变频器2

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1、第2章 通用变频器的功能,第2章 通用变频器的功能,本章主要内容： 介绍通用变频器的主要功能 2.1 频率控制功能 2.2 U/f 控制功能 2.3 矢量控制功能 2.4 运行控制与保护功能 2.5 变频器的闭环运行 2.6 变频器的外部接线 学时：4,2.1 频率控制功能,本节主要内容： 频率给定 极限频率 加、减速时间和曲线 回避频率 多段速控制功能 频率增益与频率偏置 载波频率的设定,1.频率给定,操作面板上的功能键设置频率 功能参数码进行预置 操作面板上的电位器设定频率 外端子控制频率 模拟量 开关量 网络,图2-1 操作面板,变频器的输出频率可通过下述方式设定,2.极限频率,最高频率

2、fmax 变频器允许输出的最高频率，一般为电动机的额定频率。 基本频率fb 又称基准频率或基底频率，只有在U/f模式下才设定。它是指当输出电压U=UN时，f达到的值fN，一般为额定频率。,图2-2 频率、电压关系,设定变频器输出电压和频率的关系。,上限频率fH 允许变频器输出的最高频率 下限频率fL 允许变频器输出的最低频率,图2-3 上限和下限频率,限制变频器的输出频率范围，从而限制电动机的转速范围，防止由于错误操作造成事故。,3.加速时间和减速时间,加、减速时间的定义 加速时间：变频器输出频率从0上升到基本频率fb所需要的时间 减速时间：变频器输出频率从基本频率fb下降至0所需要的时间。,

3、图2-4 加减速时间设定,为了保证电动机正常起动而又不过流，变频器须设定加速时间。 电动机减速时间与其拖动的负载有关，有些负载对减速时间有严格要求，变频器须设定减速时间。,实际的加减速时间 变频器的实际加减速时间与工作频率有关。 一般小于等于理论设定的加减速时间。,图2-5 实际加减速时间,加速时间的设定 加速时间设定原则：兼顾起动电流和起动时间，一般情况下负载重时加速时间长，负载轻时加速时间短 加速时间设置方法：用试验的方法，使加速时间由长而短，一般使起动过程中的电流不超过额定电流的1.1倍为宜。,减速时间设定 必要性： 例1：重负载制动时，制动电流大可能损坏电路，设置合适的减速时间，可减小

4、制动电流。 例2：水泵制动时，快速停车会造成管道“空化”现象，损坏管道。 减速时间的设定原则：兼顾制动电流和制动时间，保证无管道“空化”现象。,多种加减速时间 变频器可设置多种不同的加减速时间。 以适应不同工况下的要求。,4.加速曲线和减速曲线,加速曲线（3种） 线性上升方式：频率随时间呈正比的上升，适用于一般要求的场合。 S型上升方式：先慢、中快、后慢，起动、制动平稳，适用于传送带、电梯等对起动有特殊要求的场合。 半S型上升方式：正半S型适用于大惯性负载，反半S型适合于风机、泵类负载。,图2-6 加速曲线,减速曲线与加速曲线类似,图2-7 S区曲线,加速和减速曲线的组合 根据不同的机型可分为

5、三种情况： 只能预置加、减速的方式，曲线形状由变频器内定，用户不能自由设置。 可为用户提供若干种S区（如0.2S、0.5S、1S等） 用户可在一定的非线性区内设置时间的长短。,5.回避频率,回避频率的概念 变频器跳过而不运行的频率 一般情况下可设置三个以上。,图2-8 回避频率,为避免传动系统共振，应设置回避频率。,设置回避频率的方法 设定回避频率的上端和下端频率： 如43Hz、39Hz，则回避39Hz43Hz； 设定回避频率值和回避频率的范围： 如41Hz、2Hz，则回避39Hz43Hz； 只设定回避频率： 回避频率范围由变频器内定。,图2-8 回避频率,段速控制功能 指不同时间段对应的输出

6、频率不同。,图2-9 工业洗衣机速度轨迹,段速功能的设置与执行 按程序运行 利用变频器内部的简易PLC功能编制段速控制程序。 由端子控制 设置控制端子，使之的具有段速选择功能。,图2-10 多段速控制,本讲学习了 2.1 频率控制功能 频率给定 极限频率 加、减速时间和曲线 回避频率 多段速控制功能 下一讲继续学习 频率增益与频率偏置 载波频率的设定,7.频率增益和频率偏置功能,图2-10 频率偏置,频率给定来自模拟控制端子输入的信号，如： 电压05V，010V；电流420mA。 为了使模拟信号与频率给定相匹配，需设置频率增益和频率偏置。,频率偏置 当模拟控制信号为0时的频率频率给定值,图2-

7、11 频率增益,频率增益 频率给定（标幺值）变化范围与 模拟控制信号（标幺值）变化范围的比率， 即f/X。,8.载波频率设置,应用脉宽调制技术控制逆变电路时，载波频率（三角波频率）可以在一定的范围内进行调整。 载波频率对应着功率器件的开关频率 载波频率过高会导致功率器件过热 载波频率过低则输出电压畸变较大 变频器在出厂时都设置一个较佳的载波频率，没有必要时可以不作调整。,小 结,重点：与频率控制相关的功能 难点：频率增益与偏置,2.1 频率控制功能 频率给定方式 通过操作面板 模拟输入端子：频率增益与偏置 开关输入端子：多段速控制功能 保护功能 上、下限频率、回避频率 加、减速时间和曲线,2.

8、2 U/f 控制功能,本节主要内容： U/f 控制方式的含义 完善U/f 控制方式的措施 转矩补偿 节能运行控制 转差补偿 本节将介绍与上述优化措施对应的控制功能。,变频器调速系统的控制方式 基本方式： U/f 控制 高级方式：矢量控制,1. U/f 控制方式,图2-12 U/f控制曲线,U/f控制方式 在变频调速过程中为了保持主磁通的恒定 而使 U/f=常数 的控制方式 这是变频器的基本控制方式。,2. 转矩补偿功能,转矩补偿 在U/f控制方式下， 利用增加输出电压来提高电动机转矩的方法。,转矩补偿的原因 在基频以下调速时，须保持E1/1恒定，即保持主磁通m恒定。 1较高时，保持U1/1恒定

9、，即可近似地保持主磁通m恒定。 1较低时，E1/1会下降，导致输出转矩下降。 提高变频器的输出电压即可补偿转矩不足 不同工作场合对转矩补偿的要求不同,常用的补偿方法 线性补偿 起动电压从0提升到最大值的某一比例， U/f 仍保持线性关系。,图2-13 线性补偿,分段补偿 起动过程中分段补偿，有正补偿、负补偿两种。 正补偿：补偿曲线在标准U/f曲线的上方，适用于高转矩起动运行的场合。 负补偿：补偿曲线在标准U/f曲线的下方，适用于低转矩起动运行的场合。,图2-14 分段补偿,平方率补偿 补偿曲线为抛物线。 低频时斜率小（U/f比值小） 高频时斜率大（U/f比值大） 多用于风机和泵类负载的补偿，达

10、到节能目的,图2-14 平方率补偿,3. 节能运行控制功能,节能运行控制功能 变频器将检测到的电动机运行状态， 与变频器中储存的标准电动机的参数进行比较， 从而自动给出最佳工作电压的过程。,变频器预置为节能运行时，必须满足的条件 变频器中已储存有实际电动机的参数。 变频器节能运行时，动态性能较差，因此多用于转矩较稳定的负载中。 节能运行只能用于U/f控制方式下，不能用于矢量控制方式。,4. 转差补偿功能,转差补偿 当电动机转速随着负载转矩增加(降低)而 下降(升高)时， 变频器的输出频率自动升高(降低)， 以补偿电动机转速变化的过程。,转差的含义,转差补偿的目的 提高电动机的转速控制精度。 转

11、差补偿只能用于U/f控制方式下，不能用于 矢量控制方式。,转差补偿的设定范围：一般为010Hz。,小 结,重点：转矩补偿、转差补偿功能 难点：转矩补偿的原因,2.2 U/f 控制功能 U/f 控制方式 该方式下的特殊控制功能 转矩补偿功能 节能运行控制功能 转差补偿功能,U/f=常数 的控制方式,2.3 矢量控制功能,矢量控制是变频器的一种高性能的控制方式，其控制原理类似于直流电动机。 本节主要内容： 他励直流电动机的调速原理 三相异步电动机的矢量控制原理 变频器的矢量控制功能,1.他励直流电动机的调速原理,直流电动机的转矩表达式,他励直流电动机调速的优点 、Ia为相互独立的变量，分别由励磁绕

12、组、电枢绕组控制。 电动机的转矩控制方便，调速特性好，精度高。,他励直流电动机调速的缺点 直流电动机结构复杂、换向过程复杂； 且电动机的容量、最高转速受到限制； 换向器和电刷装置的事故率较高，需要定期维护和更换，维护费用高。,2.三相异步电动机的矢量控制原理,三相异步电动机的转矩表达式,三相异步电动机转矩控制的难点 式中的m、I2、cos2都影响转矩T； 且m与I2都由定子电流控制，两者不独立。 难于直接实现转矩控制。,矢量控制的原理 将定子电流人为分解为两个相互垂直的矢量；即励磁电流和转子电流； 然后用他励直流电动机的控制方式去控制交流异步电动机。,解决思路： 将定子电流人为的分解为两个相互

13、垂直的矢量 并解释为励磁电流和转子电流 交流异步电动机的控制就会变得很方便。,3.变频器的矢量控制功能,矢量控制的实现过程 首先检测并计算三相输出电压和电流矢量； 然后将电流矢量分解为两个相互垂直的电流矢量：励磁电流和转子电流； 通过运算调节器对这两个信号分别控制，从而控制逆变电路的输出。 具有该功能的变频器工程上称为矢量型变频器。,设置矢量控制功能时应符合的条件 变频器只能连接一台电动机； 运行前应对电动机进行自动测试，并对变频器的进行自整定操作； 所配备电动机的容量比应配备电动机的容量最多小一个等级； 变频器与电动机之间的电缆长度应不大于50m。 变频器与电动机之间接有电抗器时，应使用变频

14、器的自整定功能修改控制参数。,小 结,重点：矢量控制的原理 难点：矢量控制时应满足的条件,2.3 矢量控制功能 矢量控制的原理 将定子电流人为分解为两个相互垂直的矢量； （即励磁电流和转子电流）； 然后用他励直流电动机的控制方式去控制交流异步电动机。 采用矢量控制时应满足的条件,2.4 运行控制与保护功能,本节主要内容： 启停和反转控制功能 点动控制 制动控制 瞬时停电再起动功能 过载保护功能,1.启停和反转控制功能,启停功能 利用指令控制变频器启动和停止。 反转功能 交流异步电动机的转向与交流电的相序有关，正转与反转控制只是相对而言。 控制方法 由操作面板上的启停键及反转键来控制 由外端子来

15、控制。,2.点动控制（寸动控制）,点动控制 点一下按键或按钮，电动机在某一频率下运行的控制方式。 点动控制功能的设定 设置点动频率 设定端子的点动控制功能,3.制动控制,制动控制功能 用于电动机运行过程中迅速停止或准确定位。 制动控制功能分类 回馈制动 直流制动：需设置制动频率、制动时间、制动力等。,4.瞬时停电再起动功能,瞬时停电再起动功能 电源瞬间停电又很快恢复供电的情况下 变频器是继续停止输出，还是自动重起。 功能设置 瞬时停电后不起动 瞬时停电后停止输出，并发出报警信号。 电源正常后，输入复位信号才会重新起动。 瞬时停电后再起动 瞬间停电又很快恢复供电后，变频器自动重起。,图2-15

16、瞬时停电再起动功能,5.过载保护功能,保护的对象 电动机 变频器,对电动机的过热保护功能 电子热继电器，监视变频器的输出电流； 只能接一台电动机； 应用时可以设置功能是否有效，再设置具体参数。,对变频器自身的保护功能 过流、过压、过功率、断电、其他故障等均可进行自动保护 并发出报警信号，甚至自动跳闸断电。 变频器在出现过载及故障时，一方面由显示屏发出文字报警信号，一方面由接点开关输出报警信号； 当故障排除后，要由专用的复位控制指令复位，变频器方可重新工作。,小 结,重点：运行控制功能及保护功能 难点：直流制动和再启动功能,2.4 运行控制与保护功能 运行控制 点动控制：正向点动，反向点动 长动控制：启动，停止，反转 制动方式：回馈制动、直流制动 保护功能 瞬时停电再起动功能 过载保护功能,2.5 变频器的闭环控制功能,闭环运行：在变频器控制的拖动系统中引入负反馈，进行反馈控制，以提高传动精度。 反馈器件：主要有脉冲编码器(实现转速反馈)、压力传感器、速度传感器等。 本节主