全书教学课件：变频器应用技术.ppt

1、12l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l 变频器的电路结构 l 交流异步电机的调速原理 l 变频器的分类与特点 3l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l l l 变频器的电路结构变频器的电路结构变频器的电路结构 l l l 交流异步电机的调速原理交流异步电机的调速原理交流异步电机的调速原理 l l l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点变频器的分类与特点 4 1.1.异步电机异步电机 三相异步电机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电机定子中的三个绕组在空间方位上也互差1

2、20度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P5 1.1.异步电机异步电机6 2.2.同步电机同步电机7 1.1.交流电机的调速交流电机的调速 基于节能角度，通常把交流调速分为高效调速和低效调速。高效调速指基本上不增加转差损耗的调速方式，在调节电机转速时转差率基本不变，不增加转差损失，或将转差功率以电能形式回馈电网或以机械能形式回馈机轴；低效调速则存在附加转差损失，在相同调速工况下其节能效

3、果低于不存在转差损耗的调速方式。8分类情况 9异步电机的变极调速异步电机的变极调速 10电磁调速电磁调速 电磁调速技术是通过电磁调速电机实现调速的技术。电磁调速技术是通过电磁调速电机实现调速的技术。电磁调速电机电磁调速电机(又称滑差电机又称滑差电机)由三相异步电机、电磁转由三相异步电机、电磁转差离合器和测速发电机组成，三相异步电机作为原动机差离合器和测速发电机组成，三相异步电机作为原动机工作。该技术是传统的交流调速技术之一，适用于容量工作。该技术是传统的交流调速技术之一，适用于容量在在0.55630kW范围内的风机、水泵或压缩机。范围内的风机、水泵或压缩机。11电磁调速电磁调速 12串级调速串

4、级调速串级调速的典型调速系统有两种：一种是电气串级调速系统，另串级调速的典型调速系统有两种：一种是电气串级调速系统，另一种是电机串级调速系统。电气串级调速电路是由异步机转子一一种是电机串级调速系统。电气串级调速电路是由异步机转子一侧的整流器和电网一侧的晶闸管逆变器组成。用改变逆变器的逆侧的整流器和电网一侧的晶闸管逆变器组成。用改变逆变器的逆变角来调节异步机转速，将整流后的直流通过逆变器变换成具有变角来调节异步机转速，将整流后的直流通过逆变器变换成具有电网频率的交流，将转差功率回馈电网。电机串级调速电路是把电网频率的交流，将转差功率回馈电网。电机串级调速电路是把转子整流后的直流作为电源接到一台直

5、流电机的电枢两端，用调转子整流后的直流作为电源接到一台直流电机的电枢两端，用调节励磁电流来调节异步机转速，直流机与异步机同轴相接，将转节励磁电流来调节异步机转速，直流机与异步机同轴相接，将转差功率变为直流器的输入功率与异步机一起拖动负载，使转差功差功率变为直流器的输入功率与异步机一起拖动负载，使转差功率回馈机轴。电机串级调速的调速范围不大，又增加了一台直流率回馈机轴。电机串级调速的调速范围不大，又增加了一台直流电机，使系统复杂化，应用不多。电气串级调速系统比较简单，电机，使系统复杂化，应用不多。电气串级调速系统比较简单，控制方便，应用比较广泛。控制方便，应用比较广泛。13定子调压调速定子调压调

6、速定子调压调速是用改变定子电压实现调速的方法来改变定子调压调速是用改变定子电压实现调速的方法来改变电机的转速，调度过程中它的转差功率以发热形式损耗电机的转速，调度过程中它的转差功率以发热形式损耗在转子绕组中，属于低效调速方式。由于电磁转矩与定在转子绕组中，属于低效调速方式。由于电磁转矩与定子电压的平方成正比，改变定子电压就可以改变电机的子电压的平方成正比，改变定子电压就可以改变电机的机械特性，与某一负载特性相匹配就可以稳定在不同的机械特性，与某一负载特性相匹配就可以稳定在不同的转速上，从而实现调速功能。转速上，从而实现调速功能。14转子串电阻调速转子串电阻调速15 变频调速变频调速 16调速方

7、式汇总调速方式汇总 17l l l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l l l 变频器的电路结构变频器的电路结构变频器的电路结构 l 交流异步电机的调速原理 l l l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点变频器的分类与特点 18 N0=60f/pN0=60f/p（同步电机）（同步电机）N=N0(1-s)=60f/P(1-s)N=N0(1-s)=60f/P(1-s)（异步（异步电机）电机）式中：式中：f-f-频率；频率；p-p-极对数；极对数；s-s-转差率（转差率（0 03%3%或或0 06%6%）。）。由转速公式

8、可见，只要设法改变三相交流电机的供电率由转速公式可见，只要设法改变三相交流电机的供电率f f，就十分方便地改变了电机的转速，就十分方便地改变了电机的转速N N。实际上仅仅改变。实际上仅仅改变电机的频率并不能获得良好的变频特性。电机的频率并不能获得良好的变频特性。19感应电机稳态模型感应电机稳态模型:T:T型等效电路型等效电路 20感应电机稳态模型感应电机稳态模型:简化等效电路简化等效电路 21感应电机稳态模型感应电机稳态模型:简化等效电路简化等效电路 22基频以下调速基频以下调速 基频以上调速基频以上调速 23矢量控制与矢量控制与DTCDTC控制控制 24l l l 交流电机的调速方式交流电机

9、的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l 变频器的电路结构 l l l 交流异步电机的调速原理交流异步电机的调速原理交流异步电机的调速原理 l l l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点变频器的分类与特点 25交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率转换和弱电控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题，在目前状况下主要全数字控制技

10、术。26通用变频器的构造通用变频器的构造 1.主回路 包括整流部分、直流环节、逆变部分、制动或回馈环节等部分。27通用变频器的构造通用变频器的构造 2.控制回路控制回路包括变频器的核心软件算法电路、检测传感电路、控制信号的输入输出电路、驱动电路和保护电路组成。28通用变频器的构造通用变频器的构造 2.控制回路控制回路包括变频器的核心软件算法电路、检测传感电路、控制信号的输入输出电路、驱动电路和保护电路组成。29l l l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l l l 变频器的电路结构变频器的电路结构变频器的电路结构 l

11、 l l 交流异步电机的调速原理交流异步电机的调速原理交流异步电机的调速原理 l 变频器的分类与特点 30根据变频器的变流环节的不同进行分类根据变频器的变流环节的不同进行分类 ：（1）交直交变频器交直交变频器是先将频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率任意可调的三相交流电，又称间接式变频器。目前应用广泛的通用型变频器都是交直交变频器。（2）交交变频器交交变频器就是把频率固定的交流电直接转换成频率任意可调的交流电，而且转换前后的相数相同，又称直接式变频器。31根据直流电路的储能环节（或滤波方式）分类频器的变根据直流电路的储能环节（或滤波方式）分类频器的变流环节的不同进行分类流环节的不

12、同进行分类 ：（1）电压型变频器电压型变频器的储能元件为电容器，其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。（2）电流型变频器电流型变频器的储能元件为电感线圈，因此其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流型变频器。32 根据电压的调制方式分类根据电压的调制方式分类 （1）正弦波脉宽调制（SPWM）变频器正弦波脉宽调制变频器是指输出电压的大小是通过调节脉冲占空比来实现的，且载频信号用等腰三角

13、波，而基准信号采用正弦波。中、小容量的通用变频器几乎全都采用此类变频器。（2）脉幅调制（PAM）变频器脉幅调制变频器是指将变压与变频分开完成，即在把交流电整流为直流电的同时改变直流电压的幅值，而后将直流电压逆变为交流电时改变交流电频率的变压变频控制方式。33根据输入电源的相数分类根据输入电源的相数分类 （1）三进三出变频器变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电。绝大多数变频器都属此类。（2）单进三出变频器变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电，俗称“单相变频器”。该类变频器通常容量较小，且适合在单相电源情况下使用，如家用电器里的变频器均属此类。34根据负载转矩特性分类根据负载转矩特性分类

14、 （1）P型机变频器适用于变转矩负载的变频器。（2）G型机变频器适用于恒转矩负载的变频器。（3）P/G合一型变频器同一种机型既可以使用变转矩负载，又可以适用于恒转矩负载；同时在变转矩方式下，其标称功率大一档。35根据应用场合分类根据应用场合分类 （1）通用变频器通用变频器的特点是其通用性，可应用在标准异步电机传动、工业生产及民用、建筑等各个领域。通用变频器的控制方式，已经从最简单的恒压频比控制方式向高性能的矢量控制、直接转矩控制等发展。（2）专用变频器专用变频器的特点是其行业专用性，它针对不同的行业特点集成了可编程控制器以及很多硬件外设，可以在不增加外部板件的基础上直接应用于行业中。比如，恒压

15、供水专用变频器就能处理供水中变频与工频切换、一拖多控制等。36根据系统应用分类根据系统应用分类 （1）部件级变频器又称元器件级变频器。如ABB的ACS400系列变频器，能够非常方便地当作电气元器件来实现其调速功能。（2）工程型变频器又称自动化级变频器。如西门子的6SE70系列、ABB的ACS800系列、AB的powerflex7系列。37根据系统应用分类根据系统应用分类 1.输入侧的额定数据变频器输入侧的额定数据包括以下内容：（1）输入电压U(IN)即电源侧的电压。在我国，低压变频器的输入电压通常为380V（三相）和220V（单相）。此外，变频器还对输入电压的允许波动范围作出规定，如10%、-

16、15%+10%等。（2）相数如单相、三相。（3）频率f(IN)即电源频率（常称工频），我国为50Hz。频率的允许波动范围通常规定5%。38根据系统应用分类根据系统应用分类 2.输出侧的额定数据变频器输出侧的额定数据包括以下内容：（1）额定电压U(N)因为变频器的输出电压要随频率而变，所以，U(N)定义为输出的最大电压。通常它总是和输入电压U(IN)相等的。（2）额定电流I(N)变频器允许长时间输出的最大电流。（3）额 定 容 量 S(N)由 额 定 线 电 压 U(N)和 额 定 线 电 流 I(N)的 乘 积 决 定：S(N)=1.732U(N)I(N)（4）容量P(N)在连续不变负载中，允

17、许配用的最大电机容量。必须注意：在生产机械中，电机的容量主要是根据发热状况来定的。在变动负载、断续负载及短时负载中，只要温升不超过允许值，电机是允许短时间（几分钟或几十分钟）过载的，而变频器则不允许。所以，在选用变频器时，应充分考虑负载的工况。（5）过载能力指变频器的输出电流允许超过额定值的倍数和时间。大多数变频器的过载能力规定为：150%，1min。可见，变频器的允许过载时间与电机的允许过载时间相比，是微不足道的。39发展：发展：交流变频器自20世纪60年代左右在西方工业化国家问世以来，到现在已经在中国得到了大面积的普及，并业已形成60亿元以上的年销售规模。根据变频器在不同行业的应用特点，很

18、多厂家都推出非常新颖的变频器，并将个性化发挥得淋漓尽致。所谓变频器个性化，就是指变频器本体按照各自特定的方式发展自己的风格，并完善变频器本体，从而形成相对稳定而独特的变频器特性。40最新特点：最新特点：1.智能IC卡参数存取方式。41最新特点：最新特点：2.变频器的PDA界面42最新特点：最新特点：3.高功率变频器模块的立体封装形式 43442008年4月18日45l 控制方式l 运转指令方式 l 频率给定方式 l 起动制动方式 46l 控制方式l l l 运转指令方式运转指令方式运转指令方式 l l l 频率给定方式频率给定方式频率给定方式 l l l 起动制动方式起动制动方式起动制动方式

19、47 低压变频器，其输出电压一般为220650V、输出功率为0.2400kW、工作频率为0800Hz左右，变频器的主电路采用交直交电路。根据不同的变频控制理论，其模式主要有以下:lV/f=C的正弦脉宽调制模式l矢量控制（VC）模式l直接转矩控制（DTC）模式。48针对以上三种控制模式理论，可以发展为几种不同的变频器控制方式：lV/f控制方式（包括开环V/f控制和闭环V/f控制）l无速度传感器矢量控制方式（矢量控制VC的一种）、闭环矢量控制方式（即有速度传感器矢量控制VC的一种）l转矩控制方式（矢量控制VC或直接转矩控制DTC）这些控制方式在变频器通电运行前必须首先设置!49我们知道，变频器V/

20、f控制的基本思想是U/f=C，因此定义在频率为fx时，Ux的表达式为Ux/fx=C，其中C为常数，就是“压频比系数”。图所示就是变频器的基本运行V/f曲线。50由于电动机负载的多样性和不确定性，因此很多变频器厂商都推出了预定义的V/f曲线和用户自定义的任意V/f曲线。51以三段折线设定为例（如图），F通常为变频器的基本运行频率，在某些变频器中定义为电动机的额定频率；V通常为变频器的最大输出电压，在某些变频器中定义为电动机的额定电压。52 图中，V0表示手动转矩提升电压、Vmax表示最大输出电压、f0表示转矩提升的截止频率、fb表示基本运行频率。53对于特殊工艺负载，比如搅拌机针对不同的物料其起

21、动转矩有差异，为保证变频器正常启动，可以设置为手动选择性转矩补偿。图为三菱A540系列变频器的转矩提升功能示意（曲线a、b、c），54闭环V/f控制就是在V/f控制控制方式下，设置转速反馈环节。测速装置可以是旋转编码器，也可以是光电开关，安装方式比较自由，既可以安装在电动机轴上，也可以安装在其他相关联的位置。55 基本技术指标定义如下：速度控制精度0.5，速度控制范围1：100，转矩控制响应150/0.5Hz。其中启动转矩指标，根据不同品牌的变频器其性能有所高低，大致在150250之间。如图所示为三菱V500系列无速度传感器矢量控制方式下的启动转矩特性。56 速度调节器ASR的结构如图所示，图

22、中Kp为比例增益，KI为积分时间。积分时间设为0时，则无积分作用，速度环为单纯的比例调节器。57 整定参数包括比例增益P和积分时间I，其数值大小将直接影响矢量控制的效果，其目标就是要取得动态性能良好的阶跃响应!58一般的矢量变频器为了适应电动机低速和高速带载运行都有快速响应的情况，都设有两套PI参数值（即低速PI值和高速PI值），同时设有切换频率。为了保证两套PI值的正常过渡，一些变频器还另外设置了两个切换频率，即切换频率1和切换频率2!59 有速度传感器的矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、转矩控制、简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合。可以从零转速起进行速度控制，即使低速亦能运行

23、，因此调速范围很宽广，可达1000:1；可以对转矩实行精确控制；系统的动态响应速度甚快；电动机的加速度特性很好等优点。60一般而言，编码器PG型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种，其信号的传递方式必须考虑到变频器PG卡的接口，因此选择合适的PG卡型号或者设置合理的跳线至关重要。61编码器PG每转脉冲数。此参数可以查看编码器本身的技术指标，单位为PPR。编码器PG方向选择。如果变频器PG卡与编码器PG接线次序代表的方向，和变频器与电动机连接次序代表的方向匹配，设定值应为正向，否则为反向。必须注意当方向选择错误时，变频器将无法加速到你所需要的频率，并报过流故障或编码器反向故障。更改此参数可

24、方便地调整接线方向的对应关系，而无须重新接线。62采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。63由于转矩控制时不能控制转速的大小，所以，在某些转速控制系统中，转矩控制主要用于起动或停止的过渡过程中。当拖动系统已经起动后，仍应切换成转速控制方式，以便控制转速。64在转矩控制中，经常会与速度控制下的限转矩功能搞混淆。所谓转矩限定，就是用来限值速度调节器ASR输出的转矩电流。65 直接转矩控制也称之为“直接自控制”，这种“直接自控制”的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存

25、在旋转坐标变换，简单地通过检测电动机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电动机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。速度控制性能无脉冲编码器有脉冲编码器静 态 速 度 误 差（nN）0.1到0.5（额定滑差率的10）0.01动态速度误差0.4%sec0.1%sec66图为动态速度响应曲线 67图为转矩响应曲线 68l l l 控制方式控制方式控制方式l l l 运转指令方式运转指令方式运转指令方式 l 频率给定方式 l l l 起动制动方式起动制动方式起动制动方式 69在使用一台变频器的时候，目的是通过改变变频器的输出频率，即改变变频器驱动电动机的供电频率从而

26、改变电动机的转速。如何调节变频器的输出频率呢？关键是必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，就称之为“频率给定信号”。所谓频率给定方式，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。变频器常见的频率给定方式主要有：操作器键盘给定、接点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方式给定等。这些频率给定方式各有优缺点，必须按照实际的需要进行选择设置，同时也可以根据功能需要选择不同频率给定方式之间的叠加和切换。70操作器键盘给定是变频器最简单的频率给定方式，用户可以通过变频器的操作器键盘上的电位器、数字键或上升下降键来直接改变变频器的设定频率 71接点信号给定就是通过变频器的多功

27、能输入端子的UP和DOWN接点来改变变频器的设定频率值。该接点可以外接按钮或其他类似于按钮的开关信号（如PLC或DCS的继电器输出模块、常规中间继电器）。7273模拟量给定方式即通过变频器的模拟量端子从外部输入模拟量信号（电流或电压）进行给定，并通过调节模拟量的大小来改变变频器的输出频率。模拟量给定中通常采用电流或电压信号，常见于电位器、仪表、PLC和DCS等控制回路 7475频率给定曲线，就是指在模拟量给定方式下，变频器的给定信号P与对应的变频器输出频率f（x）之间的关系曲线f（x）=f（P）。这里的给定信号P，既可以是电压信号，也可以是电流信号，其取值范围在10V或20mA之内。76一般情

28、况下，变频器的正反转功能都可以通过正转命令端子或反转命令端子来实现。在模拟量给定方式下，还可以通过模拟量的正负值来控制电动机的正反转，即正信号（010V）时电动机正转、负信号（10V0）时电动机反转。如图所示，10V对应的频率值为fmax，10V对应的频率值为fmax。77脉冲给定方式即通过变频器的特定的高速开关端子从外部输入脉冲序列信号进行频率给定，并通过调节脉冲频率来改变变频器的输出频率。78根据上述要求，参数设置要点如下：（1）设置频率给定方式为脉冲给定；（2）选择多功能输入端子为脉冲信号输入；（3）设置脉冲最大输入频率为20KHz；（4）定义频率给定曲线首坐标点的数值，即最小脉冲给定值

29、的百分比为1 KHz20 KHz1005，以及最小脉冲数对应的频率值50Hz；（5）定义频率给定曲线尾坐标点的数值，即最大脉冲给定值的百分比为100，以及最大脉冲数对应的频率值5Hz。79通讯给定方式就是指上位机通过通讯口按照特定的通讯协议、特定的通讯介质进行数据传输到变频器以改变变频器设定频率的方式。上位机一般指计算机（或工控机）、PLC、DCS、人机界面等主控制设备，如图所示 80给定方式的叠加是指在主给定通道频率的基础上再加上辅助给定通道频率作为变频器的设定频率。其叠加方式不是简单的加法运算，还可以融合多种叠加运算公式。图所示为典型的给定方式的叠加原理。81l l l 控制方式控制方式控

30、制方式l 运转指令方式 l l l 频率给定方式频率给定方式频率给定方式 l l l 起动制动方式起动制动方式起动制动方式 82变频器的运转指令方式是指如何控制变频器的基本运行功能，这些功能包括启动、停止、正转与反转、正向点动与反向点动、复位等。与变频器的频率给定方式一样，变频器的运转指令方式也有操作器键盘控制、端子控制和通讯控制三种。这些运转指令方式必须按照实际的需要进行选择设置，同时也可以根据功能进行相互之间的方式切换。83操作器键盘控制是变频器最简单的运转指令方式，用户可以通过变频器的操作器键盘上的运行键、停止键、点动键和复位键来直接控制变频器的运转。在操作器键盘控制下，变频器的正转和反

31、转可以通过正反转键切换和选择。图所示为三菱A500系列变频器的操作器键盘控制。84端子控制是变频器的运转指令通过其外接输入端子从外部输入开关信号（或电平信号）来进行控制的方式。这时这些由按钮、选择开关、继电器、PLC或DCS的继电器模块就替代了操作器键盘上的运行键、停止键、点动键和复位键，可以在远距离来控制变频器的运转。85三线制控制，就是模仿普通的接触器控制电路模式，当按下常开按钮SB2时，电动机正转启动，由于X多功能端子自定义为保持信号（或自锁信号）功能，松开SB2，电动机的运行状态将能继续保持下去；当按下常闭按钮SB1时，X与COM之间的联系被切断，自锁解除，电动机停止运行。如要选择反转

32、控制，只需将K吸合，即REV功能作用（反转）。86通讯控制的方式与通讯给定的方式相同，在不增加线路的情况下，只需对上位机给变频器的传输数据改一下即可对变频器进行正反转、点动、故障复位等控制。87l l l 控制方式控制方式控制方式l l l 运转指令方式运转指令方式运转指令方式 l l l 频率给定方式频率给定方式频率给定方式 l 起动制动方式 88变频器的起动制动方式是指变频器从停机状态到运行状态的起动方式、从运行状态到停机状态的方式以及从某一运行频率到另一运行频率的加速或减速方式。891.从起动频率起动。变频器接到运行指令后，按照预先设定的起动频率和起动频率保持时间起动。该方式适用于一般的

33、负载。起动频率是指变频器起动时的初始频率，如图所示的fs，它不受变频器下限频率的限制；起动频率保持时间是指变频器在起动过程中，在起动频率下保持运行的时间，如图中的t1。902.先制动再起动本起动方式是指先对电动机实施直流制动，然后再按照方式（1）进行起动。该方式适用于变频器停机状态时电动机有正转或反转现象的小惯性负载，对于高速运转大惯性负载则不适合。如图所示为先制动再起动的功能示意，起动前先在电动机的定子绕组内通入直流电流，以保证电动机在零速的状态下开始起动。912.先制动再起动923.转速跟踪再起动在这种方式下，变频器能自动跟踪电动机的转速和方向，对旋转中的电动机实施平滑无冲击起动，因此变频

34、器的起动有一个相对缓慢的时间用于检测电动机的转速和方向，如图所示。该方式适用于变频器停机状态时电动机有正转或反转现象的大惯性负载瞬时停电再起动。933.转速跟踪再起动94变频器从一个速度过渡到另外一个速度的过程称为加减速，如果速度上升为加速，速度下降为减速。加减速方式主要有以下几种：1.直线加减速。变频器的输出频率按照恒定斜率递增或递减。变频器的输出频率随时间成正比地上升，大多数负载都可以选用直线加减速方式。952.S曲线加减速变频器的输出频率按照S型曲线递增或递减。如图。963.半S形加减速方式它是S曲线加减速的衍生方式，即S曲线加减速在加速的起始段或结束段，按线性方式加速；而在结束段或起始

35、段，按S形方式加速。因此，半S形加减速方式要么只有，要么只有，其余均为线性，如后者主要用于如风机一类具有较大惯性的二次方律负载中，由于低速时负荷较轻，故可按线性方式加速，以缩短加速过程;高速时负荷较重，加速过程应减缓，以减小加速电流；前者主要用于惯性较大的负载。4.其他其他还有如倒L形加减速方式、U型加减速方式等，具体可以参看变频器说明书。97变频器接收到停机命令后从运行状态转入到停机状态，通常有以下几种方式：1.减速停机变频器接到停机命令后，按照减速时间逐步减少输出频率，频率降为零后停机。该方式适用于大部分负载的停机。2.自由停车变频器接到停机命令后，立即中止输出，负载按照机械惯性自由停止。

36、变频器通过停止输出来停机,这时,电动机的电源被切断,拖动系统处于自由制动状态。由于停机时间的长短由拖动系统的惯性决定,故也称为惯性停机。98变频器接收到停机命令后从运行状态转入到停机状态，通常有以下几种方式：3.带时间限制的自由停车变频器接到停机命令后，切断变频器输出，负载自由滑行停止。这时，在运行待机时间T内，可忽略运行指令。运行待机时间T，由停机指令输入时的输出频率和减速时间决定。4.减速停机加上直流制动变频器接到停机命令后，按照减速时间逐步降低输出频率，当频率降至停机制动起始频率时，开始直流制动至完全停机。99直流制动是在电动机定子中通入直流电流，以产生制动转矩。因为电动机停车后会产生一

37、定的堵转转矩，所以直流制动可在一定程度上替代机械制动：100不少的生产机械在运行过程中需要快速地减速或停车，而有些设备在生产中要求保持若干台设备前后一定的转速差或者拉伸率，这时就会产生发电制动的问题，使电动机运行在第二或第四象限。101不少的生产机械在运行过程中需要快速地减速或停车，而有些设备在生产中要求保持若干台设备前后一定的转速差或者拉伸率，这时就会产生发电制动的问题，使电动机运行在第二或第四象限。102电阻能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为

38、热能，103在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗（或电阻能耗制动）的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做功率返回再生方法，这种制动方式称为“回馈制动”。在实际中，由于普通的变频器并不具有这种功能，而是需要额外的能量回馈单元选件或者专用四象限变频器。能量回馈单元的工作原理是把变频器直流环节的电能，变换成一个和电网电源同步同相位的交流正弦波，把电能反馈回电网，再生利用。104制动特点：（1）广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合，节能运行效率高；（2）不产生任何异常的高次谐波电流成分，绿色环保；（3）功率因数1；（4）多电动机传动系统中，每一单机的再生能量可以得到充分利用；（

39、5）节省投资，易于控制网侧谐波和无功分量。105实现回馈制动的首选产品是能量反馈单元，就是把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中。106107谢 谢！108109l 变频调速系统的设计原理变频调速系统的设计原理 l PID控制应用 l 转速控制应用 l 通讯设计 110l 变频调速系统的设计原理变频调速系统的设计原理 l PID控制应用 l 转速控制应用 l 通讯设计 111 针对电力拖动而言，主要是由变频器、电动机和工作机械等装置组成的机电系统。任务就是使电动机实现由电能向机械能的转换，完成工作机械启动、运转、调速、制动

40、工艺作业的要求。钻床变频控制系统112 1.1.机械特性机械特性所谓机械特性就是描述电动机转速n与转矩T之间的关系n=f（T）的函数特性。在变频调速系统中，有两种机械特性，即电动机的机械特性和机械设备（或负载设备）的机械特性。机械特性1 负载特性2113 1.1.机械特性机械特性由曲线1和曲线2处于交点Q时，电动机和负载的转矩处于平衡状态，这时的稳定运行速度为nQ，拖动系统的功率PQ则由下式进行计算：PQ=TQnQ/9550式中，如TQ的单位为Nm，nQ的单位为r/min，则PQ的单位为kW。Q点称为电力拖动的工作点，也是变频调速系统的工作点。114 2.2.负载的机械特性分类负载的机械特性分

41、类 正确地把握变频器驱动的机械负载对象的机械特性（即转速转矩特性）是选择电动机及变频器容量、决定其控制方式的基础。机械负载种类繁多、包罗万象，但归纳起来，主要有以下三种：恒转矩负载、平方降转矩负载和恒功率负载。115 2.2.负载的机械特性分类负载的机械特性分类（1）恒转矩负载对于传送带、搅拌机、挤出机等摩擦负载以及行车、升降机等势能负载，无论其速度变化与否，负载所需要的转矩基本上是一个恒定的数值，此类负载就称为恒转矩负载。例如，行车或吊机所吊起的重物，其重量在地球引力的作用下产生的重力是永远不变的，所以无论升降速度大小，在近似匀速运行条件下，即为恒转矩负载。由于功率与转矩、转速两者之积成正比

42、，所以机械设备所需要的功率与转矩、转速成正比。电动机的功率应在最高转速下的负载功率相适应。116 2.2.负载的机械特性分类负载的机械特性分类（2）平方降转矩负载离心风机和离心泵等流体机械，在低速时由于流体的流速低，所以负载只需很小的转矩。随着电动机转速的增加，而气体或液体的流速加快，所需要的转矩大小以转速平方的比例增加或减少，这样的负载称为平方降转矩负载。在这种方式下，因为负载所消耗的能量正比于转速的三次方，所以通过变频器控制流体机械的转速，与以往那种单纯依靠风门挡板或截流阀来调节流量的定速风机或定速泵相比，可以大大节省浪费在挡板、管壁上的能源，从而起到节能的显著作用。117 2.2.负载的

43、机械特性分类负载的机械特性分类（3）恒功率负载机床的主轴驱动、造纸机或塑料片材的中心卷取部分、卷扬机等输出功率为恒值，与转速无关，这样的负载特性称为恒功率负载。例如，卷纸机要求以一定的速度和相同的张力卷取纸张。在卷取初期，由于转矩可以较小，但随着纸卷直径的逐渐变大，纸卷的转速也随之变低，而转矩必须相应增大。118 3.3.负载的运行工艺分类负载的运行工艺分类 由于不同的工艺要求对机械设备也提出了不同的工作状态和控制模式，归纳起来主要有以下几种：连续恒定负载连续恒定负载是指负载在足够长的时间里连续运行，并且在运行期间，转矩基本不变。所谓“足够长的时间”是指这段时间内，电动机的温升将足以达到稳定值

44、。典型例子就是恒速运行的风机。连续变动负载连续变动负载是指负载也是在足够长的时间里连续运行的，但在运行期间，转矩是经常变动的。车床在车削工件时的工况以及塑料挤出机的主传动就是这种负载的典型案例。这类负载除了满足温升方面大的要求外，还必须主语负载对过载能力的要求。119 3.3.负载的运行工艺分类负载的运行工艺分类 断续负载断续负载是指负载时而运行，时而停止。在运行期间，温升不足以达到稳定值；在停止期间，温升也不足以降至零。起重机械如行车、电梯等都属于这类负载。这类负载常常是允许电动机短时间过载的，因此，在满足温升方面要求的同时，还必须有足够的过载能力。有时，过载能力可能是更主要的方面。短时负载

45、负载每次运行的时间很短，在运行期间，温升达不到稳定值；而每二次运行之间的间隔时间很长，足以使电动机的温升下降至零。水闸门的拖动系统属于这类负载。对于这类负载，电动机只要有足够的过载能力即可。120 3.3.负载的运行工艺分类负载的运行工艺分类 冲击负载加有冲击的负载叫冲击负载。例如，在轧钢机的钢锭压入瞬间产生的冲击负载、冲压机冲压瞬间产生的冲击负载等最具代表性。这类机械，冲击负载的产生事先可以预测，容易处理。当然，也有一些不测现象产生的冲击负载，入处理含有粉尘、粉体空气的风机，当管道中长期堆积的粉体硬块落入叶片上时，就是一种冲击负载。冲击负载会引起两个问题：过流跳闸；速度的过渡变动。对于冲击负

46、载，国内通常都使用YH系列高转差率三相异步电动机，它是Y系列电机的派生系列，具有堵转转矩大、堵转电流小、转差率高和机械特性软等特点，尤其适用于不均匀冲击负载以及正、反转次数多的工作场合，如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等机械设备。121 3.3.负载的运行工艺分类负载的运行工艺分类 脉动转矩负载在往复式压缩机中利用曲轴将电机的旋转运动转换成往返运动，转矩随着曲轴的角度而变动。在这种情况下，电动机的电流随着负载的变化而产生达的脉动。这类负载是一种周期性的曲轴类负载，它必须考虑到飞轮惯量GD2，因为一旦采用加大飞轮的方法来平滑脉动转矩时，加减速时间就会随之增加，否则减速时的回馈能量就会变大。122

47、 3.3.负载的运行工艺分类负载的运行工艺分类 负负载当负载要求电机产生的转矩与电机转动方向相反时，此类负载就是负负载。负负载的类型通常有两种：（a）由于速度控制需要而在四象限运行的机械设备。如起重机下放重物运转时，电机向着被负载牵引的方向旋转，此时电机产生的转矩是阻碍重物下放的，即与旋转方向相反。这类负载包括行车、吊机、电梯等升降机械和倾斜下坡的皮带输送机。（b）由于转矩控制需要而在四象限运行的机械设备。在卷取片材状物料进行加工作业时，为了给加工物施加张力而设置的卷送转送装置就是负负载。这里使用的电机速度决定于其对应的卷取机和原动机的运转速度，而电机只被要求用来产生制动转矩。这类负载包括造纸

48、用的放卷和收卷设备、钢铁用的夹送辊、纺织用的卷染机等。123 3.3.负载的运行工艺分类负载的运行工艺分类 大起动转矩负载类似搅拌机、挤出机、金属加工机床等在启动初期必须克服很大的摩擦力才能启动，因此很多情况下都被当作重载使用。大惯性负载离心分离机等负载惯性大，不仅启动费力，而且停车也要费时。124 1.1.根据负载的机械特性选择变频器根据负载的机械特性选择变频器1从理想的角度来说，对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械则应采用具有转矩控制功能的高性能变频器。因为这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。三菱公司的V500、艾默生公司的TD3000、AB公

49、司的PowerFlex700系列、安川公司的VS G7系列、西门子公司的6SE70系列变频器属于此类。2风机类、泵类负载是工业现场应用最多的设备，变频器在这类负载上的应用最多。它是一种平方降转矩负载。一般情况下，具有V/f恒压频比控制模式的变频器基本都能满足这类负载的要求 125 1.1.根据负载的机械特性选择变频器根据负载的机械特性选择变频器3恒功率负载根据变频器在基本运行频率以上的弱磁恒功率特性，可以将此应用于高速磨床等主轴电机的传动系统中。对于中心卷取的负载，变频器选择应根据空卷直径和满卷直径比来选择变频器的调速范围，如卷取金属片材时对于低速要求有高转矩输出的，必须选择具有矢量控制的变频

50、器。126 2.2.根据负载的工艺特性选择变频器根据负载的工艺特性选择变频器正确选用变频器的类型，首先要按照生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，然后决定选用那种控制方式的变频器最合适。所谓合适是既要好用，又要经济，以满足工艺和生产的基本条件和要求为前提。127 3.3.变频器的容量选择变频器的容量选择 变频器的容量直接关系到变频调速系统的运行可靠性，因此，合理的容量将保证最优的投资。变频器的容量选择在实际操作中存在很多误区，这里给出了三种基本的容量选择方法，它们之间互为补充。128 3.3.变频器的容量选择变频器的容量选择 从电流的角度大多数变频器容量可从三个角度表述：额定