【正文】 動(dòng)機(jī)保護(hù)兩種， 變頻調(diào)速的基本原理 當(dāng)在一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的定予繞組上加上三相交流電壓時(shí)，該電壓將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其速度由定子電壓的頻率所決定。當(dāng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于該磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)旋轉(zhuǎn)．當(dāng)將三相異步電動(dòng)機(jī)繞組的任意兩相進(jìn)行交換時(shí)，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向?qū)l(fā)生改變。因 此，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。異步電動(dòng)機(jī)定了磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的磁極個(gè)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(duì)數(shù) 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出： N=n(1一 s)=60f(1s)／ p N一電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 s一異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 改變參數(shù) f， s 中的任意一個(gè)就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。因此，可以通過改變?cè)撾娫吹念l率來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。從某種意義上說，變頻器 就是一個(gè)可以任意改變頻率的交流電源。 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)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(jī)的磁心，是一種浪費(fèi)；若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持西。不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)種，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。 三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)。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(shí)，必須同時(shí)降低 Eg。然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以控制的，但電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定了相電壓 U≈ E，則得 u/f=常數(shù)。低頻時(shí)， 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(shí)，可以人為的把電壓 U 抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性為 b 線，無補(bǔ)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(dāng)于直流電機(jī)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(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這 時(shí)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(diǎn) 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(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達(dá)到20％ 60％，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)、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(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，耗用功率變化不大。由于這類負(fù)載很多，約占交流電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?20％ 39。30％，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。對(duì)于一些在低速運(yùn)行的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)運(yùn)行方面的優(yōu)勢(shì) 變頻調(diào)速很容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)輸出換相，也不存在因換相不當(dāng)而燒毀電動(dòng)機(jī)的問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)大都是從低速開始，頻率較低。加、減速時(shí)間可以任意設(shè)定，故加、減速時(shí)間比較平緩，起動(dòng)電流較小，可以進(jìn)行較高頻率的起停。變頻調(diào)速系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)，變頻器可以利用自己的制動(dòng)回路，將機(jī)械負(fù)載的能量消耗在制動(dòng)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(dòng)功能，需要制動(dòng)時(shí)，變頻器給電動(dòng)機(jī)加上一個(gè)直流電壓，進(jìn)行制動(dòng)，則無需另加制動(dòng)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(jī)、泵類負(fù)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(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域。它可以提高奇特的產(chǎn)成品率，延長(zhǎng)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(jiǎn)化，有的甚至可以改變?cè)械墓に囈?guī)范，從而提高了整個(gè)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(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實(shí)現(xiàn)速度的精確控制；容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)軟肩動(dòng)，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動(dòng)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(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障類別 (如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等 )，并立即封鎖輸出電壓．這種“自 我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。 變頻器的選 用 及接線圖 一個(gè)變頻器拖動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，變頻器的功率要比兩個(gè)電機(jī)的功率和還要大，最好是一個(gè)電機(jī)功率的 倍。因?yàn)殡姍C(jī)的功率是 1KW,所以變頻器的功率要大于，最終選擇 ，實(shí)物 如圖 所示： 圖 變頻器接線圖，如圖 所示，兩臺(tái)電機(jī)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(zhǔn)頻率 0400Hz 50HZ 4 高速 0400Hz 50HZ 5 中速 0400Hz 30HZ 6 低速 0400Hz 10HZ 7 加速時(shí)間 03600s 5/10s 8 減速時(shí)間 03600s 5/10s 9 電子過流保護(hù) 0500A 變頻器額定電流 79 運(yùn)行模式選擇 07 1 0 PU 接口通訊 117 PU 通訊站號(hào) 03 0247 1 0 118 PU 通訊速率 4 9 19384 1 192 119 PU 通訊停止位長(zhǎng) 0、 11 1 1 120 PU 通訊奇偶校驗(yàn) 0、 2 1 2 121 PU 通訊再次次數(shù) 0 9999 1 1 122 PU 通訊校驗(yàn)時(shí)間間隔 0、 9999 0 123 PU 等待時(shí)間設(shè)定 0150ms、 9999 1 9999 124 PU 通 訊 有 無CR/LF 選擇 0、 2 1 1 160 擴(kuò)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(jī)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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。 變頻器的主電路給異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)供電 (電壓、頻率可調(diào) )的主電路提供控制信號(hào)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(yùn)算電路、豐電路的電壓、電流檢測(cè)電路，電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路。 在變頻器的選型上，考慮到性價(jià)比，最終確定了三菱的變頻器，其 型號(hào)是,更加劍橋機(jī)的工作需要，明確了一臺(tái)變頻器帶動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案，兩臺(tái)電機(jī)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(dá)到改變電機(jī)的速度。 第五章 編碼器 編碼器（ encoder）是將信號(hào)（如 比特流 ）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)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(hào)，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(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。 市場(chǎng) 情況 編碼器在 OEM 市場(chǎng)的應(yīng)用比例較高，主要應(yīng)用于機(jī)床、電梯、伺服電機(jī)配套、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、起重機(jī)械等行業(yè)。 2021 年，中國(guó) OEM 市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)拉動(dòng)了編碼器市場(chǎng)的迅猛增長(zhǎng) ,2021 年中國(guó)編碼器市場(chǎng)的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 13 億元，同比增長(zhǎng) %。 從行業(yè) 來看，電梯、機(jī)床和伺服電機(jī)配套是編碼器的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，占整體應(yīng)用市場(chǎng) 53%的市場(chǎng)份額。紡織機(jī)械、包裝機(jī)械和印刷機(jī)械等領(lǐng)域目前市場(chǎng)份額較小，編碼器一般不直接進(jìn)入這三個(gè)行業(yè)，編碼器生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在給這些機(jī)械行業(yè)提供伺服電機(jī)的電機(jī)生產(chǎn)廠環(huán)節(jié)。起重機(jī)械目前市場(chǎng)份額也較小，僅占 4%5%。在冶金和電子行業(yè)等項(xiàng)目型行業(yè)，編碼器目前應(yīng)用比例較低，僅占14%的市場(chǎng)份額。此外，編碼器在醫(yī)療機(jī)械、風(fēng)電、汽車生產(chǎn)線、混合動(dòng)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(dòng)化產(chǎn)品需求增長(zhǎng)達(dá)到 了 50%以上，而電梯、伺服電機(jī)、紡織機(jī)械以及機(jī)床等編碼器的主要應(yīng)用領(lǐng)域增長(zhǎng)也比較明顯，是拉動(dòng)增長(zhǎng)的主要來源。 從廠商來看，目前歐美品牌占據(jù)高端市場(chǎng)，占三分之一以上的市場(chǎng)份額，產(chǎn)品價(jià)格定位高端，在重工和風(fēng)電等新能源領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)；日韓品牌主要占據(jù)中端市場(chǎng)，也占三分之一以上的市場(chǎng)份額，產(chǎn)品價(jià)格定位中端，在電梯、機(jī)床、伺服電機(jī)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品價(jià)格較低，以占市場(chǎng)近半銷售量?jī)H獲得 25%的大陸市場(chǎng)銷售份額。 市場(chǎng)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(chǎng)份額占市場(chǎng)總額的將近 50%，市場(chǎng)集中度較高，各企業(yè)主要針對(duì)的應(yīng)用行業(yè)集中性較高、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)較少。主流廠商業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)幅度也有明顯差距，增長(zhǎng)幅度最大的為 60%，增長(zhǎng)幅度最小的低于 10%。 編碼器分為絕對(duì)值型和增量型。目前絕對(duì)值編碼器的價(jià)格大約是增量型編碼器的 4倍以上，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上 70%的應(yīng)用是價(jià)格相對(duì)經(jīng)濟(jì)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(cè)量轉(zhuǎn)速及對(duì)絕對(duì)位置測(cè)量要求不高的機(jī)器設(shè)備上。而 在高精度機(jī)械設(shè)備或鋼鐵、港口及起重等重工業(yè)行業(yè)，由于對(duì)測(cè)量的精度要求相對(duì)較高，更多情況會(huì)使用絕對(duì)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(duì)編碼器的抗沖擊和振動(dòng)等指標(biāo)要求較高。 隨著機(jī)械設(shè)備自動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，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(duì)值編碼器中出現(xiàn)更豐富的接口方式，使更多的設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化。 目前整個(gè)工業(yè)市場(chǎng)中生產(chǎn)安全及通信安全越來越被重視，國(guó)家層面也開始對(duì)產(chǎn)品的安全性能提出要求 ，編碼器在安全標(biāo)準(zhǔn)方面也有相應(yīng)規(guī)范，但由于國(guó)內(nèi)編碼器市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品技術(shù)要求相對(duì)較低，客戶對(duì)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?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)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(cè)量直線位移。 編碼器產(chǎn)生電信號(hào)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(jī)床、材料加工、電動(dòng)機(jī) 反饋系統(tǒng) 以及測(cè)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(gè)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(zhǔn)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(dòng)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(gè)速度信號(hào)，這個(gè)信號(hào)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：