各种电气元件工作原理.

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1、 各种电气元件工作原理 变频器及其工作原理 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制 动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成 1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ *1: r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 例如：2极电机 50Hz 3000 r/min 4极电机 50Hz 1500 r/min $电机的旋转速度同频率成比例 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。 感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。 由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。 由于该极数

2、值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。 另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。 因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数 $ 改变频率和电压是最优的电机控制方法 如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同 时改变电压。 输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。 例如：为了使电机的旋

3、转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V 2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？ *1: 工频电源 由电网提供的动力电源（商用电源） *2: 起动电流 当电机开始运转时，变频器的输出电流 -变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动- 电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。 而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。 通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而

4、减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。 通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。 3. -当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低- 通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P60Hz时, X会相应减小 对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会跟着磁通X减小而减小. 同时, 小于50Hz时, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比.

5、这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其 过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变最大转矩不变) 结论: 当变频器输出频率从50Hz以上增加时, 电机的输出转矩会减小. 5. 其他和输出转矩有关的因素 发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。 载波频率: 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率, 最高环境温度下能保证持续输出的数值. 降低载波频率, 电机的电流不会受到影响。 但元器件的发热会减小。 环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值. 海拔高度: 海拔高度增加, 对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考

6、虑. 以上每1000米降容5%就可以了. 6. 矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？ *1: 转矩提升 此功能增加变频器的输出电压（主要是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。 $ 改善电机低速输出转矩不足的技术 使用“矢量控制“，可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电 输出的转矩（最大约为额定转矩的150）。 对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿 这个不足，变频器中需要通过提高电

7、压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“转矩提升“（*1）。 转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产 生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。 “矢量控制“把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。 “矢量控制“可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时 温升也有效。 PLC如何控制变频器（上） 一、 PLC输出的开关量控制的变频调速(有极调速) 实现方法：PLC的输出点、CO

8、M点直接与变频器的STF(正转 启动)、STR(反转启动)、RH(高速)、RM(中速)、RL(低速)、REX、 输入端SG等端口分别相连接。PLC通过程序即可以控制变频器的 启动、停止； 也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合 实现多段速度运行（有限）。 二、PLC外加扩展DA转换模块控制的变频调速 （如，FX2N-2DA输出 模块 ） 其功能是把CPU的数字信号量，用于将12位的数字值转换成2点 模拟输出（电压输出和电流输出），以便控制现场设备 。 该程序通过将D100中的数字量转换成输出模拟量（由于FX2N- 2DA模块的输出特性从数字值0到4000变化，所以若4000相当与50H

9、Z ，则每80为1HZ。故本程序实例中的给D100赋值2400即为设置电动机 的运行频率为30HZ），从而实现电动机的正转速度30HZ-50HZ范围内 进行连续速度调节。 PLC如何控制变频器（下） 三、PLC通过RS485通讯实现变频调速 PLC主机上装RS-485BD通讯适配器与变频器的485PU 口相连接通过PLC和变频器之间的RS485半双工串行通讯 来实现电动机的变频调速 该过程分5个阶段：1、计算机发出通讯请求；2、变频器 处理等待；3、变频器作出应答；4、计算机处理等待；5 、计算机作出应答。 写变频器启、停控制命令时则只需完成1-3三个过程 ；监视变频器运行频率时则需完成1-5

10、五个过程 要实现PLC对变频器的通讯控制，必须对PLC进行 编程;通过程序实现PLC对变频器的各种运行控制和数据 的采集。PLC程序首先应完成FX2N-485BD通讯适配器的 初始化、控制命令字的组合、代码转换和变频器应答数据 的处理工作。 继电器的种类及特点 1.电磁继电器:在输入电路内电流的作用下 ，由机械部件的运动产生预定效果 2.固态继电器 :输入、输出功能由电子元件 完成而无机械运动部件的一种继电器。 空气开关和漏电保护(1) 空气开关，是空气断路器的简称。 断路器，指具有接通和分断电路的作用，并且分断电路可以是“自动” 的，作为保护线路设备的器件。 空气开关是一种只要有短路现象,开

11、关形成回路就会跳闸的开关。 1当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电 流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭 钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主 触头分断，切断电源.2当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使 电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向 上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源 分励脱扣就是机构闭合后通过机械结构自锁，脱扣时需要一个外力来 触动机械自锁结构使其动作，当然由于这个机械机构设计的很巧妙运 用了杠杆原理，需要很小的外力经过放大（通过机械机构）就能动作 分断。 外力就是

12、通过一个线圈中间有一个衔铁（动），线圈通电后线圈产生 磁场使得衔铁沿着轴向位移，一端触发机械自锁机构，动作。 空气开关和漏电保护(2) 所谓漏电就是线路的某一个地方因某种原因（风吹、雨打 、日晒、受潮、碰压、划破、摩擦、腐蚀等）使电线的绝 缘下降，导致线与线、线与地有部分电流通过。 漏泄的电流在流入大地途中，如遇电阻较大的部位（ 如钢筋连接部位），会产生局部高温，致使附近的可燃物 着火，引起火灾。 通俗的讲，空气开关是过流（超过额定电流）保护！ 漏电保护器是当人误触到电的时候，就会有电流通过身体 ，当电流超过30毫安（30mA）时就会危及生命！漏电保 护器能在通过人体电流小于10毫安(10mA

13、) 的时候，在 0.1秒(0.1S)的时间内断开电源！ 空气天关是当你电路电流大于你的空开的额定电流时他就 会断开的,漏电开关就是当你的电路漏电时即进入的电流 等于输出的电流就不会断开, 晶闸管以及触发电路原理 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称 做可控硅整流器，以前被简称为可控硅； 晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管 、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO） 、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。 可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控 晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管 能自行关断。 固

14、态继电器和可控硅的区别就在于固态继电器只是相当于 一个通断开关，不能调节电流；而可控硅可以通过控制导 通角，来调节电流的大小。 光电隔离器ji耦合 光电隔离器（optical coupler，英文缩写为 OC）亦称光耦合器，简称光耦。光耦合器 以光为媒介传输电信号。它对输入、输出 电信号有良好的隔离作用 物理学上指两个或两个以上的体系或两种 运动形式间通过相互作用而彼此影响以至 联合起来的现象。如放大器各级之间逐级 放大的信号量通过阻容耦合或变压器耦合 。两个线圈之间的互感是通过磁场的耦合 。 电机制动方式 伺服电机3种制动方式 1.动态制动器由动态制动电阻组成,在故障、急停、电源 断电时通过

15、能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离. 2.再生制动是指伺服电机在减速或停车时将制动产生的能 量通过逆变回路反馈到直流母线,经阻容回路吸收. 3.电磁制动是通过机械装置锁住电机的轴. 三者的区别 (1)再生制动必须在伺服器正常工作时才起作用,在故障,急 停,电源断电时等情况下无法制动电机.动态制动器和电磁 制动工作时不需电源. (2)再生制动的工作是系统自动进行,而动态制动器和电磁 制动的工作需外部继电器控制. (3)电磁制动一般在SV OFF后启动,否则可能造成放大器 过载.动态制动器一般在SV OFF或主回路断电后启动,否 则可能造成动态制动电阻过热. Plc的输入和输出类型 PLC的输出类

16、型有继电器和晶体管两种类型 继电器型可接交流220V或直流24V负载，没有极性要求；晶体管 型只能接直流24V负载，有极性要求 ；继电器的负载电流比较大 可以达到2A，晶体管负载电流为0.2-0.3A 继电器控制接触器等感性负载的开合瞬间，由于电感具有电流具 有不可突变的特点，因此根据U=L*(dI/dt)，将产生一个瞬间的尖 峰电压在继电器的两个触点之间，该电压幅值超过继电器的触点 耐压的降额；继电器采用的电磁式继电器，触点间的耐受电压是 1000V（1min），若触点间的电压长期的工作在1000V左右的话 ，容易造成触点金属迁移和氧化，出现接触电阻变大、接触不良 和触点粘接的现象。而且动作频率越快现象越严重。瞬间高压如 下图2所示，持续的时间在1ms以内，幅值为1KV以上 电弧的原理（接线端子被烧坏） 如果电路电压不低于1020伏，电流不小于80100mA，电器的触 头间便会产生电弧。 电弧的温度具有普