第一章《变频器控制模式和容量的选择应用基础》.pptx

第一章第一章变频器控制模式和器控制模式和容量的容量的选择应用基用基础讲课内容前言前言 变频器发展简介变频器发展简介第第1章章变频器控制模式和容量的选择变频器控制模式和容量的选择第第2章章变频器基本功能变频器基本功能第第3章章工程应用工程应用第第4章章变频器安装及接线变频器安装及接线第第5章章变频器故障诊断变频器故障诊断变频器故障诊断变频器故障诊断第第6章章变频器内部结构变频器内部结构第第7章章变频器测量与维修变频器测量与维修2前言-变频器发展简介1.变频器的发展历程变频器的发展历程19世纪末发明了三相交流电和三相异步电动机，世纪末发明了三相交流电和三相异步电动机，6070%的电能被各种电动机所利用，其中的电能被各种电动机所利用，其中80%的电能被交流电动机所利用，的电能被交流电动机所利用，20%的电能的电能被直流电动机所利用。被直流电动机所利用。直流电动机直流电动机结构复杂，用电刷导电结构复杂，用电刷导电，但，但调速性能调速性能良好良好，在近百年间直流电动机在调速领域一统天，在近百年间直流电动机在调速领域一统天下。下。三相异步电动机三相异步电动机结构简单，工作可靠结构简单，工作可靠，但，但调速困调速困难难。3前言-变频器发展简介人们早就知道交流电动机改变频率可以调速，但人们早就知道交流电动机改变频率可以调速，但因技术问题难以实现。进入因技术问题难以实现。进入20世纪世纪70年代，电年代，电力电子和微电子技术有了突飞猛进的发展，为变力电子和微电子技术有了突飞猛进的发展，为变频器的诞生奠定了基础。就在此时，中东战争爆频器的诞生奠定了基础。就在此时，中东战争爆发，一场石油危机席卷全球，节约能源成了当务发，一场石油危机席卷全球，节约能源成了当务之急。人们首先发现风机和泵类是用异步电动机之急。人们首先发现风机和泵类是用异步电动机恒速拖动，用阀门和挡板控制流量，浪费极大。恒速拖动，用阀门和挡板控制流量，浪费极大。如果采用调速控制，可以大大节约电能。由于有如果采用调速控制，可以大大节约电能。由于有了物质基础和社会需要，第一代了物质基础和社会需要，第一代模拟控制模拟控制变频器变频器诞生了。用在风机和水泵上，节能高达诞生了。用在风机和水泵上，节能高达20%40%。前言-变频器发展简介2.现代变频器的特点现代变频器的特点现在的变频器早已经由模拟控制发展为计算机控现在的变频器早已经由模拟控制发展为计算机控制，而计算机控制可以进行制，而计算机控制可以进行功能预置、联网控制，功能预置、联网控制，使它的应用范围越来越广。已经由最初的单机调使它的应用范围越来越广。已经由最初的单机调速，发展为现在的闭环调速系统；联网控制；组速，发展为现在的闭环调速系统；联网控制；组成柔性控制系统等。它是目前成柔性控制系统等。它是目前最好的异步电动机最好的异步电动机调速系统，目前还没有任何一种交流调速系统能调速系统，目前还没有任何一种交流调速系统能取代变频器。取代变频器。它在很多应用领域已经取代了直流它在很多应用领域已经取代了直流电动机，使控制系统的可靠性大大提高电动机，使控制系统的可靠性大大提高。5前言-变频器发展简介3.变频器应用变频器应用节能应用节能应用：仍然是变频器应用的目的之一，主要应用于：仍然是变频器应用的目的之一，主要应用于风风机和泵类负载机和泵类负载。在其他应用领域，当。在其他应用领域，当输出电压比额定电压输出电压比额定电压低时，低时，也具有节能效果。也具有节能效果。工艺控制应用工艺控制应用：为了满足负载的调速要求而采用变频调为了满足负载的调速要求而采用变频调速。他可提升产品质量、减轻人工劳动强度、提高生产效速。他可提升产品质量、减轻人工劳动强度、提高生产效率和成品率。率和成品率。柔性控制应用柔性控制应用：在复杂的传动流水线上，多台电动机由变：在复杂的传动流水线上，多台电动机由变频器驱动，而变频器由上位机控制，组成无人操作的自动频器驱动，而变频器由上位机控制，组成无人操作的自动化流水线。化流水线。6前言-变频器发展简介4.变频器的发展趋势变频器的发展趋势1）向专用型方向发展）向专用型方向发展专用变频器是变频器的发展方向，是根据某种具体应用专专用变频器是变频器的发展方向，是根据某种具体应用专门设计。具有安装调试方便、成本低等优点。门设计。具有安装调试方便、成本低等优点。2）向多用途方向发展）向多用途方向发展优化控制技术：变频器已由最初的优化控制技术：变频器已由最初的U/f模拟控制模拟控制，发展为，发展为转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制 等多种控制方等多种控制方式，应用更加方便。式，应用更加方便。向高压、大容量方向发展向高压、大容量方向发展 大容量、高耐压开关器件的大容量、高耐压开关器件的开发，为高压变频器奠定了基础。发电厂、炼钢，供排水开发，为高压变频器奠定了基础。发电厂、炼钢，供排水公司等，所用的公司等，所用的10kV高压变频器，容量有的已超过几千高压变频器，容量有的已超过几千KVA。7前言-变频器发展简介3）向智能化、个性化方向发展向智能化、个性化方向发展智能智能IC卡参数的存取方式；卡参数的存取方式；PDA（个人数字助理）界面，采用（个人数字助理）界面，采用PDA界面的变频器，界面的变频器，省去了变频器与计算机之间的布线，可直接在省去了变频器与计算机之间的布线，可直接在PDA上进上进行参数编程、故障诊断和数据监视。如施耐德的行参数编程、故障诊断和数据监视。如施耐德的ATV71变频器。变频器。高功率变频器模块的立体封装形式，立体封装形式已能将高功率变频器模块的立体封装形式，立体封装形式已能将IGBT、电流电压温度传感器、保护回路、直流回路、散、电流电压温度传感器、保护回路、直流回路、散热装置和强制风冷的电路组合在一起。冷却效果好，功率热装置和强制风冷的电路组合在一起。冷却效果好，功率密度高。密度高。前言-变频器发展简介5.本课程的任务本课程的任务我们工作在现场的变频器技术人员主要任务是：我们工作在现场的变频器技术人员主要任务是：1）根据本企业的要求能正确的设计、选用、安装、调试）根据本企业的要求能正确的设计、选用、安装、调试变频器；变频器；2）能正确使用变频器，能进行日常的变频器维护维修工）能正确使用变频器，能进行日常的变频器维护维修工作。作。3）能根据故障现象分析确诊变频器控制系统的故障范围，）能根据故障现象分析确诊变频器控制系统的故障范围，并能排除变频器的非硬件故障和外围电路故障。并能排除变频器的非硬件故障和外围电路故障。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.1电动机与变频器电动机与变频器1.1.1 变频器与电动机的关系变频器与电动机的关系变频器从输入端看：输入的是工频三相交流电；变频器从输入端看：输入的是工频三相交流电；从输出端看：输出的是频率和电压可调的交流电，控制电从输出端看：输出的是频率和电压可调的交流电，控制电动机工作。动机工作。变频器是电动机和电源之间的一个变频器是电动机和电源之间的一个中间控制环节中间控制环节，变频器，变频器和电动机要匹配，和电动机要匹配，变频器的输出特性和功能参数必须与电变频器的输出特性和功能参数必须与电动机的工作特性相吻合。动机的工作特性相吻合。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.1.2 三相异步感应交流电动机的工作原理三相异步感应交流电动机的工作原理 1.旋转磁场旋转磁场现象：现象：用手转动马蹄形磁铁笼型转子就会跟着一起旋转。用手转动马蹄形磁铁笼型转子就会跟着一起旋转。原理：原理：在转动马蹄形磁铁时，磁铁和笼型转子有了相对运在转动马蹄形磁铁时，磁铁和笼型转子有了相对运动，笼型转子动，笼型转子导线切割磁力线产生感应电流；该电流又和导线切割磁力线产生感应电流；该电流又和旋转磁场相互作用，产生感应电磁力，该电磁力使转子产旋转磁场相互作用，产生感应电磁力，该电磁力使转子产生电磁转矩生电磁转矩，随着磁场的转动方向而转动。，随着磁场的转动方向而转动。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择2.转速差转速差n 转子要想随着旋子要想随着旋转磁磁场一起一起转动，转子和旋子和旋转磁磁场必必须维持一定的持一定的转速差，速差，转子子导线中才能中才能产生感生感应电流，由感流，由感应电流流产生生电磁磁转矩，矩，转子才能子才能转动。转速差是速差是电动机正常机正常工作的保工作的保证。实验证明，在明，在额定定转矩情况下，矩情况下，转速差速差n 和和转矩矩T成正比。即成正比。即 n T转速差速差为：式中，式中，n 转速差，速差，单位位r/nim n1 旋旋转磁磁场转速，速，单位位r/nim n 电动机机转子子转速，速，单位位r/nim第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择电动机的旋转磁场3.电动机旋转磁场与转速电动机旋转磁场与转速1）旋转磁场）旋转磁场第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择2）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速即即p=1：电流变化一个周期，旋转磁场正好在空间转过：电流变化一个周期，旋转磁场正好在空间转过一周。对一周。对50Hz工频交流电而言，旋转磁场每秒在空间工频交流电而言，旋转磁场每秒在空间旋转旋转50周，周，n1=60f1=6050r/min=3000r/min。p=2：电流变化一周，旋转磁场只转过：电流变化一周，旋转磁场只转过0.5周，比磁周，比磁极对数极对数p=1情况下的转速慢了一半，即情况下的转速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。p=3：电流变化一周，旋转磁场仅旋转了：电流变化一周，旋转磁场仅旋转了1/3周，即周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，当旋转磁场。以此类推，当旋转磁场有有p对磁极，旋转磁场的转速为对磁极，旋转磁场的转速为式中，式中，f1电源频率，单位电源频率，单位Hz,P 磁极对数，磁极对数，P=1,2,3.第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择4.转差率转差率s 转速差是一个绝对差值（在额定状态），对于一台具体转速差是一个绝对差值（在额定状态），对于一台具体的电动机，有一个确定的的电动机，有一个确定的n。为了表示了表示转速差和同步速差和同步转速的关系，我速的关系，我们取比取比值 S转差率，是分析差率，是分析电动机机转速和速和转矩的一个重要公式。矩的一个重要公式。5.转子子转差差频率率f2 当当电动机的机的转速差速差为n时时，转子子转差差频率率为f2，f2也是也是转子子导线感感应电流的流的频率，其率，其值为第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择例一：例一：有一有一4极和极和6极电动机，功率均为极电动机，功率均为7kW，转速分别，转速分别为为1460r/min和和970r/min，请计算两电动机的额定，请计算两电动机的额定转差频率和额定转矩。当电动机启动时，频率上升到多少转差频率和额定转矩。当电动机启动时，频率上升到多少Hz时电动机达到额定转矩。时电动机达到额定转矩。解：解：1)4极电动机的转速差为极电动机的转速差为（15001460）r/min=40 r/min，转差频率为，转差频率为 f=P n/60=240/60=1.33Hz 2）4极电动机的额定转矩为极电动机的额定转矩为 根据功率公式根据功率公式有：有：TM=9550P/n=95507/1460=46N.m即变频器的频率从即变频器的频率从0上升到上升到1.33Hz时，电动机转子达到时，电动机转子达到额定转矩额定转矩46N.m。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择3)6极电动机的转速差为极电动机的转速差为 n=（1000970）r/min=30 r/min 转差频率为转差频率为 f2=P n/60=330/60=1.5Hz 4）6极电动机额定转矩为极电动机额定转矩为 TM=9550P/n=95507/970=69N.m当变频器的频率从当变频器的频率从0上升到上升到1.5Hz时，电动机转子达到额时，电动机转子达到额定转矩定转矩69N.m。当变频器的频率上升到。当变频器的频率上升到1.5Hz时，如果时，如果此时电动机的负载转矩小于此时电动机的负载转矩小于69N.m，转子转动；如果负，转子转动；如果负载转矩大于载转矩大于69N.m，此时转子不转动。，此时转子不转动。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择6.电动机转速转矩（电流）特性曲线电动机转速转矩（电流）特性曲线1）由特性曲线可见，当电动机的同步转速由特性曲线可见，当电动机的同步转速n1下降时，电动下降时，电动机的输出转速下降，但机的输出转速下降，但n不变，当不变，当n1=n，电动机输，电动机输出转速出转速n=0，电动机输出转矩为额定转矩，电动机输出转矩为额定转矩TN。2）当转矩在额定值左右变化时，当转矩在额定值左右变化时，n也在额定值左右变化。也在额定值左右变化。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择案例案例1：有一高炉上料小有一高炉上料小车，电动机工作在机工作在额定定转矩状矩状态。为了防止停止了防止停止时小小车下滑，采用机械抱下滑，采用机械抱闸机构。机构。该系系统采采用用4极极电动机，机，n=1460r/min；设置置变频器抱器抱闸频率率为3Hz时，电动机起机起动时过流跳流跳闸，设置置为0.5Hz时，制制动时有溜有溜钩现象。象。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择案例分析：案例分析：电动机电动机额定额定转速差：转速差：额定额定转差频率转差频率f2：因因为电动机机n T，而，而T I，则电动机的机的转差差频率正比率正比于定子于定子额定定电流，即流，即f2 I，当上升当上升f2，I上升；当上升；当f2下降，下降，I下降。下降。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择变频器的器的输出出频率率为1.33Hz时电动机达到机达到额定定转矩，矩，应该松松闸，当，当变频器器输出出频率率为3Hz时，电动机的机的转矩大大矩大大高于了高于了额定定转矩，故引起矩，故引起过流跳流跳闸。当。当频率低于率低于1.33Hz，电动机机转矩已小于矩已小于额定定转矩，矩，产生溜生溜钩。电动机如果有抱机如果有抱闸系系统，抱，抱闸(松松闸)频率理率理论上上应等于等于转差差频率，抱率，抱闸频率率设置高，起置高，起动过流，松流，松闸频率率设置低，置低，停机有溜停机有溜钩现象。象。因因为电动机在低速机在低速时转矩不足，抱矩不足，抱闸(松松闸)频率要比理率要比理论值稍高一些，但不能高出很多。稍高一些，但不能高出很多。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.1.3 三相异步电动机的电磁特性与基本三相异步电动机的电磁特性与基本U/f控制控制给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压U1后，绕组中后，绕组中便产生感应电动势便产生感应电动势E1，根据电动机理论，根据电动机理论，E1的表达式为：的表达式为：E1=4.44K1N1f1m 式中式中,E1定子绕组的感应电动势有效值。定子绕组的感应电动势有效值。K1定子绕组的绕组系数，定子绕组的绕组系数，K11，为常数为常数。N1定子每相绕组的匝数。定子每相绕组的匝数。为常数为常数。f1定子绕组感应电动势的频率，定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率。即电源的频率。m旋转磁场的主磁通旋转磁场的主磁通,大小和大小和 定子电流成正比，为了保证电动机工作定子电流成正比，为了保证电动机工作在额定电流状态，在额定电流状态，m也为常数也为常数。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择由于由于U很小，当很小，当U1较高时较高时，U可可忽略，忽略，有有 U1 E1=4.44K1N1f1m式中，式中，K1、N1、m均均为常数，上式可改写为常数，上式可改写为：为：为了保持等式右边为常数，如果改变为了保持等式右边为常数，如果改变f1，U1也必须同时改变。也必须同时改变。U1上升，上升，f1上升，上升，U1下降，下降，f1下降，即下降，即U1/f1=常数常数，这就是变频器的基本，这就是变频器的基本U/f控控制模式。制模式。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.1.4 三相异步电动机变频调速三相异步电动机变频调速1.基频以下的恒磁通变频调速基频以下的恒磁通变频调速电网电网50Hz交流电称为基频交流电称为基频，在在50Hz以下调速时，称为基以下调速时，称为基频以下调速。基频以下调速具有恒磁通特性。频以下调速。基频以下调速具有恒磁通特性。由于由于m恒定，电磁转矩恒定，电磁转矩Tm恒定，电动机恒定，电动机属于属于“恒转恒转矩矩”调速。调速。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择当当1较低时，较低时，U1亦较低，电阻亦较低，电阻R1上的电压已不可忽略，上的电压已不可忽略，它使定子电流下降，从而使它使定子电流下降，从而使m减小，这将引起低速时的减小，这将引起低速时的输出转矩减小（见图）。转矩补偿：输出转矩减小（见图）。转矩补偿：为补偿低速时为补偿低速时 转矩不足，在低频时提升定子电压转矩不足，在低频时提升定子电压U1，补偿曲线如下图，补偿曲线如下图中曲线中曲线“2”。所有变频器都有转矩补偿功能。所有变频器都有转矩补偿功能。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择2基频以上的变频调速基频以上的变频调速当电动机工作在基频（额定频率）以上时，由于电动机不当电动机工作在基频（额定频率）以上时，由于电动机不能超过额定电压运行，所以频率在额定值以上升高时，定能超过额定电压运行，所以频率在额定值以上升高时，定子电压不变，保持在额定值。子电压不变，保持在额定值。m随着随着1的升高而下降，的升高而下降，电动机的转矩亦随着频率的升高而下降电动机的转矩亦随着频率的升高而下降。因为电动机输出。因为电动机输出功率为功率为 p=nT转速升高，转矩下降，乘积转速升高，转矩下降，乘积不变，即基频以上的变频调不变，即基频以上的变频调速属于速属于“恒功率恒功率”调速。调速。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择3.应用选择应用选择1）基频以下调速）基频以下调速绝大部分传动系统采用基频以下调速方式。由于该传动方绝大部分传动系统采用基频以下调速方式。由于该传动方式电动机输出转矩恒定，当转速下降时，电动机的输出功式电动机输出转矩恒定，当转速下降时，电动机的输出功率下降。率下降。为了充分利用电动机的容量，当负载的转速较低时，为了充分利用电动机的容量，当负载的转速较低时，要考虑通过减速器要考虑通过减速器提高电动机的转速提高电动机的转速，以提高电动机的输，以提高电动机的输出功率，出功率，降低电动机和变频器的功率裕量降低电动机和变频器的功率裕量。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择2）基频以上调速）基频以上调速当负载为当负载为高速设备高速设备或或恒功率调速负载恒功率调速负载，可考虑变频器超频，可考虑变频器超频工作。如内圆磨床的磨头电动机，转速在每分钟上万转，工作。如内圆磨床的磨头电动机，转速在每分钟上万转，可采用变频高速电动机驱动，简化传动环节。可采用变频高速电动机驱动，简化传动环节。还有一类负载，即还有一类负载，即需要电动机调速，又需要电动机功率恒需要电动机调速，又需要电动机功率恒定定。如变速车床，在调速的过程中要保持电动机输出功率。如变速车床，在调速的过程中要保持电动机输出功率不变，这种场合也可采用超频工作。不变，这种场合也可采用超频工作。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择案例案例2：有一车床调速系统，主轴转速：有一车床调速系统，主轴转速400600r/min，消耗功率，消耗功率4.5kW(恒功率负载恒功率负载)，请选择调速方案。请选择调速方案。案例分析案例分析：选择：选择6极极5kW电动机，电动机额定转电动机，电动机额定转速速960r/min。当电动机输出额定转速时，主轴。当电动机输出额定转速时，主轴转速为转速为400r/min，传动比，传动比=960/400=2.4(为降速传动机构为降速传动机构)。当主轴转速为当主轴转速为600r/min时，电动机的转速为：时，电动机的转速为：600r/min2.4=1440r/min。即电动机超。即电动机超频工作。频工作。因电动机超频工作时输出为恒功率，所因电动机超频工作时输出为恒功率，所以车床主轴在以车床主轴在400600r/min变化时可得到恒变化时可得到恒功率。功率。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.1.5 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性电动机的机械特性就是转速和转矩之间的关系。电动机的机械特性就是转速和转矩之间的关系。当电动机的当电动机的转速和转矩转速和转矩在额定值附近变化在额定值附近变化时，时，基本上成正比关系，即基本上成正比关系，即 n T1.电动机有较强的机械硬度电动机有较强的机械硬度当转矩大范围变化时，当转矩大范围变化时，转速的变化范围较小，转速的变化范围较小，速度稳定性好。速度稳定性好。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择2.有较强的过载能力有较强的过载能力TN为额定转矩为额定转矩，TM为最大转矩，过载能力定义为：为最大转矩，过载能力定义为：=TM/TN过载能力，一般为过载能力，一般为1.82.2倍。当负载倍。当负载转矩转矩大于大于，电动机堵转。，电动机堵转。3.起动转矩起动转矩变频器因为低频起动，起动变频器因为低频起动，起动转矩转矩TST可达最大转矩可达最大转矩TM。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择3.电动机机械特性应用电动机机械特性应用1）机械特性较硬）机械特性较硬因为机械特性较硬，可广泛应用于对因为机械特性较硬，可广泛应用于对转速精度转速精度要求不高的要求不高的开环控制开环控制(变频器基本变频器基本U/f开环控制开环控制)。2）电动机和变频器容量的选择）电动机和变频器容量的选择在波动或冲击性负载，在波动或冲击性负载，电动机的容量可以按负载的平均功电动机的容量可以按负载的平均功率选取率选取(最大冲击负载不能使电动机堵转最大冲击负载不能使电动机堵转)；但；但变频器的容变频器的容量按负载的瞬时冲击功率选取量按负载的瞬时冲击功率选取，且容量不能大于电动机容，且容量不能大于电动机容量的量的2倍倍(因因=1.82.2倍倍)。3）因为电动机存在转速差）因为电动机存在转速差n，转速速n 随随负载转矩矩T的的变化而化而变化，在速度精确控制中要引入反化，在速度精确控制中要引入反馈环节。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择案例案例3：有一：有一30kW负载设备，工作电流负载设备，工作电流58A，为，为冲击性冲击性负载。冲击电流峰值达负载。冲击电流峰值达110A(作用时间作用时间1030s)，请选，请选择电动机和变频器容量。择电动机和变频器容量。电动机选择电动机选择：因为电动机：因为电动机有有2倍的过载能力，容量按倍的过载能力，容量按平均电流选取，取平均电流选取，取30kW。变频器选择变频器选择：变频器因为：变频器因为过载能力差过载能力差(150%，时间时间2030s)，按瞬时，按瞬时功率选。选功率选。选60kW。图图 冲击性负载冲击性负载第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择4.笼型转子感应电动机笼型转子感应电动机 第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择电动机特点：电动机特点：转子导线电阻很小，电动机的机械特性很硬，广转子导线电阻很小，电动机的机械特性很硬，广泛用于泛用于各种传动中各种传动中。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择5.绕线式转子绕线式转子第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择电动机特性：电动机特性：电动机的转子电阻可调，通过电动机的转子电阻可调，通过改变转子电阻，可改变电动机改变转子电阻，可改变电动机的机械特性。的机械特性。应用应用：取得最大起动转矩，进：取得最大起动转矩，进行调速；利用行调速；利用下垂特性下垂特性平衡多平衡多台电动机驱动同一负载的输出台电动机驱动同一负载的输出转矩。转矩。缺点：转子电阻消耗大量的电缺点：转子电阻消耗大量的电能，操作复杂，故障率高。能，操作复杂，故障率高。该电动机广泛用于该电动机广泛用于桥式起重机、桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等卷扬机、龙门吊车等。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择6.变频器专用电动机变频器专用电动机1）变频器在进行变频调速时，电动机的转速有时很低。）变频器在进行变频调速时，电动机的转速有时很低。因为电动机是通过自身风冷散热，低速时因电流不减，发因为电动机是通过自身风冷散热，低速时因电流不减，发热量不减，电动机发热严重热量不减，电动机发热严重(变频器输出频率低于变频器输出频率低于40Hz时，电动机散热能力下降一半时，电动机散热能力下降一半)。2）由于变频器输出的是）由于变频器输出的是PWM波，对电动机的耐压有更波，对电动机的耐压有更高要求。高要求。3）变频电动机特点变频电动机特点：采用笼型结构，装有专用轴流风机，：采用笼型结构，装有专用轴流风机，保证电机在不同转速下均有较好的冷却效果保证电机在不同转速下均有较好的冷却效果电机经过抗环境腐蚀设计能够保持较长寿命。电机经过抗环境腐蚀设计能够保持较长寿命。配置深沟槽滚球轴承使得电机寿命大大延长。配置深沟槽滚球轴承使得电机寿命大大延长。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择4）专用电动机选择）专用电动机选择工作频率高于工作频率高于50Hz，到高达，到高达100Hz。工作频率低于工作频率低于40Hz以下，严重散热不良时。以下，严重散热不良时。调速比大于或等于调速比大于或等于10，且频繁变化。，且频繁变化。因传动需要，更适合用专用电动机的场合。因传动需要，更适合用专用电动机的场合。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.2 变频器的控制模式变频器的控制模式1.2.1 变频器的分类变频器的分类按变换环节分：交按变换环节分：交-直直-交型交型 和交和交-交型交型1.按改变变频器输出电压的方法分：按改变变频器输出电压的方法分：PAM型和型和PWM型型2.按电压的等级分：低压变频器和高压大容量变频器。按电压的等级分：低压变频器和高压大容量变频器。类型有高类型有高-低低-高型和直接高压型。高型和直接高压型。3.按滤波方式分：电流型和电压型。按滤波方式分：电流型和电压型。4.按用途分：专用型按用途分：专用型 通用型通用型 高频变频器。高频变频器。5.按输入电源分：单相变频器和三相变频器。按输入电源分：单相变频器和三相变频器。6.按内部控制模式分：按内部控制模式分：U/f 正弦脉宽调制模式、正弦脉宽调制模式、转差频率转差频率控制模式控制模式、矢量控制模式和直接转矩控制模式变频器、矢量控制模式和直接转矩控制模式变频器第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.2.2 基本基本U/控制模式控制模式 问题的提出问题的提出：在工程中，有些负载：在工程中，有些负载需要调速需要调速，但速度控制但速度控制精度要求不高精度要求不高。如搅拌机，工作时需要改变速度的大小和。如搅拌机，工作时需要改变速度的大小和方向，但对速度的精度没有要求。这一类负载变频器可以方向，但对速度的精度没有要求。这一类负载变频器可以开环控制，连接方法见下图。开环控制，连接方法见下图。控制特点控制特点：基本：基本U/变频器通过压频变换器使变频器的输变频器通过压频变换器使变频器的输出电压与输出频率成比例的改变，即即控制出电压与输出频率成比例的改变，即即控制U/=常数。常数。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择 性能特点性能特点：性价比高，输出转矩恒定即恒磁通控：性价比高，输出转矩恒定即恒磁通控制，但速度控制的精度不高。适用于对速度精度制，但速度控制的精度不高。适用于对速度精度要求较低的场合。低频稳定性较差，转矩不足，要求较低的场合。低频稳定性较差，转矩不足，低速运行时需要进行转矩补偿。低速运行时需要进行转矩补偿。该变频器为开环控制，安装调试很方便，能满足该变频器为开环控制，安装调试很方便，能满足很多场合的应用。很多场合的应用。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.2.3 转差频率控制模式（又称转差频率控制模式（又称U/f闭环控制变频器）闭环控制变频器）1.问题的提出问题的提出：在在过程控制中，需要程控制中，需要电动机的机的转速速与与电动机的机的控制物理量控制物理量成比例。如恒成比例。如恒压供水控制，供水控制，为了保了保证水水泵的的压力恒定，当力恒定，当用水量大用水量大造成造成压力下降力下降时，要控制水，要控制水泵加速；当加速；当用水量少用水量少造成造成压力升高力升高时，要控制水，要控制水泵减速。水减速。水泵的升速或减速的升速或减速必必须将将压力信号反力信号反馈给变频器器，变频器才能根据反器才能根据反馈的的压力力信号信号对水水泵的的转速速进行控制行控制。由此可由此可见，变频器要想器要想进行行过程程闭环控制，其内部要控制，其内部要设置置闭环控制控制环节，外部要，外部要设闭环反反馈输入端子入端子。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择2.转差频率控制原理转差频率控制原理变频器在进行过程控制中，改变电动机的转速是通过变频器在进行过程控制中，改变电动机的转速是通过控制控制转差频率转差频率实现的实现的。控制原理：控制原理：电动机由于存在转速差电动机由于存在转速差n，且转速差，且转速差n和和转矩转矩T成正比，当改变变频器的输出频率，使变频器的转成正比，当改变变频器的输出频率，使变频器的转速差速差n改改变时，电动机的机的输出出转矩矩T改改变，电动机的输出电动机的输出转速改变。就是通过控制变频器的转差转速改变。就是通过控制变频器的转差n，来控制，来控制电动机的机的转矩，达到控制矩，达到控制电动机机转速的目的。速的目的。这就是就是转差差频率率控制原理。控制原理。由于由于转差差频率控制需要率控制需要检出出电动机的机的转速，速，因此必因此必须闭环控制。控制。在在变频器内部，我器内部，我们就是通就是通过给定信号和反定信号和反馈信号的比信号的比较差差值，来控制，来控制变频器的器的n，即控制，即控制变频变频器的器的输输出出频频率。率。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择3.转差频率闭环控制转差频率闭环控制(PID控制控制)1)电路结构电路结构变频器内设：变频器内设：比较电路和比较电路和PID控制电路，处理目标信号和控制电路，处理目标信号和反馈信号以及加减速时间的控制反馈信号以及加减速时间的控制。变频器外设：变频器外设：目标量给定端子和反馈端子，信号转换传感目标量给定端子和反馈端子，信号转换传感器。器。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择2）工作原理）工作原理我们设定一个我们设定一个目标量目标量(等同于设备想得到的压力值的电信等同于设备想得到的压力值的电信号号)，传感器将设备的压力按比例转化为电信号，传感器将设备的压力按比例转化为电信号，反馈回反馈回变频器变频器，反馈量和目标量进行比较：反馈量和目标量进行比较：当反馈量小于目标量，当反馈量小于目标量，变频器控制变频器控制 n上升，转矩随之上升，电动机的转速随之上升，转矩随之上升，电动机的转速随之上升；反之，上升；反之，n下降，转矩随之下降，电动机的转速随下降，转矩随之下降，电动机的转速随之下降。使电动机的实际转速按给定目标量的要求转动之下降。使电动机的实际转速按给定目标量的要求转动(反馈闭环控制，反馈信号取自什么量，就稳定什么量反馈闭环控制，反馈信号取自什么量，就稳定什么量).第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择3）PID控制可以稳定过控制可以稳定过程量、也可以稳定电动机程量、也可以稳定电动机转速转速PID进行过程量控制，可进行过程量控制，可以稳定过程量以稳定过程量。传感器采传感器采用模拟传感器，将压力、用模拟传感器，将压力、速度等物理量转化为模拟速度等物理量转化为模拟电压或电流信号，反馈给电压或电流信号，反馈给变频器。变频器。PID进行电动机转速控制，进行电动机转速控制，一般采用数字编码器取回一般采用数字编码器取回反馈信号。反馈信号。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择4）转差频率控制和U/控制功能上的区别 U/控制变频器内部不用控制变频器内部不用设置设置PID控制功能，不用设置控制功能，不用设置反馈端子。而转差频率控制在反馈端子。而转差频率控制在变频器的内部要设比较电路和变频器的内部要设比较电路和PID控制电路。如果用控制电路。如果用U/f控控制变频器实现闭环控制，制变频器实现闭环控制，要在变频器之外配置PID控制板。现在的变频器，都将基本现在的变频器，都将基本U/控制和控制和PID控制功能做控制功能做在同一变频器中，作为在同一变频器中，作为普通变普通变频器频器供应。供应。第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择第一章：变频器控制模式和容量的选择1.2.4矢量控制变频器矢量控制变频器1.问题的提出问题的提出现代控制的要求：精密机床要求加工精度达到现代控制的要求：精密机床要求加工精度达到1毫米的百毫米的百分之几；重型铣床的转速高分之几；重型铣床的转速高600mm/min，低，低2mm/min，高低速比，高低速比300倍；几千千瓦轧钢电动机在倍；几千千瓦轧钢电动机在不到不到1s内完成从正转到反转的全部过程；薄板高速轧机内完成从正转到反转的全部过程；薄板高速轧机轧制速度达轧制速度达37m/s以上，而厚度误差小于以上，而厚度误差小于1%；日产；日产400t新闻纸的高速造纸机，速度达新闻纸的高速造纸机，速度达1000m/min，速度，速度误差小于误差小于0.01%；上述控制系统量化了的性能指标，可；上述控制系统量化了的性能指