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　　电气传动 １变极调速 ２变频调速 ３转子电路串接电阻调速 变频器功用解析 1 频率给定的办法与挑选 1.1 根底概念 (1) 给定办法的根本意义 要调理变频器的输出频率，有必要首要向变频器供给改动频率的信号，这个信号，称为频率给定信号，也有称为频率指令信号或频率参阅信号的。所谓给定办法，便是调理变频器输出频率的具体办法, 也便是供给给定信号的办法。 (2) 面板给定办法 经过面板上的键盘或电位器进行频率给定(即调理频率)的办法，称为面板给定办法，面板给定又有两种状况如图1所示: (a) 键盘给定频率的巨细经过键盘上的升键(▲键)和降键(q键)来进行给定。键盘给定归于数字量给定，精度较高。 (b) 电位器给定部分变频器在面板上设置了电位器，如图1(a)所示。频率巨细也能够经过电位器来调理。电位器给定归于模仿量给定，精度稍低。 大都变频器在面板上并无电位器，故阐明书中所说的“面板给定”，实践便是键盘给定。 变频器的面板一般能够取下，经过延长线安顿在用户操作便利的当地，如图所示。 此外, 选用哪一种给定办法, 须经过功用预置来事先决议。 (3) 外部给定办法 从外接输入端子输入频率给定信号，来调理变频器输出频率的巨细，称为外部给定，或远控给定。首要的外部给定办法有: (a) 外接模仿量给定 经过外接给定端子从变频器外部输入模仿量信号(电压或电流)进行给定，并经过调理给定信号的巨细来调理变频器的输出频率。 模仿量给定信号的品种有: ·电压信号 以电压巨细作为给定信号。给定信号的规模有:0~10V、2~10V、0~±10V、0~5V、1~5V、0~±5V等。 ·电流信号 以电流巨细作为给定信号。给定信号的规模有:0~20mA、4~20mA等。 (b) 外接数字量给定 经过外接开关量端子输入开关信号进行给定。 (c) 外接脉冲给定 经过外接端子输入脉冲序列进行给定。 (d) 通讯给定 由PLC或核算机经过通讯接口进行频率给定。 1.2 挑选给定办法的一般准则 (1) 面板给定和外接给定 优先挑选面板给定。由于变频器的操作面板包含键盘和显现屏，而显现屏的显现功用非常彻底。例如，可显现运转进程中的各种参数，以及毛病代码等。 但由于受联接线长度的约束，操控面板与变频器之间的间隔不能过长。 (2) 数字量给定与模仿量给定 优先挑选数字量给定。由于: (a) 数字量给守时频率精度较高; (b) 数字量给定一般用触点操作，非但不易损坏，且抗搅扰才能强。 (3) 电压信号与电流信号 优先挑选电流信号。由于电流信号在传输进程中，不受线路电压降、触摸电阻及其压降、杂散的热电效应以及感应噪声等等的影响，抗搅扰才能较强。 但由于电流信号电路比较复杂，故在间隔不远的状况下，仍以选用电压给定办法居多。 2 模仿量给定的调整功用 2.1 根底概念 (1) 频率给定线的界说 由模仿量进行频率给守时，变频器的给定信号X(X是给定信号的总称，既能够是电压信号UG，也能够是电流信号IG与对应的给定频率fX之间的联系曲线fX＝f(Ｘ)，称为频率给定线) 根本频率给定线 (a) 界说 ：在给定信号X从0增大至最大值Xmax的进程中，给定频率fX线增大到最大频率fmax的频率给定线称为根本频率给定线); 结尾为 (X＝Xmax，fX＝fmax)，如图3(a)和(b)所示。 例如，给定信号为UG＝0～10V，要求对应的输出频率为fX＝0～50Hz。 则:UG＝0V与fX＝0Hz相对应;UG＝10V与fX＝50Hz相对应。 (3) 最大频率fmax 在数字量给定(包含键盘给定、外接升速/降速给定、外接多档转速给定等)时，是变频器答应输出的最高频率;在模仿量给守时，是与最大给定信号对应的频率。 (4) 频率给定线的调整 在出产实践中，出产机械所要求的最低频率及最高频率常常不是0Hz和额外频率，或许说，实践要求的频率给定线与根本频率给定线并不共同。所以，需求对频率给定线进行恰当的调整，使之契合出产实践的需求。 由于频率给定线是直线，所以，调整的着眼点便是: (a) 频率给定线的起点 即当给定信号为最小值时对应的频率; (b) 频率给定线的结尾 即当给定信号为最大值时对应的频率。 3 模仿量给定的正、回转操控与滤波 3.1 模仿量给定的正、回转功用 (1) 操控办法 首要有两种办法: (a) 由双极性给定信号操控 给定信号可“－”可“＋”，正信号操控正转，负信号操控回转，如图11(a)所示。 (b) 由单极性给定信号操控 给定信号只要“＋”值，由给定信号中心的恣意值作为正转和回转的分界点，如图11(b)所示。 (2) 死区的设置 用模仿量给定信号进行正、回转操控时，“0”速操控很难安稳，在给定信号为“０”时，常常呈现正转或回转的“活动”现象。为了避免这种“活动”现象，需求在“０”速邻近设定一个死区ΔX，使给定信号从-ΔX到＋ΔX的区间内，输出频率为0Hz。 (3) 有用“0”的功用 在给定信号为单极性的正、回转操控办法中，存在着一个特别的问题。即，假如给定信号因电路触摸不良或其他原因而“丢掉”，则变频器的给定输入端得到的信号为“0”，其输出频率将跳变为回转的最大频率，电动机将从正常作业状况转入高速回转状况。 非常显着，在出产进程中，这种状况的呈现将是非常有害的，乃至有或许损坏出产机械。 对此，变频器设置了一个有用“0”功用。便是说，变频器的最小给定信号不等于0(Xmin≠0)。假如给定信号X＝0，变频器将认为是毛病状况而把输出频率降至0Hz。 例如，将有用“０”预置为0.3V。则: 当给定信号X＝0.3V时, 变频器的输出频率为fmin; 当给定信号X＜0.3V时, 变频器的输出频率降为0Hz。 3.2 模仿量给定的滤波时刻 (1) 滤波时刻的意义 变频器在承受模仿量给定信号时，首要要进行滤波，其物理意义与图12中的滤波电容相似(一般都选用数字滤波)。图中，综坐标是给定信号的百分数X％。 滤波的意图, 是消除 搅扰信号对频率给定信号的 影响。 滤波时刻常数， 是指给定信号上升至安稳值 63％所需的时刻。 (2) 滤波时刻的 影响 ·滤波时刻太短 当变频器显现“给 定频率”时，有或许不行安稳; ·滤波时刻太长 当调理给定信号时，给定频率随给定信号改动时的呼应速度较慢。 4 辅佐给定与其他功用 4.1 辅佐给定功用 1) 根本概念 当变频器有两个或多个模仿量给定信号一起从不同的端子输入时，其间必有一个为主给定信号，其他为辅佐给定信号。 大大都变频器的辅佐给定信号都是叠加到主给定信号(相加或相减)上去的。叠加后在频率给定线如图中的曲线) 运用举例 多单元拖动体系的同步运转 在造纸、印染等机械中，整台机器具有若干个单元，每个单元都有各自独立的拖动体系, 如图所示:第１单元 由电动机Ｍ１拖动，第二 单元由电动机Ｍ２拖动… …。一般, 把第１单元称为 主令单元, 后边的各单元称 为从动单元。在这种状况下 ，总是要求被加工物在各单 元的线速度共同: 明显，假如后边的速度低于前面，将导致被加工物的堆积;反之，假如后边的速度高于前面，将导致被加工物的撕裂。 因而，关于多单元拖动体系的要求是: ·在调速时, 各单元有必要一起调理; ·各单元的运转线速度有必要步调共同, 即完成同步运转。 4.2 频率给定的其他功用 (1) 频率指令的坚持功用 变频器在停机后, 是否坚持停机前的运转频率的挑选功用。再开机时, 变频器的运转频率有两种状况可供挑选: ·坚持功用无效 运转频率为0Hz，如要回复到本来的作业频率，须从头加快。 ·坚持功用有用 运转频率主动上升到停机前的作业频率。 (2) 点动频率功用 点动是各类机械在调试进程中常常运用的操作办法。由于首要用于调试，故所需频率较低，一般也不需求调理。所以，点动频率(用fJ表明)是经过功用预置来确认的。有的变频器也能够预置多档点动频率。 (3) 频率给定反常时的处理功用 给定信号反常大致有以下两种景象: (a) 给定信号丢掉 当外接模仿频率给定信号因电路触摸不良或断线而丢掉时，变频器处理办法的挑选功用。例如，是否停机，如继续运转，则在多大频率下运转等。 (b) 给定信号小于最低频率时的处理功用 有的负载在频率很低时实践上不能运转，因而需求预置“最低频率”。对应地，也就有一个最小给定信号。当实践给定信号小于最小给定信号时，应视为反常状况。 5 频率的约束功用 5.1 上、下限频率 (1) 根底概念 (a) 出产机械对转速规模的要求 出产机械依据工艺进程的实践需求，常常要求对转速规模进行约束。以某搅拌机为例，如图(a)所示。要求的最高转速是600r/min，最低转速是150r/min。 (b) 变频器的上、下限频率 依据出产机械所要求的最高与最低转速，以及电动机与出产机械之间的传动比，能够推算出相对应的频率，别离称为上限频率(用fH表明)与下限频率(用fL表明)。在上例中，如传动比λ＝2，则: (2) 上限频率与最高频率的联系 ·上限频率小于最高频率 ·上限频率比最高频率优先 这是由于，上限频率是依据出产机械的要求来决议的，所以具有优先权 5.2 逃避频率 (1) 根底概念 任何机械在运转进程中，都或多或少会发生振荡。每台机器又都有一个固有振荡频率，它取决于机械的结构。假如出产机械运转在某一转速下时，所引起的振荡频率和机械的固有振荡频率相吻合的话，则机械的振荡将因发生谐振而变得非常激烈(也称为机械共振)，并或许导致机械损坏的严峻成果。 设置逃避频率fJ的意图，便是使拖动体系“逃避”掉或许引起谐振的转速，如图所示。 (2) 逃避频率的预置 预置逃避频率 时，有必要预置以下 两个数据: ·中心逃避频率 fJ 即逃避频率地点 的方位; ·逃避宽度ΔfJ 即逃避区域，如图 所示。 (3) 逃避频率的数量 大大都变频器都 能够预置三个逃避频率 , 如图所示。 6变频引出的特别问题 6.1 坚持磁通不变的必要性和途径 (1) 坚持磁通不变的必要性 (a) 磁通减小 任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互效果的成果，电流是不答应超越额外值的，否则将引起电动机的发热。因而，假如磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载才能下降。 (b) 磁通增大 电动机的磁路 将饱满，由于在变频调速 时，运转频率fX是在恰当 大的规模内改动的，因而 ，如不采纳办法的话，磁 通的改动规模也是非常大 的。它极简单使电动机的 磁路严峻饱满，导致励磁 电流的波形严峻畸变，发生峰值很高的尖峰电流，如图所示。图的上半部是电动机的磁化曲线;下半部则是励磁电流的波形。 所以，变频调速的一个特别问题便是:当频率fX改动时，有必要使磁通Φ坚持不变: Φ＝const (2) 坚持磁通不变的办法 坚持Φ＝const的精确办法是: 在调理频率时，有必要坚持反电动势E1X和频率fX的比值不变。 但反电动势是由定子绕组切开旋转磁通而感生的，无法从外部进行操控。所以用坚持定子侧输入电压和频率之比等于常数来替代: 所以, 在改动频率时, 有必要一起改动定子侧的输入电压。 6.2 变压变频存在的问题及原因剖析 (1) 存在的问题 (a) 衡量调速功用的首要要素 电动机的根本功用是拖动出产机械旋转，因而，在低频时的带负载才能便是衡量变频调速功用好坏的一个非常重要的要素。 (b) 调压调频存在的问题 满意Φ＝const的状况下进行变频调速时，跟着频率的下降，电动机的临界转矩和带负载才能(用有用转矩ＴMEX表明)也有所下降，如图所示。 (2) 临界转矩下降的原因剖析 (a) 电磁转矩的发生 异步电动机的电磁转矩是转子电流和磁通相互效果的成果。因而，问题的要害便是:在满意式(16)的状况下，低频时能否坚持磁通量根本不变？ (b) 电磁转矩减小的原因 反电动势是定子侧输入电压减去阻抗压降的成果。 当频率fX下降时，输入电压U1X随之下降。但在负载不变的状况下，电流I1及其阻抗压降却根本不变, 所以反电动势E1X所占的份额必将减小。磁通ΦM也必减小，磁通不变的要求并没有真实得到满意，成果是导致电动机的临界转矩也减小。 7 V/F操控功用 7.1 V/F操控形式 (1) 指导思想 为了确保电动机在低频运转时，反电动势和频率之比坚持不变，真实完成Φ＝const，恰当进步U/f比，使KU＞Kf，然后使转矩得到补偿，进步电动机在低速时的带负载才能。如图中之曲线②所示(曲线①是KU＝Kf的U/f线)。这种办法称为转矩补偿或转矩进步，这种操控办法称为V/F操控形式。 KU 电压调理比 Kf频率调理比 (2) 根本频率 与变频器的最大输出电压对应的频率称为根本频率，用fBA表明。在大大都状况下，根本频率等于电动机的额外频率，如图所示。 (3) 根本U/f线 在变频器的输出频 率从0Hz上升到根本频 率fBA的进程中, 满意 KU=Kf的U/f线, 称为基 本U/f线,如图(a)所示。 (4) 弱磁点 当电动机的运转频 率高于额外频率时，变 频器的输出电压不再能 随频率的上升而上升， 如图(b)中之Ａ点今后 所示。在这种状况下，由于U/f比将随频率的上升而下降，电动机磁路内的磁通也因而而减小，处于弱磁运转状况。因而，一般把转折点Ａ称为弱磁点。 7.2 U/f线) 不同负载在低速时对转矩的要求 各类负载在低速时所呈现的阻转矩是很不相同的, 例如: (a) 二次方律负载 阻转矩与转速的二次方成正比，如图中的曲线①所示。低速时的阻转矩比额外转矩小得多; (b) 恒转矩负载 在不同的转速下, 负载的阻转矩根本不变, 如图 中之曲线②所示。低速时的阻 转矩与额外转速时是根本相同 的; (c) 恒功率负载 在不同的转速下，负载功率坚持安稳，其机械特性呈双曲线状，如图中之曲线③所示。低速时的阻转矩比额外转速时还要大得多。 (2) 变频器对U/f线的设置 由于每台变频器运用到什么负载上是不确认的，而不同负载在低频时对U/f比的要求又很不共同。 为此，各种变频器在V/F操控形式下，供给了恣意预置U/f比的功用。运用户能够依据电动机在低速运转时负载的轻重来挑选U/f比，如图所示。 (3) U/f线的预置关键 (a) 预置不妥的成果 假如负载在低速时的 转矩较大而转矩补偿(U/f比) 预置得较小，则低速时带不 动负载。反之, 假如负载在 低速时的转矩较轻而转矩补 偿(U/f比)预置得较大，则补偿过火，低速时电动机的磁路将饱满，励磁电流发生畸变，严峻时会因励磁电流峰值过高而导致“过电流”跳闸。 (b) 预置关键 调试时，U/f比的预置宜由小逐步加大，每加大一档，调查在最低频时能否带得动负载？及至能带动时，还应反过来调查空载时会不会跳闸？一直到在最低频率下运转时，既能带得动负载，又不会空载跳闸时中止 8 矢量操控功用 8.1 根本思想 (1) 对直流电动机的剖析 在变频调速技能老练之前，直流电动机的调速特性被公认为是最好的。究其原因，是由于它具有两个非常重要的特色: (a) 磁场特色 它的主磁场和电 枢磁场在空间是相互垂 直的，如图(a)所示; (b) 电路特色 它的励磁电路和 电枢电路是相互独立的， 如图(b)所示。 在调理转速时， 只调理其间一个电路的 参数。 (2) 变频器的矢量操控形式 (a) 根本构思 模仿直流电动机的操控特色，关于调理频率的给定信号，分解成和直流电动机具有相同特色的磁场电流信号i*M和转矩电流信号i*T，而且设想地看作是两个旋转着的直流磁场的信号。当给定信号改动时，也和直流电动机相同，只改动其间一个信号，然后使异步电动机的调速操控具有和直流电动机相似的特色。 关于操控电路分解出的操控信号i*M和i*T，依据电动机的参数进行一系列的等效改换，得到三相逆变桥的操控信号i*A、i*B和i*C，对三相逆变桥进行操控，如图所示。然后得到与直流电动机相似的硬机械特性, 进步了低频时的带负载才能。 (b) 无反应矢量操控形式与有反应矢量操控形式 依据在实施矢量操控时，是否需求转速反应的特色，而有无反应和有反应矢量操控之分。 无反应矢量操控是依据丈量到的电流、电压和磁通等数据，简接地核算出当时的转速，并进行必要的批改，然后在不同频率下运转时，得到较硬机械特性的操控形式。由于核算量较大，故动态呼应才能稍差。 有反应矢量操控则有必要在电动机输出轴上添加转速反应环节，如图中的虚线所示。由于转速巨细直接由速度传感器丈量得到，既精确、又敏捷。与无反应矢量操控形式比较，具有机械特性更硬、频率调理规模更大、动态呼应才能强等长处。 8.2 电动机数据的输入 如上述，要完成矢量操控功用，有必要依据电动机本身的参数进行一系列等效改换的核算。而进行核算的最根本条件，是有必要尽或许多地了解电动机的各项数据。因而，把电动机铭牌上的额外数据以及定、转子的参数输入给变频器，便是完成矢量操控的必要条件。 主动检测功用 从上面所举比如能够看出，进行矢量操控时，所需数据中的恰当部分，一般用户是很难得到的。这给矢量操控的运用带来了困难。对此，今世的许多变频器都现已装备了主动检测电动机参数的功用。但检测的具体办法，各种变频器不尽相同。 主动检测功用的英语名称是auto-tuning, 故有的变频器直译为“主动调谐”功用, 也有的称之为“自学习”功用。 8.3 矢量操控的运用关键 (1) 运用矢量操控的留意点 由于矢量操控有必要依据电动机的参数进行一系列的演算，因而，其运用规模必将遭到一些约束。 (a) 电动机的容量 电动机的容量应尽或许与变频器阐明书中标明的“配用电动机容量”相符，最多低一个层次。 例如，变频器的“配用电动机容量”为45kW，电动机的下一档容量为37kW。则该变频器只能在配接45kW或37kW的电动机时，矢量操控功用是有用的。 (b) 电动机的磁极数 以2p=4(4极电动机)为最佳，要留意阐明书中对磁极数的规则。 (c) 电动机的类型 以出产变频器的同一家公司出产的规范电动机或变频调速专用电动机为最佳，一般的通用电动机也都可用。但特别电动机(如高转差电动机等)则不能用。 (d) 电动机的台数 矢量操控只适用于一台变频器操控一台电动机的场合。 (2) 速度操控的PID功用 当选用有反应矢量操控形式时，变频器存在着一个转速反应的闭环体系，而且为此专门装备了PID调理体系。以利于在调理转速的进程中，或许拖动体系发生扰动(负载忽然加剧或减轻)时，能够使操控体系既反映敏捷，又运转安稳。 因而，在具有矢量操控功用的变频器中，有两套PID调理功用: (a) 用于速度闭环操控的PID调理功用; (b) 用于体系操控(例如供水体系的恒压操控等)的PID调理功用。 两种PID调理功用中，P(份额增益)、I(积分时刻)、D(微分时刻)的效果目标不同，但原理是相同的。 (2) 矢量操控的首要长处 ·低频转矩大 即便运转在1Hz(或0.5Hz)时, 也能发生满足大的转矩,且不会发生在V/F操控办法中简单遇到的磁路饱满现象。 ·机械特性好 在整个频率调理规模内，都具有较硬的机械特性，一切机械特性根本上都是平行的。 ·动态呼应好 尤其是有转速反应的矢量操控办法，其动态呼应时刻一般都能小于100ms。 ·能进行四象限运转。 9 转矩操控功用 9.1 转矩操控与转速操控的差异 (1) 转速操控的特色 迄今中止，咱们所评论的变频调速，都是以操控电动机的转速为意图的，其根本特色有: (a) 变频器输出频率的巨细(然后电动机转速的凹凸)随给定信号的巨细而变; (b) 电动机的转矩巨细是不能操控的, 它总是和负载的阻转矩处于平衡状况。因而, 是随负载的轻重而随时改动的; (c) 电动机转矩的限值是受发热和过载才能(取决于临界转矩)约束的。 (2) 转矩操控的特色 转矩操控是矢量操控形式下的一种特别操控办法。其首要特色是: (a) 给定信号并不用于操控变频器输出频率的巨细, 而是用于操控电动机所发生的电磁转矩的巨细，如图所示:当给定信号为10V时，电动机的电磁转矩为最大值Tmax(如图中之状况①);当给定信号为5V时，电动机的电磁转矩为Tmax/2(如图中之状况②)。 (b)电动机的转速巨细取决于电磁转矩和负载转矩比较的成果，只能决议拖动体系是加快仍是减速，其输出频率不能调理，很难使拖动体系在某一转速下等速运转。 9.2 转矩操控和转速操控的切换 (1) 切换的必要性 由于转矩操控时不能操控转速的巨细，所以，在某些转速操控体系中，转矩操控首要用于起动或中止的过渡进程中。当拖动体系现已起动后，仍应切换成转速操控办法，以便操控转速。 (2) 切换的时序图 切换的时序图如图所示 (a) t1时段 变频器宣布运转指令时，如未得到切换信号，则为转速操控形式。变频器按转速指令决议其输出频率的巨细。一起，能够预置转矩上限; (b) t2时段 变频器得到切换至转矩操控的信号(一般从外接输入电路输入)，转为转矩操控形式。变频器按转矩指令决议其电磁转矩的巨细。一起，有必要预置转速上限; (c) t3时段 变频器得到切换至转速操控的信号, 回到转速操控形式; (d) t4时段 变频器的运转指令完毕，将在转速操控形式下按预置的减速时刻减速并中止。 假如变频器的运转指令在转矩操控下完毕，变频器 将主动转为转速操控形式，并按预置的减速时刻减速并 中止。 9.3 转矩操控的运用 (1) 用于牵引和起重设备的起动进程中牵引设备首要有:电气机车、电梯、起重设备等。 (a) 牵引设备拖动体系的首要特色 ·负载的轻重是随机的 以电气机车和电梯为例, 乘客时多时少, 无规则可循; ·对加、减速进程的要求很高 例如，装载液体的传输带以及起重和运送钢水包时，其加、减速进程有必要非常平稳，起动时应毫无冲击，以确保液体不会溢出;电气机车和电梯等则还要求确保乘客的舒适感等等。 (b) 拖动体系的加快度 TJ—动态转矩，在疏忽损耗转矩的状况下，等于电动机的电磁转矩与负载的阻转矩之差: TJ＝TM－TL (c) 在转矩操控形式下起动的长处 在转速操控形式下，起动时的动态转矩不或许依据负载轻重主动进行调整。在预置起动转矩时，只能按负载最重的状况进行设定，故在起动瞬间简单发生冲击。例如，火车在起动经常常会有发生冲击的感觉。如选用转矩操控形式，能够使电动机的电磁转矩逐步增大，直至能够战胜负载转矩时，动态转矩和加快度才从0开端缓慢添加，然后使起动进程非常平稳。 图(a)是负载较轻时的景象; 图(b)是负载较重时的景象。 由于转矩操控办法不 能操控转速，所以，跟着 动态转矩的不断增大，加 速度也必定不断增大，这 又并非人们所期望的。因 此，当拖动体系起动起来 今后，有必要切换成转速 操控办法，以便对转速进 行操控。 (2) 用于恒张力操控 (a) 卷绕机械的作业特色 在各种薄膜或线材的收卷或放卷进程中，一般要求:被卷物的张力F有必要坚持安稳: F＝C为此: 1)被卷物的线速度v也有必要保 持安稳: v＝C所以，卷绕功 率是安稳的: 2)负载的阻转矩随被卷物卷 径的增大而增大:但为了坚持 线速度安稳，负载的转速必 须随卷径的增大而减小: (b) 用转矩操控形式完成 恒张力运转 令变频器在转矩 操控形式下运转，将给 定信号设定在某一值下不变。则电动机的电磁转矩TM也将不变，如图 (b)中之曲线①所示: TM＝C 而动态转矩TJ则跟着卷径D的增大而变为负值，如图(b)中之曲线③所示。拖动体系将处于减速状况，满意图(c)所示的转速改动规则。 改动给定转矩的巨细，能够改动卷绕的松紧程度。 10 加、减速的时刻与办法 10.1根底概念 (1) 工频起动和变频起动 电动机从较低转速升至较高转速的进程称为加快进程，加快进程的极限状况便是电动机的起动。 (a)工频起动 这儿所说的工频起动， 是指电动机直接接上工频电 源时的起动，也叫直接起动 或全压起动，如图(a)所示。 在接通电源瞬间: ·电源频率为额外频率(50Hz)，如图(b)的上部所示。以４极电动机为例，同步转速高达1500r/min。 ·电源电压为额外电压(380V), 如图1(b)的下部所示。 由于转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，故转子电动势和电流都很大，然后定子电流也很大，可达额外电流的(4～7)倍，如图(c)所示。 工频起动存在的首要问题有: ·起动电流大。当电动机的容量较大时，其起动电流将对电网发生搅扰。 ·对出产机械的冲击很大，影响机械的运用寿命。 (b) 变频起动 选用变频调速的 电路如图(a)所示, 起动进程的特色有: ·频率从最低频率(通 常是0Hz)按预置的 加快时刻逐步上升， 如图(b)的上部所示。 仍以4极电动机为例， 假定在接通电源瞬间，将起动频率降至0.5Hz，则同步转速只要15r/min，转子绕组与旋转磁场的相对速度只要工频起动时的百分之一。 ·电动机的输入电压也从最低电压开端逐步上升，如图(b)的下部所示。 ·转子绕组与旋转磁场的相对速度很低，故起动瞬间的冲击电流很小。一起，可经过逐步增大频率以减缓起动进程，如在整个起动进程中，使同步转速n0与转子转速nM间的转差Δn约束在必定规模内，则起动电流也将约束在必定规模内，如图(c)所示。 另一方面，也减小了起动进程中的动态转矩，加快进程将能坚持平稳，减小了对出产机械的冲击。 (2) 加快进程中的首要对立 (a) 加快进程中电动机的状况 假定变频器的输出频率从fX1上升至fX2，如图(b)所示。图(a)所示是电动机在频率为fX1时安稳运转的状况，图(c)所示是加快进程中电动机的状况。比较图(a)和图(c)能够看出:当频率fX上升时，同步转速n0随即也上升，但电动机转子的转速nM由于有惯性而不能当即跟上。成果是转差Δn增大了,导体内的感应电动势和感应电流也增大。 (b) 加快进程的首要对立 加快进程中，有必要处理好加快的快慢与拖动体系惯性之间的对立。 一方面，在出产实践中，拖动体系的加快进程归于不进行出产的过渡进程，从进步出产率的视点动身，加快进程应该越短越好; 另一方面，由于拖动体系存在着惯性，频率上升得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的上升，转差Δn增大，引起加快电流的增大，乃至或许超越必定限值而导致变频器跳闸。 所以，加快进程有必要处理好的首要问题是:在避免加快电流过大的前提下，尽或许地缩短加快进程。 (3) 变频调速体系的减速 (a) 减速进程中的电动机状况 电动机从较高转速降至较低转速的进程称为减速进程。在变频调速体系中，是经过下降变频器的输出频率来完成减速的，如图(b)所示。图中，电动机的转速从n1下降至n2(变频器的输出频率从fX1下降至fX2)的进程即为减速进程。 当频率刚下降的瞬间，旋转 磁场的转速(同步转速)当即 下降，但由于拖动体系具有 惯性的原因，电动机转子的 转速不或许当即下降。所以， 转子的转速超越了同步转速， 转子绕组切开磁场的方向和本来相反了。然后，转子绕组中感应电动势和感应电流的方向，以及所发生的电磁转矩的方向都和本来相反了，电动机处于发电机状况。由于所发生的转矩和转子旋转的方向相反，能够促进电动机的转速敏捷地降下来，故也称为再生制动状况。 (b) 泵升电压 电动机在再生制动状况宣布的电能，将经过和逆变管反并联的二极管VD7～VD12全波整流后反应到直流电路，使直流电路的电压UD升高，称为泵升电压。 (c) 剩余能量的耗费 假如直流电压UD升得太高，将导致整流和逆变器件的损坏。所以，当UD上升到必定限值时，须经过能耗电路(制动电阻和制动单元)放电，把直流回路内剩余的电能耗费掉。 (4) 减速进程中的首要对立 (a) 减速快慢的影响 如上述，频率下降时，电动机处于再生制动状况。所以，和频率下降速度有关的要素有: ·制动电流 便是电动机处于发电机状况时向直流回路运送电流的巨细。 ·泵升电压 其巨细将影响直流回路电压的上升幅度。 (b) 减速进程的首要对立 和加快进程相同，在出产实践中，拖动体系的减速进程也归于不进行出产的过渡进程，故减速进程应该越短越好。 相同，由于拖动体系存在着惯性的原因，频率下降得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的下降，转差Δn增大，引起再生电流的增大和直流回路内泵升电压的升高，乃至或许超越必定限值而导致变频器因过电流或过电压而跳闸。 所以，减速进程有必要处理好的首要问题是在避免减速电流过大和直流电压过高的前提下，尽或许地缩短减速进程。在一般状况下，直流电压的升高是更为首要的要素。 10.2 加、减速的功用设置 变频器中，针对电动机在升、降速进程中的特色，以及出产实践对拖动体系的各种要求，设置了许多相关的功用，供用户进行挑选。 (1) 加、减速时刻 (a) 加快时刻的界说 ·界说1变频器的输出频率从0Hz上升到根本频率所需求的时刻; ·界说２变频器的输出频率从0Hz上升到最高频率所需求的时刻。 在大大都状况下，最高频率和根本频率是共同的。 (b) 减速时刻的界说 ·界说１变频器的输出频率从根本频率下降到0Hz所需求的时刻; ·界说２变频器的输出频率从最高频率下降到0Hz所需求的时刻。 加快时刻的定 义如图(a) 减速时刻的定 义如图5(b) (2) 加、减速办法 (a) 加快办法 加快进程中，变频器的输出频率随时刻上升的联系曲线，称为加快办法。变频器设置的加快办法有: ·线性办法 变频器的输出频率随时刻 成正比地上升，如图(a)所示。 大大都负载都能够选用线性方 式。 ·S形办法 在加快的开端和终了阶段 ，频率的上升较缓，加快进程 呈S形，如图所示。例如，电梯 在开端起动以及转入等速运转时 ，从考虑乘客的舒适度动身，应 减缓速度的改动，以选用S形加 速办法为宜。 ·半S形办法 在加快的初始阶段或终了阶段，按线性办法加快;而在终了阶段或初始阶段，按S形办法加快，如图(c)和(d)所示。 图(c)所示办法首要用于如风机一类具有较大惯性的二次方律负载中，由于低速时负荷较轻，故可按线性办法加快，以缩短加快进程; 高速时负荷较重，加快进程应减缓，以减小加快电流; 图(d)所示办法首要用于惯性较大的负载。 (b) 减速办法 和加快进程相似，变频器的减速办法也分线性办法、S形办法和半S形办法。 ·线性办法 变频器的输出频率随时刻成正比地下降，如图(a)所示。大大都负载都能够选用线性办法。 ·Ｓ形办法 在减速的开端和终了阶段， 频率的下降较缓，减速进程 呈Ｓ形，如图 (b)所示。 ·半S形办法 在减速的初始阶段或终了 阶段，按线性办法减速; 而在 终了阶段或初始阶段，按S形 办法减速，如图(c)和(d)所示。 减速时S形办法和半S形方 式的运用场合和加快时相同。 11 变频调速的起动功用 11.1 起动频率与暂停加快功用 (1) 起动频率 (a) 功用意义 电动机开端起动时，并不从0Hz开端加快，而是直接从某一频率下开端加快。在开端加快瞬间，变频器的输出频率便是起动频率。 设置起动频率是部分出产机械的实践需求，例如: ·有些负载在中止状况下的静摩擦力较大，难以从0Hz开端起动，设置了起动频率后，能够在起动瞬间有一点冲力，使拖动体系较易起动起来; ·在若干台水泵一起供水的体系里，由于管路内现已存在必定的水压，后起动的水泵在频率很低的状况下将难以旋转起来，故也需求电动机在必定频率下直接起动; ·锥形电动机假如从0Hz开端逐步升速, 将导致定、转子之间的磨擦。所以, 设置了起动频率, 能够在起动时很快建立起满足的磁通, 使转子与定子间坚持必定的空气隙等等。 (b) 设置起动频率的办法 首要有两种办法: ·稍有给定信号(X=0+)，变频器的输出频率即为起动频率fS，如图(a)所示; ·设置一个死区XS%，在给定信号X

　　xs%的规模内，变频器的输出频率为0hz; 当给定信号x=xs%时，变频器直接输出与xs%对应的频率，如图(b)所示。 (2) 暂停加快功用 (a) 功用意义 电动机起动后，先在较低频率fdr下运转一个短时刻，然后再继续加快的功用。 在下列状况下，应考虑预置暂停加快功用： ·关于惯性较大的负载，起动后先在较低频率下继续一个短时刻tdr，然后再加快； ·齿轮箱的齿轮之间总是存在空隙的，起动时简单发生齿间的碰击，如在较低频率下继续一个短时刻tdr，能够减缓齿间的碰击； ·起重机械在起吊重物前，吊钩的钢丝绳一般是处于松懈状况的，预置了暂停加快功用后，可首要使钢丝绳拉紧后再上升; ·有些机械在环境温度较低的状况下，润滑油简单凝结，故要求先在低速下运转一个短时刻，使润滑油稀释后再加快; ·关于附有机械制动设备的电磁制动电动机，在磁抱闸松开进程中，为了减小闸皮和闸辊之间的磨擦，要求先在低频下运转，待磁抱闸彻底松开后再升速，等等。 (b) 设置暂停加快的办法 设置暂停加快的办法首要有两种: ·变频器输出频率从0hz开端上升至暂停频率fdr，逗留tdr后再加快，如图(a)所示; ·变频器直接输出起动频率fs后暂停加快，逗留tdr后再加快，如图(b)所示。 11.2 起动前直流制动功用 (1) 功用意义 起动前先在电动机的定子绕组内通入直流电流，以确保电动机在零速的状况下开端起动。 假如电动机在起动前，拖动体系的转速不为0(nm=0)的话，而变频器的输出频率(然后同步转速n0)从0hz开端上升，则在起动瞬间，电动机或处于激烈的再生制动状况(起动前为正转时)，或处于反接制动状况(起动前为回转时)，简单引起电动机的过电流。例如: 拖动体系以自在制动的办法停机，在没有停住前又从头起动; 风机在停机状况下，叶片由于自然通风而自行滚动(一般是回转)。 (2) 功用设置 ·挑选功用: 即挑选是否需求起动前的直流制动功用; ·制动量 即应向定子绕组施加多大的直流电压udb; ·直流制动时刻 即进行直流制动(施加直流电压)的时刻tdb。 12 变频调速的停机功用 12.1 根底概念 (1)电动机的停机办法 : 在变频调速体系中，电动机能够设定的停机办法有: (a) 减速停机 即按预置的减速时刻和减速办法停机，如上述，在减速进程中，电动机处于再生制动状况。 (b) 自在制动 变频器经过中止输出来停机, 这时, 电动机的电源被堵截, 拖动体系处于自在制动状况。由于停机时刻的长短由拖动体系的惯性决议, 故也称为惯性停机。 (c) 减速加直流制动 首要按预置的减速时刻减速，然后转为直流制动，直至停机，如图11(c)所示。 (d) 在低频状况下时刻短运转后停机, 当频率下降到接近于0时, 先在低速下运转一个短时刻, 然后再将频率下降为0hz 。 在下列状况下, 应考虑预置暂停减速功用: 惯性大的负载从高速直接减速至0hz时，有或许因停不住而呈现滑行的现象。如先在低速段运转，然后从低速降为0hz，可消除滑行现象; 关于需求精确行车的场合，如卷扬机，为精确泊车，即在低速短时运转即匍匐后，再减至0hz，即可到达精确泊车的意图。 关于附有机械制动设备的电磁制动电动机, 在磁抱闸抱紧前先在低速段作短时运转, 可削减磁抱闸的磨损, 等等。 (2) 设置暂停减速的办法 和暂停加快相同，需求预置的参数有: (a) 暂停减速的频率fdd; (b) 逗留时刻tdd 12.2 变频器的直流制动功用 (1) 根底概念 (a) 采纳直流制动的必要性 ·有的负载要求能够敏捷停机，但减速时刻太短将引起电动机实践转速的下降跟不上频率的下降，发生较大的泵升电压，使直流回路的电压超越答应值。选用直流制动，能增大制动转矩、缩短停机时刻，且不发生泵升电压; ·有的负载由于惯性较大，常常停不住，停机后有“匍匐”现象，或许形成非常风险的成果。 选用直流制动, 能够完成快速停机, 并消除匍匐现象。 (b) 办法和原理 直流制动便是向定子绕组 内通入直流电流, 使异步电动 机处于能耗制动状况。如图 (a), 由于定子绕组内通入的是 直流电流，故定子磁场的转速 为0。这时, 转子绕组切开磁力 线后发生的电磁转矩与转子的 旋转方向相反, 是制动转矩。由于转子绕组切开磁力线的速度较大，故所发生的制动转矩比较激烈, 然后可缩短停机时刻。此外, 中止后, 定子的直流磁场对转子铁心还有必定的“吸住”效果,