第8章變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇與操作

1、變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章第8章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇與操作 8.1 變頻器的選擇變頻器的選擇 8.1.1 變頻器電壓等級的選擇變頻器電壓等級的選擇 國內(nèi)外變頻器制造商提供了多種電壓等級的國內(nèi)外變頻器制造商提供了多種電壓等級的產(chǎn)品，低壓產(chǎn)品有產(chǎn)品，低壓產(chǎn)品有200V、400V（380V）、）、440V、460V、480V、500V、525V、550V、575V、600V、660V、690V和和950V等系列。低等系列。低壓產(chǎn)品中功率范圍很大，電壓型變頻器目前最大壓產(chǎn)品中功率范圍很大，電壓型變頻器目前最大可做到可做到630kW，電流型變頻器可以做到，電流型變頻器可以做到6000kW。對于高（

2、中）壓變頻器，設(shè)有對于高（中）壓變頻器，設(shè)有2.3kV、3kV、4.16kV、6kV、10kV等電壓等級。等電壓等級。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.1.2變頻器容量的選擇變頻器容量的選擇 變頻器的容量以千伏安（kVA）值表示，同時也標明它所適配的電動機功率（kW）值。變頻器容量的選擇主要依據(jù)以下幾個方面。 1）根據(jù)原有的電動機功率。在大多數(shù)情況下，電動機功率已經(jīng)確定，并且認為是合適的，選擇變頻器容量大于電動機功率的1.1倍即可。 2）根據(jù)電動機的實際功率。對于明顯“大馬拉小車”的電動機，可根據(jù)電動機實際負載功率的大小選擇功率相當?shù)淖冾l器. 3）根據(jù)代換后的功率。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版

3、）第8章8.1.3 依據(jù)電動機的類型選用變頻器依據(jù)電動機的類型選用變頻器 1.1.籠型電動機籠型電動機 1 1)依據(jù)負載電流選擇變頻器依據(jù)負載電流選擇變頻器 2 2)考慮低速轉(zhuǎn)矩特性考慮低速轉(zhuǎn)矩特性 3 3)考慮短時最大轉(zhuǎn)矩考慮短時最大轉(zhuǎn)矩 4 4)考慮容許最高頻率范圍考慮容許最高頻率范圍 2 2 繞線式異步電動機繞線式異步電動機 繞線式異步電動機采用變頻器控制運行，繞線式異步電動機采用變頻器控制運行，大多是對老設(shè)備進行改造，利用已有的電機。大多是對老設(shè)備進行改造，利用已有的電機。改用變頻器調(diào)速時，可將繞線式異步機的轉(zhuǎn)子改用變頻器調(diào)速時，可將繞線式異步機的轉(zhuǎn)子短路，去掉電刷和起動器?？紤]電機輸

4、出時的短路，去掉電刷和起動器。考慮電機輸出時的溫度上升的問題，所以要降低容量的溫度上升的問題，所以要降低容量的1010以上。以上。應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 3 變頻器專用電機變頻器專用電機 普通電機是按工頻電源下能獲得最佳特性而設(shè)計的，普通電機是按工頻電源下能獲得最佳特性而設(shè)計的，所以使用通用變頻器時，根據(jù)用途在特性、強度等方所以使用通用變頻器時，根據(jù)用途在特性、強度等方面受到限制。因此，為變頻器傳動而設(shè)計的各種專用面受到限制。因此，為變頻器傳動而設(shè)計的各種專用電機已有系列化產(chǎn)品。電機已有系列化產(chǎn)品。 變頻器專用電機的分類有以

5、下幾種：變頻器專用電機的分類有以下幾種： 1) 在運轉(zhuǎn)頻率區(qū)域內(nèi)低噪聲、低振動。在運轉(zhuǎn)頻率區(qū)域內(nèi)低噪聲、低振動。 2) 在低頻區(qū)內(nèi)提高連續(xù)容許轉(zhuǎn)矩在低頻區(qū)內(nèi)提高連續(xù)容許轉(zhuǎn)矩(恒轉(zhuǎn)矩式電機恒轉(zhuǎn)矩式電機)。 3) 高速用電機。高速用電機。 4) 用于閉環(huán)控制用于閉環(huán)控制(抑制轉(zhuǎn)速變動抑制轉(zhuǎn)速變動)的帶測速發(fā)電機的電的帶測速發(fā)電機的電機。機。 5) 矢量控制用電機。矢量控制用電機。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.1.4 依據(jù)電動機的運行方式選擇變頻器依據(jù)電動機的運行方式選擇變頻器1一臺變頻器驅(qū)動一臺電動機一臺變頻器驅(qū)動一臺電動機 一臺變頻器驅(qū)動一臺電動機，變頻器的額定工作電流應(yīng)滿足一臺變頻器驅(qū)動

6、一臺電動機，變頻器的額定工作電流應(yīng)滿足 I 1.1 Im (8-1)式中式中 I 變頻器的額定工作電流，變頻器的額定工作電流，A； Im 電動機最大工作電流，電動機最大工作電流，A。詳見電動機參數(shù)，該電流值與電。詳見電動機參數(shù)，該電流值與電動機種類、極數(shù)等有關(guān)，當最大電流小于額定電流時取額定電流。動機種類、極數(shù)等有關(guān)，當最大電流小于額定電流時取額定電流。2一臺變頻器驅(qū)動多臺電動機一臺變頻器驅(qū)動多臺電動機1）n臺電動機同時起動、停止，變頻器工作電流臺電動機同時起動、停止，變頻器工作電流I應(yīng)滿足應(yīng)滿足 I 1.1IM (8-2)式中式中 IM n臺電動機輸出電流總和，臺電動機輸出電流總和，A。2）

7、先投入）先投入n1臺，后投入臺，后投入n2臺，變頻器工作電流臺，變頻器工作電流I應(yīng)滿足應(yīng)滿足 I (8-3)式中式中 Ist 電動機的起動電流，電動機的起動電流，A。12nM1 . 1nstII變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章3）電動機周期性運行 多臺電動機周期性地加速或減速，電流變化有一定的規(guī)律，則變頻器的額定電流應(yīng)滿足 (8-4)式中 I1、I2、In 1周期內(nèi)各電動機電流，A； t1、t2、tn 1周期內(nèi)各電動機的運行時間，s； K 系數(shù)，通常取1.2。nnnttttItItIKI212211變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章4）電動機非周期運行 變頻器的工作電流取 I KIM (8-5)

8、式中 IM 電動機可輸出的最大電流，A； K 系數(shù)，通常取1.05。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章3. 電動機快速加速或快速減速 在實際生產(chǎn)中為了提高效率，常常要求電動機在很短時間里驟加速和驟減速，此時變頻器容量不能按常規(guī)方法確定，其功率要適當放大，否則會因瞬間峰值電流過大或持續(xù)過載而跳閘，致使變頻器無法正常工作。容量需放大的倍數(shù)與加速時間或減速時間的長短有關(guān)，通常情況需放大23倍為宜。另外要求快速響應(yīng)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，加速和減速時間也是越短越好，因此原則上都應(yīng)以電動機的實際加速電流的大小來確定變頻器的容量。同樣，驟減速必須通過內(nèi)置或外置與變頻器容量相匹配的制動單元，以此獲得足夠大的制動電流來

9、實現(xiàn)。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.1.5依據(jù)負載的機械特性選擇變頻器依據(jù)負載的機械特性選擇變頻器 在電力拖動系統(tǒng)中，存在著兩個主要轉(zhuǎn)矩，一個是生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩TL，一個是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T。這兩個轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系分別叫做負載的機械特性nf (TL)和電動機的機械特性nf (T)。由于電動機和生產(chǎn)機械是緊密相連的，它們的機械特性必須適當配合，才能得到良好的工作狀態(tài)。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章1 恒轉(zhuǎn)矩負載變頻器的選擇恒轉(zhuǎn)矩負載變頻器的選擇 (1)恒轉(zhuǎn)矩負載特性 恒轉(zhuǎn)矩負載是指那些負載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負載的輕重，而和轉(zhuǎn)速大小無關(guān)的負載。帶式輸送機和起重機械都是恒轉(zhuǎn)矩負載

10、的典型例子。 a) b) 圖8-4 恒轉(zhuǎn)矩負載的機械特性和功率特性 a) 機械特性 b) 功率特性變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 (2) 恒轉(zhuǎn)矩負載的基本特點 1) 恒轉(zhuǎn)矩 由于F和r都和轉(zhuǎn)速的快慢無關(guān)，所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速nL的過程中負載的阻轉(zhuǎn)矩TL保持不變，即具有恒轉(zhuǎn)矩的特點： TL 常數(shù) 2) 負載功率與轉(zhuǎn)速成正比 根據(jù)負載的機械功率PL和轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系，有： (8-7) (3) 恒轉(zhuǎn)矩負載下變頻器的選擇 1）依據(jù)調(diào)速范圍。 2）依據(jù)負載轉(zhuǎn)矩的變動范圍 。 3）考慮負載對機械特性的要求。 9550LLLnTP 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章2 恒功率負載變頻器的選擇恒功率負載

11、變頻器的選擇 恒功率負載是指負載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n成反比，而其功率基本維持不變的負載。屬于這類負載的有： 1）各種卷取機械 2）軋機在軋制小件時用高速軋制，但轉(zhuǎn)矩??；軋制大件時軋制量大需較大轉(zhuǎn)矩，但速度低，故總的軋制功率不變。 3）車床加工零件，在精加工時切削力小，但切削速度高；相反，粗加工時切削力大，切削速度低，故總的切削功率不變。 a）機械特性 b)功率特性 圖8-6 恒功率負載的機械特性和功率特性變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章(1) (1) 恒功率負載的特點恒功率負載的特點 1）功率恒定 恒功率負載的力F必須保持恒定，且線速度v保持恒定。所以，在不同的轉(zhuǎn)速下，負載的功率基本恒定：

12、PL = F v常數(shù) 2）負載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比 負載阻轉(zhuǎn)矩的大小決定于： TL = F r (8-8)式中 F 卷取物的張力； r 卷取物的卷取半徑。 根據(jù)負載的機械功率PL和轉(zhuǎn)矩PL、轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系，有： (8-9)即，負載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比。LLL9550nPT 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 ( 2) 恒功率負載變頻器的選擇 對恒功率負載，一般可選擇通用型的，采用U/f控制方式的變頻器。但對于動態(tài)性能有較高要求的卷取機械，則必須采用具有矢量控制功能的變頻器。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章3 二次方律負載變頻器的選擇二次方律負載變頻器的選擇 二次方律負載是指轉(zhuǎn)矩與速度

13、的二次方成正比例變化的負載，例如：風扇、風機、泵、螺旋槳等機械的負載轉(zhuǎn)矩，機械特性和功率特性如圖8-8所示。 a)機械特性 b)功率特性 圖8-8 二次方律負載的特性 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章(1) 二次方律負載的特點二次方律負載的特點 二次方律負載機械在低速時由于流體的流速低，所以負載轉(zhuǎn)矩很小，隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，流速增快，負載轉(zhuǎn)矩和功率也越來越大，負載轉(zhuǎn)矩TL和功率PL可用下式表示： (8-10) (8-11) 式中 T 0、P 0 分別為電動機軸上的轉(zhuǎn)矩損耗和功率損耗； KT、KP 分別為二次方律負載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)2LT0LnKTT30LPLnKPP變頻器原理與應(yīng)用（第3

14、版）第8章(2) 二次方律負載變頻器的選擇二次方律負載變頻器的選擇可以選用“風機、水泵用變頻器”。這是因為：1) 風機和水泵一般不容易過載，所以，這類變頻器的過載能力較低。為120，1min (通用變頻器為150，1min)。因此在進行功能預(yù)置時必須注意。由于負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當工作頻率高于額定頻率時，負載的轉(zhuǎn)矩有可能大大超過變頻器額定轉(zhuǎn)矩，使電動機過載。所以，其最高工作頻率不得超過額定頻率。2) 配置了進行多臺控制的切換功能。3) 配置了一些其他專用的控制功能，如“睡眠”與“喚醒”功能、PID調(diào)節(jié)功能。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章4 直線律負載變頻器的選擇直線律負載變頻器的選擇

15、 軋鋼機和輾壓機等都是直線負載。 1. 直線律負載及其特性 (1) 轉(zhuǎn)矩特點。負載阻轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速nL成正比： (8-12) (2) 功率特點。負載的功率PL與轉(zhuǎn)速nL的二次方成正比。 （8-13） 式中， 和 直線律負載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)。 LTLnKT2LPLLTL9550nKnnKPTKPK變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章其機械特性曲線如圖8-9所示。 a) 輾壓機示意圖 b) 機械特性 c) 功率特性 圖8-9 直線律負載及其特性 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 2變頻器的選擇 直線律負載的機械特性雖然也有典型意義但在考慮變頻器時的基本要點與二次方律負載相同，故不作為典型負載來討論

16、。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章5 特殊性負載變頻器的選擇特殊性負載變頻器的選擇 大部分金屬切削機床屬于混合特殊性負載。大部分金屬切削機床屬于混合特殊性負載。 (1)混合特殊性負載及其特性混合特殊性負載及其特性 金屬切削機床中的低速段，由于工件的最大加工金屬切削機床中的低速段，由于工件的最大加工半徑和允許的最大切削力相同，故具有恒轉(zhuǎn)矩性半徑和允許的最大切削力相同，故具有恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)；而在高速段，由于受到機械強度的限制，將質(zhì)；而在高速段，由于受到機械強度的限制，將保持切削功率不變，屬于恒功率性質(zhì)。保持切削功率不變，屬于恒功率性質(zhì)。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章特殊性負載特殊性負載機械特性和功率

17、特性則如圖8-10所示。 a) 機械特性 b) 功率特性 圖8-10 混合負載的機械特性和功能特性 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 (2)變頻器的選擇變頻器的選擇 金屬切削機床除了在切削加工毛坯時，負載大小金屬切削機床除了在切削加工毛坯時，負載大小有較大變化外，其他切削加工過程中，負載的變有較大變化外，其他切削加工過程中，負載的變化通常是很小的。就切削精度而言，選擇化通常是很小的。就切削精度而言，選擇Uf 控控制方式能夠滿足要求。但從節(jié)能角度看并不理想。制方式能夠滿足要求。但從節(jié)能角度看并不理想。 矢量變頻器在無反饋矢量控制方式下，已經(jīng)能夠矢量變頻器在無反饋矢量控制方式下，已經(jīng)能夠在在05H

18、z時穩(wěn)定運行，完全可以滿足要求。而且時穩(wěn)定運行，完全可以滿足要求。而且無反饋矢量控制方式能夠克服無反饋矢量控制方式能夠克服Uf控制方式的缺控制方式的缺點。點。 當機床對加工精度有特殊要求時，才考慮有反饋當機床對加工精度有特殊要求時，才考慮有反饋矢量控制方式。矢量控制方式。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.1.6 變頻器控制方式的選擇變頻器控制方式的選擇 變頻器控制方式的選擇是依據(jù)電動機特性的以下幾個主要指標。 1）機械特性的硬度。即負載的輕重改變時，轉(zhuǎn)速的波動程度。當負載加大時，轉(zhuǎn)速降落小，則說明機械特性硬，反之為機械特性軟。 2）低頻時帶負載能力。即低頻時，能否具有足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩。 3）

19、起動轉(zhuǎn)矩值。即起動時的轉(zhuǎn)矩大小。 4）調(diào)速范圍。 5）動態(tài)響應(yīng)能力。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 風機、水泵等呈平方轉(zhuǎn)矩特性的負載，一般沒有動態(tài)響應(yīng)能力的要求，可選用性能比較一般的變頻器或直接選用專門用于風機、水泵的變頻器。 車床、刨床等恒功率負載加工設(shè)備，從速度精度和動態(tài)要求出發(fā)，盡可能選用輸出特性好的矢量控制型變頻器。 傳送帶、運輸機械、攪拌機、喂料機等恒轉(zhuǎn)矩負載設(shè)備，應(yīng)選擇恒轉(zhuǎn)矩輸出的通用型變頻頻器（Uf 型、矢量控制型或直接轉(zhuǎn)矩控制型均可，但后兩種性能更優(yōu)）。 起重機等位能負載設(shè)備，應(yīng)選用轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快，能經(jīng)受負載沖擊的變頻器，通常是矢量控制型或直接轉(zhuǎn)矩控制型變頻器，當需要一臺變

20、頻器同時驅(qū)動多臺電動機并實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制時，要選用直接轉(zhuǎn)矩控制型變頻器，因為矢量控制型變頻器通常只允許帶驅(qū)動一臺電動機。 電動汽車、軌道車輛等用于牽引的場合，應(yīng)該選擇矢量控制型或直接轉(zhuǎn)矩控制型變頻器。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.2 8.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路及電器選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路及電器選擇 變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)比較完整的主電路，如圖比較完整的主電路，如圖8-11所示。所示。 圖8-11 森蘭SB70G變頻調(diào)速系統(tǒng)的完整主電路 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.2.1 8.2.1 斷路器斷路器 變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路是指從交流電源到負載之間的電路變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路是指從交流電

21、源到負載之間的電路 。1. 斷路器的功能斷路器的功能 1) 隔離作用隔離作用; 2) 保護作用保護作用2. 2. 斷路器的選擇斷路器的選擇 低壓斷路器的額定電流低壓斷路器的額定電流IQN應(yīng)選：應(yīng)選： IQN （1.3 1.41.4）IN （8-15）式中式中 IN 變頻器的額定電流。變頻器的額定電流。 在電動機要求實現(xiàn)工頻和變頻的切換控制的電路中，斷路器應(yīng)按電動機在在電動機要求實現(xiàn)工頻和變頻的切換控制的電路中，斷路器應(yīng)按電動機在工頻下的起動電流來進行選擇：工頻下的起動電流來進行選擇： IQN 2.5 IMN （8-16）式中式中 IMN 電動機的額定電流。電動機的額定電流。變頻器原理與應(yīng)用（第

22、3版）第8章8.2.2 8.2.2 電磁接觸器電磁接觸器 電磁接觸器的功能是在變頻器出現(xiàn)故障時切斷主電源，并防止掉電及故障電磁接觸器的功能是在變頻器出現(xiàn)故障時切斷主電源，并防止掉電及故障后的再起動。后的再起動。 圖圖8-15 電磁接觸器電磁接觸器 1) 1) 輸入側(cè)接觸器的選擇輸入側(cè)接觸器的選擇 I IKNKN I IN N （8-178-17） 2) 2) 輸出側(cè)接觸器的選擇輸出側(cè)接觸器的選擇 I IKNKN 1.1 1.1 I IMNMN （8-188-18） 3 3）工頻接觸器的選擇）工頻接觸器的選擇 工頻接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動機在工頻下的起動情況，其觸點電流通常工頻接觸器的選擇應(yīng)考慮

23、到電動機在工頻下的起動情況，其觸點電流通?？砂措妱訖C的額定電流再加大一個擋次來選擇?？砂措妱訖C的額定電流再加大一個擋次來選擇。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.2.3 傳感器傳感器 傳感器的定義是“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！彼軐z測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的輸出，滿足信息的傳輸、存儲、顯示、記錄和控制要求。圖8-16所示為霍爾電流傳感器。 圖8-16 霍爾電流傳感器變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 1.傳感器的種類傳感器的種類 常用傳感器的分類方法有以下四種： 1）按傳感器的物理量分類 按傳感

24、器的物理量可分為位移、力、速度、溫度、流量和氣體成分等傳感器。 2）按傳感器工作原理分類 按傳感器工作原理可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵和熱電偶等傳感器。 3）按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類 按傳感器輸出信號的性質(zhì)可分為：輸出為開關(guān)量(“1”和“0”)的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬量的模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 4）按其用途分類 壓力檢測。壓力傳感器、觸力傳感器、微壓傳感器、壓差傳感器等； 溫度檢測。熱電阻溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器等； 液位檢測。光電式液位傳感器、機械浮子液位傳感器、伸縮液位傳感器等； 電流檢測。電磁式電流傳感器、

25、霍爾磁平衡式電流傳感器等； 速度檢測。脈沖編碼速度傳感器、水磁發(fā)電速度傳感器等； 位置檢測。電位計位置傳感器、編碼器位置傳感器等。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 2.傳感器選用的一般原則傳感器選用的一般原則 1)根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器類型。即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件加以考慮。 2)靈敏度的選擇。通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲就容易混入，也

26、會被傳感器放大，影響測量精度。 3)頻率響應(yīng)特性。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章4)線性范圍。傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。 5)穩(wěn)定性。傳感器投入使用后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。 6)精度。精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的個重要環(huán)節(jié)。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.2.4 8.2.4 輸入交流電抗器輸入交流電抗器 輸入交流電抗器可抑制變頻器輸入電流的高次諧輸入交流電抗器可抑制變頻器輸入電流的高次諧波，明顯改善功率因數(shù)。輸入交流電抗器為另購波，明

27、顯改善功率因數(shù)。輸入交流電抗器為另購件，在以下情況下應(yīng)考慮接入交流電抗器：件，在以下情況下應(yīng)考慮接入交流電抗器：變變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10101 1以上；以上； 同一電源上接有晶閘管變流器負同一電源上接有晶閘管變流器負載或在電源端帶有開關(guān)控制調(diào)整功率因數(shù)的電容載或在電源端帶有開關(guān)控制調(diào)整功率因數(shù)的電容器；器； 三相電源的電壓不平衡度較大（三相電源的電壓不平衡度較大（3%3%）；變頻器的輸入電流中含有許多高次諧波成分，變頻器的輸入電流中含有許多高次諧波成分，這些高次諧波電流都是無功電流，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)降低到這些高次諧波電流都

28、是無功電流，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)降低到0.750.75以下以下變頻器的功率變頻器的功率30kW30kW。 表表8-3 常用交流電抗器的規(guī)格常用交流電抗器的規(guī)格 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.2.5 8.2.5 電源濾波器電源濾波器 濾波器就是用來削弱較高頻率的諧波電流，以防止變頻器對其他設(shè)備濾波器就是用來削弱較高頻率的諧波電流，以防止變頻器對其他設(shè)備的干擾。濾波器主要由濾波電抗器和電容器組成的干擾。濾波器主要由濾波電抗器和電容器組成 。 a) a) 輸入側(cè)濾波器輸入側(cè)濾波器 b) b) 輸出側(cè)濾波器輸出側(cè)濾波器 c) c) 濾波電抗器的結(jié)構(gòu)濾波電抗器的結(jié)構(gòu) 圖圖8-18 8-18 無

29、線電噪聲濾波器無線電噪聲濾波器 各相的連接線在同一個磁心上按相同方向繞各相的連接線在同一個磁心上按相同方向繞4圈圈(輸入側(cè)輸入側(cè))或或3圈圈(輸出側(cè)輸出側(cè))構(gòu)構(gòu)成。需要說明的是：三相的連接線必須按相同方向繞在同一個磁心上，這成。需要說明的是：三相的連接線必須按相同方向繞在同一個磁心上，這樣，其基波電流的合成磁場為樣，其基波電流的合成磁場為0，因而對基波電流沒有影響。，因而對基波電流沒有影響。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.2.6 8.2.6 制動電阻及制動單元制動電阻及制動單元 制動電阻及制動單元的功能是當電動機因頻率下降或重物下降制動電阻及制動單元的功能是當電動機因頻率下降或重物下降(

30、(如起重如起重機械機械) )而處于再生制動狀態(tài)時，避免在直流回路中產(chǎn)生過高的泵生電壓。而處于再生制動狀態(tài)時，避免在直流回路中產(chǎn)生過高的泵生電壓。 1. 1. 制動電阻制動電阻R RB B的選擇的選擇 1 1）電阻值大小的選擇）電阻值大小的選擇 R RB B= =U UDHDH/2/2I IMNMNU UDHDH/ /I IMN MN （8-198-19）式中式中 U UDH DH 直流回路電壓的允許上限值直流回路電壓的允許上限值(V)(V)，在我國，在我國，U UDHDH600V600V。 2) 2) 電阻的功率電阻的功率P PB B （8-208-20）式中式中 修正系數(shù)。修正系數(shù)。 3)

31、常用制動電阻的阻值與容量的參考值。如表常用制動電阻的阻值與容量的參考值。如表8-4所示。所示。BDHBRUP/2變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 2. 制動單元VB 對于大容量的電動機在調(diào)速剎車時往往會產(chǎn)生較大的再生電能，采用制動電阻進行能耗制動就很不經(jīng)濟，常采用具有能量回饋功能的制動單元。 IPC-PF系列回饋制動單元，是采用加拿大技術(shù)生產(chǎn)的高性能回饋式制動單元，它可以把電機在調(diào)速過程中所產(chǎn)生的再生電能回饋到電網(wǎng)，無需再使用制動電阻，節(jié)能環(huán)保。該產(chǎn)品自帶電抗器和噪聲濾波器，可直接與電網(wǎng)駁接使用，保證變頻器正常運行在最大節(jié)能狀態(tài)。 一般情況下，只需根據(jù)變頻器的容量進行配置即可。變頻器原理與應(yīng)用

32、（第3版）第8章8.2.7 8.2.7 直流電抗器直流電抗器 直流電抗器除了提高功率因數(shù)外，還可削弱在電源剛接通瞬間的沖擊電流。直流電抗器除了提高功率因數(shù)外，還可削弱在電源剛接通瞬間的沖擊電流。如果同時配用交流電抗器和直流電抗器，則可將變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)提高如果同時配用交流電抗器和直流電抗器，則可將變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)提高至至0.95以上。以上。 圖圖8-19 直流電抗器的外形直流電抗器的外形 表8-5 常用直流電抗器的規(guī)格變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 8.2.8 輸出交流電抗器輸出交流電抗器 輸出交流電抗器用于抑制變頻器的輻射干擾和感應(yīng)干擾，還可以抑制電動機的振動。輸出交流電抗器是

33、外選購件，當變頻器的干擾嚴重時或電機振動時，可考慮接入。 交流輸出電抗器的輸出端通過電纜與電動機連接。電抗器的工作頻率為變頻器的PWM載波頻率，因此交流輸出電抗器可采用相當于1電壓降(即1阻抗)或更低的電感量，就可達到抑制dudt的要求。電感量確切數(shù)值，還取決于電動機的參數(shù)和電纜類型和長度、變頻器的開關(guān)頻率、電動機的運行頻率和系統(tǒng)的雜散參數(shù)，因此有必要向制造商提出。工程上也可以用簡單估算的方法來確定輸出電抗器的電感量L =5.25I (mH)，式中I為變頻器額定電流(A)。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.3 8.3 變頻器系統(tǒng)的控制電路變頻器系統(tǒng)的控制電路 8.3.1 8.3.1 變頻器控

34、制電路的主要組成變頻器控制電路的主要組成 為變頻器的主電路提供通斷控制信號的電路，稱為控為變頻器的主電路提供通斷控制信號的電路，稱為控制電路。其主要任務(wù)是完成對逆變器開關(guān)器件的開關(guān)控制電路。其主要任務(wù)是完成對逆變器開關(guān)器件的開關(guān)控制和提供多種保護功能。控制方式有模擬控制和數(shù)字控制和提供多種保護功能?？刂品绞接心M控制和數(shù)字控制兩種。目前已廣泛采用了以微處理器為核心的全數(shù)字制兩種。目前已廣泛采用了以微處理器為核心的全數(shù)字控制技術(shù)，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件完控制技術(shù)，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件完成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計算能力強和軟成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器

35、計算能力強和軟件控制靈活性高的特點。件控制靈活性高的特點。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.3.2 8.3.2 正轉(zhuǎn)控制電路正轉(zhuǎn)控制電路 圖圖8-23 8-23 由繼電器控制的正轉(zhuǎn)運行電路由繼電器控制的正轉(zhuǎn)運行電路 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.3.3 8.3.3 正、反轉(zhuǎn)控制正、反轉(zhuǎn)控制 圖圖8-24 8-24 三位旋鈕開關(guān)控制正、反轉(zhuǎn)電路三位旋鈕開關(guān)控制正、反轉(zhuǎn)電路 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 圖圖8-25 8-25 繼電器控制的正反轉(zhuǎn)電路繼電器控制的正反轉(zhuǎn)電路 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.3.4 8.3.4 升速與降速控制升速與降速控制 以森蘭以森蘭BT40BT4

36、0系列變頻器為例，系列變頻器為例，通過對頻率給定方式的功能通過對頻率給定方式的功能進行設(shè)定后，可使進行設(shè)定后，可使“X4”X4”和和“X5”X5”控制端子具有如下功能：控制端子具有如下功能： “ “X5-CMX5-CM”接通接通頻率上升；頻率上升； “ “X5-CMX5-CM”斷開斷開頻率保持。頻率保持。 “ “X4-CMX4-CM”接通接通頻率下降；頻率下降； “ “X4-CMX4-CM”斷開斷開頻率保持。頻率保持。 圖圖8-26 8-26 變頻器升速、降速控制變頻器升速、降速控制變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.3.5 8.3.5 變頻與工頻切換的控制電路變頻與工頻切換的控制電路 圖圖8

37、-27 8-27 變頻與工頻切換的控制電路變頻與工頻切換的控制電路 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.4 8.4 變頻器的程序控制變頻器的程序控制 變頻器的程序控制方式主要有兩種：變頻器的程序控制方式主要有兩種：1 1用變頻器的編程功能進行程序控制用變頻器的編程功能進行程序控制 (1) (1) 基本要求的預(yù)置基本要求的預(yù)置 以森蘭以森蘭SB61SB61系列變頻器為例，有：系列變頻器為例，有：1) 1) 程控功能選擇程控功能選擇(F700)(F700)“0 0”程控功能無效；程控功能無效； “1 1”循環(huán)循環(huán)N N個周期后停止；個周期后停止； “2 2”循環(huán)循環(huán)N N個周期后，個周期后，以第以

38、第1515擋頻率運行；擋頻率運行； “3 3”連續(xù)循環(huán)運行；連續(xù)循環(huán)運行； “4 4”程序控制優(yōu)先；程序控制優(yōu)先；2) 2) 計時單位選擇計時單位選擇(F701)(F701)“0 0”計時單位為計時單位為s s； “1 1”計時單位為計時單位為minmin。(2)(2)各程序段的預(yù)置各程序段的預(yù)置1) 1) 運行時間運行時間 功能碼如功能碼如F703F703、F705F705、F707F707等。等。2) 2) 運行頻率運行頻率 第一程序的頻率為多擋轉(zhuǎn)速的第一擋運行頻率第一程序的頻率為多擋轉(zhuǎn)速的第一擋運行頻率(F616)(F616)、第二程序的、第二程序的頻率為多擋轉(zhuǎn)速的第二擋運行頻率頻率為多

39、擋轉(zhuǎn)速的第二擋運行頻率(F617)(F617)，以此類推。，以此類推。3 3）運行方向及加減速時間）運行方向及加減速時間 功能碼如功能碼如F704F704、F706F706、F708F708等。等。2. 2. 多擋轉(zhuǎn)速控制電路多擋轉(zhuǎn)速控制電路幾乎所有的變頻器都具有多擋轉(zhuǎn)速的功能，各擋轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)換是由外接開關(guān)幾乎所有的變頻器都具有多擋轉(zhuǎn)速的功能，各擋轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)換是由外接開關(guān)的通斷組合來實現(xiàn)的。三個輸入端子可切換的通斷組合來實現(xiàn)的。三個輸入端子可切換8 8擋轉(zhuǎn)速擋轉(zhuǎn)速( (包括包括0 0速速) )。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.5 8.5 外接給定電路外接給定電路 8.5.1 8.5.1

40、頻率給定信號的種類和電路頻率給定信號的種類和電路 1. 1. 數(shù)字量給定方式數(shù)字量給定方式 （1 1）面板給定）面板給定 （2 2）通訊接口給定）通訊接口給定 2. 2. 模擬量給定方式模擬量給定方式 （1 1）電位器給定）電位器給定 （2 2）直接電壓）直接電壓( (或電流或電流) )給定給定 由外部儀器設(shè)備直接向變頻器的給定端輸出電壓或電流信號，端子由外部儀器設(shè)備直接向變頻器的給定端輸出電壓或電流信號，端子“VRFVRF”為為給定電壓信號輸入端，端子給定電壓信號輸入端，端子“IRFIRF”為給定電流信號輸入端。為給定電流信號輸入端。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 8.5.2 選擇給定方

41、法的一般原則選擇給定方法的一般原則 在選擇給定方法時應(yīng)優(yōu)先選擇面板給定方法，因為面板給定不需要外部接線，方法簡單，頻率設(shè)置精度高。 在實際工程應(yīng)用中，當受連接線長度的限制時則可選擇外部給定方法，此時應(yīng)優(yōu)先選擇數(shù)字量給定。因為數(shù)字量給定時頻率精度高，抗干擾能力強。 如果選擇模擬信號給定方式時應(yīng)優(yōu)先選擇電流信號。因為電流信號在傳輸過程中不受線路電壓降、接觸電阻、雜散的熱電效應(yīng)及感應(yīng)噪聲的影響，抗于擾能力較強。但由于電流信號電路比較復雜，故在距離不遠的情況下，仍以選用電壓給定方式居多。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.5.3 8.5.3 頻率給定線頻率給定線 1 1頻率給定線的定義頻率給定線的定義

42、 由模擬量進行外接頻率給定時，變頻器的給定頻率由模擬量進行外接頻率給定時，變頻器的給定頻率f fx x與與給定信號給定信號x x之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線f fx x = = f f( (x x) )，稱為頻率給定線。，稱為頻率給定線。 2 2基本頻率給定線基本頻率給定線 在給定信號在給定信號x x從從0 0增大至最大值增大至最大值x xmaxmax的過程中，給定頻率的過程中，給定頻率f fx x線性地從線性地從0 0增大到增大到f fmaxmax的頻率給定線稱為基本頻率給定線。的頻率給定線稱為基本頻率給定線。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.6 8.6 變頻器與變頻器與PLCPLC的聯(lián)

43、結(jié)的聯(lián)結(jié)8.6.1 PLC概述概述1PLC的分類（1）根據(jù)容量分類 PLC的容量主要是指PLC的輸入輸出(IO)點數(shù)。按照PLC的輸入輸出點數(shù)可將PLC 分為微型(64點及以下)、小型(64256點)、中型(2562 048點)、大型(2 048點以上)四種。（2）按結(jié)構(gòu)形式分類 按結(jié)構(gòu)形式不同，PLC可分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章2可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) PLC實質(zhì)是一種工業(yè)控制計算機，它的組成基本上與微機系統(tǒng)相同，從硬件結(jié)構(gòu)上看，一般由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入輸出(IO)接口、電源、編程器等五部分組成。變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章3PLC

44、的程序設(shè)計 PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，一般是將硬件設(shè)計和軟件設(shè)計同時進行，在程序設(shè)計上，可分為以下幾個步驟：1)確定被控制系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。2)分配輸入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送入到PLC的信號，哪些外圍設(shè)備是接收來自PLC的信號，并將PLC輸入輸出口與之對應(yīng)進行分配。3)設(shè)計PLC梯形圖，梯形圖要按照正確的順序編寫，并要體現(xiàn)出控制系統(tǒng)所要求的全部功能及其相互關(guān)系。4)將梯形圖符號編寫成可用編程器鍵入PLC的指令代碼。5)通過編程器將上述程序指令鍵入PLC，并對其進行編輯。6)調(diào)試并運行程序(模擬和現(xiàn)場)。7)保存已完成的程序。變頻器原理與應(yīng)用（

45、第3版）第8章 8.6.2 PLC8.6.2 PLC與變頻器聯(lián)結(jié)時注意的問題與變頻器聯(lián)結(jié)時注意的問題 1. 1. 開關(guān)指令信號的輸入開關(guān)指令信號的輸入 PLCPLC通常利用繼電器接點或具有繼電器接點開關(guān)特性的通常利用繼電器接點或具有繼電器接點開關(guān)特性的元器件元器件( (如晶體管如晶體管) )與變頻器連接，獲取運行狀態(tài)指令。與變頻器連接，獲取運行狀態(tài)指令。 2. 2. 數(shù)值信號的輸入數(shù)值信號的輸入 變頻器中也存在一些數(shù)值型變頻器中也存在一些數(shù)值型( (如頻率、電壓等如頻率、電壓等) )指令信指令信號的輸入，可分為數(shù)字輸入和模擬輸入兩種，數(shù)字輸入多采號的輸入，可分為數(shù)字輸入和模擬輸入兩種，數(shù)字輸入

46、多采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來設(shè)定；模擬輸入則用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來設(shè)定；模擬輸入則通過接線端子由外部給定，通常是通過通過接線端子由外部給定，通常是通過0 010V10V（或（或5V5V）的）的電壓信號或者電壓信號或者0 0（或（或4 4）20mA20mA的電流信號輸入。的電流信號輸入。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.6.3 8.6.3 PLCPLC與變頻器聯(lián)結(jié)實現(xiàn)多擋速控制與變頻器聯(lián)結(jié)實現(xiàn)多擋速控制 例：某機床有例：某機床有8 8擋轉(zhuǎn)速擋轉(zhuǎn)速(0(0擋轉(zhuǎn)速為擋轉(zhuǎn)速為0)0)，由手柄的，由手柄的8 8個位置來控制，采用個位置來控制，采用PLCPLC控制是比較方便的

47、。控制是比較方便的。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章8.7 8.7 變頻器變頻器“1 1控控X”X”切換技術(shù)切換技術(shù) “1“1控控3”3”供水電路原理圖供水電路原理圖 圖圖8-38 BT12S8-38 BT12S系列變頻器系列變頻器“1 1控控3”3”供水電路原理圖供水電路原理圖變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8章 圖圖8-388-38中，中，以成都森蘭以成都森蘭BT12SBT12S系列變頻器為例，在進行多臺切換控制時，系列變頻器為例，在進行多臺切換控制時，須附加一塊繼電器擴展板，以便控制線圈電壓為交流須附加一塊繼電器擴展板，以便控制線圈電壓為交流220V220V的接觸器。的接觸器。接觸器接觸器

48、1KM1KM1 1用于接通變頻器的電源，用于接通變頻器的電源，接觸器接觸器1KM1KM2 2、2KM2KM2 2、3KM3KM2 2分別用于將各臺水泵電分別用于將各臺水泵電動機接至變頻器；接觸器動機接至變頻器；接觸器1KM1KM3 3、2KM2KM3 3、3KM3KM3 3分別用于將各臺水泵電動機直接分別用于將各臺水泵電動機直接接至工頻電源。接至工頻電源。目標信號可通過操作面板的功能按鍵設(shè)置，或使用目標信號可通過操作面板的功能按鍵設(shè)置，或使用電位器電位器RPRP設(shè)置。遠傳壓力表的反饋信號設(shè)置。遠傳壓力表的反饋信號SPSP接在變頻器的接在變頻器的VPFVPF端子端子 。 BT12SBT12S在對

49、在對“1 1控控3 3”在進行功能預(yù)置時，除常規(guī)的功能外，還須專門針對在進行功能預(yù)置時，除常規(guī)的功能外，還須專門針對1 1臺變臺變頻器控制頻器控制3 3臺水泵設(shè)定如下功能：臺水泵設(shè)定如下功能： 1) 1) 電動機臺數(shù)電動機臺數(shù) ( (功能碼：功能碼：F53) F53) 本例中，預(yù)置為本例中，預(yù)置為“2 2”(1(1控控3 3模式模式) )； 2) 2) 啟動順序啟動順序 ( (功能碼：功能碼：F54) F54) 本例中，預(yù)置為本例中，預(yù)置為“0 0”(1#(1#機首先啟動機首先啟動) )； 3) 3) 附屬電動機附屬電動機 ( (功能碼：功能碼：F55) F55) 本例中，預(yù)置為本例中，預(yù)置為

50、“0 0”( (無附屬電動機無附屬電動機) ) ； 4 4）換機間隙時間）換機間隙時間 ( (功能碼：功能碼：F56) F56) 根據(jù)電動機的容量大小來設(shè)定，根據(jù)電動機的容量大小來設(shè)定，容量越容量越大，時間越長。一般情況下，大，時間越長。一般情況下，0.5s0.5s已經(jīng)足夠；已經(jīng)足夠； 5) 5) 切換頻率上限切換頻率上限( (功能碼：功能碼：F57) F57) 通常，以通常，以494950Hz50Hz為宜。為宜。 6) 6) 切換頻率下限切換頻率下限( (功能碼：功能碼：F58) F58) 在多數(shù)情況下，以在多數(shù)情況下，以3030 35Hz35Hz為宜。為宜。 變頻器原理與應(yīng)用（第3版）第8

51、章8.8 8.8 變頻器與變頻器與PCPC機的通信機的通信 8.8.1 計算機與變頻器的通信連接計算機與變頻器的通信連接 計算機通常只配置計算機通常只配置RS-232串口，而串口，而RS-232傳輸距傳輸距離只有幾十米，無法滿足用戶對現(xiàn)場控制的要求，需離只有幾十米，無法滿足用戶對現(xiàn)場控制的要求，需要配置一個要配置一個RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，采用半雙工轉(zhuǎn)換器，采用半雙工RS-485的串行通信方式，可以使傳輸距離達到的串行通信方式，可以使傳輸距離達到1km以上。以上。圖圖8-39所示為計算機與變頻器硬件連接框圖。所示為計算機與變頻器硬件連接框圖。 圖圖8-39 計算機與變頻器硬件連接框圖