍對保護特性進行了一定的補償，如圖330所示。而對于變頻器專用電動機來說，因為可以用100的轉(zhuǎn)矩進行連續(xù)運行，所以即使在低速區(qū)域也可以使用恒轉(zhuǎn)矩特性下的電子熱繼電器動作特性，如圖331所示。用戶可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)對電子熱繼電器的動作點和動作特性(熱能時間常數(shù))進行調(diào)節(jié)，以達(dá)到最大限度的發(fā)揮電動機的作用并為電動機提供過載保護的目的。,應(yīng)該注意的是，這種功能的保護對象主要是普通的四極三相異步電動機，而對其他類型的電動機有時則不能提供保護，因此必須

38、注意研究對象電動機的特性。當(dāng)用同一臺變頻器同時驅(qū)動數(shù)臺電動機時，則應(yīng)該另外接入熱敏繼電器。,(2)電動機失速保護。通過光碼盤等速度檢測裝置對電動機的速度進行檢測，并在由于負(fù)載等原因使電動機發(fā)生失速時對電動機進行保護。 (3)光(磁)碼盤斷線保護。在轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制方式中需要采用光(磁)碼盤進行速度檢測。當(dāng)光(磁)碼盤出現(xiàn)斷線時，變頻器的控制電路可以根據(jù)信號的波形和電流檢測出碼盤的故障，從而避免變頻器和驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障。 1，7，11， 系統(tǒng)的保護 系統(tǒng)的保護包括以下內(nèi)容； (1)過轉(zhuǎn)矩檢測功能。該功能是為了對被驅(qū)動的機械系統(tǒng)進行保護而設(shè)置的。當(dāng)變頻器的輸出電流達(dá)到了事先設(shè)定的過轉(zhuǎn)矩檢測值

39、時，保護功能動作，使變頻器停止工作，并給出報警信號。 (2)外部報警輸入功能。該功能是為了使變頻器能夠和各種周邊設(shè)備配合構(gòu)成穩(wěn)定可靠的調(diào)速控制系統(tǒng)而設(shè)置的。例如，當(dāng)把制動電阻等周邊設(shè)備的報警信號接點連接在控制電路端子THR上時，則當(dāng)這些周邊設(shè)備發(fā)生故障并給出報警信號時變頻器將停止工作，從而避免更大故障的發(fā)生。,(3)變頻器過熱預(yù)報。該功能主要是為了給變頻器驅(qū)動的空調(diào)系統(tǒng)等提供安全保障措施。該功能的作用是當(dāng)變頻器周圍的溫度接近危險溫度時發(fā)出警報，以便采用相應(yīng)的保護措施。在利用該功能時需要在變頻器外部安裝熱敏開關(guān)。 (4)制動電路異常保護。該功能的作用是為了給系統(tǒng)提供安全保障措施。當(dāng)檢測到制動電路

40、晶體管出現(xiàn)異?；蛘咧苿与娮柽^熱時給出警報信號，并使變頻器停止工作。 1，7，12， 與運行方式有關(guān)的功能與運行方式有關(guān)的功能包括以下內(nèi)容； (1)停止時直流制動。該功能的作用是為了在不使用機械制動器的條件下仍能使電動機保持停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)變頻器通過降低輸出頻率使電動機減速，并達(dá)到預(yù)先設(shè)定的頻率時，變頻器將給電動機加上直流電壓，使電動機繞組中流過直流電流，從而達(dá)到進行直流制動的目的。 (2)無制動電阻時的快速停止。該功能的作用是在不使用機械制動器和制動電阻的條件下使電動機以比自由停車短的時間進行快速停止。其具體的作法是：從電動機處于最高轉(zhuǎn)速時起即給電動機加上直流電壓，使電動機進入直流制動狀態(tài)。通常其

41、使用條件為：減速速率在5以下，而制動轉(zhuǎn)矩為5070。,(3)運行前直流制動。對于泵、風(fēng)機等機械設(shè)備來說，由于電動機本身有時能處于在外力的作用下進行自由運行的狀態(tài)，而且其方向也處于不定狀態(tài)，具有該功能的變頻器在對電動機進行驅(qū)動時，將自動對電動機進行直流制動，并在使電動機停止后開始正常的調(diào)速控制。 (4)自尋速跟蹤功能。對于風(fēng)機、繞線機等慣性負(fù)載來說，當(dāng)由于某種原因使變頻器暫時停止輸出，電動機進入自由運行狀態(tài)時，具有這種自尋速跟蹤功能的變頻器可以在沒有速度傳感器的情況下自動尋找電動機的實際轉(zhuǎn)速，并根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速自動進行加速，直至電動機轉(zhuǎn)速達(dá)到所需轉(zhuǎn)速，而無需等到電動機停止后再進行驅(qū)動。 (5)瞬時

42、停電后自動再起動功能。該功能的作用是在發(fā)生瞬時停電時，使變頻器仍然能夠根據(jù)原定工作條件自動進入運行狀態(tài)，從而避免進行復(fù)位、再起動等繁瑣操作，保證整個系統(tǒng)的連續(xù)運行。 該功能的具體實現(xiàn)是在發(fā)生瞬時停電時利用變頻器的自尋速跟蹤功能，使電動機自動返回預(yù)先設(shè)定的速度。通常當(dāng)瞬時停電時間在2s以內(nèi)時，可以使用變頻器的這個功能。 (6)電網(wǎng)電源變頻器切換運行功能。因為在用變頻器進行調(diào)速控制時，變頻器內(nèi)部總是會有一些功率損失，所以在需要以電網(wǎng)電源頻率進行較長時間的恒速驅(qū)動時，有必要將電動機由變頻器驅(qū)動改為電網(wǎng)電源直接驅(qū)動，從而達(dá)到節(jié)能的目的。與此相反，當(dāng)需要對電動機進行調(diào)速驅(qū)動時，又需要將電動機由電網(wǎng)電源直

43、接驅(qū)動改為變頻器驅(qū)動。而變頻器的電網(wǎng)電,電源變頻器切換運行功能就是為了滿足上述目的而設(shè)置的。 在需要將電動機由電網(wǎng)電源直接驅(qū)動改為變頻器驅(qū)動時將要用到變頻器的自尋速跟蹤功能。 (7)節(jié)能運行。該功能主要用于沖壓機械和精密機床，其目的是為了節(jié)能和降低振動。在利用該功能時，變頻器在電動機的加速過程中將以最大輸出功率運行，而在電動機進行恒速運行的過程中，則自動將功率降至設(shè)定值。 該功能對于實現(xiàn)精密機床的低振動化也很有效。 (8)多V / f選擇功能。該功能的作用是用一臺變頻器分別驅(qū)動幾臺特性各異的電動機或用變頻器驅(qū)動變極電動機以得到較寬的調(diào)速范圍。利用變頻器的這個功能?？梢愿鶕?jù)電動機的不同特性設(shè)定不

44、同的V / f值，然后通過功能輸入端子進行選擇驅(qū)動。該功能可以用于機床的驅(qū)動等用途。,1，7，13， 與狀態(tài)監(jiān)測有關(guān)的功能 與狀態(tài)監(jiān)測有關(guān)的功能包括： (1)顯示負(fù)載速度。變頻器的數(shù)字操作盒除了可以顯示變頻器的輸出頻率之外，還可以顯示電動機的轉(zhuǎn)速，負(fù)載機械的轉(zhuǎn)速，線速度和流量等內(nèi)容。 (2)脈沖監(jiān)測功能。變頻器可以與脈沖計數(shù)器配合，準(zhǔn)確地顯示出變頻器的輸出頻率。此外，在對輸出頻率進行顯示時，還可以以輸出頻率的1、6、10、12、36倍的方式進行顯示。 (3)頻率電流計的刻度校正。該功能的作用是，當(dāng)需要對接在模擬量監(jiān)測端子上的輸出頻率計和輸出電流計進行刻度校正時，可以不專門接入刻度校正用電阻，而

45、是可以通過調(diào)節(jié)輸出增益來達(dá)到進行刻度校正的目的。,(4)數(shù)字操作盒的監(jiān)測功能。通過數(shù)字操作盒不但可以監(jiān)測變頻器的輸出頻率和電流，還可以監(jiān)測輸出電壓、直流電壓、輸出功率、輸入輸出端子的開閉狀態(tài)，電動機電流以及故障內(nèi)容等。此外，利用數(shù)字操作盒還可以很容易地檢測機械設(shè)備的運行狀態(tài)。 即使在斷電的情況下，數(shù)字操作盒仍可以通過記憶功能保持已發(fā)生的異常的內(nèi)容和順序。變頻器的檢測功能使操作者可以很容易地掌握變頻器和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并在系統(tǒng)發(fā)生故障時容易查找故障的原因和排除故障。 1，12，其他功能 變頻器的其他功能包括： (1)載頻頻率設(shè)定功能。該功能的作用主要是為了通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定變頻器逆變電路載頻的頻率，

46、達(dá)到避開共振，降低電動機和機械系統(tǒng)噪音的目的。 (2)高載頻運行。具有高載頻運行功能的變頻器可以通過采用高載頻的異步調(diào)速控制方式改進變頻器的輸出特性，從而達(dá)到降低低頻變頻器所具有的金屬噪聲的目的。 (3)平滑運行。在新型變頻器中，通過采用提高載頻等方法使變頻器的輸出電流接近正弦波，從而達(dá)到減少輸出轉(zhuǎn)矩波動，使電動機在低速運行時也能進行平滑運行的目的。 (4)全封閉結(jié)構(gòu)。為了使變頻器能夠在惡劣環(huán)境下使用，某些變頻器采用了將散熱片移至變頻器箱體之外安裝的全封閉結(jié)構(gòu)，以保證變頻器內(nèi)部不受外部環(huán)境的影響。,第2節(jié)， 變頻器驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 我們了解了變頻器的原理、構(gòu)成及功能以后，這一章就變頻器驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)

47、計進行討論。所謂變頻器驅(qū)動系統(tǒng)，簡而言之，就是可調(diào)速交流電機驅(qū)動系統(tǒng)，其構(gòu)成很簡單，如圖41所示，主要由機械負(fù)載、電機及變頻器組成，其中虛線部分根據(jù)系統(tǒng)的不同可有可無。,從結(jié)構(gòu)上來看，它與傳統(tǒng)的拖動系統(tǒng)的不同只是在電動機與供電電源之間接入了變頻器。為了了解調(diào)速系統(tǒng)如何控制機械負(fù)載的轉(zhuǎn)速，必須首先弄清電動機與機械負(fù)載之間的關(guān)系。,電圖42a為風(fēng)機和泵等平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載在加速場合的示例。對于電動機驅(qū)動系統(tǒng)來說，電動機不僅需要產(chǎn)生對應(yīng)機械負(fù)載特性的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時還要產(chǎn)生對電動機自身(轉(zhuǎn)子)、機械與電機的連接部分以及抱閘輪轂等慣性體進行加速(或減速)的加速(或減速)轉(zhuǎn)矩，即 動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩+加速

48、(減速)轉(zhuǎn)矩 其實上述關(guān)系就是拖動系統(tǒng)的運動方程式： TMTL(GD2375) (dndt) (4-1),當(dāng)dndto 系統(tǒng)靜止或恒速運行 dndtO 系統(tǒng)加速 dndtO 系統(tǒng)減速,dndtC時，則加速轉(zhuǎn)矩保持為一恒定值，如圖42b所示為直線型加速，到加速末端時，由于慣性體速度不能突變，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩如圖42a口所示ac移動，而不是由abc那樣移動，所以實際速度變化如圖42b中的虛線所示變得平滑了。 從上述可以看出，只要解決好電動機轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩，就可以自如地控制機械負(fù)載的轉(zhuǎn)速。 2，1， 機械負(fù)載與電動機的轉(zhuǎn)矩特性 正確地把握變頻驅(qū)動的機械負(fù)載對象的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性，是選擇電動機及變頻器容量

49、、決定其控制方式的基礎(chǔ)。機械負(fù)載包羅萬象，但歸納其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的特性，主要有以下三大類：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載，恒功率負(fù)載。下面就各類負(fù)載特性進行說明。 2，1，1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 對于傳送帶、攪拌機、擠壓成形機等摩擦負(fù)載，吊車或升降機等重力負(fù)載，無論其速度變化與否，負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩大體上是一個定值，稱此類負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。其特性如圖43所示。 例如，吊車所吊起的重物，無論升降速度大小，其重量在地球引力的作用下而產(chǎn)生的重力是永遠(yuǎn)不變的，即為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。電動機的功率尸可以表達(dá)為P=Tn/975其中T為轉(zhuǎn)矩，n為轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之積為功率，那么恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載消耗的能量與轉(zhuǎn)速成正比。,2，1，2 平方降

50、轉(zhuǎn)矩負(fù)載 風(fēng)扇、風(fēng)機、泵等流體機械(風(fēng)機水力機械)，在低速時由于流體的流速低，所以負(fù)載只需很小的轉(zhuǎn)矩，而隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加流速加快，所需轉(zhuǎn)矩自來越大，其轉(zhuǎn)矩大小以轉(zhuǎn)速的平方的比例增減，這樣的負(fù)載特卡稱之為平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其特性如圖44所示。,在這種場合，因為負(fù)載所消耗的能量正比于轉(zhuǎn)速的三次方，所以通過變頻器控制流體機械的轉(zhuǎn)速可以得到顯著的節(jié)能效果。 2，1，3， 恒功率負(fù)載 機床的主軸驅(qū)動，紙機、塑料膠片生產(chǎn)機械的中央傳動部分，卷揚機等(如圖45所示)輸出功率為恒值，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，這樣的負(fù)載特性稱之為恒功率負(fù)載。,例如，卷紙機要求以一定的速度和相同的張力卷取紙張。在巷取初期由于紙卷的直徑較小，

51、所以為保持恒速紙卷必須以較高窿度旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)矩可以較??；但隨著紙卷直徑的逐漸變大，紙卷的轉(zhuǎn)速也應(yīng)隨之變低，而轉(zhuǎn)矩則必須相應(yīng)增大。,2，14 電動機的轉(zhuǎn)矩特性 在采用變頻器驅(qū)動的電機調(diào)速控制系統(tǒng)中，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩特性與電網(wǎng)供電時的電機輸出(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線等)決定于變頻器的輸出特性。其中，變頻器輸出的Vf值決定電機連續(xù)額定輸出，而變頻器的最大輸出電流將決定電動機瞬間最大輸出。 圖46給出了普通異步電動機在Vf控制方式變頻器驅(qū)動下的輸出特性。由于變頻器的輸出電壓不能高于電網(wǎng)電源電壓，電動機在50Hz以上運轉(zhuǎn)時，Vf比值減小并造成輸出轉(zhuǎn)矩變小。從另一角度來說，由于電動機定子線圈阻抗的電壓降增大，作用在轉(zhuǎn)

52、子線圈上的感應(yīng)電勢減小，其轉(zhuǎn)矩以轉(zhuǎn)速的反比減少。,當(dāng)變頻器的輸出頻率在f150Hz(或60Hz)之間時，可以按原來的恒轉(zhuǎn)矩特性考慮，但由于轉(zhuǎn)速的降低將導(dǎo)致電機冷卻能力的下降，所以可允許的連續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也將下降。 在6f1Hz之間，電動機冷卻能力下降，而且電動機定子線圈的阻抗壓降的相對影響增大，使得連續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大幅度下降。此時，運轉(zhuǎn)頻率越低變頻器輸出電壓越低，電動機內(nèi)部壓降的影響越大，轉(zhuǎn)矩急劇減小。,2，2，設(shè)計變頻器驅(qū)動系統(tǒng)的要點 上節(jié)中介紹了負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性和變頻器驅(qū)動下電動機的轉(zhuǎn)矩特性，在本節(jié)中將以Vf控制方式的變頻器為主對如何根據(jù)負(fù)載類型設(shè)計變頻器驅(qū)動系統(tǒng)以及應(yīng)該注意哪些問題進行說明。 22

53、。1，驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如傳送帶、升降機等，所需轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速的變化而改變，基本保持恒定。采用變頻器驅(qū)動普通異步電動機的場合，其電機轉(zhuǎn)矩特性如圖46所示。與直接由電網(wǎng)供電時相比，由于高次諧波的原因，電機的溫升要有些增大，此外由于低速時風(fēng)扇的冷卻效果變差，在選擇電機時，根據(jù)頻率的不同，轉(zhuǎn)矩要作相應(yīng)的折扣，因此電動機容量要適當(dāng)增大。另外，由于是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即使轉(zhuǎn)速變化，電動機的電流也基本不變，若電機構(gòu)造為全封閉外扇型，則低速運轉(zhuǎn)時電機的冷卻能力下降，會發(fā)生過熱現(xiàn)象，為此要注意下列事項：,(1)考慮為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載選用變頻器專用電機； (2)加裝專用冷卻風(fēng)扇； (3)增大一檔電機容量，降低負(fù)載率

54、。 若增大了電動機的容量，空載電流或起動電流及波動電流也隨之增加，有 時也要同時增大變頻器的容量。,對于Vf恒值控制的變頻器來說，由于電機內(nèi)部的阻抗壓降導(dǎo)致低頻區(qū)域轉(zhuǎn)矩下降，在驅(qū)動傳送帶等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，為了保證在低速也能夠得到足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，變頻器必須具備轉(zhuǎn)矩補償功能，即轉(zhuǎn)矩增強功能。如圖48所示，電壓( V )與頻率 ( f )的比，即Vf被補償增大，尤其在低頻區(qū)域加大電壓補償，可得到大的低速轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩。但是，在空載或輕載低速穩(wěn)定運行時，若Vf過大，則電動機的磁路將飽和，勵磁電流急劇增加，電機會發(fā)生過熱、振動、噪音等現(xiàn)象，變頻器過載保護功能會因此動作。所以，在選擇恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的y特性時需

55、特別注意。,性能較好的變頻器會設(shè)置全程自動轉(zhuǎn)矩增強功能，只在加速時提高Vf比值，而穩(wěn)速運轉(zhuǎn)時按電流比例增加Vf。這是一種比較理想的控制方式。通過對變頻器的有效功率以及轉(zhuǎn)矩的高速運算，可實現(xiàn)自動調(diào)整Vf以配合負(fù)載轉(zhuǎn)矩。只需進行簡單的Vf設(shè)定，即可得到合適的起動特性和低速運轉(zhuǎn)特性。同時，還可發(fā)揮節(jié)能的效果。 由于傳送帶、升降機等運載機械裝置是滿負(fù)載起動，而一般Vf控制變頻器驅(qū)動系統(tǒng)的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的70120 (50Hz)，若根據(jù)起動加速時間的要求需要更高的起動轉(zhuǎn)矩時，一定要考慮到低速區(qū)域(包括起動條件)的Vf特性后，再確定電動機容量和極數(shù)以及變頻器容量。而在減速過程中或升降機下降時，由于機械

56、負(fù)載將產(chǎn)生能量反饋，還必須確定變頻器的能量回饋方式或制動方式關(guān)于制動電阻的選擇請參照第5章。,2，2，2，驅(qū)動平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載 對于以風(fēng)扇、風(fēng)機、泵為代表的平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，隨著轉(zhuǎn)速的降低，所需轉(zhuǎn)矩以平方的比例下降，所以低頻時的負(fù)載電流很小，即使選用普通異步電動機也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象，因此一般的風(fēng)機水力機械很適合由Vf控制的變頻器進行驅(qū)動。一般的Vf控制變頻器都預(yù)先設(shè)置了平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載用的Vf特性。但是由于機械種類不同飛輪轉(zhuǎn)矩GD2有很大不同,比如，由于負(fù)載的GD2很大，必須設(shè)定很長的加速時間，或者，再起動時可能出現(xiàn)超出預(yù)想的大起動轉(zhuǎn)矩等特殊事例，所以需事先仔細(xì)斟酌。另外應(yīng)該注意的一點是，當(dāng)電動

57、機以超過基頻轉(zhuǎn)速以上的速度運轉(zhuǎn)時，負(fù)載所需的動力隨轉(zhuǎn)速的提高而急劇增加，極易,超出電機和變頻器的容量，導(dǎo)致運行中斷或發(fā)生過熱現(xiàn)象，所以應(yīng)避免高頻電動機通常采用普通異步電動機，根據(jù)安裝環(huán)境的不同，可選擇防爆型、防腐型、戶外型等外殼的保護方式。 2，2，3，驅(qū)動恒功率負(fù)載 卷揚機、機床主軸等恒功率負(fù)載，其特性如圖49所示。,變頻驅(qū)動系統(tǒng)在基頻轉(zhuǎn)速(50Hz或60Hz)以上的范圍內(nèi)，可由變頻器控制其輸出電壓為一定值，使電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩性質(zhì)為恒功率特性，所以，在基頻轉(zhuǎn)速以上，采用普通異步電動機和通用 變頻器，能滿足象機床主軸那樣高速時轉(zhuǎn)矩變小的特性。,而在基頻轉(zhuǎn)速以下的范圍內(nèi)，由于變頻器采用Vf恒值控制

58、，電機的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩相反。我們知道，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為(磁通)(轉(zhuǎn)子電流)，所以，在驅(qū)動恒功率負(fù)載時，為了確保低速高轉(zhuǎn)矩需要加大磁通量和電機轉(zhuǎn)于電流(當(dāng)然也要加大電機的定子電流)，這就必須大大增加電機和變頻器的容量。 ，,功率負(fù)載時，,如圖410所示，驅(qū)動恒功率負(fù)載時，一般將轉(zhuǎn)速010之間作為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，轉(zhuǎn)速超過10(pu)以上的范圍作為恒功率區(qū)域，1o(pu)的轉(zhuǎn)速稱之為基頻轉(zhuǎn)速。以基頻轉(zhuǎn)速的m(m1)倍轉(zhuǎn)速進行恒功率運轉(zhuǎn)，稱之為1：m的恒功率運轉(zhuǎn)。 如圖410a為1：2的恒功率控制時的特性。例如采用矢量控制時，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率f s為一定時，在恒功率區(qū)域，對

59、電動機電壓 (變頻器輸出電壓)與轉(zhuǎn)速(變頻器輸出頻率)的比以 的比例進行控制，可推算出轉(zhuǎn)矩與(Bf )2成正比，因此在轉(zhuǎn)速20 (pu)點上，轉(zhuǎn)矩有如下關(guān)系： TM(Bf )2（ ）21 / m1 / 2 即，轉(zhuǎn)矩為基頻轉(zhuǎn)速時的12。 在圖4-10a中，若電動機定子繞組產(chǎn)生的電壓降被忽略，可視VE，而且，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域(低頻時)，為增強轉(zhuǎn)矩而進行的電壓補償也被忽略不計。因此變頻器能輸出的最大輸出電壓與變頻器電源電壓幾乎一樣，最高轉(zhuǎn)速(圖中轉(zhuǎn)速為20(pu)的點)的輸出電壓為最大輸出電壓。例如變頻器電源電壓為380V，轉(zhuǎn)速為20(pu)時，電動機電壓為380V。而在基頻轉(zhuǎn)速時的電壓為1倍，約266V。,圖410b表示在上述條件下選擇的變頻器及電動機所能夠輸出的界限。如圖中虛線所示，保持f到變頻器的電源電壓為止為一定值，可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩特性。若驅(qū)動圖410a那樣的負(fù)載，圖410b中電機能夠輸出的恒轉(zhuǎn)矩范圍過寬了。 圖410c是以基頻轉(zhuǎn)速點為變頻器最大輸出電壓，恒功率區(qū)域電壓固定的輸出特性。由于最高轉(zhuǎn)速時的f值是基頻轉(zhuǎn)速以下f恒值時的12，轉(zhuǎn)矩是恒轉(zhuǎn)矩時的14，若按975進行計算，功率是恒功率