2019/5/10,致遠控制,1,變頻器100問,主講人：劉國強 常州市致遠通用控制技術有限公司,2019/5/10,致遠控制,2,變頻調速技術是怎樣發展起來的？,變頻可以調速這個概念，可以說是交流電動機“與生俱來”的。同步電動機不消說，即使是異步電動機，其轉速也是取決于同步轉速(即旋轉磁場的轉速)的 n=n1(1-S)(1-1) 式中：n電動機的轉速，m/min n1電動機的同步轉速，r/min S電動機的轉差率 而同步轉速則主要取決于頻率 n1=60f/p(1-2) 式中：f頻率，Hz p磁極對數 所以說，交流電動機從誕生之日起，就已經知道改變頻率可以調節轉速了。但當時，還不具備改變頻率的手段。 閘流管的問世，使變頻調速的夢想出現了能夠實現的希望。但那設備的龐大與昂貴，使它無法進入實用的階段。 直到20世紀的60年代，隨著晶閘管的出現及其應用技術的迅速發展，變頻調速開始進入實用的階段。但由于許多技術問題解決得還不夠完善，調速系統的性能指標難以和直流電機相匹敵，因而未能達到推廣應用的階段。 70年代末期以來，一方面，矢量控制理論的提出和實施，使變頻調速系統的性能指標達到了與直流電機調速系統十分接近的地步；另一方面，電力電子器件的飛速發展，也使SPWM調制技術日臻完善，變頻調速器的體積越做越小，價格也達到了用戶能夠接受的程度。變頻調速這才進入了普及應用的階段。,2019/5/10,致遠控制,3,變頻調速為什么?？s寫成VVVF？,VVVF的全稱是Variable Voltage Variable Frequency，意思是“變壓變頻”。 原來，在交流異步電動機內，外加的電源電壓主要和繞組的反電勢相平衡，而繞組的反電勢則與電流的頻率和每極下的磁通量有關： UE=4.44 W1ff=Keff 可見，磁通量的大小與電壓和頻率的比值有關： fU/Kef=KeU/f 式中：U電源相電壓 E1每相定子繞組的反電勢 W1每相定子繞組的匝數 f每個磁極下的磁通量 Ke、Ke常數 式(1-4)表明：當頻率下降時，如果電壓不變，則磁通量將增加，引起電機鐵心的飽和。這當然是不允許的。因此，為了保持電機內的磁通量基本不變，在改變頻率的同時，也必須改變電壓。,2019/5/10,致遠控制,4,交直交是什么意思？,變頻裝置有兩大類：一類是由工業頻率直接轉接成可變頻率的，稱為“交交變頻”。另一類就是“交直交變頻”，意思是：先把工業頻率的交流整流成直流，再把直流“逆變”成頻率可變的交流。 交直交的電路結構,。,2019/5/10,致遠控制,5,電壓型的主要特點是什么？,交直交變頻裝置按直流部分貯能方式的不同分為： (1) 電壓型 貯能元件為濾波電容C，如圖1-2a所示。其工作特點是電壓基本不變。 圖1-2 電壓型和電流型 (2) 電流型 貯能元件為電抗器l，如圖1-2b所示。其工作特點是電流基本不變。,2019/5/10,致遠控制,6,SPWM代表什么？,SPWM的全稱是Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脈沖寬度調制。這是實現改變頻率的同時也改變電壓的一種調制方式。 變壓變頻的基本方式有兩種： (1) 在改變頻率的同時也改變幅值，稱為脈幅調制，簡寫為PAM，如圖1-3a所示。 (2) 在改變頻率時，脈沖的幅值不變，而通過改變脈沖的占空比來改變其平均電壓，稱為脈寬調制，簡寫為PWM。 SPWM的特點是：脈沖序列中的脈沖寬度和脈沖間的間隔寬度是按正弦規律安排的。,2019/5/10,致遠控制,7,SPWM代表什么？脈幅調制和脈寬調制,2019/5/10,致遠控制,8,SPWM代表什么？SPWM的波形變頻器的主電器,U,D,A,k,1,k,2,k,3,k,4,B,C,D,2019/5/10,致遠控制,9,SPWM代表什么?脈幅調制和脈寬調制,U,m,T,U,m,T,t,u,u,t,(a),T,T,(b),2019/5/10,致遠控制,10,直流是怎樣“逆變”成交流的？,如圖1-5，K1K4是開關器件，M是負載，A、B間通以直流電壓UD。先令K1|K4閉合，K2、K3斷開。則電流的路徑如實線空心箭頭所示，C、D間的電壓為C“+”、D“-”。再令K1、K4斷開，K2、K3閉合，則電流的路徑如虛線實心箭頭所示，C、D間的電壓為C“-”、D“+”。 如使上述兩種狀態不停地交替工作，則負載M上所得到的便是交流電壓了。 用六個開關器件，使它們按三相間互差三分之一周期的規律交替工作，就可將直流電“逆變”成三相交流電了,2019/5/10,致遠控制,11,常用的開關器件有哪些？ 目前，在中、小型變頻調速器中用得最多的是功率晶體管，為了提高放大倍數，常做成達林頓管，如圖1-7a所示，一般電路圖中仍畫成單管，如圖1-7b所示，代表符號是CTR或BTR。 圖1-7 功力晶體管 容量較大的變頻調速器中則常用可關斷晶閘管，其代表符號是GTO，圖形符號如圖1-8所示。 已經進入實用階段的最新器件有：絕緣柵雙極晶體管，代號IGBT，圖形符號如圖1-9所示。正在開發并已經取得成果的新品種還有不少，不再一一贅述。,2019/5/10,致遠控制,12,常用的開關器件有哪些？,目前，在中、小型變頻調速器中用得最多的是功率晶體管，為了提高放大倍數，常做成達林頓管，一般電路圖中仍畫成單管，代表符號是CTR或BTR。 容量較大的變頻調速器中則常用可關斷晶閘管，其代表符號是GTO。 已經進入實用階段的最新器件有：絕緣柵雙極晶體管，代號IGBT，所示。正在開發并已經取得成果的新品種還有不少。,2019/5/10,致遠控制,13,三相逆變原理,圖1-6 三相逆變電器,M,2019/5/10,致遠控制,14,常用的開關器件,2019/5/10,致遠控制,15,變頻調速器的主電路是怎樣構成的？,交直交電壓型變頻調速器主電路的基本結構如圖1-10。圖中，DR是三相整流。RA是限流電阻，限制變頻器剛合上電源時，對濾波電容C的充電電流。當C充電到一定程序后，晶閘管VT導通，RA將不再起限流作用。功率晶體管V1V6組成三相逆變橋，將直流電逆變成三相交流電后供電給電動機M。二極管V01V06的作用是：在逆變過程中，當晶體管的e極電位高于c集電位時提供續流回路；在電動機降速過程中提供能量反饋(再生)回路。RB是電動機在再生制動過程中的耗能電阻，VB在電動機降速過程中導通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接線端P和DB之間接入外接制動電阻。,2019/5/10,致遠控制,16,變頻調速器的主電路圖,M,DR,R,A,v,T,DB,P,v,1,C,+,V,B,R,B,v,2,v,01,v,3,v,4,v,02,v,03,v,04,v,5,v,6,v,05,v,06,2019/5/10,致遠控制,17,變頻調速器有哪些額定數據？,變頻調速器主要的額定數據如下： (1) 最高輸入電壓Umax為了適應電網電壓的波動，Umax通常規定為額定工作電壓的1.15倍。 (2) 最大輸出電流Imax這是最重要的一個數據，也是選擇變頻器容量時的最主要依據。 (3) 最大輸出容量Smax必須注意的是：說明書中給出的容量是按最大工作電壓算出的，實際應用時，應根據工作電壓進行修正。,2019/5/10,致遠控制,18,說明書中的“配用電動機容量”能不能 作為選擇變頻器容量的依據？,如電動機驅動的是連續恒定負載(如風機)，則可以。但對于連續變動負載、繼續負載和短時負載來說，則只能作參考，而不能作依據。這是因為，在這些負載中，決定電動機容量的主要因素是發熱問題。只要溫升不超過允許范圍，短時間的過載(在過載能力范圍內)對電動機來說是正常。例如，一臺3.7kW的電動機，在實際工作中，其輸出功率有時可達4.0kW或4.5kW。而變頻調速器的過載能力則十分有限。在大多數情況下，變頻器的容量應放大一檔。,2019/5/10,致遠控制,19,變頻器的頻率調節范圍如何？,通用型變頻調速器的最高輸出頻率一般不高于400Hz；最低輸出頻率不低于0.1Hz。各種變頻器的調頻范圍各不相同。 我國工業用的普通電動機，最高工作頻率不宜超過100Hz,2019/5/10,致遠控制,20,什么是頻率精度？,通常，當頻率為數字量設定時，精度高些(誤差小些)，而在頻率精度是指變頻器的實際輸出頻率與設定頻率之間的誤差大小，也叫頻率準確度或頻率穩定度。 模擬設定時，精度高些(誤差小些)，而在模擬量設定時，精度低些(誤差大些)。,2019/5/10,致遠控制,21,“頻率分辨率”的含義是什么？,“頻率分辨率”的含義是什么？ 頻率分辨率指的是：變頻器輸出的相鄰兩“擋”頻率之間的最小差值。 例如，日本富士FVR-G7S型變頻器的數字量設定時的頻率分辨率為0.002Hz。則，對于40Hz來說，比它高一“擋”的最小頻率為40.002Hz；而比它低一“擋”的最大頻率為39.998Hz。,2019/5/10,致遠控制,22,怎樣調節和設定變頻器的輸出頻率？,主要有以下三種方式： (1) 旋鈕設定 通過旋動面板上的旋鈕(調節面板內側的電位器)來進行調節和設定。屬于模擬量設定方式。 (2) 按鍵設定 利用鍵盤上的A鍵(或鍵)和V鍵(或鍵)進行調節和設定。屬于數字設定方式。 (3) 程序設定 在編制驅動系統的工作程序中進行設定。也屬數字量設定方式。,2019/5/10,致遠控制,23,什么是外接設定？,在實際工作中，變頻器常被安置在控制柜內或掛在墻壁上，而工作人員則通常在機械旁邊進行操作。這時，就需要在機械旁邊另設一個設定頻率的裝置，稱為外接設定裝置。 所有的變頻器都為用戶提供專用于外接設定的接線端。,2019/5/10,致遠控制,24,變頻器對外接設定信號有些有什么規定？,外接設定信號通常有三種。 (1) 外接電位器設定 電位器的阻值和瓦數各變頻器的說明書中均有明確規定。 (2) 外接電壓信號設定 各種變頻器對外接電壓信號的范圍也各不相同，通常有：0+10、0+5、010、05V等。 (3) 外接電流信號 所有變頻器對外接電流信號的規定是統一的，都是420mA。 為了加強抗干擾能力，所有的外接設定信號線都應采用屏蔽線,2019/5/10,致遠控制,25,什么是“輸出頻率線”？,“輸出頻率線”是指變頻器的輸出頻率與給定信號間的關系線。如圖2-2，橫坐標是給定信號Fs，通常用百分數表示；縱坐標是輸出頻率fx。圖中曲線為基本頻率線，其特點是：當Fs=0時，fx=0；當Fs=100%時，fx=fmax。,2019/5/10,致遠控制,26,什么是偏置頻率？,對應于設定信號為0時的輸出頻率稱為偏置頻率fB，它可以一定范圍內進行設定，如圖2-4。圖中，曲線是基本頻率線；曲線是正偏置的情形；曲線是負偏置。 通過設定頻率增益和偏置頻率，變頻器的輸出頻率線就可以任意地進行調整了。,2019/5/10,致遠控制,27,怎樣設定最大頻率、基本頻率？,最大頻率即最大允許的極限頻率。它根據驅動系統的允許最高轉速來設定。,使電動機運行在基本工作狀態下的頻率叫基本頻率，一般按電動機的額定頻率設定。例如，對于國產的通用型電動機，基本頻率設定為50Hz。,2019/5/10,致遠控制,28,上限頻率和下限頻率是根據什么設定的？,根據驅動系統的工作狀況來設定。它可以是保護性設定，即：變頻器的輸出頻率不得超過所設定的范圍；也可以用作程序性設定，即：根據程序的需要，或上升至上限頻率，或下降至下限頻率。 圖2-4中，fmax是最大頻率，fHL是上限頻率；fLL是下限頻率。,2019/5/10,致遠控制,29,如何使工作機械不發生共振？,任何工作機械都有自己的固有振蕩頻率，變頻調速系統在無線變速的過程中，有可能出現在某一轉速(頻率)下、整個驅動系統發生共振，工作機械激烈振動的現象。為避免上述現象的發生，變頻器提供了設定“回避頻率”的功能，使驅動系避開共振點?；乇茴l率最多可設定三個 每個回避頻率都必須設定兩個數據，回避的中心頻率f1和回避寬度fJ，調試時，fJ和fJ的確定，都是通過實際試驗得到的。,2019/5/10,致遠控制,30,電動機是否都是從0Hz開始起動？,對于輕載起動的負載，電動機一般是從0Hz開始起動的。但對于慣性較大的負載，起動時須加一點沖擊力，才易于起轉。這時，可適當設定起動頻率，如圖3-1。使起動轉矩增加，同時也縮短起動時間。,2019/5/10,致遠控制,31,起動方式有幾種？,大部分變頻調速器都可以設定三種起動方式： (1) 直線方式，即普通的動起方式，如圖3-3a。圖中，ta為加速時間。 (2) S形方式，如圖3-2b。 (3) 半S形方式，如圖3-3c。,2019/5/10,致遠控制,32,S形起動方式適用于何種負載？,主要適用于傳輸帶一類的負載(如圖3-3)。因被輸送物體M的慣性力與加速度成正比(F=ma，F是慣性力，m是物體M的質量，a是加速度)。加速度變化過大，會使被輸送物體滑動或跌倒。因此，在起動的初始階段(OP)段，加速過程應比較緩慢；中間的PQ段，為線性加速，加速度為常數；Q點以后，加速度又逐漸下降為0，傳輸帶轉入等速運行，起動完畢。,2019/5/10,致遠控制,33,什么負載以選用半S形起動方式較好？,風機和泵類負載。此類負載的阻轉矩是和速度的平方成正比的(TL=Kn2。TL是阻轉矩，K是常數，n是轉速)。低速時，其阻轉矩很小，起動過程可以適當加快。但當起動到一定轉速(Q點)后，其阻轉矩迅速增加，加速過程應適當減緩。,2019/5/10,致遠控制,34,降速時間和方式,怎樣定義降速時間？ 變頻器設定的降速時間，是指其輸出頻率從最大頻率下降為0所需的時間 降速方式有幾種？ 降速有三種方式，如圖3-4所示。圖3-4a為線性方式；圖3-4b為S形方式；圖3-4c為半S形方式。圖中，td為設定的降速時間。各種降速方式的適用情況也和加速時相同,2019/5/10,致遠控制,35,降速過快會發生什么現象？,降速時，頻率首先下降，旋轉磁場的轉速將低于轉子的轉速，使電機處于發電機(再生)狀態。電動機的動能轉變成了電能，通過逆變橋的續流二極管反饋到直流部分，由制動電阻RB將其消耗掉。 降速過快，制動電阻RB將來不及消耗掉電動機的電能，從而使濾波電容器上的直流電壓過高，導致過電壓。,2019/5/10,致遠控制,36,調試時，怎樣確定降速時間？,首先將降速時間設定得長一些，在電動機降速過程中觀察直流電壓。在直流電壓的允許范圍內，盡量縮短降速時間。,2019/5/10,致遠控制,37,怎樣實現自由制動？,只有當電動機與變頻器之間的連線斷開時，電動機才能自由制動。如圖3-5中當開關K斷開時即可。,2019/5/10,致遠控制,38,在什么情況下需要外接制動組件？,當工作機械要求快速制動，而在所要求的時間內，變頻器內接的制動電阻來不及消耗掉再生電能而使直流部分時，需要加接制動組件，以加快消耗再生產電能的速度。,2019/5/10,致遠控制,39,外接制動組件包括哪些部件？,包括兩個部分：(1) 制動電阻，如圖中RB。 (2) 放電單元 即提供放電回路的晶體管，如圖中之VB。 由廠家提供的制動電阻和放電單元內，通常還附有熱繼電器，其觸點的接法如圖。 由于VB與VB的導通時間不可能一致，而RB與RB并聯后的阻值較小，先導通的晶體管很容易損壞。因此，在接入外接組件時，應將PB和DB間的連線去掉，使RB不接入電路。,2019/5/10,致遠控制,40,如何確定外接制動電阻的阻值？,般可參照說明書提供的數據進行選擇。如需加強制動效果、縮短制動時間，也可以自行試驗確定。 試驗時，大體應掌握以下原則： (1) 制動電流IB不得超過變頻器的額定電流IN。初選時，應按IB(1/31/2)IN來確定制動電阻值； RBUDmax/(1/31/2)IN厖厖厖(3-1) 式中，UDmax是在電源電壓允許波動的范圍內，當再生制動開始時，直流電壓可能出現的峰值。在電源電壓為380V時，UDmax可按695V計算。 (2) 在制動效果得到滿足的前提下，RB的值應盡量選大一些。,2019/5/10,致遠控制,41,多個外接制動組件并用時需注意些什么？,當只用一個外接制動外件不足于滿足所需要的制動效果時，可以使用多個外接組件來加強制動效果。在這種情況下，必須注意： (1) 各外接制動外件之間是并聯的，并聯后的總制動電阻值RBE必須滿足： RBEUDmax/IN (2) 各制動組件上熱繼電器的觸點之間應該串聯,2019/5/10,致遠控制,42,什么是直流制動？,當異步電動機的定子繞組中通入直流電流時，所產生的磁場將是空間位置不變的恒定磁場。 如轉子因慣性而繼續以轉速n旋轉時，轉子繞組里的感應電流以及轉子繞組所受電磁力的方向將形成與n方向相反的制動力矩 。同時，恒定磁場也力圖將轉子鐵心牢牢吸住，進一步促使轉子迅速停下來。這種在定子繞組中通入直流電流而使電機迅速制動的方法稱為直流制動，也叫能耗制動。 在變頻調速系統中，直流制動主要用于消除驅動系統在轉速接近于0時的“爬行”現象,2019/5/10,致遠控制,43,如何設定直流制動？,(1) 開始轉為直流制動時的起始頻率fDB； (2) 施加于定子繞組的直流制動電壓UDB。由于定子繞組的直流電阻很小，故直流制動電壓的調節范圍通常為主電路直流電壓的010%。 (3) 制動時間tDB，tDB不可能和實際制動時間正好一致，為保證制動效果，通常設定得略大一些。 設定fDB和UDB時需遵循哪些原則？ 主要有以下方面： (1) 確保能夠消除驅動系統的“爬行”現象 (2) 直流制動電流不應超過變頻器的額定電流 (3) 制動過程中系統無強烈振動,2019/5/10,致遠控制,44,為什么要設定U/f比？,電機學的分析表明：異步電動機進行變頻調速時，如果其輸入電壓隨頻率同步下降的話，電機輸出軸上的臨界轉矩TK也將有所下降。所得到的機械特性曲線族如圖41所示。這是因為，當電壓隨頻率作同步下降時，定子繞組中的功率損失I12R1并無變化，從而，轉換到轉子軸上的機械功率所占的份額必然減少的緣故 臨界轉矩的減小導致電動機帶負載能力(輸出轉矩)的下降，這當然是不受歡迎的。解決的辦法是在電壓與頻率同步調節(U/f定值，稱為基本U/f比)的基礎上，適當提高電壓，即調整了U/f比。這種方法也叫轉矩補償。,2019/5/10,致遠控制,45,變頻器對U/f比的設置情況如何？,轉矩補償必將引起電機磁路的飽和，因此，在滿足負載要求的前提下，應盡量少補償。為此，各種變頻器都設置了許多擋U/f比，供用戶根據負載的具體情況進行設定。例如日本富士電機公司生產的G7S系列變頻器設置了32種U/f比供用戶選擇，其U/f曲線簇如圖42所示。圖中，曲線 和是針對鼓風機和泵類負載而設置的。這類負載在低轉速時的阻轉矩很小，故非但不必加大U/f比，反可以適當減少U/f比，以進一步節省電能。,2019/5/10,致遠控制,46,調試時如何設定U/f比？,首先，根據負載在最低速時阻轉矩的情況對U/f比進行初選，初選值適當偏小。通電后作帶負載試驗，觀察能否帶得動？ 然后，根據初試情況適當調整U/f比，繼續試驗，直到滿意為止。,2019/5/10,致遠控制,47,什么是基本U/f設定？,電壓隨頻率同步變化時的U/f比，稱為基本U/f比。電動機的額定頻率不同，基本的U/f的比值也各異。圖43中的曲線、和分別是額定頻率為50、60和100Hz時的U/f比。 理論上說，基本U/f比也應與電動機的額定電壓有關，但變頻器的實際輸出電壓是不能調節(也無此必要)的，所以在設定基本U/f比時，并不涉及額定電壓的問題。,。,2019/5/10,致遠控制,48,變頻器怎樣實現點動？,在機械調整過程中，以及金屬切削機床裝上工件后的校整過程中，常常需要“點動、動動”，謂之點動，英語是JOG，也有譯成微動或寸動的。 實現點動的方式主要有兩種： 外接控制 如圖45，在點動接線端JOG與公共端CM之接入按鈕開關即可，大多數變頻器都備有點動接線端 鍵盤控制 部分變頻器在面板上專門配置了點動鍵，進行點動控制。 各類變頻器都具有設定點動頻率的功能。調試時，點動頻率需視機械的具體需要來進行設定?？梢韵仍O定得低一些，再酌情增高。,。,2019/5/10,致遠控制,49,為什么要進行多擋頻率設定？,在機械的程序控制中，不同的程序段常常需要不同的轉速。為此，變頻器可以預先設定多種運行頻率，以滿足用戶的需要。 用戶在進行變頻器的預置設定時，可根據機械的要求，預先設定好若干擋運行頻率，供程序控制時選用,2019/5/10,致遠控制,50,怎樣實現多擋轉速運行？,在變頻器的接線端中，有幾種專用于多擋轉速控制的端子(圖中X1、X2和X3)，由有關的接點X1、X2、X3來進行控制。各接點的狀態與速度擋之間的對應關系如表 在某程序段需要用第三擋速度，則在該程序段令觸點X1、X2接通而X3斷開，變頻器將輸出第三擋頻率,2019/5/10,致遠控制,51,實現多擋轉速運行時，有哪些相關設定？,各擋轉速的升速和降速時間，大多數變頻器都可以設定多擋加速時間和減速時間 正、反轉設定 正、反轉由接點FWD(正轉)和REV(反轉)的狀態來決定 多擋轉速，各擋的加、減速時間以及正、反轉的綜合設定的例子如圖所示。圖中，高電平表示接點接通，低電平表示接點斷開,2019/5/10,致遠控制,52,什么情況下需設定“轉差補償”？,大多數機械都希望當電動機在某一轉速(頻率)下運行的，能夠有效“硬”的機械特性。就是說，當負載轉矩從0增加到TL時，其“速度降落”n應盡量地小，如圖49。對于要求較高的機械，通常需借助于速度反饋來實現上述要求。,2019/5/10,致遠控制,53,怎樣減小驅動系統的噪聲？,在SPWM的脈沖序列中，各脈沖的寬度是由正弦波和三角波的交點來決定的，如圖411。其中，三角波為載波，正弦波為調制波。以功率晶體管(GTR)為逆變管的變頻中，其載波頻率通常在1.5kHz2kHz之間，在電流的高次諧波中，載波頻率的諧波分量較大，并引起鐵心的振動而產生噪聲。 如果噪聲的頻率與驅動系統中某一部分的諧振頻率相一致的話，噪聲將增大。 為了減小由于上述原因引起的噪聲，較新型的變頻器中提供了在一定范圍內調整載波頻率的功能。通常將載波頻率分若干擋，用戶在調試時可通過試驗來確定最佳的載波頻率擋。,2019/5/10,致遠控制,54,變頻器在什么情況下可能出現過電壓？,主要有兩種情況： (1) 電源電壓過高 變頻器一般允許電源電壓向上波動的范圍是10，超過此范圍時，應進行保護。 (2) 降速過快 如果將減速時間設定得太短，在再生制動過程中制動電阻來不及將能量放掉，致使直流回路電壓過高，形成過高壓。 除此以外，由于線路中有電感的原因，在過渡過程中也可能出現時間極短的瞬間過電壓，這種過電壓及其保護，不在本文討論之列。,2019/5/10,致遠控制,55,變頻器怎樣進行過電壓保護？,變頻器的過電壓信號一般是從直流部分取出的。當出現過電壓信號時，微機系統將首先判別是否正在減速？如果是，則自動延長減速時間，減緩制動過程：如還不能使過電壓信號很快消失時，則“跳閘”，以查明原因。 對于電源過電壓，目前市場上的大部分變頻器，一般都沒有穩壓裝置，只能“跳閘”。,2019/5/10,致遠控制,56,欠電壓的原因有哪些？,主要有兩個方面： 1、電源方面 (1) 電源電壓低于額定電壓的10 (2) 電源缺相 2、主電路方面 (1) 整流器件損壞(斷路)：如圖51，如果六個整流二極管中部分損壞，整流后的電壓將下降。 (2) 限流電阻R未“切出”電路。圖51中，電阻R的作用是限制電源剛合閘時，濾波電容C的充電電流的。當濾波電容上的電壓上升到一定程度時，電阻R將被接觸器KA的觸頭或晶閘管VT所短路，從而“切出”電路。 如果KA未動作或其觸頭接觸不良，或晶閘管未導通，使電阻R長時間接入電路，將導致直流側的欠電壓。,。,2019/5/10,致遠控制,57,過流、過載和過熱的保護對象是什么？,過流，是指變頻器過流。即變頻器的輸出電流或直流回路的電流超過了額定值。對于過流保護，變頻器在出廠前已經整定好，用戶一般不能自行設定。 過載，指的是電動機的過載。由于相同的變頻器所帶的電動機容量不一定一樣，電動機所帶負荷的特點也各不相同，故過載保護是由用戶根據電動機及負載的情形來整定的。 過熱保護的范圍較廣，各種變頻器所設置的保護內容不盡一樣。概括起來，有：大功率晶體管過熱、冷卻風扇的電機過熱以及環境溫度過高等。過熱保護也是在出廠前整定好的。,2019/5/10,致遠控制,58,變頻器過流的原因有哪些？,非短路性過流 主要原因有： (1) 電動機嚴重過載 (2) 電動機加速過快 (3) U/f比(轉矩補償)設定過高而電動機處于輕載狀態，這是因為： U/f比高時，電機磁路處于飽和狀態。輕載時，轉子電流小，其“反磁勢”也小，磁路飽和程度加深，電機的勵磁電流有可能增大到大大超過額定電流的程度。,短路性過流 主要原因有： (1) 負載側短路 (2) 負載側接地 (3) 變頻器逆變橋同一橋臂的上下兩晶體管同時導通，形成“直通”。因為變頻器在運行時，同一橋臂的上下兩管總是處于交替導通狀態。在交替導通的過程中，必須保證只有在一個晶體管完全停止后，另一個晶體管才開始導通。但如果由于某種原因(如環境溫度過高)，使元器件參數發生漂移，就可能導致直通。,2019/5/10,致遠控制,59,變頻器如何顯示故障原因？,各種變頻器對故障原因的顯示方法很不一致。大體說來，有兩類三種方式： (1) 用發光二極管顯示 不同的故障原因由各自的發光二極管來顯示。這雖是較為原始的一種顯示方式，但對操作者來說，較易掌握，只須記住哪個燈亮是什么故障即可。 (2) 由數碼顯示屏顯示 又分兩種： 1) 用代碼顯示 不同的故障原因由不同的代碼來顯示。如日本三肯公司生產的SVF系列變頻器中，代碼3表示過載過流；4表示沖擊過流；5表示過壓等等。 2) 用字符表示 針對各種過載原因，用縮寫的英語字符。如過流為OC(over current)：過壓為OV(over voltage)；欠壓為LV(low voltage)；過載是OL(over load)；過熱是OH(over heat)等等。操作者只須稍具英語知識便可一目了然，故新系統變頻器普遍采用這種方式。,2019/5/10,致遠控制,60,測量主電路時，應注意哪些問題？,(1) 測絕緣 首先，應將接至電源和電動機的連線斷開，然后將所有的輸入端和輸出端都接連起來，如圖62。再用兆歐表測量絕緣電阻。 (2) 測電流 變頻器的輸入和輸出電流都含有各種高次諧波成分，故選用電磁式儀表，因電磁式儀表所指示的是電流的有效值。 (3) 測電壓 變頻器輸入側的電壓是網絡的正弦波電壓，可用任意類型的儀表測量；輸出側的電壓是方波脈沖序列，也含有許多高次諧波成份，由于電動機的轉矩主要和電壓的基波有關，故以采用整流式儀表為宜。 (4) 測波形 用示波器測主電路電壓和電流波形時，必須使用高壓探頭。如使用低壓探頭，須用互感器或其他隔離器進行隔離。,。,2019/5/10,致遠控制,61,測量控制電路時，應注意哪些問題？,測量控制電路時，應注意哪些問題？ (1) 儀表選型 由于控制電路的信號比較微弱，各部分電路的輸入阻抗較高，故必須選用高頻(100kW以上)儀表進行測量，如使用數字式儀表等。用普通儀表測量時，讀出的數據將偏低。 (2) 示波器的選型 測量波形時，可使用10MHz的觸波器；如欲測量電路的過渡過程，則應便用200MHz以上的示波器。 (3) 公共端的位置：控制電路有許多公共端(“地端“)，理論上說，這些公共端都是等電位的。但為了使測量結果更為準確，應選用與被測點最為接近的公共端。,2019/5/10,致遠控制,62,如何判斷整流和逆變器件的好壞？,如圖63，主電路的主要接線端有8個：進線端R、S、T；出線端U、V、W；直流正端 P和直流負端N。 表中的黑筆與紅筆是指普通指針形萬用表的表筆；黑筆為電源“，紅筆為電源“。如為數字型萬用表，則相反。,2019/5/10,致遠控制,63,為什么說變頻器的輸入與輸出端絕對不允許接反？,一旦將電源線接到變頻器的輸出端(U、V、W)時，則任意一個送變晶體管(如V 1)因得到信號而導通，都將形成短路，如圖74。所以，在設計變頻器的主電路時，必須絕對避免電源通入輸出端的可能性。,2019/5/10,致遠控制,64,變頻器的輸出端為什么不能接入電容器以改善通入電機的電流波形？,因為變頻器的輸出電壓是矩形脈沖序列，含有很多高次諧波成分。由于電容器在高次諧波下的容抗較小，高次諧波電流較大，這一方面加重了逆變晶體管的負擔，另一方面電容器本身也容易因過熱而損壞。,2019/5/10,致遠控制,65,對控制線的布置有些什么要求？,由于主電路的電流具有較強的高次諧波成分，容易干擾控制電路的工作。所以： (1) 控制線與主電路間的距離應不小于100mm 。 (2) 控制線應互相絞繞，并盡量使用屏蔽線。 (3) 當控制線與主電路交叉時，應盡量垂直相交,2019/5/10,致遠控制,66,聯接地線時應注意什么？,(1) 接地線應量粗一些，接地點與變頻器間的距離應盡量地短。 (2) 變頻器應單獨接地，不要和其他機器共用地線。,。,2019/5/10,致遠控制,67,線圈兩端為什么要接吸收電路？,因為線圈電路在斷開的瞬間，將產生很高的感應電勢，它可以引起控制電路的誤動作，甚至造成損害(如對輸出三極管)。所以，所有線圈(接觸器、繼電器和電磁閥等電磁器件的線圈)兩端都必須吸收電路。接法如圖；交流電路用阻容吸收電路；直流電路也可用阻容吸收電路；直流電路也可用阻容吸收，但更多的則用續流二極管。,2019/5/10,致遠控制,68,程序設定的一般步驟如何？,(1) 首先按下模式轉換開關，使變頻器進入編程模式。 (2) 按數字鍵或數字增減鍵(鍵和鍵)，選擇需進行預置的功能碼。 (3) 按讀出鍵或設定鍵，讀出該功能的原設定數據(或數據碼)。 (4) 如需修改，則通過數字鍵或數字增減鍵來修改設定數據。 (5) 按寫入鍵或設定鍵，將修改后的數據寫入。 (6) 如預置尚未結束，則轉入第二步，對其他功能進行設定；如預置已經完了，則按模式選擇鍵，使變頻器進入運行模式，電動機就可以起動了。 上述各步的流程圖如圖,2019/5/10,致遠控制,69,驅動系統的調試,變頻器輸出端未接電動機之前，應調試哪些內容？ (1) 首先要熟悉變頻器的各種操作。檢驗的方法之一，可任意設定一個加速時間和減速時間，然后令變頻器進入運行狀態并按起動鍵或停止鍵，觀察變頻器是否按所設定的時間“加速“或“減速“。 (2) 如有外接設定和外接儀表，則在通電后進行校準。 電動機輸出軸未接負載前調試些什么？ (1) 觀察基本操作的實施情況，如起動、停止、反轉及點動等，并注意“正轉“方向是否正確。 (2) 如果是多擋轉速的程序控制系統的話，則應在空車狀態下讓程序控制運行一遍，觀察各程序段的工作是否準確。 電動機帶負載運行時，應注意觀察和調整哪些項目？ (1) 將加、減速時間調整到最佳位置。原則是：在不過流或不過壓的前提下，盡量縮短加、減速時間。 (2) 調整U/f比：在最低頻時帶負載能力滿足要求前提下，盡量減小U/f比。 (3) 觀察當負載最大的電動機電流及其持續時間，是否在變頻器正常工作的允許范圍內。 (4) 在工作頻率范圍內緩慢地進行調節，觀察機器是否有劇烈振動的現象，以確定是否需要設定回避頻率以及回避頻率的大小和寬度。,2019/5/10,致遠控制,70,怎樣描述電動機的帶載能力？,一般情況下，電動機的帶載能力由額定轉矩TMN來描述。由于只有一擋轉速，故也可以額定功率P MN來描述。兩者之間的關系是： PMNTMNnMN/9550(8-1) 式中：TMN額定轉矩，Nm nMN額定轉速，r/s PMN額定功率，kW 變頻時，對應于每一擋頻率fx，電動機都有一個允許長時間輸出的有效轉矩T MX。將不同頻率下的有效轉矩聯接成線，即為電動機在變頻后的帶載能力線，或稱作有效轉矩線。,2019/5/10,致遠控制,71,什么是平方律負載？,阻轉矩與速度的平方成正比的負載稱為平方律負載。其典型代表是風機和泵類(羅茨鼓風機和油壓泵除外)。其機械特性方程是： TLTLOK LnL2 K LnL2(8-6) 式中，TL、n L分別是負載的轉矩和轉速 T LO是損耗轉 矩 K L常數 所得機械特性曲線如圖84中之曲線 。,2019/5/10,致遠控制,72,變頻調速系統和平方律負載配用時，應如何調試？,(1) 最高頻率fmax 平方律負載在額定轉速以上運行時，阻轉矩將增加很多，非但電機嚴重過載。負載本身的機械強度也不允許。所以其最高工作頻率不允許超過額定頻率： fmax f N(8-7) (2) U/f比 由于平方律負載在低速時的阻轉矩很小，即使在基本U/f比時，電機的有效轉矩(圖84中之曲線) 仍比負載轉矩大得多。所以，許多變頻器提供了12條比基本U/f比更低的U/f比曲線，供用戶選擇。 (3) 升速與降速方式 以選用半s方式為宜，低速時，由于阻轉矩小，升(降)速可適當地快一些；速度漸高，阻轉阻迅速加大，升(降)速應逐漸放慢，如圖85。 (4) 升速與降速時間 平方律負載大多屬于長期穩定的負載，對升速和降速時間一般沒有嚴格的要求，故可適當沒設長一點。,2019/5/10,致遠控制,73,為什么說平方律負載應用了變頻調速后，節能效果特好？,平方律負載調速的主要目的是為了調節液體或氣體的流量。用調節閥門的方法來實現時，電動機的輸出功率減小得十分有限，而采用調節轉速的方式來實施時，由(8-1)式和(8-6)式知，負載消耗的功率為： PLTLnL/9550=KPLnL3 可見，PL與n L的三次方成正比(式中，KPL為常數)。 設nLn LN/2，則：P=PLN/8。節能效果由此可見。,2019/5/10,致遠控制,74,變頻調速應用于恒轉矩負載時，應注意哪些問題？,恒轉矩負載的主要特點是什么？ 主要特點是：當轉速改變時，負載的阻轉矩基本保持不變： TL const,(2) U/f比 這是調試工作中比較關鍵的一環，基本原則是：在最低頻率時(1) 頻率范圍 由于在額定頻率以上調節時，電動機的轉矩將下降很多，與恒轉矩的要求不符，故只能在額定頻率以下進行調節。 也能帶動負載的前提下，盡量降低U/f比。一般來說，調速范圍越密，最低頻率越低，U/f比設定得越大。 (3) 升速與降速 恒轉矩負載的類型較多，各種類型的差異較大，應根據具體情況來進行設定，不能一概而論。,2019/5/10,致遠控制,75,變頻調速用于恒功率負載,恒功率負載的典型代表是：主運動為旋轉運動的金屬切削機床，如車床、銑床、磨床等。其工作特點主要有： (1)在不同轉速下，允許的最大切削速度(線速度)是相同的。因此，當工件(或切具)的直徑較大時，轉速應較低，而切削時的阻轉矩則是增大的。結果是切削功率P L維持不變。 (2)轉矩和轉速間的關系是： nL=9550PL/TLKLT/TL(8-10) 其機械特性為雙曲線，如圖86。該曲線上任意一點的TLnL乘積都是相等的，如圖中之面積OABC和OABC。 (3)速度選定后，在切削過程中是不進行調速的。因此，其無級調速的概念是：能夠得到任意的速度，而不是在工作過程中任意地變更速度。這一特點變頻調速和機械調速的配合使用提供了方便。,2019/5/10,致遠控制,76,干擾的產生與傳播情況如何？,變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多的高次諧波成分(輸出電流波形見前)，除上述的能構成電源無功損失的較低次諧波外，也還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其他設備的干擾信號。 干擾信號的傳播方式主要有以下幾種： (1) 空中輻射方式 (2) 電磁感應方式，即通過線間電感而感應 (3) 靜電感應方式，即通過絲間電容而感應 (4) 線路傳播方式，主要通過電源網絡而傳播,2019/5/10,致遠控制,77,干擾信號可能產生哪些后果？,當變頻調速系統的容量足夠大時，所產生的高頻信號將足以對周圍各種電子設備的工作形成干擾，其主要后果有： (1) 影響無線電設備的正常接收。 (2) 影響周圍機器的正常工作，使它們因接受錯誤信號而產生誤動作，或因影響傳感電路的檢測精度而引起判斷失誤。,2019/5/10,致遠控制,78,IGBT及其變頻器有哪些主要優點？,由于IGBT把GTR和功率場效應管的特點結合起來了，從而兼備了兩者的優點： (1) 具有較強的對電壓和電流的承受能力(和GTR一樣) (2) 輸入阻抗高，故驅動電路的功率小，可由IC(集成電路)直接驅動(和功率場效應管一樣)。 (3) 最高工作頻率(變頻器的載波頻率)介于GTR和功率場效應管之間，達1520kHz。 (4) 安全工作區較寬。 130、用IGBT作逆變管的變頻調速器有些什么優點？ (1) 由于載波頻率可達15kHz左右，故： 1) 電機運行的噪聲小； 2) 電流的連續性好，諧波成分小，從而對其他設備的干擾小。 (2) 由于安全工作區較寬，故過載能力強。,2019/5/10,致遠控制,79,變頻器配置了哪些操作鍵？,各種變頻器對操作鍵的配置及各鍵的名稱差異很大，歸納起來，有以下幾類： (1) 模式轉換鍵：用來更改工作模式。常見的符號有：MOD(Mode)、PRG(Program)等。 (2) 增減鍵：用于增加或減小數據。常見符號是或、或。有的變頻器還配置了橫向移位鍵( 或 )，用以加速數字的更改。 (3) 讀出、寫入鍵：在編程設定模式時，用于“讀出”和“寫入”數據碼。讀出和寫入兩種功能，有的用同一個按鍵來完成，也有的分別用不同的鍵來完成。常見的名稱有：READ、WRITE、SET、DATA等。 (4) 運行操作鍵：在按鍵運行模式下，用來進行“運行”、“停止”等操作。主要有：RUN(運行)、FWD(正轉)、REV(反轉)、STOP(停止)、JOG(點動)等。 (5) 復位鍵：用于在故障跳閘后，使變頻器恢復成正常狀態。鍵的名稱是：RESET。 (6) 數字鍵：有的變頻器配置了“09 ” 和小數點“”等數字鍵。在設定數據碼時，可直接鍵入所需的數據。,2019/5/10,致遠控制,80,變頻器有幾種運行模式？,變頻器有幾種運行模式？ 主要有兩種： (1) 按鍵操作模式：即通過按鍵操作用來控制電動機的運行和停止。 (2) 外控運行模式：即通過外接控制信號如：電位器：010V電壓信號，420mA電流信號等來完成對電動機的運行操作。 究竟用哪種模式，是在編程設定時預先設定好了的。,2019/5/10,致遠控制,81,按鍵操作板拔掉后，變頻器能否運行？,在下列條件下，按鍵操作板可以拔掉： (1) 對各種功能的預置設定已經進行完畢。 (2) 在預置設定時，已經設定為外控運行模式。 (3) 經試運行證明，外控運行正常。 按鍵操作板拔掉(有的變頻器是不能拔的)后，接口處應用絕緣物封住,2019/5/10,致遠控制,82,按鍵操作板能否移至操作方便的地方？,可以的。但一般說來，須向生產變頻器的公司購買專用的接口和電纜。各公司所用的接口互相間常常是不能互換的。,2019/5/10,致遠控制,83,異步電動機調速時難以控制的原因是什么？,主要原因有： (1) 勵磁電流和負載電流都在定子回路內，無法分開。 (2) 定、轉子電流都是周期性變化的時間矢量，而定、轉子磁通又是繞轉的空間矢量，難以準確地進行控制。,2019/5/10,致遠控制,84,矢量控制的基本構思是怎樣的？,由電動機原理知，異步電動的三相旋轉磁場系統可以等效地變換成一個旋轉的直流磁場系統。它有兩個其磁場互相垂直的獨立直流電路，電流分別為iM和i T。iM是勵磁電流；i T是轉矩電流，相當于直流電機的電樞電流。這樣的系統猶如一臺旋轉著的直流電動機，從而可以和直流電動機一樣地進行控制。 控制的大致設想如圖由控制器將給定信號分解成直流勵磁信號iM*(*號表示控制信號)和轉矩信號電流信號i T*；然后經“直/交變換”，得到二相交流控制信號ia*和i B*；又經“2/3變換”，得到三相交流的控制號iA*、iB*、i C*，去控制逆變電路中的三相電流。 電流反饋用于反映負載的情況，使直流信號中的轉矩分量iT*能隨負載而變，從而模擬出和直流電動類似的工況。速度反饋則主要用于使電動機具有很硬的力學特性。,2019/5/10,致遠控制,85,什么是無反饋矢量控制？,”無反饋“的真正含義是：不需要在變頻器的外部設置反饋環節。 電流反饋過程完全可在變頻器內部實現。由于新系列變頻器已能夠根據負載電流的大小和相位進行充分的轉差補償，使電動機具有足夠硬的力學特性，對于大多數用戶來說，已能滿足要求，不再需要在變頻器外部調置反饋環節了。對于少數對轉速精度要求極高的場合，速度反饋仍是必要的。,2019/5/10,致遠控制,86,矢量控制時，頻率顯示常常很不穩定是正?，F象嗎？,除同步電動機以外的電機調速系統，所得到的很硬的力學特性，是從負載側看去的一種宏觀效果。實際上，電動機的基本力學特性并沒有變，當負載變化時，通過反饋等手段，令電動機的力學特性平行移動，便獲得了輸出轉速基本不變的效果，如圖132所示。圖中，曲線是電動機在額定負載時的基本力學特性；曲線和分別是負載減輕和加重時的實際力學特性；曲線便是負載所得的宏觀力學特性。 在異步電動機變頻調速系統中，雖然還有調整U/f比(轉矩補償)等輔助手段。但是，使力學特性平移，依然是提高負載側宏觀力學特性硬度的主要手段。而力學特性的平移，又是通過改變電動機的工作頻率而實現的。所以，在運行過程中，變頻調速器的頻率顯示不停地隨同載而變動，便是完全正常的了。,2019/5/10,致遠控制,87,變頻調速系統能否長時間在低速情況下運行？,這和電動機的種類有關：如果是變頻調速的專用電機，則長時間低速運行不存在任何問題。如果是普通電機，則因為低速時