變頻器(電氣傳動)

1、電氣傳動 變極調(diào)速 變頻調(diào)速 轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速變頻器功能解析 1 頻率給定的方式與選擇1.1 基礎(chǔ)概念 (1) 給定方式的基本含義 要調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，必須首先向變頻器提供改變頻率的信號，這個信號，稱為頻率給定信號，也有稱為頻率指令信號或頻率參考信號的。所謂給定方式，就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法, 也就是提供給定信號的方式。 (2) 面板給定方式 通過面板上的鍵盤或電位器進(jìn)行頻率給定(即調(diào)節(jié)頻率)的方式，稱為面板給定方式，面板給定又有兩種情況如圖1所示:(a) 鍵盤給定頻率的大小通過鍵盤上的升鍵(鍵)和降鍵(q鍵)來進(jìn)行給定。鍵盤給定屬于數(shù)字量給定，精度較高。 (b) 電位器給定部

2、分變頻器在面板上設(shè)置了電位器，如圖1(a)所示。頻率大小也可以通過電位器來調(diào)節(jié)。電位器給定屬于模擬量給定，精度稍低。 多數(shù)變頻器在面板上并無電位器，故說明書中所說的“面板給定”，實際就是鍵盤給定。變頻器的面板通?？梢匀∠拢ㄟ^延長線安置在用戶操作方便的地方，如圖所示。 此外, 采用哪一種給定方式, 須通過功能預(yù)置來事先決定。 (3) 外部給定方式 從外接輸入端子輸入頻率給定信號，來調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的大小，稱為外部給定，或遠(yuǎn)控給定。主要的外部給定方式有: (a) 外接模擬量給定 通過外接給定端子從變頻器外部輸入模擬量信號(電壓或電流)進(jìn)行給定，并通過調(diào)節(jié)給定信號的大小來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。

3、模擬量給定信號的種類有: 電壓信號 以電壓大小作為給定信號。給定信號的范圍有:010V、210V、010V、05V、15V、05V等。 電流信號 以電流大小作為給定信號。給定信號的范圍有:020mA、420mA等。 (b) 外接數(shù)字量給定 通過外接開關(guān)量端子輸入開關(guān)信號進(jìn)行給定。 (c) 外接脈沖給定 通過外接端子輸入脈沖序列進(jìn)行給定。 (d) 通訊給定 由PLC或計算機(jī)通過通訊接口進(jìn)行頻率給定。 1.2 選擇給定方式的一般原則 (1) 面板給定和外接給定 優(yōu)先選擇面板給定。因為變頻器的操作面板包括鍵盤和顯示屏，而顯示屏的顯示功能十分齊全。例如，可顯示運(yùn)行過程中的各種參數(shù)，以及故障代碼等。 但

4、由于受聯(lián)接線長度的限制，控制面板與變頻器之間的距離不能過長。 (2) 數(shù)字量給定與模擬量給定 優(yōu)先選擇數(shù)字量給定。因為: (a) 數(shù)字量給定時頻率精度較高; (b) 數(shù)字量給定通常用觸點(diǎn)操作，非但不易損壞，且抗干擾能力強(qiáng)。 (3) 電壓信號與電流信號 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、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應(yīng)以及感應(yīng)噪聲等等的影響，抗干擾能力較強(qiáng)。 但由于電流信號電路比較復(fù)雜，故在距離不遠(yuǎn)的情況下，仍以選用電壓給定方式居多。2 模擬量給定的調(diào)整功能 2.1 基礎(chǔ)概念 (1) 頻率給定線的定義 由模擬量進(jìn)行頻率給定時，變頻器的給定信號X(X是給定信號的統(tǒng)稱，既可

5、以是電壓信號UG，也可以是電流信號IG與對應(yīng)的給定頻率fX之間的關(guān)系曲線fXf()，稱為頻率給定線。 (2) 基本頻率給定線 (a) 定義 ：在給定信號X從0增大至最大值Xmax的過程中，給定頻率fX線性地從0增大到最大頻率fmax的頻率給定線稱為基本頻率給定線。其起點(diǎn)為(X0，fX0); 終點(diǎn)為 (XXmax，fXfmax)，如圖3(a)和(b)所示。例如，給定信號為UG010V，要求對應(yīng)的輸出頻率為fX050Hz。 則:UG0V與fX0Hz相對應(yīng);UG10V與fX50Hz相對應(yīng)。 (3) 最大頻率fmax 在數(shù)字量給定(包括鍵盤給定、外接升速/降速給定、外接多檔轉(zhuǎn)速給定等)時，是變頻器允許

6、輸出的最高頻率;在模擬量給定時，是與最大給定信號對應(yīng)的頻率。 (4) 頻率給定線的調(diào)整 在生產(chǎn)實踐中，生產(chǎn)機(jī)械所要求的最低頻率及最高頻率常常不是0Hz和額定頻率，或者說，實際要求的頻率給定線與基本頻率給定線并不一致。所以，需要對頻率給定線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之符合生產(chǎn)實際的需要。 因為頻率給定線是直線，所以，調(diào)整的著眼點(diǎn)便是: (a) 頻率給定線的起點(diǎn) 即當(dāng)給定信號為最小值時對應(yīng)的頻率; (b) 頻率給定線的終點(diǎn) 即當(dāng)給定信號為最大值時對應(yīng)的頻率。 3 模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)控制與濾波 3.1 模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)功能 (1) 控制方式 主要有兩種方式: (a) 由雙極性給定信號控制 給定信號可“

7、”可“”，正信號控制正轉(zhuǎn)，負(fù)信號控制反轉(zhuǎn)，如圖11(a)所示。(b) 由單極性給定信號控制 給定信號只有“”值，由給定信號中間的任意值作為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的分界點(diǎn)，如圖11(b)所示。(2) 死區(qū)的設(shè)置 用模擬量給定信號進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)控制時，“0”速控制很難穩(wěn)定，在給定信號為“”時，常常出現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的“蠕動”現(xiàn)象。為了防止這種“蠕動”現(xiàn)象，需要在“”速附近設(shè)定一個死區(qū)X，使給定信號從-X到X的區(qū)間內(nèi)，輸出頻率為0Hz。 (3) 有效“0”的功能 在給定信號為單極性的正、反轉(zhuǎn)控制方式中，存在著一個特殊的問題。即，萬一給定信號因電路接觸不良或其他原因而“丟失”，則變頻器的給定輸入端得到的信號為“0”，其

8、輸出頻率將跳變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的最大頻率，電動機(jī)將從正常工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入高速反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 十分明顯，在生產(chǎn)過程中，這種情況的出現(xiàn)將是十分有害的，甚至有可能損壞生產(chǎn)機(jī)械。 對此，變頻器設(shè)置了一個有效“0”功能。就是說，變頻器的最小給定信號不等于0(Xmin0)。如果給定信號X0，變頻器將認(rèn)為是故障狀態(tài)而把輸出頻率降至0Hz。 例如，將有效“”預(yù)置為0.3V。則: 當(dāng)給定信號X0.3V時, 變頻器的輸出頻率為fmin; 當(dāng)給定信號X0.3V時, 變頻器的輸出頻率降為0Hz。3.2 模擬量給定的濾波時間 (1) 濾波時間的含義 變頻器在接受模擬量給定信號時，首先要進(jìn)行濾波，其物理意義與圖12中的濾波電容類似(通常都

9、采用數(shù)字濾波)。圖中，綜坐標(biāo)是給定信號的百分?jǐn)?shù)X。 濾波的目的, 是消除干擾信號對頻率給定信號的影響。 濾波時間常數(shù)，是指給定信號上升至穩(wěn)定值63所需的時間。 (2) 濾波時間的影響 濾波時間太短 當(dāng)變頻器顯示“給定頻率”時，有可能不夠穩(wěn)定; 濾波時間太長 當(dāng)調(diào)節(jié)給定信號時，給定頻率隨給定信號改變時的響應(yīng)速度較慢。 4 輔助給定與其他功能 4.1 輔助給定功能輔助給定功能1) 基本概念基本概念 當(dāng)變頻器有兩個或多個模擬量給定信號同時從不同的端子輸入時，其中必有一個為主給定信號，其他為輔助給定信號。 大多數(shù)變頻器的輔助給定信號都是疊加到主給定信號(相加或相減)上去的。疊加后在頻率給定線如圖中的曲

10、線和曲線所示。 (2) 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 多單元拖動系統(tǒng)的同步運(yùn)行 在造紙、印染等機(jī)械中，整臺機(jī)器具有若干個單元，每個單元都有各自獨(dú)立的拖動系統(tǒng), 如圖所示:第單元由電動機(jī)拖動，第二單元由電動機(jī)拖動。通常, 把第單元稱為主令單元, 后面的各單元稱為從動單元。在這種情況下，總是要求被加工物在各單元的線速度一致: 顯然，如果后面的速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積;反之，如果后面的速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。 因此，對于多單元拖動系統(tǒng)的要求是: 在調(diào)速時, 各單元必須同時調(diào)節(jié); 各單元的運(yùn)行線速度必須步調(diào)一致, 即實現(xiàn)同步運(yùn)行。4.2 頻率給定的其他功能 (1) 頻率指令的保持功能 變頻器

11、在停機(jī)后, 是否保持停機(jī)前的運(yùn)行頻率的選擇功能。再開機(jī)時, 變頻器的運(yùn)行頻率有兩種狀態(tài)可供選擇: 保持功能無效 運(yùn)行頻率為0Hz，如要回復(fù)到原來的工作頻率，須重新加速。 保持功能有效 運(yùn)行頻率自動上升到停機(jī)前的工作頻率。 (2) 點(diǎn)動頻率功能 點(diǎn)動是各類機(jī)械在調(diào)試過程中經(jīng)常使用的操作方式。因為主要用于調(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。所以，點(diǎn)動頻率(用fJ表示)是通過功能預(yù)置來確定的。有的變頻器也可以預(yù)置多檔點(diǎn)動頻率。 (3) 頻率給定異常時的處理功能 給定信號異常大致有以下兩種情形: (a) 給定信號丟失 當(dāng)外接模擬頻率給定信號因電路接觸不良或斷線而丟失時，變頻器處理方式的選擇功能。例

12、如，是否停機(jī)，如繼續(xù)運(yùn)行，則在多大頻率下運(yùn)行等。 (b) 給定信號小于最低頻率時的處理功能 有的負(fù)載在頻率很低時實際上不能運(yùn)行，因而需要預(yù)置“最低頻率”。對應(yīng)地，也就有一個最小給定信號。當(dāng)實際給定信號小于最小給定信號時，應(yīng)視為異常狀態(tài)。 5 頻率的限制功能 5.1 上、下限頻率上、下限頻率(1) 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 (a) 生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速范圍的要求 生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)工藝過程的實際需要，常常要求對轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行限制。以某攪拌機(jī)為例，如圖(a)所示。要求的最高轉(zhuǎn)速是600r/min，最低轉(zhuǎn)速是150r/min。(b) 變頻器的上、下限頻率變頻器的上、下限頻率 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所要求的最高與最低轉(zhuǎn)速，以及電動機(jī)

13、與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動比，可以推算出相對應(yīng)的頻率，分別稱為上限頻率(用fH表示)與下限頻率(用fL表示)。在上例中，如傳動比2，則:(2) 上限頻率與最高頻率的關(guān)系 上限頻率小于最高頻率 上限頻率比最高頻率優(yōu)先 這是因為，上限頻率是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求來決定的，所以具有優(yōu)先權(quán) 5.2 回避頻率回避頻率 (1) 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 任何機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，都或多或少會產(chǎn)生振動。每臺機(jī)器又都有一個固有振蕩頻率，它取決于機(jī)械的結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速下時，所引起的振動頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機(jī)械的振動將因發(fā)生諧振而變得十分強(qiáng)烈(也稱為機(jī)械共振)，并可能導(dǎo)致機(jī)械損壞的嚴(yán)重后果。 設(shè)置回避

14、頻率fJ的目的，就是使拖動系統(tǒng)“回避”掉可能引起諧振的轉(zhuǎn)速，如圖所示。 (2) 回避頻率的預(yù)置 預(yù)置回避頻率時，必須預(yù)置以下兩個數(shù)據(jù): 中心回避頻率fJ 即回避頻率所在的位置; 回避寬度fJ 即回避區(qū)域，如圖所示。 (3) 回避頻率的數(shù)量 大多數(shù)變頻器都可以預(yù)置三個回避頻率, 如圖所示。6變頻引出的特殊問題6.1 保持磁通不變的必要性和途徑保持磁通不變的必要性和途徑(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，電流是不允許超過額定值的，否則將引起電動機(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 電動機(jī)的

15、磁路將飽和，由于在變頻調(diào)速時，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。它極容易使電動機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵磁電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生峰值很高的尖峰電流，如圖所示。圖的上半部是電動機(jī)的磁化曲線;下半部則是勵磁電流的波形。所以，變頻調(diào)速的一個特殊問題便是:當(dāng)頻率fX變化時，必須使磁通保持不變: const (2) 保持磁通不變的方法保持磁通不變的方法 保持const的準(zhǔn)確方法是: 在調(diào)節(jié)頻率時，必須保持反電動勢E1X和頻率fX的比值不變。 但反電動勢是由定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁通而感生的，無法從外部進(jìn)行控制。于是用保持定子側(cè)輸入電壓和頻率之比等于常數(shù)來

16、代替: 所以, 在改變頻率時, 必須同時改變定子側(cè)的輸入電壓。6.2 變壓變頻存在的問題及原因分析變壓變頻存在的問題及原因分析(1) 存在的問題存在的問題 (a) 衡量調(diào)速性能的主要因素 電動機(jī)的基本功能是拖動生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，因此，在低頻時的帶負(fù)載能力便是衡量變頻調(diào)速性能好壞的一個十分重要的因素。 (b) 調(diào)壓調(diào)頻存在的問題 滿足const的情況下進(jìn)行變頻調(diào)速時，隨著頻率的下降，電動機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩和帶負(fù)載能力(用有效轉(zhuǎn)矩MEX表示)也有所下降，如圖所示。 (2) 臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因分析臨界轉(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，問題的關(guān)

17、鍵便是:在滿足式(16)的情況下，低頻時能否保持磁通量基本不變？ (b) 電磁轉(zhuǎn)矩減小的原因 反電動勢是定子側(cè)輸入電壓減去阻抗壓降的結(jié)果。 當(dāng)頻率fX下降時，輸入電壓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, 于是反電動勢E1X所占的比例必將減小。磁通M也必減小，磁通不變的要求并沒有真正得到滿足，結(jié)果是導(dǎo)致電動機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩也減小。7 V/F控制功能7.1 V/F控制模式控制模式 (1) 指導(dǎo)思想 為了確保電動機(jī)在低頻運(yùn)行時，反電動勢和頻率之比保持不變，真正實現(xiàn)const，適當(dāng)提高U/f比，使KUKf，從而使轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償，提高電動機(jī)在低速時的帶負(fù)載能力。如圖中之曲線所

18、示(曲線是KUKf的U/f線)。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升，這種控制方式稱為V/F控制模式。KU 電壓調(diào)節(jié)比Kf頻率調(diào)節(jié)比(2) 基本頻率 與變頻器的最大輸出電壓對應(yīng)的頻率稱為基本頻率，用fBA表示。在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動機(jī)的額定頻率，如圖所示。 (3) 基本U/f線 在變頻器的輸出頻率從0Hz上升到基本頻率fBA的過程中, 滿足KU=Kf的U/f線, 稱為基本U/f線,如圖(a)所示。 (4) 弱磁點(diǎn) 當(dāng)電動機(jī)的運(yùn)行頻率高于額定頻率時，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，如圖(b)中之點(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，電動機(jī)磁路內(nèi)的磁通也因此而減

19、小，處于弱磁運(yùn)行狀態(tài)。因此，通常把轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為弱磁點(diǎn)。7.2 U/f線的選擇功能線的選擇功能 (1) 不同負(fù)載在低速時對轉(zhuǎn)矩的要求 各類負(fù)載在低速時所呈現(xiàn)的阻轉(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，如圖中的曲線所示。低速時的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩小得多; (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, 如圖中之曲線所示。低速時的阻轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速時是基本相同的; (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，如圖中之曲線所示。低速時的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)速時還要大得多。 (2) 變頻器對U/f線的設(shè)置 因為每臺變頻器應(yīng)用到什么負(fù)

20、載上是不確定的，而不同負(fù)載在低頻時對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，提供了任意預(yù)置U/f比的功能。使用戶可以根據(jù)電動機(jī)在低速運(yùn)行時負(fù)載的輕重來選擇U/f比，如圖所示。(3) U/f線的預(yù)置要點(diǎn) (a) 預(yù)置不當(dāng)?shù)暮蠊?如果負(fù)載在低速時的轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/f比)預(yù)置得較小，則低速時帶不動負(fù)載。反之, 如果負(fù)載在低速時的轉(zhuǎn)矩較輕而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/f比)預(yù)置得較大，則補(bǔ)償過分，低速時電動機(jī)的磁路將飽和，勵磁電流發(fā)生畸變，嚴(yán)重時會因勵磁電流峰值過高而導(dǎo)致“過電流”跳閘。 (b) 預(yù)置要點(diǎn) 調(diào)試時，U/f比的預(yù)置宜由小逐漸加大，每加大一檔，觀察在最低頻時能否帶得動負(fù)載

21、？及至能帶動時，還應(yīng)反過來觀察空載時會不會跳閘？一直到在最低頻率下運(yùn)行時，既能帶得動負(fù)載，又不會空載跳閘時為止 8 矢量控制功能8.1 基本思想基本思想 (1) 對直流電動機(jī)的分析 在變頻調(diào)速技術(shù)成熟之前，直流電動機(jī)的調(diào)速特性被公認(rèn)為是最好的。究其原因，是因為它具有兩個十分重要的特點(diǎn): (a) 磁場特點(diǎn) 它的主磁場和電樞磁場在空間是互相垂直的，如圖(a)所示; (b) 電路特點(diǎn) 它的勵磁電路和電樞電路是互相獨(dú)立的，如圖(b)所示。 在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時，只調(diào)節(jié)其中一個電路的參數(shù)。(2) 變頻器的矢量控制模式 (a) 基本構(gòu)思 仿照直流電動機(jī)的控制特點(diǎn)，對于調(diào)節(jié)頻率的給定信號，分解成和直流電動機(jī)具有相同

22、特點(diǎn)的磁場電流信號i*M和轉(zhuǎn)矩電流信號i*T，并且假想地看作是兩個旋轉(zhuǎn)著的直流磁場的信號。當(dāng)給定信號改變時，也和直流電動機(jī)一樣，只改變其中一個信號，從而使異步電動機(jī)的調(diào)速控制具有和直流電動機(jī)類似的特點(diǎn)。 對于控制電路分解出的控制信號i*M和i*T，根據(jù)電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制信號i*A、i*B和i*C，對三相逆變橋進(jìn)行控制，如圖所示。從而得到與直流電動機(jī)類似的硬機(jī)械特性, 提高了低頻時的帶負(fù)載能力。 (b) 無反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模式 根據(jù)在實行矢量控制時，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的特點(diǎn)，而有無反饋和有反饋矢量控制之分。 無反饋矢量控制是根據(jù)測量到的電流、電壓

23、和磁通等數(shù)據(jù)，簡接地計算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運(yùn)行時，得到較硬機(jī)械特性的控制模式。由于計算量較大，故動態(tài)響應(yīng)能力稍差。 有反饋矢量控制則必須在電動機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，如圖中的虛線所示。由于轉(zhuǎn)速大小直接由速度傳感器測量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。與無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、動態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 8.2 電動機(jī)數(shù)據(jù)的輸入電動機(jī)數(shù)據(jù)的輸入 如上述，要實現(xiàn)矢量控制功能，必須根據(jù)電動機(jī)自身的參數(shù)進(jìn)行一系列等效變換的計算。而進(jìn)行計算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動機(jī)的各項數(shù)據(jù)。因此，把電動機(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

24、，就是實現(xiàn)矢量控制的必要條件。 自動檢測功能 從上面所舉例子可以看出，進(jìn)行矢量控制時，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)用帶來了困難。對此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動檢測電動機(jī)參數(shù)的功能。但檢測的具體方法，各種變頻器不盡相同。 自動檢測功能的英語名稱是auto-tuning, 故有的變頻器直譯為“自動調(diào)諧”功能, 也有的稱之為“自學(xué)習(xí)”功能。 8.3 矢量控制的應(yīng)用要點(diǎn)矢量控制的應(yīng)用要點(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) 電動機(jī)的容量 電動機(jī)的容量應(yīng)盡可能與變頻器說明書中標(biāo)明

25、的“配用電動機(jī)容量”相符，最多低一個檔次。 例如，變頻器的“配用電動機(jī)容量”為45kW，電動機(jī)的下一檔容量為37kW。則該變頻器只能在配接45kW或37kW的電動機(jī)時，矢量控制功能是有效的。 (b) 電動機(jī)的磁極數(shù) 以2p=4(4極電動機(jī))為最佳，要注意說明書中對磁極數(shù)的規(guī)定。 (c) 電動機(jī)的型號 以生產(chǎn)變頻器的同一家公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)或變頻調(diào)速專用電動機(jī)為最佳，一般的通用電動機(jī)也都可用。但特殊電動機(jī)(如高轉(zhuǎn)差電動機(jī)等)則不能用。 (d) 電動機(jī)的臺數(shù) 矢量控制只適用于一臺變頻器控制一臺電動機(jī)的場合。 (2) 速度控制的PID功能 當(dāng)采用有反饋矢量控制模式時，變頻器存在著一個轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)

26、系統(tǒng)，并且為此專門配置了PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以利于在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程中，或者拖動系統(tǒng)發(fā)生擾動(負(fù)載突然加重或減輕)時，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)功能: (a) 用于速度閉環(huán)控制的PID調(diào)節(jié)功能; (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)、I(積分時間)、D(微分時間)的作用對象不同，但原理是相同的。(2) 矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn) 低頻轉(zhuǎn)矩大 即使運(yùn)行在1Hz(或0.5Hz)時, 也能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩,且不會產(chǎn)生在V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。 機(jī)械特性好 在整個頻率

27、調(diào)節(jié)范圍內(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。 動態(tài)響應(yīng)好 尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動態(tài)響應(yīng)時間一般都能小于100ms。 能進(jìn)行四象限運(yùn)行。9 轉(zhuǎn)矩控制功能 9.1 轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)速控制的區(qū)別轉(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小(從而電動機(jī)轉(zhuǎn)速的高低)隨給定信號的大小而變;(b) 電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小是不能控制的, 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)載的輕重而隨時變化的;(c) 電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的限值是受發(fā)熱和過載能力(取決于臨界轉(zhuǎn)矩)制約的。

28、(2) 轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn) 轉(zhuǎn)矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方式。其主要特點(diǎn)是:(a) 給定信號并不用于控制變頻器輸出頻率的大小, 而是用于控制電動機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的大小，如圖所示:當(dāng)給定信號為10V時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值Tmax(如圖中之狀態(tài));當(dāng)給定信號為5V時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為Tmax/2(如圖中之狀態(tài))。(b)電動機(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)，很難使拖動系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下等速運(yùn)行。9.2 轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的切換轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的切換 (1) 切換的必要性 由于轉(zhuǎn)矩控制時不能控制轉(zhuǎn)速的大小，所以，在某些轉(zhuǎn)

29、速控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制主要用于起動或停止的過渡過程中。當(dāng)拖動系統(tǒng)已經(jīng)起動后，仍應(yīng)切換成轉(zhuǎn)速控制方式，以便控制轉(zhuǎn)速。 (2) 切換的時序圖 切換的時序圖如圖所示 (a) t1時段 變頻器發(fā)出運(yùn)行指令時，如未得到切換信號，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，可以預(yù)置轉(zhuǎn)矩上限; (b) t2時段 變頻器得到切換至轉(zhuǎn)矩控制的信號(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，必須預(yù)置轉(zhuǎn)速上限; (c) t3時段 變頻器得到切換至轉(zhuǎn)速控制的信號, 回到轉(zhuǎn)速控制模式; (d) t4時段 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

30、時間減速并停止。 如果變頻器的運(yùn)行指令在轉(zhuǎn)矩控制下結(jié)束，變頻器 將自動轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速控制模式，并按預(yù)置的減速時間減速并 停止。 9.3 轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用 (1) 用于牽引和起重裝置的起動過程中牽引裝置主要有:電氣機(jī)車、電梯、起重裝置等。 (a) 牽引裝置拖動系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 負(fù)載的輕重是隨機(jī)的 以電氣機(jī)車和電梯為例, 乘客時多時少, 無規(guī)律可循; 對加、減速過程的要求很高 例如，裝載液體的傳輸帶以及起重和運(yùn)輸鋼水包時，其加、減速過程必須十分平穩(wěn)，起動時應(yīng)毫無沖擊，以保證液體不會溢出;電氣機(jī)車和電梯等則還要求保證乘客的舒適感等等。 (b) 拖動系統(tǒng)的加速度 TJ動態(tài)轉(zhuǎn)矩，在忽略損耗轉(zhuǎn)矩的情況

31、下，等于電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩之差: TJTMTL (c) 在轉(zhuǎn)矩控制模式下起動的優(yōu)點(diǎn) 在轉(zhuǎn)速控制模式下，起動時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩不可能根據(jù)負(fù)載輕重自動進(jìn)行調(diào)整。在預(yù)置起動轉(zhuǎn)矩時，只能按負(fù)載最重的情況進(jìn)行設(shè)定，故在起動瞬間容易產(chǎn)生沖擊。例如，火車在起動時常常會有發(fā)生沖擊的感覺。如采用轉(zhuǎn)矩控制模式，可以使電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩逐漸增大，直至能夠克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，動態(tài)轉(zhuǎn)矩和加速度才從0開始緩慢增加，從而使起動過程十分平穩(wěn)。 圖(a)是負(fù)載較輕時的情形;圖(b)是負(fù)載較重時的情形。 由于轉(zhuǎn)矩控制方式不能控制轉(zhuǎn)速，所以，隨著動態(tài)轉(zhuǎn)矩的不斷增大，加速度也必然不斷增大，這又并非人們所希望的。因此，當(dāng)拖動系統(tǒng)起動起

32、來以后，有必要切換成轉(zhuǎn)速控制方式，以便對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。(2) 用于恒張力控制 (a) 卷繞機(jī)械的工作特點(diǎn) 在各種薄膜或線材的收卷或放卷過程中，通常要求:被卷物的張力F必須保持恒定: FC為此: 1)被卷物的線速度v也必須保持恒定: vC所以，卷繞功率是恒定的:2)負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩隨被卷物卷徑的增大而增大:但為了保持線速度恒定，負(fù)載的轉(zhuǎn)速必須隨卷徑的增大而減小:(b) 用轉(zhuǎn)矩控制模式實現(xiàn)恒張力運(yùn)行 令變頻器在轉(zhuǎn)矩控制模式下運(yùn)行，將給定信號設(shè)定在某一值下不變。則電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM也將不變，如圖 (b)中之曲線所示: TMC 而動態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ則隨著卷徑D的增大而變?yōu)樨?fù)值，如圖(b)中之曲線所示。拖動系統(tǒng)

33、將處于減速狀態(tài)，滿足圖(c)所示的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。 改變給定轉(zhuǎn)矩的大小，可以改變卷繞的松緊程度。10 加、減速的時間與方式10.1基礎(chǔ)概念 (1) 工頻起動和變頻起動 電動機(jī)從較低轉(zhuǎn)速升至較高轉(zhuǎn)速的過程稱為加速過程，加速過程的極限狀態(tài)便是電動機(jī)的起動。 (a)工頻起動 這里所說的工頻起動，是指電動機(jī)直接接上工頻電源時的起動，也叫直接起動或全壓起動，如圖(a)所示。在接通電源瞬間: 電源頻率為額定頻率(50Hz)，如圖(b)的上部所示。以極電動機(jī)為例，同步轉(zhuǎn)速高達(dá)1500r/min。 電源電壓為額定電壓(380V), 如圖1(b)的下部所示。 由于轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度很高，故轉(zhuǎn)子電動勢和電

34、流都很大，從而定子電流也很大，可達(dá)額定電流的(47)倍，如圖(c)所示。 工頻起動存在的主要問題有:起動電流大。當(dāng)電動機(jī)的容量較大時，其起動電流將對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。 對生產(chǎn)機(jī)械的沖擊很大，影響機(jī)械的使用壽命。(b) 變頻起動 采用變頻調(diào)速的電路如圖(a)所示, 起動過程的特點(diǎn)有:頻率從最低頻率(通常是0Hz)按預(yù)置的加速時間逐漸上升，如圖(b)的上部所示。仍以4極電動機(jī)為例，假設(shè)在接通電源瞬間，將起動頻率降至0.5Hz，則同步轉(zhuǎn)速只有15r/min，轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度只有工頻起動時的百分之一。 電動機(jī)的輸入電壓也從最低電壓開始逐漸上升，如圖(b)的下部所示。 轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速

35、度很低，故起動瞬間的沖擊電流很小。同時，可通過逐漸增大頻率以減緩起動過程，如在整個起動過程中，使同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nM間的轉(zhuǎn)差n限制在一定范圍內(nèi)，則起動電流也將限制在一定范圍內(nèi)，如圖(c)所示。 另一方面，也減小了起動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩，加速過程將能保持平穩(wěn)，減小了對生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。(2) 加速過程中的主要矛盾 (a) 加速過程中電動機(jī)的狀態(tài) 假設(shè)變頻器的輸出頻率從fX1上升至fX2，如圖(b)所示。圖(a)所示是電動機(jī)在頻率為fX1時穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，圖(c)所示是加速過程中電動機(jī)的狀態(tài)。比較圖(a)和圖(c)可以看出:當(dāng)頻率fX上升時，同步轉(zhuǎn)速n0隨即也上升，但電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM因為有慣

36、性而不能立即跟上。結(jié)果是轉(zhuǎn)差n增大了,導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流也增大。 (b) 加速過程的主要矛盾 加速過程中，必須處理好加速的快慢與拖動系統(tǒng)慣性之間的矛盾。 一方面，在生產(chǎn)實踐中，拖動系統(tǒng)的加速過程屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過渡過程，從提高生產(chǎn)率的角度出發(fā)，加速過程應(yīng)該越短越好; 另一方面，由于拖動系統(tǒng)存在著慣性，頻率上升得太快了，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差n增大，引起加速電流的增大，甚至可能超過一定限值而導(dǎo)致變頻器跳閘。 所以，加速過程必須解決好的主要問題是:在防止加速電流過大的前提下，盡可能地縮短加速過程。 (3) 變頻調(diào)速系統(tǒng)的減速 (a) 減速過程中的電動機(jī)狀態(tài) 電動

37、機(jī)從較高轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速的過程稱為減速過程。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，是通過降低變頻器的輸出頻率來實現(xiàn)減速的，如圖(b)所示。圖中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從n1下降至n2(變頻器的輸出頻率從fX1下降至fX2)的過程即為減速過程。當(dāng)頻率剛下降的瞬間，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)立即下降，但由于拖動系統(tǒng)具有慣性的緣故，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不可能立即下降。于是，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組切割磁場的方向和原來相反了。從而，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向，以及所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向都和原來相反了，電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，能夠促使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速地降下來，故也稱為再生制動狀態(tài)。

38、(b) 泵升電壓 電動機(jī)在再生制動狀態(tài)發(fā)出的電能，將通過和逆變管反并聯(lián)的二極管VD7VD12全波整流后反饋到直流電路，使直流電路的電壓UD升高，稱為泵升電壓。 (c) 多余能量的消耗 如果直流電壓UD升得太高，將導(dǎo)致整流和逆變器件的損壞。所以，當(dāng)UD上升到一定限值時，須通過能耗電路(制動電阻和制動單元)放電，把直流回路內(nèi)多余的電能消耗掉。(4) 減速過程中的主要矛盾 (a) 減速快慢的影響 如上述，頻率下降時，電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)。所以，和頻率下降速度有關(guān)的因素有: 制動電流 就是電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時向直流回路輸送電流的大小。 泵升電壓 其大小將影響直流回路電壓的上升幅度。 (b) 減速過

39、程的主要矛盾 和加速過程相同，在生產(chǎn)實踐中，拖動系統(tǒng)的減速過程也屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過渡過程，故減速過程應(yīng)該越短越好。 同樣，由于拖動系統(tǒng)存在著慣性的原因，頻率下降得太快了，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差n增大，引起再生電流的增大和直流回路內(nèi)泵升電壓的升高，甚至可能超過一定限值而導(dǎo)致變頻器因過電流或過電壓而跳閘。 所以，減速過程必須解決好的主要問題是在防止減速電流過大和直流電壓過高的前提下，盡可能地縮短減速過程。在一般情況下，直流電壓的升高是更為主要的因素。 10.2 加、減速的功能設(shè)置加、減速的功能設(shè)置 變頻器中，針對電動機(jī)在升、降速過程中的特點(diǎn)，以及生產(chǎn)實際對拖動系統(tǒng)的各種要

40、求，設(shè)置了許多相關(guān)的功能，供用戶進(jìn)行選擇。 (1) 加、減速時間 (a) 加速時間的定義 定義1變頻器的輸出頻率從0Hz上升到基本頻率所需要的時間; 定義變頻器的輸出頻率從0Hz上升到最高頻率所需要的時間。 在大多數(shù)情況下，最高頻率和基本頻率是一致的。 (b) 減速時間的定義 定義變頻器的輸出頻率從基本頻率下降到0Hz所需要的時間; 定義變頻器的輸出頻率從最高頻率下降到0Hz所需要的時間。加速時間的定義如圖(a) 減速時間的定義如圖5(b) (2) 加、減速方式 (a) 加速方式 加速過程中，變頻器的輸出頻率隨時間上升的關(guān)系曲線，稱為加速方式。變頻器設(shè)置的加速方式有: 線性方式 變頻器的輸出頻

41、率隨時間成正比地上升，如圖(a)所示。大多數(shù)負(fù)載都可以選用線性方式。 S形方式 在加速的起始和終了階段，頻率的上升較緩，加速過程呈S形，如圖所示。例如，電梯在開始起動以及轉(zhuǎn)入等速運(yùn)行時，從考慮乘客的舒適度出發(fā)，應(yīng)減緩速度的變化，以采用S形加速方式為宜。 半S形方式 在加速的初始階段或終了階段，按線性方式加速;而在終了階段或初始階段，按S形方式加速，如圖(c)和(d)所示。 圖(c)所示方式主要用于如風(fēng)機(jī)一類具有較大慣性的二次方律負(fù)載中，由于低速時負(fù)荷較輕，故可按線性方式加速，以縮短加速過程; 高速時負(fù)荷較重，加速過程應(yīng)減緩，以減小加速電流; 圖(d)所示方式主要用于慣性較大的負(fù)載。 (b) 減

42、速方式 和加速過程類似，變頻器的減速方式也分線性方式、S形方式和半S形方式。 線性方式 變頻器的輸出頻率隨時間成正比地下降，如圖(a)所示。大多數(shù)負(fù)載都可以選用線性方式。 形方式 在減速的起始和終了階段，頻率的下降較緩，減速過程呈形，如圖 (b)所示。 半S形方式 在減速的初始階段或終了階段，按線性方式減速; 而在終了階段或初始階段，按S形方式減速，如圖(c)和(d)所示。 減速時S形方式和半S形方式的應(yīng)用場合和加速時相同。11 變頻調(diào)速的起動功能 11.1 起動頻率與暫停加速功能起動頻率與暫停加速功能 (1) 起動頻率 (a) 功能含義 電動機(jī)開始起動時，并不從0Hz開始加速，而是直接從某一

43、頻率下開始加速。在開始加速瞬間，變頻器的輸出頻率便是起動頻率。 設(shè)置起動頻率是部分生產(chǎn)機(jī)械的實際需要，例如: 有些負(fù)載在靜止?fàn)顟B(tài)下的靜摩擦力較大，難以從0Hz開始起動，設(shè)置了起動頻率后，可以在起動瞬間有一點(diǎn)沖力，使拖動系統(tǒng)較易起動起來; 在若干臺水泵同時供水的系統(tǒng)里，由于管路內(nèi)已經(jīng)存在一定的水壓，后起動的水泵在頻率很低的情況下將難以旋轉(zhuǎn)起來，故也需要電動機(jī)在一定頻率下直接起動; 錐形電動機(jī)如果從0Hz開始逐漸升速, 將導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子之間的磨擦。所以, 設(shè)置了起動頻率, 可以在起動時很快建立起足夠的磁通, 使轉(zhuǎn)子與定子間保持一定的空氣隙等等。(b) 設(shè)置起動頻率的方式 主要有兩種方式: 稍有給定信

44、號(X=0+)，變頻器的輸出頻率即為起動頻率fS，如圖(a)所示; 設(shè)置一個死區(qū)XS%，在給定信號XXS%的范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率為0Hz; 當(dāng)給定信號X=XS%時，變頻器直接輸出與XS%對應(yīng)的頻率，如圖(b)所示。(2) 暫停加速功能 (a) 功能含義 電動機(jī)起動后，先在較低頻率fDR下運(yùn)行一個短時間，然后再繼續(xù)加速的功能。 在下列情況下，應(yīng)考慮預(yù)置暫停加速功能： 對于慣性較大的負(fù)載，起動后先在較低頻率下持續(xù)一個短時間tDR，然后再加速； 齒輪箱的齒輪之間總是存在間隙的，起動時容易發(fā)生齒間的撞擊，如在較低頻率下持續(xù)一個短時間tDR，可以減緩齒間的撞擊； 起重機(jī)械在起吊重物前，吊鉤的鋼絲繩通

45、常是處于松弛狀態(tài)的，預(yù)置了暫停加速功能后，可首先使鋼絲繩拉緊后再上升; 有些機(jī)械在環(huán)境溫度較低的情況下，潤滑油容易凝固，故要求先在低速下運(yùn)行一個短時間，使?jié)櫥拖♂尯笤偌铀? 對于附有機(jī)械制動裝置的電磁制動電動機(jī)，在磁抱閘松開過程中，為了減小閘皮和閘輥之間的磨擦，要求先在低頻下運(yùn)行，待磁抱閘完全松開后再升速，等等。 (b) 設(shè)置暫停加速的方式 設(shè)置暫停加速的方式主要有兩種: 變頻器輸出頻率從0Hz開始上升至?xí)和ｎl率fDR，停留tDR后再加速，如圖(a)所示; 變頻器直接輸出起動頻率fS后暫停加速，停留tDR后再加速，如圖(b)所示。 11.2 起動前直流制動功能起動前直流制動功能 (1) 功能

46、含義 起動前先在電動機(jī)的定子繞組內(nèi)通入直流電流，以保證電動機(jī)在零速的狀態(tài)下開始起動。 如果電動機(jī)在起動前，拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不為0(nm=0)的話，而變頻器的輸出頻率(從而同步轉(zhuǎn)速n0)從0Hz開始上升，則在起動瞬間，電動機(jī)或處于強(qiáng)烈的再生制動狀態(tài)(起動前為正轉(zhuǎn)時)，或處于反接制動狀態(tài)(起動前為反轉(zhuǎn)時)，容易引起電動機(jī)的過電流。例如: 拖動系統(tǒng)以自由制動的方式停機(jī)，在尚未停住前又重新起動; 風(fēng)機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下，葉片由于自然通風(fēng)而自行轉(zhuǎn)動(通常是反轉(zhuǎn))。 (2) 功能設(shè)置 選擇功能: 即選擇是否需要起動前的直流制動功能; 制動量 即應(yīng)向定子繞組施加多大的直流電壓UDB; 直流制動時間 即進(jìn)行直流制動(

47、施加直流電壓)的時間tDB。 12 變頻調(diào)速的停機(jī)功能12.1 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 (1)電動機(jī)的停機(jī)方式 : 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)可以設(shè)定的停機(jī)方式有: (a) 減速停機(jī) 即按預(yù)置的減速時間和減速方式停機(jī)，如上述，在減速過程中，電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)。 (b) 自由制動 變頻器通過停止輸出來停機(jī), 這時, 電動機(jī)的電源被切斷, 拖動系統(tǒng)處于自由制動狀態(tài)。由于停機(jī)時間的長短由拖動系統(tǒng)的慣性決定, 故也稱為慣性停機(jī)。 (c) 減速加直流制動 首先按預(yù)置的減速時間減速，然后轉(zhuǎn)為直流制動，直至停機(jī)，如圖11(c)所示。 (d) 在低頻狀態(tài)下短暫運(yùn)行后停機(jī), 當(dāng)頻率下降到接近于0時, 先在低速下運(yùn)行

48、一個短時間, 然后再將頻率下降為0Hz 。 在下列情況下, 應(yīng)考慮預(yù)置暫停減速功能: 慣性大的負(fù)載從高速直接減速至0Hz時，有可能因停不住而出現(xiàn)滑行的現(xiàn)象。如先在低速段運(yùn)行，然后從低速降為0Hz，可消除滑行現(xiàn)象; 對于需要準(zhǔn)確行車的場合，如卷揚(yáng)機(jī)，為準(zhǔn)確停車，即在低速短時運(yùn)行即爬行后，再減至0Hz，即可達(dá)到準(zhǔn)確停車的目的。 對于附有機(jī)械制動裝置的電磁制動電動機(jī), 在磁抱閘抱緊前先在低速段作短時運(yùn)行, 可減少磁抱閘的磨損, 等等。(2) 設(shè)置暫停減速的方式 和暫停加速相同，需要預(yù)置的參數(shù)有: (a) 暫停減速的頻率fDD; (b) 停留時間tDD12.2 變頻器的直流制動功能變頻器的直流制動功能

49、(1) 基礎(chǔ)概念(a) 采取直流制動的必要性 有的負(fù)載要求能夠迅速停機(jī)，但減速時間太短將引起電動機(jī)實際轉(zhuǎn)速的下降跟不上頻率的下降，產(chǎn)生較大的泵升電壓，使直流回路的電壓超過允許值。采用直流制動，能增大制動轉(zhuǎn)矩、縮短停機(jī)時間，且不產(chǎn)生泵升電壓; 有的負(fù)載由于慣性較大，常常停不住，停機(jī)后有“爬行”現(xiàn)象，可能造成十分危險的后果。 采用直流制動, 可以實現(xiàn)快速停機(jī), 并消除爬行現(xiàn)象。(b) 方法和原理 直流制動就是向定子繞組內(nèi)通入直流電流, 使異步電動機(jī)處于能耗制動狀態(tài)。如圖 (a), 由于定子繞組內(nèi)通入的是直流電流，故定子磁場的轉(zhuǎn)速為0。這時, 轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反,

50、 是制動轉(zhuǎn)矩。因為轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度較大，故所產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩比較強(qiáng)烈, 從而可縮短停機(jī)時間。此外, 停止后, 定子的直流磁場對轉(zhuǎn)子鐵心還有一定的“吸住”作用, 以克服機(jī)械的“爬行”。(2) 功能設(shè)置 采用直流制動時，需預(yù)置以下功能: (a) 直流制動的起始頻率fDB 在大多數(shù)情況下, 直流制動都是和再生制動配合使用的。即:首先用再生制動方式將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速，然后再轉(zhuǎn)換成直流制動, 使電動機(jī)迅速停住。其轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的頻率即為直流制動的起始頻率fDB, 如圖(b)所示。 預(yù)置起始頻率fDB的主要依據(jù)是負(fù)載對制動時間的要求，要求制動時間越短，則起始頻率fDB應(yīng)越高。 (b) 直流制動強(qiáng)

51、度 即在定子繞組上施加直流電壓UDB或直流電流IDB的大小，它決定了直流制動的強(qiáng)度。如圖12(b)所示。 預(yù)置直流制動電壓UDB(或制動電流IDB)的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大者，UDB也應(yīng)越大。(3) 直流制動時間tDB 即施加直流制動的時間長短。 預(yù)置直流制動時間tDB的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB應(yīng)適當(dāng)長一些。 13 某些變頻器的特殊功能 (1) 加、減速的銜接功能加、減速的銜接功能 生產(chǎn)實踐中，有時會遇到這樣的情況:在拖動系統(tǒng)正在加速的過程中，又得到減速或停機(jī)的指令。這時，就出現(xiàn)了加速過程和減速過程的銜接問題。 (2) 加、減速

52、時間的最小極限功能加、減速時間的最小極限功能 某些生產(chǎn)機(jī)械，出于特殊的需要，要求加、減速時間越短越好。對此，有的變頻器設(shè)置了加、減速時間的最小極限功能。其基本含義是: (a) 最快加速方式 在加速過程中，使加速電流保持在變頻器允許的極限狀態(tài)(IA 150%IN，IA是加速電流，IN是變頻器的額定電流)下，從而使加速過程最小化。 (b) 最快減速方式 在減速過程中，使直流回路的電壓保持在變頻器允許的極限狀態(tài)(UD 95%UDH,UD是減速過程中的直流電壓，UDH是直流電壓的上限值)下, 從而使減速過程最小化。 (c) 最優(yōu)加速方式 在加速過程中，使加速電流保持在變頻器額定電流的120%(IA 1

53、20%IN)，使加速過程最優(yōu)化。 (d) 最優(yōu)減速方式 在減速過程中，使直流回路的電壓保持在上限值的93%(UD 93%UDH)，使減速過程最優(yōu)化。 (3) 異常停機(jī)功能異常停機(jī)功能 當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械發(fā)生緊急情況時，將發(fā)出緊急停機(jī)信號。對此，有的變頻器設(shè)置了專門用于處理異常情況的功能。在異常停機(jī)期間，其操作信號都將無效。 14 變頻器的控制功能14.1 基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念 變頻器運(yùn)行的控制信號也叫操作指令，如起動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動、復(fù)位等。和頻率給定方式類似, 變頻器操作指令的輸入方式也有: (1) 鍵盤操作 即通過面板上的鍵盤輸入操作指令。大多數(shù)變頻器的面板都可以取下, 安置到操作方便的地方,

54、 面板和變頻器之間用延長線相聯(lián)接, 從而實現(xiàn)了距離較遠(yuǎn)的控制。 (2) 外接輸入控制 操作指令通過外接輸入端子從外部輸入開關(guān)信號來進(jìn)行控制。由于外部的開關(guān)信號可以在遠(yuǎn)離變頻器的地方來進(jìn)行操作，因此，不少變頻器把這種控制方式稱為“遠(yuǎn)控”或“遙控”操作方式。14.2 變頻器對外接輸入端子的安排 外接輸入控制端接受的都是開關(guān)量信號，所有端子大體上可以分為兩大類: (1) 基本控制輸入端 如運(yùn)行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動、復(fù)位等。這些端子的功能是變頻器在出廠時已經(jīng)標(biāo)定的, 不能再更改。 (2) 可編程控制輸入端 由于變頻器可能接受的控制信號多達(dá)數(shù)十種，但每個拖動系統(tǒng)同時使用的輸入控制端子并不多。為了節(jié)省

55、接線端子和減小體積，變頻器只提供一定數(shù)量的“可編程控制輸入端”，也稱為“多功能輸入端子”。其具體功能雖然在出廠時也進(jìn)行了設(shè)置，但并不固定，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)置。 14.2 控制實例控制實例 某生產(chǎn)機(jī)械有檔轉(zhuǎn)速, 通過個選擇按鈕來進(jìn)行控制。 (a) 控制電路 如圖所示，說明如下:1)PLC的輸入電路 如圖，PLC的輸入端X1X7分別與按鈕開關(guān)SB1SB7相接，用于接受7檔轉(zhuǎn)速的信號。2) PLC的輸出電路 如圖10, 輸出端Y1、Y2、Y3分別接至變頻器的輸入控制端的S1、S2、S3, 用于控制S1、S2和S3的狀態(tài)。 (b) 梯形圖之一(SB1SB7為非自動復(fù)位型按鈕開關(guān)) 如圖所示。 觀

56、察圖中之端子狀態(tài)表，可得到如下規(guī)律: S1在第1、3、5、7檔轉(zhuǎn)速時都處于接通狀態(tài)，故:1)PLC的X1、X3、X5、X7中只要有一個得到信號，則Y1“動作”變頻器的S1端得到信號; S2在第2、3、6、7檔轉(zhuǎn)速時都處于接通狀態(tài)，故:2)PLC的X2、X3、X6、X7中只要有一個得到信號，則Y2“動作”變頻器的S2端得到信號; S3在第4、5、6、7檔轉(zhuǎn)速時都處于接通狀態(tài)，故:3)PLC的X4、X5、X6、X7中只要有一個得到信號，則Y3“動作”變頻器的S3端得到信號。 今以用戶選擇第3檔轉(zhuǎn)速為例，說明其工作情況如下: 按下SB3X3“動作”Y1和Y2“動作”變頻器的S1、S2端子得到信號,

57、變頻器將在第3檔轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。(c) 梯形圖之二(SB1SB7為自動復(fù)位型按鈕開關(guān))由于SB1SB7采用了自動復(fù)位型按鈕開關(guān)，PLC輸入端子X1X7得到的信號不能保持，故借助PLC中的中間繼電器M1M7，使各轉(zhuǎn)速檔次的信號保持下來。今說明如下: 按下SB1X1得到信號M1“動作”并自鎖，M1保持第1轉(zhuǎn)速的信號。 當(dāng)按下SB2SB7中任何一個按鈕開關(guān)(X2X7中有一個得到信號)時M1釋放。 即:M1僅在選擇第1檔轉(zhuǎn)速時“動作”。 按下SB2X2得到信號M2“動作”并自鎖，M2保持第2轉(zhuǎn)速的信號。 當(dāng)按下除SB2以外的任何一個按鈕開關(guān)時M2釋放。 即:M2僅在選擇第2檔轉(zhuǎn)速時“動作”。 以此類推:M

58、3僅在選擇第3檔轉(zhuǎn)速時“動作”; M4僅在選擇第4檔轉(zhuǎn)速時“動作”;M5僅在選擇第5檔轉(zhuǎn)速時“動作”;M6僅在選擇第6檔轉(zhuǎn)速時“動作”;M7僅在選擇第7檔轉(zhuǎn)速時“動作”。 M1、M3、M5、M7中只要有一個接通，則Y1“動作”變頻器的S1端接通; M2、M3、M6、M7中只要有一個接通，則Y2“動作”變頻器的S2端接通; M4、M5、M6、M7中只要有一個接通，則Y3“動作”變頻器的S3端接通。 按下SB5X5得到信號M5“動作”，同時，如果在此之前M1、M2、M3、M4、M6、M7中有處于動作狀態(tài)的話，都將釋放Y1、Y3“動作”變頻器的S1、S3端子接通，變頻器將在第5檔轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。14.2

59、 輸出端子及其應(yīng)用舉例輸出端子及其應(yīng)用舉例14.2.1 運(yùn)行跳閘報警輸出運(yùn)行跳閘報警輸出14.2.2 測量信號輸出端測量信號輸出端14.2.3應(yīng)用實例應(yīng)用實例 有一臺攪拌機(jī)，需要和傳輸帶進(jìn)行聯(lián)動控制。攪拌機(jī)由電動機(jī)M1拖動，轉(zhuǎn)速由變頻器UF1控制;傳輸帶由電動機(jī)M2拖動，轉(zhuǎn)速由變頻器UF2控制，如圖所示。 控制要求如下: 為了防止物料在傳輸帶上堆積, 傳輸帶應(yīng)首先起動, 并且其運(yùn)行頻率到達(dá)30Hz以上時, 攪拌機(jī)才開始起動和運(yùn)行;當(dāng)變頻器UF2的輸出頻率低于25Hz時, 攪拌機(jī)應(yīng)停止工作。 今以選用富士G11S變頻器為例，選擇輸出端子Y2作為頻率檢測信號端，如圖所示。則變頻器UF2須預(yù)置如下功

60、能: 功能碼E21(Y2輸出端子的功能)預(yù)置為“2”，則Y2為“頻率檢測”信號輸出端; 功能碼E31(頻率檢測值)預(yù)置為“30”，則當(dāng)輸出頻率高于30Hz時，Y2晶體管導(dǎo)通; 功能碼E32(頻率檢測滯后值)預(yù)置為“5”，則當(dāng)輸出頻率降至30Hz時，Y2端并不恢復(fù)，等再滯后5Hz(即25Hz)時，Y2晶體管才截止，如圖所示。fS為頻率檢測的設(shè)定值;為解除時的滯后值;fR為解除頻率值。 1 5 變頻器的內(nèi)置程序控制功能 15.1 基本概念 各種變頻器都具有按時間控制的程序控制功能，在一個運(yùn)行周期中，可以劃分為若干個程序步。各程序步的工作頻率、運(yùn)行時間以及加、減速的快慢都由用戶根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要來進(jìn)