【正文】 ? (b) 泵升電壓 ? 電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)狀態(tài)發(fā)出的電能，將通過和逆變管反并聯(lián)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。從而，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向，以及所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向都和原來(lái)相反了，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 ? 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。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，是通過降低變頻器的輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)減速的，如圖 (b)所示。 ? 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。 ? 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 。結(jié)果是轉(zhuǎn)差 Δn增大了 ,導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流也增大。圖 (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 (c)所示是加速過程中電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。 ? 另一方面，也減小了起動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，加速過程將能保持平穩(wěn)，減小了對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度很低，故起動(dòng)瞬間的沖擊電流很小。電動(dòng)機(jī)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。 ? 仍以 4極電動(dòng)機(jī)為例， ? 假設(shè)在接通電源瞬間，將起動(dòng)頻率降至 ，則同步轉(zhuǎn)速只有15r/min，轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度只有工頻起動(dòng)時(shí)的百分之一。 ? (b) 變頻起動(dòng) ? 采用變頻調(diào)速的 ? 電路如圖 (a)所示 , ? 起動(dòng)過程的特點(diǎn)有 : ? 起動(dòng)電流大。 ? 由于轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度很高，故轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和電流都很大，從而定子電流也很大，可達(dá)額定電流的 (4～ 7)倍，如圖 (c)所示。 ? 電源頻率為額定頻率 (50Hz)，如圖 (b)的上部所示。 ? (a)工頻起動(dòng) ? 這里所說(shuō)的工頻起動(dòng)， ? 是指電動(dòng)機(jī)直接接上工頻電 ? 源時(shí)的起動(dòng)，也叫直接起動(dòng) ? 或全壓起動(dòng)，如圖 (a)所示。 ? 改變給定轉(zhuǎn)矩的大小，可以改變卷繞的松緊程度。則電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 TM也將不變，如圖 (b)中之曲線①所示 : ? TM＝ C ? 而動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 TJ則隨著卷徑 D的增大而變?yōu)樨?fù)值，如圖 (b)中之曲線③所示。因 ? 此，當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)起來(lái) ? 以后，有必要切換成轉(zhuǎn)速 ? 控制方式，以便對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn) ? 行控制。 ? 圖 (b)是負(fù)載較重時(shí)的情形。如采用轉(zhuǎn)矩控制模式，可以使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩逐漸增大，直至能夠克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和加速度才從 0開始緩慢增加，從而使起動(dòng)過程十分平穩(wěn)。在預(yù)置起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，只能按負(fù)載最重的情況進(jìn)行設(shè)定，故在起動(dòng)瞬間容易產(chǎn)生沖擊。電氣機(jī)車和電梯等則還要求保證乘客的舒適感等等。 ? ? (a) 牽引裝置拖動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn) ? ? 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。 ? (c) t3時(shí)段 ? 變頻器得到切換至轉(zhuǎn)速控制的信號(hào) , 回到轉(zhuǎn)速控制模式 。變頻器按轉(zhuǎn)矩指令決定其電磁轉(zhuǎn)矩的大小。同時(shí)，可以預(yù)置轉(zhuǎn)矩上限 。 ? (2) 切換的時(shí)序圖 ? 切換的時(shí)序圖如圖所示 ? (a) t1時(shí)段 ? 變頻器發(fā)出運(yùn)行指令時(shí)，如未得到切換信號(hào)，則為轉(zhuǎn)速控制模式。 ? 轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的切換 ? (1) 切換的必要性 ? 由于轉(zhuǎn)矩控制時(shí)不能控制轉(zhuǎn)速的大小，所以，在某些轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制主要用于起動(dòng)或停止的過渡過程中。當(dāng)給定信號(hào)為 5V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 Tmax/2(如圖中之狀態(tài)② )。 (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。因此 , 是隨負(fù)載的輕重而隨時(shí)變化的 。 9 轉(zhuǎn)矩控制功能 轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)速控制的區(qū)別 (1) 轉(zhuǎn)速控制的特點(diǎn) ? 迄今為止，我們所討論的變頻調(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) 矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn) ? ? (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。以利于在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程中，或者拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng) (負(fù)載突然加重或減輕 )時(shí)，能夠使控制系統(tǒng)既反映迅速，又運(yùn)行穩(wěn)定。 ? (d) 電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù) ? 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。 ? (c) 電動(dòng)機(jī)的型號(hào) ? 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。則該變頻器只能在配接 45kW或 37kW的電動(dòng)機(jī)時(shí)，矢量控制功能是有效的。 ? (a) 電動(dòng)機(jī)的容量 ? 電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)盡可能與變頻器說(shuō)明書中標(biāo)明的“配用電動(dòng)機(jī)容量”相符，最多低一個(gè)檔次。 ? 自動(dòng)檢測(cè)功能的英語(yǔ)名稱是 autotuning, 故有的變頻器直譯為“自動(dòng)調(diào)諧”功能 , 也有的稱之為“自學(xué)習(xí)”功能。對(duì)此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動(dòng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的功能。 ? 自動(dòng)檢測(cè)功能 ? 從上面所舉例子可以看出，進(jìn)行矢量控制時(shí)，所需數(shù)據(jù)中的相當(dāng)部分，一般用戶是很難得到的。而進(jìn)行計(jì)算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。與無(wú)反饋矢量控制模式相比，具有機(jī)械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 ? 有反饋矢量控制則必須在電動(dòng)機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，如圖中的虛線所示。 ? 無(wú)反饋矢量控制是根據(jù)測(cè)量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)接地計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運(yùn)行時(shí)，得到較硬機(jī)械特性的控制模式。從而得到與直流電動(dòng)機(jī)類似的硬機(jī)械特性 , ? 提高了低頻時(shí)的帶負(fù)載能力。當(dāng)給定信號(hào)改變時(shí)，也和直流電動(dòng)機(jī)一樣，只改變其中一個(gè)信號(hào)，從而使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制具有和直流電動(dòng)機(jī)類似的特點(diǎn)。 ? 在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)， ? 只調(diào)節(jié)其中一個(gè)電路的 ? 參數(shù)。究其原因，是因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)十分重要的特點(diǎn) : ? (a) 磁場(chǎng)特點(diǎn) ? 它的主磁場(chǎng)和電 ? 樞磁場(chǎng)在空間是互相垂 ? 直的，如圖 (a)所示 。反之 , 如果負(fù)載在 ? 低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩較輕而轉(zhuǎn)矩補(bǔ) ? 償 (U/f比 )預(yù)置得較大，則補(bǔ)償過分，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁路將飽和，勵(lì)磁電流發(fā)生畸變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因勵(lì)磁電流峰值過高而導(dǎo)致“過電流”跳閘。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，如圖所示。 ? (2) 變頻器對(duì) U/f線的設(shè)置 ? 因?yàn)槊颗_(tái)變頻器應(yīng)用到什么負(fù)載上是不確定的，而不同負(fù)載在低頻時(shí)對(duì) U/f比的要求又很不一致。 ? (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，如圖中之曲線③所示。 ? (b) 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 ? 在不同的轉(zhuǎn)速下 , ? 負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩基本不變 , 如圖 ? 中之曲線②所示。 ? U/f線的選擇功能 ? (1) 不同負(fù)載在低速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩的要求 ? 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，如圖中的曲線①所示。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)。 ? (3) 基本 U/f線 ? 在變頻器的輸出頻 ? 率從 0Hz上升到基本頻 ? 率 fBA的過程中 , 滿足 ? KU=Kf的 U/f線 , 稱為基 ? 本 U/f線 ,如圖 (a)所示。 KU 電壓調(diào)節(jié)比 Kf 頻率調(diào)節(jié)比 ? (2) 基本頻率 ? 與變頻器的最大輸出電壓對(duì)應(yīng)的頻率稱為基本頻率，用 fBA表示。如圖中之曲線②所示(曲線①是 KU＝ Kf的 U/f線 )。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。 ? 當(dāng)頻率 fX下降時(shí)，輸入電壓 U1X隨之下降。 ? (2) 臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因分析 ? (a) 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 ? 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子電流和磁通相互作用的結(jié)果。 ? 變壓變頻存在的問題及原因分析 ? (1) 存在的問題 ? (a) 衡量調(diào)速性能的主要因素 ? 電動(dòng)機(jī)的基本功能是拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，因此，在低頻時(shí)的帶負(fù)載能力便是衡量變頻調(diào)速性能好壞的一個(gè)十分重要的因素。 ? 但反電動(dòng)勢(shì)是由定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁通而感生的，無(wú)法從外部進(jìn)行控制。下半部則是勵(lì)磁電流的波形。它極容易使電動(dòng)機(jī)的 ? 磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁 ? 電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生峰值很高的尖峰電流，如圖所示。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。 ? (3) 回避頻率的數(shù)量 ? 大多數(shù)變頻器都 ? 可以預(yù)置三個(gè)回避頻率 ? , 如圖所示。 ? ? (2) 回避頻率的預(yù)置 ? 預(yù)置回避頻率 ? 時(shí)，必須預(yù)置以下 ? 兩個(gè)數(shù)據(jù) : ? 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。上限頻率比最高頻率優(yōu)先 ? 這是因?yàn)?，上限頻率是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求來(lái)決定的，所以具有優(yōu)先權(quán) ? 回避頻率 ? (1) 基礎(chǔ)概念 ? 任何機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，都或多或少會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。在上例中，如傳動(dòng)比 λ＝ 2，則 : ? (2) 上限頻率與最高頻率的關(guān)系 ? 要求的最高轉(zhuǎn)速是 600r/min，最低轉(zhuǎn)速是 150r/min。 5 頻率的限制功能 ? 上、下限頻率 ? (1) 基礎(chǔ)概念 ? (a) 生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速范圍的要求 ? 生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)工藝過程的實(shí)際需要，常常要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行限制。對(duì)應(yīng)地，也就有一個(gè)最小給定信號(hào)。例如，是否停機(jī)，如繼續(xù)運(yùn)行，則在多大頻率下運(yùn)行等。有的變頻器也可以預(yù)置多檔點(diǎn)動(dòng)頻率。因?yàn)橹饕糜谡{(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。保持功能有效 ? 運(yùn)行頻率自動(dòng)上升到停機(jī)前的工作頻率。保持功能無(wú)效 ? 運(yùn)行頻率為 0Hz，如要回復(fù)到原來(lái)的工作頻率，須重新加速。 ? 頻率給定的其他功能 ? (1) 頻率指令的保持功能 ? 變頻器在停機(jī)后 , 是否保持停機(jī)前的運(yùn)行頻率的選擇功能。 ? ? 因此，對(duì)于多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的要求是 : ? 在這種情況下 ? ，總是要求被加工物在各單 ? 元的線速度一致