變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)

變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)

電氣工程系

1第一章基礎(chǔ)知識(shí)篇緒論模塊一：異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及等效電路模塊二：異步電機(jī)的電力拖動(dòng)模塊三：負(fù)載的類型模塊四：電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成教學(xué)內(nèi)容2內(nèi)容概要本章首先回顧異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、電磁關(guān)系及機(jī)械特性等基本知識(shí)，然后介紹負(fù)載的類型及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成。

重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)——異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)及機(jī)械特性；難點(diǎn)——異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)學(xué)分析法。計(jì)劃課時(shí)

10h3緒論一、概述

變頻器概念及用途：由計(jì)算機(jī)控制電力電子器件，將工頻交流電變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的三相交流電的電氣設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)平滑的變頻調(diào)速。二、變頻器的發(fā)展歷程隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機(jī)的維護(hù)量加大，單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)。4但異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀(jì)30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時(shí)代。

5三、我國(guó)變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.起步較晚；

2.目前，進(jìn)入“黃金時(shí)期”；

3.變頻調(diào)速的效果：節(jié)能、提高速度和精度、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、增加使用者的舒適度；

4.變頻器的應(yīng)用目前不足十分之一，原因是變頻器應(yīng)用人才的缺乏。

5、變頻器與節(jié)能

變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國(guó)是能耗大國(guó)，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足。

6應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國(guó)大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)，國(guó)家電改方案對(duì)電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ绕涫歉邏鹤冾l器和大功率變頻器。

76、變頻器與工藝控制（速度控制）

7、變頻家電目前，中國(guó)的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。

除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費(fèi)、提高家電性能、保護(hù)環(huán)境等受到越來越多的關(guān)注，變頻家電成為變頻器的另一個(gè)廣闊市場(chǎng)和應(yīng)用趨勢(shì)。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機(jī)、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢(shì)。

8四、變頻器的發(fā)展趨勢(shì)

1.向?qū)Ｓ眯头较虬l(fā)展；

2.向人性化方向發(fā)展；

3.易用性不斷提高；

4.功率結(jié)構(gòu)模塊化；

5.智能化；

6.內(nèi)置電抗器減小諧波影響。五、課程的性質(zhì)和任務(wù)“變頻器應(yīng)用技術(shù)”是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)課程，課程的主要任務(wù)是使學(xué)生牢固掌握變頻器應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)和正確安裝使用變頻器的基本技能。9六、課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)的要求

1.涉及面廣變頻器是高科技的產(chǎn)品，技術(shù)含量高；

2.實(shí)踐性強(qiáng)側(cè)重變頻器的外部應(yīng)用；

3.變頻器的選擇、安裝、程序編制需要相互協(xié)調(diào)，細(xì)小的疏忽可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果；

4.學(xué)習(xí)中要處理好以下幾個(gè)關(guān)系：（1）理論分析的基礎(chǔ)性、連貫性與實(shí)用性；（2）與其他專業(yè)課程的關(guān)系：縱向、橫向；（3）具體的應(yīng)用方法與一般的應(yīng)用能力──前者是學(xué)習(xí)的形式，后者是學(xué)習(xí)的目的。105.要求與考核標(biāo)準(zhǔn)（1）課堂要求；（2）作業(yè)要求；（3）成績(jī)?cè)u(píng)定

a、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)成績(jī)；

b、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)；

c、技能測(cè)驗(yàn)成績(jī)；

d、課堂討論成績(jī)；

e、期末試卷成績(jī)；11模塊一：異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及等效電路1、了解異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、類型及銘牌參數(shù)；2、掌握異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)分析法；3、掌握異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理。

本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理難點(diǎn)——旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)學(xué)分析法12一、異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子氣隙轉(zhuǎn)子機(jī)座端蓋轉(zhuǎn)子鐵心軸轉(zhuǎn)子繞組定子鐵心定子繞組鼠籠型繞線型13端蓋風(fēng)扇接線盒機(jī)座定子繞組鼠籠轉(zhuǎn)子軸承軸端環(huán)散熱筋三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖14三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1516鼠籠型轉(zhuǎn)子

導(dǎo)體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可靠簡(jiǎn)單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定。17繞線式轉(zhuǎn)子

接成Y型的三相繞組通過滑環(huán)和電刷與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。18二、異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及銘牌參數(shù)：1、異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)Y

112M—2規(guī)格代號(hào)，表示中心高為112mm，中機(jī)座，2極

產(chǎn)品代號(hào)，表示異步電動(dòng)機(jī)

YR

160S2–4

WF

特殊環(huán)境代號(hào)，W表示戶外用，F(xiàn)表示化工防腐

規(guī)格代號(hào)，表示中心高160mm，短機(jī)座，2號(hào)（長(zhǎng)）鐵心，4極

產(chǎn)品代號(hào)，表示繞線式異步電動(dòng)機(jī)

19額定電壓UN：指加在定子繞組出線端的線電壓。額定電流IN：定子繞組的線電流。額定功率PN：在額定狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率。式中——電動(dòng)機(jī)額定效率額定頻率fN:即工頻50Hz。額定轉(zhuǎn)速nN：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定功率下的轉(zhuǎn)速。（r/min）額定轉(zhuǎn)矩TN：是電動(dòng)機(jī)銘牌上沒有給出的參數(shù)，它指在額定電壓和額定頻率運(yùn)行下，電動(dòng)機(jī)能夠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定輸出的最大轉(zhuǎn)矩。2、異步電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)20ABC~CBAit1AZBXCYNS2NS3NS4NS5NS6NSNSNSNSNSNSNSNSe2,i2ffT,nn1三、異步電動(dòng)機(jī)的工作過程：規(guī)定電流從首端流入、末端流出時(shí)為正。1、當(dāng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子接三相電源時(shí)，在氣隙中產(chǎn)生以同步速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。3、轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流。4、轉(zhuǎn)子繞組在磁場(chǎng)中受力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。21旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

1、在三相對(duì)稱繞組中通入三相對(duì)稱的電流會(huì)在氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（同步速）:

3、改變通入電流的相序（對(duì)調(diào)任意兩根電源線）就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。電網(wǎng)頻率電機(jī)的極對(duì)數(shù)22轉(zhuǎn)差率1、三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速恒小于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，即n<n1，故稱異步電機(jī)。2、轉(zhuǎn)差即轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。3、轉(zhuǎn)差率定義為轉(zhuǎn)差與同步速之比其大小反映了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即23四、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路：1、定、轉(zhuǎn)子分開電路：

異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子（分開）電路異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的能量是通過電磁感應(yīng)得到的，定、轉(zhuǎn)子之間沒有直接的電的聯(lián)系，定、轉(zhuǎn)子側(cè)電路如下圖

242、定、轉(zhuǎn)子統(tǒng)一電路：

異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子（統(tǒng)一）電路

為了便于定量分析定、轉(zhuǎn)子之間的電量關(guān)系，可將定、轉(zhuǎn)子電路統(tǒng)一到一個(gè)電路中，此時(shí)需要進(jìn)行繞組匝數(shù)折算和頻率折算。25五、異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系：

1、定、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：2、磁動(dòng)勢(shì)及電流平衡方程式：26模塊二：異步電機(jī)的電力拖動(dòng)1、掌握異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及穩(wěn)定運(yùn)行條件；2、了解異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與制動(dòng)的方法；3、掌握運(yùn)用機(jī)械特性分析異步電動(dòng)機(jī)變電壓調(diào)速與轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的特點(diǎn)；4、了解調(diào)速的性能指標(biāo)。

本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分析

難點(diǎn)——異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性分析

27一、異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性：是指電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式電機(jī)參數(shù)一定，當(dāng)U1，f1不變時(shí)，T僅與S有關(guān)。機(jī)械特性曲線28感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械特性D:

理想空載點(diǎn)（同步點(diǎn)）C:

額定運(yùn)行點(diǎn)B:

最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)

(拐點(diǎn)）A:

起動(dòng)點(diǎn)臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩理想空載點(diǎn)額定運(yùn)行點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)起動(dòng)點(diǎn)四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)29二、異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)（一）、起動(dòng)1.要求:有不太大的起動(dòng)電流足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩△T很小2．起動(dòng)方法:直接起動(dòng)：起動(dòng)電流大，約為IN的4~7倍適用于小容量的電動(dòng)機(jī)；降壓起動(dòng)：低頻起動(dòng)：降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率自耦變壓器降壓起動(dòng)；串電阻或電抗器降壓起動(dòng)；Y-△降壓起動(dòng)；30（二）、制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)是指電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n方向相反的狀態(tài)。

制動(dòng)方式:

直流制動(dòng)：又稱能耗制動(dòng)，制動(dòng)目的是使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),可用于變頻調(diào)速系統(tǒng)；回饋制動(dòng):又稱再生制動(dòng)，制動(dòng)目的是使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)速運(yùn)行，可用于變頻調(diào)速系統(tǒng)；反接制動(dòng):可使電動(dòng)機(jī)快速停車，通常不用于變頻調(diào)速系統(tǒng)；31將轉(zhuǎn)子中儲(chǔ)存的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并消耗在轉(zhuǎn)子電阻上.1．直流制動(dòng)(1)直流制動(dòng)原理(2)直流制動(dòng)過程：由電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的A點(diǎn)平跳至曲線②的B點(diǎn)，在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下沿著曲線②減速，直到n=0，直流制動(dòng)結(jié)束。(3)實(shí)質(zhì)：322．回饋制動(dòng)(1)回饋制動(dòng)原理(2)回饋制動(dòng)的條件：n>n1(3)回饋制動(dòng)實(shí)例：起重機(jī)在重物下降時(shí)，重物的重力加速度可能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速；變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通過降低頻率來減速時(shí)，在頻率剛剛降低的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速小于實(shí)際轉(zhuǎn)速。●

起重機(jī)下放重物時(shí)：重力作用使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n沿曲線①增加，使n>n1●變頻調(diào)速過程中的瞬間：由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n來不及變化，使n>n1（?1降低后對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速）工作點(diǎn)由A點(diǎn)平跳至C點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)沿曲線②減速。33三、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速：是在負(fù)載沒有改變的情況下，根據(jù)生產(chǎn)過程需要認(rèn)為地強(qiáng)制性地改變拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。調(diào)試方式：變頻

變極調(diào)壓串電阻串級(jí)電磁轉(zhuǎn)差離合器有級(jí)調(diào)速34模塊三：負(fù)載類型本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、掌握負(fù)載的機(jī)械特性。2、了解拖動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)。3、掌握異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原成。4、掌握傳動(dòng)機(jī)變速時(shí)參數(shù)折算的原則與方法。本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——負(fù)載按機(jī)械特性分類難點(diǎn)——拖動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)折算35一、負(fù)載的機(jī)械特性（1）、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負(fù)載的輕重，而和轉(zhuǎn)速大小無關(guān)的負(fù)載。轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)：常數(shù)功率特點(diǎn)：典型應(yīng)用：帶式輸送機(jī)36（2）、恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n成反比，而其功率基本維持不變的負(fù)載。轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)：常數(shù)功率特點(diǎn)：典型應(yīng)用：薄膜的卷取機(jī)械37（3）、二次方律負(fù)載二次方律負(fù)載是指轉(zhuǎn)矩與速度的二次方成正比例變化的負(fù)載。轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)：功率特點(diǎn)：典型應(yīng)用：風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、水泵、螺旋槳38二、電動(dòng)機(jī)的工作制與容量選擇原則

1、電動(dòng)機(jī)的工作制連續(xù)運(yùn)行工作制

斷續(xù)運(yùn)行工作制

短時(shí)運(yùn)行工作制

鼓風(fēng)機(jī)、水泵起重機(jī)水閘門拖動(dòng)系統(tǒng)結(jié)論：即使是同一種電機(jī)，若工作制不同，其出力以及發(fā)熱是不一樣的。392、電動(dòng)機(jī)容量的選擇原則從發(fā)熱方面看，選擇電機(jī)的原則是：從工作制方面看，選擇電機(jī)的原則是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定溫升不能超過其允許溫升對(duì)于連續(xù)工作的負(fù)載來說，不允許電機(jī)過載對(duì)于斷續(xù)、短時(shí)工作的負(fù)載來說，允許電機(jī)短時(shí)間過載40模塊四：電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、了解拖動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)

2、了解電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成

。3、掌握傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變速時(shí)參數(shù)折算的原則與方法。本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——負(fù)載按機(jī)械特性分類

難點(diǎn)——拖動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)折算

41一、拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)：由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械控制設(shè)備電力拖動(dòng)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)力將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給工作機(jī)械的裝置42二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用及系統(tǒng)參數(shù)折算1、傳動(dòng)比：2、折算原則：

各軸所傳遞的機(jī)械功率不變，各軸所儲(chǔ)存的動(dòng)能不變。3、折算方法：

一般將各參數(shù)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上

電動(dòng)機(jī)與負(fù)載并聯(lián)434、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用：

變速轉(zhuǎn)矩、飛輪力矩的傳遞和變換小結(jié)

44

異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速實(shí)訓(xùn)自耦變壓器K1~UNM3~異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路圖實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟1、根據(jù)電路圖制作控制裝置2、怎樣檢查線路3、上電安全規(guī)范、帶電檢查的規(guī)范4、調(diào)壓調(diào)速的具體實(shí)現(xiàn)5、用閃光測(cè)速儀測(cè)量在不同電壓下的轉(zhuǎn)速PE45實(shí)訓(xùn)報(bào)告寫出交流調(diào)速實(shí)訓(xùn)室的安全規(guī)范（上電安全規(guī)范、帶電檢查的規(guī)范、使用實(shí)訓(xùn)室的規(guī)范）寫出測(cè)速儀的使用注意事項(xiàng)自行設(shè)計(jì)表格，將測(cè)速儀測(cè)到的不同轉(zhuǎn)速內(nèi)填入表格內(nèi)。46第二章通用變頻器的原理篇模塊一：通用變頻器的發(fā)展模塊二：通用變頻器的組成原理模塊三：變頻與變壓模塊四：變頻后的電動(dòng)機(jī)特性教學(xué)內(nèi)容47內(nèi)容概要首先了解交流調(diào)速的發(fā)展史及變頻器的種類，然后著重介紹變頻器的組成原理及變壓變頻的方法，最后分析變頻后異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)——變頻器組成及變壓變頻方法、變頻后異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。難點(diǎn)——正弦脈寬調(diào)制（SPWM）原理

。計(jì)劃課時(shí)

10h48模塊一：通用變頻器的發(fā)展1、了解交流調(diào)速的發(fā)展史

2、了解變頻器的類型及應(yīng)用；3、了解變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展方向

本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——通用變頻器的分類難點(diǎn)——通用變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域

49一、交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史

1、直流調(diào)速占絕對(duì)統(tǒng)治地位時(shí)期

2、交流調(diào)速初步發(fā)展時(shí)期

3、交流調(diào)速迅速發(fā)展階段旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組晶閘管可控整流裝置采用雙向晶閘管的帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)幾乎無一例外采用變頻調(diào)速50二、變頻技術(shù)的發(fā)展方向1．變頻智能化：

2．變頻網(wǎng)絡(luò)化：

3．變頻“一體化”：

4．變頻多功能化：

5．變頻“綠色化”：

智能化體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)對(duì)外界侵?jǐn)_及自身“病變”的免疫性，主要表現(xiàn)于系統(tǒng)具有極強(qiáng)的抗干擾能力、容錯(cuò)能力、故障自診斷自排除能力等；二是對(duì)操作人員的友好性，即系統(tǒng)具有極強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自調(diào)整能力。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到變頻調(diào)速系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器之間的通訊及聯(lián)動(dòng)將變頻器與拖動(dòng)電機(jī)“合二為一”，制造成一個(gè)整體，形成真正“變頻電機(jī)”，簡(jiǎn)化調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)“綠色”變頻一直是變頻調(diào)速系統(tǒng)追求的目標(biāo)，靜音、低功耗、無公害污染一直是衡量變頻器性能的重要指標(biāo)。利用變頻調(diào)速技術(shù)可以生產(chǎn)各種電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置51三、變頻器的基本類型變頻器交-交變頻器單相交-直-交變頻器有環(huán)流按輸出波形分按儲(chǔ)能方式分按調(diào)壓方式分電壓型按相數(shù)分按環(huán)流情況分脈幅調(diào)制脈寬調(diào)制三相無環(huán)流正弦波方波電流型1、按變頻的原理分類52變頻器專用變頻器通用變頻器按容量分按調(diào)壓方式分中小容量通用變頻器節(jié)能型變頻器通用型變頻器大容量變頻器2、按變頻的用途分類533、變頻器的工作原理A交-交變頻器B交-直-交變頻器變頻器簡(jiǎn)單工作原理圖54四、變頻器的應(yīng)用1、變頻調(diào)速的節(jié)能2、變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方面的優(yōu)勢(shì)3、以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應(yīng)用風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)應(yīng)用于傳送、卷繞、起重等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域55模塊二：通用變頻器的組成原理1、了解變頻器的各個(gè)組成部分及其作用

2、掌握變頻器的各個(gè)組成部分作用

3、掌握逆變電路的基本原理

本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——變頻器的各個(gè)組成部分作用

難點(diǎn)——三相六階梯波形逆變器的基本原理

56一、交直交變頻器的電路交-直-交變頻器的結(jié)構(gòu)

是將恒壓恒頻的交流電通過整流電路變換成直流，然后再經(jīng)過逆變電路將直流變換成調(diào)壓調(diào)頻的交流電?；緲?gòu)成框圖57交-直-交變頻器的主電路圖交—直—交電壓源型變頻器主電路

58二、交直交變頻器的電路各部分作用整流電路組成：VD1~VD6。功能：將工頻交流電整流為脈動(dòng)直流電。整流原理：二極管整流過程。濾波電路組成：CF。功能：將脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。原理：電容濾波原理、電阻分壓原理。逆變電路組成：V1~V6、VD7~VD12。功能：將直流電變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的三相交流電。逆變?cè)恚篒GBT可控開關(guān)、SPWM原理。指示電路組成：R、HL。59開啟電流吸收電路

組成：RL、SCRL。功能：在電路中加裝RL、SCRL組成的限流電路，起動(dòng)時(shí)RL串入電路，限制CF的充電電流，充電到一定程度后SCRL導(dǎo)通將RL短接制動(dòng)單元組成：VB、RB功能：消耗電動(dòng)機(jī)制動(dòng)過程中的回饋能量，保護(hù)變頻器。輸入端子：R、S、T，連接電源。輸出子：U、V、W，連接電動(dòng)機(jī)。

60三、交直交變頻器的逆變?cè)碇麟娐返哪孀儾糠钟瞄_關(guān)模型來模擬

三相橋式逆變器主電路模型61在一個(gè)周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)三相電壓波形一個(gè)周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)的三相電壓波形圖62在一個(gè)周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)三個(gè)線電壓的波形一個(gè)周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)的三個(gè)線電壓波形圖63門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）結(jié)構(gòu)：GTO是一種多元功率集成器件，它是由十幾個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽極的小GTO元組成。小GTO元內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它的三個(gè)引出極也分別為陽極A、陰極K、門極G。四、變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件伏安特性:

是指GTO的陽極陰極之間電壓和陽極電流關(guān)系。與SCR的特性相似。

導(dǎo)通與關(guān)斷條件：

導(dǎo)通條件與SCR相同，但關(guān)斷時(shí)門極需要負(fù)脈沖。優(yōu)缺點(diǎn)：

屬于電流控制型元件，其缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；關(guān)斷控制易失敗，工作頻率不夠高，一般在10KHz以下。它的優(yōu)勢(shì)在于電壓、電流容量較大，目前其電壓可達(dá)到6000V、電流可達(dá)到6000A，多應(yīng)用于大功率高壓變頻器。64電力晶體管（GTR）結(jié)構(gòu)：?jiǎn)喂蹽TR:與普通的雙極結(jié)型晶體管類似，多采用NPN結(jié)構(gòu)，電氣圖形符號(hào)。

GTR模塊:變頻器用，它是將兩只或四只、六只甚至七只單管GTR或達(dá)林頓式GTR的管芯封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，這樣的結(jié)構(gòu)是為了耐高壓、大電流，開關(guān)特性好。

65導(dǎo)通原理：是一種電流放大器件，有三種基本工作狀態(tài)，即截止、放大、飽和。在變頻電路中，GTR作為開關(guān)器件，應(yīng)在截止（關(guān)）和飽和（開）兩種狀態(tài)之間交替，不允許工作在放大狀態(tài)，否則管子的功耗將增大數(shù)百倍，使管子過熱損壞。優(yōu)缺點(diǎn)：工作頻率較低，一般在5～10KHz。屬于電流驅(qū)動(dòng)型器件，其驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，而且GTR耐沖擊能力差，易受二次擊穿損壞。目前GTR的應(yīng)用一般被絕緣柵雙極晶體管（IGBT）所替代。

特性：GTR的伏安特性曲線表示GTR的基極電壓和集電極電流的關(guān)系。66電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）結(jié)構(gòu)：電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的三個(gè)引出極為：源極S、漏極D、柵極G。變頻器使用的電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般是N溝道增強(qiáng)型，其電氣圖形符號(hào)如圖所示。

67特性：伏安特性曲線反映了輸出電壓uDS和輸出電流iD的關(guān)系，也稱之為輸出特性曲線。

工作特點(diǎn)：柵極電壓uGS控制漏極電流iD：當(dāng)0﹤uGS≤UGS(th)(開啟電壓)時(shí)，管子截止，無iD；當(dāng)uGS﹥UGS(th)

，uDS加正壓，管子導(dǎo)通，；

DS越大則iD越大,在相同的uDS下,uGS越大，iD越大；

uGS與iD的關(guān)系稱為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PowerMOSFET)轉(zhuǎn)移特性。優(yōu)缺點(diǎn)：

MOSFET屬于電壓驅(qū)動(dòng)型器件，輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單；開關(guān)速度快，開關(guān)頻率可達(dá)500KHz以上。缺點(diǎn)是電流容量小，耐壓低。68

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）結(jié)構(gòu)：IGBT是MOSFET和GTR取長(zhǎng)補(bǔ)短相結(jié)合的產(chǎn)物，具有柵極G、集電極C、和發(fā)射極E的三個(gè)引出端。等效電路和電氣圖形符號(hào)。輸入回路：電壓控制型，控制信號(hào)為uGE，輸入阻抗高，柵極電流iG約為零，驅(qū)動(dòng)功率??；輸出回路：為IGBT的主電路，與GTR相同，工作電流為iC。

69特性：IGBT的輸出特性曲線反映了輸出電壓uCE和輸出電流iC的關(guān)系。工作特點(diǎn)

工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，在阻斷狀態(tài)和飽和導(dǎo)通狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，不允許在放大狀態(tài)停留。

六、智能功率模塊（IPM）

70電氣符號(hào)及結(jié)構(gòu)小結(jié)71模塊三：變頻與變壓1、了解變頻器中常用的電力半導(dǎo)體器件

2、掌握變頻與變壓的基本原理

3、掌握變頻變壓實(shí)現(xiàn)方法

本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——變頻與變壓的基本原理難點(diǎn)——變頻變壓實(shí)現(xiàn)方法

72一、變頻與變壓的概念：

1、變頻時(shí)需變壓的原因：改變逆變管的通斷速度就可以改變變頻器的輸出頻率，但頻率改變時(shí)，一般還要同時(shí)變壓。電動(dòng)機(jī)定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：可見要維持不變，需保持等于常數(shù)

但在生產(chǎn)實(shí)際中，既不易觀測(cè)也不易調(diào)節(jié)，而外加電壓調(diào)節(jié)方便，若能通過調(diào)節(jié)外加電壓近似維持主磁通不變，將使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單。73一般情況下，電動(dòng)機(jī)定子電阻與漏抗都很小，因此定子繞組阻抗可忽略不計(jì)。于是，保持不變，就可以近似保持不變，這就是變頻時(shí)需同時(shí)變壓的原因。電壓降2、基頻上調(diào)時(shí)的處理方法：(1)、額定頻率一下的變頻(2)、額定頻率一上的變頻f1=f2U1=UN74二、變壓與變頻方法：

(一)、脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的概念

1．脈沖寬度調(diào)制（縮寫為PWM）技術(shù)

按照一定的規(guī)則和要求對(duì)一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，來得到所需要的等效波形。

2．PWM控制的目的通過對(duì)逆變電路輸出脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，使之與正弦波等效，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)得負(fù)載工作。二、PWM技術(shù)的基本原理

1．PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)采樣控制理論中的面積等效控制原理調(diào)頻時(shí)通過控制輸出脈沖的寬度來調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓

.由N個(gè)等幅而不等寬的矩形脈沖波所形成的波形就和正弦半波等效。

75762．脈寬調(diào)制波SPWM

將一個(gè)正弦波電壓分為N等份，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，脈沖的寬度與正弦波的大小成正比，這樣得到的脈沖列，就是SPWM波。根據(jù)采樣控制理論，N值越高（即脈沖頻率越高），SPWM越接近正弦波，但脈沖頻率一方面受變頻器中開關(guān)器件工作頻率的限制，另一方面頻率太高，電磁干擾增大，要帶來一些新的問題。

3．實(shí)際應(yīng)用中SPWM波的形成

調(diào)制方法:利用載波和調(diào)制波相的比較方式來確定脈寬和間隔調(diào)制波ur:所希望生成的正弦波載波：等腰三角波或鋸齒波774.按照調(diào)制脈沖的極性關(guān)系,PWM逆變電路的控制方式分

單極性控制:

任一時(shí)刻載波與調(diào)制波的極性相同，在任意半個(gè)周期SPWM波單方向變化；ur＞uT時(shí)，有脈沖；ur＜uT時(shí)，無脈沖.雙極性控制：載波雙方向變化，在任意半個(gè)周期SPWM波雙方向變化；ur＞uT時(shí)，正脈沖；ur＜uT時(shí)，負(fù)脈沖

單極性控制:78雙極性SPWM控制(例如變頻器的三相橋式SPWM逆變電路）雙性SPWM控制方式：在任一半個(gè)周期中，SPWM波在正、負(fù)兩個(gè)方向交替變化的控制方式。控制方式：雙極性控制。開關(guān)器件：IGBT。負(fù)載：感性負(fù)載79雙極性SPWM調(diào)制波形80載波uT：U、V、W三相調(diào)制信號(hào)公用。調(diào)制信號(hào)urU、urV、urW：為三相正弦波。調(diào)頻：改變?nèi)嗾{(diào)制信號(hào)urU、urV、urW的頻率，輸出頻率改變?？刂七^程：以U相為例，當(dāng)urU﹥uT時(shí)，給VT1導(dǎo)通信號(hào)，給VT4關(guān)斷信號(hào)，則U相負(fù)載的的輸出電壓uUN′=Ud/2；當(dāng)urU﹤uT時(shí)，給VT4導(dǎo)通信號(hào)，給VT1關(guān)斷信號(hào)，則U相負(fù)載的輸出電壓uUN′=－Ud/2。VT1和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給VT1（VT4）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是VT1（VT4）導(dǎo)通，也可能是二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這由感性負(fù)載中原來電流的大小和方向決定。V相和W相的控制方式和U相相同，只是相位上相差120°。調(diào)頻原理81變頻器的調(diào)壓和調(diào)頻是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)將三相調(diào)制信號(hào)urU、urV、urW的頻率調(diào)低（高）時(shí)，三個(gè)信號(hào)的幅度也相應(yīng)變?。ù螅?，使得調(diào)制信號(hào)的U/?為常數(shù)，或按照設(shè)定的要求變化。若調(diào)制信號(hào)的幅度變小，則變頻器的輸出脈沖寬度變窄，等效電壓變低；若調(diào)制信號(hào)的幅度變大，則變頻器的輸出脈沖寬度變寬，等效電壓變高。

結(jié)論：變頻器的調(diào)壓調(diào)頻過程是通過控制三相調(diào)制信號(hào)的頻率和幅度進(jìn)行的。注意：

同一相上下兩個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求先加關(guān)斷信號(hào)，再延遲△t時(shí)間，才給另一個(gè)施加導(dǎo)通信號(hào)。延遲時(shí)間△t的長(zhǎng)短由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定，但要盡可能短，由于延時(shí)越長(zhǎng)使輸出PWM波偏離正弦波的程度越大。調(diào)壓原理82模塊四：變頻后異步電動(dòng)機(jī)的特性1、掌握由基頻向上調(diào)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的特性及問題的解決方法2、掌握由基頻向下調(diào)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的特性及問題的解決方法

本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)的機(jī)械特性

難點(diǎn)——變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)的機(jī)械特性

的修正方法83一、調(diào)頻、調(diào)壓比稱為調(diào)頻比

—變頻后電機(jī)的端電壓。二、變頻后電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變頻后機(jī)械特性曲線上的特殊點(diǎn)：理想空載點(diǎn)（0，n0x）臨界轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（Tkx,nkx）841、當(dāng)由基頻向下調(diào)時(shí)（）的機(jī)械特性：（1）總體上看，從下調(diào)時(shí)，下移，逐漸減小；附近下調(diào)時(shí)，減小的很少，可近似認(rèn)為當(dāng)調(diào)得很低時(shí)，減小的很快。（2）在(3)

不同時(shí)，臨界轉(zhuǎn)差變化不是很大，所以穩(wěn)定工作區(qū)的機(jī)械特性基本是平行的，且特性較硬。

三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性852、當(dāng)由基頻向上調(diào)時(shí)（）的機(jī)械特性：

（1）向上調(diào)頻時(shí)，上移，大幅減小。（2）減小是按的規(guī)律進(jìn)行的。而實(shí)際上由于高速時(shí)對(duì)計(jì)。過載能力要求不高，常粗略低按（3）臨界轉(zhuǎn)差幾乎不變，但由于減小很多，因此機(jī)械特性斜度加大，特性變軟3、基頻向下調(diào)時(shí)變頻調(diào)速特性的修正：基頻向下調(diào)時(shí)減小的原因

主磁通減小，最大電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小。解決措施適當(dāng)?shù)靥岣遀1/f比，會(huì)近似保持主磁通不變

864、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后變頻調(diào)速的特征：（1）恒轉(zhuǎn)矩特性（2）恒功率特性小結(jié)

87第三章通用變頻器的功能篇模塊一：通用變頻器的的控制模式模塊二：通用變頻器的各種頻率參數(shù)模塊三：通用變頻器的常見功能模塊四：通用變頻器的保護(hù)教學(xué)內(nèi)容88內(nèi)容概要著手先了解變頻控制的兩種方式，著重介紹V/F控制模式。然后重點(diǎn)掌握變頻器各種參數(shù)的意義，最后了解變頻器各種其他功能

。

重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)——V/F控制，頻率參數(shù)意義，PID調(diào)節(jié)功能，過電流保護(hù)功能。難點(diǎn)——V/F控制與矢量控制，PID調(diào)節(jié)功能

。計(jì)劃課時(shí)

10h89模塊一：通用變頻器的控制模式1、了解變頻器常見的幾種控制模式

；2、掌握V/F控制的基本原理及U/f曲線的選擇法；3、了解矢量控制的基本思想，掌握矢量控制的特點(diǎn)與要求。本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——V/F控制的基本原理及U/f曲線的選擇方法

難點(diǎn)——矢量控制的原理

90一、V/F控制功能：1、V/F控制概念V/F控制（也稱轉(zhuǎn)矩提升）是指通過提高U/f比來補(bǔ)償由于下調(diào)而造成的最大轉(zhuǎn)矩下降。完全補(bǔ)償?shù)腣/F控制：

補(bǔ)償過分的后果：

使電機(jī)主磁通增大

=2、V/F控制功能的選擇91（1）U/f曲線的種類：a、基本U/f控制曲線：沒有轉(zhuǎn)矩提升。

基本U/f控制曲線b、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償U(kuò)/f控制曲線：適用于低速時(shí)仍需要較大轉(zhuǎn)矩的負(fù)載

92轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償U(kuò)/f控制曲線c、負(fù)補(bǔ)償U(kuò)/f控制曲線：適用于風(fēng)機(jī)、泵類等平方律負(fù)載，這類負(fù)載低速時(shí)轉(zhuǎn)矩很小，即使不補(bǔ)償，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩足以帶動(dòng)負(fù)載，并且還有富裕，從節(jié)能角度考慮，可以采用負(fù)補(bǔ)償U(kuò)/f控制曲線。93負(fù)補(bǔ)償U(kuò)/f控制曲線

d、分段補(bǔ)償?shù)腢/f控制曲線：

U/f曲線由幾段組成，每段的U/f值由用戶自行設(shè)定,適合于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大致成比例的負(fù)載，在低速時(shí)補(bǔ)償少，在高速時(shí)補(bǔ)償大。94

分段補(bǔ)償?shù)腢/f控制曲線（2）選擇U/f控制曲線的操作方法主要考慮以下幾條原則：95根據(jù)負(fù)載的需要，能保證低速時(shí)有足夠的電磁轉(zhuǎn)矩.在最重工況下，U/f比應(yīng)適當(dāng).若所帶負(fù)載經(jīng)常變化，按最重工況選擇的U/f曲線應(yīng)經(jīng)過電機(jī)空載或輕載運(yùn)行檢驗(yàn),在低速運(yùn)行時(shí)不至于使定子電流過大而導(dǎo)致變頻器跳閘。二、矢量控制：

1、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特征：調(diào)速性能好

直流電動(dòng)機(jī)電磁關(guān)系簡(jiǎn)單，控制方便

96直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1—主磁極2—電刷，換向器3—電樞4—?jiǎng)?lì)磁繞組ΦM—主磁通ΦA(chǔ)—電樞磁通972、矢量控制的基本思想：由對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的分析受到啟發(fā)，能否將三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成兩個(gè)相互垂直的分量，其中一個(gè)為勵(lì)磁分量(相當(dāng)于直流電機(jī)中的勵(lì)磁電流IM)

另一個(gè)為轉(zhuǎn)矩分量（相當(dāng)于直流電機(jī)中的電樞電流Ia)，二者之間完全解耦

(a)三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(b)二相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖坐標(biāo)的3/2變換98合成磁動(dòng)勢(shì)就是由兩個(gè)相互垂直的直流繞組電流產(chǎn)生的，我們把這種變換叫旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)變換(a)繞組靜止(b)繞組旋轉(zhuǎn)圖靜止—旋轉(zhuǎn)（交—直）變換99經(jīng)過前面3/2變換與旋轉(zhuǎn)變換(VR)后，三相交流異步電動(dòng)機(jī)就可以等效成一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)了

三相交流異步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖3、矢量控制的結(jié)構(gòu)圖：100矢量控制的結(jié)構(gòu)圖經(jīng)過以上分析，我們可設(shè)計(jì)如下的矢量控制結(jié)構(gòu)圖“無反饋”是指不需要由用戶在變頻器外部再增設(shè)反饋環(huán)節(jié)，而矢量控制時(shí)變頻器內(nèi)部還是有反饋環(huán)節(jié)的。1014、矢量控制的要求：（1）矢量控制的給定：a、首先應(yīng)選擇“矢量控制”模式有效b、在選擇矢量控制后，還需輸入電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)（2）矢量控制的要求：a、一臺(tái)變頻器只能帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。b、電動(dòng)機(jī)的極數(shù)要按說明書的要求。一般為4極c、電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)與變頻器相當(dāng)，最多差一個(gè)等級(jí)d、變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的連線一般在30米以內(nèi)（3）使用矢量控制的注意事項(xiàng)：a、矢量控制時(shí)，可以選擇有、無速度反饋b、頻率顯示為給定頻率102模塊二：通用變頻器的各種頻率參數(shù)1、掌握變頻器各種頻率參數(shù)

；2、掌握變頻器加、減速方式及要求；3、了解變頻器一些常見設(shè)置

本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——變頻器各種頻率參數(shù)

難點(diǎn)——變頻器的程序控制103一、各種基本的頻率參數(shù)：1、給定頻率與輸出頻率給定頻率

輸出頻率

2、基頻及基頻電壓基頻

基頻電壓

3、轉(zhuǎn)矩提升是指在頻率為零時(shí)補(bǔ)償電壓的值。有些變頻器采用V/F控制時(shí)，其內(nèi)部沒有設(shè)置U/f曲線，需要用戶預(yù)置此值。104基頻與轉(zhuǎn)矩提升4、上、下限頻率105上限頻率fH：允許變頻器輸出的最高頻率。下限頻率fL：允許變頻器輸出的最低頻率。設(shè)置fH、fL的目的：限制變頻器的輸出頻率范圍，從而限制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，防止由于錯(cuò)操作造成事故。設(shè)置fH、fL后變頻器的輸入信號(hào)與輸出頻率之間的關(guān)系。X指輸入模擬量信號(hào)，電壓或電流。

X≤XL時(shí)，f=fL；XL≤X≤XH

時(shí)，f隨X的變化而成正比的變化；X≥XH時(shí)，f=fH；變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)采用低頻起動(dòng)，為了保證電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)而又不過流，變頻器須設(shè)定加速時(shí)間。電動(dòng)機(jī)減速時(shí)間與其拖動(dòng)的負(fù)載有關(guān)，有些負(fù)載對(duì)減速時(shí)間有嚴(yán)格要求（舉例），變頻器須設(shè)定減速時(shí)間。1065、跳躍頻率亦稱“回避頻率”，是指不允許變頻器連續(xù)輸出的頻率

跳躍頻率設(shè)置回避頻率的必要性：避免系統(tǒng)共振1076、點(diǎn)動(dòng)頻率生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)試時(shí)一般要點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，以觀察拖動(dòng)系統(tǒng)個(gè)部分是否運(yùn)轉(zhuǎn)良好。點(diǎn)動(dòng)頻率可以事先預(yù)置，運(yùn)行前只要選擇點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行模式即可。

7、載波頻率載波頻率越高，電流的平滑性好，但對(duì)其它設(shè)備干擾增大

二、加速與起動(dòng)：1、加速時(shí)間加速時(shí)間太短則容易導(dǎo)致過電流2、加速方式（1）線性加速：若負(fù)載對(duì)加速無特殊要求，一般采用這種加速方式

108線形加速方式（2）S形加速：適合應(yīng)用于帶式運(yùn)輸機(jī)以及電梯、地鐵等負(fù)載

S形加速曲線

109（3）半S形加速：有兩種形式，一種是前半段線形，后半段S形，適用于風(fēng)機(jī)、泵類等負(fù)載；另一種是前半段為S形，后半段為直線形，適用于慣性較大的負(fù)載

半S形加速曲線1103、起動(dòng)頻率電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)時(shí)的頻率。對(duì)慣性較大或摩擦轉(zhuǎn)矩較大的負(fù)載，需要增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可設(shè)置起動(dòng)頻率大一些。設(shè)置起動(dòng)頻率的原則是：在起動(dòng)電流不超過允許值的情況下，拖動(dòng)系統(tǒng)能夠順利起動(dòng)為宜。三、減速與制動(dòng)：1、減速時(shí)間與減速方式2、直流制動(dòng)四、多功能端子：111三菱FR—A540端子說明

112五、多檔轉(zhuǎn)速頻率的控制變頻器可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，實(shí)行多檔轉(zhuǎn)速控制。利用輸入端子RH、RM、RL開關(guān)狀態(tài)的組合可以輸出23=8種不同的轉(zhuǎn)速（包括零速）；若定義某個(gè)多功能輸入端子REX，則可輸出24=16種不同的轉(zhuǎn)速。六、程序控制程序控制，有些變頻器中也稱簡(jiǎn)易PLC控制。對(duì)于一個(gè)需要多種速度的拖動(dòng)系統(tǒng)，多檔轉(zhuǎn)速選擇可以由外部控制來切換，也可依靠變頻器內(nèi)部的定時(shí)器自動(dòng)執(zhí)行。113模塊三：通用變頻器的常見功能1、了解變頻器的各種常見功能

；2、掌握PID的參數(shù)設(shè)置及其調(diào)節(jié)方法；3、了解自動(dòng)電壓調(diào)整及電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)調(diào)整概念；本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——PID功能的調(diào)節(jié)與參數(shù)設(shè)置

難點(diǎn)——電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整114一、節(jié)能運(yùn)行功能

異步電機(jī)以固定的轉(zhuǎn)速拖動(dòng)固定的負(fù)載時(shí)，其定子電流I1與定子電壓Ux之間的關(guān)系為U形工作特性曲線。

異步電動(dòng)機(jī)U形工作特性曲線

115二、PID控制功能：1、PID控制功能簡(jiǎn)述（1）控制原理：PID控制框圖116（2）接線實(shí)例：（漏型邏輯）

PID控制接線圖

117（3）PID參數(shù)設(shè)置

項(xiàng)目輸入說明設(shè)定值通過端子2與5設(shè)定0V為0%，5V為100%當(dāng)Pr.73設(shè)定為“1、3、5、11、13或15時(shí)（端子2設(shè)定為5V）設(shè)定0V為0%，10V為100%當(dāng)Pr.73設(shè)定為“0、2、4、10、12或14時(shí)（端子2設(shè)定為10V）設(shè)定值Pr.133在Pr.133中設(shè)定設(shè)定值偏差信號(hào)通過端子1與5設(shè)定-5V為-100%，0V為0%，+5V為+100%當(dāng)Pr.73設(shè)定為“2、3、5、12、13或15時(shí)（端子1設(shè)定為5V）設(shè)定-10V為-100%，0V為0%，+10V為+100%當(dāng)Pr.73設(shè)定為“0、1、4、10、11或14時(shí)（端子1設(shè)定為10V）反饋值端子4與54mA相當(dāng)于0%，20mA相當(dāng)于100%輸入端子設(shè)定說明表118(4)設(shè)定值的輸入校正、傳感器的輸出校正：

a、設(shè)定值輸入校正b、傳感器輸出校正2、比例系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響：（1）比例系數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響（2）積分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響（3）微分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響119三、自動(dòng)電壓調(diào)整：

很多變頻器稱之為AVR功能，若電源電壓下降導(dǎo)致變頻器帶載能力下降時(shí)，可選擇AVR功能有效，此時(shí)變頻器會(huì)自動(dòng)提高其輸出電壓，保證電動(dòng)機(jī)的帶載能力不變

四、瞬間停電再啟動(dòng)：該功能的作用是在發(fā)生瞬間停電又復(fù)電時(shí)，變頻器仍能按照原定的工作條件自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，從而避免復(fù)位、再啟動(dòng)等煩瑣操作，一般瞬間停電時(shí)間在2秒之內(nèi)時(shí)可以選用該功能。五、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整：120測(cè)試步驟：1、選擇矢量控制2、選擇自動(dòng)調(diào)整方式為“用”3、變頻器接通電源空轉(zhuǎn)一會(huì)兒，有的變頻器需先后對(duì)電動(dòng)機(jī)施加加速、減速和停止等操作，從而將電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電阻與電感等參數(shù)計(jì)算出來并自動(dòng)保存。

六、變頻器與工頻電源的切換當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障，或因生產(chǎn)需要，可以由變頻切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行。大多數(shù)變頻器由變頻到工頻的切換依賴以下兩種信號(hào)：1、報(bào)警輸出；2、頻率到達(dá)輸出。121模塊四：通用變頻器的保護(hù)1、了解變頻器過電流、過電壓與欠電壓產(chǎn)生的原因

；2、了解變頻器其他常見保護(hù)的基本原理；3、掌握變頻器過電流、過電壓與欠電壓處理方法

；本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——變頻器過電流、過電壓與欠電壓處理方法難點(diǎn)——變頻器過電流、過電壓與欠電壓產(chǎn)生的原因

122一、過電流保護(hù)1、過電流的原因：主要有兩種，一種是加、減速過程中由于時(shí)間設(shè)置不當(dāng)造成的過電流；另一種就是在恒速運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載或變頻器的工作異常而引起的過電。

2、采取的對(duì)策：對(duì)特別嚴(yán)重的過電流，如變頻器內(nèi)部短路，變頻器是需要立即跳閘的

所謂失速防止就是用戶根據(jù)變頻器的額定電流IMN以及負(fù)載情況設(shè)置一個(gè)電流限幅值Iset,一般取Iset=150%IMN。

加速時(shí)的失速防止

恒速時(shí)的失速防止

123

加速時(shí)的失速防止

124

恒速時(shí)的失速防止

125二、對(duì)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)

過載保護(hù)需要反時(shí)限特性，熱繼電器的反時(shí)限特性與電動(dòng)機(jī)溫升曲線配合得并非十分理想，變頻器中可以很方便地設(shè)置反時(shí)限曲線，提高保護(hù)性能。三、過電壓保護(hù)

1、產(chǎn)生過電壓的原因：（1）電源浪涌過電壓（2）減速時(shí)間設(shè)置過短造成過電壓2、對(duì)策：（1）對(duì)電源過電壓一般設(shè)置上限不超過電源額定電壓的10%，若超過，變頻器將會(huì)跳閘。（2）對(duì)減速時(shí)間設(shè)置過短造成的過電壓，將通過延長(zhǎng)減速時(shí)間來緩解，與過電流的失速防止相似。126四、欠電壓保護(hù)與瞬間停電處理：欠電壓保護(hù)是檢測(cè)中間直流環(huán)節(jié)的電壓，若達(dá)不到設(shè)定要求，變頻器將會(huì)跳閘。對(duì)電源的瞬間停電，現(xiàn)代變頻器大都提供了瞬間停電再啟動(dòng)功能。停電時(shí)間小于td的，保護(hù)功能沒有被激活，變頻器繼續(xù)有輸出；停電時(shí)間td<t0<tc，按瞬間停電再啟動(dòng)處理；五、其他保護(hù)功能：1、散熱片的過熱保護(hù)：2、制動(dòng)電路異常保護(hù)：3、變頻器內(nèi)部工作錯(cuò)誤保護(hù)：4、外部報(bào)警輸入功能：小結(jié)127第四章通用變頻器的控制電路篇模塊一：通用變頻器的外接主電路及操作運(yùn)行模塊二：通用變頻器的外接給定電路模塊三：通用變頻器的外接控制電路教學(xué)內(nèi)容128內(nèi)容概要本章首先簡(jiǎn)要介紹變頻器外接主電路與主要電器的選擇，然后著重講解變頻器的操作面板與變頻器的預(yù)置與運(yùn)行，接著闡述變頻器外接給定電路的形式以及相關(guān)預(yù)置，最后重點(diǎn)介紹變頻器外接控制電路。本章是該課程的重點(diǎn)

重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)——變頻器的操作與運(yùn)行；變頻器的給定電路；變頻器外接控制電路

。難點(diǎn)——變頻器的操作與運(yùn)行；頻率給定線的設(shè)置；變頻器變頻與工頻程序自動(dòng)切換電路；PLC多檔轉(zhuǎn)速控制電路。計(jì)劃課時(shí)

20h（課堂教學(xué)10h+實(shí)驗(yàn)10h）129模塊一：通用變頻器的外接主電路及運(yùn)行1、掌握變頻器外接主電路

2、掌握變頻器外接主電路主要電器的選擇方法

3、了解變頻器鍵盤上各個(gè)鍵的功能4、掌握變頻器運(yùn)行前的操作步驟與操作方法本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：本節(jié)學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：重點(diǎn)——變頻器運(yùn)行前的操作方法難點(diǎn)——變頻器各個(gè)功能鍵的作用130一、外接主電路結(jié)構(gòu)：1、主電路：變頻器外接主電路1312、和工頻切換的主電路：切換控制的主電路132二、主要電器的選擇1、空氣斷路器的選擇：對(duì)單獨(dú)控制的主電路對(duì)變頻工頻切換電路2、接觸器的選擇：（1）輸入接觸器（KM1）：（2）輸出接觸器（KM3）：（3）工頻接觸器（KM2）：比電動(dòng)機(jī)額定電流加大一個(gè)檔次

1333、保護(hù)電器的選擇：1、熔斷器：類似于空氣斷路器2、熱繼電器：發(fā)熱元件的額定電流應(yīng)滿足4、主電路線徑的選擇：電源與變頻器之間的連接導(dǎo)線變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的連接導(dǎo)線134二、變頻器的操作與運(yùn)行

1、變頻器的操作面板與顯示135發(fā)光二極管含義說明Hz顯示頻率時(shí)，燈亮變頻器的顯示內(nèi)容可以是輸出頻率、電壓、電流中的任意一個(gè)V顯示