《变频器100问》PPT课件

1、2020/8/5,致远控制,1,变频器100问,主讲人：刘国强 常州市致远通用控制技术有限公司,2020/8/5,致远控制,2,变频调速技术是怎样发展起来的？,变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说，即使是异步电动机，其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的 n=n1(1-S)(1-1) 式中：n电动机的转速，m/min n1电动机的同步转速，r/min S电动机的转差率 而同步转速则主要取决于频率 n1=60f/p(1-2) 式中：f频率，Hz p磁极对数 所以说，交流电动机从诞生之日起，就已经知道改变频率可以调节转速了。但当时，还不具备改变频率的手段

2、。 闸流管的问世，使变频调速的梦想出现了能够实现的希望。但那设备的庞大与昂贵，使它无法进入实用的阶段。 直到20世纪的60年代，随着晶闸管的出现及其应用技术的迅速发展，变频调速开始进入实用的阶段。但由于许多技术问题解决得还不够完善，调速系统的性能指标难以和直流电机相匹敌，因而未能达到推广应用的阶段。 70年代末期以来，一方面，矢量控制理论的提出和实施，使变频调速系统的性能指标达到了与直流电机调速系统十分接近的地步；另一方面，电力电子器件的飞速发展，也使SPWM调制技术日臻完善，变频调速器的体积越做越小，价格也达到了用户能够接受的程度。变频调速这才进入了普及应用的阶段。,2020/8/5,致远控

3、制,3,变频调速为什么常缩写成VVVF？,VVVF的全称是Variable Voltage Variable Frequency，意思是“变压变频”。 原来，在交流异步电动机内，外加的电源电压主要和绕组的反电势相平衡，而绕组的反电势则与电流的频率和每极下的磁通量有关： UE=4.44 W1ff=Keff 可见，磁通量的大小与电压和频率的比值有关： fU/Kef=KeU/f 式中：U电源相电压 E1每相定子绕组的反电势 W1每相定子绕组的匝数 f每个磁极下的磁通量 Ke、Ke常数 式(1-4)表明：当频率下降时，如果电压不变，则磁通量将增加，引起电机铁心的饱和。这当然是不允许的。因此，为了保持电

4、机内的磁通量基本不变，在改变频率的同时，也必须改变电压。,2020/8/5,致远控制,4,交直交是什么意思？,变频装置有两大类：一类是由工业频率直接转接成可变频率的，称为“交交变频”。另一类就是“交直交变频”，意思是：先把工业频率的交流整流成直流，再把直流“逆变”成频率可变的交流。 交直交的电路结构,。,2020/8/5,致远控制,5,电压型的主要特点是什么？,交直交变频装置按直流部分贮能方式的不同分为： (1) 电压型 贮能元件为滤波电容C，如图1-2a所示。其工作特点是电压基本不变。 图1-2 电压型和电流型 (2) 电流型 贮能元件为电抗器l，如图1-2b所示。其工作特点是电流基本不变。

5、,2020/8/5,致远控制,6,SPWM代表什么？,SPWM的全称是Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脉冲宽度调制。这是实现改变频率的同时也改变电压的一种调制方式。 变压变频的基本方式有两种： (1) 在改变频率的同时也改变幅值，称为脉幅调制，简写为PAM，如图1-3a所示。 (2) 在改变频率时，脉冲的幅值不变，而通过改变脉冲的占空比来改变其平均电压，称为脉宽调制，简写为PWM。 SPWM的特点是：脉冲序列中的脉冲宽度和脉冲间的间隔宽度是按正弦规律安排的。,2020/8/5,致远控制,7,SPWM代表什么？脉幅调制和脉宽调制,2020/8/5,致远控制,8,

6、SPWM代表什么？SPWM的波形变频器的主电器,U,D,A,k,1,k,2,k,3,k,4,B,C,D,2020/8/5,致远控制,9,SPWM代表什么?脉幅调制和脉宽调制,U,m,T,U,m,T,t,u,u,t,(a),T,T,(b),2020/8/5,致远控制,10,直流是怎样“逆变”成交流的？,如图1-5，K1K4是开关器件，M是负载，A、B间通以直流电压UD。先令K1|K4闭合，K2、K3断开。则电流的路径如实线空心箭头所示，C、D间的电压为C“+”、D“-”。再令K1、K4断开，K2、K3闭合，则电流的路径如虚线实心箭头所示，C、D间的电压为C“-”、D“+”。 如使上述两种状态不停

7、地交替工作，则负载M上所得到的便是交流电压了。 用六个开关器件，使它们按三相间互差三分之一周期的规律交替工作，就可将直流电“逆变”成三相交流电了,2020/8/5,致远控制,11,常用的开关器件有哪些？ 目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，如图1-7a所示，一般电路图中仍画成单管，如图1-7b所示，代表符号是CTR或BTR。 图1-7 功力晶体管 容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符号是GTO，图形符号如图1-8所示。 已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代号IGBT，图形符号如图1-9所示。正在开发并已经取得成果的新

8、品种还有不少，不再一一赘述。,2020/8/5,致远控制,12,常用的开关器件有哪些？,目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，一般电路图中仍画成单管，代表符号是CTR或BTR。 容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符号是GTO。 已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代号IGBT，所示。正在开发并已经取得成果的新品种还有不少。,2020/8/5,致远控制,13,三相逆变原理,图1-6 三相逆变电器,M,2020/8/5,致远控制,14,常用的开关器件,2020/8/5,致远控制,15,变频调速器的主电路是怎样构成的？,交直交

9、电压型变频调速器主电路的基本结构如图1-10。图中，DR是三相整流。RA是限流电阻，限制变频器刚合上电源时，对滤波电容C的充电电流。当C充电到一定程序后，晶闸管VT导通，RA将不再起限流作用。功率晶体管V1V6组成三相逆变桥，将直流电逆变成三相交流电后供电给电动机M。二极管V01V06的作用是：在逆变过程中，当晶体管的e极电位高于c集电位时提供续流回路；在电动机降速过程中提供能量反馈(再生)回路。RB是电动机在再生制动过程中的耗能电阻，VB在电动机降速过程中导通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接线端P和DB之间接入外接制动电阻。,2020/8/5,致远控制,16,变频调速器的主电路图,M,

10、DR,R,A,v,T,DB,P,v,1,C,+,V,B,R,B,v,2,v,01,v,3,v,4,v,02,v,03,v,04,v,5,v,6,v,05,v,06,2020/8/5,致远控制,17,变频调速器有哪些额定数据？,变频调速器主要的额定数据如下： (1) 最高输入电压Umax为了适应电网电压的波动，Umax通常规定为额定工作电压的1.15倍。 (2) 最大输出电流Imax这是最重要的一个数据，也是选择变频器容量时的最主要依据。 (3) 最大输出容量Smax必须注意的是：说明书中给出的容量是按最大工作电压算出的，实际应用时，应根据工作电压进行修正。,2020/8/5,致远控制,18,说

11、明书中的“配用电动机容量”能不能作为选择变频器容量的依据？,如电动机驱动的是连续恒定负载(如风机)，则可以。但对于连续变动负载、继续负载和短时负载来说，则只能作参考，而不能作依据。这是因为，在这些负载中，决定电动机容量的主要因素是发热问题。只要温升不超过允许范围，短时间的过载(在过载能力范围内)对电动机来说是正常。例如，一台3.7kW的电动机，在实际工作中，其输出功率有时可达4.0kW或4.5kW。而变频调速器的过载能力则十分有限。在大多数情况下，变频器的容量应放大一档。,2020/8/5,致远控制,19,变频器的频率调节范围如何？,通用型变频调速器的最高输出频率一般不高于400Hz；最低输出

12、频率不低于0.1Hz。各种变频器的调频范围各不相同。 我国工业用的普通电动机，最高工作频率不宜超过100Hz,2020/8/5,致远控制,20,什么是频率精度？,通常，当频率为数字量设定时，精度高些(误差小些)，而在频率精度是指变频器的实际输出频率与设定频率之间的误差大小，也叫频率准确度或频率稳定度。 模拟设定时，精度高些(误差小些)，而在模拟量设定时，精度低些(误差大些)。,2020/8/5,致远控制,21,“频率分辨率”的含义是什么？,“频率分辨率”的含义是什么？ 频率分辨率指的是：变频器输出的相邻两“挡”频率之间的最小差值。 例如，日本富士FVR-G7S型变频器的数字量设定时的频率分辨率

13、为0.002Hz。则，对于40Hz来说，比它高一“挡”的最小频率为40.002Hz；而比它低一“挡”的最大频率为39.998Hz。,2020/8/5,致远控制,22,怎样调节和设定变频器的输出频率？,主要有以下三种方式： (1) 旋钮设定 通过旋动面板上的旋钮(调节面板内侧的电位器)来进行调节和设定。属于模拟量设定方式。 (2) 按键设定 利用键盘上的A键(或键)和V键(或键)进行调节和设定。属于数字设定方式。 (3) 程序设定 在编制驱动系统的工作程序中进行设定。也属数字量设定方式。,2020/8/5,致远控制,23,什么是外接设定？,在实际工作中，变频器常被安置在控制柜内或挂在墙壁上，而工

14、作人员则通常在机械旁边进行操作。这时，就需要在机械旁边另设一个设定频率的装置，称为外接设定装置。 所有的变频器都为用户提供专用于外接设定的接线端。,2020/8/5,致远控制,24,变频器对外接设定信号有些有什么规定？,外接设定信号通常有三种。 (1) 外接电位器设定 电位器的阻值和瓦数各变频器的说明书中均有明确规定。 (2) 外接电压信号设定 各种变频器对外接电压信号的范围也各不相同，通常有：0+10、0+5、010、05V等。 (3) 外接电流信号 所有变频器对外接电流信号的规定是统一的，都是420mA。 为了加强抗干扰能力，所有的外接设定信号线都应采用屏蔽线,2020/8/5,致远控制,

15、25,什么是“输出频率线”？,“输出频率线”是指变频器的输出频率与给定信号间的关系线。如图2-2，横坐标是给定信号Fs，通常用百分数表示；纵坐标是输出频率fx。图中曲线为基本频率线，其特点是：当Fs=0时，fx=0；当Fs=100%时，fx=fmax。,2020/8/5,致远控制,26,什么是偏置频率？,对应于设定信号为0时的输出频率称为偏置频率fB，它可以一定范围内进行设定，如图2-4。图中，曲线是基本频率线；曲线是正偏置的情形；曲线是负偏置。 通过设定频率增益和偏置频率，变频器的输出频率线就可以任意地进行调整了。,2020/8/5,致远控制,27,怎样设定最大频率、基本频率？,最大频率即最

16、大允许的极限频率。它根据驱动系统的允许最高转速来设定。,使电动机运行在基本工作状态下的频率叫基本频率，一般按电动机的额定频率设定。例如，对于国产的通用型电动机，基本频率设定为50Hz。,2020/8/5,致远控制,28,上限频率和下限频率是根据什么设定的？,根据驱动系统的工作状况来设定。它可以是保护性设定，即：变频器的输出频率不得超过所设定的范围；也可以用作程序性设定，即：根据程序的需要，或上升至上限频率，或下降至下限频率。 图2-4中，fmax是最大频率，fHL是上限频率；fLL是下限频率。,2020/8/5,致远控制,29,如何使工作机械不发生共振？,任何工作机械都有自己的固有振荡频率，变

17、频调速系统在无线变速的过程中，有可能出现在某一转速(频率)下、整个驱动系统发生共振，工作机械激烈振动的现象。为避免上述现象的发生，变频器提供了设定“回避频率”的功能，使驱动系避开共振点。回避频率最多可设定三个 每个回避频率都必须设定两个数据，回避的中心频率f1和回避宽度fJ，调试时，fJ和fJ的确定，都是通过实际试验得到的。,2020/8/5,致远控制,30,电动机是否都是从0Hz开始起动？,对于轻载起动的负载，电动机一般是从0Hz开始起动的。但对于惯性较大的负载，起动时须加一点冲击力，才易于起转。这时，可适当设定起动频率，如图3-1。使起动转矩增加，同时也缩短起动时间。,2020/8/5,致

18、远控制,31,起动方式有几种？,大部分变频调速器都可以设定三种起动方式： (1) 直线方式，即普通的动起方式，如图3-3a。图中，ta为加速时间。 (2) S形方式，如图3-2b。 (3) 半S形方式，如图3-3c。,2020/8/5,致远控制,32,S形起动方式适用于何种负载？,主要适用于传输带一类的负载(如图3-3)。因被输送物体M的惯性力与加速度成正比(F=ma，F是惯性力，m是物体M的质量，a是加速度)。加速度变化过大，会使被输送物体滑动或跌倒。因此，在起动的初始阶段(OP)段，加速过程应比较缓慢；中间的PQ段，为线性加速，加速度为常数；Q点以后，加速度又逐渐下降为0，传输带转入等速运

19、行，起动完毕。,2020/8/5,致远控制,33,什么负载以选用半S形起动方式较好？,风机和泵类负载。此类负载的阻转矩是和速度的平方成正比的(TL=Kn2。TL是阻转矩，K是常数，n是转速)。低速时，其阻转矩很小，起动过程可以适当加快。但当起动到一定转速(Q点)后，其阻转矩迅速增加，加速过程应适当减缓。,2020/8/5,致远控制,34,降速时间和方式,怎样定义降速时间？变频器设定的降速时间，是指其输出频率从最大频率下降为0所需的时间 降速方式有几种？ 降速有三种方式，如图3-4所示。图3-4a为线性方式；图3-4b为S形方式；图3-4c为半S形方式。图中，td为设定的降速时间。各种降速方式的

20、适用情况也和加速时相同,2020/8/5,致远控制,35,降速过快会发生什么现象？,降速时，频率首先下降，旋转磁场的转速将低于转子的转速，使电机处于发电机(再生)状态。电动机的动能转变成了电能，通过逆变桥的续流二极管反馈到直流部分，由制动电阻RB将其消耗掉。 降速过快，制动电阻RB将来不及消耗掉电动机的电能，从而使滤波电容器上的直流电压过高，导致过电压。,2020/8/5,致远控制,36,调试时，怎样确定降速时间？,首先将降速时间设定得长一些，在电动机降速过程中观察直流电压。在直流电压的允许范围内，尽量缩短降速时间。,2020/8/5,致远控制,37,怎样实现自由制动？,只有当电动机与变频器之

21、间的连线断开时，电动机才能自由制动。如图3-5中当开关K断开时即可。,2020/8/5,致远控制,38,在什么情况下需要外接制动组件？,当工作机械要求快速制动，而在所要求的时间内，变频器内接的制动电阻来不及消耗掉再生电能而使直流部分时，需要加接制动组件，以加快消耗再生产电能的速度。,2020/8/5,致远控制,39,外接制动组件包括哪些部件？,包括两个部分：(1) 制动电阻，如图中RB。 (2) 放电单元 即提供放电回路的晶体管，如图中之VB。 由厂家提供的制动电阻和放电单元内，通常还附有热继电器，其触点的接法如图。 由于VB与VB的导通时间不可能一致，而RB与RB并联后的阻值较小，先导通的晶

22、体管很容易损坏。因此，在接入外接组件时，应将PB和DB间的连线去掉，使RB不接入电路。,2020/8/5,致远控制,40,如何确定外接制动电阻的阻值？,般可参照说明书提供的数据进行选择。如需加强制动效果、缩短制动时间，也可以自行试验确定。 试验时，大体应掌握以下原则： (1) 制动电流IB不得超过变频器的额定电流IN。初选时，应按IB(1/31/2)IN来确定制动电阻值； RBUDmax/(1/31/2)IN厖厖厖(3-1) 式中，UDmax是在电源电压允许波动的范围内，当再生制动开始时，直流电压可能出现的峰值。在电源电压为380V时，UDmax可按695V计算。 (2) 在制动效果得到满足的

23、前提下，RB的值应尽量选大一些。,2020/8/5,致远控制,41,多个外接制动组件并用时需注意些什么？,当只用一个外接制动外件不足于满足所需要的制动效果时，可以使用多个外接组件来加强制动效果。在这种情况下，必须注意： (1) 各外接制动外件之间是并联的，并联后的总制动电阻值RBE必须满足： RBEUDmax/IN (2) 各制动组件上热继电器的触点之间应该串联,2020/8/5,致远控制,42,什么是直流制动？,当异步电动机的定子绕组中通入直流电流时，所产生的磁场将是空间位置不变的恒定磁场。 如转子因惯性而继续以转速n旋转时，转子绕组里的感应电流以及转子绕组所受电磁力的方向将形成与n方向相反

24、的制动力矩 。同时，恒定磁场也力图将转子铁心牢牢吸住，进一步促使转子迅速停下来。这种在定子绕组中通入直流电流而使电机迅速制动的方法称为直流制动，也叫能耗制动。 在变频调速系统中，直流制动主要用于消除驱动系统在转速接近于0时的“爬行”现象,2020/8/5,致远控制,43,如何设定直流制动？,(1) 开始转为直流制动时的起始频率fDB； (2) 施加于定子绕组的直流制动电压UDB。由于定子绕组的直流电阻很小，故直流制动电压的调节范围通常为主电路直流电压的010%。 (3) 制动时间tDB，tDB不可能和实际制动时间正好一致，为保证制动效果，通常设定得略大一些。 设定fDB和UDB时需遵循哪些原则

25、？ 主要有以下方面： (1) 确保能够消除驱动系统的“爬行”现象 (2) 直流制动电流不应超过变频器的额定电流 (3) 制动过程中系统无强烈振动,2020/8/5,致远控制,44,为什么要设定U/f比？,电机学的分析表明：异步电动机进行变频调速时，如果其输入电压随频率同步下降的话，电机输出轴上的临界转矩TK也将有所下降。所得到的机械特性曲线族如图41所示。这是因为，当电压随频率作同步下降时，定子绕组中的功率损失I12R1并无变化，从而，转换到转子轴上的机械功率所占的份额必然减少的缘故 临界转矩的减小导致电动机带负载能力(输出转矩)的下降，这当然是不受欢迎的。解决的办法是在电压与频率同步调节(U

26、/f定值，称为基本U/f比)的基础上，适当提高电压，即调整了U/f比。这种方法也叫转矩补偿。,2020/8/5,致远控制,45,变频器对U/f比的设置情况如何？,转矩补偿必将引起电机磁路的饱和，因此，在满足负载要求的前提下，应尽量少补偿。为此，各种变频器都设置了许多挡U/f比，供用户根据负载的具体情况进行设定。例如日本富士电机公司生产的G7S系列变频器设置了32种U/f比供用户选择，其U/f曲线簇如图42所示。图中，曲线 和是针对鼓风机和泵类负载而设置的。这类负载在低转速时的阻转矩很小，故非但不必加大U/f比，反可以适当减少U/f比，以进一步节省电能。,2020/8/5,致远控制,46,调试时

27、如何设定U/f比？,首先，根据负载在最低速时阻转矩的情况对U/f比进行初选，初选值适当偏小。通电后作带负载试验，观察能否带得动？ 然后，根据初试情况适当调整U/f比，继续试验，直到满意为止。,2020/8/5,致远控制,47,什么是基本U/f设定？,电压随频率同步变化时的U/f比，称为基本U/f比。电动机的额定频率不同，基本的U/f的比值也各异。图43中的曲线、和分别是额定频率为50、60和100Hz时的U/f比。 理论上说，基本U/f比也应与电动机的额定电压有关，但变频器的实际输出电压是不能调节(也无此必要)的，所以在设定基本U/f比时，并不涉及额定电压的问题。,。,2020/8/5,致远控

28、制,48,变频器怎样实现点动？,在机械调整过程中，以及金属切削机床装上工件后的校整过程中，常常需要“点动、动动”，谓之点动，英语是JOG，也有译成微动或寸动的。 实现点动的方式主要有两种： 外接控制 如图45，在点动接线端JOG与公共端CM之接入按钮开关即可，大多数变频器都备有点动接线端 键盘控制 部分变频器在面板上专门配置了点动键，进行点动控制。 各类变频器都具有设定点动频率的功能。调试时，点动频率需视机械的具体需要来进行设定。可以先设定得低一些，再酌情增高。,。,2020/8/5,致远控制,49,为什么要进行多挡频率设定？,在机械的程序控制中，不同的程序段常常需要不同的转速。为此，变频器可

29、以预先设定多种运行频率，以满足用户的需要。 用户在进行变频器的预置设定时，可根据机械的要求，预先设定好若干挡运行频率，供程序控制时选用,2020/8/5,致远控制,50,怎样实现多挡转速运行？,在变频器的接线端中，有几种专用于多挡转速控制的端子(图中X1、X2和X3)，由有关的接点X1、X2、X3来进行控制。各接点的状态与速度挡之间的对应关系如表 在某程序段需要用第三挡速度，则在该程序段令触点X1、X2接通而X3断开，变频器将输出第三挡频率,2020/8/5,致远控制,51,实现多挡转速运行时，有哪些相关设定？,各挡转速的升速和降速时间，大多数变频器都可以设定多挡加速时间和减速时间 正、反转设

30、定 正、反转由接点FWD(正转)和REV(反转)的状态来决定 多挡转速，各挡的加、减速时间以及正、反转的综合设定的例子如图所示。图中，高电平表示接点接通，低电平表示接点断开,2020/8/5,致远控制,52,什么情况下需设定“转差补偿”？,大多数机械都希望当电动机在某一转速(频率)下运行的，能够有效“硬”的机械特性。就是说，当负载转矩从0增加到TL时，其“速度降落”n应尽量地小，如图49。对于要求较高的机械，通常需借助于速度反馈来实现上述要求。,2020/8/5,致远控制,53,怎样减小驱动系统的噪声？,在SPWM的脉冲序列中，各脉冲的宽度是由正弦波和三角波的交点来决定的，如图411。其中，三

31、角波为载波，正弦波为调制波。以功率晶体管(GTR)为逆变管的变频中，其载波频率通常在1.5kHz2kHz之间，在电流的高次谐波中，载波频率的谐波分量较大，并引起铁心的振动而产生噪声。 如果噪声的频率与驱动系统中某一部分的谐振频率相一致的话，噪声将增大。 为了减小由于上述原因引起的噪声，较新型的变频器中提供了在一定范围内调整载波频率的功能。通常将载波频率分若干挡，用户在调试时可通过试验来确定最佳的载波频率挡。,2020/8/5,致远控制,54,变频器在什么情况下可能出现过电压？,主要有两种情况： (1) 电源电压过高 变频器一般允许电源电压向上波动的范围是10，超过此范围时，应进行保护。 (2)

32、 降速过快 如果将减速时间设定得太短，在再生制动过程中制动电阻来不及将能量放掉，致使直流回路电压过高，形成过高压。 除此以外，由于线路中有电感的原因，在过渡过程中也可能出现时间极短的瞬间过电压，这种过电压及其保护，不在本文讨论之列。,2020/8/5,致远控制,55,变频器怎样进行过电压保护？,变频器的过电压信号一般是从直流部分取出的。当出现过电压信号时，微机系统将首先判别是否正在减速？如果是，则自动延长减速时间，减缓制动过程：如还不能使过电压信号很快消失时，则“跳闸”，以查明原因。 对于电源过电压，目前市场上的大部分变频器，一般都没有稳压装置，只能“跳闸”。,2020/8/5,致远控制,56

33、,欠电压的原因有哪些？,主要有两个方面： 1、电源方面 (1) 电源电压低于额定电压的10 (2) 电源缺相 2、主电路方面 (1) 整流器件损坏(断路)：如图51，如果六个整流二极管中部分损坏，整流后的电压将下降。 (2) 限流电阻R未“切出”电路。图51中，电阻R的作用是限制电源刚合闸时，滤波电容C的充电电流的。当滤波电容上的电压上升到一定程度时，电阻R将被接触器KA的触头或晶闸管VT所短路，从而“切出”电路。 如果KA未动作或其触头接触不良，或晶闸管未导通，使电阻R长时间接入电路，将导致直流侧的欠电压。,。,2020/8/5,致远控制,57,过流、过载和过热的保护对象是什么？,过流，是指

34、变频器过流。即变频器的输出电流或直流回路的电流超过了额定值。对于过流保护，变频器在出厂前已经整定好，用户一般不能自行设定。 过载，指的是电动机的过载。由于相同的变频器所带的电动机容量不一定一样，电动机所带负荷的特点也各不相同，故过载保护是由用户根据电动机及负载的情形来整定的。 过热保护的范围较广，各种变频器所设置的保护内容不尽一样。概括起来，有：大功率晶体管过热、冷却风扇的电机过热以及环境温度过高等。过热保护也是在出厂前整定好的。,2020/8/5,致远控制,58,变频器过流的原因有哪些？,非短路性过流 主要原因有： (1) 电动机严重过载 (2) 电动机加速过快 (3) U/f比(转矩补偿)

35、设定过高而电动机处于轻载状态，这是因为： U/f比高时，电机磁路处于饱和状态。轻载时，转子电流小，其“反磁势”也小，磁路饱和程度加深，电机的励磁电流有可能增大到大大超过额定电流的程度。,短路性过流 主要原因有： (1) 负载侧短路 (2) 负载侧接地 (3) 变频器逆变桥同一桥臂的上下两晶体管同时导通，形成“直通”。因为变频器在运行时，同一桥臂的上下两管总是处于交替导通状态。在交替导通的过程中，必须保证只有在一个晶体管完全停止后，另一个晶体管才开始导通。但如果由于某种原因(如环境温度过高)，使元器件参数发生漂移，就可能导致直通。,2020/8/5,致远控制,59,变频器如何显示故障原因？,各种

36、变频器对故障原因的显示方法很不一致。大体说来，有两类三种方式： (1) 用发光二极管显示 不同的故障原因由各自的发光二极管来显示。这虽是较为原始的一种显示方式，但对操作者来说，较易掌握，只须记住哪个灯亮是什么故障即可。 (2) 由数码显示屏显示 又分两种： 1) 用代码显示 不同的故障原因由不同的代码来显示。如日本三肯公司生产的SVF系列变频器中，代码3表示过载过流；4表示冲击过流；5表示过压等等。 2) 用字符表示 针对各种过载原因，用缩写的英语字符。如过流为OC(over current)：过压为OV(over voltage)；欠压为LV(low voltage)；过载是OL(over

37、load)；过热是OH(over heat)等等。操作者只须稍具英语知识便可一目了然，故新系统变频器普遍采用这种方式。,2020/8/5,致远控制,60,测量主电路时，应注意哪些问题？,(1) 测绝缘 首先，应将接至电源和电动机的连线断开，然后将所有的输入端和输出端都接连起来，如图62。再用兆欧表测量绝缘电阻。 (2) 测电流 变频器的输入和输出电流都含有各种高次谐波成分，故选用电磁式仪表，因电磁式仪表所指示的是电流的有效值。 (3) 测电压 变频器输入侧的电压是网络的正弦波电压，可用任意类型的仪表测量；输出侧的电压是方波脉冲序列，也含有许多高次谐波成份，由于电动机的转矩主要和电压的基波有关，

38、故以采用整流式仪表为宜。 (4) 测波形 用示波器测主电路电压和电流波形时，必须使用高压探头。如使用低压探头，须用互感器或其他隔离器进行隔离。,。,2020/8/5,致远控制,61,测量控制电路时，应注意哪些问题？,测量控制电路时，应注意哪些问题？ (1) 仪表选型 由于控制电路的信号比较微弱，各部分电路的输入阻抗较高，故必须选用高频(100kW以上)仪表进行测量，如使用数字式仪表等。用普通仪表测量时，读出的数据将偏低。 (2) 示波器的选型 测量波形时，可使用10MHz的触波器；如欲测量电路的过渡过程，则应便用200MHz以上的示波器。 (3) 公共端的位置：控制电路有许多公共端(地端)，理

39、论上说，这些公共端都是等电位的。但为了使测量结果更为准确，应选用与被测点最为接近的公共端。,2020/8/5,致远控制,62,如何判断整流和逆变器件的好坏？,如图63，主电路的主要接线端有8个：进线端R、S、T；出线端U、V、W；直流正确P和直流负端N。 表中的黑笔与红笔是指普通指针形万用表的表笔；黑笔为电源，红笔为电源。如为数字型万用表，则相反。,2020/8/5,致远控制,63,为什么说变频器的输入与输出端绝对不允许接反？,一旦将电源线接到变频器的输出端(U、V、W)时，则任意一个送变晶体管(如V 1)因得到信号而导通，都将形成短路，如图74。所以，在设计变频器的主电路时，必须绝对避免电源

40、通入输出端的可能性。,2020/8/5,致远控制,64,变频器的输出端为什么不能接入电容器以改善通入电机的电流波形？,因为变频器的输出电压是矩形脉冲序列，含有很多高次谐波成分。由于电容器在高次谐波下的容抗较小，高次谐波电流较大，这一方面加重了逆变晶体管的负担，另一方面电容器本身也容易因过热而损坏。,2020/8/5,致远控制,65,对控制线的布置有些什么要求？,由于主电路的电流具有较强的高次谐波成分，容易干扰控制电路的工作。所以： (1) 控制线与主电路间的距离应不小于100mm 。 (2) 控制线应互相绞绕，并尽量使用屏蔽线。 (3) 当控制线与主电路交叉时，应尽量垂直相交,2020/8/5

41、,致远控制,66,联接地线时应注意什么？,(1) 接地线应量粗一些，接地点与变频器间的距离应尽量地短。 (2) 变频器应单独接地，不要和其他机器共用地线。,。,2020/8/5,致远控制,67,线圈两端为什么要接吸收电路？,因为线圈电路在断开的瞬间，将产生很高的感应电势，它可以引起控制电路的误动作，甚至造成损害(如对输出三极管)。所以，所有线圈(接触器、继电器和电磁阀等电磁器件的线圈)两端都必须吸收电路。接法如图；交流电路用阻容吸收电路；直流电路也可用阻容吸收电路；直流电路也可用阻容吸收，但更多的则用续流二极管。,2020/8/5,致远控制,68,程序设定的一般步骤如何？,(1) 首先按下模式

42、转换开关，使变频器进入编程模式。 (2) 按数字键或数字增减键(键和键)，选择需进行预置的功能码。 (3) 按读出键或设定键，读出该功能的原设定数据(或数据码)。 (4) 如需修改，则通过数字键或数字增减键来修改设定数据。 (5) 按写入键或设定键，将修改后的数据写入。 (6) 如预置尚未结束，则转入第二步，对其他功能进行设定；如预置已经完了，则按模式选择键，使变频器进入运行模式，电动机就可以起动了。 上述各步的流程图如图,2020/8/5,致远控制,69,驱动系统的调试,变频器输出端未接电动机之前，应调试哪些内容？ (1) 首先要熟悉变频器的各种操作。检验的方法之一，可任意设定一个加速时间和

43、减速时间，然后令变频器进入运行状态并按起动键或停止键，观察变频器是否按所设定的时间加速或减速。 (2) 如有外接设定和外接仪表，则在通电后进行校准。 电动机输出轴未接负载前调试些什么？ (1) 观察基本操作的实施情况，如起动、停止、反转及点动等，并注意正转方向是否正确。 (2) 如果是多挡转速的程序控制系统的话，则应在空车状态下让程序控制运行一遍，观察各程序段的工作是否准确。 电动机带负载运行时，应注意观察和调整哪些项目？ (1) 将加、减速时间调整到最佳位置。原则是：在不过流或不过压的前提下，尽量缩短加、减速时间。 (2) 调整U/f比：在最低频时带负载能力满足要求前提下，尽量减小U/f比。

44、 (3) 观察当负载最大的电动机电流及其持续时间，是否在变频器正常工作的允许范围内。 (4) 在工作频率范围内缓慢地进行调节，观察机器是否有剧烈振动的现象，以确定是否需要设定回避频率以及回避频率的大小和宽度。,2020/8/5,致远控制,70,怎样描述电动机的带载能力？,一般情况下，电动机的带载能力由额定转矩TMN来描述。由于只有一挡转速，故也可以额定功率P MN来描述。两者之间的关系是： PMNTMNnMN/9550(8-1) 式中：TMN额定转矩，Nm nMN额定转速，r/s PMN额定功率，kW 变频时，对应于每一挡频率fx，电动机都有一个允许长时间输出的有效转矩T MX。将不同频率下的

45、有效转矩联接成线，即为电动机在变频后的带载能力线，或称作有效转矩线。,2020/8/5,致远控制,71,什么是平方律负载？,阻转矩与速度的平方成正比的负载称为平方律负载。其典型代表是风机和泵类(罗茨鼓风机和油压泵除外)。其机械特性方程是： TLTLOK LnL2 K LnL2(8-6) 式中，TL、n L分别是负载的转矩和转速 T LO是损耗转矩 K L常数 所得机械特性曲线如图84中之曲线 。,2020/8/5,致远控制,72,变频调速系统和平方律负载配用时，应如何调试？,(1) 最高频率fmax 平方律负载在额定转速以上运行时，阻转矩将增加很多，非但电机严重过载。负载本身的机械强度也不允许

46、。所以其最高工作频率不允许超过额定频率： fmax f N(8-7) (2) U/f比 由于平方律负载在低速时的阻转矩很小，即使在基本U/f比时，电机的有效转矩(图84中之曲线) 仍比负载转矩大得多。所以，许多变频器提供了12条比基本U/f比更低的U/f比曲线，供用户选择。 (3) 升速与降速方式 以选用半s方式为宜，低速时，由于阻转矩小，升(降)速可适当地快一些；速度渐高，阻转阻迅速加大，升(降)速应逐渐放慢，如图85。 (4) 升速与降速时间 平方律负载大多属于长期稳定的负载，对升速和降速时间一般没有严格的要求，故可适当没设长一点。,2020/8/5,致远控制,73,为什么说平方律负载应用

47、了变频调速后，节能效果特好？,平方律负载调速的主要目的是为了调节液体或气体的流量。用调节阀门的方法来实现时，电动机的输出功率减小得十分有限，而采用调节转速的方式来实施时，由(8-1)式和(8-6)式知，负载消耗的功率为： PLTLnL/9550=KPLnL3 可见，PL与n L的三次方成正比(式中，KPL为常数)。 设nLn LN/2，则：P=PLN/8。节能效果由此可见。,2020/8/5,致远控制,74,变频调速应用于恒转矩负载时，应注意哪些问题？,恒转矩负载的主要特点是什么？ 主要特点是：当转速改变时，负载的阻转矩基本保持不变： TL const,(2) U/f比 这是调试工作中比较关键

48、的一环，基本原则是：在最低频率时(1) 频率范围 由于在额定频率以上调节时，电动机的转矩将下降很多，与恒转矩的要求不符，故只能在额定频率以下进行调节。 也能带动负载的前提下，尽量降低U/f比。一般来说，调速范围越密，最低频率越低，U/f比设定得越大。 (3) 升速与降速 恒转矩负载的类型较多，各种类型的差异较大，应根据具体情况来进行设定，不能一概而论。,2020/8/5,致远控制,75,变频调速用于恒功率负载,恒功率负载的典型代表是：主运动为旋转运动的金属切削机床，如车床、铣床、磨床等。其工作特点主要有： (1)在不同转速下，允许的最大切削速度(线速度)是相同的。因此，当工件(或切具)的直径较

49、大时，转速应较低，而切削时的阻转矩则是增大的。结果是切削功率P L维持不变。 (2)转矩和转速间的关系是： nL=9550PL/TLKLT/TL(8-10) 其机械特性为双曲线，如图86。该曲线上任意一点的TLnL乘积都是相等的，如图中之面积OABC和OABC。 (3)速度选定后，在切削过程中是不进行调速的。因此，其无级调速的概念是：能够得到任意的速度，而不是在工作过程中任意地变更速度。这一特点变频调速和机械调速的配合使用提供了方便。,2020/8/5,致远控制,76,干扰的产生与传播情况如何？,变频器的输入和输出电流中，都含有很多的高次谐波成分(输出电流波形见前)，除上述的能构成电源无功损失

50、的较低次谐波外，也还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。 干扰信号的传播方式主要有以下几种： (1) 空中辐射方式 (2) 电磁感应方式，即通过线间电感而感应 (3) 静电感应方式，即通过丝间电容而感应 (4) 线路传播方式，主要通过电源网络而传播,2020/8/5,致远控制,77,干扰信号可能产生哪些后果？,当变频调速系统的容量足够大时，所产生的高频信号将足以对周围各种电子设备的工作形成干扰，其主要后果有： (1) 影响无线电设备的正常接收。 (2) 影响周围机器的正常工作，使它们因接受错误信号而产生误动作，或因影响传感电路的检测精度而引

51、起判断失误。,2020/8/5,致远控制,78,IGBT及其变频器有哪些主要优点？,由于IGBT把GTR和功率场效应管的特点结合起来了，从而兼备了两者的优点： (1) 具有较强的对电压和电流的承受能力(和GTR一样) (2) 输入阻抗高，故驱动电路的功率小，可由IC(集成电路)直接驱动(和功率场效应管一样)。 (3) 最高工作频率(变频器的载波频率)介于GTR和功率场效应管之间，达1520kHz。 (4) 安全工作区较宽。 130、用IGBT作逆变管的变频调速器有些什么优点？ (1) 由于载波频率可达15kHz左右，故： 1) 电机运行的噪声小； 2) 电流的连续性好，谐波成分小，从而对其他设

52、备的干扰小。 (2) 由于安全工作区较宽，故过载能力强。,2020/8/5,致远控制,79,变频器配置了哪些操作键？,各种变频器对操作键的配置及各键的名称差异很大，归纳起来，有以下几类： (1) 模式转换键：用来更改工作模式。常见的符号有：MOD(Mode)、PRG(Program)等。 (2) 增减键：用于增加或减小数据。常见符号是或、或。有的变频器还配置了横向移位键( 或 )，用以加速数字的更改。 (3) 读出、写入键：在编程设定模式时，用于“读出”和“写入”数据码。读出和写入两种功能，有的用同一个按键来完成，也有的分别用不同的键来完成。常见的名称有：READ、WRITE、SET、DATA

53、等。 (4) 运行操作键：在按键运行模式下，用来进行“运行”、“停止”等操作。主要有：RUN(运行)、FWD(正转)、REV(反转)、STOP(停止)、JOG(点动)等。 (5) 复位键：用于在故障跳闸后，使变频器恢复成正常状态。键的名称是：RESET。 (6) 数字键：有的变频器配置了“09 ” 和小数点“”等数字键。在设定数据码时，可直接键入所需的数据。,2020/8/5,致远控制,80,变频器有几种运行模式？,变频器有几种运行模式？ 主要有两种： (1) 按键操作模式：即通过按键操作用来控制电动机的运行和停止。 (2) 外控运行模式：即通过外接控制信号如：电位器：010V电压信号，420

54、mA电流信号等来完成对电动机的运行操作。 究竟用哪种模式，是在编程设定时预先设定好了的。,2020/8/5,致远控制,81,按键操作板拔掉后，变频器能否运行？,在下列条件下，按键操作板可以拔掉： (1) 对各种功能的预置设定已经进行完毕。 (2) 在预置设定时，已经设定为外控运行模式。 (3) 经试运行证明，外控运行正常。 按键操作板拔掉(有的变频器是不能拔的)后，接口处应用绝缘物封住,2020/8/5,致远控制,82,按键操作板能否移至操作方便的地方？,可以的。但一般说来，须向生产变频器的公司购买专用的接口和电缆。各公司所用的接口互相间常常是不能互换的。,2020/8/5,致远控制,83,异

55、步电动机调速时难以控制的原因是什么？,主要原因有： (1) 励磁电流和负载电流都在定子回路内，无法分开。 (2) 定、转子电流都是周期性变化的时间矢量，而定、转子磁通又是绕转的空间矢量，难以准确地进行控制。,2020/8/5,致远控制,84,矢量控制的基本构思是怎样的？,由电动机原理知，异步电动的三相旋转磁场系统可以等效地变换成一个旋转的直流磁场系统。它有两个其磁场互相垂直的独立直流电路，电流分别为iM和i T。iM是励磁电流；i T是转矩电流，相当于直流电机的电枢电流。这样的系统犹如一台旋转着的直流电动机，从而可以和直流电动机一样地进行控制。 控制的大致设想如图由控制器将给定信号分解成直流励

56、磁信号iM*(*号表示控制信号)和转矩信号电流信号i T*；然后经“直/交变换”，得到二相交流控制信号ia*和i B*；又经“2/3变换”，得到三相交流的控制号iA*、iB*、i C*，去控制逆变电路中的三相电流。 电流反馈用于反映负载的情况，使直流信号中的转矩分量iT*能随负载而变，从而模拟出和直流电动类似的工况。速度反馈则主要用于使电动机具有很硬的力学特性。,2020/8/5,致远控制,85,什么是无反馈矢量控制？,”无反馈“的真正含义是：不需要在变频器的外部设置反馈环节。 电流反馈过程完全可在变频器内部实现。由于新系列变频器已能够根据负载电流的大小和相位进行充分的转差补偿，使电动机具有足

57、够硬的力学特性，对于大多数用户来说，已能满足要求，不再需要在变频器外部调置反馈环节了。对于少数对转速精度要求极高的场合，速度反馈仍是必要的。,2020/8/5,致远控制,86,矢量控制时，频率显示常常很不稳定是正常现象吗？,除同步电动机以外的电机调速系统，所得到的很硬的力学特性，是从负载侧看去的一种宏观效果。实际上，电动机的基本力学特性并没有变，当负载变化时，通过反馈等手段，令电动机的力学特性平行移动，便获得了输出转速基本不变的效果，如图132所示。图中，曲线是电动机在额定负载时的基本力学特性；曲线和分别是负载减轻和加重时的实际力学特性；曲线便是负载所得的宏观力学特性。 在异步电动机变频调速系

58、统中，虽然还有调整U/f比(转矩补偿)等辅助手段。但是，使力学特性平移，依然是提高负载侧宏观力学特性硬度的主要手段。而力学特性的平移，又是通过改变电动机的工作频率而实现的。所以，在运行过程中，变频调速器的频率显示不停地随同载而变动，便是完全正常的了。,2020/8/5,致远控制,87,变频调速系统能否长时间在低速情况下运行？,这和电动机的种类有关：如果是变频调速的专用电机，则长时间低速运行不存在任何问题。如果是普通电机，则因为低速时电动机内部的散热情况变差，其负载能力有所下降。一般说来：当工作频率为20Hz时，负载能力只有额定值的90；而当工作频率为1Hz时，负载能力只有额定值的60左右。,2020/8/5,致远控制,88,低速运行时,低速运行时能保证频率精度吗？ 由于变频器内都是用计算机系统进行数字量控制的，故频率精度不会有问题。 低速运行时，在空载情况下反容易因过流而跳闸，是什么原因？ 这是因为，为了能带动负载，转矩补偿(U/f)设定得较大。空载时，转子电流很小，转子电流的去磁作用也很小，电机磁路处于高度饱