變頻應(yīng)用技術(shù)

1、變頻控制技術(shù)2008.09? ?電梯結(jié)構(gòu)？電梯結(jié)構(gòu)？電梯結(jié)構(gòu)電梯結(jié)構(gòu)? ?為什么要調(diào)速？為什么要調(diào)速？? ?如何調(diào)速？如何調(diào)速？? ?電動機(jī)電動機(jī)結(jié)構(gòu)？工作原理？結(jié)構(gòu)？工作原理？工作原理工作原理:結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):三相交流電三相交流電通入通入三相定子繞組三相定子繞組產(chǎn)生產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中切割磁力線切割磁力線感生電流感生電流產(chǎn)生產(chǎn)生感生磁場感生磁場感生磁場感生磁場旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場相互作用相互作用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定子定子 + 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子? ?為什么要變頻？為什么要變頻？無級調(diào)速無級調(diào)速變頻器調(diào)速原理說明異步電動機(jī)的速度由頻率決定：n電動機(jī)轉(zhuǎn)速 （轉(zhuǎn)/分）f 交流電頻率 （H

2、z）s電動機(jī)滑差 p電機(jī)極對數(shù) 調(diào)速方式名稱調(diào)速方式名稱控制對象控制對象特點特點變極調(diào)速變極調(diào)速交流異步交流異步電動機(jī)電動機(jī)有級調(diào)速，系統(tǒng)簡單，最多有級調(diào)速，系統(tǒng)簡單，最多4段速段速調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速無級調(diào)速，調(diào)速范圍窄無級調(diào)速，調(diào)速范圍窄電機(jī)最大輸出力能力下降，效率低電機(jī)最大輸出力能力下降，效率低系統(tǒng)簡單，性能較差系統(tǒng)簡單，性能較差轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速變頻調(diào)速變頻調(diào)速交流異步電交流異步電動機(jī)動機(jī)交流同步電交流同步電動機(jī)動機(jī)真正無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬真正無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬電機(jī)最大出力能力不變，效率高電機(jī)最大出力能力不變，效率高系統(tǒng)復(fù)雜，性能好系統(tǒng)復(fù)雜，性能好可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美可以和

3、直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美早早晚晚發(fā)發(fā) 展展 時時 間間變頻器基礎(chǔ)知識變頻器基礎(chǔ)知識交流電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程交流電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程l在變頻器出現(xiàn)前同步電機(jī)無法實現(xiàn)調(diào)速功能，因此只能在在變頻器出現(xiàn)前同步電機(jī)無法實現(xiàn)調(diào)速功能，因此只能在定速傳動領(lǐng)域使用定速傳動領(lǐng)域使用l三相交流鼠籠電機(jī)盡管調(diào)速性能不佳，但其結(jié)構(gòu)堅固、經(jīng)三相交流鼠籠電機(jī)盡管調(diào)速性能不佳，但其結(jié)構(gòu)堅固、經(jīng)久耐用且價格低廉還是在一些性能較低的傳動現(xiàn)場使用久耐用且價格低廉還是在一些性能較低的傳動現(xiàn)場使用.電梯理想運行曲線n驅(qū)動裝置決定電梯的：驅(qū)動裝置決定電梯的：運行速度運行速度舒適感舒適感停層精度停層精度載重量載重量n理想電梯驅(qū)動裝置的理想

4、電梯驅(qū)動裝置的 主要特征主要特征加減速柔和加減速柔和速度可以調(diào)整速度可以調(diào)整平層精度高平層精度高自動再平層自動再平層耗能小耗能小理想電梯運行曲線? ?什么叫變頻？什么叫變頻？交流交流直流：直流： 整流整流直直流流交交流：流： 逆變逆變? ?變頻如何實現(xiàn)？變頻如何實現(xiàn)？一一 、變頻器的認(rèn)識、變頻器的認(rèn)識變頻器基礎(chǔ)知識變頻器基礎(chǔ)知識變頻調(diào)速的發(fā)展歷程變頻調(diào)速的發(fā)展歷程電機(jī)控制電機(jī)控制算法算法功率半導(dǎo)體功率半導(dǎo)體技術(shù)技術(shù)V/FV/F控制控制SCRSCRGTRGTR矢量控制矢量控制IGBTIGBT計算機(jī)計算機(jī)技術(shù)技術(shù)單片機(jī)單片機(jī) DSPDSP IGBT IGBT大容量化大容量化更高速率和容量更高速率和

5、容量PWMPWM技術(shù)技術(shù)SPWMSPWM技術(shù)技術(shù)PWMPWM優(yōu)化新一代優(yōu)化新一代 開關(guān)技術(shù)開關(guān)技術(shù)無速度矢量控制無速度矢量控制電流矢量電流矢量V/FV/F7070年代年代8080年代年代6060年代年代9090年代年代高速高速DSPDSP專用芯片專用芯片0000年代年代算法優(yōu)化算法優(yōu)化 更大容量更大容量 更高開關(guān)頻率更高開關(guān)頻率PWMPWM技術(shù)技術(shù)空間電壓矢量空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)變頻器基礎(chǔ)知識變頻器基礎(chǔ)知識簡要工作原理簡要工作原理整流部分整流部分儲能環(huán)節(jié)儲能環(huán)節(jié)逆變部分逆變部分M M控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)交流交流交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖直流直流直流直流

6、交流交流整流器：將交流整流器：將交流成直流的裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入成直流的裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入 電流非正弦，帶有豐富的諧波電流非正弦，帶有豐富的諧波逆變器：將直流逆變器：將直流交流電的裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸交流電的裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸 出電流近似正弦出電流近似正弦變頻器工作框圖整流電路工作原理整流電路的作用是將交流電AC轉(zhuǎn)換成脈動直流電DC。單相逆變電路工作原單相逆變電路工作原理理S1S1S4S4S2S2S3S3E Ed dU1U1S2,S4S2,S4導(dǎo)導(dǎo)通通S1,S3S1,S3導(dǎo)通導(dǎo)通S2,S4S2,S4導(dǎo)通導(dǎo)通f2f2EdEd逆變器的功能：逆變器的功能：

7、( ( 直流直流交流交流 )l通過改變開關(guān)管導(dǎo)通時間改變輸出電壓的頻率通過改變開關(guān)管導(dǎo)通時間改變輸出電壓的頻率l通過改變開關(guān)管導(dǎo)通順序改變輸出電壓的相序通過改變開關(guān)管導(dǎo)通順序改變輸出電壓的相序S1,S3S1,S3導(dǎo)通導(dǎo)通S2,S4S2,S4導(dǎo)通導(dǎo)通S1,S3S1,S3導(dǎo)通導(dǎo)通f1f1U1U1三相逆變電路三相逆變電路561561U UUVUVU UVWVWU UuWuW612612123123234234345345456456561561612612EdEd缺點：缺點：l輸出電壓的諧波分量太大輸出電壓的諧波分量太大l電機(jī)諧波損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞電機(jī)電機(jī)諧波損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞電機(jī)l

8、轉(zhuǎn)矩脈動較大，低速運行時影響轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩脈動較大，低速運行時影響轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)l直到從通信技術(shù)中采用直到從通信技術(shù)中采用PWMPWM調(diào)制才大大的緩解了以上問題調(diào)制才大大的緩解了以上問題S1S1S4S4S5S5S2S2S3S3S6S6U UV VEdEdW W電機(jī)電機(jī)逆變器工作原理逆變器工作原理通過按規(guī)定順序接通和關(guān)斷通過按規(guī)定順序接通和關(guān)斷6個晶體管的三個，個晶體管的三個，輪流導(dǎo)通輪流導(dǎo)通,逆變器將直流回路中的直流電壓變換成逆變器將直流回路中的直流電壓變換成電壓、頻率都可變化的三相交流電。電壓、頻率都可變化的三相交流電。晶體管作為開關(guān)使用，當(dāng)一個晶體管關(guān)斷以后晶體管作為開關(guān)使用，當(dāng)一個晶體管關(guān)斷

9、以后續(xù)流二極管釋放多余的能量。續(xù)流二極管釋放多余的能量。變頻器的構(gòu)成實用原理框圖220V/380V3PH鍵盤控制板14325678類別類別作用作用主要構(gòu)成器件主要構(gòu)成器件主主回回路路整流部分整流部分1 1將工頻交流變成直流，輸入無相序?qū)⒐ゎl交流變成直流，輸入無相序要求要求整流橋整流橋逆變部分逆變部分2 2將直流轉(zhuǎn)換為頻率電壓均可變的交將直流轉(zhuǎn)換為頻率電壓均可變的交流電，輸出無相序要求流電，輸出無相序要求IGBTIGBT制動部分制動部分3/43/4消耗過多的回饋能量，保持直流母消耗過多的回饋能量，保持直流母線電壓不超過最大值線電壓不超過最大值單管單管IGBT IGBT 和制動電和制動電阻阻, ,

10、大功率制動單元大功率制動單元外置外置上電緩沖上電緩沖6 6降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后接降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后接觸器自動吸合，而后變頻器允許運觸器自動吸合，而后變頻器允許運行行限流電阻和接觸器限流電阻和接觸器儲能部分儲能部分5 5保持直流母線電壓恒定，降低電壓保持直流母線電壓恒定，降低電壓脈動脈動電解電容和均壓電阻電解電容和均壓電阻控控制制回回路路鍵盤鍵盤7 7對變頻器參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和修改，并對變頻器參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和修改，并實時監(jiān)控變頻器狀態(tài)實時監(jiān)控變頻器狀態(tài)MCU(MCU(單片機(jī)）單片機(jī)）控制電路控制電路8 8交流電機(jī)控制算法生成，外部信號交流電機(jī)控制算法生成，外部信號接收處理及保護(hù)接收處

11、理及保護(hù)DSP(DSP(或兩個或兩個MCUMCU）項目4 變頻器的控制方式nV/F 控制 n矢量控制n直接轉(zhuǎn)矩控制nV/F 控制 E=4.44 *f1* K* N* f1 - 電機(jī)頻率。電機(jī)頻率。 N - 每相繞組匝數(shù)每相繞組匝數(shù) - 電機(jī)氣隙磁通電機(jī)氣隙磁通 K - 與繞組有關(guān)的常數(shù)與繞組有關(guān)的常數(shù)=E/(4.44*K*N*f1)=K*(E/f1)VVVF- 變壓變頻同時進(jìn)行是電機(jī)正常運行的需要變壓變頻同時進(jìn)行是電機(jī)正常運行的需要為什么要保證為什么要保證u/f為一個常量為一個常量？n解釋解釋1：n從公式可以看出：如果減小從公式可以看出：如果減小f，而電源頻率，而電源頻率U不變，不變，那么那么

12、必然變大；必然變大；n因為電機(jī)的磁路設(shè)計都是按照一定的磁通量設(shè)計的，因為電機(jī)的磁路設(shè)計都是按照一定的磁通量設(shè)計的，如果如果增大增大磁路進(jìn)入了飽和狀態(tài)磁路進(jìn)入了飽和狀態(tài)勵磁電流過大勵磁電流過大繞組過熱繞組過熱燒壞電機(jī)燒壞電機(jī)n所以必須保證所以必須保證為恒定，所以相應(yīng)的也應(yīng)該減小電為恒定，所以相應(yīng)的也應(yīng)該減小電源電壓源電壓U ，同理，同理，f增大，增大，U也要增大，我們必須保也要增大，我們必須保證證u/f為一個常量。為一個常量。 為什么要保證為什么要保證u/f為一個常量？為一個常量？=E/(4.44*K*N*f1)n解釋解釋2：n負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時：降低頻率使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時：降低頻率使電機(jī)

13、轉(zhuǎn)速下降導(dǎo)致導(dǎo)致輸出功率下降輸出功率下降而電機(jī)的輸入功率并不因為頻率下而電機(jī)的輸入功率并不因為頻率下降而自動下降。降而自動下降。因此，頻率下降時將導(dǎo)致輸入功因此，頻率下降時將導(dǎo)致輸入功率與輸出功率之間的嚴(yán)重失衡，使傳遞能量的電磁率與輸出功率之間的嚴(yán)重失衡，使傳遞能量的電磁功率和磁通相對大幅增加，電機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和功率和磁通相對大幅增加，電機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和繞組過熱繞組過熱n因此，變頻器必須在降低頻率的同時，相應(yīng)地降低因此，變頻器必須在降低頻率的同時，相應(yīng)地降低輸出電壓，才能維持輸入功率與輸出功率之間的平輸出電壓，才能維持輸入功率與輸出功率之間的平衡。衡。 n既要在低頻運行時同時降低輸出電壓，又要

14、保證此既要在低頻運行時同時降低輸出電壓，又要保證此時電機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以拖動負(fù)載，這就要求我時電機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以拖動負(fù)載，這就要求我們根據(jù)不同的負(fù)載特性適當(dāng)?shù)卣{(diào)整們根據(jù)不同的負(fù)載特性適當(dāng)?shù)卣{(diào)整 U /f比，以得到比，以得到需要的電機(jī)機(jī)械特性。需要的電機(jī)機(jī)械特性。為什么要保證為什么要保證u/f為一個常量？為一個常量？n(a) 磁通減小磁通減小 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)矩也必動機(jī)的發(fā)熱。因此，如果磁通減小

15、，電磁轉(zhuǎn)矩也必減小，導(dǎo)致帶載能力降低。減小，導(dǎo)致帶載能力降低。n(b) 磁通增大磁通增大 電動機(jī)的磁路將飽和，由于在變頻調(diào)速時，運行頻電動機(jī)的磁路將飽和，由于在變頻調(diào)速時，運行頻率率fX是在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化的，因此，如不采取措是在相當(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)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重畸變，產(chǎn)生峰值很高的尖峰電流 保持磁通恒定的必要性n綜上：n電機(jī)在任何速度下都應(yīng)保持磁通恒定。n磁通太強(qiáng)-電機(jī)勵磁電流過大

16、，損耗增加n磁通太弱-電機(jī)鐵芯利用不充分，輸出力矩下降保持磁通恒定的必要性變頻器可以提供多條變頻器可以提供多條 U/f 線供用戶選用，或者通過功線供用戶選用，或者通過功能參數(shù)的設(shè)置得到所需的能參數(shù)的設(shè)置得到所需的 U /f線。應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)負(fù)載線。應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)負(fù)載的低速特性選用或設(shè)置變頻器相應(yīng)的的低速特性選用或設(shè)置變頻器相應(yīng)的 U/f 線。線。 n在額定頻率以下調(diào)速（f=fN）：U不能跟著上調(diào)，轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)矩下降不能跟著上調(diào)，轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)矩下降n恒功率恒功率nV/F 控制 Uff0un當(dāng)電動機(jī)的運行頻率高于額定頻率時，變頻器的輸出電壓不當(dāng)電動機(jī)的運行頻率高于額定頻率時，變頻器的輸出電壓不再能隨頻

17、率的上升而上升，在這種情況下，由于再能隨頻率的上升而上升，在這種情況下，由于U/f比將隨比將隨頻率的上升而下降，電動機(jī)磁路內(nèi)的磁通也因此而減小，處頻率的上升而下降，電動機(jī)磁路內(nèi)的磁通也因此而減小，處于弱磁運行狀態(tài)。因此，通常把轉(zhuǎn)折點稱為弱磁點。于弱磁運行狀態(tài)。因此，通常把轉(zhuǎn)折點稱為弱磁點。 矢量控制方式基于異步電機(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶靠刂品绞交诋惒诫姍C(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動態(tài)模型，將定子電流分解為定向的動態(tài)模型，將定子電流分解為勵磁勵磁分量分量和與此垂直的和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨立地對兩個電速系統(tǒng)的控制方法，分別獨立地對兩個電流分量進(jìn)行控制，類似

18、直流調(diào)速系統(tǒng)中的流分量進(jìn)行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。雙閉環(huán)控制方式?？刂葡到y(tǒng)較為復(fù)雜，但可獲得與直流電機(jī)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，但可獲得與直流電機(jī)調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂菩阅?。調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂菩阅?。二、矢量控制二、矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于動態(tài)模型的，其控制閉環(huán)直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于動態(tài)模型的，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速中的內(nèi)環(huán)，直接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動態(tài)響應(yīng)。并且控制相對要簡單許多。動態(tài)響應(yīng)。并且控制相對要簡單許多。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)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

19、速還是減速，其輸出頻率不果，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)速下等速運行。能調(diào)節(jié)，很難使拖動系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下等速運行。 由于轉(zhuǎn)矩控制時不能控制轉(zhuǎn)速的大小，所以，在某由于轉(zhuǎn)矩控制時不能控制轉(zhuǎn)速的大小，所以，在某些轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制主要用于起動或停止的過些轉(zhuǎn)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。制方式，以便控制轉(zhuǎn)速。三、直接轉(zhuǎn)矩控制三、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器的各種參數(shù)及設(shè)定n變頻器的頻率參數(shù)變頻器的頻率參數(shù)n加、減速時間及模式加、減

20、速時間及模式n其他功能參數(shù)其他功能參數(shù)n1、給定頻率、給定頻率用戶根據(jù)系統(tǒng)需要，變頻器的設(shè)定輸出頻率用戶根據(jù)系統(tǒng)需要，變頻器的設(shè)定輸出頻率n2、輸出頻率、輸出頻率負(fù)載變化時，變頻器輸出頻率動態(tài)調(diào)整，某時刻負(fù)載變化時，變頻器輸出頻率動態(tài)調(diào)整，某時刻實際輸出的頻率叫輸出頻率實際輸出的頻率叫輸出頻率n3、基準(zhǔn)頻率（基本頻率）、基準(zhǔn)頻率（基本頻率）與變頻器的最大輸出電壓對應(yīng)的頻率稱為基本頻與變頻器的最大輸出電壓對應(yīng)的頻率稱為基本頻率。在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動機(jī)的額率。在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動機(jī)的額定頻率。定頻率。一、變頻器的頻率參數(shù)變頻器的頻率參數(shù)n 頻率給定線頻率給定線在給定信號在給

21、定信號X從從0增大至最大值增大至最大值Xmax的過程中，的過程中，給定頻率給定頻率fx線性地從線性地從0增大到最大頻率增大到最大頻率fmax的頻的頻率給定線，稱為基本頻率給定線。率給定線，稱為基本頻率給定線。n最大頻率最大頻率在數(shù)字量給定在數(shù)字量給定(包括鍵盤給定、外接升速包括鍵盤給定、外接升速/降速降速給定、外接多檔轉(zhuǎn)速給定等給定、外接多檔轉(zhuǎn)速給定等)時，是變頻器允許時，是變頻器允許輸出的最高頻率輸出的最高頻率;在模擬量給定時，是與最大給在模擬量給定時，是與最大給定信號對應(yīng)的頻率。定信號對應(yīng)的頻率。n上、下限頻率上、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，可以根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所要求的最高與最

22、低轉(zhuǎn)速，可以推算出相對應(yīng)的頻率，分別稱為上限頻率推算出相對應(yīng)的頻率，分別稱為上限頻率(用用fH表示表示)與下限頻率與下限頻率(用用fL表示表示)。n上限頻率與最高頻率的關(guān)系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小于最高頻率 上限頻率比最高頻率優(yōu)先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)要求來決定的，所以具有優(yōu)先權(quán) n回避頻率（跳躍頻率）回避頻率（跳躍頻率）任何機(jī)械在運轉(zhuǎn)過程中，會或多或少產(chǎn)生振動。任何機(jī)械在運轉(zhuǎn)過程中，會或多或少產(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)每臺機(jī)器又都有一個固有

23、振蕩頻率，它取決于機(jī)械的結(jié)構(gòu)。械的結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)機(jī)械運行在某一轉(zhuǎn)速下時，所引起的振如果生產(chǎn)機(jī)械運行在某一轉(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)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)烈械的振動將因發(fā)生諧振而變得十分強(qiáng)烈(也稱為機(jī)也稱為機(jī)械共振械共振)，并可能導(dǎo)致機(jī)械損壞的嚴(yán)重后果。，并可能導(dǎo)致機(jī)械損壞的嚴(yán)重后果。所以要避開共振所對應(yīng)的頻率點所以要避開共振所對應(yīng)的頻率點n點動頻率功能點動頻率功能點動頻率指變頻器在點動時的給定頻率點動頻率指變頻器在點動時的給定頻率點動是各類機(jī)械在調(diào)試過程中經(jīng)常使用的操作方點動是各類機(jī)械在調(diào)試過程中經(jīng)常使用的

24、操作方式。式。因為主要用于調(diào)試，故所需頻率較低，一般也不因為主要用于調(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。需要調(diào)節(jié)。所以，一般變頻器都預(yù)置了點動頻率所以，一般變頻器都預(yù)置了點動頻率(用用fJ表示表示)。點動點動點動命令點動命令f1 t1t3 t2時間頻率時間點動間隔時間注：一般在調(diào)試時使用，如：確定運轉(zhuǎn)方向、反向倒車等n載波頻率載波頻率變頻器輸出電壓的波形，都是經(jīng)過脈寬調(diào)制后變頻器輸出電壓的波形，都是經(jīng)過脈寬調(diào)制后的系列脈沖波。的系列脈沖波。脈寬調(diào)制的基本方法是脈寬調(diào)制的基本方法是:各脈沖的上升沿和下降各脈沖的上升沿和下降沿都是由正弦波和三角波的交點決定的。沿都是由正弦波和三角波的交點決定的

25、。在這里，正弦波稱為調(diào)制波，三角波稱為載波。在這里，正弦波稱為調(diào)制波，三角波稱為載波。三角波的頻率就稱為載波頻率，用三角波的頻率就稱為載波頻率，用fC表示。表示。SPWMSPWM調(diào)制調(diào)制載波二、變頻器加、減速時間及模式二、變頻器加、減速時間及模式加減速時間（加減速時間（S/min)S/min)頻率時間 Fmax最大輸出頻率加速時間減速時間1.加速和啟動加速和啟動n1）、加速時間）、加速時間工作頻率從工作頻率從0Hz上升到設(shè)定頻率所需的時間上升到設(shè)定頻率所需的時間加速時間的設(shè)定需兼顧加速時間的設(shè)定需兼顧生產(chǎn)效率和系統(tǒng)啟動的平穩(wěn)性生產(chǎn)效率和系統(tǒng)啟動的平穩(wěn)性n2）、加速模式）、加速模式線性：線性：簡

26、單，常用簡單，常用S形：形： 平穩(wěn)，傳送帶、電梯等平穩(wěn)，傳送帶、電梯等半半S形：形：設(shè)定適合的啟動頻率和加速時間，和解決設(shè)定適合的啟動頻率和加速時間，和解決啟動電流大和機(jī)械沖擊問題啟動電流大和機(jī)械沖擊問題n3）、啟動頻率）、啟動頻率fs電機(jī)啟動時的頻率電機(jī)啟動時的頻率加大加大fs可加大啟動轉(zhuǎn)矩，同時也會增大啟動電流可加大啟動轉(zhuǎn)矩，同時也會增大啟動電流n4）、啟動前直流制動）、啟動前直流制動防止因電動機(jī)啟動前，轉(zhuǎn)速不為防止因電動機(jī)啟動前，轉(zhuǎn)速不為0，而引起電機(jī)，而引起電機(jī)過電流過電流1.加速和啟動加速和啟動n若系統(tǒng)關(guān)系大，而頻率下降太快，電動機(jī)將處于強(qiáng)烈若系統(tǒng)關(guān)系大，而頻率下降太快，電動機(jī)將處于

27、強(qiáng)烈的再生制動狀態(tài)，從而引起過電流和過電壓。的再生制動狀態(tài)，從而引起過電流和過電壓。n1）減速的時間和方式（與加速相似）減速的時間和方式（與加速相似）減速時間：減速時間： 輸出頻率減至輸出頻率減至0所需的時間所需的時間 系統(tǒng)慣性越大，減速時間越長系統(tǒng)慣性越大，減速時間越長減速方式：減速方式：線性、線性、S形、半形、半S形形n2）直流制動）直流制動慣性大的系統(tǒng)，在低速時易出現(xiàn)停不住的爬行現(xiàn)象慣性大的系統(tǒng)，在低速時易出現(xiàn)停不住的爬行現(xiàn)象需制動：通入直流電，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩需制動：通入直流電，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩需考慮：制動強(qiáng)度、制動時間、制動起始頻率需考慮：制動強(qiáng)度、制動時間、制動起始頻率2.減速和制動減速和

28、制動n3）變頻停機(jī)方式）變頻停機(jī)方式減速停機(jī)：減速停機(jī)：預(yù)置減速頻率和時間，電機(jī)處于再生制預(yù)置減速頻率和時間，電機(jī)處于再生制動狀態(tài)動狀態(tài)自由停機(jī)：自由停機(jī)：變頻器停止輸出，慣性停機(jī)變頻器停止輸出，慣性停機(jī)變頻器在低頻狀態(tài)下短暫運行后再降為變頻器在低頻狀態(tài)下短暫運行后再降為0停機(jī)：停機(jī)： 消除爬行消除爬行2.減速和制動減速和制動n1、參數(shù)初始化、參數(shù)初始化通過設(shè)置，使變頻器參數(shù)恢復(fù)出廠值：參數(shù)初始化通過設(shè)置，使變頻器參數(shù)恢復(fù)出廠值：參數(shù)初始化n2、電動機(jī)參數(shù)自動檢測：、電動機(jī)參數(shù)自動檢測：參數(shù)自學(xué)習(xí)：電動機(jī)的定子參數(shù)自學(xué)習(xí)：電動機(jī)的定子/轉(zhuǎn)子電阻，電感等轉(zhuǎn)子電阻，電感等n3、自動電壓調(diào)整、自動電

29、壓調(diào)整消除輸入電壓波動的影響消除輸入電壓波動的影響三、其他功能參數(shù)三、其他功能參數(shù)n4、電機(jī)熱過載保護(hù)、電機(jī)熱過載保護(hù)電子熱保護(hù)：由微處理器計算控制電子熱保護(hù)：由微處理器計算控制熱敏電阻熱敏電阻PTC保護(hù)保護(hù)n5、轉(zhuǎn)矩特性、轉(zhuǎn)矩特性U/F曲線選擇曲線選擇轉(zhuǎn)矩提升轉(zhuǎn)矩提升n6、再啟動：、再啟動：瞬間停電再啟動：停電時間不超瞬間停電再啟動：停電時間不超2S時，自動重啟動時，自動重啟動故障跳閘后重合閘：避免干擾引起的誤動作跳閘故障跳閘后重合閘：避免干擾引起的誤動作跳閘 通常間隔通常間隔010S,最多重合閘最多重合閘10次次三、其他功能參數(shù)三、其他功能參數(shù)概括概括從啟動頻率啟動從啟動頻率啟動變頻器輸出

30、由變頻器輸出由0 0直接變化為直接變化為啟動頻率啟動頻率對應(yīng)的交流電壓，而后對應(yīng)的交流電壓，而后在此基礎(chǔ)上按照加速曲線逐步提高輸出頻率和輸出電壓直到設(shè)在此基礎(chǔ)上按照加速曲線逐步提高輸出頻率和輸出電壓直到設(shè)定頻率到達(dá)。定頻率到達(dá)。 注：啟動頻率不宜過大，否則會造成啟動沖擊或過流注：啟動頻率不宜過大，否則會造成啟動沖擊或過流先制動后從啟動頻率再啟動先制動后從啟動頻率再啟動變頻器先給電機(jī)通脈沖直流，使電機(jī)保持在停止?fàn)顟B(tài)，然變頻器先給電機(jī)通脈沖直流，使電機(jī)保持在停止?fàn)顟B(tài)，然后再按照從啟動頻率方式直接啟動。后再按照從啟動頻率方式直接啟動。注：一般應(yīng)用在負(fù)載初始狀態(tài)不確定的場合注：一般應(yīng)用在負(fù)載初始狀態(tài)不

31、確定的場合轉(zhuǎn)速跟蹤啟動轉(zhuǎn)速跟蹤啟動直接將正在自由旋轉(zhuǎn)的電機(jī)或負(fù)載由當(dāng)前速度驅(qū)動到預(yù)定速度直接將正在自由旋轉(zhuǎn)的電機(jī)或負(fù)載由當(dāng)前速度驅(qū)動到預(yù)定速度注：非常適用于水泵的工頻變頻切換或重要設(shè)備的異常停機(jī)后注：非常適用于水泵的工頻變頻切換或重要設(shè)備的異常停機(jī)后的快速恢復(fù)的快速恢復(fù)啟動方式啟動方式停車方式停車方式u減速停車減速停車變頻器按設(shè)定的減速時間和曲線逐漸減小輸出頻率，變頻器按設(shè)定的減速時間和曲線逐漸減小輸出頻率， 降到降到0 0后停機(jī)后停機(jī) 注：這種方式最常用，當(dāng)直流母線電壓過高時會自動啟動能注：這種方式最常用，當(dāng)直流母線電壓過高時會自動啟動能耗制動，此時需配置制動單元耗制動，此時需配置制動單元u

32、自由停車自由停車 變頻器接到停止命令后，立刻中止輸出，負(fù)載依慣性停車變頻器接到停止命令后，立刻中止輸出，負(fù)載依慣性停車 注：變頻器故障時的停車方式就是自由停車注：變頻器故障時的停車方式就是自由停車u減速直流制動停車減速直流制動停車變頻器接到停止命令后，按照設(shè)定曲線逐漸減少輸出頻率變頻器接到停止命令后，按照設(shè)定曲線逐漸減少輸出頻率，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一預(yù)設(shè)頻率，即開始直流制動（通脈沖直流）停車，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一預(yù)設(shè)頻率，即開始直流制動（通脈沖直流）停車，防止電機(jī)爬行防止電機(jī)爬行注：對于大慣量負(fù)載或有定位要求的場合非常適用注：對于大慣量負(fù)載或有定位要求的場合非常適用變頻器基礎(chǔ)知識變頻器基礎(chǔ)知識變頻器及其特點變頻器

33、及其特點變頻器是交流電氣傳動系統(tǒng)的一種變頻器是交流電氣傳動系統(tǒng)的一種, ,是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可變的電源的電力電子變換裝置，壓、頻率均可變的電源的電力電子變換裝置，英文簡稱英文簡稱VVVF ( Variable Voltage Variable FrequencyVVVF ( Variable Voltage Variable Frequency）序號序號優(yōu)點優(yōu)點1平滑軟啟動，降低啟動沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機(jī)安全平滑軟啟動，降低啟動沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機(jī)安全2在機(jī)械允許的情況下可通過提高變頻器的輸出頻率提高工作速度在機(jī)械允許的情況

34、下可通過提高變頻器的輸出頻率提高工作速度3無級調(diào)速，調(diào)速精度大大提高無級調(diào)速，調(diào)速精度大大提高4電機(jī)正反向無需通過接觸器切換電機(jī)正反向無需通過接觸器切換5非常方便接入通訊網(wǎng)絡(luò)控制，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制非常方便接入通訊網(wǎng)絡(luò)控制，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制變頻調(diào)速的優(yōu)勢（與其它交流電機(jī)調(diào)速方式對比）變頻調(diào)速的優(yōu)勢（與其它交流電機(jī)調(diào)速方式對比）變頻器的控制對象：變頻器的控制對象： 三相交流異步電機(jī)和三相交流同步電機(jī)三相交流異步電機(jī)和三相交流同步電機(jī)變頻器基礎(chǔ)知識變頻器基礎(chǔ)知識變頻器分類變頻器分類按變換按變換方法分方法分交直交交直交（廣泛使用）（廣泛使用）電壓型（儲能環(huán)節(jié)為電解電容）電壓型（儲能環(huán)節(jié)為電解電容）

35、電流型電流型( (儲能環(huán)節(jié)為電抗器）儲能環(huán)節(jié)為電抗器）交交交交無儲能環(huán)節(jié)（調(diào)頻范圍窄）無儲能環(huán)節(jié)（調(diào)頻范圍窄）控制算控制算法法通用型通用型內(nèi)置內(nèi)置V/FV/F控制方式，簡單，性能一般控制方式，簡單，性能一般高性能專用高性能專用型型內(nèi)置矢量控制方式，復(fù)雜，高性能內(nèi)置矢量控制方式，復(fù)雜，高性能按供電按供電電源分電源分低壓低壓220V/1PH220V/1PH、220V/3PH220V/3PH、380V/3PH380V/3PH高壓高壓30003000、60006000、10000V/3PH10000V/3PH變頻器基礎(chǔ)知識變頻器基礎(chǔ)知識簡要工作原理簡要工作原理調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 即即MODEMMOD

36、EM，其作用是利用模擬線路傳輸數(shù)字信號。，其作用是利用模擬線路傳輸數(shù)字信號。 我我們使用的電話線路傳輸?shù)氖莻兪褂玫碾娫捑€路傳輸?shù)氖恰蹦M信號模擬信號”，而，而PCPC機(jī)之間傳輸?shù)氖菣C(jī)之間傳輸?shù)氖恰睌?shù)字信號數(shù)字信號”。所以當(dāng)你想通過電話線把自己的電腦連入所以當(dāng)你想通過電話線把自己的電腦連入InternetInternet時，就必須使時，就必須使用調(diào)制解調(diào)器來用調(diào)制解調(diào)器來“翻譯翻譯”兩種不同的信號。兩種不同的信號。連入連入InternetInternet后，當(dāng)后，當(dāng)PCPC機(jī)向機(jī)向InternetInternet發(fā)送信息時，由于電話線傳發(fā)送信息時，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號，所以必須要用調(diào)制解調(diào)

37、器來把數(shù)字信號輸?shù)氖悄M信號，所以必須要用調(diào)制解調(diào)器來把數(shù)字信號“翻譯翻譯”成模擬信號，才能傳送到成模擬信號，才能傳送到InternetInternet上，這個過程叫做上，這個過程叫做“調(diào)制調(diào)制”。 當(dāng)當(dāng)PCPC機(jī)從機(jī)從InternetInternet獲取信息時，由于通過電話線從獲取信息時，由于通過電話線從 InternetInternet傳來的信息都是模擬信號，所以傳來的信息都是模擬信號，所以PCPC機(jī)想要看懂它們，還必須借助機(jī)想要看懂它們，還必須借助調(diào)制解調(diào)器這個調(diào)制解調(diào)器這個“翻譯翻譯”, ,這個過程叫作這個過程叫作“解調(diào)解調(diào)”。合起來就是合起來就是“調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)”。變頻器基礎(chǔ)知識控

38、制算法交流調(diào)速的控制核心是：交流調(diào)速的控制核心是： 只有保持電機(jī)磁通恒定才能保證電機(jī)出力，才能獲得理想的調(diào)速效果只有保持電機(jī)磁通恒定才能保證電機(jī)出力，才能獲得理想的調(diào)速效果V/FV/F控制簡單實用，性能一般，使用最為廣泛控制簡單實用，性能一般，使用最為廣泛l只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定 例例: : 對于對于380V 50Hz380V 50Hz電機(jī)，當(dāng)運行頻率為電機(jī)，當(dāng)運行頻率為40HZ40HZ時，要保持時，要保持V/F V/F 恒定，則恒定，則 40HZ40HZ時電機(jī)的供電電壓時電機(jī)的供電電壓:380:380（40

39、/50)40/50)304V304Vl低頻時，定子阻抗壓降會導(dǎo)致磁通下降，需將輸出電壓適當(dāng)提高低頻時，定子阻抗壓降會導(dǎo)致磁通下降，需將輸出電壓適當(dāng)提高矢量控制性能優(yōu)良，可以與直流調(diào)速媲美，技術(shù)成熟較晚矢量控制性能優(yōu)良，可以與直流調(diào)速媲美，技術(shù)成熟較晚l模仿直流電機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換來實現(xiàn)對異步電機(jī)定子勵磁電模仿直流電機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換來實現(xiàn)對異步電機(jī)定子勵磁電 流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機(jī)磁通的恒定，進(jìn)而達(dá)到良好的流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機(jī)磁通的恒定，進(jìn)而達(dá)到良好的 轉(zhuǎn)矩控制性能，實現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復(fù)雜，直到轉(zhuǎn)矩控制性能，實現(xiàn)高性

40、能控制。性能優(yōu)良，控制相同復(fù)雜，直到9090代計算代計算 機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展才真正大范圍使用機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展才真正大范圍使用變頻器基礎(chǔ)知識控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V/F控制轉(zhuǎn)矩提升同步機(jī)異步機(jī)控制算法基本相同開環(huán)矢量控制（無速度傳感器矢量控制）閉環(huán)矢量控制（有速度傳感器矢量控制）異步機(jī)和同步機(jī)需要不同的控制算法調(diào)速范圍1:401:100（開環(huán)矢量),1:1000(閉環(huán)矢量)啟動轉(zhuǎn)矩?zé)o要求180% 0.5Hz（開環(huán)矢量)，200% 0速(閉環(huán)矢量)穩(wěn)速精度與轉(zhuǎn)差有關(guān)（2-3%)0.5%(開環(huán)矢量)，0.05%(閉環(huán)矢量)轉(zhuǎn)矩控制無有控制算法簡單復(fù)雜電機(jī)參數(shù)不依賴電機(jī)參數(shù)，支持同時驅(qū)動

41、不同類型不同功率的電機(jī)電機(jī)參數(shù)對控制性能的影響較大，一般只能驅(qū)動一臺電機(jī)變頻器的構(gòu)成用戶接口主回路接口主回路接口控制回路接口控制回路接口模擬量輸入模擬量輸入模擬量輸出模擬量輸出通訊接口通訊接口控制回路接口控制回路接口開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出編碼器接口編碼器接口變頻器的構(gòu)成主回路接口 R S T P 1 (+ ) P B (-) U V W P E P O W E R S U P P LY M O T O R 工頻電網(wǎng)輸入380V 3PH/220V 3PH220V 1PH制動電阻直流電抗器三相交流電機(jī)功能功能簡介控制算法交流電機(jī)的控制方案，包括V/F控制、增強(qiáng)V/F控制、矢量控制

42、多段速用外部端子組合選擇多個內(nèi)部已預(yù)設(shè)的頻率作為運行頻率內(nèi)置PID閉環(huán)控制必選功能PLC運行由用戶自由編程的多段定時自動變速功能加減速曲線確定目標(biāo)設(shè)備的加減速時間，有直線和S曲線兩種跳躍頻率為避免機(jī)械諧振特設(shè)的變頻器不能長期穩(wěn)定運行的指定頻率帶AVR根據(jù)電網(wǎng)電壓自動調(diào)整輸出電壓自動限流電流超過預(yù)設(shè)值后變頻器自動調(diào)整輸出頻率和電壓防止跳閘過壓失速加減速過程中直流母線電壓過高后變頻器自動停止加減速過流失速加減速過程中電流超過預(yù)設(shè)值后變頻器自動停止加減速轉(zhuǎn)速跟蹤直接將正在自由旋轉(zhuǎn)的電機(jī)由當(dāng)前速度驅(qū)動到預(yù)定速度載頻自動調(diào)整變頻器根據(jù)噪聲和自身溫度自動調(diào)整載頻到最佳值音調(diào)調(diào)整改變電機(jī)發(fā)出的聲音以適應(yīng)現(xiàn)場

43、要求變頻器應(yīng)用簡介變頻器運行的兩大要素運行給定運行給定運行命令運行命令l決定速度大小 （直接速度給定、多段速、PID結(jié)果）l決定電機(jī)的運行方向l決定變頻器是啟動還是停止序號運行命令運行給定變頻器狀態(tài)1無運行命令停機(jī)2有正向或反向運行命令給定為0零速運行3有正向運行命令有非0給定正向運行4有反向運行命令有非0給定反向運行5有正向或反向運行命令給定由非0變?yōu)?減速而后保持零速運行4運行中直接方向命令切換有非0恒定給定減速到0后反向運行一個狀態(tài)正常的變頻器要運行，以下兩個要素條件必須滿足：變頻器應(yīng)用簡介鍵盤控制工頻電源外部延長電纜特點：l運行命令由鍵盤上的RUN和STOP決定l運行方向一般由變頻器內(nèi)

44、部參數(shù)決定l運行給定由鍵盤修改特定功能碼完成l方便快捷適用場合l在設(shè)備調(diào)試時廣泛使用l應(yīng)用在簡單且實時性不強(qiáng)的單機(jī)場合變頻器應(yīng)用簡介外部端子控制（單機(jī)）工頻電源特點：l運行命令由外部啟停按鈕決定，通過變 頻器外部端子FWD/REV決定運行方向l運行給定一般由外部模擬端子決定：PLC 模擬輸出電位器l常與外部邏輯電路或PLC共同控制變頻器適用場合l應(yīng)用在實時性較強(qiáng)獨立系統(tǒng)l使用范圍最廣 啟動停止開關(guān)量端子模擬量端子變頻器應(yīng)用簡介外部端子控制（多機(jī)）工頻電源啟動停止工頻電源速度給定使用場合： 各類小型生產(chǎn)線或系統(tǒng)特點：l 實時性好l 調(diào)試維護(hù)方便l 線路復(fù)雜，抗干擾 能力差 開關(guān)量端子模擬量端子開關(guān)量端子模擬量端子變頻器應(yīng)用簡介變頻器應(yīng)用簡介通訊控制通訊控制工頻電源啟動停止工頻電源速度給定使用場合： 各類中大型生產(chǎn)線或系統(tǒng)特點：l所有控制均通過通訊電纜l線路相對簡單，自動化 水平高，信息交換量大l實時性好，抗擾能力強(qiáng)l為防止網(wǎng)絡(luò)故障，特設(shè)獨立急停功能l投入大，調(diào)試維護(hù)困難通訊接口通訊接口單根電纜人機(jī)界面通訊接口變頻器選型選型原則考慮變頻器運行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，變頻器選型保留適當(dāng)?shù)挠嗔渴潜匾?。要?zhǔn)確選型，必須要把握以下幾個原則：l充分了解控制對象性能要求。一般來講如對啟動轉(zhuǎn)矩、調(diào)速精度、調(diào)速范圍要 求較高的場