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1、交流调速系统及应用无锡职业技术学院 黄 麟模块二 通用变频器使用及变频器典型调速系统项目二 通用变频器使用项目二 通用变频器使用模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统ATV31、ATV71变频器多种频率给定方式实现 、 多段速控制实现模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统参数工厂设定值本实验设 定值 Sp210HZ10HZSp315HZ15HZSp420HZ18HZSp525HZ20HZSp630HZ26HZSp740HZ30HZSp845HZ35HZSp950HZ38HZSp1055HZ40HZSp1
2、160HZ46HZSp1265HZ48HZSp1370HZ50HZSp1480HZ55HZ参数工厂设定值本实验设 定值Sp1590HZ60HZSp16100HZ65HZtfr60HZ65HZhsp50HZ65HZbfr50HZ50HZUnS380V380VFrS50HZ50HZnCr电机铭牌电流值nSP电机铭牌转速值COS电机铭牌值tcc2cacc3.0S10.0Sdec3.0S10.0S设定参数(按下表值进行设定，设定顺序按照变频器说明书进行， 如应先设定tfr，才能设定hsp) 模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统十六档速度与LIX的对应关系LI1LI6LI5LI4LI3SPX100
3、00Sp110001Sp211010Sp311011Sp411100Sp511101Sp611110Sp711111Sp811000Sp911001Sp1011010Sp1111011Sp1211100Sp1311101Sp1411110Sp1511111Sp16项目二 通用变频器使用模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统通用变频器典型调速系统一、概述在工程实际中，通用变频器的控制方案可以分为以 下几种：通用变频器异步电动机开环控制异步电动机无速度传感器转矩矢量控制（开环控制 ）通用矢量变频器永磁同步电动机开环控制异步电动机带速度传感器矢量变频器控制（闭环控 制）异步电动机带速度传感器直接
4、转矩变频器控制（闭 环控制）变频器控制三相异步电动机(ATV31变频器)变频器控制三相 永磁同步电动机ATV31 灵巧型 变频器ATV71高性 能变频器 无速度转感器 转矩矢量控制二.变频器开环控制系统ATV31变频器外形图动力端子图示意图控制端子图示意图动力端子示意控制端子示意ATV71变频器端子示意图通用变频器异步电动机开环控制系统特点一：一般采用恒V/F控制方式，调速的机械特性取决于电动机本 身的机械特性。由于电动机本身存在滑差，调速精度不高。二：当采用V/F控制方式时，调速范围一般不大于20，特别是当 在低频段运行时，电动机的输出转矩将明显减小。三：当调速范围大于10时，建议采用变频调
5、速电动机。（5 - 50HZ是恒转矩调速，50 100HZ时是恒功率调速。）四：该种控制方式由于结构简单、可靠性高的特点，是目前通 用变频器使用最为广泛的调速方式。广泛用于风机、水泵、旧 设备改造等场合。异步电动机无传感器转矩矢量变频开环控制系统实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测 装置。无传感器转矩矢量变频控制采用高性能通用矢量控制变频器 ，按照直流电机转矩计算公式（T=CTMIA），分别对作为基本控 制量的励磁电流和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组 上的电压频率使励磁电流和转矩电流进行控制达到矢量控制。异步电动机虽然也有两套绕组，但只有定子绕组和外部电源相接
6、，定子电流从电源吸收电流，转子电流是通过电磁感应产生感应电 流。因此定子电流应包含两个分量：励磁分量、转矩分量。变频器 转矩矢量控制就是通过矢量变换对异步电动机三相系统进行简化， 将转子电流变换成励磁电流和转矩电流分别加以控制，从而达到与 控制直流电机相似的方法控制交流电动机。对于无速度传感器转矩矢量控制系统，尽管存在对电动机的速度 估算的精度问题，动态响应比较慢的弱点，但其静态精度已很完美 。 无速度转感器转矩矢量控制方式，当拖动系统对动态响 应无特殊要求时，其调速范围可达5080。 由于要输入电动机的参数，适合一台变频器拖动一台电 动机。 在变频器的运行过程中，变频器将根据检测的电动机情
7、况，通过修正变频器的频率、电压值以达到控制电动机的 转矩的目的。因此当变频器的面扳显示为变频器的输出频 率时，该值是一直在跳动的。 转矩矢量控制变频器由于将转矩分量单独控制，在较底 的运行频率下也能获得恒定磁通控制从而使电动机在极低 的频率下也能取得很高的转矩输出。异步电动机无传感器转矩矢量变频开环控制系统通用变频器控制永磁同步电动机同步电动机的转速完全取决于控制电源的频率， 与供电电源频率具有严格的关系，因此非常适合多台 电动机要求速度严格同步运行的生产机械设备。同步电动机的变频器控制系统无需采用闭环控制 ，就可保证电动机的转速精度达到0.10.01%。如果 采用高精度变频器，在开环控制的情
8、况下，就能达到 0.01% 的调速精度。且调速范围可达100。现广泛应用于化工、纺织化纤等要求高精度多电 动机同步控制的场合。三、通用变频器的转矩矢量闭环运行从自动控制的角度来看，变频器的闭环控制运行可分 为通过变频器本身实现闭环运行和作为大型闭环控制系 统的智能单元两种方式。作为智能单元的控制方式其控 制算法、闭环检测、控制信号输出等由PLC、控制计算机 完成，变频器作为一个调速单元参与控制。本课程仅讨 论变频器本身实现闭环运行。由于变频器引入了转矩矢量控制方式，当采用光电编 码器形成闭环控制，其控制特性、控制精度等均可以达 到很高的精度，调速范围最高可达1：1000。比较典型的 情况就是当
9、变频器在0HZ输出情况下，转矩输出可以达到 150%额定转矩，可广泛应用于高速电梯等高要求场合。ATV71高性能变频器 加光电编码器反馈卡光电编码器测速电动机负载ATV71变频器光电编码器闭环控制示意矢量控制异步电动机闭环控制系统是一种理想的控制方式， 具有以下优点：实现零转速开始的速度控制。在低速也能有很好的转矩特性，调 速范围很宽。可以对电动机的输出转矩实现精确控制。从而可用于精确张力控 制的场合。系统的动态响应很好。电动机的加速特性好。异步电动机转矩矢量控制要求设定异步电动机的参数，现代通 用变频器一般具有电动机参数自整定功能。光电编码器反馈卡一般 作为变频器的可选件另外订购。变频器参数
10、的设定：电动机参数、光电编码器参数、电动机控 制方式的设定、控制对象（速度、转矩）等。变频调速系统的制动功能一、概述1、电动机的四象限运行所谓四象限运行，是指 电动机的工作点可能出现在坐 标系的四个象限中。电动机在 不同的象限中的工作状态是不 同的，其工作状态如右图所示 。归纳起来就两种情况：电动 状态和制动状态。2、变频器两种工作状态通用交直-交变频器采用电容器滤波方式，假如不 采取措施，很难实现变频器在再生制动状态下运行。二、变频器的再生制动状态在变频器调速系统中，减速及停车是通过降低变频器的输出频 率来实现的。当变频器降速的瞬间，电动机的同步转速随之下降， 然而由于机械惯性的原因，电动机
11、的转子转速并未马上下降。当同 步转速n0小于电动机的转子速度，电动机电流的相位改变180度， 电动机从电动状态变为发电状态。与此同时，电动机轴上的转矩变 为制动转矩，使电动机的转速迅速下降，电动机处于再生制动状态 。对于变频器来说，电动机的再生电能经过逆变器的反并联二极管 全波整流后反馈到直流回路。由于通用变频器电网侧采用不可控整 流电路，这部分电能无法经过整流回路回馈到交流电网，因此，仅 靠变频器的电容器吸收，形成电容器侧“泵升电压”，使直流电压升高 。过高的电压将对变频器形成危害。因此，通用变频器不采取措施 ，电动机只能运行在一、三象限，无法适应电梯、提升机、轧钢机 、卷绕机等需要四象限运
12、行的场合。三、变频器制动的分类 能耗制动一般通用变频器均设置能耗制动单元，小型变频器的制动单元一般内 置，动力接线端P+、P-为直流母线，PA、PB为外接制动电阻接线端子； 15KW以上变频器一般配备外接的制动单元作为可选单元。当电动机处于制 动状态时，通过变频器IGBT的反并联二极管将机械能变成直流电能，通过 制动单元可将能量消耗在制动电阻上。能耗制动当变频器容量较大时，一般制动单元和制动电阻一般均外置。一般地 ，变频器内制动单元的动作电压为730V左右，当制动单元工作，直流回路 通过制动电阻放电，当电压小于560V，制动单元停止工作。象安川616 G5、G7变频器的制动单元的动作电压可调（
13、630V760V）。制动电阻的 工作状态是脉动的，因此西门子公司的说明书将该电阻称为脉冲电阻制动电阻本实验室实验台中制动电阻示意直流制动当在电动机的定子绕组中通上直流电源，在异步电动机 中形成一固定的磁场。电动机在斜坡停车过程中，作以上处 理，电动机产生的电磁转矩就是制动转矩。这种方式，电动 机转子上的机械能将转化成电动机转子的电能消耗在转子上 ，使电动机的转子温度升高。一般，变频器是不允许在高速运行情况下马上转入直 流制动的。通常，变频器先按照变频器的设定进行减速，当 运行频率小于一定值后，进入直流制动。因此，通用变频器 均具有直流制动开始频率，直流制动时间等参数可设定。直流制动一般用于两种
14、情况：一是用于准确停车，一 是用于制止在启动过程前电动机由外因引起的不规则自由旋 转。回馈制动变频器公用直流母线吸收型回馈制动 变频器公用直流母线吸收型图中，整流单元为几台逆变器公用。象西门子6ES7系列变频器可以将 整流单元、逆变单元、能耗制动单元等单独订购。这种系统现在一般用于大 型牵引机。为保证被牵引物具有一定的张力，M3工作于电动状态，M2、M1工作于 再生发电状态。当采用公用直流母线回馈制动方式，可将M1、M2电动机发出 的电能回馈到直流母线侧，由处于电动状态的M3消耗。可节省大量的电能。回馈制动一般通用变频器的整流单元采用不可控的二极管组 成。当在原直流母线上反并联一组可控器件组成
15、的逆变 单元，整个系统就组成了具有回馈制动功能的变频器。当系统检测到直流母线上电压高于某一值时，启动 回馈逆变单元，可将系统的机械能回馈到交流电源侧。回馈制动变频器由于增加了一组回馈逆变单元，控 制复杂，变频器的价格也高，这就有一个性能价格比的 问题。因此，该种方式一般用于大容量的起重机等场合 。回馈制动要求电源系统的可靠性要求很高。当变频 器在回馈制动过程中，发生电源系统故障，将使变频器 产生不可恢复的故障。回馈至交流电源侧电路示意课后思考题1、直流制动能否代替电磁制动的电磁铁？2、通用变频器直流母线侧电压太高时，能否将多 余的电能反馈给电网？3、以ATV71变频器为例，当变频器工作在闭环转
16、 矩矢量控制状态时，有哪些参数需要设定，具体的 设定值应为多少？项目二 通用变频器使用模块二:通用变频器使用及变频器典型调速系统ATV31、ATV71变频器快速制动功能实训一实训目的1了解通用变频器制动单元、制动电阻的功能 。2了解通用变频器直流回路能耗制动的原理。3掌握直流制动变频器主回路接线。4了解变频器在快速停车时直流母线电压的变 化情况，掌握快速制动的参数设定。 变频器中，通常要设置加速时间和减速时间两个参数。 ATV31变频器中，ACC加速时间是从0HZ增加到FrS（铭牌给 出的电机额定频率）的时间，减速时间是从FrS降低到0HZ的 时间。变频器加速过程中，加速时间设定小，电动机加速过 程短，启动电流就大；启动电流大于一定值后，变频器出现 故障。在斜坡停机过程中，电动机处于发电状态，其机械能 要通过逆变器上六个反并联二极管转换成直流电压，使变频 器直流母线电压升高。停车减速时间过短时，直流母线侧电 压过高，导致变频器故障。因此可以在变频器的PA+、PA-端 加接制动电阻，当变频器快
