【正文】 動機保護兩種， 變頻調(diào)速的基本原理 當在一臺三相異步電動機的定予繞組上加上三相交流電壓時，該電壓將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其速度由定子電壓的頻率所決定。當磁場旋轉(zhuǎn)時，位于該磁場中的轉(zhuǎn)予繞組將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)．當將三相異步電動機繞組的任意兩相進行交換時，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。因 此，電動機的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。異步電動機定了磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機的磁極個數(shù)和電源頻率所決定： n=60f／ p n同步頻率 f電源頻率 p磁極對數(shù) 異步電動機的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機的實際轉(zhuǎn)速可由下式給出： N=n(1一 s)=60f(1s)／ p N一電動機實際轉(zhuǎn)速 s一異步電動機的轉(zhuǎn)差率 改變參數(shù) f， s 中的任意一個就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，即對異步電動機進行調(diào)速控制。因此，可以通過改變該電源的頻率來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速控制。從某種意義上說，變頻器 就是一個可以任意改變頻率的交流電源。 在電動機調(diào)速時，一個重要的因素是希望保持每極磁通量 。為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機的磁心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補償合適，保持西。不變是很容易做到的。在交流異步電機種，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。 三相異步電機定子每相電動勢的有效值是： Eg= * F1 * N1 * Kn1 * ① m。 Eg—— 氣隙磁通在定了每相中感應(yīng)電 動勢有效值，單位為 V； F1—— 定子頻率，單位為 Hz：； N1—— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； Kn1—— 基波繞組系數(shù)； ① m—— 每極氣隙磁通量 ； 由公式可知，只要控制好 E 和 F，便可以控制磁通①。不變。需要考慮基頻 (額定頻率 )以下和基頻以上兩種情況： 1．基頻以下調(diào)速： 即采用恒定的電動勢。由上式可知，要保持 磁通量 不變，但頻率 F1 從額定值 F2。向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低 Eg。然而繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控制的，但電動勢較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定了相電壓 U≈ E，則得 u/f=常數(shù)。低頻時， U 和 Eg 都較小，定予阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時，可以人為的把電壓 U 抬高一些，以便近似的補償定子壓降。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性為 b 線，無補償?shù)臑?a 線。 2．基頻以上調(diào)速 基頻以上調(diào)速 ，頻率可以從無往上增高，但電壓 U磁通與頻率成反比的降低，相當于直流電機弱磁升速的情況。 基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調(diào)速控制特性，如果電動機在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行，這 時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基 頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速， 在基頻以上 ，基本上屬于“恒功率調(diào)速” 變頻調(diào)速的優(yōu)點 如下 (1)變頻調(diào)速的節(jié)能 由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機、泵類負載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達到20％ 60％，這是因為風(fēng)機水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當用戶需要的平均流量較小時，風(fēng)機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。而傳統(tǒng)的擋板和法門進行流量調(diào)節(jié)時，耗用功率變化不大。由于這類負載很多，約占交流電動機總?cè)萘康?20％ 39。30％，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。對于一些在低速運行的恒轉(zhuǎn)矩負載，如傳送帶等，變頻調(diào)速也可節(jié)能。除此之外，原有調(diào)速方式耗 能較大者 (如繞線轉(zhuǎn)子電動機等 )，原有調(diào)速方式比較龐雜，效率較低者 (如龍門刨床等 )，采用了變頻調(diào)速后，節(jié)能效果也很明顯。 (2)變頻調(diào)速在電動機運行方面的優(yōu)勢 變頻調(diào)速很容易實現(xiàn)電動機的正、反轉(zhuǎn)。只需要改變變頻器內(nèi)部逆變管的開關(guān)順序，即可實現(xiàn)輸出換相，也不存在因換相不當而燒毀電動機的問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)起動大都是從低速開始，頻率較低。加、減速時間可以任意設(shè)定，故加、減速時間比較平緩，起動電流較小，可以進行較高頻率的起停。變頻調(diào)速系統(tǒng)制動時，變頻器可以利用自己的制動回路，將機械負載的能量消耗在制動電阻上，也可回饋 給供電電網(wǎng)，但回饋給電網(wǎng)需增加專用附件，投資較大。除此之外，變頻器還具有直流制動功能，需要制動時，變頻器給電動機加上一個直流電壓，進行制動，則無需另加制動控制電路。 (3) 以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應(yīng)用 變頻調(diào)速除了在風(fēng)機、泵類負載上的應(yīng)用以外，還可以廣泛應(yīng)用于傳送、卷繞、起重、擠壓、機床等各種機械設(shè)備控制領(lǐng)域。它可以提高奇特的產(chǎn)成品率，延長設(shè)備的正常工作周期和使用壽命，使操作和控制系統(tǒng)得以簡化，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高了整個設(shè)備控制水平。變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技 術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上。容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調(diào)速控制、可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實現(xiàn)速度的精確控制；容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換，可以進行高額度的起停運轉(zhuǎn)，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅(qū)動。可以實現(xiàn)軟肩動，減小沖擊電流，解決大負載的啟動問題。電源功率因數(shù)大，所需容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等。變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別 (如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等 )，并立即封鎖輸出電壓．這種“自 我保護”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。 變頻器的選 用 及接線圖 一個變頻器拖動兩個電機，變頻器的功率要比兩個電機的功率和還要大，最好是一個電機功率的 倍。因為電機的功率是 1KW,所以變頻器的功率要大于，最終選擇 ，實物 如圖 所示： 圖 變頻器接線圖，如圖 所示，兩臺電機并聯(lián)與變頻器的 U\V\W 輸出端 圖 變頻器接線圖 變頻器 D700 參數(shù)設(shè)置 ， 如表 所示 表 變頻器 D700 參數(shù)設(shè)置 功能 參數(shù) 名稱 設(shè)定范圍 最小設(shè)定 初始值 基本功能 0 轉(zhuǎn)矩提升 030% % 6/4/3 1 上限頻率 0120Hz 120HZ 2 下限頻率 0120Hz 0HZ 3 基準頻率 0400Hz 50HZ 4 高速 0400Hz 50HZ 5 中速 0400Hz 30HZ 6 低速 0400Hz 10HZ 7 加速時間 03600s 5/10s 8 減速時間 03600s 5/10s 9 電子過流保護 0500A 變頻器額定電流 79 運行模式選擇 07 1 0 PU 接口通訊 117 PU 通訊站號 03 0247 1 0 118 PU 通訊速率 4 9 19384 1 192 119 PU 通訊停止位長 0、 11 1 1 120 PU 通訊奇偶校驗 0、 2 1 2 121 PU 通訊再次次數(shù) 0 9999 1 1 122 PU 通訊校驗時間間隔 0、 9999 0 123 PU 等待時間設(shè)定 0150ms、 9999 1 9999 124 PU 通 訊 有 無CR/LF 選擇 0、 2 1 1 160 擴展功能顯示選擇 0、 9999 1 9999 ALLC 參數(shù)全部清除 0、 1 1 0 小結(jié) 本章介紹了變頻器的用途、基本機構(gòu)和調(diào)頻的基本 原理，介紹了變頻器的主電路及控制電路。 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。 變頻器的主電路給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為 主 電路。 給 電動機供電 (電壓、頻率可調(diào) )的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路， 控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、豐電路的電壓、電流檢測電路，電動機的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。 在變頻器的選型上，考慮到性價比，最終確定了三菱的變頻器，其 型號是,更加劍橋機的工作需要，明確了一臺變頻器帶動兩臺電機的設(shè)計方案，兩臺電機之間以并聯(lián)的方式與變頻器串聯(lián)，通過改變變頻器的頻率從而達到改變電機的速度。 第五章 編碼器 編碼器（ encoder）是將信號（如 比特流 ）或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。 編碼 器把 角位移 或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者稱為 碼盤 ，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為 增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。 市場 情況 編碼器在 OEM 市場的應(yīng)用比例較高，主要應(yīng)用于機床、電梯、伺服電機配套、紡織機械、包裝機械、印刷機械、起重機械等行業(yè)。 2021 年，中國 OEM 市場的高速增長拉動了編碼器市場的迅猛增長 ,2021 年中國編碼器市場的市場規(guī)模達到 13 億元，同比增長 %。 從行業(yè) 來看，電梯、機床和伺服電機配套是編碼器的重點應(yīng)用領(lǐng)域，占整體應(yīng)用市場 53%的市場份額。紡織機械、包裝機械和印刷機械等領(lǐng)域目前市場份額較小，編碼器一般不直接進入這三個行業(yè)，編碼器生產(chǎn)企業(yè)的競爭主要集中在給這些機械行業(yè)提供伺服電機的電機生產(chǎn)廠環(huán)節(jié)。起重機械目前市場份額也較小，僅占 4%5%。在冶金和電子行業(yè)等項目型行業(yè)，編碼器目前應(yīng)用比例較低，僅占14%的市場份額。此外，編碼器在醫(yī)療機械、風(fēng)電、汽車生產(chǎn)線、混合動力汽車、水利、軌道交通等領(lǐng)域也有一定應(yīng)用，但應(yīng)用比例較低。 2021 年風(fēng)電行業(yè)自動化產(chǎn)品需求增長達到 了 50%以上，而電梯、伺服電機、紡織機械以及機床等編碼器的主要應(yīng)用領(lǐng)域增長也比較明顯，是拉動增長的主要來源。 從廠商來看，目前歐美品牌占據(jù)高端市場，占三分之一以上的市場份額，產(chǎn)品價格定位高端，在重工和風(fēng)電等新能源領(lǐng)域具有優(yōu)勢；日韓品牌主要占據(jù)中端市場，也占三分之一以上的市場份額，產(chǎn)品價格定位中端，在電梯、機床、伺服電機等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛；而大陸企業(yè)主要參與中低端市場的競爭，產(chǎn)品價格較低，以占市場近半銷售量僅獲得 25%的大陸市場銷售份額。 市場份額較高的企業(yè)包括 Heidenhain、 Tamagawa、 Nemicon、 Yuheng、 Baumer、 Rep、 P+F、 Danaher、 Koyo、 Omron 等。其中前三名企業(yè)市場份額占市場總額的將近 50%，市場集中度較高，各企業(yè)主要針對的應(yīng)用行業(yè)集中性較高、行業(yè)競爭較少。主流廠商業(yè)績增長幅度也有明顯差距，增長幅度最大的為 60%，增長幅度最小的低于 10%。 編碼器分為絕對值型和增量型。目前絕對值編碼器的價格大約是增量型編碼器的 4倍以上，國內(nèi)市場上 70%的應(yīng)用是價格相對經(jīng)濟的增量型編碼器，主要應(yīng)用在如包裝、紡織、電梯等行業(yè)中僅要求測量轉(zhuǎn)速及對絕對位置測量要求不高的機器設(shè)備上。而 在高精度機械設(shè)備或鋼鐵、港口及起重等重工業(yè)行業(yè)，由于對測量的精度要求相對較高，更多情況會使用絕對值編碼器。在這些重工業(yè)行業(yè)應(yīng)用中，由于工況比較惡劣，所以對編碼器的抗沖擊和振動等指標要求較高。 隨著機械設(shè)備自動化程度的提高，編碼器產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，客戶已不再滿足于編碼器僅能將物理的旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換為電信號，還要求編碼器集成度更高，產(chǎn)品更加耐用，并且希望能在絕對值編碼器中出現(xiàn)更豐富的接口方式，使更多的設(shè)備實現(xiàn)智能化。 目前整個工業(yè)市場中生產(chǎn)安全及通信安全越來越被重視，國家層面也開始對產(chǎn)品的安全性能提出要求 ，編碼器在安全標準方面也有相應(yīng)規(guī)范，但由于國內(nèi)編碼器市場對產(chǎn)品技術(shù)要求相對較低，客戶對中低端產(chǎn)品更為青睞。 主要作用 它是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串數(shù)字脈沖信號的旋轉(zhuǎn)式 傳感器 ， 這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測量直線位移。 編碼器產(chǎn)生電信號后由數(shù)控制置 CNC、可編程邏輯控制器 PLC、 控制系統(tǒng) 等來處理。這些傳感器主要應(yīng)用在下列方面：機床、材料加工、電動機 反饋系統(tǒng) 以及測量和控制設(shè)備。在 ELTRA 編碼器中角位移的轉(zhuǎn)換采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)是基于徑向分度盤的旋轉(zhuǎn)，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成的。此系統(tǒng)全部用一個紅外 光源 垂直照射，這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層 光柵 ，稱為準直儀，它具有和 光盤 相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的光變化，然后將光變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電變化。一般地， 旋轉(zhuǎn)編碼器 也能得到一個速度信號，這個信號要反饋給 變頻 器，從而調(diào)節(jié) 變頻器 的輸出數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：