【正文】 。 （5）減少對環(huán)境的影響。雖然目前廠商提供的變頻器產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計上基本都考慮到了現(xiàn)場安裝的要求，并在軟件設(shè)計上加入了初始起動設(shè)置工具，幫助用戶根據(jù)應(yīng)用背景選擇和設(shè)置各種必要的功能和參數(shù)，但為了進(jìn)一步擴(kuò)大市場和不斷爭取新的用戶，廠商仍然會在豐富變頻器功能的同時不斷提高變頻器的易操作性，新型變頻器將更加容易操作和更加容易適合特定的應(yīng)用背景。此外，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和變頻器的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，用戶也在不斷提出各種新的要求，希望變頻器產(chǎn)品能夠通過與信息技術(shù)的進(jìn)一步融合而具有更高的性能和更加豐富的功能。 （2）高性能和多功能化。 （1）大容量和小體積化。 變領(lǐng)器技術(shù)的發(fā)展動向 近年來，隨著信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的性能不斷提高，其應(yīng)用范圍也越來越廣。此外，小于異步電動機(jī)還具有對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，維護(hù)簡單等許多直流伺服電動機(jī)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，所以在許多需要進(jìn)行高速高精度控制的應(yīng)用中這種高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)正在逐步替代直流伺服系統(tǒng)。 此外，當(dāng)用電網(wǎng)電源對異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，電動機(jī)的起動電流為額定電流的5—6倍，而在采用變頻器對異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)功時，由于可以將變頻器的輸出頻率降至很低時起動，電動機(jī)的起動電流很小，因而受頻器輸入端電源的容量也可以比較小。由于變頻器本身對外部來說可以看作是一個可以進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓的交流電源，可以用一臺變頻器同時驅(qū)動多臺異步電動機(jī)或同步電動機(jī)，從而達(dá)到節(jié)約設(shè)備投資的目的。 此外，與采用機(jī)械增速裝置的高速驅(qū)動系統(tǒng)相比，出于采用高頻變頻器的高速驅(qū)動系統(tǒng)中并不存在異步電動機(jī)以外的機(jī)械裝置，其可靠性更好，而且保養(yǎng)和維修也更加簡單。 當(dāng)用工頻電源（50Hz）對異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，二極電動機(jī)的最高速度只能達(dá)到3000r/min。 高速驅(qū)動是變頻器調(diào)速控制的最重要的優(yōu)點(diǎn)之一。而變頻器則可以利用自己的制動回路將這部分能量以熱能消耗或回饋給供電電網(wǎng)，并形成電氣制動。而對于采用了變頻器的交流調(diào)速系統(tǒng)來說，出于電動機(jī)的起停都是在低速區(qū)進(jìn)行而且加減速過程都比較平緩，電動機(jī)的功耗和發(fā)熱較小，可以進(jìn)行較高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)。 此外，對在電網(wǎng)電源下運(yùn)行的電動機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)切換時、如果在電動機(jī)尚未停止時就進(jìn)行相序的切換，電動機(jī)內(nèi)將會由于相序的改變而流過大于起動電流的電流，有燒毀電動機(jī)的危險，所以通常必須等電動機(jī)完全停下來之后才能夠進(jìn)行換相操作，而采用變頻器的交流調(diào)速系統(tǒng)中，內(nèi)于可以通過改變變頻器的輸出頻率使電動機(jī)按照斜坡函數(shù)的規(guī)律進(jìn)行減速，并存電動機(jī)減速至低速范圍后再進(jìn)行相序切換，進(jìn)行相序切換時電動機(jī)的電流可以很小。此外，當(dāng)采用矢量控制方式的變頻器對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時，還可以直接控制電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)短。 由于變頻器可以看作是一個頻率可調(diào)的交流電源，對于現(xiàn)有的進(jìn)行恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動機(jī)來說，只需在電網(wǎng)電源和現(xiàn)有的電動機(jī)之間接入變頻器和相應(yīng)設(shè)備，就可以利用變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，而無需對電動機(jī)和系統(tǒng)本身進(jìn)行大的設(shè)備改造。電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。隨著各種復(fù)雜控制技術(shù)在變頻器技術(shù)中的應(yīng)用，變頻器的性能不斷得到提高，而且應(yīng)用范圍也越來越廣。這種做法不但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也造成了能源的浪費(fèi)。 而與直流電動機(jī)相比，交流電動機(jī)則具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)堅固，工作可靠，易于維護(hù)保養(yǎng)； （2）不存在換向火花，可以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境； （3）容易制造出大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的交流電動機(jī)。變頻器知識學(xué)習(xí)培訓(xùn)教程全案目 錄第1章 緒 論 1 變頻器技術(shù)的發(fā)展歷史 1 變領(lǐng)器調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 2 變領(lǐng)器技術(shù)的發(fā)展動向 5第2章 變頻器的基本原理及控制方式 8 8 變頻器的基本構(gòu)成 8 變頻器內(nèi)部電路的基本功能 8 逆變電路基本工作原理 9 變頻器的種類 10 變頻器的控制方式 15 V/f恒定控制 15 矢量控制 18 變頻器驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 21 機(jī)械負(fù)載與電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性 23 設(shè)計變額器驅(qū)動系統(tǒng)的要點(diǎn) 25第3章 變頻器的安裝調(diào)試和維修保養(yǎng) 30 變頻器的設(shè)置環(huán)境和安裝 30 變頻器的設(shè)置環(huán)境 30 變頻器的安裝方式 31 配 線 32 32 接地線配線 32 控制電路布線 33 通電前的檢查 33 外觀及結(jié)構(gòu)檢查 33 絕緣電阻檢查 34 試運(yùn)行 34 電動機(jī)單獨(dú)運(yùn)行 34 負(fù)載機(jī)械的試運(yùn)行 35 檢查與維修保養(yǎng) 36 維修保養(yǎng)時應(yīng)遵照的準(zhǔn)則 36 定期檢查和維修保養(yǎng) 36第4章 變頻器常見異常及其對策 39 變頻器自身異常及對策 39 設(shè)置環(huán)境 39 外部噪聲的影響 39 電源異常 41 變頻器對周邊設(shè)備的影響及對策 43 變頻器驅(qū)動系統(tǒng)故障分析 44第5章 閉環(huán)控制系統(tǒng) 47 自動控制系統(tǒng)概述 47 自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖 47 48 對自動控制系統(tǒng)的基本要求 50 控制系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 50 反饋控制系統(tǒng)的過渡響應(yīng) 51 反饋控制系統(tǒng)過渡過程中的品質(zhì)指標(biāo) 52 PID的調(diào)節(jié)原理 54 PID的控制算式 55 PID控制器的參數(shù)整定 5762 / 64第1章 緒 論 變頻器技術(shù)的發(fā)展歷史 直流電動機(jī)拖動和交流電動機(jī)抱功先后誕生于19世紀(jì)，距今已有100多年的歷史，并已成為動力機(jī)械的主要驅(qū)動裝置。 因此，很久以來，人們希望在許多場合下能夠用可調(diào)速的交流電動機(jī)來代替直流電動機(jī)，并在交流電動機(jī)的調(diào)速控制方面進(jìn)行廠大量的研究開發(fā)工作。 經(jīng)歷了20世紀(jì)70年代中期的第2次石油危機(jī)之后，人們充分認(rèn)識到了節(jié)能工作的重要性，并進(jìn)一步重視和加強(qiáng)了對交流調(diào)速技術(shù)的研究開發(fā)工作。目的變頻器不但在傳統(tǒng)的電力拖動系統(tǒng)，得到了廣泛的應(yīng)用，而且?guī)缀跻呀?jīng)擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，并且在空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱等家電產(chǎn)品中也得到了廣泛應(yīng)用。下面我們將簡單介紹一下上面提到的變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)的各種主要優(yōu)點(diǎn)。 在采用了變頻器的交流拖動系統(tǒng)中，異步電動機(jī)的調(diào)速控制是通過改變變頻器的輸出頻率實(shí)現(xiàn)的。因此，高性能的矢量控制變頻器與變頻器專用電動機(jī)的組合在控制性能方面可以達(dá)到和超過高精度直流伺服電動機(jī)的控制性能。同樣，在電動機(jī)的加速過程中可以通過改變變頻器的輸出頻率使電動機(jī)按照斜坡函數(shù)的規(guī)律進(jìn)行加速，從而達(dá)到限制加速電流的目的。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的上述特點(diǎn)可以用于采用交流拖動系統(tǒng)的傳送帶和移動工作臺等以達(dá)到節(jié)能的目的。此外，一些變頻器還具有直流制動功能，即在需要進(jìn)行制動時，可以通過變頻器給電動機(jī)加上一個直流電壓，并利用該電壓產(chǎn)生的電流進(jìn)行制動。這是因為對于直流電動機(jī)來說，由于受電刷和換向環(huán)等因素的制約，無法進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)。為了得到更高轉(zhuǎn)速，則必須使用專用的高頻電源或使用機(jī)械增速裝置進(jìn)行增速。 在變領(lǐng)器調(diào)速控制系統(tǒng)中，變頻器和電動機(jī)是可以分離設(shè)置的。而對于直流調(diào)速系統(tǒng)來說，則很難做到這一點(diǎn)?！銇碚f。而且由于高件能的變頻器的外部接口功能也非常豐富，可以將其作為自動控制系統(tǒng)中的一個部件使用，構(gòu)成所需的自動控制系統(tǒng)。日前變頻驅(qū)動的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，新型變頻器產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，變領(lǐng)器的性能和可靠性也在不斷地完善和提高。大容量化和小體積化將會隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展而不斷得到發(fā)展。隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，用于變頻器的各種半導(dǎo)體器件和傳感器的性能和可靠性越來越高。這此都將促使變頻器的生產(chǎn)廠家不斷做出努力，以滿足不同用戶的實(shí)際需要并爭取在激烈的市場競爭中立于不敗之地。 （4）壽命和可靠性的提高。近年來，隨著變頻器的推廣和普及，如何減少變頻器，尤其是大功率變頻器對周圍環(huán)境影響的問題越來越受到重視。而各種新技術(shù)和新器件的應(yīng)用，也將進(jìn)一步減少變頻器對所處環(huán)境的影響。 此外，為了滿足不同用戶的不同需要，新型變頻器產(chǎn)品的智能化程度將進(jìn)一步提高，這主要體現(xiàn)在變頻器本身將具有更多的功能供用戶選擇，而用戶則可以根據(jù)自己的需要，在變頻器所預(yù)先設(shè)定的多種功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程，以滿足其具體應(yīng)用的需要。但是，因為小容量異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)換效率并不高。一些公司已經(jīng)專門推出了以節(jié)能為目的的同步電動機(jī)變頻器，并在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。圖21 變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖22給出了一個典型的電壓控制型通用變頻器的硬件結(jié)構(gòu)框圖。一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。當(dāng)整流電路是電壓源時直流中間電路的主要入器件是大容量的電解電容，剛當(dāng)整流電路是電流源時平滑電路則主要內(nèi)大容量電感組成。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制。逆變電路的基本作用是將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源。該交流電源的頻率由開關(guān)頻率決定，而幅值則等于直流電源的幅值。所以在實(shí)際的變頻器逆變電路中還沒有各種相應(yīng)的輔助電路，以保證逆變電路的正常工作和在發(fā)生意外情況時對換流器件進(jìn)行保護(hù)。而變頻器本身也常常根據(jù)其逆變電路中使用的半導(dǎo)體開關(guān)器件的種類而被稱為晶問管變頻器、晶體管逆變器等。（1）按照主電路工作方式分類。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產(chǎn)生逆變電路所需要的直流電壓，并通過直流中間電路的電容進(jìn)行平滑后輸出；整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過中間電路的電抗將電流進(jìn)行平滑后輸出。關(guān)于這些電路的基本結(jié)構(gòu)，可以參考其他有關(guān)資料。 1）PAM控制。但是，由于這種控制人式必須向時對整流電路和逆變電路進(jìn)行控制，控制電路比較復(fù)雜。在這種控制方式中，以較高頻率對逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉，并通過改變輸出脈沖的寬度來達(dá)到控制電壓（電流）的目的。采用PWM控制方式的變頻器具有可以減少高次諧波帶來的各種個良影響，轉(zhuǎn)矩波功小，而且控制電路簡單，成本低等特點(diǎn)，是目前在變頻器中采用最多的一種逆變電路控制方式；但是，該入式也具有當(dāng)載波頻率不合適時會產(chǎn)生較大的電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的缺點(diǎn)。在這種控制方式中，載頻被提高到人耳可以聽到的頻率（10—20kHz）以上，從而達(dá)到降低電動機(jī)噪聲的目的。 （3）按照工作原理分類。V/f控制是一種比較簡單的控制方式。轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對V/f控制的一種改進(jìn)。 3）矢量控制變頻器。 矢量控制方式使對異步電動機(jī)進(jìn)行高性能的控制成為可能。但是，隨著變頻調(diào)速理論和技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論在變頻器中的成功應(yīng)用，日前在新型矢量控制變頻器中已經(jīng)增加了自調(diào)整（Autotuning）功能。廠面，我們介紹一下按照用途對變頻器進(jìn)行分類時變頻器的種類。這里通用件指的是通用變領(lǐng)器可以對普通的異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。它主要應(yīng)用于水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等對系統(tǒng)的調(diào)速性能要求不高的場所，并具有體積小，價格低等方面的優(yōu)勢。過去，通用型變頻器基本上采用的是電路結(jié)構(gòu)比較簡單的V/f控制方式，與采用轉(zhuǎn)矩矢量控制方式的高性能變頻器相比，在轉(zhuǎn)矩控制性能方面要差一些。 2）高性能專用變頻器。此外，高性能專用變頻器往往是為了滿足某些特定產(chǎn)業(yè)或區(qū)域的需要，使變頻器在該區(qū)域中具有最好的性能價格比而設(shè)計生產(chǎn)的。在超精加工和崗性能機(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動機(jī)。交流電動機(jī)可以分為單相交流電動機(jī)和二相交流電動機(jī)兩種類型，與此相對應(yīng)，變頻器也分為單相變頻器和三相變頻器。 變頻器的控制方式目前變頻器對電動機(jī)的控制方式大體可分為：V/f恒定控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、非線性控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、智能控制等。 此種控制方式比較簡單，多用于節(jié)能型變頻器，如風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械的節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)及生產(chǎn)流水線的工作臺傳動等。轉(zhuǎn)差的大小和電動機(jī)的負(fù)載大小有關(guān)。由式(21)可以看出，當(dāng)電動機(jī)電源頻率變化時，若電動機(jī)電壓不隨著變化，那么電動機(jī)的磁通將會出現(xiàn)飽和或欠勵磁。而當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)欠勵磁時，將會影響電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。由圖可看出，隨著頻率的變化，轉(zhuǎn)矩特性的直線段近似為一組平行線，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩相同，但產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差不同，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率不變。這類變頻器主要用于風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速節(jié)能，以及對調(diào)速范圍要求不高的場合。電動機(jī)磁通的減小，勢必造成電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩減小。由于互鎖時間的存在，變頻器的輸出電壓將比控制電壓降低。使用模擬電子技術(shù)產(chǎn)生正弦信號并不困難，但若需要信號的幅值正比于頻率的變化，或按某種規(guī)律變化，則采用數(shù)字電路較易實(shí)現(xiàn)。VFC為壓頻變換器，它將速度設(shè)定的電壓信號變?yōu)轭l率信號(脈沖)，反映速度(電壓)設(shè)定的脈沖送入μCOM中的計數(shù)器，計數(shù)器的數(shù)據(jù)作為EPROM的地址，改變計數(shù)頻率，即可改變EPROM的地址掃描頻率變化。圖24 恒定控制的PWM變頻器的主電路的控制部分圖 V/f恒定控制的PWM變頻器的電路通常為交直交電壓型變頻器，輸入接至三相電源，輸出接三相異步電動機(jī)。濾波電容器和整流橋之間接有充電限流電阻，當(dāng)變頻器接通電源時，由于直流濾波電容器的電壓不能突變，如果沒有充電限流電阻，整流二極管和電容器將會流進(jìn)很大的充電電流。 變頻器的控制電路除了上述PWM生成部分之外，還包括電力電子器件的驅(qū)動電路。保護(hù)部分應(yīng)保證變頻器不會發(fā)生永久性破環(huán)。兩套繞組在機(jī)械上是獨(dú)立的，在空間上互差90176。異步電動機(jī)亦有兩套多相繞組(定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組)，其中定子繞組和外部電源相接，在定子繞組中流過定子電流。事實(shí)上，異步電動機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流并不成比例，定子電流大并不能保證電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大。從產(chǎn)生電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場看，3相繞組中通以3相對稱電流可以產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，2相繞組中通以互差90176。將3相電動機(jī)等效為2相電動機(jī)后，電動機(jī)的定子繞組只有兩個，而且在空間上互差90176。另外，從產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場角度考慮，旋轉(zhuǎn)磁場是交流電流產(chǎn)生的還是由直流電流產(chǎn)生的，這并不影響電動機(jī)性能的分析。矢量控制和標(biāo)量控制的主要區(qū)別是，前者不僅控制電流的大小，而且控制電流的相位，而標(biāo)量控制只控制電流的大小。如果能對電動機(jī)參數(shù)(主要是轉(zhuǎn)子電阻R2)進(jìn)行實(shí)時辨識，則可隨時修改系統(tǒng)參數(shù)。為了減小定子電流的勵磁電流分量，異步電動機(jī)的氣隙長度較短。