1、王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統變頻器功能解析王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 概述概述 現代通用變頻器大都是采用二極管整現代通用變頻器大都是采用二極管整流和由快速全控開關器件流和由快速全控開關器件 IGBT IGBT 或功率?；蚬β誓K塊IPM IPM 組成的組成的PWMPWM逆變器，構成交逆變器，構成交- -直直- -交電交電壓源型變壓變頻器，已經占領了全世界壓

2、源型變壓變頻器，已經占領了全世界0.50.5500kVA 500kVA 中、小容量變頻調速裝置中、小容量變頻調速裝置的絕大部分市場。的絕大部分市場。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 “通用通用”，包含著兩方面的含義：，包含著兩方面的含義：（1 1）可以和通用的籠型異步電機配套使用；）可以和通用的籠型異步電機配套使用；（2 2）具有多種可供選擇的功能，適用于各種）具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質的負載。不同性質的負載。 系統介紹系統介紹 圖圖6-376-37繪出了一種典型

3、的數字控制繪出了一種典型的數字控制通用變頻器通用變頻器- -異步電動機調速系統原理圖。異步電動機調速系統原理圖。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 1. 系統組成系統組成M3電壓檢測泵升限制電流檢測溫度檢測電流檢測單片機顯示設定接口PWM發生器驅動電路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 1 1 頻率給定的方式與選擇頻率給定

4、的方式與選擇1.1 1.1 基礎概念基礎概念調節變頻器輸出頻率具體方法調節變頻器輸出頻率具體方法-提供給定信號的方式提供給定信號的方式。 (1) 面板給定方式面板給定方式(a) (a) 鍵盤給定頻率的大小通過鍵盤上的升鍵鍵盤給定頻率的大小通過鍵盤上的升鍵( (鍵鍵) )和降鍵和降鍵(q (q鍵鍵) )來來進行給定。鍵盤給定屬于數字量給定，精度較高。進行給定。鍵盤給定屬于數字量給定，精度較高。 (b) (b) 電位器給定部分變頻器在面板上設置了電位器，頻率大電位器給定部分變頻器在面板上設置了電位器，頻率大小也可以通過電位器來調節。電位器給定屬于模擬量給定，精度小也可以通過電位器來調節。電位器給定

5、屬于模擬量給定，精度稍低。稍低。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 多數變頻器在面板上并無電位器，故說明書中多數變頻器在面板上并無電位器，故說明書中所說的所說的“面板給定面板給定”，實際就是鍵盤給定。，實際就是鍵盤給定。 變頻器的面板通常可以取下，通過延長線安變頻器的面板通?？梢匀∠?，通過延長線安置在用戶操作方便的地方置在用戶操作方便的地方. .王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓

6、變頻調速系統 (2) (2) 外部給定方式外部給定方式 從外接輸入端子輸入頻率給定信號，稱為外部給定，或遠控給定從外接輸入端子輸入頻率給定信號，稱為外部給定，或遠控給定(a) (a) 外接模擬量給定外接模擬量給定 外接給定端子外部輸入模擬量信號進行給定外接給定端子外部輸入模擬量信號進行給定. 電壓信號電壓信號 010V、210V、010V、05V、15V、05V等。等。 電流信號電流信號 020mA、420mA等。等。(b) (b) 外接數字量給定外接數字量給定 外接開關量端子輸入開關信號進行給定。外接開關量端子輸入開關信號進行給定。 (c) (c) 外接脈沖給定外接脈沖給定 通過外接端子輸入

7、脈沖序列進行給定。通過外接端子輸入脈沖序列進行給定。 (d) (d) 通訊給定通訊給定 由由PLC或計算機通過通訊接口進行頻率給定?；蛴嬎銠C通過通訊接口進行頻率給定。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統1.2 1.2 選擇給定方式的一般原則選擇給定方式的一般原則 (1) 1) 面板給定和外接給定面板給定和外接給定 優先選擇面板給定。因為變頻器的操作面板包括鍵盤和顯示屏，優先選擇面板給定。因為變頻器的操作面板包括鍵盤和顯示屏，而顯示屏的顯示功能十分齊全。而顯示屏的顯示功能十分齊全。

8、受聯接線長度的限制，控制面板與變頻器之間的距離不能過長受聯接線長度的限制，控制面板與變頻器之間的距離不能過長。 (2) (2) 數字量給定與模擬量給定數字量給定與模擬量給定 優先選擇數字量給定。優先選擇數字量給定。 (a) (a) 數字量給定時頻率精度較高數字量給定時頻率精度較高; ; (b) (b) 數字量給定通常用觸點操作，非但不易損壞，且抗數字量給定通常用觸點操作，非但不易損壞，且抗干擾能力干擾能力強。強。 (3) (3) 電壓信號與電流信號電壓信號與電流信號 優先選擇電流信號。因為電流信號在傳輸過程中，不受優先選擇電流信號。因為電流信號在傳輸過程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜

9、散的熱電效應以及線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應以及感應噪聲等等的影響，抗干擾能力較強。感應噪聲等等的影響，抗干擾能力較強。 但由于電流信號電路比較復雜，故在距離不遠的情況但由于電流信號電路比較復雜，故在距離不遠的情況下，仍以選用電壓給定方式居多。下，仍以選用電壓給定方式居多。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統2 2 模擬量給定的調整功能模擬量給定的調整功能 2.1 2.1 概念概念 由模擬量進行頻率給定時，變頻器的給定信號由模擬量進行頻率給定時，變頻器的給定信號 (

10、(電壓信電壓信號號UGUG，或電流信號，或電流信號IGIG與給定頻率與給定頻率fXfX之間的關系曲線之間的關系曲線 f fX Xf(f() )，稱為頻率給定線，稱為頻率給定線。 1.基本頻率給定線基本頻率給定線 在給定信號在給定信號X X從從0 0增大至最大值增大至最大值XmaxXmax的過程中，給定頻率的過程中，給定頻率fXfX線性地從線性地從0 0增大到最大頻率增大到最大頻率fmaxfmax的頻率給定線稱為的頻率給定線稱為基本基本頻率給定線。頻率給定線。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變

11、頻調速系統2. 2. 最大頻率最大頻率fmaxfmax 在數字量給定在數字量給定( (包括鍵盤給定、外接升速包括鍵盤給定、外接升速/ /降速給定、降速給定、外接多檔轉速給定等外接多檔轉速給定等) )時，是變頻器允許輸出的最高頻率時，是變頻器允許輸出的最高頻率; ;在模擬量給定時，是與最大給定信號對應的頻率在模擬量給定時，是與最大給定信號對應的頻率。3. 3. 頻率給定線的調整頻率給定線的調整 在生產實踐中，生產機械所要求的最低頻率在生產實踐中，生產機械所要求的最低頻率及最高頻率常常不是及最高頻率常常不是0Hz0Hz和額定頻率和額定頻率，需要對頻率，需要對頻率給定線進行適當的調整，使之符合生產實

12、際的需給定線進行適當的調整，使之符合生產實際的需要。要。 因為頻率給定線是直線，調整的著眼點便是因為頻率給定線是直線，調整的著眼點便是: : (a) (a) 頻率給定線的起點頻率給定線的起點 即當給定信號為最小值時對應的頻率即當給定信號為最小值時對應的頻率; ; (b) (b) 頻率給定線的終點頻率給定線的終點 即當給定信號為最大值時對應的頻率。即當給定信號為最大值時對應的頻率。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 3 3 模擬量給定的正、反轉控制與濾波模擬量給定的正、反轉控制與濾波

13、 3.1 3.1 模擬量給定的正、反轉功能模擬量給定的正、反轉功能 (1) (1) 控制方式控制方式 (a) (a) 由雙極性給定信號控制由雙極性給定信號控制 正信號控制正轉，負信號控制反轉。正信號控制正轉，負信號控制反轉。(b) (b) 由單極性給定信號控制由單極性給定信號控制 給定信號只有給定信號只有“”值，由給定信號中間的任意值作值，由給定信號中間的任意值作為正轉和反轉的分界點，。為正轉和反轉的分界點，。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(2) 2) 死區的設置死區的設置 用

14、模擬量給定信號進行正、反轉控制時，用模擬量給定信號進行正、反轉控制時，“0”0”速控速控制很難穩定，在給定信號為制很難穩定，在給定信號為“”時，常常出現正轉或反時，常常出現正轉或反轉的轉的“蠕動蠕動”現象。需要在現象。需要在“”速附近設定一個死區速附近設定一個死區XX，使給定信號從，使給定信號從-X-X到到XX的區間內，輸出頻率為的區間內，輸出頻率為0Hz0Hz。 (3) (3) 有效有效“0”0”的功能的功能 在給定信號為單極性的正、反轉控制方式中，存在著在給定信號為單極性的正、反轉控制方式中，存在著一個特殊的問題。萬一給定信號因電路接觸不良或其他原一個特殊的問題。萬一給定信號因電路接觸不良

15、或其他原因而因而“丟失丟失”，則變頻器的給定輸入端得到的信號為，則變頻器的給定輸入端得到的信號為“0”0”，其輸出頻率將跳變為反轉的最大頻率，電動機將，其輸出頻率將跳變為反轉的最大頻率，電動機將從正常工作狀態轉入高速反轉狀態。從正常工作狀態轉入高速反轉狀態。 變頻器設置了一個有效變頻器設置了一個有效“0”0”功能。變頻器的最小給功能。變頻器的最小給定信號不等于定信號不等于0(Xmin0)0(Xmin0)。如果給定信號。如果給定信號X X0 0，變頻器將，變頻器將認為是故障狀態而把輸出頻率降至認為是故障狀態而把輸出頻率降至0Hz0Hz。 例如，將有效例如，將有效“”預置為預置為0.3V0.3V。

16、則。則: : 當給定信號當給定信號X X0.3V0.3V時時, , 變頻器的輸出頻率為變頻器的輸出頻率為fmin;fmin; 當給定信號當給定信號X X0.3V0.3V時時, , 變頻器的輸出頻率降為變頻器的輸出頻率降為0Hz0Hz。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 3.2 3.2 模擬量給定的濾波時間模擬量給定的濾波時間 (1) (1) 濾波時間的含義濾波時間的含義 變頻器在接受模擬量給定信號時，首先要進行濾波，圖中，變頻器在接受模擬量給定信號時，首先要進行濾波，圖中，綜坐標是

17、給定信號的百分數綜坐標是給定信號的百分數X X。 濾波時間常數，是指給定信號上升至穩定值濾波時間常數，是指給定信號上升至穩定值6363所需的時間。所需的時間。(2) (2) 濾波時間的影響濾波時間的影響濾波時間太短：濾波時間太短：當變當變頻器顯示頻器顯示“給定頻率給定頻率”時，有可能不夠穩定時，有可能不夠穩定; ;濾波時間太長：濾波時間太長：當當調節給定信號時，給調節給定信號時，給定頻率隨給定信號改定頻率隨給定信號改變時的響應速度較慢。變時的響應速度較慢。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻

18、調速系統 4 4 輔助給定與其他功能輔助給定與其他功能 4.1 4.1 輔助給定功能輔助給定功能 1) 1) 基本概念基本概念 當變頻器有兩個或多個模擬量給定信號同時從不同的端子當變頻器有兩個或多個模擬量給定信號同時從不同的端子輸入時，有一個為主給定信號，其他為輔助給定信號。輸入時，有一個為主給定信號，其他為輔助給定信號。 大多數變頻器的輔助給定信號都是疊加到主給定信號大多數變頻器的輔助給定信號都是疊加到主給定信號( (相加或相減相加或相減) )上去的。疊加后在頻率給定線如圖中的曲線上去的。疊加后在頻率給定線如圖中的曲線和曲線和曲線所示。所示。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系

19、交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 (2) (2) 應用舉例應用舉例多單元拖動系統的同步運行多單元拖動系統的同步運行 在造紙、印染等機械中，整臺機器具有若在造紙、印染等機械中，整臺機器具有若干個單元，每個單元都有各自獨立的拖動干個單元，每個單元都有各自獨立的拖動系統系統, , 如圖所示如圖所示: :第單元由電動機拖第單元由電動機拖動，第二單元由電動機拖動動，第二單元由電動機拖動。 把第單元稱把第單元稱為主令單元為主令單元, , 后面的各單元稱后面的各單元稱為為從動單元從動單元。在這種情況下，總是要求被。在這種情況下，總是要求被加工

20、物在各單元的線速度一致加工物在各單元的線速度一致. . 因此，對于多單元拖動系統的要求是因此，對于多單元拖動系統的要求是: : 在調速時在調速時, , 各單元必須同時調節各單元必須同時調節; ; 各單各單元的運行線速度必須步調一致元的運行線速度必須步調一致, , 即實現同即實現同步運行。步運行。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 4.2

21、 4.2 頻率給定的其他功能頻率給定的其他功能( (1) 1) 頻率指令的保持功能頻率指令的保持功能 變頻器在停機后變頻器在停機后, , 是否保持停機前的運是否保持停機前的運行頻率的選擇功能。再開機時行頻率的選擇功能。再開機時, , 變頻器的變頻器的運行頻率有兩種狀態可供選擇運行頻率有兩種狀態可供選擇: : 保持功能無效保持功能無效 運行頻率為運行頻率為0Hz0Hz，如要回復到原來的工作頻，如要回復到原來的工作頻率，須重新加速。率，須重新加速。 保持功能有效保持功能有效 運行頻率自動上升到停機前的工作頻率。運行頻率自動上升到停機前的工作頻率。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交

22、直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(2) (2) 點動頻率功能點動頻率功能 點動點動是各類機械在調試過程中經常使用的操作是各類機械在調試過程中經常使用的操作方式。因為主要用于調試，故所需頻率較低，一方式。因為主要用于調試，故所需頻率較低，一般也不需要調節。所以，點動頻率般也不需要調節。所以，點動頻率( (用用fJfJ表示表示) )是是通過功能預置來確定的。有的變頻器也可以預置通過功能預置來確定的。有的變頻器也可以預置多檔點動頻率。多檔點動頻率。(3) (3) 頻率給定異常時的處理功能頻率給定異常時的處理功能 (a) (a) 給定信號

23、丟失給定信號丟失 當外接模擬頻率給定信號因電路接觸不良或斷當外接模擬頻率給定信號因電路接觸不良或斷線而丟失時，變頻器處理方式的選擇功能。例如，線而丟失時，變頻器處理方式的選擇功能。例如，是否停機，如繼續運行，則在多大頻率下運行等。是否停機，如繼續運行，則在多大頻率下運行等。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 ( (b) b) 給定信號小于最低頻率時的處理給定信號小于最低頻率時的處理功能功能 有的負載在頻率很低時實際上不能運有的負載在頻率很低時實際上不能運行，因而需要預置行，因而需要

24、預置“最低頻率最低頻率”。對。對應地，也就有一個最小給定信號。當應地，也就有一個最小給定信號。當實際給定信號小于最小給定信號時，實際給定信號小于最小給定信號時，應視為異常狀態。應視為異常狀態。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 5 頻率的限制功能 5.1 5.1 上、下限頻率上、下限頻率 (1) (1) 生產機械對轉速范圍的要求生產機械對轉速范圍的要求 生產機械根據工藝過程的實際需要，常常要求對轉速生產機械根據工藝過程的實際需要，常常要求對轉速范圍進行限制。以某攪拌機為例，要求的最

25、高轉速是范圍進行限制。以某攪拌機為例，要求的最高轉速是600r/min600r/min，最低轉速是，最低轉速是150r/min150r/min。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 (b) (b) 變頻器的上、下限頻率變頻器的上、下限頻率 根據生產機械所要求的最高與最低轉速，根據生產機械所要求的最高與最低轉速，以及電動機與生產機械之間的傳動比，可以推算以及電動機與生產機械之間的傳動比，可以推算出相對應的頻率，分別稱為上限頻率出相對應的頻率，分別稱為上限頻率( (用用fHfH表示表示)

26、 )與下限頻率與下限頻率( (用用fLfL表示表示) )。在上例中，如傳動比。在上例中，如傳動比2 2，則，則: : (c) (c) 上限頻率與最高頻率的關系上限頻率與最高頻率的關系 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先上限頻率比最高頻率優先 上限頻率是根據生產機械的要求來決定的，所上限頻率是根據生產機械的要求來決定的，所以具有優先權以具有優先權. . 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 5.2 5.2 回避頻率回避頻率(1) (1) 概念概念 任何機械

27、在運轉過程中，都或多或少會產生振動。任何機械在運轉過程中，都或多或少會產生振動。每臺機器又都有一個每臺機器又都有一個固有振蕩頻率固有振蕩頻率，它取決于機，它取決于機械的結構。械的結構。 如果生產機械運行在某一轉速下時，所引起的振如果生產機械運行在某一轉速下時，所引起的振動頻率和機械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機動頻率和機械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機械的振動將因發生諧振而變得十分強烈械的振動將因發生諧振而變得十分強烈( (也稱為機也稱為機械共振械共振) )，并可能導致機械損壞的嚴重后果。，并可能導致機械損壞的嚴重后果。 設置回避頻率設置回避頻率fJ fJ的目的，就是使拖動系統的目的，就是使拖

28、動系統“回回避避”掉可能引起諧振的轉速掉可能引起諧振的轉速。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(2) (2) 回避頻率的預置回避頻率的預置 預置回避頻率時，預置回避頻率時，必須預置以下兩個必須預置以下兩個數據數據: : 中心回避頻率中心回避頻率fJfJ 即回避頻率所在的即回避頻率所在的位置位置; ; 回避寬度回避寬度fJfJ 即回避區域即回避區域(3) (3) 回避頻率的數量回避頻率的數量 大多數變頻器都可大多數變頻器都可以預置三個回避頻以預置三個回避頻率率王永華王永華揚州大學電氣

29、工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統6 6變頻引出的特殊問題變頻引出的特殊問題1 1 保持磁通不變的必要性和途徑保持磁通不變的必要性和途徑(1) (1) 保持磁通不變的必要性保持磁通不變的必要性磁通減小磁通減小 任何電動機的電磁轉矩都是電流和磁通任何電動機的電磁轉矩都是電流和磁通相互作用的結果，電流是不允許超過額定值的，相互作用的結果，電流是不允許超過額定值的，否則將引起電動機的發熱。因此，如果磁通減否則將引起電動機的發熱。因此，如果磁通減小，電磁轉矩也必減小，導致帶載能力降低。小，電磁轉矩也必減小，導致帶

30、載能力降低。(b) (b) 磁通增大磁通增大 電動機的磁路將飽和，由于在變頻調速時，電動機的磁路將飽和，由于在變頻調速時，運行頻率運行頻率fXfX是在相當大的范圍內變化的，如不是在相當大的范圍內變化的，如不采取措施的話，磁通的變化范圍也是非常大的。采取措施的話，磁通的變化范圍也是非常大的。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 它極容易使電動機的磁路嚴重飽和，導致勵磁電它極容易使電動機的磁路嚴重飽和，導致勵磁電流的波形嚴重畸變，產生峰值很高的尖峰電流，流的波形嚴重畸變，產生峰值很高的

31、尖峰電流，如圖所示。圖的上半部是電動機的磁化曲線如圖所示。圖的上半部是電動機的磁化曲線;下半下半部則是勵磁電流的波形。部則是勵磁電流的波形。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 變頻調速的一個特殊問題便是變頻調速的一個特殊問題便是: 當頻率當頻率fX變化時，必須使磁通變化時，必須使磁通保持不變保持不變: const(2) (2) 保持磁通不變的方法保持磁通不變的方法 在調節頻率時，必須保持反電動勢在調節頻率時，必須保持反電動勢E1XE1X和頻率和頻率fXfX的比值不變。的比值不變。

32、但反電動勢是由定子繞組切割旋轉磁通而感但反電動勢是由定子繞組切割旋轉磁通而感生的，無法從外部進行控制。生的，無法從外部進行控制。用保持定子側輸入用保持定子側輸入電壓和頻率之比等于常數來代替電壓和頻率之比等于常數來代替: : 在改變頻率時在改變頻率時, , 必須同時必須同時改變定子側的輸入電壓。改變定子側的輸入電壓。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統2.2.變壓變頻存在的問題及原因分析變壓變頻存在的問題及原因分析(1) (1) 存在的問題存在的問題(a) (a) 衡量調速性能的主要因

33、素衡量調速性能的主要因素 電動機的基本功能是拖動生產機械旋轉，因此，電動機的基本功能是拖動生產機械旋轉，因此，在低頻時的帶負載能力便是衡量變頻調速性能好在低頻時的帶負載能力便是衡量變頻調速性能好壞的一個十分重要的因素。壞的一個十分重要的因素。(b) (b) 調壓調頻存在的問題調壓調頻存在的問題 滿足滿足constconst的情況下進行變頻調速時，隨的情況下進行變頻調速時，隨著頻率的下降，電動機的臨界轉矩和帶負載能力著頻率的下降，電動機的臨界轉矩和帶負載能力( (用有效轉矩用有效轉矩MEXMEX表示表示) )也有所下降，如圖所示。也有所下降，如圖所示。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工

34、程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(2) (2) 臨界轉矩下降的原因分析臨界轉矩下降的原因分析 (a) 電磁轉矩的產生 異步電動機的電磁轉矩是轉子電流和磁通相異步電動機的電磁轉矩是轉子電流和磁通相互作用的結果。因此，問題的關鍵便是互作用的結果。因此，問題的關鍵便是: :在滿足式在滿足式(16)(16)的情況下，低頻時能否保持磁通量基本不變？的情況下，低頻時能否保持磁通量基本不變？

35、(b) (b) 電磁轉矩減小的原因電磁轉矩減小的原因 反電動勢是定子側輸入電壓減去阻抗壓降的結果。反電動勢是定子側輸入電壓減去阻抗壓降的結果。 當頻率當頻率fXfX下降時，輸入電壓下降時，輸入電壓U1XU1X隨之下降。但隨之下降。但在負載不變的情況下，電流在負載不變的情況下，電流I1I1及其阻抗壓降卻基及其阻抗壓降卻基本不變本不變, , 于是反電動勢于是反電動勢E1XE1X所占的比例必將減小。所占的比例必將減小。 磁通磁通MM也必減小，磁通不變的要求并沒有真也必減小，磁通不變的要求并沒有真正得到滿足，結果是導致電動機的臨界轉矩也減正得到滿足，結果是導致電動機的臨界轉矩也減小。小。王永華王永華揚

36、州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統7 V/F控制功能 7.1 V/F7.1 V/F控制模式控制模式 為了確保電動機在低頻運行時，反電動勢和頻率之比保為了確保電動機在低頻運行時，反電動勢和頻率之比保持不變，真正實現持不變，真正實現constconst，適當提高，適當提高U/fU/f比，使比，使KUKUKfKf，從而使轉矩得到補償，提高電動機在低速時的帶負載能力。從而使轉矩得到補償，提高電動機在低速時的帶負載能力。這種方法稱為轉矩補償或轉矩提升，這種控制方式稱為這種方法稱為轉矩補償或轉矩提升，這種控

37、制方式稱為V/FV/F控制模式?？刂颇Ｊ健Ｍ跤廊A王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 (2) (2) 基本頻率基本頻率 與變頻器的最大輸出電壓對應的頻率稱為基本頻率，與變頻器的最大輸出電壓對應的頻率稱為基本頻率，用用fBAfBA表示。在大多數情況下，基本頻率等于電動機的額表示。在大多數情況下，基本頻率等于電動機的額定頻率，如圖所示定頻率，如圖所示。 (3) (3) 基本基本U/fU/f線線 在變頻器的輸在變頻器的輸出頻率從出頻率從0Hz0Hz上升到上升到基本頻率基本頻率fBAfBA的過程的

38、過程中中, , 滿足滿足KU=KfKU=Kf的的U/fU/f線線, , 稱為基本稱為基本U/fU/f線線 。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 (4) (4) 弱磁點弱磁點 當電動機的運行頻率高于額定頻率時，當電動機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率的上升而變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，如圖上升，如圖(b)(b)中之點以后所示。在這種中之點以后所示。在這種情況下，由于情況下，由于U/fU/f比將隨頻率的上升而下降，比將隨頻率的上升而下降，電動機磁路

39、內的磁通也因此而減，處于弱電動機磁路內的磁通也因此而減，處于弱磁運行狀態。因此，通常把轉折點稱為磁運行狀態。因此，通常把轉折點稱為弱磁點。弱磁點。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 7.2 U/f線的選擇功能線的選擇功能 (1) (1) 不同負載在低速時對不同負載在低速時對轉矩的要求各類負載在低轉矩的要求各類負載在低速時所呈現的阻轉矩是很速時所呈現的阻轉矩是很不一樣的不一樣的: : (a) (a) 二次方律負載二次方律負載 阻轉矩與轉速的二次方成阻轉矩與轉速的二次方成正比，如圖中的

40、曲線正比，如圖中的曲線所所示。低速時的阻轉矩比額示。低速時的阻轉矩比額定轉矩小得多定轉矩小得多; ; 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(b) (b) 恒轉矩負載恒轉矩負載 在不同的轉速下在不同的轉速下, , 負載的阻轉矩負載的阻轉矩基本不變基本不變, , 如圖中之曲線如圖中之曲線所所示。低速時的阻轉矩與額定轉示。低速時的阻轉矩與額定轉速時是基本相同的速時是基本相同的; ;(c) (c) 恒功率負載恒功率負載 在不同的轉速下，負載功率在不同的轉速下，負載功率保持恒定，其機械特性呈雙

41、曲保持恒定，其機械特性呈雙曲線狀，如圖中之曲線線狀，如圖中之曲線所示。所示。低速時的阻轉矩比額定轉速時低速時的阻轉矩比額定轉速時還要大得多還要大得多。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 (2) (2) 變頻器對變頻器對U/fU/f線的設置線的設置 因為每臺變頻因為每臺變頻器應用到什么負器應用到什么負載上是不確定的，載上是不確定的，而不同負載在低而不同負載在低頻時對頻時對U/fU/f比的要比的要求又很不一致。求又很不一致。使用戶可以根據使用戶可以根據電動機在低速運電動機在低速運行時負

42、載的輕重行時負載的輕重來選擇來選擇U/fU/f比，如比，如圖所示圖所示。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(3) U/f(3) U/f線的預置要點線的預置要點(a) (a) 預置不當的后果預置不當的后果 如果負載在低速時的轉矩較大而轉矩補償如果負載在低速時的轉矩較大而轉矩補償(U/f(U/f比比) ) 預置得較小，則低速時帶不動負載。反預置得較小，則低速時帶不動負載。反之之, , 如果負載在低速的轉矩較輕而轉矩補償如果負載在低速的轉矩較輕而轉矩補償(U/f(U/f比比) )預置得較

43、大，則補償過分，低速時電動機的磁預置得較大，則補償過分，低速時電動機的磁路將飽和，勵磁電流發生畸變，嚴重時會因勵磁路將飽和，勵磁電流發生畸變，嚴重時會因勵磁電流峰值過高而導致電流峰值過高而導致“過電流過電流”跳閘。跳閘。(b) (b) 預置要點預置要點 調試時，調試時，U/fU/f比的預置宜由小逐漸加大，每加比的預置宜由小逐漸加大，每加大一檔，觀察在最低頻時能否帶得動負載？及至大一檔，觀察在最低頻時能否帶得動負載？及至能帶動時，還應反過來觀察空載時會不會跳閘？能帶動時，還應反過來觀察空載時會不會跳閘？一直到在最低頻率下運行時，既能帶得動負載，一直到在最低頻率下運行時，既能帶得動負載，又不會空載

44、跳閘時為止又不會空載跳閘時為止. .王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 8 矢量控制功能8.1 8.1 基本思想基本思想 (1) (1) 對直流電動機的分析對直流電動機的分析 在變頻調速技術成熟之前，直流電動機的調速特性被公認為在變頻調速技術成熟之前，直流電動機的調速特性被公認為是最好的。究其原因，是因為它具有兩個十分重要的特點是最好的。究其原因，是因為它具有兩個十分重要的特點: : (a) (a) 磁場特點磁場特點 它的主磁場和電樞磁場它的主磁場和電樞磁場在空間是互相垂直的在空間

45、是互相垂直的; ; (b) (b) 電路特點電路特點 它的勵磁電路和電樞電路它的勵磁電路和電樞電路是互相獨立的，是互相獨立的， 在調節轉速時，在調節轉速時，只調節其中一個電路的只調節其中一個電路的參數。參數。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 (2) (2) 變頻器的矢量控制模式變頻器的矢量控制模式 (a) (a) 基本構思基本構思 仿照直流電動機的控制特點，對于調節頻率仿照直流電動機的控制特點，對于調節頻率的給定信號，分解成和直流電動機具有相同特點的給定信號，分解成和直流電動機具

46、有相同特點的磁場電流信號的磁場電流信號i i* *M M和轉矩電流信號和轉矩電流信號i i* *T T，并且假，并且假想地看作是兩個旋轉著的直流磁場的信號。當給想地看作是兩個旋轉著的直流磁場的信號。當給定信號改變時，也和直流電動機一樣，只改變其定信號改變時，也和直流電動機一樣，只改變其中一個信號，從而使異步電動機的調速控制具有中一個信號，從而使異步電動機的調速控制具有和直流電動機類似的特點。和直流電動機類似的特點。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 對于控制電路分解出的控制信號對

47、于控制電路分解出的控制信號i i* *M M和和i i* *T T，根據電動機的參數進行一系列的等效變換，根據電動機的參數進行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制信號得到三相逆變橋的控制信號i i* *A A、i i* *B B和和i i* *C C，對三相逆變橋進行控制，得到與直流電動對三相逆變橋進行控制，得到與直流電動機類似的硬機械特性機類似的硬機械特性, , 提高了低頻時的帶提高了低頻時的帶負載能力負載能力. .王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統王永華王永華揚州大學電氣工程

48、系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 (b) (b) 無反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模無反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模式式 根據在實行矢量控制時，是否需要轉速反饋根據在實行矢量控制時，是否需要轉速反饋的特點，而有的特點，而有無反饋和有反饋矢量控制無反饋和有反饋矢量控制之分。之分。 無反饋矢量控制無反饋矢量控制是根據測量到的電流、電是根據測量到的電流、電壓和磁通等數據，簡接地計算出當前的轉速，壓和磁通等數據，簡接地計算出當前的轉速，并進行必要的修正，從而在不同頻率下運行時，并進行必要的修正，從而在不同頻率

49、下運行時，得到較硬機械特性的控制模式。由于計算量較得到較硬機械特性的控制模式。由于計算量較大，故動態響應能力稍差。大，故動態響應能力稍差。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統8.2 8.2 電動機數據的輸入電動機數據的輸入 如上述，要實現矢量控制功能，必須根據電動機如上述，要實現矢量控制功能，必須根據電動機自身的參數進行一系列等效變換的計算。而進行計算的最自身的參數進行一系列等效變換的計算。而進行計算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動機的各項數據。因基本條件，是必須盡可能多地了解

50、電動機的各項數據。因此，把電動機銘牌上的額定數據以及定、轉子的參數輸入此，把電動機銘牌上的額定數據以及定、轉子的參數輸入給變頻器，就是實現矢量控制的必要條件。給變頻器，就是實現矢量控制的必要條件。 自動檢測功能自動檢測功能 從上面所舉例子可以看出，進行矢量控制時，所從上面所舉例子可以看出，進行矢量控制時，所需數據中的相當部分，一般用戶是很難得到的。這給矢量需數據中的相當部分，一般用戶是很難得到的。這給矢量控制的應用帶來了困難。對此，當代的許多變頻器都已經控制的應用帶來了困難。對此，當代的許多變頻器都已經配置了自動檢測電動機參數的功能。但檢測的具體方法，配置了自動檢測電動機參數的功能。但檢測的具

51、體方法，各種變頻器不盡相同。各種變頻器不盡相同。 自動檢測功能的英語名稱是自動檢測功能的英語名稱是auto-tuning, auto-tuning, 故有的故有的變頻器直譯為變頻器直譯為“自動調諧自動調諧”功能功能, , 也有的稱之為也有的稱之為“自學習自學習”功能。功能。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 有反饋矢量控制有反饋矢量控制則必須在電動機輸出則必須在電動機輸出軸上增加轉速反饋環節，如圖中的虛線所軸上增加轉速反饋環節，如圖中的虛線所示。由于轉速大小直接由速度傳感器測量示。

52、由于轉速大小直接由速度傳感器測量得到，既準確、又迅速。與無反饋矢量控得到，既準確、又迅速。與無反饋矢量控制模式相比，具有機械特性更硬、頻率調制模式相比，具有機械特性更硬、頻率調節范圍更大、動態響應能力強等優點。節范圍更大、動態響應能力強等優點。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(2) (2) 矢量控制的主要優點矢量控制的主要優點 低頻轉矩大低頻轉矩大 即使運行在即使運行在1Hz(1Hz(或或0.5Hz)0.5Hz)時時, , 也能產生足夠大的轉也能產生足夠大的轉矩矩, ,且不會產生

53、在且不會產生在V/FV/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現象?？刂品绞街腥菀子龅降拇怕凤柡同F象。機械特性好機械特性好 在整個頻率調節范圍內，都具有較硬的機械特性，在整個頻率調節范圍內，都具有較硬的機械特性，所有機械特性基本上都是平行的。所有機械特性基本上都是平行的。動態響應好動態響應好 尤其是有轉速反饋的矢量控制方式，其動態響應時間尤其是有轉速反饋的矢量控制方式，其動態響應時間一般都能小于一般都能小于100ms100ms。能進行四象限運行能進行四象限運行。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調

54、速系統 (2) (2) 速度控制的速度控制的PIDPID功能功能 當采用有反饋矢量控制模式時，變頻器存在著一個轉當采用有反饋矢量控制模式時，變頻器存在著一個轉速反饋的閉環系統，并且為此專門配置了速反饋的閉環系統，并且為此專門配置了PIDPID調節系統。調節系統。以利于在調節轉速的過程中，或者拖動系統發生擾動以利于在調節轉速的過程中，或者拖動系統發生擾動( (負負載突然加重或減輕載突然加重或減輕) )時，能夠使控制系統既反映迅速，又時，能夠使控制系統既反映迅速，又運行穩定。運行穩定。 因此，在具有矢量控制功能的變頻器中，有兩套因此，在具有矢量控制功能的變頻器中，有兩套PIDPID調調節功能節功能

55、: :(a) (a) 用于速度閉環控制的用于速度閉環控制的PIDPID調節功能調節功能; ;( (b) b) 用于系統控制用于系統控制( (例如供水系統的恒壓控制等例如供水系統的恒壓控制等) )的的PIDPID調節調節功能。功能。 兩種兩種PIDPID調節功能中，調節功能中，P(P(比例增益比例增益) )、I(I(積分時間積分時間) )、D(D(微分微分時間時間) )的作用對象不同，但原理是相同的。的作用對象不同，但原理是相同的。王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統 8.3 8.3

56、矢量控制的應用要點矢量控制的應用要點(1) (1) 應用矢量控制的注意點應用矢量控制的注意點 由于矢量控制必須根據電動機的參數進行一由于矢量控制必須根據電動機的參數進行一系列的演算，因此，其使用范圍必將受到一些限系列的演算，因此，其使用范圍必將受到一些限制。制。 (a) (a) 電動機的容量電動機的容量 電動機的容量應盡可能與變頻器說明書中標明電動機的容量應盡可能與變頻器說明書中標明的的“配用電動機容量配用電動機容量”相符，最多低一個檔次。相符，最多低一個檔次。 例如，變頻器的例如，變頻器的“配用電動機容量配用電動機容量”為為45kW45kW，電動機的下一檔容量為電動機的下一檔容量為37kW3

57、7kW。則該變頻器只能在。則該變頻器只能在配接配接45kW45kW或或37kW37kW的電動機時，矢量控制功能是有的電動機時，矢量控制功能是有效的。效的。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(b) (b) 電動機的磁極數電動機的磁極數 以以2p=4(42p=4(4極電動機極電動機) )為最佳，要注意說明書中為最佳，要注意說明書中對磁極數的規定。對磁極數的規定。(c) (c) 電動機的型號電動機的型號 以生產變頻器的同一家公司生產的標準電動以生產變頻器的同一家公司生產的標準電動機或變

58、頻調速專用電動機為最佳，一般的通用電機或變頻調速專用電動機為最佳，一般的通用電動機也都可用。但特殊電動機動機也都可用。但特殊電動機( (如高轉差電動機等如高轉差電動機等) )則不能用。則不能用。(d) (d) 電動機的臺數電動機的臺數 矢量控制只適用于一臺變頻器控制一臺電動機的矢量控制只適用于一臺變頻器控制一臺電動機的場合。場合。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統9 轉矩控制功能 9.1 9.1 轉矩控制與轉速控制的區別轉矩控制與轉速控制的區別(1) (1) 轉速控制的特點轉速控

59、制的特點 變頻調速，都是以控制電動機的轉速為目的的，變頻調速，都是以控制電動機的轉速為目的的， (a) (a) 變頻器輸出頻率的大小變頻器輸出頻率的大小( (從而電動機轉速的高從而電動機轉速的高低低) )隨給定信號的大小而變隨給定信號的大小而變. . (b) (b) 電動機的轉矩大小是不能控制的電動機的轉矩大小是不能控制的, , 它總是和它總是和負載的阻轉矩處于平衡狀態。因此負載的阻轉矩處于平衡狀態。因此, , 是隨負載的是隨負載的輕重而隨時變化的輕重而隨時變化的; ; (c) (c) 電動機轉矩的限值是受發熱和過載能力電動機轉矩的限值是受發熱和過載能力( (取決取決于臨界轉矩于臨界轉矩) )

60、制約的。制約的。 王永華王永華揚州大學電氣工程系揚州大學電氣工程系 交直流調速系統交直流調速系統第六章第六章 籠型異步電機變壓變頻調速系統籠型異步電機變壓變頻調速系統(2) (2) 轉矩控制的特點轉矩控制的特點 轉矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方轉矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方式式 (a) (a) 給定信號并不用于控制變頻器輸出頻率給定信號并不用于控制變頻器輸出頻率的大小的大小, , 而是用于控制電動機所產生的電磁轉矩而是用于控制電動機所產生的電磁轉矩的大小，如圖所示的大小，如圖所示: :當給定信號為當給定信號為10V10V時，電動機時，電動機的電磁轉矩為最大值的電磁轉矩為最大值