電機變頻控制系統(tǒng)的設計

1、 漯河食品職業(yè)學院高等教育?？飘厴I(yè)論文 電機變頻控制系統(tǒng)的設計考生姓名： 李新超 準考證號： 100602153 專業(yè)層次： 專科 指導教師： 頓新興 院 （系）： 機電工程系 漯河食品職業(yè)學院二o一三 年 四 月 二十 日摘 要變頻器傳動已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的主要手段之一，在各種生產機械和生產線中有著廣泛的應用。其中，重要的技術特征是可以充分地與現(xiàn)代網(wǎng)絡技術結合，發(fā)揮智能控制的優(yōu)勢，實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，這是工業(yè)企業(yè)自動化的重要發(fā)展方向，并已有一些很好的范例?，F(xiàn)在，通用變頻器在各行各業(yè)中的應用，已成為改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量、改善生產環(huán)境、節(jié)約能源、

2、推動技術進步的主要技術手段之一，也是國際上更新最快的新技術領域之一。目錄摘 要- 1 -1 緒論- 3 -2變頻器- 3 -2.1 變頻器的應用概況- 3 -2.2變頻器的分類- 4 -2.3變頻器的工作原理- 7 -2.4變頻器的安裝- 9 -2.5變頻器的接線- 10 -2.6改善變頻器的功率因數(shù)- 10 -2.7變頻器的調試、注意事項- 11 -2.8保養(yǎng)和維護- 13 -3.三相異步電動機- 14 -3.1.三相異步電動機的結構- 14 -3.2三相異步電動機的工作原理- 16 -3.3變極對數(shù)調速方法- 17 -3.4變頻調速方法- 17 -4.變頻器的工作原理- 18 -4.1變頻

3、器- 18 -4.2變頻器工作原理- 18 -4.3變頻器的安裝方法- 19 -5.變頻技術在電動機控制電路中的應用- 20 -5.1變頻器恒壓供水系統(tǒng)的相關設備的選擇- 20 -5.2水泵電動機m1在變頻器控制下的工作過程- 21 -1 緒論人類在19世紀中葉就已經(jīng)發(fā)明了電動機，但真正意義上的電動機自動控制系統(tǒng)是在20世紀30年代出現(xiàn)的，當時的閘流管、引燃管，而后是磁放大器、磁飽和電抗器作為靜止變流器，形成了第一代電動機傳動控制系統(tǒng)。在二次世界大戰(zhàn)中，自動控制理論得到了發(fā)展，這有力地促進了電動機傳動控制系統(tǒng)理論體系的建立。但是，在很長的一段時間里，在較高的控制性能的傳動系統(tǒng)里，直流電動機一直

4、占主導地位，主要原因在于其控制簡單、高速平滑、性能良好。然而，直流電動機結構上存在的機械換向器和電刷，它具有一些難以克服的固有缺點，那就是維護困難，壽命短、單機容量和最高電壓都受到一定限制等。而交流電動機（主要是異步電動機）。正好與直流電動機相反，它沒有電刷，結構簡單，維護容易，但是在當時的條件下但是在當時的技術條件下，很難實現(xiàn)高性能的高速控制。在當時，交流電動機雖然在數(shù)量上占絕對的多數(shù)，但一般采用電源直接供電，直接拖動負載的方式，沒有任何控制。20世紀70年代初的席卷全球的石油危機促進了交流調速技術的發(fā)展，因為當時人們發(fā)現(xiàn)，占電動機用電量一半以上的風機、泵類負載的拖動電動機工作在恒轉速狀態(tài)，

5、是靠閥門和擋板來調節(jié)流量或壓力的，因而造成了大量的電能浪費。通過改變電動機轉速的方法調節(jié)風量或流量，一般可節(jié)電20%30%,于是在工業(yè)化國家，變頻器出現(xiàn)了?？梢哉f，交流傳動控制的真正的發(fā)展和應用是從使用變頻高速技術來改造風機、泵類負載而開始的。2變頻器2.1 變頻器的應用概況我國國內各工礦企業(yè)應用變頻器還處于起步階段，只有少數(shù)效益好的企業(yè)愿意采用變頻器，一般的企業(yè)并不熱衷于使用變頻器。主要原因有：1)資金困難。我國企業(yè)步入轉軌階段，大部分效益不好，只能維持簡單再生產，對于新建項目，為節(jié)省資金，也不采用變頻器；2)性能價格比差。現(xiàn)在質量可靠的變頻器均為國外品牌，但價格高，國內產品價格雖然較低，但

6、質量不能讓人放心。所以好多企業(yè)有以下共識，要么不用，要用就用最好的，這樣就提高了變頻器的使用門檻，同時延長了投資回收的時間；3)思想觀念問題。一是人們的節(jié)能意識不強，在中國相同產品的能耗是發(fā)達國家的兩倍左右，但許多企業(yè)都習以為常；二是部分技術人員思想保守，習慣使用傳統(tǒng)的控制方式，盡管故障率較高，但能夠自行處理；4)基于售后服務考慮。變頻器硬件出現(xiàn)故障，用戶不能自行維修，而供貨商不能及時處理，影響生產。在使用中主要會遇到的問題有：1)軟故障較多，如電機起動、停止或運行時，出現(xiàn)跳閘、過流、過壓和缺相等故障。2)電源污染問題，變頻器運行時出現(xiàn)的高次諧波對其他設備有干擾，若進行有效處理，會增加投資。3

7、)硬件故障問題。隨著技術不斷進步，變頻器質量越來越可靠，但還沒有完全成熟，特別是大功率變頻器，故障率較高。4)售后服務問題。由于變頻器應用不夠廣泛，售后服務網(wǎng)點人員較少，對用戶的響應較慢，特別個別進口產品，保修期過后，維修較難。5)技術人員對變頻器、可編程序控制器知識掌握不多，部分簡單故障不能自行處理。我國變頻器應用跟國外差距表現(xiàn)在：1)觀念差別。發(fā)達國家企業(yè)使用變頻器感到習以為常，像日本，用了兩年左右時間就全面推開。國內企業(yè)的節(jié)能意識差，如果有資金，更愿意上新項目，也不愿進行變頻改造。2)控制方式差別。國外企業(yè)大部分采用“一對一”控制方式，無形中提高了可靠性，而國內大都采用“一控二” 或“一

8、控三”等控制方式，雖然節(jié)省投資，但降低了可靠性。2.2變頻器的分類變頻器的英文名稱為vfd或vvvf，是一種利用逆變流電路的方式將恒頻恒壓的電源變成頻率和電壓可變的電源，進而對電動機進行調速控制的電器裝置。1.按照用途分類 變頻器按照用途可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類。1）通用變頻器通用變頻器是目前工業(yè)領域中應用數(shù)量最多、最普遍的一種變頻器。該類型變頻器使用于工業(yè)電動機和一般變頻電動機，且一般由交流低壓220v/380v（50hz）供電，對使用環(huán)境沒有嚴格的要求，以簡便的控制的方式為主。通用變頻器的特點：a使用范圍廣，通用性強；b低頻轉矩輸出180%，低頻運行特性良好；c輸出頻率最大60

9、0hz，可控制高速電動機；d具有加速、減速、動轉中失速防止等保護功能；e精確度偏低，使用對調速性能要求不高的場合；f體積小、價格低；g隨著通用變頻器的發(fā)展，目前市場上還出現(xiàn)了采用轉矩矢量控制方式的高性能多功能變頻器，在軟件和硬件方面進行了改造，除具有普通通用變頻器的特點外，還具有較高的轉矩控制性能，可用于沖動帶、升降裝置及機床、電動車輛等對調速系統(tǒng)性能和功能要求較高的場合。2）專用變頻器專用變頻器是指專門針對某一方面或某一領域而設計研發(fā)的變頻器。該類型變頻器針對性較強，具有適用于所針對領域獨有的功能和優(yōu)勢，從而能夠更好地發(fā)揮變頻器的作用。3）特殊領域的專用變頻器高性能專用變頻器、高頻變頻器、單

10、相變頻器及三相變頻器等。這些變頻器都屬于專業(yè)型變頻器，針對性較強，場所要求特殊，可以實現(xiàn)較高的控制要求，價格較高。a 高性能專用變頻器高性能專用變頻器是一種采用矢量控制的變頻器，控制對象都是變頻器廠家指定的專用電動機，可應用于對電動機的控制性能要求較高的系統(tǒng)，目前正在逐步替代直流伺服系統(tǒng)。b.高頻變頻器高頻變頻器是指輸出頻率科大3khz的高頻率輸出變頻器。該類變頻器一般采用pam控制方式，適用于超精加工領域的高速電動機控制系統(tǒng)中。一般驅動兩相交流異步電動機的最高速度可達18000r/min。c.單相變頻器和三相變頻器單相變頻器和三相變頻器分別對應于單相電動機和三相電動機，兩種變頻器的電路機構不

11、同，但工作原理基本相同。2.按照變換器方式分類變頻器按照工作時頻率變換的方式主要分為兩類，即交-直-交變頻器和交-交變頻器。a.交-直-交變頻器交-直-交變頻器是指變頻器工作時，首先將工頻交流電通過整流單元換成脈動的直流電，再經(jīng)過中間單路的電容平滑濾波，為逆變電路供電，在控制系統(tǒng)的控制下，逆變電路再將直流電源轉換成頻率和電壓可調的交流電，人后提供負載（電動機）進行變速控制。交-直-交變頻器又稱間接式變頻器，目前廣泛用通用型變頻器。交-直-交變頻器的結構b.交-交變頻器交-交變頻器是指變頻器工作時，將工頻交流電直接轉換成頻率和電壓可調的交流電，提供給負載（電動機）進行變速控制。3.按照電源性質分

12、類在上述交-直-交變頻器中，根據(jù)中間電路部分的電源性質不同，又可以將變頻器分為兩大類，即電壓型變頻器和電源型變頻器。電壓型變頻器的特點是中間電路采用電容器作為直流儲能元件，可緩沖負載的無功功率，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內阻較小，相當于電壓源，故電壓型變頻器常用在負載電壓變化較大的場合。電壓型變頻器的結構電流型變頻器的特點是中間電路采用電感器作為直流儲能元件，用以緩沖負載的無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波。由于該直流內阻較大，可扼制負載電流頻繁而急劇的變化，故電流型變頻器常用在負載電流變化比較大的場合，適用于需要回饋制動和經(jīng)常正、反轉的生產機械。電流型變頻器的結構2.3變頻器的工作

13、原理變頻器中的控制電路是只用于給主電路提供控制信號的電路部分，主要完成對逆流變電路總電力半導體器件的開關控制、對整流電路的電壓控制及各種保護能等上兩圖為 變頻器的工作原理圖和變頻器主電路的結構變頻器的控制電路部分結構框圖從圖中可以看到，變頻器控制電路部分主要主控電路、變頻驅動電路、操作顯示電路、檢測電路、保護電路及控制信號輸入/輸出接線端子等部分構成的。各種輸入信號或檢測信號均由主控電路識別和處理后，輸出各種控制信號實現(xiàn)對變頻器整機的控制。1.主控電路主電路是變頻器控制電路的核心部分，一般由主控器（單片微機）或數(shù)字信號處理器（dsp）構成。主控電路主要用于實現(xiàn):a. 接收并處理從操作顯示電路、

14、控制接線端子輸入設備輸入的各種信號，如頻率參數(shù)設定指令、反正轉指令等；b.接收并處理由檢測電路送來的的各種采樣信號，如電壓、電流、速度、溫度等檢測信號，將這些信號識別、處理后輸出相應的控制信號，控制變頻器進行相關的動作；c.向操作顯示電路的顯示屏部分輸出顯示信號，如各種運行狀態(tài)指示信號；d.向控制接線端子連接的控制設備發(fā)出控制信號；e.將接收的各種信號識別和運算，完成調制處理，產生相應的調制指令送入驅動電路。2.操作顯示電路操作顯示電路用于向主電路發(fā)出各種人工操作指令，如運行控制指令或修改運行數(shù)據(jù)指令等。同時，主控電路對接收指令做出反應后，指令的執(zhí)行結果由變頻器的顯示屏、狀態(tài)指示燈等顯示或指示

15、。3.檢測電路變頻器的檢測電路通常是電流、電壓、速度、溫度等檢測電路，用于對各個檢測部位進行采樣，并將采樣信號送至主控電路中。4.保護電路保護電路是變頻器控制電路中的重要組成部分，主要用于檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過壓等異常情況時，可控制逆變電路器停止輸出交流電壓，有效防止變頻器和異步電動機損壞。2.4變頻器的安裝1.變頻器的安裝環(huán)境a.環(huán)境溫度1050變頻器內部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40以下。如環(huán)境溫溫度太高且溫度變化大時，變頻器的絕緣性會大大降低。b.環(huán)境濕度相對濕度不超過90%（無結露）。必要時，

16、在變頻柜箱中增加干燥劑和加熱器。2.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，還應使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內電磁開關之類產生振動的元器件。設備運行一段時間后，應對其進行檢查和維護。電氣環(huán)境：防止電磁波干擾。 防止輸入端過電壓。其它條件無陽光直射，無腐蝕性氣體及易燃氣體，塵埃少，海拔低于1000m等都要考慮。3.安裝方式a.墻掛式安裝變頻器與周圍物體之間的距離應滿足下列條件如下圖：兩側大于10cm 上下大5cmb.柜式安裝1)是目前最好的安裝方式，因為可以起到很好的屏蔽作用，同時也能防塵、防潮、防光照等2)單臺變

17、頻器安裝應盡量采用柜外冷卻方式（環(huán)境比較潔凈，塵埃少時）；3)單臺變頻器采用柜內冷卻方式時，變頻柜頂端應安裝抽風式冷卻風扇，并盡量裝在變頻器的正上方（便于空氣流通）；4)多臺變頻器安裝應盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應在兩臺變頻器間加裝隔板。5)不論用哪種方式，變頻器應垂直安裝（也是最合理的安裝方式）。2.5變頻器的接線a.主電路接線，如下圖（1）變頻器輸入（r、s、t），輸出（u、v、w）絕對不能接錯（2）將變頻器接地端子良好的接地（如果工廠電路是零地共用，那就要考慮單獨取地線） 多臺變頻器接地，各變頻器應分別和大地相連，不允許一臺變頻器的接地和另一臺變 頻器的接地端連接后再接地。（

18、3）將變頻器的電源輸入端子經(jīng)過漏電保護開關接到電源上（漏電開關，空氣開關應選擇好的生產廠家）b.控制電路的接線（1）模擬量控制線應使用屏蔽線，屏蔽一端接變頻器控制電路的公共端（com），或接變頻器地端（e），另一端懸空。（2）開關量控制線允許不使用屏蔽線，但同一信號的兩根線必須互相絞在一起，絞合線的絞合間距應盡可能小。2.6改善變頻器的功率因數(shù)如下圖所示：為了改善功率因數(shù)或安裝場所距大容量電源很近時，必須加直流電抗器和交流電抗器。除改善功率因數(shù)外，還有以下作用：（1）抑制輸入中的浪涌電流（2）削弱電源電壓不平衡所帶來的影響電抗的選用：（1）電抗器電壓降不大于額定電壓的3%。（2）當變壓器容量大

19、于500kva或變壓器容量超過變頻器容量10倍以上時，應配電 抗器。2.7變頻器的調試、注意事項 變頻器在調試時，應采取的基本步驟有帶電源空載測試、帶電機空載運行、帶負載試運行、與上位機聯(lián)機統(tǒng)調等；完成這些步驟應注意的問題：1)在將變頻器接通電源前需要檢查它的輸入、輸出端是否符合說明書要求；2)特別要看是否有新的內容增加，認真閱讀注意事項；3)檢查接線是否正確和緊固。 一般的變頻器均有運行（run）、停止（stop）、編程（prog）、數(shù)據(jù)/確認（data/enter）、增加（up、）、減少（down、）、等6個鍵，不同變頻器操作鍵的定義基本相同。此外有的變頻器還有監(jiān)視（monttor/dis

20、play）、復位（reset）、寸動（jog）、移位（shift）等功能鍵。1.變頻器接通電源試運行（不接電機）接上電源后，按運行（run）鍵運行變頻器到50hz，用萬用表測量變頻器的輸出（uvw）相電壓應平衡（370v-400v）。按停止鍵后，再接上電機線。2.變頻器帶電機空載運行1)設置電機的功率、極數(shù)，要綜合考慮變頻器的工作電流。2)設定變頻器的最大輸出頻率、基頻、設置轉矩特性。3)將變頻器設置為自帶的鍵盤操作模式，按寸動鍵、運行鍵、停止鍵，觀察電機是否反轉， 是否能正常地啟動、停止。4)熟悉變頻器運行發(fā)生故障時的保護代碼，觀察熱保護繼電器的出廠值，觀察過載保護的 設定值，需要時可以修改

21、。3.帶載試運行 1)手動操作變頻器面板的運行停止鍵，觀察電機運行停止過程及變頻器的顯示窗，看是否有異?，F(xiàn)象。如果有現(xiàn)象，相應的改變預定參數(shù)后再運行。 2)如果啟動.停止電機過程中變頻器出現(xiàn)過流保護動作，應重新設定加速、減速時間。電機在加、減速時的加速度取決于加速轉矩，而變頻器在啟、制動過程中的頻率變化率是用戶設定的。若電機轉動慣量或電機負載變化，按預先設定的頻率變化率升速或減速時，有可能出現(xiàn)加速轉矩不夠，從而造成電機失速，即電機轉速與變頻器輸出頻率不協(xié)調，從而造成過電流或過電壓。因此，需要根據(jù)電機轉動慣量和負載合理設定加、減速時間，使變頻器的頻率變化率能與電機轉速變化率相協(xié)調。檢查此項設定是

22、否合理的方法是先按經(jīng)驗選定加、減速時間進行設定，若在啟動過程中出現(xiàn)過流，則可適當延長加速時間；若在制動過程中出現(xiàn)過流，則適當延長減速時間。另一方面，加、減速時間不宜設定太長，時間太長將影響生產效率，特別是頻繁啟、制動時。 3)如果變頻器在限定的時間內仍然保護，應改變啟動/停止的運行曲線，從直線改為s形、u形線或反s形、反u形線。電機負載慣性較大時，應該采用更長的啟動停止時間，并且根據(jù)其負載特性設置運行曲線類型。 4)如果變頻器仍然存在運行故障，應嘗試增加最大電流的保護值，但是不能取消保護，應留有至少10%-20%的保護余量。5)如果變頻器運行故障還是發(fā)生，應更換更大一級功率的變頻器。 6)如果

23、變頻器帶動電機在啟動過程中達不到預設速度，可能有兩種情況：a.系統(tǒng)發(fā)生機電共振，可以從電機運轉的聲音進行判斷。采用設置頻率跳躍值的方法，可以避開共振點。一般變頻器能設定三級跳躍點。v/f控制的變頻器驅動異步電機時，在某些頻率段，電機的電流、轉速會發(fā)生振蕩，嚴重時系統(tǒng)無法運行，甚至在加速過程中出現(xiàn)過電流保護使得電機不能正常啟動，在電機輕載或轉動慣量較小時更為嚴重。普通變頻器均備有頻率跨跳功能，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點，在v/f曲線上設置跨跳點及跨跳寬度。當電機加速時可以自動跳過這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運行。b.電機的轉矩輸出能力不夠，不同品牌的變頻器出廠參數(shù)設置不同，在相同的條件下，

24、帶載能力不同，也可能因變頻器控制方法不同，造成電機的帶載能力不同；或因系統(tǒng)的輸出效率不同，造成帶載能力會有所差異。對于這種情況，可以增加轉矩提升量的值。如果達不到，可用手動轉矩提升功能，不要設定過大，電機這時的溫升會增加。如果仍然不行，應改用新的控制方法，比如日立變頻器采用v/f比值恒定的方法，啟動達不到要求時，改用無速度傳感器空間矢量控制方法，它具有更大的轉矩輸出能力。對于風機和泵類負載，應減少降轉矩的曲線值。4.變頻器與上位機相連進行系統(tǒng)調試 在手動的基本設定完成后，如果系統(tǒng)中有上位機，將變頻器的控制線直接與上位機控制線相連，要考慮并將變頻器的操作模式改為端子控制。根據(jù)上位機系統(tǒng)的需要，調

25、定變頻器接收頻率信號端子的量程0-5v或0-10v，以及變頻器對模擬頻率信號采樣的響應速度。如果需要另外的監(jiān)視表頭，應選擇模擬輸出的監(jiān)視量，并調整變頻器輸出監(jiān)視量端子的量程。 在調試時可能會遇到這種情況，如上位機給出信號后，變頻器不執(zhí)行。因為有的上位機只接受交流信號，不接受直流信號，而變頻器的控制信號大多是直流信號，這時可以考慮外加繼電器。2.8保養(yǎng)和維護 由于變頻器使用環(huán)境的變化，如溫度、濕度、煙霧等的影響，以及變頻器內部元器件的老化等因素，可能會導致變頻器發(fā)生各種故障。因此，在存貯、使用過程中必須對變頻器進行日常檢查，并進行定期保養(yǎng)維護。1.日常維護 在變頻器正常開啟時，請確認如下事項：1

26、)電機是否有異常聲音及振動。2)變頻器及電機是否發(fā)熱異常，環(huán)境溫度是否過高。3)負載電流表是否與往常值一樣。4)變頻器的冷卻風扇是否正常運轉。2.定期維護 變頻器定期保養(yǎng)檢查時，一定要切斷電源，待監(jiān)視器無顯示及主電路電源指示燈熄滅后，才能進行檢查。檢查內容如表所示。 檢查項目檢查內容異常對策主回路端子、控制回路端子螺絲釘螺絲釘是否松動用螺絲刀擰緊散熱片是否有灰塵用46kg/cm2壓力的干燥壓縮空氣吹掉pcb印刷電路板是否有灰塵用46kg/cm2壓力的干燥壓縮空氣吹掉冷卻風扇是否有異常聲音、異常振動更換冷卻風扇功率元件是否有灰塵用46kg/cm2壓力的干燥壓縮空氣吹掉鋁電解電容是否變色、異味、鼓

27、泡更換鋁電解電容3.三相異步電動機3.1.三相異步電動機的結構三相異步電機由定子和轉子兩大部分組成，定子和轉子之間存在很小的氣隙。a.定子三相異步電機的定子是由定子鐵芯、定子繞組、機組和端蓋組成。定子的主要作用是產生磁場。 1).定子鐵芯定子鐵芯用來嵌放定子繞組，是三相異步電機磁路的一部分。為了減少電機的鐵芯損耗，定子鐵芯采用0.5mm厚的硅鋼片疊成，硅鋼片內圓周表面沖有槽，用以嵌放定子繞組。槽的形狀有半閉口槽、半開口槽和開口槽。小容量的電動機由于硅鋼片間的渦流電壓較小，相疊時利用硅鋼片表面的氧化層即可減小渦流損耗。對于容量較大的電動機，在硅鋼片兩面涂絕緣漆作為片間絕緣。2).定子繞組定子繞組

28、是三相異步電動機的電路部分，其主要作用是通入交流電產生磁場。它由嵌在定子鐵芯槽內的線圈按一定規(guī)律組成，根據(jù)定子繞組線圈在槽內的布置可分為單層和雙層繞組。繞組的槽內部分與鐵芯之間必須可靠地絕緣，這部分絕緣稱為槽絕緣，如果是雙層繞組，兩層繞組之間還應有層間絕緣，槽內的導線用槽楔固定在槽內。三相異步電動機的定子繞組必須是對稱繞組，即每相繞組匝數(shù)和結構完全相同，在空間相差120電度角。每相繞組的首端用 、 、表示，末端用 、 、表示。3).機座和端蓋機座的作用是支撐定子鐵芯和固定端蓋，在中小型電動機中端蓋還具有軸承座的作用，機座還要支撐電動機的轉子部分。因此機座必須具有足夠的機械強度和剛度。b.轉子三

29、相異步電動機的轉子由轉子鐵芯、轉子繞組、轉軸和軸承等構成。轉子的主要作用是產生電磁轉矩。1).轉子鐵芯轉子鐵芯也是電動機磁路的一部分，由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。硅鋼片外圓周上沖有槽，以便澆鑄或嵌放轉子繞組。中小型異步電機的轉子鐵芯大都直接安裝在轉軸上，而大型異步電機轉子則固定在轉子支架上，轉子支架再套裝固定在轉軸上。2).轉子繞組轉子繞組的作用是產生感應電動勢和電流，并產生電磁轉矩。其結構形式有籠式和繞線式兩種。(1)籠式轉子繞組?；\式轉子繞組按制造繞組的材料可分為銅條繞組和鑄鋁繞組。銅條繞組是在轉子鐵芯的每一槽內插入一根銅條，每一根銅條兩端各用一端環(huán)焊接起來。銅條繞組主要用在容量較大的

30、異步電動機中。小容量異步電動機為了節(jié)約用銅和簡化工藝，繞組采用鑄鋁工藝，將轉子槽內的導條及端環(huán)和風扇葉片一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子。如果把鐵芯去掉，繞組就像一個籠子，故稱為籠式繞組。由于兩個端環(huán)分別把每一根導條的兩端連接在一起，因此，籠式繞組是一個自行封閉的繞組。(2)繞線式轉子繞組。繞線式轉子繞組和定子繞組一樣，是由嵌放到轉子鐵芯槽內的線圈按一定規(guī)律組成的三相對稱繞組。轉子三項繞組一般接成星形，三個末端連在一起，三個首端分別與裝在轉軸上但與轉軸絕緣的三個滑環(huán)相連接，再經(jīng)電刷裝置引出。當異步電動機啟動或調速時，可以串接附加電阻。c.氣隙三相異步電動機定子鐵芯與轉子鐵芯之間的氣隙比同容量直流電機

31、的氣隙小得多。氣隙的大小對異步電動機的運行性能影響極大，氣隙大則磁阻大，由電網(wǎng)提供的勵磁電流也大，使電機的功率因數(shù)降低。但是氣隙過小時，將使電機裝配困難，運行時定、轉子可能會發(fā)生摩擦，而且氣隙過小時高次諧波磁場的影響的增大，對電機產生不良影響。一般情況下三相異步電動機的氣隙在0.21.6mm之間。3.2三相異步電動機的工作原理 圖5所示為一臺三相籠型異步電動機的示意圖。在定子鐵芯里嶄放著對稱的三相繞組u1-u2、v1-v2、w1-w2。轉子槽內放有導條，導體兩端用短路接起來，形成一個籠型的閉合繞組。定子三相繞組可接成星形，也可以接成三角形。旋轉磁場理論分析可知，如果定子對稱三星繞組被施以對稱的

32、三相變壓，就有對稱的三相電流流過，并且會在電機的氣隙中形成一個旋轉磁場，這個磁場的轉速n1稱為同步轉速，它與電網(wǎng)的頻率f1及電機的極對數(shù)p的關系為n1=60f1/p轉向與三相繞組的排列有關，圖中u、v、w相序的三相電流時，定子旋轉磁場為順時針轉向。由于轉子是靜止的，轉子與旋轉磁場之間有相對運動，轉子導體因切割定子磁場而產生感應電動勢，因轉子繞組自身閉合，轉子繞組內便有電流流過。轉子有功電流與轉子感應電動勢同相位，其方向可由“右手定則”確定。載有有功分量電流的轉子繞組在定子旋轉磁場作用下，將產生電磁力f，其方向由“左手定則”確定。電磁力對轉軸形成一個電磁力矩，其作用方向與磁場方向一致，拖著轉子順

33、著旋轉磁場的旋轉方向旋轉，將輸入的電能變成旋轉的機械能。如果電動機軸上帶有機械負載，則機械負載隨著電動機的旋轉而旋轉，電動機對機械負載做功。綜上分析可知，三相異步電動機轉動的基本工作原理是：三相對稱繞組中通入三相對稱電流產生圓形旋轉磁場。轉子導體切割旋轉磁場感應電動勢和電流。轉子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉矩，驅使電動機轉子轉動。異步電動機的旋轉方向始終與旋轉磁場的旋轉方向一致，而旋轉磁場的方向又取決于異步電動機的三相電流相序，因此，三相異步電動機的轉向與電流的相序一致。要改變轉向，只需改變電流的相序即可，即任意對調電動機的兩根導線，便可使電動機反轉。異步電動機的轉速恒小于

34、旋轉磁場的轉速n1，因為只有這樣，轉子繞組才能產生電磁轉矩，使電動機旋轉。如果n=n1，轉子繞組與定子磁場之間便無相對運動，則轉子繞組中無感應電動勢和感應電流產生，可見nn1,是異步電動機工作的必要條件。由于電動機轉速n與旋轉磁場轉速n1不同步，故稱為異步電動機。又因為異步電動 機轉子電流是通過電磁感應作用產生的，所以又稱為感應電動機。3.3變極對數(shù)調速方法 這種調速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數(shù)達到調速目的，其特點是： 1)具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好； 2)無轉差損耗，效率高； 3)接線簡單、控制方便、價格低； 4) 有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速； 5)

35、 可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。 3.4變頻調速方法 變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流直流交流變頻器和交流交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交直交變頻器。其特點是： 效率高，調速過程中沒有附加損耗； 應用范圍廣，可用于籠型異步電動機； 調速范圍大，特性硬，精度高； 技術復雜，造價高，維護檢修困難。 本方法適用于要求精度高、調速性能較好場合4.變頻器的工作原理4.1變頻器變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變

36、頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。4.2變頻器工作原理主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型和電流型。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構成

37、，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。1.整流器整流器是將工頻電源變換為直流功率。最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，所以可以進行再生運轉。2.平波回路平波回路主要是吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動。在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平

38、波回路。3.逆變器逆變器是將直流功率變換為交流功率。同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到三相交流輸出。4.3變頻器的安裝方法1.環(huán)境溫度 安裝變頻器時應充分考慮變頻器的環(huán)境溫度，不得超過變頻器允許的溫度范圍，通常變頻器周圍溫度范圍為-10+40,每升高1度，變頻器應降額5%使用。變頻器在溫度高于40度的環(huán)境中使用時，其內部元件會由于負荷過大而損壞。2.環(huán)境濕度變頻器對環(huán)境濕度也有一定的要求，通常變頻的環(huán)境濕度范圍在45%90%之間。若環(huán)境濕度過高，則不僅會降低絕緣性，而且金屬部位容易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，此時可通過在變頻器的控制柜

39、內放入干燥劑、加熱器等來降低環(huán)境濕度。3.安裝場所變頻器應盡量 安裝在避免陽光直射、無塵埃、無污油、無滴水、無腐蝕性氣體、無易燃易爆氣體、無振動等環(huán)境中。若無法避免上述環(huán)境條件時，則可根據(jù)變頻器不同的工作環(huán)境，選擇不同功能結構的變頻器控制柜，如密封結構的控制柜、防爆結構的控制柜、防振結構的控制柜等，以適于不同環(huán)境的控制柜。4.海拔高度變頻器應盡量安裝在海拔1000m以下的環(huán)境中，若安裝在海拔較高的環(huán)境，則會影響變頻器的輸出電流。5.振動加速度變頻器不能安裝在振動比較頻繁的環(huán)境中，若振動過大，則可能會使變頻器的固定螺絲松動或元器件脫落、焊點虛焊等。通常變頻器安裝場所的振動加速度應在0.6g以內。

40、在安裝變頻器時，應對其安裝的振動場所進行測量，首先測量出振動場所的振幅（a）和頻率（f），然后根據(jù)公式計算振動加速度，即振動加速度（c）=2*3.14fa/98005.變頻技術在電動機控制電路中的應用5.1變頻器恒壓供水系統(tǒng)的相關設備的選擇表5.1 本系統(tǒng)主要硬件設備清單主要設備型號及其生產廠家變頻器cvf-p2-4t0110水泵機組125h-13型號水泵一臺壓力變送器及顯示儀表普通壓力表y-100、xmt-1270數(shù)顯儀液位變送器分體式液位變送器ds26（1）工藝參數(shù): 水泵流量：295 m3/h 水泵出口壓力： 0.08mpa （2）水泵參數(shù)：型號：125h-13 額定流量：793 m3/

41、h 揚程：32.3 m 功率：80.3 kw 額定轉速：1450 r/min 配用電機功率：100kw （3）電動機參數(shù)：型號：y160m1-2 功率：11kw 額定頻率：50hz 額定電壓：380vac； 額定轉速：2930 r/min 電動機常選用y160m1-2型號的電動機，功率為11kw，電壓為380v，所以其電流為：i211kw=22a變頻器的電流為： i22（1+5%）=23.1a 所以選用cvf-p2-4t0110型號的變頻器。5.2水泵電動機m1在變頻器控制下的工作過程 在上圖控制電路中，首先閉合主電路斷路器qf，分別按下變頻器供電啟動按鈕sb1、變頻運行啟動按鈕sb3后，控制

42、系統(tǒng)計入變頻器控制工作狀態(tài)，同時將壓力傳感器的反饋信號與設定信號相比較作為控制變頻器的輸出依據(jù)，使變頻器根據(jù)實際水壓情況自動控制電動機的運轉速度，實現(xiàn)恒壓供水的目的。具體控制過程如下： 合上總斷路器qf； 按下變頻供電啟動按鈕sb1； 交流接觸器km1、km2線圈同時得電吸合，變頻電路供電指示燈hl1點亮； 交流接觸器km1線圈得電，常開輔助觸點km1-2閉合自鎖； 常開觸點km1-1閉合，變頻器的主電路輸入端r、s、t得電； 交流接觸器km2線圈得電，常閉輔助觸點km2-2斷開，防止交流接觸器km3線圈得電，起連鎖保護作用； 常開主觸點km2-1閉合，變頻器輸出側于電動機相連，為變頻器控制電

43、動機運行做好準備； 按下變頻運行啟動按鈕sb3； 中間繼電器ka1線圈得電，同時變頻運行指示燈hl2點亮； 中間繼電器ka1的常開觸點ka1-2閉合自鎖； 中間繼電器ka1的常開輔助觸點ka1-1閉合，變頻器fwd端子與cm端子短接； 變頻器接收到啟動指令（正轉），內部主電路開始工作，u、v、w、端輸出變頻電源，經(jīng)km2-1后加到水泵電動機m1的三相繞組上； 水泵電動機m1開始啟動運轉，將蓄電池中的水通過管道送入水房，進行供水； 水泵電動機m1工作時，供水系統(tǒng)中的壓力傳感器sp實施檢測供水壓力狀態(tài)，并將檢測到的水壓力轉換為電信反饋到變頻器端子ii（xf）上； 變頻器端子ii（xf）將反饋信號于初始信號與初始目標設定端子vii(xt)的給定信號相比較，將比較信號經(jīng)變頻器內部pid調節(jié)處理后得到頻率給定信號，控制變頻器的輸出電源頻率升高或降低，從而控制電動機轉速的增大