變頻器(第三章)1

1、1 李方園 2008年4月18日 2 l 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 l PID控制應(yīng)用控制應(yīng)用 l 轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用 l 通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì) 3 l 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 l PID控制應(yīng)用控制應(yīng)用 l 轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用 l 通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì) 4 針對(duì)電力拖動(dòng)而言，主要是由變頻器、電動(dòng)機(jī)和 工作機(jī)械等裝置組成的機(jī)電系統(tǒng)。任務(wù)就是使電動(dòng)機(jī) 實(shí)現(xiàn)由電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，完成工作機(jī)械啟動(dòng)、運(yùn) 轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動(dòng)工藝作業(yè)的要求。 鉆床 變頻 控制 系統(tǒng) 5 1. 1. 機(jī)械特性機(jī)械特性 所謂機(jī)械特性就是描述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān) 系n=f（T）

2、的函數(shù)特性。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，有兩種 機(jī)械特性，即電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和機(jī)械設(shè)備（或負(fù)載 設(shè)備）的機(jī)械特性。 機(jī)械特性機(jī)械特性1 負(fù)載特性負(fù)載特性2 6 1. 1. 機(jī)械特性機(jī)械特性 由曲線1和曲線2處于交點(diǎn)Q時(shí)，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩處 于平衡狀態(tài)，這時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行速度為nQ，拖動(dòng)系統(tǒng)的 功率PQ則由下式進(jìn)行計(jì)算： PQ=TQnQ/9550 式中，如TQ的單位為Nm，nQ的單位為r/min，則PQ的單 位為kW。 Q點(diǎn)稱(chēng)為電力拖動(dòng)的工作點(diǎn)，也是變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作 點(diǎn)。 7 2. 2. 負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi)負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi) 正確地把握變頻器驅(qū)動(dòng)的機(jī)械負(fù)載對(duì)象的機(jī)械特性（即轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩特性）是選擇電動(dòng)機(jī)及變

3、頻器容量、決定其控制方式 的基礎(chǔ)。機(jī)械負(fù)載種類(lèi)繁多、包羅萬(wàn)象，但歸納起來(lái)，主要 有以下三種：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載。 8 2. 2. 負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi)負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi) （1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 對(duì)于傳送帶、攪拌機(jī)、擠出機(jī)等摩擦負(fù)載以及行車(chē)、升降機(jī) 等勢(shì)能負(fù)載，無(wú)論其速度變化與否，負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩基本 上是一個(gè)恒定的數(shù)值，此類(lèi)負(fù)載就稱(chēng)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 例如，行車(chē)或吊機(jī)所吊起的重物，其重量在地球引力的作用 下產(chǎn)生的重力是永遠(yuǎn)不變的，所以無(wú)論升降速度大小，在近 似勻速運(yùn)行條件下，即為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。由于功率與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn) 速兩者之積成正比，所以機(jī)械設(shè)備所需要的功率與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn) 速成正比。電動(dòng)機(jī)的功率

4、應(yīng)在最高轉(zhuǎn)速下的負(fù)載功率相適應(yīng)。 9 2. 2. 負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi)負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi) （2）平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載 離心風(fēng)機(jī)和離心泵等流體機(jī)械，在低速時(shí)由于流體的流速低， 所以負(fù)載只需很小的轉(zhuǎn)矩。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，而氣體 或液體的流速加快，所需要的轉(zhuǎn)矩大小以轉(zhuǎn)速平方的比例增 加或減少，這樣的負(fù)載稱(chēng)為平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 在這種方式下，因?yàn)樨?fù)載所消耗的能量正比于轉(zhuǎn)速的三次方， 所以通過(guò)變頻器控制流體機(jī)械的轉(zhuǎn)速，與以往那種單純依靠 風(fēng)門(mén)擋板或截流閥來(lái)調(diào)節(jié)流量的定速風(fēng)機(jī)或定速泵相比，可 以大大節(jié)省浪費(fèi)在擋板、管壁上的能源，從而起到節(jié)能的顯 著作用。 10 2. 2. 負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi)負(fù)載的機(jī)械特性分類(lèi)

5、（3）恒功率負(fù)載 機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)、造紙機(jī)或塑料片材的中心卷取部分、卷?yè)P(yáng) 機(jī)等輸出功率為恒值，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，這樣的負(fù)載特性稱(chēng)為恒 功率負(fù)載。 例如，卷紙機(jī)要求以一定的速度和相同的張力卷取紙張。在 卷取初期，由于轉(zhuǎn)矩可以較小，但隨著紙卷直徑的逐漸變大， 紙卷的轉(zhuǎn)速也隨之變低，而轉(zhuǎn)矩必須相應(yīng)增大。 11 3. 3. 負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi)負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi) 由于不同的工藝要求對(duì)機(jī)械設(shè)備也提出了不同的工作狀態(tài)和 控制模式，歸納起來(lái)主要有以下幾種： 連續(xù)恒定負(fù)載 連續(xù)恒定負(fù)載是指負(fù)載在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里連續(xù)運(yùn)行，并且在 運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)矩基本不變。所謂“足夠長(zhǎng)的時(shí)間”是指這段 時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的溫升將足以達(dá)到穩(wěn)定值。典

6、型例子就是恒 速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)。 連續(xù)變動(dòng)負(fù)載 連續(xù)變動(dòng)負(fù)載是指負(fù)載也是在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里連續(xù)運(yùn)行的， 但在運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)矩是經(jīng)常變動(dòng)的。車(chē)床在車(chē)削工件時(shí)的工 況以及塑料擠出機(jī)的主傳動(dòng)就是這種負(fù)載的典型案例。 這類(lèi)負(fù)載除了滿(mǎn)足溫升方面大的要求外，還必須主語(yǔ)負(fù)載對(duì) 過(guò)載能力的要求。 12 3. 3. 負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi)負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi) 斷續(xù)負(fù)載 斷續(xù)負(fù)載是指負(fù)載時(shí)而運(yùn)行，時(shí)而停止。在運(yùn)行期間，溫升 不足以達(dá)到穩(wěn)定值；在停止期間，溫升也不足以降至零。起 重機(jī)械如行車(chē)、電梯等都屬于這類(lèi)負(fù)載。 這類(lèi)負(fù)載常常是允許電動(dòng)機(jī)短時(shí)間過(guò)載的，因此，在滿(mǎn)足溫 升方面要求的同時(shí)，還必須有足夠的過(guò)載能力。有時(shí)，過(guò)載 能力可

7、能是更主要的方面。 短時(shí)負(fù)載 負(fù)載每次運(yùn)行的時(shí)間很短，在運(yùn)行期間，溫升達(dá)不到穩(wěn)定值； 而每二次運(yùn)行之間的間隔時(shí)間很長(zhǎng)，足以使電動(dòng)機(jī)的溫升下 降至零。水閘門(mén)的拖動(dòng)系統(tǒng)屬于這類(lèi)負(fù)載。 對(duì)于這類(lèi)負(fù)載，電動(dòng)機(jī)只要有足夠的過(guò)載能力即可。 13 3. 3. 負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi)負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi) 沖擊負(fù)載 加有沖擊的負(fù)載叫沖擊負(fù)載。例如，在軋鋼機(jī)的鋼錠壓入瞬 間產(chǎn)生的沖擊負(fù)載、沖壓機(jī)沖壓瞬間產(chǎn)生的沖擊負(fù)載等最具 代表性。這類(lèi)機(jī)械，沖擊負(fù)載的產(chǎn)生事先可以預(yù)測(cè)，容易處 理。 當(dāng)然，也有一些不測(cè)現(xiàn)象產(chǎn)生的沖擊負(fù)載，入處理含有粉塵、 粉體空氣的風(fēng)機(jī)，當(dāng)管道中長(zhǎng)期堆積的粉體硬塊落入葉片上 時(shí)，就是一種沖擊負(fù)載。 沖擊

8、負(fù)載會(huì)引起兩個(gè)問(wèn)題：過(guò)流跳閘；速度的過(guò)渡變動(dòng)。 對(duì)于沖擊負(fù)載，國(guó)內(nèi)通常都使用YH系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)，它是Y 系列電機(jī)的派生系列，具有堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大、堵轉(zhuǎn)電流小、轉(zhuǎn)差率高和機(jī)械 特性軟等特點(diǎn)，尤其適用于不均勻沖擊負(fù)載以及正、反轉(zhuǎn)次數(shù)多的工作 場(chǎng)合，如錘擊機(jī)、剪刀機(jī)、沖壓機(jī)和鍛冶機(jī)等機(jī)械設(shè)備。 14 3. 3. 負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi)負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi) 脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載 在往復(fù)式壓縮機(jī)中利用曲軸將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往返運(yùn) 動(dòng)，轉(zhuǎn)矩隨著曲軸的角度而變動(dòng)。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)的 電流隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生達(dá)的脈動(dòng)。這類(lèi)負(fù)載是一種周期 性的曲軸類(lèi)負(fù)載，它必須考慮到飛輪慣量GD2，因?yàn)橐坏┎捎?加大飛輪的方法

9、來(lái)平滑脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，加減速時(shí)間就會(huì)隨之增 加，否則減速時(shí)的回饋能量就會(huì)變大。 15 3. 3. 負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi)負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi) 負(fù)負(fù)載 當(dāng)負(fù)載要求電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，此類(lèi)負(fù) 載就是負(fù)負(fù)載。負(fù)負(fù)載的類(lèi)型通常有兩種： （a）由于速度控制需要而在四象限運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備。 如起重機(jī)下放重物運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)向著被負(fù)載牽引的方向旋轉(zhuǎn)， 此時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是阻礙重物下放的，即與旋轉(zhuǎn)方向相反。 這類(lèi)負(fù)載包括行車(chē)、吊機(jī)、電梯等升降機(jī)械和傾斜下坡的皮 帶輸送機(jī)。 （b）由于轉(zhuǎn)矩控制需要而在四象限運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備。 在卷取片材狀物料進(jìn)行加工作業(yè)時(shí)，為了給加工物施加張力而設(shè)置的卷送轉(zhuǎn)送裝 置就是負(fù)負(fù)載。這

10、里使用的電機(jī)速度決定于其對(duì)應(yīng)的卷取機(jī)和原動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度， 而電機(jī)只被要求用來(lái)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這類(lèi)負(fù)載包括造紙用的放卷和收卷設(shè)備、鋼 鐵用的夾送輥、紡織用的卷染機(jī)等。 16 3. 3. 負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi)負(fù)載的運(yùn)行工藝分類(lèi) 大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載 類(lèi)似攪拌機(jī)、擠出機(jī)、金屬加工機(jī)床等在啟動(dòng)初期必須克服 很大的摩擦力才能啟動(dòng)，因此很多情況下都被當(dāng)作重載使用。 大慣性負(fù)載 離心分離機(jī)等負(fù)載慣性大，不僅啟動(dòng)費(fèi)力，而且停車(chē)也要費(fèi) 時(shí)。 17 1. 1. 根據(jù)負(fù)載的機(jī)械特性選擇變頻器根據(jù)負(fù)載的機(jī)械特性選擇變頻器 1從理想的角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn) 速精度要求的機(jī)械則應(yīng)采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能變頻

11、器。因?yàn)檫@種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不 怕負(fù)載沖擊，具有挖土機(jī)特性。三菱公司的V500、艾默生公 司的TD3000、AB公司的PowerFlex700系列、安川公司的VS G7 系列、西門(mén)子公司的6SE70系列變頻器屬于此類(lèi)。 2風(fēng)機(jī)類(lèi)、泵類(lèi)負(fù)載是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的設(shè)備，變頻器 在這類(lèi)負(fù)載上的應(yīng)用最多。它是一種平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載。一般 情況下，具有V/f恒壓頻比控制模式的變頻器基本都能滿(mǎn)足這 類(lèi)負(fù)載的要求 18 1. 1. 根據(jù)負(fù)載的機(jī)械特性選擇變頻器根據(jù)負(fù)載的機(jī)械特性選擇變頻器 3恒功率負(fù)載 根據(jù)變頻器在基本運(yùn)行頻率以上的弱磁恒功率特性，可以將 此應(yīng)用于高速磨床等主軸電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)

12、中。 對(duì)于中心卷取的負(fù)載，變頻器選擇應(yīng)根據(jù)空卷直徑和滿(mǎn)卷直 徑比來(lái)選擇變頻器的調(diào)速范圍，如卷取金屬片材時(shí)對(duì)于低速 要求有高轉(zhuǎn)矩輸出的，必須選擇具有矢量控制的變頻器。 19 2. 2. 根據(jù)負(fù)載的工藝特性選擇變頻器根據(jù)負(fù)載的工藝特性選擇變頻器 正確選用變頻器的類(lèi)型，首先要按照生產(chǎn)機(jī)械的類(lèi)型、調(diào)速 范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，然后決定選用那種 控制方式的變頻器最合適。所謂合適是既要好用，又要經(jīng)濟(jì)， 以滿(mǎn)足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求為前提。 20 3. 3. 變頻器的容量選擇變頻器的容量選擇 變頻器的容量直接關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，因此， 合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇

13、在實(shí)際操 作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法， 它們之間互為補(bǔ)充。 21 3. 3. 變頻器的容量選擇變頻器的容量選擇 從電流的角度 大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng) 機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國(guó)或 本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低， 都很難確切表達(dá)變頻器的能力。 選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載 能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過(guò)變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基 本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝 情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的額定電流要大于

14、普通籠形異步電動(dòng)機(jī)額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動(dòng)機(jī)不僅額定 電流大很多，同時(shí)它允許短時(shí)處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動(dòng)大多是多 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)保證在無(wú)故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過(guò)變頻器的 額定電流。 22 3. 3. 變頻器的容量選擇變頻器的容量選擇 從效率的角度 系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都 處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度 出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)： （a）變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效 率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。 （b）在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率 要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略

15、大于電動(dòng)機(jī)的功率。 （c）當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)， 可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。 （d）經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng) 機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。 （e）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置， 以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。 23 3. 3. 變頻器的容量選擇變頻器的容量選擇 從效率的角度 24 3. 3. 變頻器的容量選擇變頻器的容量選擇 從計(jì)算功率的角度 對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿(mǎn)足以下3個(gè)計(jì)算公式： （a）滿(mǎn)足負(fù)載輸出：PCNPM （b）滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)

16、容量：PCN3kUeIe10-3 （c）滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)電流：ICNkIe 式中PCN為變頻器容量（單位kVA），PM-負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸 輸出功率（單位kW），Ue為電動(dòng)機(jī)額定電壓（單位V），Ie為 電動(dòng)機(jī)額定電流（單位A），為電動(dòng)機(jī)效率（通常約為 085），cos為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)（通常約為075），k是 電流波形補(bǔ)償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形并不是完全的正 弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加，通常k約 為10511）。 25 4. 4. 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用 變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度、 濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這與能否長(zhǎng)期、

17、安全、可靠運(yùn)行有很大關(guān)系。常見(jiàn)有下列幾種結(jié)構(gòu)類(lèi)型可供 用戶(hù)選用： （1）敞開(kāi)型IP00本身無(wú)機(jī)箱，適用裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi) 的屏、盤(pán)、架上，尤其是多臺(tái)變頻器集中使用時(shí)，選用這種 型式較好，但環(huán)境條件要求較高； （2）封閉型IP20適用一般用途，可有少量粉塵或少許溫度、 濕度的場(chǎng)合； （3）密封型IP45適用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件較差些的環(huán)境； （4）密閉型IP65適用環(huán)境條件差，有水、塵及一定腐蝕性氣 體的場(chǎng)合。 26 l l l 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 l l l PID PID PID控制

18、應(yīng)用控制應(yīng)用控制應(yīng)用控制應(yīng)用控制應(yīng)用控制應(yīng)用 l 轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用 l l l 通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì) 27 1. 1. 速度控制范圍和精度速度控制范圍和精度 根據(jù)具體的工藝條件和機(jī)械設(shè)備，在以轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象的變 頻調(diào)速系統(tǒng)中，必須選擇速度控制范圍符合要求的變頻器以 及變頻器的控制方式。速度控制范圍有以下幾種表示方式， 如轉(zhuǎn)速范圍表示或變速比率表示，前者如175轉(zhuǎn)/分到1750轉(zhuǎn)/ 分或5Hz到60Hz，后者如1:10或者以百分比表示如5。 在轉(zhuǎn)速控制方式下，可以根據(jù)變頻器轉(zhuǎn)速控制精度來(lái)選擇不 同類(lèi)型的變頻器及其參數(shù)設(shè)置。 28 2. 2. 避開(kāi)特定的不安全速

19、度避開(kāi)特定的不安全速度 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)頻率與負(fù)載和電機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)固有 振動(dòng)頻率一致時(shí)，會(huì)發(fā)生系統(tǒng)共振，共振狀態(tài)的出現(xiàn)將破壞 傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至將造成破壞性系統(tǒng)損壞。每臺(tái)設(shè) 備都有一個(gè)固有振蕩頻率，它取決于設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)。由于 變頻器是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的工作頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn) 行工作的，這就有可能在某一電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下與負(fù)荷軸系的共 振點(diǎn)、共振頻率重合，造成負(fù)荷軸系因發(fā)生諧振而變得十分 強(qiáng)烈以及不能容忍的振動(dòng)，有時(shí)會(huì)造成設(shè)備停運(yùn)或設(shè)備損壞， 因此必須根據(jù)負(fù)荷軸系（或生產(chǎn)設(shè)備）的共振頻率，通過(guò)共 振預(yù)防，來(lái)避免系統(tǒng)發(fā)生此類(lèi)現(xiàn)象。 29 2. 2. 避開(kāi)特定的不安全速度避開(kāi)特定的不安全

20、速度 為了預(yù)防諧振和共振，變頻器都設(shè)置有跳躍頻率，其目的就 是使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)回避掉可能引起諧振的轉(zhuǎn)速，或者說(shuō)讓 變頻器的輸出頻率跳過(guò)該頻率區(qū)域。變頻器的設(shè)定頻率按照 圖3.中的方式可以在某些頻率點(diǎn)做跳躍運(yùn)行，一般可以定義 三個(gè)跳躍頻率及每一個(gè)跳躍范圍，如跳躍頻率f1、f2、f3及 跳躍范圍1、跳躍范圍2、跳躍范圍3。 30 3. 3. 低速情況的考慮低速情況的考慮 對(duì)于電動(dòng)機(jī)的自冷方式情況下（采用普通電動(dòng)機(jī)），轉(zhuǎn)速下 降則電機(jī)冷卻能力降低。因此對(duì)于平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載的設(shè)備如 離心風(fēng)機(jī)和離心泵，如對(duì)低速運(yùn)行無(wú)要求時(shí)可以設(shè)置一個(gè)最 低運(yùn)行頻率。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載在最低頻率與最高頻率之間變 化，如長(zhǎng)時(shí)間位

21、于最低頻率時(shí)，則可以考慮采用變頻器特有 的休眠喚醒功能，尤其對(duì)于空調(diào)風(fēng)機(jī)和供水泵在夜間?。ɑ?零）流量時(shí)，休眠喚醒功能不僅考慮了低速冷卻效果，還能 充分節(jié)能。 31 PGPG閉環(huán)閉環(huán) 高精度的速度控制往往能夠體現(xiàn)速度的精度和穩(wěn)定性，其典 型應(yīng)用如造紙機(jī)的傳動(dòng)，精度控制在0.01%到0.05%之間， 其他如膠卷和鋼鐵生產(chǎn)線也要求有0.02%到0.1%之間。 32 應(yīng)用范圍 在紡織、印染、造紙等工業(yè)生產(chǎn)中，多電機(jī)速度同步傳動(dòng)的 應(yīng)用十分廣泛。當(dāng)一臺(tái)整機(jī)或一條生產(chǎn)線中各個(gè)傳動(dòng)單元分 別由獨(dú)立的變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，為了保證整機(jī)在一個(gè)主令轉(zhuǎn)速的 設(shè)置下（總調(diào)），各單元同步恒線速工作，需要配置該同步 控制器。

22、同步控制器可對(duì)各單元傳動(dòng)速度分別整定（分調(diào)），以實(shí)現(xiàn) 各單元以一定的比例速度同步工作（或補(bǔ)償各單元的機(jī)械傳 動(dòng)比的差異），各單元可加入松緊架等同步調(diào)節(jié)器信號(hào)（以 實(shí)現(xiàn)各單元速差的自動(dòng)調(diào)整）?？偟闹髁钤O(shè)定電壓通過(guò)給定 積分器輸出，可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟停車(chē)（變頻器的加減速時(shí)間 可以設(shè)置為較小值，以保證同步調(diào)整的動(dòng)態(tài)快速性）。配置 同步控制器，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)、變頻器選型及安裝調(diào)試都變得方 便易行。 33 應(yīng)用范圍 34 l l l 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 l PID控制應(yīng)用控制應(yīng)用 l l l 轉(zhuǎn)速

23、控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用 l l l 通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì)通訊設(shè)計(jì) 35 用于流體工藝 與一般的以轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象的變頻系統(tǒng)不同，涉及流體工藝 的變頻系統(tǒng)通常都是以流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù) 為控制量，實(shí)現(xiàn)恒量或變量控制，這就需要變頻器工作于PID 方式下，按照工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)來(lái)調(diào)節(jié)泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在大多數(shù)的流體工藝或流體設(shè)備的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PID控制 算法是設(shè)計(jì)人員常常采用的恒壓控制算法。常見(jiàn)的PID控制器 控制形式主要有三種：（1）硬件型，通用PID溫控器；（2） 軟件型，使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器上做 PID控制器；（3）使用變頻器內(nèi)置PID控制功能，相對(duì)前兩者 來(lái)說(shuō)，這種叫內(nèi)置型。這三種控制器形式各具特點(diǎn)，但采用 什么形式的PID控制器對(duì)控制性能和生產(chǎn)成本具有一定的影響， 這值得設(shè)計(jì)人員考慮的。 36