【文章內容簡介】 數 ? 以 2p=4(4極電動機 )為最佳，要注意說明書中對磁極數的規(guī)定。 ? (c) 電動機的型號 ? 以生產變頻器的同一家公司生產的標準電動機或變頻調速專用電動機為最佳，一般的通用電動機也都可用。但特殊電動機 (如高轉差電動機等 )則不能用。 ? (d) 電動機的臺數 ? 矢量控制只適用于一臺變頻器控制一臺電動機的場合。 ? (2) 速度控制的 PID功能 ? 當采用有反饋矢量控制模式時，變頻器存在著一個轉速反饋的閉環(huán)系統，并且為此專門配置了 PID調節(jié)系統。以利于在調節(jié)轉速的過程中，或者拖動系統發(fā)生擾動 (負載突然加重或減輕 )時，能夠使控制系統既反映迅速，又運行穩(wěn)定。 ? 因此，在具有矢量控制功能的變頻器中，有兩套 PID調節(jié)功能 : ? (a) 用于速度閉環(huán)控制的 PID調節(jié)功能 。 ? (b) 用于系統控制 (例如供水系統的恒壓控制等 )的 PID調節(jié)功能。 ? 兩種 PID調節(jié)功能中， P(比例增益 )、 I(積分時間 )、 D(微分時間 )的作用對象不同，但原理是相同的。 ? (2) 矢量控制的主要優(yōu)點 ? 低頻轉矩大 ? 即使運行在 1Hz(或 )時 , 也能產生足夠大的轉矩 ,且不會產生在 V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現象。 ? 機械特性好 ? 在整個頻率調節(jié)范圍內，都具有較硬的機械特性，所有機械特性基本上都是平行的。 ? 動態(tài)響應好 ? 尤其是有轉速反饋的矢量控制方式，其動態(tài)響應時間一般都能小于 100ms。 ? 能進行四象限運行。 9 轉矩控制功能 轉矩控制與轉速控制的區(qū)別 (1) 轉速控制的特點 ? 迄今為止，我們所討論的變頻調速，都是以控制電動機的轉速為目的的，其基本特點有 : (a) 變頻器輸出頻率的大小 (從而電動機轉速的高低 )隨給定信號的大小而變 。 ? (b) 電動機的轉矩大小是不能控制的 , 它總是和負載的阻轉矩處于平衡狀態(tài)。因此 , 是隨負載的輕重而隨時變化的 。 ? (c) 電動機轉矩的限值是受發(fā)熱和過載能力 (取決于臨界轉矩 )制約的。 (2) 轉矩控制的特點 ? 轉矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方式。其主要特點是 : ? (a) 給定信號并不用于控制變頻器輸出頻率的大小 , ? 而是用于控制電動機所產生的電磁轉矩的大小，如圖所示 :當給定信號為 10V時，電動機的電磁轉矩為最大值 Tmax(如圖中之狀態(tài)① )。當給定信號為 5V時，電動機的電磁轉矩為 Tmax/2(如圖中之狀態(tài)② )。 ? (b)電動機的轉速大小取決于電磁轉矩和負載轉矩比較的結果，只能決定拖動系統是加速還是減速，其輸出頻率不能調節(jié)，很難使拖動系統在某一轉速下等速運行。 ? 轉矩控制和轉速控制的切換 ? (1) 切換的必要性 ? 由于轉矩控制時不能控制轉速的大小，所以，在某些轉速控制系統中，轉矩控制主要用于起動或停止的過渡過程中。當拖動系統已經起動后，仍應切換成轉速控制方式，以便控制轉速。 ? (2) 切換的時序圖 ? 切換的時序圖如圖所示 ? (a) t1時段 ? 變頻器發(fā)出運行指令時，如未得到切換信號，則為轉速控制模式。變頻器按轉速指令決定其輸出頻率的大小。同時，可以預置轉矩上限 。 ? (b) t2時段 ? 變頻器得到切換至轉矩控制的信號 (通常從外接輸入電路輸入 )，轉為轉矩控制模式。變頻器按轉矩指令決定其電磁轉矩的大小。同時，必須預置轉速上限 。 ? (c) t3時段 ? 變頻器得到切換至轉速控制的信號 , 回到轉速控制模式 。 ? (d) t4時段 ? 變頻器的運行指令結束，將在轉速控制模式下按預置的減速時間減速并停止。 ? 如果變頻器的運行指令在轉矩控制下結束，變頻器 將自動轉為轉速控制模式，并按預置的減速時間減速并 停止。 ? 轉矩控制的應用 ? (1) 用于牽引和起重裝置的起動過程中牽引裝置主要有 :電氣機車、電梯、起重裝置等。 ? (a) 牽引裝置拖動系統的主要特點 ? 負載的輕重是隨機的 ? 以電氣機車和電梯為例 , 乘客時多時少 , 無規(guī)律可循 。 ? 對加、減速過程的要求很高 ? 例如，裝載液體的傳輸帶以及起重和運輸鋼水包時，其加、減速過程必須十分平穩(wěn)，起動時應毫無沖擊，以保證液體不會溢出 。電氣機車和電梯等則還要求保證乘客的舒適感等等。 ? (b) 拖動系統的加速度 ? TJ— 動態(tài)轉矩，在忽略損耗轉矩的情況下，等于電動機的電磁轉矩與負載的阻轉矩之差 : ? TJ＝ TM－ TL ? (c) 在轉矩控制模式下起動的優(yōu)點 ? 在轉速控制模式下，起動時的動態(tài)轉矩不可能根據負載輕重自動進行調整。在預置起動轉矩時，只能按負載最重的情況進行設定，故在起動瞬間容易產生沖擊。例如，火車在起動時常常會有發(fā)生沖擊的感覺。如采用轉矩控制模式，可以使電動機的電磁轉矩逐漸增大，直至能夠克服負載轉矩時，動態(tài)轉矩和加速度才從 0開始緩慢增加，從而使起動過程十分平穩(wěn)。 圖 (a)是負載較輕時的情形 。 ? 圖 (b)是負載較重時的情形。 ? 由于轉矩控制方式不 ? 能控制轉速，所以，隨著 ? 動態(tài)轉矩的不斷增大，加 ? 速度也必然不斷增大，這 ? 又并非人們所希望的。因 ? 此，當拖動系統起動起來 ? 以后，有必要切換成轉速 ? 控制方式，以便對轉速進 ? 行控制。 ? (2) 用于恒張力控制 ? (a) 卷繞機械的工作特點 ? 在各種薄膜或線材的收卷或放卷過程中，通常要求 :被卷物的張力 F必須保持恒定 : F＝ C為此 : 1)被卷物的線速度 v也必須保 持恒定 : v＝ C所以，卷繞功 率是恒定的 : 2)負載的阻轉矩隨被卷物卷 徑的增大而增大 :但為了保持 線速度恒定，負載的轉速必 須隨卷徑的增大而減小 : (b) 用轉矩控制模式實現 ? 恒張力運行 ? 令變頻器在轉矩 ? 控制模式下運行，將給 ? 定信號設定在某一值下不變。則電動機的電磁轉矩 TM也將不變，如圖 (b)中之曲線①所示 : ? TM＝ C ? 而動態(tài)轉矩 TJ則隨著卷徑 D的增大而變?yōu)樨撝?，如圖 (b)中之曲線③所示。拖動系統將處于減速狀態(tài)，滿足圖 (c)所示的轉速變化規(guī)律。 ? 改變給定轉矩的大小，可以改變卷繞的松緊程度。 10 加、減速的時間與方式 ? ? (1) 工頻起動和變頻起動 ? 電動機從較低轉速升至較高轉速的過程稱為加速過程，加速過程的極限狀態(tài)便是電動機的起動。 ? (a)工頻起動 ? 這里所說的工頻起動， ? 是指電動機直接接上工頻電 ? 源時的起動，也叫直接起動 ? 或全壓起動，如圖 (a)所示。 ? 在接通電源瞬間 : ? 電源頻率為額定頻率 (50Hz)，如圖 (b)的上部所示。以４極電動機為例，同步轉速高達 1500r/min。 ? 電源電壓為額定電壓 (380V), 如圖 1(b)的下部所示。 ? 由于轉子繞組與旋轉磁場的相對速度很高，故轉子電動勢和電流都很大，從而定子電流也很大，可達額定電流的 (4～ 7)倍，如圖 (c)所示。 工頻起動存在的主要問題有 : 起動電流大。當電動機的容量較大時，其起動電流將對電網產生干擾。 對生產機械的沖擊很大，影響機械的使用壽命。 ? (b) 變頻起動 ? 采用變頻調速的 ? 電路如圖 (a)所示 , ? 起動過程的特點有 : ? 頻率從最低頻率 (通 ? 常是 0Hz)按預置的 ? 加速時間逐漸上升， ? 如圖 (b)的上部所示。 ? 仍以 4極電動機為例， ? 假設在接通電源瞬間，將起動頻率降至 ，則同步轉速只有15r/min，轉子繞組與旋轉磁場的相對速度只有工頻起動時的百分之一。 ? 電動機的輸入電壓也從最低電壓開始逐漸上升，如圖 (b)的下部所示。 ? 轉子繞組與旋轉磁場的相對速度很低，故起動瞬間的沖擊電流很小。同時，可通過逐漸增大頻率以減緩起動過程，如在整個起動過程中，使同步轉速 n0與轉子轉速 nM間的轉差 Δn限制在一定范圍內，則起動電流也將限制在一定范圍內，如圖 (c)所示。 ? 另一方面，也減小了起動過程中的動態(tài)轉矩，加速過程將能保持平穩(wěn)，減小了對生產機械的沖擊。 ? (2) 加速過程中的主要矛盾 ? (a) 加速過程中電動機的狀態(tài) ? 假設變頻器的輸出頻率從 fX1上升至 fX2，如圖 (b)所示。圖 (a)所示是電動機在頻率為 fX1時穩(wěn)定運行的狀態(tài)，圖 (c)所示是加速過程中電動機的狀態(tài)。比較圖 (a)和圖 (c)可以看出 :當頻率 fX上升時，同步轉速 n0隨即也上升，但電動機轉子的轉速 nM因為有慣性而不能立即跟上。結果是轉差 Δn增大了 ,導體內的感應電動勢和感應電流也增大。 ? (b) 加速過程的主要矛盾 ? 加速過程中，必須處理好加速的快慢與拖動系統慣性之間的矛盾。 ? 一方面，在生產實踐中，拖動系統的加速過程屬于不進行生產的過渡過程，從提高生產率的角度出發(fā)，加速過程應該越短越好 。 ? 另一方面，由于拖動系統存在著慣性，頻率上升得太快了，電動機轉子的轉速 nM將跟不上同步轉速的上升，轉差 Δn增大，引起加速電流的增大，甚至可能超過一定限值而導致變頻器跳閘。 ? 所以，加速過程必須解決好的主要問題是 :在防止加速電流過大的前提下，盡可能地縮短加速過程。 ? (3) 變頻調速系統的減速 ? (a) 減速過程中的電動機狀態(tài) ? 電動機從較高轉速降至較低轉速的過程稱為減速過程。在變頻調速系統中，是通過降低變頻器的輸出頻率來實現減速的，如圖 (b)所示。圖中，電動機的轉速從 n1下降至 n2(變頻器的輸出頻率從 fX1下降至fX2)的過程即為減速過程。 ? 當頻率剛下降的瞬間，旋轉 ? 磁場的轉速 (同步轉速 )立即 ? 下降，但由于拖動系統具有 ? 慣性的緣故，電動機轉子的 ? 轉速不可能立即下降。于是， ? 轉子的轉速超過了同步轉速， ? 轉子繞組切割磁場的方向和原來相反了。從而，轉子繞組中感應電動勢和感應電流的方向，以及所產生的電磁轉矩的方向都和原來相反了，電動機處于發(fā)電機狀態(tài)。由于所產生的轉矩和轉子旋轉的方向相反，能夠促使電動機的轉速迅速地降下來，故也稱為再生制動狀態(tài)。 ? (b) 泵升電壓 ? 電動機在再生制動狀態(tài)發(fā)出的電能，將通過和逆變管反并聯的二極管 VD7～ VD12全波整流后反饋到直流電路，使直流電路的電壓 UD升高，稱為泵升電壓。 ? (c) 多余能量的消耗 ?