【正文】 系列變頻器，如圖9(b)所示。將功能碼F18(頻率偏置)預(yù)置為，使與1V對(duì)應(yīng)的頻率為0Hz。將功能碼H302(頻率指令端子A1輸入增益)預(yù)置為225％，使與5V對(duì)應(yīng)的頻率為50Hz。 圖10 實(shí)例2之頻率給定線注意:變頻器的最大頻率不能小于基本頻率(通常等于額定頻率)，故本例中不能把最大頻率預(yù)置為30Hz。為了防止這種蠕動(dòng)現(xiàn)象，需要在０速附近設(shè)定一個(gè)死區(qū)ΔX，使給定信號(hào)從ΔX到＋ΔX的區(qū)間內(nèi)，輸出頻率為0Hz。 對(duì)此，變頻器設(shè)置了一個(gè)有效0功能。則:當(dāng)給定信號(hào)X＝, 變頻器的輸出頻率為fmin。 圖12 給定信號(hào)的濾波濾波的目的, 是消除干擾信號(hào)對(duì)頻率給定信號(hào)的影響。疊加后在頻率給定線如圖13中的曲線②和曲線③所示。反之，如果后面的速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。各單元的運(yùn)行線速度必須步調(diào)一致, 即實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。1單元是主令單元，不需要進(jìn)行微調(diào)。所以，點(diǎn)動(dòng)頻率(用fJ表示)是通過功能預(yù)置來(lái)確定的。(b) 給定信號(hào)小于最低頻率時(shí)的處理功能 有的負(fù)載在頻率很低時(shí)實(shí)際上不能運(yùn)行，因而需要預(yù)置最低頻率。以某攪拌機(jī)為例，如圖15(a)所示。上限頻率小于最高頻率 如果生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速下時(shí)，所引起的振動(dòng)頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機(jī)械的振動(dòng)將因發(fā)生諧振而變得十分強(qiáng)烈(也稱為機(jī)械共振)，并可能導(dǎo)致機(jī)械損壞的嚴(yán)重后果。脈寬調(diào)制的基本方法是:各脈沖的上升沿和下降沿都是由正弦波和三角波的交點(diǎn)決定的，如圖17所示。顯然, 電壓脈沖序列的頻率必等于載波頻率。所以, 有的變頻器對(duì)于調(diào)節(jié)載波頻率的功能, 稱為音調(diào)調(diào)節(jié)功能。載波頻率和死區(qū)的關(guān)系有如下的幾個(gè)方面: 圖18 載波頻率對(duì)輸出電流的影響 因此，載波頻率越高，變頻器的允許輸出電流越小，如圖18所示(圖中曲線系根據(jù)西門子440系列變頻器提供的資料作出)。電磁感應(yīng)對(duì)其他設(shè)備的干擾 高頻電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)將通過電磁感應(yīng)對(duì)其他設(shè)備的控制線路產(chǎn)生干擾。載波頻率越高，諧波電流的頻率也越高，則電動(dòng)機(jī)定子繞組的趨表效應(yīng)越嚴(yán)重，有效電阻值及其損失增大，電動(dòng)機(jī)的輸出功率越小。參考文獻(xiàn)(略)作者簡(jiǎn)介張燕賓(1937) 男 高級(jí)工程師 退休前在宜昌市自動(dòng)化研究所工作，曾任自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng)、宜昌市科委駐深圳聯(lián)絡(luò)處主任。變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐(主編，機(jī)械工業(yè)出版社2001年1月出版)。forCharacteristics矢量控制allimprovingofsV/Fboost圖1 異步電動(dòng)機(jī)的輸入和輸出 (1) 問題的提出(a) 電動(dòng)機(jī)的輸入功率眾所周知，電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的器件。式(2)中:TM─電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，N(c) 頻率下降后出現(xiàn)的問題毫無(wú)疑問，頻率下降的結(jié)果是轉(zhuǎn)速下降。由式(2)知, 轉(zhuǎn)速下降的結(jié)果是:電動(dòng)機(jī)的輸出功率下降。所以，其能量是通過磁場(chǎng)來(lái)傳遞的。如圖3(a)所示，定子磁通可以分為兩個(gè)部分:圖3 定子側(cè)的等效電路 式(7)表明，反電動(dòng)勢(shì)E1與頻率fX和主磁通ΦM的乘積成正比: (c) 電磁功率的計(jì)算如上述，把能量從定子傳遞給轉(zhuǎn)子的是主磁通ΦM，而主磁通ΦM在電路中通過反電動(dòng)勢(shì)E1來(lái)體現(xiàn)，所以，電磁功率可計(jì)算如下:因此，如果磁通減小，電磁轉(zhuǎn)矩也必減小，導(dǎo)致帶載能力降低。圖4的上半部是電動(dòng)機(jī)的磁化曲線。 Φ＝const (2) 保持磁通不變的方法由式(8)知，保持Φ＝const的準(zhǔn)確方法是: 即，在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，必須保持反電動(dòng)勢(shì)E1X和頻率fX的比值不變。圖5 頻率下降(U/f＝C)后的機(jī)械特性 (2) 臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因分析(a) 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生由式(12)知, 磁通ΦM也必減小，磁通不變的要求并沒有真正得到滿足，結(jié)果是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩也減小。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升，這種控制方式稱為V/F控制模式。圖8在這種情況下，由于U/f比將隨頻率的上升而下降，電動(dòng)機(jī)磁路內(nèi)的磁通也因此而減小，處于弱磁運(yùn)行狀態(tài)。各類負(fù)載在低速時(shí)所呈現(xiàn)的阻轉(zhuǎn)矩是很不一樣的, 例如:(a) 二次方律負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，如圖9中的曲線①所示。(c) 恒功率負(fù)載在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載功率保持恒定，其機(jī)械特性呈雙曲線狀，如圖9中之曲線③所示。使用戶可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)負(fù)載的輕重來(lái)選擇U/f比，如圖10所示。調(diào)試時(shí)，U/f比的預(yù)置宜由小逐漸加大，每加大一檔，觀察在最低頻時(shí)能否帶得動(dòng)負(fù)載？及至能帶動(dòng)時(shí)，還應(yīng)反過來(lái)觀察空載時(shí)會(huì)不會(huì)跳閘？一直到在最低頻率下運(yùn)行時(shí)，既能帶得動(dòng)負(fù)載，又不會(huì)空載跳閘時(shí)為止。它的勵(lì)磁電路和電樞電路是互相獨(dú)立的，如圖11(b)所示。仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)，對(duì)于調(diào)節(jié)頻率的給定信號(hào)，分解成和直流電動(dòng)機(jī)具有相同特點(diǎn)的磁場(chǎng)電流信號(hào)i*M和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)i*T，并且假想地看作是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)著的直流磁場(chǎng)的信號(hào)。 圖12 矢量控制框圖 (b) 無(wú)反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模式根據(jù)在實(shí)行矢量控制時(shí)，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的特點(diǎn)，而有無(wú)反饋和有反饋矢量控制之分。由于轉(zhuǎn)速大小直接由速度傳感器測(cè)量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。因此，把電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定數(shù)據(jù)以及定、轉(zhuǎn)子的參數(shù)輸入給變頻器，就是實(shí)現(xiàn)矢量控制的必要條件。但檢測(cè)的具體方法，各種變頻器不盡相同?！?”—允許自動(dòng)檢測(cè)。(c) 按變頻器鍵盤上的RUN鍵, 變頻器將執(zhí)行自動(dòng)“2”—變頻器設(shè)置了一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)的操作程序(說(shuō)明書中稱為“調(diào)諧宏”)。和變頻器配用的測(cè)速裝置大多采用旋轉(zhuǎn)編碼器。兩者在相位上互差90176。每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器輸出的脈沖數(shù)可根據(jù)情況選擇。圖13 編碼器的信號(hào)與接線 (2) 編碼器與變頻器的聯(lián)接(3) 編碼器脈沖數(shù)的選擇一般說(shuō)來(lái)，電動(dòng)機(jī)在最高頻率下工作時(shí)，編碼器的脈沖頻率以接近于20kHz為佳，即:(b) 電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù)以生產(chǎn)變頻器的同一家公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速專用電動(dòng)機(jī)為最佳，一般的通用電動(dòng)機(jī)也都可用。矢量控制只適用于一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合。(b) 用于系統(tǒng)控制(例如供水系統(tǒng)的恒壓控制等)的PID調(diào)節(jié)功能。低頻轉(zhuǎn)矩大在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，都具有較硬的機(jī)械特性，所有機(jī)械特性基本上都是平行的?！∑駷橹梗覀兯懻摰淖冾l調(diào)速，都是以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為目的的，其基本特點(diǎn)有:(a) 變頻器輸出頻率的大小(從而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低)隨給定信號(hào)的大小而變。(2) 轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn)轉(zhuǎn)矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方式。圖15 轉(zhuǎn)矩控制的概念如果給定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不變(等于TMX)，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，系統(tǒng)的運(yùn)行如圖16(a)中之曲線③所示:圖16 轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的轉(zhuǎn)速當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL小于TMX時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)將加速，并且一直加速至變頻器預(yù)置的上限頻率，拖動(dòng)系統(tǒng)將按上限轉(zhuǎn)速ｎH運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)開始加速，加速度隨動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩(TJ=TMTL)的增加而增加。當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)起動(dòng)后，仍應(yīng)切換成轉(zhuǎn)速控制方式，以便控制轉(zhuǎn)速。圖17(b) t2時(shí)段 (c) t3時(shí)段如果變頻器的運(yùn)行指令在轉(zhuǎn)矩控制下結(jié)束，變頻器 將自動(dòng)轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速控制模式，并按預(yù)置的減速時(shí)間減速并 停止。 (20) (c) 在轉(zhuǎn)矩控制模式下起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在轉(zhuǎn)速控制模式下，起動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩不可能根據(jù)負(fù)載輕重自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。圖(b)是負(fù)載較重時(shí)的情形。v＝C改變給定轉(zhuǎn)矩的大小，可以改變卷繞的松緊程度。 退休前在宜昌市自動(dòng)化研究所工作,曾任自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng)、宜昌市科委駐深圳聯(lián)絡(luò)處主任。 變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐(主編，機(jī)械工業(yè)出版社2001年1月出版)。andInverter摘　　要: 本文介紹了變頻器中的加、減速時(shí)間，加、減速方式，以及起動(dòng)和停機(jī)的相關(guān)功能。減速方式慣性停機(jī)introducedaccelerationaccelerationAndthestime 工頻起動(dòng) 在接通電源瞬間:電源電壓為額定電壓(380V), 如圖1(b)的下部所示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的容量較大時(shí)，其起動(dòng)電流將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。同時(shí)，可通過逐漸增大頻率以減緩起動(dòng)過程，如在整個(gè)起動(dòng)過程中，使同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nM間的轉(zhuǎn)差Δn限制在一定范圍內(nèi)，則起動(dòng)電流也將限制在一定范圍內(nèi)，如圖2(c)所示。圖3(a)所示是電動(dòng)機(jī)在頻率為fX1時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，圖3(c)所示是加速過程中電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。 一方面，在生產(chǎn)實(shí)踐中，拖動(dòng)系統(tǒng)的加速過程屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過渡過程，從提高生產(chǎn)率的角度出發(fā)，加速過程應(yīng)該越短越好?！?電動(dòng)機(jī)從較高轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速的過程稱為減速過程。 減速過程 當(dāng)頻率剛下降的瞬間，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)立即下降，但由于拖動(dòng)系統(tǒng)具有慣性的緣故，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不可能立即下降。 (b) 泵升電壓　 如果直流電壓UD升得太高，將導(dǎo)致整流和逆變器件的損壞。所以，和頻率下降速度有關(guān)的因素有: (b) 減速過程的主要矛盾在一般情況下，直流電壓的升高是更為主要的因素。圖5 加速時(shí)間的定義 (b) 減速時(shí)間的定義 減速時(shí)間的定義如圖5(b)所示。變頻器設(shè)置的加速方式有:例如，電梯在開始起動(dòng)以及轉(zhuǎn)入等速運(yùn)行時(shí)，從考慮乘客的舒適度出發(fā)，應(yīng)減緩速度的變化，以采用S形加速方式為宜。圖6(c)所示方式主要用于如風(fēng)機(jī)一類具有較大慣性的二次方律負(fù)載中，由于低速時(shí)負(fù)荷較輕，故可按線性方式加速，以縮短加速過程。大多數(shù)負(fù)載都可以選用線性方式。半S形方式 在減速的初始階段或終了階段，按線性方式減速。 變頻調(diào)速的起動(dòng)功能 起動(dòng)頻率與暫停加速功能(1) 起動(dòng)頻率(a) 功能含義有些負(fù)載在靜止?fàn)顟B(tài)下的靜摩擦力較大，難以從0Hz開始起動(dòng)，設(shè)置了起動(dòng)頻率后，可以在起動(dòng)瞬間有一點(diǎn)沖力，使拖動(dòng)系統(tǒng)較易起動(dòng)起來(lái)。錐形電動(dòng)機(jī)如果從0Hz開始逐漸升速, 將導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子之間的磨擦。稍有給定信號(hào)(X=0+)，變頻器的輸出頻率即為起動(dòng)頻率fS，如圖8(a)所示。 當(dāng)給定信號(hào)X=XS%時(shí)，變頻器直接輸出與XS%對(duì)應(yīng)的頻率，如圖8(b)所示。齒輪箱的齒輪之間總是存在間隙的，起動(dòng)時(shí)容易發(fā)生齒間的撞擊，如在較低頻率下持續(xù)一個(gè)短時(shí)間tDR，可以減緩齒間的撞擊；圖9 低頻持續(xù)時(shí)間如果電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)前，拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不為0(nm=0)的話，而變頻器的輸出頻率(從而同步轉(zhuǎn)速n0)從0Hz開始上升，則在起動(dòng)瞬間，電動(dòng)機(jī)或處于強(qiáng)烈的再生制動(dòng)狀態(tài)(起動(dòng)前為正轉(zhuǎn)時(shí))，或處于反接制動(dòng)狀態(tài)(起動(dòng)前為反轉(zhuǎn)時(shí))，如圖10(a)所示，容易引起電動(dòng)機(jī)的過電流。選擇功能即選擇是否需要起動(dòng)前的直流制動(dòng)功能。直流制動(dòng)時(shí)間即進(jìn)行直流制動(dòng)(施加直流電壓)的時(shí)間tDB。 變頻調(diào)速的停機(jī)功能 基礎(chǔ)概念(1)電動(dòng)機(jī)的停機(jī)方式由于停機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短由拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性決定, 故也稱為慣性停機(jī), 如圖11(b)所示。如先在低速段運(yùn)行，然后從低速降為0Hz，可消除滑行現(xiàn)象。(b) 停留時(shí)間tDD，如圖11(d)所示。采用直流制動(dòng)，能增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、縮短停機(jī)時(shí)間，且不產(chǎn)生泵升電壓。 (b) 方法和原理如圖12(a), 由于定子繞組內(nèi)通入的是直流電流，故定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為0。 (2) 功能設(shè)置 采用直流制動(dòng)時(shí)，需預(yù)置以下功能:(a) 直流制動(dòng)的起始頻率fDB圖12如圖12(b)所示。 變頻器的預(yù)勵(lì)磁和零伺服功能 基礎(chǔ)概念(1) 電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制特點(diǎn)對(duì)于要求停機(jī)位置十分準(zhǔn)確的場(chǎng)合，常常采用帶有機(jī)械制動(dòng)功能的電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)。圖13 電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)接觸器KM斷開、電動(dòng)機(jī)Ｍ未運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)電磁鐵的線圈YB處于失電狀態(tài)，制動(dòng)器的抱閘為抱緊狀態(tài)。 VD2用于當(dāng)外加電壓過０時(shí)，為線圈YB提供一個(gè)續(xù)流通路。 由于磁抱閘從通電到完全松開，以及從斷電到完全抱緊，都需要時(shí)間(～)，并且有一個(gè)逐漸松開和逐漸抱緊的過程。如果使電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)電磁鐵YB同時(shí)通電，則當(dāng)抱閘尚未完全松開的過程中，電動(dòng)機(jī)將處于過載狀態(tài)。 功能設(shè)置 在“有反饋矢量控制”方式下，當(dāng)變頻器的運(yùn)行信號(hào)有效，但頻率給定信號(hào)為0Hz時(shí), 可以使變頻器向電動(dòng)機(jī)提供足夠的勵(lì)磁電流，產(chǎn)生足夠大的零速轉(zhuǎn)矩，以防止重物“溜鉤”。 某些變頻器的特殊功能(1) 加、減速的銜接功能 生產(chǎn)實(shí)踐中，有時(shí)會(huì)遇到這樣的情況:在拖動(dòng)系統(tǒng)正在加速的過程中，又得到減速或停機(jī)的指令。曲線①是在運(yùn)行指令時(shí)間較長(zhǎng)情況下的Ｓ形加速曲線。對(duì)此，有的變頻器設(shè)置了加、減速時(shí)間的最小極限功能。(d) 最優(yōu)減速方式 在減速過程中，使直流回路的電壓保持在上限值的93%(UD≯93%UDH)，使減速過程最優(yōu)化。參考文獻(xiàn)(略)作者簡(jiǎn)介張燕賓(1937) 宜昌市自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、湖北省自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事。 變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)(副主編，機(jī)械工業(yè)出版社2003年1月出版)。Functionof可編程控制端升速/降速功能paperofandremotetheuseterminalsBasicterminalsterminalsSwitchingfunctionFrequency操作指令通過外接輸入端子從外部輸入開關(guān)信號(hào)... ...講座五—變頻器的系統(tǒng)控制功能 Theof關(guān) 鍵 詞: 程序控制目標(biāo)信號(hào)比例帶微分時(shí)間Abstract:Thisinverter39。an