電機(jī)在頻率下降后出現(xiàn)的問(wèn)題

1、1變頻引出的特殊問(wèn)題1.1異步電動(dòng)機(jī)在頻率下降后出現(xiàn)的問(wèn)題 異步電動(dòng)機(jī)的輸入輸出如圖1所示。圖1異步電動(dòng)機(jī)的輸入和輸出(1)問(wèn)題的提出(a)電動(dòng)機(jī)的輸入功率眾所周知，電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的器件。三相交流異步電動(dòng)機(jī)輸入的是 三相電功率P1：式中；電動(dòng)機(jī)的輸入功率，kl;一定千側(cè)的線電壓，V;人一定子側(cè)的相電壓，V:一定干州的相電流，A;cos鴛一定子娜嫻因命(b)電動(dòng)機(jī)的輸出功率電動(dòng)機(jī)是用來(lái)拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的、因此，其輸出功率便是軸上的機(jī)械功率式(2)中：P2-電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率,kW;TMH電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩,N2m;n M電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速,r/min。(c)頻率下降后出現(xiàn)的問(wèn)題毫無(wú)疑問(wèn)，頻

2、率下降的結(jié)果是 轉(zhuǎn)速下降。這是因?yàn)?，異步電如的咳速和頻率有 關(guān)：% = (一)p式中：&一下降了的頻率，Hz;P磁榭寸數(shù)；，一轉(zhuǎn)差率，由下式計(jì)算：.所飛 0 詢式(4)中：n 0同步轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 轉(zhuǎn)速),r/min 。由式(2)知，轉(zhuǎn)速下降的結(jié)果是:電動(dòng)機(jī)的輸出功率下降。然而，式(1)表明，電迦!的輸入功率和頻率之間卻并無(wú)直接關(guān)系。如果仔 細(xì)分析的話，當(dāng)頻率下降時(shí)，輸入功率將是有增無(wú)減的(因?yàn)榉措妱?dòng)勢(shì)將減小)。輸入不變而輸出減少，這似乎有悖于能量守恒的原理，出現(xiàn)了什么問(wèn)題呢？(2)異步電動(dòng)機(jī)的能量傳遞異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是依靠電磁感應(yīng)(轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng))而得到能量的， 如圖2(a

3、)所示。所以，其能量是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的。傳遞過(guò)程如圖2(b)所示，可 歸納如下：圖2異步電動(dòng)機(jī)的能量傳涕(a)從輸入的電功率P1中扣除定子側(cè)損失(定子繞組的銅損pCul和定子鐵心的鐵損pFel)后，便是通過(guò)磁場(chǎng)傳遞給轉(zhuǎn)子的功率，稱為電磁功率，用PM表示：Pi = F-&P&式中：P一定子繞組的桐損，一定子鐵心的鐵損，klV,(b)轉(zhuǎn)子得到的電磁功率PM中扣除轉(zhuǎn)子側(cè)損失(轉(zhuǎn)子繞組的銅損PCu2和轉(zhuǎn)子鐵 心的鐵損PFe2),便是轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率 P2:巳寸幾支式中：口卬一轉(zhuǎn)子繞組的桐根，kW;Py 一轉(zhuǎn)子鐵心的鐵損，kN。顯然，頻率下降的結(jié)果必將導(dǎo)致電磁功率 PM的“中部崛起”，

4、這意味著磁 通的大量增加。那么，PM是如何增大的呢？(3)定子側(cè)的等效電路(a)定子磁通及其在電路中的作用如圖3(a)所示，定子磁通可以分為兩個(gè)部分圖3定子側(cè)的等效電路2主磁通1主磁通1是穿過(guò)空氣隙與轉(zhuǎn)子繞組相鏈的部分，是把能量傳遞給轉(zhuǎn)子的部分。它在定子繞組中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)，用E1表示，其有效值的計(jì)算如下式：式汾中：凡一比例常數(shù)：力一定干電流的頻率,Hz; 此一每相定干繞組的匝數(shù)；叫一主磁通的振幅值，Wb 0式表明，反電動(dòng)勢(shì)E1與頻率fX和主磁通M的乘積成正比：(8)在頻率一定的情況下，反電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值直接反映了主磁通的大小。 或者說(shuō)，主磁 通M的大小是通過(guò)反電動(dòng)勢(shì) E1的大小來(lái)體

5、現(xiàn)的。2漏磁通0漏磁通0是未穿過(guò)空氣隙與轉(zhuǎn)子繞組相鏈的部分， 它并不傳遞能量，它在定子 繞組中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)只起電抗的作用，稱為漏磁電抗 X1,其壓降為I1X1。(b)定子側(cè)的等效電路圖3(b)所示即為定子繞組的一相等效電路，其電動(dòng)勢(shì)平衡方程如下：式中：備=-格格+承】用一(c)電磁功率的計(jì)算如上述，把能量從定子傳遞給轉(zhuǎn)子的是主磁通M而主磁通 M在電路中通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)E1來(lái)體現(xiàn)，所以，電磁功率可計(jì)算如下：片卸陽(yáng)sR(11)(d)頻率下降的后果由式(8)知，當(dāng)頻率fX下降時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)E1也將下降，由式(10)知，這將 引起電流I1的增大，并導(dǎo)致磁通 M和電磁功率PM的增大。1.2 保持磁通不變的

6、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4所示。圖4的上半部是電垃皿的磁化曲線；下半部則是勵(lì)磁電流的波形。磁路未飽和 S)磁路開始飽和磁路產(chǎn)承飽和圖4磁化曲線與勵(lì)磁電流所以，變頻調(diào)速的一個(gè)特殊問(wèn)題

7、便是：當(dāng)頻率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由式(8)知，保持 二const的準(zhǔn)確方法是:中= const'力5(12)即，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 拴制。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 ：(13)式(13)中：U1X一運(yùn)行頻率為fX時(shí)的輸入電壓，V。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 設(shè)頻率的調(diào)節(jié)比為：1.3 變壓變頻存在的問(wèn)題及原因分析存在的問(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

8、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)壓調(diào)頻存在的問(wèn)題滿足式(16)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T ME猿示)也有所下降，如圖5所示。圖5頻率下降(U/f = C)后的機(jī)械特性(2)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)矩減小的原因式(9)可以改寫為：-& 疇名就(17)式(17)表明，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

9、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。由式(12) 知，磁通M也必減小，磁通不變的要求并沒(méi)有真正得到滿足， 結(jié)果是導(dǎo)致電池 機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩也減小。2 V/F控制功能2.1 V/F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,在式(16)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高U/f比，使KU>Kf,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6中之曲線所示(曲線是KU =Kf的U/f線)。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升，這種 拴制方式稱為V/F控 制模式。圖6轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(2)

10、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.如圖7所示。圖7基本頻率(3)基本U/f線在變頻器的卒&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8(a)所示。圖8 基本U/f線弱磁點(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8(b)中之A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)A稱為弱磁點(diǎn)。2.2 U/f線的詵擇功能(1)不同負(fù)載在低

11、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)白阻轉(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)速的二次方成正比、如圖9中的曲線所示。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定 轉(zhuǎn)矩小得多；圖9 各類負(fù)載的機(jī)械特性(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9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9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。(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

12、意預(yù)置U/f比的皿。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10所示。圖10變頻器為用戶提供的U/f線U/f線的預(yù)置要點(diǎn)(a)預(yù)置不當(dāng)?shù)暮蠊绻?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

13、得動(dòng)負(fù)載，又不會(huì)空載跳閘時(shí)為止。3矢量控制功能3.1 基本思想對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的分析在變頻調(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11(a)所示；圖11 直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)(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 11(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)。(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)

14、的信號(hào)。當(dāng)給定信號(hào)改變時(shí)，也和直流電網(wǎng)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)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)電如的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的 拴制信號(hào)i*A、i*B和i*C ,對(duì)三相逆變橋進(jìn)行 控制,如圖12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。圖12矢量控制框圖(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 拴陋時(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

15、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12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)。3.2 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)矢量控制的必耍條件。自動(dòng)檢測(cè)功旅從上面所舉例

16、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。(2)自動(dòng)檢測(cè)方法舉例以艾默生TD3000系列變頻器為例，其相關(guān) 功能如下:功能碼F1.09用于選擇自動(dòng)檢測(cè) W,數(shù)據(jù)碼是：“0” 一禁止自動(dòng)檢測(cè)；“1” 一允許自動(dòng)檢測(cè)。功能碼F1.10用于實(shí)施自動(dòng)檢測(cè)，數(shù)據(jù)碼是：“0” 一不進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)；“1” 一進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，步驟如下

17、：(a)將電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)預(yù)置給變頻器(功能碼F1.00F1.05);(b)將功能碼F1.10預(yù)置為“ 1” ；(c)按變頻器鍵盤上的RUN®,變頻器將執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè)。檢測(cè)完畢后，自動(dòng)轉(zhuǎn)為“ 0”。“2” 一變頻器設(shè)置了一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)的操作程序(說(shuō)明書中稱為“調(diào)諧宏”)。當(dāng)功能碼F1.10預(yù)置為“2”時(shí)，該操作程序開始運(yùn)行，并在顯示屏上指 導(dǎo)用戶進(jìn)行必要的功能預(yù)置和操作。檢測(cè)完畢后，自動(dòng)轉(zhuǎn)為“ 0”。3.3 轉(zhuǎn)速反饋矢量控制中編碼器的相關(guān) 功能當(dāng)變頻器的控制方式預(yù)置為有反饋矢量 控其方式時(shí)，轉(zhuǎn)速測(cè)定是十分重要的 一個(gè)環(huán)節(jié)。和變頻器配用的測(cè)速裝置大多采用旋轉(zhuǎn)編碼器。(1)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信

18、號(hào)和變頻器配用的旋轉(zhuǎn)編碼器通常為二相(A相和B相)原點(diǎn)輸出型，具輸出 信號(hào)分為兩相：A相和B相。兩者在相位上互差90° ±45° ,如圖13(b)所示，和 分別是A相和B相的“非”。每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器輸出的脈沖數(shù)可根據(jù)情況選擇。 例如，TRD-J系列編碼器的脈沖數(shù)從10p/r1000p/r,分16檔可選。Z 相為原點(diǎn)標(biāo)記，其特點(diǎn)是：每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，只輸出1個(gè)相位固定的脈沖，作為 原點(diǎn)的標(biāo)志。圖13(a)所示是編碼器的引出線。圖13編碼器的信號(hào)與接線(2)編碼器與變頻器的聯(lián)接主要有兩種類型：一種是直接聯(lián)接，例如艾默生TD3000系列變頻器和編碼器之間的聯(lián)接如圖14(a)所

19、示；與變頻器位接相接通過(guò)控制卡相接圖14編碼器與變頻器的聯(lián)接另一種類型以安川VS-616G源列變頻器為例，須配置專用的PGS度控制卡, 如圖14(b)所示。將控制卡PG-B2插入變頻器的相關(guān)插座4CN中，再將PG的引 出線接至控制卡上。(3)編碼器脈沖數(shù)的選擇一般說(shuō)來(lái)，電動(dòng)機(jī)在最高頻率下工作時(shí),編碼器的脈沖頻率以接近于20kHz為佳, 即：苛p產(chǎn)珈帔(18)式(18)中：p0 編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，p/r3.4矢量控制的應(yīng)用耍點(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)明書中標(biāo)明

20、的“配用電 劭機(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極電項(xiàng)機(jī)）為最佳，要注意說(shuō)明書中對(duì)磁極數(shù)的規(guī)定。（c）電動(dòng)機(jī)的型號(hào)以生產(chǎn)IE瓶的同一家公司生產(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, 般的通用電動(dòng)機(jī)也都可用。但特殊電 項(xiàng)也（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。（2）速度拴Hispid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

21、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）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)©能:（a）用于速度閉環(huán)控制的PID調(diào)節(jié)衛(wèi)唾；（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）、1（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)2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。2機(jī)械特性好在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范

22、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。2動(dòng)態(tài)響應(yīng)好尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般都能小于 100ms2能進(jìn)行四象限運(yùn)行。4轉(zhuǎn)矩控制功能4.1 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?。◤亩妱?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!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)矩的限佰是受發(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)矩控制是矢量控他模式下

23、的一種特殊 控制方式。其主要特點(diǎn)是：（a）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15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。s）電通機(jī)給定其矩不限*負(fù)班轉(zhuǎn)矩慢化出）負(fù)襄轉(zhuǎn)庫(kù)不亞電通機(jī)給定轉(zhuǎn)聲變化圖15轉(zhuǎn)矩控制的概念如果給定的電汕轉(zhuǎn)矩不變（等于TMX）而負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，系統(tǒng)的運(yùn)行如圖 1

24、6（a）中之曲線所示：電時(shí)機(jī)墻定轉(zhuǎn)矩不交.負(fù)版轉(zhuǎn)版變化貝驟轉(zhuǎn)撐不塞.電心機(jī)第運(yùn)轉(zhuǎn)爐變世圖16轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的轉(zhuǎn)速.當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL小于TMX寸，拖動(dòng)系統(tǒng)將加速，并且一直加速至變頻器預(yù)置的上限頻率，拖動(dòng)系統(tǒng)將按上限 轉(zhuǎn)速n H運(yùn)行;當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL超過(guò)TMX寸，拖動(dòng)系統(tǒng)將減速；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL又小于TMX寸，拖動(dòng)系統(tǒng)又加速到上限 轉(zhuǎn)諫nK如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，而給定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化（等于TL）,則系統(tǒng)的運(yùn)行如圖16（b） 中之曲線所示：當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)速為0;當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)開始加速，加速度隨動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（TJ=TM-TL）的增加而增加4.2 轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的切換切換的必要性

25、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 拴晅主要用于起動(dòng)或停止的過(guò)渡過(guò)程中。 當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)起動(dòng)后，仍應(yīng)切換成較 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17所示。圖17轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的時(shí)序圖(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 控機(jī)下結(jié)束，變頻器 將自動(dòng)轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)諫控制模式、 并按預(yù)置的減速時(shí)間減速并 停止。4.3 轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用(1)用于節(jié)而口起重裝置的起動(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)2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；2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