变频器基础知识及应用指南.ppt

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1、,一.变频器使用注意事项,变频器使用注意事项,1严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC 电源上。2变频器要正确接地，接地电阻小于10。3变频器存放两年以上，通电时应先用调压器逐渐升高电压。存放半年或一年应通电运行一天。4变频器断开电源后，待几分钟后方可维护操作，直流母线电压（P+，P-）应在25V以下。,5.避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合。6.不准将P+、P-、PB任何两端短路。7.主回路端子与导线必须牢固连接。8.变频器驱动三相交流电机长期低速运转时，建议选用变频电机。9.变频器驱动电机长期超过50HZ运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。1

2、0.变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置，在长期低速运行时应注意润滑效果。,11.变频器在一确定频率工作时，如遇到负载装置的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。12.变频器与电机之间连线过长，应加输出电抗器。13.严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。14.电机首次使用或长期放置后使用，必须对电机进行绝缘检测。使用500V电压型兆欧表检测，电机绝缘电阻大于5M。15.对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。16.在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、防雷压敏电阻。17.变频器的输出侧严禁安装接触器、开关器件。,18.变频器在海拔1000米以上地区使用时，

3、须降额使用。19.变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。20.变频器输出侧不必安装热继电器。21.变频器使用寿命影响变频器寿命的元件大致有三种：自身冷却风扇上电时限流电阻短路接触器中间环节大容量电解电容注意：前两个元件是机械磨损元件，一般寿命为五年，第三个元件规定为五年，一般情况下五年后测量一下电容值，如果小于额定值的80%就应更换，实际上，如果变频器一直连续运行，电解电容可用十年。,控制线应与主回路动力线分开，控制线采用屏蔽电缆。22.变频器与负载的配置 变频器长期工作电流 I变长=I电115%（I电-电动机额定电流）变频器短期工作电流（可持续12分钟）I变短=I变150%（I变-变

4、频器额定电流）变频器瞬时工作电流（可持续数秒钟）I变瞬=I变180%,22。变频器的效率是一个综合效率，即变频器本身的效率和电动机的效率乘积，变频器是电源变换设备，其本身消耗很小一部分能量，他的综合效率与负载、运行频率有关，如电动机负载超过75%以上，且运行频率在40HZ以上，变频器本身的效率可达到95%以上，综合效率可达到85%以上。,23。谐波干扰l谐波产生的途径，变频器的整流部分接有大电容，因而在轻载时，网侧电流产生尖峰脉冲，电流畸变较大，造成对电网谐波污染，网侧的功率因数降低。变频器的逆变部分输出电压为脉宽调制波，除基波外含有大量高次谐波，输出到电机的电流畸变较大，电机发热。l 谐波的

5、危害，使供电的品质下降，影响到接在同一供电变压器的其他设备、仪表、计算机正常工作。使电动机发热、噪音增大，产生脉动转矩，电机无功分量增大。l谐波的消除方法，通常采用输入侧、输出侧添加电抗器。,二.电动机的基础知识,1.异步电动机构造和原理,图2-1 异步电动机构造,a）外形 b）定子 c）转子,2.旋转原理,图2-2 三相交流异步电动机旋转原理,a）三相交流电流 b）三相绕组 c）旋转原理,3.电动机定子和转子的能量传递,图2-3 能量传递,a）从电能转变成机械能 b）定子与转子能量传递,4.定子和转子电流间的关系,图2-4,电流特性：输入电机电流=励磁电流+转矩电流 输出电流取决于负载的大小

6、,5.电动势平衡示意图,图2-5 定子侧电动势平衡图,6.负载改变时的速度变化,图2-6 负载变化、速度变化,a）负载较轻 b）机械特性 c）负载较重,7.异步电动机的特性:启动力矩电动机停止，通电后,电动机产生的力矩 Ts=1.25TN;最大转矩电动机在最大转差Sm时，产生的最大转矩Tm;空载电流空载电流主要是励磁电流，转速几乎达到同步;电动状态电机产生转矩，带动负载转动;再生制动状态由于负载原因，电机实际转速超过同步转 速，即设备带动电机转动.,三.变频器调速原理,380V 50HZ,f=0 500HZ,图 3-1 变频调速,变频调速 f 变极对数调速 P 变转差率调速 S,1.变频调速原

7、理,2.交直交变频器基本结构,图3-2 交直交变频器主回路图,整 流 器,滤 波 器,逆 变 器,3.三相逆变桥示意图,图3-3 三相逆变桥,4.开关元器件应满足的条件,图3-4 开关元器件的条件,1.能承受足够大的电压和电流2.允许长时间频繁接通和关断3.接通和关断的控制十分方便,开关元器件应满足的条件,IGBT的特点：耐压1200V 开关频率高达30 40KHZ 驱动电路电流小，功耗很少,6.GTR大功率晶体管,图3-5 GTR逆变桥,7.IGBT绝缘栅晶体管,图3-6 IGBT逆变桥,38050HZ,8.变频器主电路图,图3-7 变频器主电路结构图,控制端子接线图,9.整流和滤波电路,图

8、3-8 整流和滤波电路,10.充电过程的限流电路,图3-9 合上电源时的充电过程,11.逆变电路的基本结构,图3-10 逆变电路的结构,a）逆变电路 b）输出电压波形 c）输出电压等效波形,1、测试整流电路找到变频器内部直流电源的P(positive)端和N(negative)端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接

9、P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。,2、测试逆变电路将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障,二、动态测试 在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意 以下几点:1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。2、检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。3、上电后检测故障显示内

10、容,并初步断定故障及原因。4、如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载(不接电机)情况下启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障 5、在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试,三、故障判断 1、整流模块损坏 一般是由于电网电压或内部短路引起。在排除内部短路情况下，更换整流桥。在现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污染的设备等。2、逆变模块损坏 一般是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。在修复驱动电路之后，测驱动波形良好状态下，更换模块。在现场

11、服务中更换驱动板之后，还必须注意检查马达及连接电缆。在确定无任何故障下，运行变频器。3、上电无显示 一般是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起，如启动电阻损坏，也有可能是面板损坏。,4、上电后显示过电压或欠电压 一般由于输入缺相，电路老化及电路板受潮引起。找出其电压检测电路及检测点，更换损坏的器件。5、上电后显示过电流或接地短路 一般是由于电流检测电路损坏。如霍尔元件、运放等。6、启动显示过电流 一般是由于驱动电路或逆变模块损坏引起。7、空载输出电压正常,带载后显示过载或过电流 该种情况一般是由于参数设置不当或驱动电路老化,模块损伤引起,12.电动机状态,图3-11 电动机状

12、态,a）空载示意图 b）矢量图 c）电路图 d）电压、电流曲线,13.励磁状态,图3-12 励磁状态,a）带载示意图 b）矢量图 c）电路图 d）电压、电流曲线,a）重载示意图 b）矢量图 c）电路图 d）电压、电流曲线,14.发电机状态,图3-13 发电机状态,反并联二极管的作用：电机绕组磁场作功，发电状态，电流通过反并联二 极管流向直流电路。,15.磁通传递能量,图3-14 异步电动机的能量传递,磁通量须恒定,TM=KT I2 M COS2,磁路饱和励磁电流畸变，产生尖峰电流,磁通量磁路饱和电流增大,磁通量电机转矩TM下降,16.变频不变压磁通饱和,图3-15 频率下降出现磁通饱和,17.

13、磁路饱和的结果,图3-16 励磁电流饱和与磁通的关系,a）简单磁路 b）磁通不饱和 c）磁通深度饱和,18.保持磁通不变,图3-17 保持磁通不变的途径,变频须变压：定子绕组电动势：E1=4.44 K1 N1 f1 U1 E1 故 U1=KM f1=KU1/f1=常数 故 U1/f1=常数 故要保持恒定，只要变频又变压,19.定子等效电路,图3-18 定子等效电路,a）定子绕组 b）等效电路 c）电动机的磁通,20.PAM（脉幅调制）整流变压 逆变变频,图3-19 脉幅调制,整 流变 压,逆 变变 频,21.PWM,图3-20 脉宽调制,整 流,逆 变变 频变 压,脉 宽 调 制,22.正弦脉

14、宽调制（SPWM）,图3-21 正弦脉宽调制（SPWM）,23.实现SPWM（单极性）,图3-22 单极性调制,变频器是一种电源变换的设备，给电动机提供的电源必须满足电动机的使用要求。即输出正弦波形的电压和电流。逆变SPWM等幅不等宽的矩形脉冲波形面积，与正弦波形面积等效。,逆变器的特性：,24.双极性SPWM,图3-23 双极性调制,25.双极性调制的死区及影响,图3-24 双极性调制的死区及影响,载波频率提高，电磁噪音减少，电机获得较理想的正弦电流曲线。开关频率高，电磁幅射增大，输出电压下降，开关元件耗损大。,载波频率的特性,26.低速转矩下降,（1）电动机在fxfN时的机械特性,图3-2

15、5 U/f=恒定值条件下的机械特性,27.转矩下降的原因分析 U1下降 I1 r1在U1中的比例增大,28.低频电压补偿,图3-26 电压补偿原理,U的大小随负载电流而变化 U/F的比值只能设定一次；所以负载变动时不能始终工作在最佳状态，即轻载时磁路易饱和。,电压补偿的特性,29.矢量控制简述 1）直流调速,图3-27 直流电动机的调速特点,2）矢量控制的原理,图3-28 矢量控制原理示意图,等 效变 换,30.在额定转速上的比较,图3-29 额定转速上的比较,a）异步电动机特性 b）直流电动机特性,四、电动机调速特点,1.变频器的输出电流,图4-1 电动机的电流,2.电流和功率的关系,图4-

16、2 转速下降.输出功率下降.节能,变频器各部分电流关系：变频器输出电流IM取决于负载转矩，当负载转矩恒定，IM大小与速度无关；直流回路的电流随频率下降而减少；变频器输入电流随频率下降而减少。,3.电机降速耗能低,图4-3 电动机调速的特点,4.去掉减速器的错误,去 掉 减 速 器,图4-4 用变频器取代减速器,！能量守恒，降速降功率,5.增强带负载的能力,问题提出：重物圆周运动到A点电机过载 B点电机堵转，变频器过流,图4-5 重物圆周运动,措施：加大传动比，增加变频器输出功率,6.一台变频器带多台电动机,图4-6 一台变频器带多台电动机,变频器的额定电流：多台电动机同时启动和运行 IN1.0

17、51.1IMN多台电动机分别启动 IN（1.051.1IMNK1 IST）/K2,一台变频器带多台电动机,IST=电机起动电流,K1=1.2，1.52自由状态,K2=1.5 变频器过载能力,五.三种典型负载特性,1.恒转矩负载,图5-1 恒转矩负载及其特性,a）带式输送机 b）机械特性 c）功率特性,2.恒功率负载,图5-2 恒功率负载及其特性,a）卷径最小时 b）卷径较大 c）卷径最大,3.二次平方负载,图5-3 二次平方负载及其特性,a）风机示图 b）机械特性 c）功率特性,-TL=KL*n2-PL=KP*n3,六.变频调速系统 接电抗器的作用,1.变频器输出端接入电抗器的场合,图6-1

18、需要接入电抗器的场合,a）电机与变频器距离远 b）小变频器带轻载大电机,输出电抗器作用：抑制变频器电磁幅射干扰 抑制电动机电压谐振,2.输入交流电抗器,作用：1）提高功率因数 2）抑制高次谐波 3）削弱电流浪涌,3.接入交流电抗器的场合,图6-3 接入交流电抗器的场合,a）多台变频器接同一电源 b）同一电源上接有大容量晶闸管设备,c）变压器容量超过变频器容量十倍以上 d）电源电压不平衡度3%,4.直流电抗器,做用：1）提高功率因数 2）拟制电流尖峰,七.变频器的抗干扰,1.变频器的干扰源,图7-1 变频器的电压、电流波形,2.电路耦合干扰,电路传播：1）电源线 2）地线,措施：1）隔离变压器

19、2）光耦隔离 3）正确接地,3.感应耦合干扰,电磁感应 静电感应,1）电磁感应是电流干扰传播方式 2）静电感应是电压干扰传播方式,4.抗干扰措施,远离、相绞、屏蔽、不平行,图7-4 绞线抗干扰,5.空中幅射干扰,图7-5 空中幅射与接地,电磁幅射,6.抗干扰措施 1）准确接地 2）接入滤波器,图7-6 接入滤波器抑制电磁幅射,八.制动电阻和制动单元,1.制动电路的工作特点,图8-1 制动电路的场合,a）减速过程 b）重物下降过程,2.能耗电路的工作特点,图8-2 能耗电路的工作特点,3.制动电阻的粗算,图8-3 制动电路,查制动电阻表,RB=2.5UDH/IMN UDH/IMN,九.变频器的功

20、能,CVFG3,V+,VI1,VI2,I1,X7,V-,U F,GND,CM,脉冲信号,R S 4 8 5,RP,RP1,020mA,1.外接给定端,1）电压信号给定端,2）电流信号给定端,3）脉冲给定,A,B,2.外接输入控制端子,图9-2 外控输入电路,3.外接输出控制端子,图9-3 外接输出控制端,1）故障输出端2）模拟量输出端3）通讯接口4）状态信号输出端,Ta,Tb,Tc,OC1,OC2,CM,AM,AO,AM-,4.V/F控制设定功能,图9-4 基本频率Fb电机额定频率FN,基本频率,最大频率,特点：U/F增大，磁通量增大，磁路饱和，转矩增大,5.基本频率电机额定频率,特点：电机带

21、载的能力减小,6.基本频率与最大频率,图9-6 基本频率与最大频率,380V,380V,7.上限频率和下限频率,图9-7 上限频率和下限频率,a）搅拌机 b）上、下限频率,8.跳跃频率,特点：变频器所带负载，在某一频率点发生机械共振，使用跳跃频率回避共振点,T（时 间）,f(频率）,43HZ,33HZ,28HZ,60秒,5分钟,U V W,R S T,V+,VI1,GND,FWD,X1,X2,CM,Y1,Y2,Y3,COM1,X1,X2,COM,F U,滤 沙 池,滤 沙,自然水,干 净 水,干 净水出口,冲洗水入口,电动阀,电动阀,逆止阀,逆止阀,风机,自然空气,滤 布,P L C,9.事例

22、 供水厂滤沙池供风机调速工艺图,10.载波频率,图9-11 载波频率的影响,11.转速多档控制,图9-12 转速多档控制,12.多档转速控制,图9-13 多档转速控制,13.PLC控制电路,图9-14 PLC控制电路,14.工频启动与变频启动,图9-15 异步电动机启动,a）工频启动转差 b）工频启动特性 c）工频启动电流,d）变频启动转差 e）变频启动特性 f）变频启动电流,15.加速防跳闸自处理功能,图8-16 加速自处理功能,a）暂停加速 b）延长加速时间,16.启动功能,图9-17 启动功能,a)起动频率 b)暂停加速 c)起动前直流制动,17.加速时间与电流,特点：加速时间过短易出现

23、过电流,启动频率配合转矩提升功能，最佳调整 启动 转矩特性，设定值过大，会出现过电流故障。启动前直流制动，应用自由转动的设备，风 机类。,起动特性：,18.升速方式,图9-19 升速方式,19.降速时间与直流电压,特点：减速时间过短，直流电压升高,20.接入制动电路,图9-21 接入制动电路,21.直流制动,图9-22 直流制动的原理,a）刨床示图 b)直流制动原理 c)直流制动功能,刨 台,床 身,直流制动的特性：1）准确停车变频器给电动机输入直流电，在电机定子上产生静止恒定磁场，使电机快速停止。,22.停机功能,图9-23 停机方式,a）预置时间减速停机 b）自由停机 c）直流制动停机,2

24、3.控制电路,图9-24 正转控制电路,a）变频器电路 b）控制电路,24.脉冲启动,图9-25 脉冲启动电路,a）三线控制接线 b）电源控制电路,AM,AM-,25.两地控制,图9-26 两地升降速控制,26.频率到达与频率检测,图9-27 频率到达与频率检测,a）频率到达 b）频率检测,27.应用事例,图9-28 粉末传送带调速控制,a）频率检测 b）控制示意图,28.过流保护,图9-29 变频器过流保护,29.过流故障的原因,图9-30 过流故障原因,a）负载堵转 b）输出短路 c）内部直流短路,30.其他原因引起的过流,a）加速过快 b）电动机磁饱和 c）内部采样误差,31.过电压原因

25、,a)电源电压过高 b）减速过快 c）电容补偿器引起,32.欠电压原因,a）线流电路断路 b)电源缺相 c）大功率晶闸管设备干扰,储 气 罐,压力传感器,33.PID自动闭环调节,图9-34 PID自动闭环控制,VI1,V+,储 气 罐,压力传感器,34.外界PID调节器,图9-35 外界PID闭环控制,II,GND,35.转矩提升（转矩补偿，电压补偿）,图9-36 电压补偿的原理,a）电压补偿的含义 b）补偿前情况 c）电压补偿的结果,转矩提升特性：TS=K U2X/FX 电压提高，转矩提升 补偿过份，励磁饱和，电流畸变,36.不同补偿程度的电流转矩曲线,图9-37 转矩补偿后的电流转矩曲线

26、,37.转差补偿频率变动,图9-38 转差补偿功能,十、变频器功能解析,1 频率给定的方式与选择,1.1 基础概念(1)给定方式的基本含义 要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，称为频率给定信号，也有称为频率指令信号或频率参考信号的。所谓给定方式，就是调节变频器输出频率的具体方法,也就是提供给定信号的方式。(2)面板给定方式 通过面板上的键盘或电位器进行频率给定(即调节频率)的方式，称为面板给定方式，面板给定又有两种情况如图1所示:(a)键盘给定频率的大小通过键盘上的升键(键)和降键(q键)来进行给定。键盘给定属于数字量给定，精度较高。(b)电位器给定部分变频器

27、在面板上设置了电位器，如图1(a)所示。频率大小也可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定，精度稍低。,多数变频器在面板上并无电位器，故说明书中所说的“面板给定”，实际就是键盘给定。变频器的面板通常可以取下，通过延长线安置在用户操作方便的地方，如图所示。,此外,采用哪一种给定方式,须通过功能预置来事先决定。(3)外部给定方式 从外接输入端子输入频率给定信号，来调节变频器输出频率的大小，称为外部给定，或远控给定。主要的外部给定方式有:(a)外接模拟量给定 通过外接给定端子从变频器外部输入模拟量信号(电压或电流)进行给定，并通过调节给定信号的大小来调节变频器的输出频率。模拟量给定信号的种类有

28、:电压信号 以电压大小作为给定信号。给定信号的范围有:010V、210V、010V、05V、15V、05V等。电流信号 以电流大小作为给定信号。给定信号的范围有:020mA、420mA等。(b)外接数字量给定 通过外接开关量端子输入开关信号进行给定。(c)外接脉冲给定 通过外接端子输入脉冲序列进行给定。(d)通讯给定 由PLC或计算机通过通讯接口进行频率给定。,1.2 选择给定方式的一般原则(1)面板给定和外接给定 优先选择面板给定。因为变频器的操作面板包括键盘和显示屏，而显示屏的显示功能十分齐全。例如，可显示运行过程中的各种参数，以及故障代码等。但由于受联接线长度的限制，控制面板与变频器之间

29、的距离不能过长。(2)数字量给定与模拟量给定 优先选择数字量给定。因为:(a)数字量给定时频率精度较高;(b)数字量给定通常用触点操作，非但不易损坏，且抗干扰能力强。(3)电压信号与电流信号 优先选择电流信号。因为电流信号在传输过程中，不受线路电压降、接触电阻及其压降、杂散的热电效应以及感应噪声等等的影响，抗干扰能力较强。但由于电流信号电路比较复杂，故在距离不远的情况下，仍以选用电压给定方式居多。,2 模拟量给定的调整功能,2.1 基础概念(1)频率给定线的定义 由模拟量进行频率给定时，变频器的给定信号X(X是给定信号的统称，既可以是电压信号UG，也可以是电流信号IG与对应的给定频率fX之间的

30、关系曲线fXf()，称为频率给定线。(2)基本频率给定线(a)定义：在给定信号X从0增大至最大值Xmax的过程中，给定频率fX线性地从0增大到最大频率fmax的频率给定线称为基本频率给定线。其起点为(X0，fX0);终点为(XXmax，fXfmax)，如图3(a)和(b)所示。例如，给定信号为UG010V，要求对应的输出频率为fX050Hz。则:UG0V与fX0Hz相对应;UG10V与fX50Hz相对应。,(3)最大频率fmax 在数字量给定(包括键盘给定、外接升速/降速给定、外接多档转速给定等)时，是变频器允许输出的最高频率;在模拟量给定时，是与最大给定信号对应的频率。(4)频率给定线的调整

31、 在生产实践中，生产机械所要求的最低频率及最高频率常常不是0Hz和额定频率，或者说，实际要求的频率给定线与基本频率给定线并不一致。所以，需要对频率给定线进行适当的调整，使之符合生产实际的需要。因为频率给定线是直线，所以，调整的着眼点便是:(a)频率给定线的起点 即当给定信号为最小值时对应的频率;(b)频率给定线的终点 即当给定信号为最大值时对应的频率。,3 模拟量给定的正、反转控制与滤波,3.1 模拟量给定的正、反转功能(1)控制方式 主要有两种方式:(a)由双极性给定信号控制 给定信号可“”可“”，正信号控制正转，负信号控制反转，如图11(a)所示。(b)由单极性给定信号控制 给定信号只有“

32、”值，由给定信号中间的任意值作为正转和反转的分界点，如图11(b)所示。,(2)死区的设置 用模拟量给定信号进行正、反转控制时，“0”速控制很难稳定，在给定信号为“”时，常常出现正转或反转的“蠕动”现象。为了防止这种“蠕动”现象，需要在“”速附近设定一个死区X，使给定信号从-X到X的区间内，输出频率为0Hz。(3)有效“0”的功能 在给定信号为单极性的正、反转控制方式中，存在着一个特殊的问题。即，万一给定信号因电路接触不良或其他原因而“丢失”，则变频器的给定输入端得到的信号为“0”，其输出频率将跳变为反转的最大频率，电动机将从正常工作状态转入高速反转状态。十分明显，在生产过程中，这种情况的出现

33、将是十分有害的，甚至有可能损坏生产机械。对此，变频器设置了一个有效“0”功能。就是说，变频器的最小给定信号不等于0(Xmin0)。如果给定信号X0，变频器将认为是故障状态而把输出频率降至0Hz。例如，将有效“”预置为0.3V。则:当给定信号X0.3V时,变频器的输出频率为fmin;当给定信号X0.3V时,变频器的输出频率降为0Hz。,3.2 模拟量给定的滤波时间(1)滤波时间的含义 变频器在接受模拟量给定信号时，首先要进行滤波，其物理意义与图12中的滤波电容类似(通常都采用数字滤波)。图中，综坐标是给定信号的百分数X。滤波的目的,是消除干扰信号对频率给定信号的影响。滤波时间常数，是指给定信号上

34、升至稳定值63所需的时间。(2)滤波时间的影响 滤波时间太短 当变频器显示“给定频率”时，有可能不够稳定;滤波时间太长 当调节给定信号时，给定频率随给定信号改变时的响应速度较慢。,4 辅助给定与其他功能,4.1 辅助给定功能1)基本概念 当变频器有两个或多个模拟量给定信号同时从不同的端子输入时，其中必有一个为主给定信号，其他为辅助给定信号。大多数变频器的辅助给定信号都是叠加到主给定信号(相加或相减)上去的。叠加后在频率给定线如图中的曲线和曲线所示。,(2)应用举例 多单元拖动系统的同步运行 在造纸、印染等机械中，整台机器具有若干个单元，每个单元都有各自独立的拖动系统,如图所示:第单元由电动机拖

35、动，第二单元由电动机拖动。通常,把第单元称为主令单元,后面的各单元称为从动单元。在这种情况下，总是要求被加工物在各单元的线速度一致:显然，如果后面的速度低于前面，将导致被加工物的堆积;反之，如果后面的速度高于前面，将导致被加工物的撕裂。因此，对于多单元拖动系统的要求是:在调速时,各单元必须同时调节;各单元的运行线速度必须步调一致,即实现同步运行。,4.2 频率给定的其他功能(1)频率指令的保持功能 变频器在停机后,是否保持停机前的运行频率的选择功能。再开机时,变频器的运行频率有两种状态可供选择:保持功能无效 运行频率为0Hz，如要回复到原来的工作频率，须重新加速。保持功能有效 运行频率自动上升

36、到停机前的工作频率。(2)点动频率功能 点动是各类机械在调试过程中经常使用的操作方式。因为主要用于调试，故所需频率较低，一般也不需要调节。所以，点动频率(用fJ表示)是通过功能预置来确定的。有的变频器也可以预置多档点动频率。(3)频率给定异常时的处理功能 给定信号异常大致有以下两种情形:(a)给定信号丢失 当外接模拟频率给定信号因电路接触不良或断线而丢失时，变频器处理方式的选择功能。例如，是否停机，如继续运行，则在多大频率下运行等。(b)给定信号小于最低频率时的处理功能 有的负载在频率很低时实际上不能运行，因而需要预置“最低频率”。对应地，也就有一个最小给定信号。当实际给定信号小于最小给定信号

37、时，应视为异常状态。,5 频率的限制功能,5.1 上、下限频率(1)基础概念(a)生产机械对转速范围的要求 生产机械根据工艺过程的实际需要，常常要求对转速范围进行限制。以某搅拌机为例，如图(a)所示。要求的最高转速是600r/min，最低转速是150r/min。,(b)变频器的上、下限频率 根据生产机械所要求的最高与最低转速，以及电动机与生产机械之间的传动比，可以推算出相对应的频率，分别称为上限频率(用fH表示)与下限频率(用fL表示)。在上例中，如传动比2，则:(2)上限频率与最高频率的关系 上限频率小于最高频率 上限频率比最高频率优先 这是因为，上限频率是根据生产机械的要求来决定的，所以具

38、有优先权 5.2 回避频率(1)基础概念 任何机械在运转过程中，都或多或少会产生振动。每台机器又都有一个固有振荡频率，它取决于机械的结构。如果生产机械运行在某一转速下时，所引起的振动频率和机械的固有振荡频率相吻合的话，则机械的振动将因发生谐振而变得十分强烈(也称为机械共振)，并可能导致机械损坏的严重后果。,设置回避频率fJ的目的，就是使拖动系统“回避”掉可能引起谐振的转速，如图所示。(2)回避频率的预置 预置回避频率时，必须预置以下两个数据:中心回避频率fJ 即回避频率所在的位置;回避宽度fJ 即回避区域，如图所示。(3)回避频率的数量 大多数变频器都可以预置三个回避频率,如图所示。,6变频引

39、出的特殊问题,6.1 保持磁通不变的必要性和途径(1)保持磁通不变的必要性(a)磁通减小 任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果，电流是不允许超过额定值的，否则将引起电动机的发热。因此，如果磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载能力降低。(b)磁通增大 电动机的磁路将饱和，由于在变频调速时，运行频率fX是在相当大的范围内变化的，因此，如不采取措施的话，磁通的变化范围也是非常大的。它极容易使电动机的磁路严重饱和，导致励磁电流的波形严重畸变，产生峰值很高的尖峰电流，如图所示。图的上半部是电动机的磁化曲线;下半部则是励磁电流的波形。,所以，变频调速的一个特殊问题便是:当频率fX变化时，必须使

40、磁通保持不变:const(2)保持磁通不变的方法 保持const的准确方法是:在调节频率时，必须保持反电动势E1X和频率fX的比值不变。但反电动势是由定子绕组切割旋转磁通而感生的，无法从外部进行控制。于是用保持定子侧输入电压和频率之比等于常数来代替:所以,在改变频率时,必须同时改变定子侧的输入电压。6.2 变压变频存在的问题及原因分析(1)存在的问题(a)衡量调速性能的主要因素 电动机的基本功能是拖动生产机械旋转，因此，在低频时的带负载能力便是衡量变频调速性能好坏的一个十分重要的因素。(b)调压调频存在的问题 满足const的情况下进行变频调速时，随着频率的下降，电动机的临界转矩和带负载能力(

41、用有效转矩MEX表示)也有所下降，如图所示。,(2)临界转矩下降的原因分析(a)电磁转矩的产生 异步电动机的电磁转矩是转子电流和磁通相互作用的结果。因此，问题的关键便是:在满足式(16)的情况下，低频时能否保持磁通量基本不变？(b)电磁转矩减小的原因 反电动势是定子侧输入电压减去阻抗压降的结果。当频率fX下降时，输入电压U1X随之下降。但在负载不变的情况下，电流I1及其阻抗压降却基本不变,于是反电动势E1X所占的比例必将减小。磁通M也必减小，磁通不变的要求并没有真正得到满足，结果是导致电动机的临界转矩也减小。,7 V/F控制功能,7.1 V/F控制模式(1)指导思想 为了确保电动机在低频运行时

42、，反电动势和频率之比保持不变，真正实现const，适当提高U/f比，使KUKf，从而使转矩得到补偿，提高电动机在低速时的带负载能力。如图中之曲线所示(曲线是KUKf的U/f线)。这种方法称为转矩补偿或转矩提升，这种控制方式称为V/F控制模式。KU 电压调节比Kf频率调节比,(2)基本频率 与变频器的最大输出电压对应的频率称为基本频率，用fBA表示。在大多数情况下，基本频率等于电动机的额定频率，如图所示。(3)基本U/f线 在变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率fBA的过程中,满足KU=Kf的U/f线,称为基本U/f线,如图(a)所示。(4)弱磁点 当电动机的运行频率高于额定频率时，变频器的输

43、出电压不再能随频率的上升而上升，如图(b)中之点以后所示。在这种情况下，由于U/f比将随频率的上升而下降，电动机磁路内的磁通也因此而减小，处于弱磁运行状态。因此，通常把转折点称为弱磁点。,7.2 U/f线的选择功能(1)不同负载在低速时对转矩的要求 各类负载在低速时所呈现的阻转矩是很不一样的,例如:(a)二次方律负载 阻转矩与转速的二次方成正比，如图中的曲线所示。低速时的阻转矩比额定转矩小得多;(b)恒转矩负载 在不同的转速下,负载的阻转矩基本不变,如图中之曲线所示。低速时的阻转矩与额定转速时是基本相同的;(c)恒功率负载 在不同的转速下，负载功率保持恒定，其机械特性呈双曲线状，如图中之曲线所

44、示。低速时的阻转矩比额定转速时还要大得多。,(2)变频器对U/f线的设置 因为每台变频器应用到什么负载上是不确定的，而不同负载在低频时对U/f比的要求又很不一致。为此，各种变频器在V/F控制模式下，提供了任意预置U/f比的功能。使用户可以根据电动机在低速运行时负载的轻重来选择U/f比，如图所示。(3)U/f线的预置要点(a)预置不当的后果 如果负载在低速时的转矩较大而转矩补偿(U/f比)预置得较小，则低速时带不动负载。反之,如果负载在低速时的转矩较轻而转矩补偿(U/f比)预置得较大，则补偿过分，低速时电动机的磁路将饱和，励磁电流发生畸变，严重时会因励磁电流峰值过高而导致“过电流”跳闸。(b)预

45、置要点 调试时，U/f比的预置宜由小逐渐加大，每加大一档，观察在最低频时能否带得动负载？及至能带动时，还应反过来观察空载时会不会跳闸？一直到在最低频率下运行时，既能带得动负载，又不会空载跳闸时为止,8 矢量控制功能,8.1 基本思想(1)对直流电动机的分析 在变频调速技术成熟之前，直流电动机的调速特性被公认为是最好的。究其原因，是因为它具有两个十分重要的特点:(a)磁场特点 它的主磁场和电枢磁场在空间是互相垂直的，如图(a)所示;(b)电路特点 它的励磁电路和电枢电路是互相独立的，如图(b)所示。在调节转速时，只调节其中一个电路的参数。,(2)变频器的矢量控制模式(a)基本构思 仿照直流电动机

46、的控制特点，对于调节频率的给定信号，分解成和直流电动机具有相同特点的磁场电流信号i*M和转矩电流信号i*T，并且假想地看作是两个旋转着的直流磁场的信号。当给定信号改变时，也和直流电动机一样，只改变其中一个信号，从而使异步电动机的调速控制具有和直流电动机类似的特点。对于控制电路分解出的控制信号i*M和i*T，根据电动机的参数进行一系列的等效变换，得到三相逆变桥的控制信号i*A、i*B和i*C，对三相逆变桥进行控制，如图所示。从而得到与直流电动机类似的硬机械特性,提高了低频时的带负载能力。,(b)无反馈矢量控制模式与有反馈矢量控制模式 根据在实行矢量控制时，是否需要转速反馈的特点，而有无反馈和有反

47、馈矢量控制之分。无反馈矢量控制是根据测量到的电流、电压和磁通等数据，简接地计算出当前的转速，并进行必要的修正，从而在不同频率下运行时，得到较硬机械特性的控制模式。由于计算量较大，故动态响应能力稍差。有反馈矢量控制则必须在电动机输出轴上增加转速反馈环节，如图中的虚线所示。由于转速大小直接由速度传感器测量得到，既准确、又迅速。与无反馈矢量控制模式相比，具有机械特性更硬、频率调节范围更大、动态响应能力强等优点。8.2 电动机数据的输入 如上述，要实现矢量控制功能，必须根据电动机自身的参数进行一系列等效变换的计算。而进行计算的最基本条件，是必须尽可能多地了解电动机的各项数据。因此，把电动机铭牌上的额定

48、数据以及定、转子的参数输入给变频器，就是实现矢量控制的必要条件。自动检测功能 从上面所举例子可以看出，进行矢量控制时，所需数据中的相当部分，一般用户是很难得到的。这给矢量控制的应用带来了困难。对此，当代的许多变频器都已经配置了自动检测电动机参数的功能。但检测的具体方法，各种变频器不尽相同。自动检测功能的英语名称是auto-tuning,故有的变频器直译为“自动调谐”功能,也有的称之为“自学习”功能。,8.3 矢量控制的应用要点(1)应用矢量控制的注意点 由于矢量控制必须根据电动机的参数进行一系列的演算，因此，其使用范围必将受到一些限制。(a)电动机的容量 电动机的容量应尽可能与变频器说明书中标

49、明的“配用电动机容量”相符，最多低一个档次。例如，变频器的“配用电动机容量”为45kW，电动机的下一档容量为37kW。则该变频器只能在配接45kW或37kW的电动机时，矢量控制功能是有效的。(b)电动机的磁极数 以2p=4(4极电动机)为最佳，要注意说明书中对磁极数的规定。(c)电动机的型号 以生产变频器的同一家公司生产的标准电动机或变频调速专用电动机为最佳，一般的通用电动机也都可用。但特殊电动机(如高转差电动机等)则不能用。(d)电动机的台数 矢量控制只适用于一台变频器控制一台电动机的场合。,(2)速度控制的PID功能 当采用有反馈矢量控制模式时，变频器存在着一个转速反馈的闭环系统，并且为此

50、专门配置了PID调节系统。以利于在调节转速的过程中，或者拖动系统发生扰动(负载突然加重或减轻)时，能够使控制系统既反映迅速，又运行稳定。因此，在具有矢量控制功能的变频器中，有两套PID调节功能:(a)用于速度闭环控制的PID调节功能;(b)用于系统控制(例如供水系统的恒压控制等)的PID调节功能。两种PID调节功能中，P(比例增益)、I(积分时间)、D(微分时间)的作用对象不同，但原理是相同的。(2)矢量控制的主要优点 低频转矩大 即使运行在1Hz(或0.5Hz)时,也能产生足够大的转矩,且不会产生在V/F控制方式中容易遇到的磁路饱和现象。机械特性好 在整个频率调节范围内，都具有较硬的机械特性