【正文】 是使拖動(dòng)系統(tǒng)“回避”掉可能引起諧振的轉(zhuǎn)速，如圖所示。中心回避頻率 ? fJ 即回避頻率所在 ? 的位置 。回避寬度 ΔfJ ? 即回避區(qū)域，如圖 ? 所示。 6變頻引出的特殊問(wèn)題 ? 保持磁通不變的必要性和途徑 ? (1) 保持磁通不變的必要性 ? (a) 磁通減小 ? 任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是電流和磁通相互作用的結(jié)果，電流是不允許超過(guò)額定值的，否則將引起電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。 ? (b) 磁通增大 ? 電動(dòng)機(jī)的磁路 ? 將飽和，由于在變頻調(diào)速 ? 時(shí)，運(yùn)行頻率 fX是在相當(dāng) ? 大的范圍內(nèi)變化的，因此 ? ，如不采取措施的話，磁 ? 通的變化范圍也是非常大 ? 的。圖的上半部是電動(dòng)機(jī)的磁化曲線 。 ? 所以，變頻調(diào)速的一個(gè)特殊問(wèn)題便是 :當(dāng)頻率 fX變化時(shí)，必須使磁通 Φ保持不變 : ? Φ＝ const (2) 保持磁通不變的方法 ? 保持 Φ＝ const的準(zhǔn)確方法是 : ? 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。于是用保持定子側(cè)輸入電壓和頻率之比等于常數(shù)來(lái)代替 : ? 所以 , 在改變頻率時(shí) , 必須同時(shí)改變定子側(cè)的輸入電壓。 ? (b) 調(diào)壓調(diào)頻存在的問(wèn)題 ? 滿足 Φ＝ const的情況下進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，隨著頻率的下降，電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩和帶負(fù)載能力 (用有效轉(zhuǎn)矩Ｔ MEX表示 )也有所下降，如圖所示。因此，問(wèn)題的關(guān)鍵便是 :在滿足式 (16)的情況下，低頻時(shí)能否保持磁通量基本不變？ ? (b) 電磁轉(zhuǎn)矩減小的原因 ? 反電動(dòng)勢(shì)是定子側(cè)輸入電壓減去阻抗壓降的結(jié)果。但在負(fù)載不變的情況下，電流 I1及其阻抗壓降卻基本不變 , ? 于是反電動(dòng)勢(shì) E1X所占的比例必將減小。 7 V/F控制功能 ? V/F控制模式 ? (1) 指導(dǎo)思想 ? 為了確保電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)和頻率之比保持不變，真正實(shí)現(xiàn) Φ＝ const，適當(dāng)提高 U/f比，使 KU＞ Kf，從而使轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償，提高電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的帶負(fù)載能力。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。在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率，如圖所示。 ? (4) 弱磁點(diǎn) ? 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻 ? 率高于額定頻率時(shí)，變 ? 頻器的輸出電壓不再能 ? 隨頻率的上升而上升， ? 如圖 (b)中之Ａ點(diǎn)以后 ? 所示。因此，通常把轉(zhuǎn)折點(diǎn)Ａ稱為弱磁點(diǎn)。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩小得多 。低速時(shí)的阻 ? 轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速時(shí)是基本相同 ? 的 。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)速時(shí)還要大得多。 ? 為此，各種變頻器在 V/F控制模式下，提供了任意預(yù)置 U/f比的功能。 ? (3) U/f線的預(yù)置要點(diǎn) ? (a) 預(yù)置不當(dāng)?shù)暮蠊? ? 如果負(fù)載在低速時(shí)的 ? 轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 (U/f比 ) ? 預(yù)置得較小，則低速時(shí)帶不 ? 動(dòng)負(fù)載。 ? (b) 預(yù)置要點(diǎn) ? 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(guò)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 8 矢量控制功能 ? 基本思想 ? (1) 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的分析 ? 在變頻調(diào)速技術(shù)成熟之前，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性被公認(rèn)為是最好的。 ? (b) 電路特點(diǎn) ? 它的勵(lì)磁電路和 ? 電樞電路是互相獨(dú)立的， ? 如圖 (b)所示。 ? (2) 變頻器的矢量控制模式 ? (a) 基本構(gòu)思 ? 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)。 ? 對(duì)于控制電路分解出的控制信號(hào) i*M和 i*T，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制信號(hào) i*A、 i*B和 i*C，對(duì)三相逆變橋進(jìn)行控制，如圖所示。 ? (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。由于計(jì)算量較大，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力稍差。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。 電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的輸入 ? 如上述，要實(shí)現(xiàn)矢量控制功能，必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)自身的參數(shù)進(jìn)行一系列等效變換的計(jì)算。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。這給矢量控制的應(yīng)用帶來(lái)了困難。但檢測(cè)的具體方法，各種變頻器不盡相同。 矢量控制的應(yīng)用要點(diǎn) ? (1) 應(yīng)用矢量控制的注意點(diǎn) ? 由于矢量控制必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的演算，因此，其使用范圍必將受到一些限制。 ? 例如，變頻器的“配用電動(dòng)機(jī)容量”為 45kW，電動(dòng)機(jī)的下一檔容量為 37kW。 ? (b) 電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù) ? 以 2p=4(4極電動(dòng)機(jī) )為最佳，要注意說(shuō)明書中對(duì)磁極數(shù)的規(guī)定。但特殊電動(dòng)機(jī) (如高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)等 )則不能用。 ? (2) 速度控制的 PID功能 ? 當(dāng)采用有反饋矢量控制模式時(shí)，變頻器存在著一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，并且為此專門配置了 PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 ? 因此，在具有矢量控制功能的變頻器中，有兩套 PID調(diào)節(jié)功能 : ? (a) 用于速度閉環(huán)控制的 PID調(diào)節(jié)功能 。 ? 兩種 PID調(diào)節(jié)功能中， P(比例增益 )、 I(積分時(shí)間 )、 D(微分時(shí)間 )的作用對(duì)象不同，但原理是相同的。低頻轉(zhuǎn)矩大 ? 即使運(yùn)行在 1Hz(或 )時(shí) , 也能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩 ,且不會(huì)產(chǎn)生在 V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。機(jī)械特性好 ? 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。動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 ? 尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般都能小于 100ms。能進(jìn)行四象限運(yùn)行。 ? (b) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小是不能控制的 , 它總是和負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩處于平衡狀態(tài)。 ? (c) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的限值是受發(fā)熱和過(guò)載能力 (取決于臨界轉(zhuǎn)矩 )制約的。其主要特點(diǎn)是 : ? (a) 給定信號(hào)并不用于控制變頻器輸出頻率的大小 , ? 而是用于控制電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的大小，如圖所示 :當(dāng)給定信號(hào)為 10V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值 Tmax(如圖中之狀態(tài)① )。 ? (b)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小取決于電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩比較的結(jié)果，只能決定拖動(dòng)系統(tǒng)是加速還是減速，其輸出頻率不能調(diào)節(jié)，很難使拖動(dòng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下等速運(yùn)行。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。變頻器按轉(zhuǎn)速指令決定其輸出頻率的大小。 ? (b) t2時(shí)段 ? 變頻器得到切換至轉(zhuǎn)矩控制的信號(hào) (通常從外接輸入電路輸入 )，轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)矩控制模式。同時(shí)，必須預(yù)置轉(zhuǎn)速上限 。 ? (d) t4時(shí)段 ? 變頻器的運(yùn)行指令結(jié)束，將在轉(zhuǎn)速控制模式下按預(yù)置的減速時(shí)間減速并停止。 ? 轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用 ? (1) 用于牽引和起重裝置的起動(dòng)過(guò)程中牽引裝置主要有 :電氣機(jī)車、電梯、起重裝置等。負(fù)載的輕重是隨機(jī)的 ? 以電氣機(jī)車和電梯為例 , 乘客時(shí)多時(shí)少 , 無(wú)規(guī)律可循 。對(duì)加、減速過(guò)程的要求很高 ? 例如，裝載液體的傳輸帶以及起重和運(yùn)輸鋼水包時(shí)，其加、減速過(guò)程必須十分平穩(wěn)，起動(dòng)時(shí)應(yīng)毫無(wú)沖擊，以保證液體不會(huì)溢出 。 ? (b) 拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度 ? TJ—?jiǎng)討B(tài)轉(zhuǎn)矩，在忽略損耗轉(zhuǎn)矩的情況下，等于電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩之差 : ? TJ＝ TM－ TL ? (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。例如，火車在起動(dòng)時(shí)常常會(huì)有發(fā)生沖擊的感覺。 圖 (a)是負(fù)載較輕時(shí)的情形 。 ? 由于轉(zhuǎn)矩控制方式不 ? 能控制轉(zhuǎn)速，所以，隨著 ? 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)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。 ? (2) 用于恒張力控制 ? (a) 卷繞機(jī)械的工作特點(diǎn) ? 在各種薄膜或線材的收卷或放卷過(guò)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(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩隨被卷物卷 徑的增大而增大 :但為了保持 線速度恒定，負(fù)載的轉(zhuǎn)速必 須隨卷徑的增大而減小 : (b) 用轉(zhuǎn)矩控制模式實(shí)現(xiàn) ? 恒張力運(yùn)行 ? 令變頻器在轉(zhuǎn)矩 ? 控制模式下運(yùn)行，將給 ? 定信號(hào)設(shè)定在某一值下不變。拖動(dòng)系統(tǒng)將處于減速狀態(tài)，滿足圖 (c)所示的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。 10 加、減速的時(shí)間與方式 ? ? (1) 工頻起動(dòng)和變頻起動(dòng) ? 電動(dòng)機(jī)從較低轉(zhuǎn)速升至較高轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為加速過(guò)程，加速過(guò)程的極限狀態(tài)便是電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。 ? 在接通電源瞬間 : ? 以４極電動(dòng)機(jī)為例，同步轉(zhuǎn)速高達(dá) 1500r/min。電源電壓為額定電壓 (380V), 如圖 1(b)的下部所示。 工頻起動(dòng)存在的主要問(wèn)題有 : 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。對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊很大，影響機(jī)械的使用壽命。頻率從最低頻率 (通 ? 常是 0Hz)按預(yù)置的 ? 加速時(shí)間逐漸上升， ? 如圖 (b)的上部所示。 ? ? 同時(shí)，可通過(guò)逐漸增大頻率以減緩起動(dòng)過(guò)程，如在整個(gè)起動(dòng)過(guò)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 (c)所示。 ? (2) 加速過(guò)程中的主要矛盾 ? (a) 加速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的狀態(tài) ? 假設(shè)變頻器的輸出頻率從 fX1上升至 fX2，如圖 (b)所示。比較圖 (a)和圖 (c)可以看出 :當(dāng)頻率 fX上升時(shí)，同步轉(zhuǎn)速 n0隨即也上升，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 nM因?yàn)橛袘T性而不能立即跟上。 ? (b) 加速過(guò)程的主要矛盾 ? 加速過(guò)程中，必須處理好加速的快慢與拖動(dòng)系統(tǒng)慣性之間的矛盾。 ? 另一方面，由于拖動(dòng)系統(tǒng)存在著慣性，頻率上升得太快了，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差 Δn增大，引起加速電流的增大，甚至可能超過(guò)一定限值而導(dǎo)致變頻器跳閘。 ? (3) 變頻調(diào)速系統(tǒng)的減速 ? (a) 減速過(guò)程中的電動(dòng)機(jī)狀態(tài) ? 電動(dòng)機(jī)從較高轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為減速過(guò)程。圖中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)?n1下降至 n2(變頻器的輸出頻率從 fX1下降至fX2)的過(guò)程即為減速過(guò)程。于是， ? 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過(guò)了同步轉(zhuǎn)速， ? 轉(zhuǎn)子繞組切割磁場(chǎng)的方向和原來(lái)相反了。由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，能夠促使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速地降下來(lái)，故也稱