王老師老師課內(nèi)容前言《變頻器發(fā)展簡介》第1章《變頻器控制模式和容量的選擇》第2章《變頻器基本功能》第3章《工程應(yīng)用》第4章《變頻器安裝及接線》第5章《變頻器故障診斷》第6章《變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)》第7章《變頻器測量與維修》2講課內(nèi)容前言《變頻器發(fā)展簡介》2前言-變頻器發(fā)展簡介1.變頻器的發(fā)展歷程19世紀末發(fā)明了三相交流電和三相異步電動機，60—70%的電能被各種電動機所利用，其中80%的電能被交流電動機所利用，20%的電能被直流電動機所利用。直流電動機結(jié)構(gòu)復雜，用電刷導電，但調(diào)速性能良好，在近百年間直流電動機在調(diào)速領(lǐng)域一統(tǒng)天下。三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但調(diào)速困難。3前言-變頻器發(fā)展簡介1.變頻器的發(fā)展歷程3前言-變頻器發(fā)展簡介人們早就知道交流電動機改變頻率可以調(diào)速，但因技術(shù)問題難以實現(xiàn)。進入20世紀70年代，電力電子和微電子技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，為變頻器的誕生奠定了基礎(chǔ)。就在此時，中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，一場石油危機席卷全球，節(jié)約能源成了當務(wù)之急。人們首先發(fā)現(xiàn)風機和泵類是用異步電動機恒速拖動，用閥門和擋板控制流量，浪費極大。如果采用調(diào)速控制，可以大大節(jié)約電能。由于有了物質(zhì)基礎(chǔ)和社會需要，第一代模擬控制變頻器誕生了。用在風機和水泵上，節(jié)能高達20%—40%。前言-變頻器發(fā)展簡介人們早就知道交流電動機改變頻率可以調(diào)速，4前言-變頻器發(fā)展簡介2.現(xiàn)代變頻器的特點現(xiàn)在的變頻器早已經(jīng)由模擬控制發(fā)展為計算機控制，而計算機控制可以進行功能預置、聯(lián)網(wǎng)控制，使它的應(yīng)用范圍越來越廣。已經(jīng)由最初的單機調(diào)速，發(fā)展為現(xiàn)在的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；聯(lián)網(wǎng)控制；組成柔性控制系統(tǒng)等。它是目前最好的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)，目前還沒有任何一種交流調(diào)速系統(tǒng)能取代變頻器。它在很多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取代了直流電動機，使控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。5前言-變頻器發(fā)展簡介2.現(xiàn)代變頻器的特點5前言-變頻器發(fā)展簡介3.變頻器應(yīng)用節(jié)能應(yīng)用：仍然是變頻器應(yīng)用的目的之一，主要應(yīng)用于風機和泵類負載。在其他應(yīng)用領(lǐng)域，當輸出電壓比額定電壓低時，也具有節(jié)能效果。工藝控制應(yīng)用：為了滿足負載的調(diào)速要求而采用變頻調(diào)速。他可提升產(chǎn)品質(zhì)量、減輕人工勞動強度、提高生產(chǎn)效率和成品率。柔性控制應(yīng)用：在復雜的傳動流水線上，多臺電動機由變頻器驅(qū)動，而變頻器由上位機控制，組成無人操作的自動化流水線。6前言-變頻器發(fā)展簡介3.變頻器應(yīng)用6前言-變頻器發(fā)展簡介4.變頻器的發(fā)展趨勢1）向?qū)Ｓ眯头较虬l(fā)展專用變頻器是變頻器的發(fā)展方向，是根據(jù)某種具體應(yīng)用專門設(shè)計。具有安裝調(diào)試方便、成本低等優(yōu)點。2）向多用途方向發(fā)展優(yōu)化控制技術(shù)：變頻器已由最初的U/f模擬控制，發(fā)展為轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等多種控制方式，應(yīng)用更加方便。向高壓、大容量方向發(fā)展大容量、高耐壓開關(guān)器件的開發(fā)，為高壓變頻器奠定了基礎(chǔ)。發(fā)電廠、煉鋼，供排水公司等，所用的10kV高壓變頻器，容量有的已超過幾千KVA。7前言-變頻器發(fā)展簡介4.變頻器的發(fā)展趨勢7前言-變頻器發(fā)展簡介3）向智能化、個性化方向發(fā)展智能IC卡參數(shù)的存取方式；PDA（個人數(shù)字助理）界面，采用PDA界面的變頻器，省去了變頻器與計算機之間的布線，可直接在PDA上進行參數(shù)編程、故障診斷和數(shù)據(jù)監(jiān)視。如施耐德的ATV71變頻器。高功率變頻器模塊的立體封裝形式，立體封裝形式已能將IGBT、電流電壓溫度傳感器、保護回路、直流回路、散熱裝置和強制風冷的電路組合在一起。冷卻效果好，功率密度高。前言-變頻器發(fā)展簡介3）向智能化、個性化方向發(fā)展8前言-變頻器發(fā)展簡介5.本課程的任務(wù)我們工作在現(xiàn)場的變頻器技術(shù)人員主要任務(wù)是：1）根據(jù)本企業(yè)的要求能正確的設(shè)計、選用、安裝、調(diào)試變頻器；2）能正確使用變頻器，能進行日常的變頻器維護維修工作。3）能根據(jù)故障現(xiàn)象分析確診變頻器控制系統(tǒng)的故障范圍，并能排除變頻器的非硬件故障和外圍電路故障。前言-變頻器發(fā)展簡介5.本課程的任務(wù)9第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1電動機與變頻器1.1.1變頻器與電動機的關(guān)系變頻器從輸入端看：輸入的是工頻三相交流電；從輸出端看：輸出的是頻率和電壓可調(diào)的交流電，控制電動機工作。變頻器是電動機和電源之間的一個中間控制環(huán)節(jié)，變頻器和電動機要匹配，變頻器的輸出特性和功能參數(shù)必須與電動機的工作特性相吻合。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1電動機與變頻器10第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.2三相異步感應(yīng)交流電動機的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場現(xiàn)象：用手轉(zhuǎn)動馬蹄形磁鐵籠型轉(zhuǎn)子就會跟著一起旋轉(zhuǎn)。

原理：在轉(zhuǎn)動馬蹄形磁鐵時，磁鐵和籠型轉(zhuǎn)子有了相對運動，籠型轉(zhuǎn)子導線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流；該電流又和旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生感應(yīng)電磁力，該電磁力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，隨著磁場的轉(zhuǎn)動方向而轉(zhuǎn)動。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.2三相異步感應(yīng)交11第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)速差Δn轉(zhuǎn)子要想隨著旋轉(zhuǎn)磁場一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場必須維持一定的轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)子導線中才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，由感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子才能轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)速差是電動機正常工作的保證。實驗證明，在額定轉(zhuǎn)矩情況下，轉(zhuǎn)速差Δn和轉(zhuǎn)矩T成正比。即

Δn

∝T轉(zhuǎn)速差為：式中，Δn——轉(zhuǎn)速差，單位r/nim

n1——旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，單位r/nim

n——電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位r/nim第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)速差Δn12第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機的旋轉(zhuǎn)磁場3.電動機旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)速1）旋轉(zhuǎn)磁場第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機的旋轉(zhuǎn)磁場3.電動機13第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速即p=1：電流變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場正好在空間轉(zhuǎn)過一周。對50Hz工頻交流電而言，旋轉(zhuǎn)磁場每秒在空間旋轉(zhuǎn)50周，n1=60f1=60×50r/min=3000r/min。

p=2：電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場只轉(zhuǎn)過0.5周，比磁極對數(shù)p=1情況下的轉(zhuǎn)速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。p=3：電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場僅旋轉(zhuǎn)了1/3周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此類推，當旋轉(zhuǎn)磁場有p對磁極，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為式中，f1——電源頻率，單位Hz,

P——磁極對數(shù)，P=1,2,3….第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速14第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.轉(zhuǎn)差率s轉(zhuǎn)速差是一個絕對差值（在額定狀態(tài)），對于一臺具體的電動機，有一個確定的Δn。為了表示轉(zhuǎn)速差和同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系，我們?nèi)”戎?/p>

S—轉(zhuǎn)差率，是分析電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的一個重要公式。5.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差頻率f2當電動機的轉(zhuǎn)速差為Δn時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差頻率為f2，f2也是轉(zhuǎn)子導線感應(yīng)電流的頻率，其值為第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.轉(zhuǎn)差率s15第一章：變頻器控制模式和容量的選擇例一：有一4極和6極電動機，功率均為7kW，轉(zhuǎn)速分別為1460r/min和970r/min，請計算兩電動機的額定轉(zhuǎn)差頻率和額定轉(zhuǎn)矩。當電動機啟動時，頻率上升到多少Hz時電動機達到額定轉(zhuǎn)矩。解：1)4極電動機的轉(zhuǎn)速差為（1500—1460）r/min=40r/min，轉(zhuǎn)差頻率為f=P△n/60=2×40/60=1.33Hz

2）4極電動機的額定轉(zhuǎn)矩為根據(jù)功率公式有：TM=9550P/n=9550×7/1460=46N.m即變頻器的頻率從0上升到1.33Hz時，電動機轉(zhuǎn)子達到額定轉(zhuǎn)矩46N.m。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇例一：有一4極和6極電動機16第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3)6極電動機的轉(zhuǎn)速差為△n=（1000—970）r/min=30r/min轉(zhuǎn)差頻率為f2=P△n/60=3×30/60=1.5Hz

4）6極電動機額定轉(zhuǎn)矩為

TM=9550P/n=9550×7/970=69N.m當變頻器的頻率從0上升到1.5Hz時，電動機轉(zhuǎn)子達到額定轉(zhuǎn)矩69N.m。當變頻器的頻率上升到1.5Hz時，如果此時電動機的負載轉(zhuǎn)矩小于69N.m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；如果負載轉(zhuǎn)矩大于69N.m，此時轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3)6極電動機的轉(zhuǎn)速差為17第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩（電流）特性曲線1）由特性曲線可見，當電動機的同步轉(zhuǎn)速n1下降時，電動機的輸出轉(zhuǎn)速下降，但△n不變，當n1=△n，電動機輸出轉(zhuǎn)速n=0，電動機輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩TN。2）當轉(zhuǎn)矩在額定值左右變化時，△n也在額定值左右變化。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩（電流）18第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例1：有一高爐上料小車，電動機工作在額定轉(zhuǎn)矩狀態(tài)。為了防止停止時小車下滑，采用機械抱閘機構(gòu)。該系統(tǒng)采用4極電動機，n=1460r/min；設(shè)置變頻器抱閘頻率為3Hz時，電動機起動時過流跳閘，設(shè)置為0.5Hz時，制動時有溜鉤現(xiàn)象。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例1：有一高爐上料小車，19第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例分析：電動機額定轉(zhuǎn)速差：額定轉(zhuǎn)差頻率f2：因為電動機Δn

∝T，而T

∝I，則電動機的轉(zhuǎn)差頻率正比于定子額定電流，即f2∝I，當上升f2，I上升；當f2下降，I下降。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例分析：20第一章：變頻器控制模式和容量的選擇變頻器的輸出頻率為1.33Hz時電動機達到額定轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該松閘，當變頻器輸出頻率為3Hz時，電動機的轉(zhuǎn)矩大大高于了額定轉(zhuǎn)矩，故引起過流跳閘。當頻率低于1.33Hz，電動機轉(zhuǎn)矩已小于額定轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生溜鉤。電動機如果有抱閘系統(tǒng)，抱閘(松閘)頻率理論上應(yīng)等于轉(zhuǎn)差頻率，抱閘頻率設(shè)置高，起動過流，松閘頻率設(shè)置低，停機有溜鉤現(xiàn)象。因為電動機在低速時轉(zhuǎn)矩不足，抱閘(松閘)頻率要比理論值稍高一些，但不能高出很多。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇變頻器的輸出頻率為1.3321第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.3三相異步電動機的電磁特性與基本U/f控制給三相異步電動機的定子繞組加上電源電壓U1后，繞組中便產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E1，根據(jù)電動機理論，E1的表達式為：E1=4.44K1N1f1Φm

式中,E1——定子繞組的感應(yīng)電動勢有效值。

K1——定子繞組的繞組系數(shù)，K1<1，為常數(shù)。

N1——定子每相繞組的匝數(shù)。為常數(shù)。

f1——定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率，即電源的頻率。

Φm——旋轉(zhuǎn)磁場的主磁通,大小和定子電流成正比，為了保證電動機工作在額定電流狀態(tài)，Φm也為常數(shù)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.3三相異步電動22第一章：變頻器控制模式和容量的選擇由于ΔU很小，當U1較高時，ΔU可忽略，有U1

≈E1=4.44K1N1f1Φm式中，K1、N1、Φm均為常數(shù)，上式可改寫為：

為了保持等式右邊為常數(shù)，如果改變f1，U1也必須同時改變。

U1上升，f1上升，U1下降，f1下降，即U1/f1=常數(shù)，這就是變頻器的基本U/f控制模式。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇由于ΔU很小，當U1較高時23第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.4三相異步電動機變頻調(diào)速1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速電網(wǎng)50Hz交流電稱為基頻，在50Hz以下調(diào)速時，稱為基頻以下調(diào)速。基頻以下調(diào)速具有恒磁通特性。由于Φm恒定，電磁轉(zhuǎn)矩Tm恒定，電動機屬于“恒轉(zhuǎn)矩”調(diào)速。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.4三相異步電動機24第一章：變頻器控制模式和容量的選擇當?1較低時，U1亦較低，電阻R1上的電壓已不可忽略，它使定子電流下降，從而使Φm減小，這將引起低速時的輸出轉(zhuǎn)矩減小（見圖）。轉(zhuǎn)矩補償：為補償?shù)退贂r轉(zhuǎn)矩不足，在低頻時提升定子電壓U1，補償曲線如下圖中曲線“2”。所有變頻器都有轉(zhuǎn)矩補償功能。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇當?1較低時，U1亦較低，25第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2．基頻以上的變頻調(diào)速當電動機工作在基頻（額定頻率）以上時，由于電動機不能超過額定電壓運行，所以頻率在額定值以上升高時，定子電壓不變，保持在額定值。Φm隨著?1的升高而下降，電動機的轉(zhuǎn)矩亦隨著頻率的升高而下降。因為電動機輸出功率為p=nT轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩下降，乘積不變，即基頻以上的變頻調(diào)速屬于“恒功率”調(diào)速。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2．基頻以上的變頻調(diào)速26第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.應(yīng)用選擇1）基頻以下調(diào)速絕大部分傳動系統(tǒng)采用基頻以下調(diào)速方式。由于該傳動方式電動機輸出轉(zhuǎn)矩恒定，當轉(zhuǎn)速下降時，電動機的輸出功率下降。為了充分利用電動機的容量，當負載的轉(zhuǎn)速較低時，要考慮通過減速器提高電動機的轉(zhuǎn)速，以提高電動機的輸出功率，降低電動機和變頻器的功率裕量。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.應(yīng)用選擇27第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）基頻以上調(diào)速當負載為高速設(shè)備或恒功率調(diào)速負載，可考慮變頻器超頻工作。如內(nèi)圓磨床的磨頭電動機，轉(zhuǎn)速在每分鐘上萬轉(zhuǎn)，可采用變頻高速電動機驅(qū)動，簡化傳動環(huán)節(jié)。還有一類負載，即需要電動機調(diào)速，又需要電動機功率恒定。如變速車床，在調(diào)速的過程中要保持電動機輸出功率不變，這種場合也可采用超頻工作。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）基頻以上調(diào)速28第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例2：有一車床調(diào)速系統(tǒng)，主軸轉(zhuǎn)速400—600r/min，消耗功率4.5kW(恒功率負載)，請選擇調(diào)速方案。案例分析：選擇6極5kW電動機，電動機額定轉(zhuǎn)速960r/min。當電動機輸出額定轉(zhuǎn)速時，主軸轉(zhuǎn)速為400r/min，傳動比=960/400=2.4(為降速傳動機構(gòu))。當主軸轉(zhuǎn)速為600r/min時，電動機的轉(zhuǎn)速為：600r/min×2.4=1440r/min。即電動機超頻工作。因電動機超頻工作時輸出為恒功率，所以車床主軸在400—600r/min變化時可得到恒功率。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例2：有一車床調(diào)速系統(tǒng)，29第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.5三相異步電動機的機械特性電動機的機械特性就是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。當電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩在額定值附近變化時，基本上成正比關(guān)系，即

Δn

∝T1.電動機有較強的機械硬度當轉(zhuǎn)矩大范圍變化時，轉(zhuǎn)速的變化范圍較小，速度穩(wěn)定性好。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.5三相異步電動30第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.有較強的過載能力TN為額定轉(zhuǎn)矩，TM為最大轉(zhuǎn)矩，過載能力定義為：

λ=TM/TNλ—過載能力，一般為1.8—2.2倍。當負載轉(zhuǎn)矩大于λ，電動機堵轉(zhuǎn)。3.起動轉(zhuǎn)矩變頻器因為低頻起動，起動轉(zhuǎn)矩TST可達最大轉(zhuǎn)矩TM。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.有較強的過載能力31第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.電動機機械特性應(yīng)用1）機械特性較硬因為機械特性較硬，可廣泛應(yīng)用于對轉(zhuǎn)速精度要求不高的開環(huán)控制(變頻器基本U/f開環(huán)控制)。2）電動機和變頻器容量的選擇在波動或沖擊性負載，電動機的容量可以按負載的平均功率選取(最大沖擊負載不能使電動機堵轉(zhuǎn))；但變頻器的容量按負載的瞬時沖擊功率選取，且容量不能大于電動機容量的2倍(因λ=

1.8—2.2倍)。3）因為電動機存在轉(zhuǎn)速差Δn，轉(zhuǎn)速n隨負載轉(zhuǎn)矩T的變化而變化，在速度精確控制中要引入反饋環(huán)節(jié)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.電動機機械特性應(yīng)用32第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例3：有一30kW負載設(shè)備，工作電流58A，為沖擊性負載。沖擊電流峰值達110A(作用時間10—30s)，請選擇電動機和變頻器容量。電動機選擇：因為電動機有2倍的過載能力，容量按平均電流選取，取30kW。變頻器選擇：變頻器因為過載能力差(150%，時間20—30s)，按瞬時功率選。選60kW。圖沖擊性負載第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例3：有一30kW負載設(shè)33第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機

第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機34第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特點：轉(zhuǎn)子導線電阻很小，電動機的機械特性很硬，廣泛用于各種傳動中。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特點：35第一章：變頻器控制模式和容量的選擇5.繞線式轉(zhuǎn)子第一章：變頻器控制模式和容量的選擇5.繞線式轉(zhuǎn)子36第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特性：電動機的轉(zhuǎn)子電阻可調(diào)，通過改變轉(zhuǎn)子電阻，可改變電動機的機械特性。應(yīng)用：取得最大起動轉(zhuǎn)矩，進行調(diào)速；利用下垂特性平衡多臺電動機驅(qū)動同一負載的輸出轉(zhuǎn)矩。缺點：轉(zhuǎn)子電阻消耗大量的電能，操作復雜，故障率高。該電動機廣泛用于橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特性：37第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.變頻器專用電動機1）變頻器在進行變頻調(diào)速時，電動機的轉(zhuǎn)速有時很低。因為電動機是通過自身風冷散熱，低速時因電流不減，發(fā)熱量不減，電動機發(fā)熱嚴重(變頻器輸出頻率低于40Hz時，電動機散熱能力下降一半)。2）由于變頻器輸出的是PWM波，對電動機的耐壓有更高要求。3）變頻電動機特點：采用籠型結(jié)構(gòu)，裝有專用軸流風機，保證電機在不同轉(zhuǎn)速下均有較好的冷卻效果電機經(jīng)過抗環(huán)境腐蝕設(shè)計能夠保持較長壽命。配置深溝槽滾球軸承使得電機壽命大大延長。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.變頻器專用電動機38第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）專用電動機選擇①工作頻率高于50Hz，到高達100Hz。②工作頻率低于40Hz以下，嚴重散熱不良時。③調(diào)速比大于或等于10，且頻繁變化。④因傳動需要，更適合用專用電動機的場合。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）專用電動機選擇39第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2變頻器的控制模式1.2.1變頻器的分類按變換環(huán)節(jié)分：交-直-交型和交-交型按改變變頻器輸出電壓的方法分：PAM型和PWM型2.按電壓的等級分：低壓變頻器和高壓大容量變頻器。類型有高-低-高型和直接高壓型。3.按濾波方式分：電流型和電壓型。4.按用途分：專用型通用型高頻變頻器。5.按輸入電源分：單相變頻器和三相變頻器。6.按內(nèi)部控制模式分：U/f正弦脈寬調(diào)制模式、轉(zhuǎn)差頻率控制模式、矢量控制模式和直接轉(zhuǎn)矩控制模式變頻器第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2變頻器的控制模式40第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.2基本U/?控制模式問題的提出：在工程中，有些負載需要調(diào)速，但速度控制精度要求不高。如攪拌機，工作時需要改變速度的大小和方向，但對速度的精度沒有要求。這一類負載變頻器可以開環(huán)控制，連接方法見下圖。控制特點：基本U/?變頻器通過壓頻變換器使變頻器的輸出電壓與輸出頻率成比例的改變，即即控制U/?=常數(shù)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.2基本U/?控制41第一章：變頻器控制模式和容量的選擇

性能特點：性價比高，輸出轉(zhuǎn)矩恒定即恒磁通控制，但速度控制的精度不高。適用于對速度精度要求較低的場合。低頻穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)矩不足，低速運行時需要進行轉(zhuǎn)矩補償。該變頻器為開環(huán)控制，安裝調(diào)試很方便，能滿足很多場合的應(yīng)用。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇性能特點：性價比高，42第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.3轉(zhuǎn)差頻率控制模式（又稱U/f閉環(huán)控制變頻器）1.問題的提出：在過程控制中，需要電動機的轉(zhuǎn)速與電動機的控制物理量成比例。如恒壓供水控制，為了保證水泵的壓力恒定，當用水量大造成壓力下降時，要控制水泵加速；當用水量少造成壓力升高時，要控制水泵減速。水泵的升速或減速必須將壓力信號反饋給變頻器，變頻器才能根據(jù)反饋的壓力信號對水泵的轉(zhuǎn)速進行控制。由此可見，變頻器要想進行過程閉環(huán)控制，其內(nèi)部要設(shè)置閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，外部要設(shè)閉環(huán)反饋輸入端子。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.3轉(zhuǎn)差頻率控制43第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)差頻率控制原理變頻器在進行過程控制中，改變電動機的轉(zhuǎn)速是通過控制轉(zhuǎn)差頻率實現(xiàn)的。控制原理：電動機由于存在轉(zhuǎn)速差Δn，且轉(zhuǎn)速差Δn和轉(zhuǎn)矩T成正比，當改變變頻器的輸出頻率，使變頻器的轉(zhuǎn)速差Δn改變時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩T改變，電動機的輸出轉(zhuǎn)速改變。就是通過控制變頻器的轉(zhuǎn)差Δn，來控制電動機的轉(zhuǎn)矩，達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。這就是轉(zhuǎn)差頻率控制原理。由于轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動機的轉(zhuǎn)速，因此必須閉環(huán)控制。在變頻器內(nèi)部，我們就是通過給定信號和反饋信號的比較差值，來控制變頻器的Δn，即控制變頻器的輸出頻率。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)差頻率控制原理44第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制(PID控制)1)電路結(jié)構(gòu)變頻器內(nèi)設(shè)：比較電路和PID控制電路，處理目標信號和反饋信號以及加減速時間的控制。變頻器外設(shè)：目標量給定端子和反饋端子，信號轉(zhuǎn)換傳感器。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制(P45第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）工作原理我們設(shè)定一個目標量(等同于設(shè)備想得到的壓力值的電信號)，傳感器將設(shè)備的壓力按比例轉(zhuǎn)化為電信號，反饋回變頻器，反饋量和目標量進行比較：當反饋量小于目標量，變頻器控制Δn上升，轉(zhuǎn)矩隨之上升，電動機的轉(zhuǎn)速隨之上升；反之，Δn下降，轉(zhuǎn)矩隨之下降，電動機的轉(zhuǎn)速隨之下降。使電動機的實際轉(zhuǎn)速按給定目標量的要求轉(zhuǎn)動(反饋閉環(huán)控制，反饋信號取自什么量，就穩(wěn)定什么量).第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）工作原理46第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3）PID控制可以穩(wěn)定過程量、也可以穩(wěn)定電動機轉(zhuǎn)速PID進行過程量控制，可以穩(wěn)定過程量。傳感器采用模擬傳感器，將壓力、速度等物理量轉(zhuǎn)化為模擬電壓或電流信號，反饋給變頻器。PID進行電動機轉(zhuǎn)速控制，一般采用數(shù)字編碼器取回反饋信號。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3）PID控制可以穩(wěn)定過47第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）轉(zhuǎn)差頻率控制和U/?控制功能上的區(qū)別①

U/?控制變頻器內(nèi)部不用設(shè)置PID控制功能，不用設(shè)置反饋端子。而轉(zhuǎn)差頻率控制在變頻器的內(nèi)部要設(shè)比較電路和PID控制電路。如果用U/f控制變頻器實現(xiàn)閉環(huán)控制，要在變頻器之外配置PID控制板。②現(xiàn)在的變頻器，都將基本U/?控制和PID控制功能做在同一變頻器中，作為普通變頻器供應(yīng)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）轉(zhuǎn)差頻率控制和U/?控48第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.4矢量控制變頻器1.問題的提出現(xiàn)代控制的要求：精密機床要求加工精度達到1毫米的百分之幾；重型銑床的轉(zhuǎn)速高600mm/min，低2mm/min，高低速比300倍；幾千千瓦軋鋼電動機在不到1s內(nèi)完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的全部過程；薄板高速軋機軋制速度達37m/s以上，而厚度誤差小于1%；日產(chǎn)400t新聞紙的高速造紙機，速度達1000m/min，速度誤差小于0.01%；上述控制系統(tǒng)量化了的性能指標，可概括為對系統(tǒng)的控制要求：1）調(diào)速性——有良好的調(diào)速性能，很寬的調(diào)速范圍。2）穩(wěn)速性——以一定的速度精度在所需速度下穩(wěn)定運行。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.4矢量控制變頻器49第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3）加減速的快速性——加減速度快，在系統(tǒng)受到干擾時恢復的快。快速性就是電動機速度的變化跟隨控制信號變化的程度。當變頻器的輸出跟不上信號的變化時，要產(chǎn)生廢品。轉(zhuǎn)差頻率控制由于加減速的快速性較差，不能適應(yīng)高控制精度設(shè)備的要求。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3）加減速的快速性——加減50第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.直流電動機和交流電動機的比較

直流電動機：調(diào)速精度高、快速性好。

原因：勵磁和電樞兩個繞組分開控制，磁場正交，分別調(diào)整兩個繞組都可以調(diào)速，互不干擾。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比。轉(zhuǎn)矩公式為式中：T—轉(zhuǎn)矩，CT—電動機常數(shù)，—磁通，由勵磁繞組決定Ia—電樞電流。當CT和一定，T和Ia成正比。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.直流電動機和交流電動機51第一章：變頻器控制模式和容量的選擇交流電動機：快速性不好。原因：勵磁和轉(zhuǎn)子電流只有一個，不能分開控制，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和定子電流不成正比，控制特性復雜，遠不如直流電動機。轉(zhuǎn)矩公式為式中，CT——電機常數(shù)，——定子磁通，I2——轉(zhuǎn)子電流，——轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。由式中可見，除了CT為常數(shù)，其它量都要隨者定子電流的變化而變化，而且不是線性關(guān)系。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇交流電動機：快速性不好。52第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.矢量控制變頻器的控制方法為了使交流電動機具有直流電動機的控制特性，采取交流電動機模擬直流電動機的控制方法來進行控制。1）將控制信號按直流電動機的控制方法分解為勵磁信號和電樞信號；2）再將

和

信號按三相交流電動機的控制要求變換為三相交流電控制信號，驅(qū)動變頻器的輸出逆變電路輸出三相交流電。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.矢量控制變頻器的控制方53第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.矢量控制框圖第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.矢量控制框圖54第一章：變頻器控制模式和容量的選擇矢量控制分有傳感器和無傳感器兩種控制方式。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇矢量控制分有傳感器和無傳感55第一章：變頻器控制模式和容量的選擇

6.矢量變頻器控制特點：1）矢量控制是對電動機的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)矩）進行控制，不能對電動機的間接控制量進行控制，即不能進行過程控制。2）一臺變頻器只能控制一臺電動機。3）矢量控制既能控制電動機的電流幅值，同時又能控制電流的相位(矢量控制名稱的由來)，所以快速性好。★性能特點：可從零轉(zhuǎn)速進行控制，調(diào)速范圍寬；可對轉(zhuǎn)矩進行精確控制，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，速度控制精度高。4）開環(huán)控制適應(yīng)于一般控制，閉環(huán)適應(yīng)于位置控制。5）矢量控制因為要滿足電動機的快速性，所以相同功率的變頻器要比其它控制模式的變頻器輸出功率大，過載能力強，價格高。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.矢量變頻器控制特56第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.5直接轉(zhuǎn)矩控制方式變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，英語稱為DSC或DTC控制，是繼矢量控制技術(shù)之后又一種具有高控制性能的交流調(diào)速技術(shù)。直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量、定子磁場定向的分析方法，直接在定子坐標系下分析異步電動機的數(shù)學模型，計算與控制異步電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點式調(diào)節(jié)器（Band-Band控制），把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的轉(zhuǎn)差范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制，以獲得高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。直接轉(zhuǎn)矩控制完成了交流調(diào)速的又一次飛躍。

直接轉(zhuǎn)矩控制也是一對一控制，不能一臺變頻器控制多臺電動機，且不能用于過程控制。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.5直接轉(zhuǎn)矩57第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.6本章總結(jié)1.轉(zhuǎn)速差和轉(zhuǎn)差率的應(yīng)用轉(zhuǎn)速差：轉(zhuǎn)差率：S=

Δn/n1=轉(zhuǎn)差頻率：轉(zhuǎn)速差Δn和轉(zhuǎn)矩T成正比，是分析電動機特性的依據(jù)；轉(zhuǎn)差頻率可用于變頻器抱閘和松閘頻率的計算，變頻器的起動頻率計算等。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.6本章總結(jié)58第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.電動機機械特性是選用電動機的依據(jù)，因λ=1.8—2.2，電動機容量按負載平均功率選，變頻器因過載能力差，容量按負載的瞬時功率選，變頻器的容量不能超過電動機容量的2倍。3.基本U/f控制應(yīng)用于對速度控制精度要求較低的場合，是開環(huán)控制。低頻起動力矩不足，一般需要進行低頻轉(zhuǎn)矩提升。4.轉(zhuǎn)差頻率控制（PID控制）該控制方式是閉環(huán)控制，主要應(yīng)用于過程控制或電動機的穩(wěn)速控制。反饋信號取自什么量，就穩(wěn)定什么量。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.電動機機械特性59第一章：變頻器控制模式和容量的選擇5.矢量控制是交流電動機模擬直流電動機進行控制，即控制電流的幅值，又控制電流的相位，因此控制精度高、快速性好。該控制方式是閉環(huán)控制，分為有傳感器和無傳感器兩種應(yīng)用方式。矢量控制是對電動機的控制，不能應(yīng)用于過成控制。6.直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制應(yīng)用基本相同，低速時有脈動，不如矢量控制應(yīng)用應(yīng)用普遍。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇5.矢量控制60演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！61王老師老師課內(nèi)容前言《變頻器發(fā)展簡介》第1章《變頻器控制模式和容量的選擇》第2章《變頻器基本功能》第3章《工程應(yīng)用》第4章《變頻器安裝及接線》第5章《變頻器故障診斷》第6章《變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)》第7章《變頻器測量與維修》63講課內(nèi)容前言《變頻器發(fā)展簡介》2前言-變頻器發(fā)展簡介1.變頻器的發(fā)展歷程19世紀末發(fā)明了三相交流電和三相異步電動機，60—70%的電能被各種電動機所利用，其中80%的電能被交流電動機所利用，20%的電能被直流電動機所利用。直流電動機結(jié)構(gòu)復雜，用電刷導電，但調(diào)速性能良好，在近百年間直流電動機在調(diào)速領(lǐng)域一統(tǒng)天下。三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但調(diào)速困難。64前言-變頻器發(fā)展簡介1.變頻器的發(fā)展歷程3前言-變頻器發(fā)展簡介人們早就知道交流電動機改變頻率可以調(diào)速，但因技術(shù)問題難以實現(xiàn)。進入20世紀70年代，電力電子和微電子技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，為變頻器的誕生奠定了基礎(chǔ)。就在此時，中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，一場石油危機席卷全球，節(jié)約能源成了當務(wù)之急。人們首先發(fā)現(xiàn)風機和泵類是用異步電動機恒速拖動，用閥門和擋板控制流量，浪費極大。如果采用調(diào)速控制，可以大大節(jié)約電能。由于有了物質(zhì)基礎(chǔ)和社會需要，第一代模擬控制變頻器誕生了。用在風機和水泵上，節(jié)能高達20%—40%。前言-變頻器發(fā)展簡介人們早就知道交流電動機改變頻率可以調(diào)速，65前言-變頻器發(fā)展簡介2.現(xiàn)代變頻器的特點現(xiàn)在的變頻器早已經(jīng)由模擬控制發(fā)展為計算機控制，而計算機控制可以進行功能預置、聯(lián)網(wǎng)控制，使它的應(yīng)用范圍越來越廣。已經(jīng)由最初的單機調(diào)速，發(fā)展為現(xiàn)在的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；聯(lián)網(wǎng)控制；組成柔性控制系統(tǒng)等。它是目前最好的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)，目前還沒有任何一種交流調(diào)速系統(tǒng)能取代變頻器。它在很多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取代了直流電動機，使控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。66前言-變頻器發(fā)展簡介2.現(xiàn)代變頻器的特點5前言-變頻器發(fā)展簡介3.變頻器應(yīng)用節(jié)能應(yīng)用：仍然是變頻器應(yīng)用的目的之一，主要應(yīng)用于風機和泵類負載。在其他應(yīng)用領(lǐng)域，當輸出電壓比額定電壓低時，也具有節(jié)能效果。工藝控制應(yīng)用：為了滿足負載的調(diào)速要求而采用變頻調(diào)速。他可提升產(chǎn)品質(zhì)量、減輕人工勞動強度、提高生產(chǎn)效率和成品率。柔性控制應(yīng)用：在復雜的傳動流水線上，多臺電動機由變頻器驅(qū)動，而變頻器由上位機控制，組成無人操作的自動化流水線。67前言-變頻器發(fā)展簡介3.變頻器應(yīng)用6前言-變頻器發(fā)展簡介4.變頻器的發(fā)展趨勢1）向?qū)Ｓ眯头较虬l(fā)展專用變頻器是變頻器的發(fā)展方向，是根據(jù)某種具體應(yīng)用專門設(shè)計。具有安裝調(diào)試方便、成本低等優(yōu)點。2）向多用途方向發(fā)展優(yōu)化控制技術(shù)：變頻器已由最初的U/f模擬控制，發(fā)展為轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等多種控制方式，應(yīng)用更加方便。向高壓、大容量方向發(fā)展大容量、高耐壓開關(guān)器件的開發(fā)，為高壓變頻器奠定了基礎(chǔ)。發(fā)電廠、煉鋼，供排水公司等，所用的10kV高壓變頻器，容量有的已超過幾千KVA。68前言-變頻器發(fā)展簡介4.變頻器的發(fā)展趨勢7前言-變頻器發(fā)展簡介3）向智能化、個性化方向發(fā)展智能IC卡參數(shù)的存取方式；PDA（個人數(shù)字助理）界面，采用PDA界面的變頻器，省去了變頻器與計算機之間的布線，可直接在PDA上進行參數(shù)編程、故障診斷和數(shù)據(jù)監(jiān)視。如施耐德的ATV71變頻器。高功率變頻器模塊的立體封裝形式，立體封裝形式已能將IGBT、電流電壓溫度傳感器、保護回路、直流回路、散熱裝置和強制風冷的電路組合在一起。冷卻效果好，功率密度高。前言-變頻器發(fā)展簡介3）向智能化、個性化方向發(fā)展69前言-變頻器發(fā)展簡介5.本課程的任務(wù)我們工作在現(xiàn)場的變頻器技術(shù)人員主要任務(wù)是：1）根據(jù)本企業(yè)的要求能正確的設(shè)計、選用、安裝、調(diào)試變頻器；2）能正確使用變頻器，能進行日常的變頻器維護維修工作。3）能根據(jù)故障現(xiàn)象分析確診變頻器控制系統(tǒng)的故障范圍，并能排除變頻器的非硬件故障和外圍電路故障。前言-變頻器發(fā)展簡介5.本課程的任務(wù)70第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1電動機與變頻器1.1.1變頻器與電動機的關(guān)系變頻器從輸入端看：輸入的是工頻三相交流電；從輸出端看：輸出的是頻率和電壓可調(diào)的交流電，控制電動機工作。變頻器是電動機和電源之間的一個中間控制環(huán)節(jié)，變頻器和電動機要匹配，變頻器的輸出特性和功能參數(shù)必須與電動機的工作特性相吻合。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1電動機與變頻器71第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.2三相異步感應(yīng)交流電動機的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場現(xiàn)象：用手轉(zhuǎn)動馬蹄形磁鐵籠型轉(zhuǎn)子就會跟著一起旋轉(zhuǎn)。

原理：在轉(zhuǎn)動馬蹄形磁鐵時，磁鐵和籠型轉(zhuǎn)子有了相對運動，籠型轉(zhuǎn)子導線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流；該電流又和旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生感應(yīng)電磁力，該電磁力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，隨著磁場的轉(zhuǎn)動方向而轉(zhuǎn)動。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.2三相異步感應(yīng)交72第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)速差Δn轉(zhuǎn)子要想隨著旋轉(zhuǎn)磁場一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場必須維持一定的轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)子導線中才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，由感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子才能轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)速差是電動機正常工作的保證。實驗證明，在額定轉(zhuǎn)矩情況下，轉(zhuǎn)速差Δn和轉(zhuǎn)矩T成正比。即

Δn

∝T轉(zhuǎn)速差為：式中，Δn——轉(zhuǎn)速差，單位r/nim

n1——旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，單位r/nim

n——電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位r/nim第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)速差Δn73第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機的旋轉(zhuǎn)磁場3.電動機旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)速1）旋轉(zhuǎn)磁場第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機的旋轉(zhuǎn)磁場3.電動機74第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速即p=1：電流變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場正好在空間轉(zhuǎn)過一周。對50Hz工頻交流電而言，旋轉(zhuǎn)磁場每秒在空間旋轉(zhuǎn)50周，n1=60f1=60×50r/min=3000r/min。

p=2：電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場只轉(zhuǎn)過0.5周，比磁極對數(shù)p=1情況下的轉(zhuǎn)速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。p=3：電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場僅旋轉(zhuǎn)了1/3周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此類推，當旋轉(zhuǎn)磁場有p對磁極，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為式中，f1——電源頻率，單位Hz,

P——磁極對數(shù)，P=1,2,3….第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速75第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.轉(zhuǎn)差率s轉(zhuǎn)速差是一個絕對差值（在額定狀態(tài)），對于一臺具體的電動機，有一個確定的Δn。為了表示轉(zhuǎn)速差和同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系，我們?nèi)”戎?/p>

S—轉(zhuǎn)差率，是分析電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的一個重要公式。5.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差頻率f2當電動機的轉(zhuǎn)速差為Δn時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差頻率為f2，f2也是轉(zhuǎn)子導線感應(yīng)電流的頻率，其值為第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.轉(zhuǎn)差率s76第一章：變頻器控制模式和容量的選擇例一：有一4極和6極電動機，功率均為7kW，轉(zhuǎn)速分別為1460r/min和970r/min，請計算兩電動機的額定轉(zhuǎn)差頻率和額定轉(zhuǎn)矩。當電動機啟動時，頻率上升到多少Hz時電動機達到額定轉(zhuǎn)矩。解：1)4極電動機的轉(zhuǎn)速差為（1500—1460）r/min=40r/min，轉(zhuǎn)差頻率為f=P△n/60=2×40/60=1.33Hz

2）4極電動機的額定轉(zhuǎn)矩為根據(jù)功率公式有：TM=9550P/n=9550×7/1460=46N.m即變頻器的頻率從0上升到1.33Hz時，電動機轉(zhuǎn)子達到額定轉(zhuǎn)矩46N.m。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇例一：有一4極和6極電動機77第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3)6極電動機的轉(zhuǎn)速差為△n=（1000—970）r/min=30r/min轉(zhuǎn)差頻率為f2=P△n/60=3×30/60=1.5Hz

4）6極電動機額定轉(zhuǎn)矩為

TM=9550P/n=9550×7/970=69N.m當變頻器的頻率從0上升到1.5Hz時，電動機轉(zhuǎn)子達到額定轉(zhuǎn)矩69N.m。當變頻器的頻率上升到1.5Hz時，如果此時電動機的負載轉(zhuǎn)矩小于69N.m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；如果負載轉(zhuǎn)矩大于69N.m，此時轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3)6極電動機的轉(zhuǎn)速差為78第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩（電流）特性曲線1）由特性曲線可見，當電動機的同步轉(zhuǎn)速n1下降時，電動機的輸出轉(zhuǎn)速下降，但△n不變，當n1=△n，電動機輸出轉(zhuǎn)速n=0，電動機輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩TN。2）當轉(zhuǎn)矩在額定值左右變化時，△n也在額定值左右變化。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩（電流）79第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例1：有一高爐上料小車，電動機工作在額定轉(zhuǎn)矩狀態(tài)。為了防止停止時小車下滑，采用機械抱閘機構(gòu)。該系統(tǒng)采用4極電動機，n=1460r/min；設(shè)置變頻器抱閘頻率為3Hz時，電動機起動時過流跳閘，設(shè)置為0.5Hz時，制動時有溜鉤現(xiàn)象。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例1：有一高爐上料小車，80第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例分析：電動機額定轉(zhuǎn)速差：額定轉(zhuǎn)差頻率f2：因為電動機Δn

∝T，而T

∝I，則電動機的轉(zhuǎn)差頻率正比于定子額定電流，即f2∝I，當上升f2，I上升；當f2下降，I下降。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例分析：81第一章：變頻器控制模式和容量的選擇變頻器的輸出頻率為1.33Hz時電動機達到額定轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該松閘，當變頻器輸出頻率為3Hz時，電動機的轉(zhuǎn)矩大大高于了額定轉(zhuǎn)矩，故引起過流跳閘。當頻率低于1.33Hz，電動機轉(zhuǎn)矩已小于額定轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生溜鉤。電動機如果有抱閘系統(tǒng)，抱閘(松閘)頻率理論上應(yīng)等于轉(zhuǎn)差頻率，抱閘頻率設(shè)置高，起動過流，松閘頻率設(shè)置低，停機有溜鉤現(xiàn)象。因為電動機在低速時轉(zhuǎn)矩不足，抱閘(松閘)頻率要比理論值稍高一些，但不能高出很多。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇變頻器的輸出頻率為1.3382第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.3三相異步電動機的電磁特性與基本U/f控制給三相異步電動機的定子繞組加上電源電壓U1后，繞組中便產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E1，根據(jù)電動機理論，E1的表達式為：E1=4.44K1N1f1Φm

式中,E1——定子繞組的感應(yīng)電動勢有效值。

K1——定子繞組的繞組系數(shù)，K1<1，為常數(shù)。

N1——定子每相繞組的匝數(shù)。為常數(shù)。

f1——定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率，即電源的頻率。

Φm——旋轉(zhuǎn)磁場的主磁通,大小和定子電流成正比，為了保證電動機工作在額定電流狀態(tài)，Φm也為常數(shù)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.3三相異步電動83第一章：變頻器控制模式和容量的選擇由于ΔU很小，當U1較高時，ΔU可忽略，有U1

≈E1=4.44K1N1f1Φm式中，K1、N1、Φm均為常數(shù)，上式可改寫為：

為了保持等式右邊為常數(shù)，如果改變f1，U1也必須同時改變。

U1上升，f1上升，U1下降，f1下降，即U1/f1=常數(shù)，這就是變頻器的基本U/f控制模式。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇由于ΔU很小，當U1較高時84第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.4三相異步電動機變頻調(diào)速1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速電網(wǎng)50Hz交流電稱為基頻，在50Hz以下調(diào)速時，稱為基頻以下調(diào)速。基頻以下調(diào)速具有恒磁通特性。由于Φm恒定，電磁轉(zhuǎn)矩Tm恒定，電動機屬于“恒轉(zhuǎn)矩”調(diào)速。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.4三相異步電動機85第一章：變頻器控制模式和容量的選擇當?1較低時，U1亦較低，電阻R1上的電壓已不可忽略，它使定子電流下降，從而使Φm減小，這將引起低速時的輸出轉(zhuǎn)矩減小（見圖）。轉(zhuǎn)矩補償：為補償?shù)退贂r轉(zhuǎn)矩不足，在低頻時提升定子電壓U1，補償曲線如下圖中曲線“2”。所有變頻器都有轉(zhuǎn)矩補償功能。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇當?1較低時，U1亦較低，86第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2．基頻以上的變頻調(diào)速當電動機工作在基頻（額定頻率）以上時，由于電動機不能超過額定電壓運行，所以頻率在額定值以上升高時，定子電壓不變，保持在額定值。Φm隨著?1的升高而下降，電動機的轉(zhuǎn)矩亦隨著頻率的升高而下降。因為電動機輸出功率為p=nT轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩下降，乘積不變，即基頻以上的變頻調(diào)速屬于“恒功率”調(diào)速。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2．基頻以上的變頻調(diào)速87第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.應(yīng)用選擇1）基頻以下調(diào)速絕大部分傳動系統(tǒng)采用基頻以下調(diào)速方式。由于該傳動方式電動機輸出轉(zhuǎn)矩恒定，當轉(zhuǎn)速下降時，電動機的輸出功率下降。為了充分利用電動機的容量，當負載的轉(zhuǎn)速較低時，要考慮通過減速器提高電動機的轉(zhuǎn)速，以提高電動機的輸出功率，降低電動機和變頻器的功率裕量。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.應(yīng)用選擇88第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）基頻以上調(diào)速當負載為高速設(shè)備或恒功率調(diào)速負載，可考慮變頻器超頻工作。如內(nèi)圓磨床的磨頭電動機，轉(zhuǎn)速在每分鐘上萬轉(zhuǎn)，可采用變頻高速電動機驅(qū)動，簡化傳動環(huán)節(jié)。還有一類負載，即需要電動機調(diào)速，又需要電動機功率恒定。如變速車床，在調(diào)速的過程中要保持電動機輸出功率不變，這種場合也可采用超頻工作。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）基頻以上調(diào)速89第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例2：有一車床調(diào)速系統(tǒng)，主軸轉(zhuǎn)速400—600r/min，消耗功率4.5kW(恒功率負載)，請選擇調(diào)速方案。案例分析：選擇6極5kW電動機，電動機額定轉(zhuǎn)速960r/min。當電動機輸出額定轉(zhuǎn)速時，主軸轉(zhuǎn)速為400r/min，傳動比=960/400=2.4(為降速傳動機構(gòu))。當主軸轉(zhuǎn)速為600r/min時，電動機的轉(zhuǎn)速為：600r/min×2.4=1440r/min。即電動機超頻工作。因電動機超頻工作時輸出為恒功率，所以車床主軸在400—600r/min變化時可得到恒功率。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例2：有一車床調(diào)速系統(tǒng)，90第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.5三相異步電動機的機械特性電動機的機械特性就是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。當電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩在額定值附近變化時，基本上成正比關(guān)系，即

Δn

∝T1.電動機有較強的機械硬度當轉(zhuǎn)矩大范圍變化時，轉(zhuǎn)速的變化范圍較小，速度穩(wěn)定性好。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.1.5三相異步電動91第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.有較強的過載能力TN為額定轉(zhuǎn)矩，TM為最大轉(zhuǎn)矩，過載能力定義為：

λ=TM/TNλ—過載能力，一般為1.8—2.2倍。當負載轉(zhuǎn)矩大于λ，電動機堵轉(zhuǎn)。3.起動轉(zhuǎn)矩變頻器因為低頻起動，起動轉(zhuǎn)矩TST可達最大轉(zhuǎn)矩TM。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.有較強的過載能力92第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.電動機機械特性應(yīng)用1）機械特性較硬因為機械特性較硬，可廣泛應(yīng)用于對轉(zhuǎn)速精度要求不高的開環(huán)控制(變頻器基本U/f開環(huán)控制)。2）電動機和變頻器容量的選擇在波動或沖擊性負載，電動機的容量可以按負載的平均功率選取(最大沖擊負載不能使電動機堵轉(zhuǎn))；但變頻器的容量按負載的瞬時沖擊功率選取，且容量不能大于電動機容量的2倍(因λ=

1.8—2.2倍)。3）因為電動機存在轉(zhuǎn)速差Δn，轉(zhuǎn)速n隨負載轉(zhuǎn)矩T的變化而變化，在速度精確控制中要引入反饋環(huán)節(jié)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.電動機機械特性應(yīng)用93第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例3：有一30kW負載設(shè)備，工作電流58A，為沖擊性負載。沖擊電流峰值達110A(作用時間10—30s)，請選擇電動機和變頻器容量。電動機選擇：因為電動機有2倍的過載能力，容量按平均電流選取，取30kW。變頻器選擇：變頻器因為過載能力差(150%，時間20—30s)，按瞬時功率選。選60kW。圖沖擊性負載第一章：變頻器控制模式和容量的選擇案例3：有一30kW負載設(shè)94第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機

第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4.籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機95第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特點：轉(zhuǎn)子導線電阻很小，電動機的機械特性很硬，廣泛用于各種傳動中。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特點：96第一章：變頻器控制模式和容量的選擇5.繞線式轉(zhuǎn)子第一章：變頻器控制模式和容量的選擇5.繞線式轉(zhuǎn)子97第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特性：電動機的轉(zhuǎn)子電阻可調(diào)，通過改變轉(zhuǎn)子電阻，可改變電動機的機械特性。應(yīng)用：取得最大起動轉(zhuǎn)矩，進行調(diào)速；利用下垂特性平衡多臺電動機驅(qū)動同一負載的輸出轉(zhuǎn)矩。缺點：轉(zhuǎn)子電阻消耗大量的電能，操作復雜，故障率高。該電動機廣泛用于橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇電動機特性：98第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.變頻器專用電動機1）變頻器在進行變頻調(diào)速時，電動機的轉(zhuǎn)速有時很低。因為電動機是通過自身風冷散熱，低速時因電流不減，發(fā)熱量不減，電動機發(fā)熱嚴重(變頻器輸出頻率低于40Hz時，電動機散熱能力下降一半)。2）由于變頻器輸出的是PWM波，對電動機的耐壓有更高要求。3）變頻電動機特點：采用籠型結(jié)構(gòu)，裝有專用軸流風機，保證電機在不同轉(zhuǎn)速下均有較好的冷卻效果電機經(jīng)過抗環(huán)境腐蝕設(shè)計能夠保持較長壽命。配置深溝槽滾球軸承使得電機壽命大大延長。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇6.變頻器專用電動機99第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）專用電動機選擇①工作頻率高于50Hz，到高達100Hz。②工作頻率低于40Hz以下，嚴重散熱不良時。③調(diào)速比大于或等于10，且頻繁變化。④因傳動需要，更適合用專用電動機的場合。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）專用電動機選擇100第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2變頻器的控制模式1.2.1變頻器的分類按變換環(huán)節(jié)分：交-直-交型和交-交型按改變變頻器輸出電壓的方法分：PAM型和PWM型2.按電壓的等級分：低壓變頻器和高壓大容量變頻器。類型有高-低-高型和直接高壓型。3.按濾波方式分：電流型和電壓型。4.按用途分：專用型通用型高頻變頻器。5.按輸入電源分：單相變頻器和三相變頻器。6.按內(nèi)部控制模式分：U/f正弦脈寬調(diào)制模式、轉(zhuǎn)差頻率控制模式、矢量控制模式和直接轉(zhuǎn)矩控制模式變頻器第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2變頻器的控制模式101第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.2基本U/?控制模式問題的提出：在工程中，有些負載需要調(diào)速，但速度控制精度要求不高。如攪拌機，工作時需要改變速度的大小和方向，但對速度的精度沒有要求。這一類負載變頻器可以開環(huán)控制，連接方法見下圖。控制特點：基本U/?變頻器通過壓頻變換器使變頻器的輸出電壓與輸出頻率成比例的改變，即即控制U/?=常數(shù)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.2基本U/?控制102第一章：變頻器控制模式和容量的選擇

性能特點：性價比高，輸出轉(zhuǎn)矩恒定即恒磁通控制，但速度控制的精度不高。適用于對速度精度要求較低的場合。低頻穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)矩不足，低速運行時需要進行轉(zhuǎn)矩補償。該變頻器為開環(huán)控制，安裝調(diào)試很方便，能滿足很多場合的應(yīng)用。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇性能特點：性價比高，103第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.3轉(zhuǎn)差頻率控制模式（又稱U/f閉環(huán)控制變頻器）1.問題的提出：在過程控制中，需要電動機的轉(zhuǎn)速與電動機的控制物理量成比例。如恒壓供水控制，為了保證水泵的壓力恒定，當用水量大造成壓力下降時，要控制水泵加速；當用水量少造成壓力升高時，要控制水泵減速。水泵的升速或減速必須將壓力信號反饋給變頻器，變頻器才能根據(jù)反饋的壓力信號對水泵的轉(zhuǎn)速進行控制。由此可見，變頻器要想進行過程閉環(huán)控制，其內(nèi)部要設(shè)置閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，外部要設(shè)閉環(huán)反饋輸入端子。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.3轉(zhuǎn)差頻率控制104第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)差頻率控制原理變頻器在進行過程控制中，改變電動機的轉(zhuǎn)速是通過控制轉(zhuǎn)差頻率實現(xiàn)的。控制原理：電動機由于存在轉(zhuǎn)速差Δn，且轉(zhuǎn)速差Δn和轉(zhuǎn)矩T成正比，當改變變頻器的輸出頻率，使變頻器的轉(zhuǎn)速差Δn改變時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩T改變，電動機的輸出轉(zhuǎn)速改變。就是通過控制變頻器的轉(zhuǎn)差Δn，來控制電動機的轉(zhuǎn)矩，達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。這就是轉(zhuǎn)差頻率控制原理。由于轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動機的轉(zhuǎn)速，因此必須閉環(huán)控制。在變頻器內(nèi)部，我們就是通過給定信號和反饋信號的比較差值，來控制變頻器的Δn，即控制變頻器的輸出頻率。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2.轉(zhuǎn)差頻率控制原理105第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制(PID控制)1)電路結(jié)構(gòu)變頻器內(nèi)設(shè)：比較電路和PID控制電路，處理目標信號和反饋信號以及加減速時間的控制。變頻器外設(shè)：目標量給定端子和反饋端子，信號轉(zhuǎn)換傳感器。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3.轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制(P106第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）工作原理我們設(shè)定一個目標量(等同于設(shè)備想得到的壓力值的電信號)，傳感器將設(shè)備的壓力按比例轉(zhuǎn)化為電信號，反饋回變頻器，反饋量和目標量進行比較：當反饋量小于目標量，變頻器控制Δn上升，轉(zhuǎn)矩隨之上升，電動機的轉(zhuǎn)速隨之上升；反之，Δn下降，轉(zhuǎn)矩隨之下降，電動機的轉(zhuǎn)速隨之下降。使電動機的實際轉(zhuǎn)速按給定目標量的要求轉(zhuǎn)動(反饋閉環(huán)控制，反饋信號取自什么量，就穩(wěn)定什么量).第一章：變頻器控制模式和容量的選擇2）工作原理107第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3）PID控制可以穩(wěn)定過程量、也可以穩(wěn)定電動機轉(zhuǎn)速PID進行過程量控制，可以穩(wěn)定過程量。傳感器采用模擬傳感器，將壓力、速度等物理量轉(zhuǎn)化為模擬電壓或電流信號，反饋給變頻器。PID進行電動機轉(zhuǎn)速控制，一般采用數(shù)字編碼器取回反饋信號。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇3）PID控制可以穩(wěn)定過108第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）轉(zhuǎn)差頻率控制和U/?控制功能上的區(qū)別①

U/?控制變頻器內(nèi)部不用設(shè)置PID控制功能，不用設(shè)置反饋端子。而轉(zhuǎn)差頻率控制在變頻器的內(nèi)部要設(shè)比較電路和PID控制電路。如果用U/f控制變頻器實現(xiàn)閉環(huán)控制，要在變頻器之外配置PID控制板。②現(xiàn)在的變頻器，都將基本U/?控制和PID控制功能做在同一變頻器中，作為普通變頻器供應(yīng)。第一章：變頻器控制模式和容量的選擇4）轉(zhuǎn)差頻率控制和U/?控109第一章：變頻器控制模式和容量的選擇1.2.4矢量控制變頻器1.問題的提出現(xiàn)代控制的要求：精密機床要求加工精度達到1毫米的百分之幾；重型銑床的轉(zhuǎn)速高600mm/min，低2mm/min，高低速比300倍；幾千千瓦軋鋼電動機在不到1s內(nèi)完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的全部過程；薄板高速