变频器初步培训材料EMERSON

1、1.1,变频器定义,变频器是把工频电源,50Hz,或,60Hz,变换成各种频,率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制；整流电路将交,流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输,出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电,变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达,到调速的目的,1.2,变频器分类,按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器,和电流型变频器,按照开关方式分类，可以分为,PAM,控制变频器,PWM,控制变频器和高载频,PWM,控制变频器,按照工作原理分类，可以分为,V/f,控制变频器、转差,频率控制变频器和矢量控制变频器等,按照用途分类，可

2、以分为通用变频器、高性能专用,变频器；高压变频器、低压变频器；单相变频器和,三相变频器等,1.3,变频器的发展,变频器是应交流电动机无级调速的需求而,诞生的,变频器是在电力电子技术的发展的基础上,发展起来的,1.3.1,为什么要调速,1,以节能为目的,风机、水泵都是用交流电动机，由于负荷的变化,需要调节流量，过去由于交流电动机不能调速,只能使用阀门、挡板、回流（再循环门）等措施,来调节风量和水的流量。造成很大的电能浪费,2,以提高产品质量、提高生产率为目的,由于生产工艺上需要调速的生产机械来提高产品,质量，如柠檬酸厂三效、四效养晶泵要求调速,以控制柠檬酸晶体的质量,由于煤的品种、热值的不同，锅

3、炉给粉机的转速,需要及时调整以适应燃烧的变化,1.3,2,常用的调速方法,1,直流电动机调速,2,液力耦合器调速方法,3,变极对数调速方法,4,串级调速方法,5,绕线式电动机转子串电阻调速方法,6,电磁调速电动机调速方法,7,变频调速方法,1,直流电动机调速,由于直流电动机转矩容易控制，直流调速系,统具有启动、制动性能好，调速范围广、静,差小、稳定性好等优点。晶闸管整流装置的,应用是直流电动机在自动调速系统中占据主,导地位,缺点：直流电动机的单机容量、最高电压,最高转速、过载能力都受到机械换向的制约,135,机组燃料卸船机主、副扬、小车使用,2,液力耦合器调速方法,液力耦合器是一种液力传动装置

4、，一般由泵轮和涡轮组成,它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作,液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于,其中的液体受,叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时,就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转,液力耦合器的动力转输能力,与壳内相对充液量的大小是一,致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮,转速，作到无级调速,其特点为,功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功,率的需要,结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低,尺寸小，能容大,控制调节方便，容易实现自动控制,5,6,7,炉的送、引风机，排粉风机使用,3,变极对数调速方法,这种

5、调速方法是用改变定子绕组的接线方式,来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的,特点如下,具有较硬的机械特性，稳定性良,好,无转差损耗，效率高,接线简单、控制,方便、价格低,有级调速，级差较大，不能,获得平滑调速,本方法适用于不需要无级调,速的生产机械，如金属切削机床、升降机,起重设备、风机、水泵等,3,机甲循泵用,4,串级调速方法,串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电,势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率,被串入的附加电势所吸收，再利用产生,附加的装置，把吸,收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率,吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调

6、,速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为,可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率,较高,装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额,定转速,70,90,的生产机械上,调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产,晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大,135,机组,8,9,炉送、引风机内反馈电动机用,5,绕线式电动机转子串电阻,调速方法,绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电,动机的转差率加大，电动机在较低的转速下,运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低,此方法设备简单，控制方便，但转差功率以,发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机,械特性较软,60MW

7、,装卸桥、干煤棚行车主、副扬，大,小车上用,6,电磁调速电动机调速方法,电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制,器）三部分组成,直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改,变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小,电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有,机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由,电动机带动；磁极用,联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均,为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对,N,S,极交替的磁极，其磁通经过电枢。当,电枢随拖动电动机旋转时，由于电,枢与磁极间相对

8、运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作,用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速,恒低于电枢,的转速,N1,这是一种转差调速方式，改变转差离合器的直流励磁电流,便可改变离合器的输出转矩和转速,电磁调速电动机的调速特点,装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便,调速平滑、无级调速,对电网无谐波影响,速度损失大、效率低,本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械,60MW5,6,炉给粉、给煤机用,7,变频调速方法,变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变,其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是,提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流,交流变频器

9、和交流交流变频器两大类，目前国,内大都使用交直交变频器,其特点,效率高，调速过程中没有附加损耗,应用范围广，可用于笼型异步电动机,调速范围大，特性硬，精度高,技术复杂，造价高，维护检修困难,本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合,1.3.3,电力电子技术的发展,过去为晶闸管变流技术，现在为电力电子技术,20,世纪,60,年代以后，电力电子器件经历了,SCR,晶闸管,GTO,门极可关断晶闸管,BJT,双极型功率晶体管,MOSFET,金属氧化物场效应管,SIT,静电感应晶体管,SITH,静电感应晶闸管,MGT(MOS,控制晶体管,MCT(MOS,控制晶闸管,IGBT,绝缘栅双极型晶体管,HVIG

10、BT,耐高压绝缘栅双极型晶闸管,的发展过程，器件的,更新促进了电力电子变换技术的不断发展,20,世纪,70,年代开始，脉宽调制变压变频,PWM,VVVF,调,速研究引起了人们的高度重视,20,世纪,80,年代，作为变频,技术核心的,PWM,模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并,得出诸多优化模式，其中以鞍形波,PWM,模式效果最佳,20,世纪,80,年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的,VVVF,变频器已投入市场并获得了广泛应用,1.3.4,电力电子器件的分类,电力电子器件分类：可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器,件，其中,1,晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件,中最

11、高；,2,电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠,3,还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中,GTO,GTR,为电流驱动型器件,IGBT,电力,MOSFET,为电压驱动型器件,IGBT,优点：开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力,通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小；缺点：开关速,度低于电力,MOSFET,电压，电流容量不及,GTO,GTR,优点：耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低,缺点：开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存,在二次击穿问题,GTO,优点：电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效,应，其通流

12、能力很强；缺点：电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电,流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低,电力,MOSFET,优点：开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱,动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题；缺点,电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过,10kW,的电力电子装置,制约因素：耐压，电流容量，开关的速度,IGBT,为变频调速普及奠定了基础,20,世纪,80,年代末，绝缘栅双极型晶体管,IGBT,的开发成功，使变频器在许多方面得到了,较大的提高,绝缘栅双极型晶体管,IGBT,是场效应晶体管,MOSFET,和电力晶体管,GTR,相结合的产物,其主体部分与

13、,GTR,相同，也有集电极,C,和发射极,E,而控制极的结构却与,MOSFET,相同,是绝缘栅结构，也称为栅极,G,如图,1-11(a,所示。其工作特点如下,控制部分,控制信号为电压信号,uGE,栅极与发射极之间的输入阻抗很大，故信号电流与驱动功率,控制功耗,都很小,主体部分,因为与,GTR,相同，额定电压与电流容易做得较大，故在中小容量的变频器中,IGBT,已经,完全取代了,GTR,就是说,IGBT,是一种以极小的控制功率来控制大功率电路的器件,变频器所用的,IGBT,管，通常已经制作成各种模块,其主要特点如下,载波频率高,大多数变频器的载波频率可在,3,15)kHz,的范围内任意可调，电流

14、波形大为改善,载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，电流波形十分接近于正弦波，故电磁噪声减小,而电动机的转矩则增大,功耗减小,由于,IGBT,的驱动电路取用电流小，几乎不消耗功率,瞬间停电可以不停机,这是因为,IGBT,的栅极电流极小，停电后，栅极控制电压衰减较慢,IGBT,管不会立即进,入放大状态。故在瞬间停电或变频器因误动作而跳闸后，允许自动重合闸，而可以不必跳,闸，从而增强了对常见故障的自处理能力,可以说,IGBT,为变频调速的迅速普及和进一步提高奠定了基础,2.0,变频器原理,调速的基本原理基于以下公式,式,1,中,n1,同步转速,r/min);f1,定子供电电源频率,Hz);P,磁极

15、对数,一般异步电机转速,n,与同步转速,n1,存在一个滑差关系,式,2,中,n,异步电机转速,r/min);S,异步电机转差率,由,2,式可知，调速的方法可改变,f1,P,S,其中任意一种达到，对异步电,机最好的方法是改变频率,f1,实现调速控制,由电机理论，三相异步电机每相电势的有效值与下式有关,式,3,中,E1,定子每相电势有效值,V);f1,定子供电电源频率,Hz);N1,定子绕组有效匝数,m,定子磁通,Wb,由,3,式可分成两种情况分析,1,在频率低于供电的额定电源频率,50Hz,时属于恒转矩调速,变频器设计时为维持电机输出转矩不变，必须维持每极气隙磁通,m,不变，从,3,式可知，也就

16、是要使,E1/f1,常数。如忽略定子漏阻抗,r1,压,降,U1=EI+I1(r1+jx1) E1,可以认为供给电机的电压,U1,与频率,f1,按相同比例变化，即,U1/f1,常数,但是在频率较低时，定子漏阻抗压降已不能忽略，因此要人为地提高,定子电压，以作漏抗压降的补偿，维持,E1/f1,常数,2,在频率高于供电的额定电源频率,50Hz,时属于恒功率调速,当频率,50Hz,时，由于,U1,不能超过额定电压，当频率升高，转速升,高，气隙磁动势减弱，最大转矩减小，输出功率基本不变。属于弱磁恒,功率调速,2.1,变频器常用的控制方式,1,经典,V/f,控制（标量控制）原理,2,转差频率控制原理,3,

17、矢量控制,VC,原理,4,直接转矩控制,DTC,原理,1,V/f,控制,V/f,控制是为了得到理想的转矩,速度特性，基于在改变电源频率进行调,速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器,基本上都采用这种,V/f,协调控制方式,V/f,控制变频器结构非常简单，但,是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，这种控制,方式在低频时由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著,故造,成输出最大转矩减小。因此，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低,频转矩特性,转矩补偿的基本原理,为了使,E1/f1,const,的条件得到满足，以维持磁通,m,基本不变，人们,首先想到的办

18、法便是,频率下降时，在,U1/f1,const,的基础上增加,u,适当提高,U1/f1,的比值，以补偿阻抗压降,U,在,U1,中所占比例增大的影,响。这种方法称为转矩补偿或电压补偿，也叫转矩提升。因为是通过改,变,U/f,比来实现的，故通常称为,V/F,控制法,V/F,控制通用型变频器一般采用两种方式实现转矩提升功能：一种是在,存储器存入多种,V/F,函数的不同曲线，供用户选择；二种是根据电流的,大小自动补偿定子电压,由于在频率较高部分，实际上常不需要补偿。因此，用户可预置需要补,偿的转折频率,ft,同时预置一个起始电压即可,2,转差频率控制,转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式,它是在,

19、V/f,控制的基础上，按照知道异步电动机的实,际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来,调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应,的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安,装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电,流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以,使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和,负载变动有良好的响应特性,目前高性能变频器已经不需要安装速度传感器。下,面为西门子转差频率控制变频器框图,转差频率控制框图,3,矢量控制,VC,交流传动在高性能场合的应用始于矢量控制概念的引入，包括直接磁场,定向与间接磁场定向控制。这一概念早在,60,年代就已出现，并由,Sie

20、mens,的,Blaschke,博士于,1972,年正式提出,矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流,iA,iB,iC,通过三相,二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流,i,i,再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的,直流电流,IM,IT(IM,相当于直流电动机的励磁电流,IT,相当于与转矩成,正比的电枢电流,然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的,控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制,矢量控制从基本原理上讲能够获得优异的动静态特性，但是对电机参数,的敏感性却成为实际应用中必须解决的问题。驱动器通过启动前的自整,定以及运行过程

21、中的在线整定，适应电机参数变化，保持矢量控制的动,静态性能，这些复杂的自适应控制算法都必须通过强大的信号处理器才,能完成。其关键技术是在进行矢量控制时如何获得准确的速度信号，特,别是在低速。通常是用直接计算、参数识别、状态估计、间接测量等手,段，根据电机定子较易测量的定子电压、电流，计算出与速度有关的量,从而得到转子速度并将其用于速度反馈系统之中，由于采用高性能的,CPU,和电动机控制,ASIC,而进行高速处理，故在极低速度下提高了转矩特,性，改善了速度响应,无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制,理论发展而来的,无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想,是根据输入的电动机的铭牌参数

22、，按照一定的关系,式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通,和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组,上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电,流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而,实现矢量控制,目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动,机参数自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通,用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以,自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识,结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异,步电动机进行有效的矢量控制,矢量控制,VC,框图,4,直接转矩控制,DTC,对于直接转矩控制来说，它由德国鲁尔大学的,M.Depenbrock,教授和日,本

23、的,I.T,akahashi,于,1985,年首先分别提出的。对于磁链圆形的直接转矩,控制来说，其基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持,其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩的条件下，通过控制电机的瞬时,输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变它对转子的瞬时,转差率，达到直接控制电机输出的目的。在控制思想上与矢量控制不同,的是直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复,杂的坐标变换，因此具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等,优点,由于直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型。控,制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机

24、,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算,它不需要模仿直流电动机的,控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型,直接转矩控制是基于静止坐标系,下来进行控制的，通过检测定子两相电,流、直流母线电压和电机转速,在无速度传感器,DTC,中不需要测速,进行,定子磁链观测和转矩计算，使二者分别与定子磁链给定和转矩给定相减,其差值又分别通过各自的滞环相比较，输出转矩和磁链的增、减信号,把这两个信号输入优化矢量开关表，再加上定子磁链所在的扇区就得到,了满足磁链为圆形、转矩输出跟随转矩给定的电压矢量。磁链和转矩的,滞环可以设置多级，并且其宽度可变，滞环宽度越小，开关频率越高,控制越精确,直接转矩控制,DT

25、C,框图,直接转矩控制是一个最优电机控制方法。它基于在,电机启动期间所建立的精确的电机模型，在首次启,动电机时，会自动进行电机励磁识别；期间，电机,在零速时励磁数秒钟以建立电机模型。所以它从零,速开始不使用电机轴上脉冲码盘反馈就可实现电机,速度和转矩的精确控制。在,DTC,中，定子磁通和转,矩被作为控制变量，高速数学信号处理器,DSP,与先,进的电机软件模型相结合，使电机状态实际值和给,定值的比较不断被更新，逆变器的每一次开关状态,都是单独确定。这意味着传动可以产生最佳的开关,组合，并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化作出快,速响应。因此，在,0,0.5Hz,时就有,150,200,Mn,的起动力

26、矩，电路也较矢量控制简单,2.2,变频器结构框图,2.2.1,变频器主要是,由主电路、控制电路组成,1,主电路,主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变,换部分，变频器的主电路大体上可分为两类,电压型,是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路,的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交,流的变频器，其直流回路滤波是电感,主电路由三部分构成，将工频电源变换为直流功率,的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压,脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流,功率的“逆变器,1,主电路,1,整流器：最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管,变流器构成可

27、逆变流器，由于其功率方向可逆，可,以进行再生运转,2,平波回路：在整流器整流后的直流电压中,含有电源,6,倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的,脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量,小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省,去电感采用简单的平波回路,3,逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功,率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间,使,6,个开关器件导通、关断就可以得到,3,相交流输出,2,控制电路,控制电路是给异步电动机供电（电压、频率,可调）的主电路提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路,主电路的“电压、电流检测电路,电动

28、机的“速度检测电路,将运算电路的控制信号进行放大的“驱,动电路,以及逆变器和电动机的“保护电路”组,成,2,控制电路,1,运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的,电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频,率,2,电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压,电流等,3,驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔,离使主电路器件导通、关断,4,速度检测电路,以装在异步电动机轴机上的速度检测器,tg,plg,等,的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令,和运算可使电动机按指令速度运转,5,保护电路,检测主电路的电压、电流等，当发生过载或,过电压等异常时，为了防止逆变器和异步

29、电动机损坏，使逆,变器停止工作或抑制电压、电流值,3.0,变频器的控制技术,PWM,控制技术是变频器的核心技术。也是目前,应用较多的技术,PWM,控制技术就是对逆变器半导体开关器件的,导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值,相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正,弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉,冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压,的大小，也可改变输出频率,随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术,的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM,控制技术获,得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种,PWM,控制技术,3.1,等脉宽,PW

30、M,法,等脉宽,PWM,法是把每一脉冲的宽度均相等的,脉冲列作为,PWM,波，通过改变脉冲列的周期,可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调,压，采用适当控制方法即可使电压与频率协,调变化,3.2,正弦波,PWM,法,SPWM,法,SPWM(Sinusoidal PWM,法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的,PWM,法,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的,PWM,波形即,SPWM,波形控制逆,变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦,波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电,路输出电压的频率和幅值。该方法的实现有以下几种方案,1,等面积法

31、,该方案实际上就是,SPWM,法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的,矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存,于微机中，通过查表的方式生成,PWM,信号控制开关器件的通断，以达到预期,的目的。由于此方法是以,SPWM,控制的基本原理为出发点，可以准确地计算,出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在计算繁,琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点,2,硬件调制法,硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理就是把所希,望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得,到所期望的,PWM,波形。通常采用等腰三角波作为

32、载波，当调制信号波为正弦,波时，所得到的就是,SPWM,波形。其实现方法简单，可以用模拟电路构成三,角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻,对开关器件的通断进行控制，就可以生成,SPWM,波。但是，这种模拟电路结,构复杂，难以实现精确的控制,3,软件生成法,由于微机技术的发展使得用软件生成,SPWM,波形变得比较容易，因此，软件,生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有,两种基本算法，即自然采样法和规则采样法,3.3,电流控制,PWM,电流控制,PWM,的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实,际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬

33、时值的比较来决定各开关器件,的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。其实现方案主要有以下,3,种,1,滞环比较法,这是一种带反馈的,PWM,控制方式，即每相电流反馈回来与电流给定值,经滞环比较器，得出相应桥臂开关器件的开关状态，使得实际电流跟踪,给定电流的变化。该方法的优点是电路简单，动态性能好，输出电压不,含特定频率的谐波分量。其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音,和其他方法相比，在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多,2,三角波比较法,该方法与,SPWM,法中的三角波比较方式不同，这里是把指令电流与实际,输出电流进行比较，求出偏差电流，通过放大器放大后再和三角波进行,比较，产生,P

34、WM,波。此时开关频率一定，因而克服了滞环比较法频率不,固定的缺点。但是，这种方式电流响应不如滞环比较法快,3,预测电流控制法,预测电流控制是在每个调节周期开始时，根据实际电流误差，负载参数,及其它负载变量，来预测电流误差矢量趋势，因此，下一个调节周期由,PWM,产生的电压矢量必将减小所预测的误差。该方法的优点是，若给调,节器除误差外更多的信息，则可获得比较快速、准确的响应。目前，这,类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性,3.4,空间电压矢量控制,PWM,SVPWM,空间电压矢量控制,PWM(SVPWM,也叫磁通正弦,PWM,法,它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的

35、理想,圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生,的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变,器的开关，形成,PWM,波形。此法从电动机的角度出发，把,逆变器和电机看作一个整体，以内切多边形逼近圆的方式进,行控制，使电机获得幅值恒定的圆形磁场,正弦磁通,具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式。磁通开环法用两,个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量，若采样,时间足够小，可合成任意电压矢量。此法输出电压比正弦波,调制时提高,15,谐波电流有效值之和接近最小。磁通闭,环式引入磁通反馈，控制磁通的大小和变化的速度。在比较,估算磁通和给定磁通后，根据误差决定产生下一个电压矢量,形

36、成,PWM,波形。这种方法克服了磁通开环法的不足，解决,了电机低速时，定子电阻影响大的问题，减小了电机的脉动,和噪音。但由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本,性的改善,3.5,矢量控制,PWM,矢量控制也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相,坐标系下的定子电流,Ia,Ib,及,Ic,通过三相,二相变换，等,效成两相静止坐标系下的交流电流,Ia1,及,Ib1,再通过按转,子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流,Im1,及,It1(Im1,相当于直流电动机的励磁电流,It1,相当于,与转矩成正比的电枢电流,然后模仿对直流电动机的控制,方法，实现对交流电动机的控制。其实质是

37、将交流电动机等,效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制,通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两,个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制,由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得,实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制,技术在实践上的不足,3.6,直接转矩控制,PWM,直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电,流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作,为被控量来控制，它也不需要解耦电机模型，而是,在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值,然后，经磁链和转矩的,Band-Band,控制产生,PWM,信号对逆变器的开关状态进行最佳控制，

38、从而在很,大程度上解决了上述矢量控制的不足，能方便地实,现无速度传感器化，有很快的转矩响应速度和很高,的速度及转矩控制精度，并以新颖的控制思想、简,洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速,发展,但直接转矩控制也存在缺点，如逆变器开关频率的,提高有限制,4.0,变频器在我公司的应用,由于我厂购买设备来自不同厂家，所以变频器种类也比较多,有,ABB,西门子、日本系列、台湾系列、国产系列；其中尤,以,ABB,为数量最多，人性化最好,西门子、日本系列变频器一般都使用英文菜单、英文代码,用数字来代表不同的控制参数；有的变频器修改参数还必须,先找到解锁参数，选择解除后，才可以进行参数的修改,而,AB

39、B,变频器有中文菜单，选择与修改参数也比较方便，另,外它根据实际情况已经设置几种标准的应用宏，供你选择,你可以根据你需要的控制方式来选择相应的应用宏，这样你,只需要设置小部分主要参数就可以使用；当然，你也可以在,某种应用宏下，不使用默认参数，而改用其他参数，有点类,似电脑的高级设置。关键在于对于变频器的熟悉程度,下面以,ABB,公司的,ACS510,系列为为例说明,4.1,使用前应该考虑的几个问题,第一，如何确定给定值。（模拟量输入,AI,给定值的意义，就是要给变频器一个频率数字，使变频器运转于这个频率数字，改变这个频率数字,变频器输出频率也相应改变，从而达到无级调速的目的。如果没有给定值（当

40、使用恒速、电动电位器模,式时除外），即使变频器已经启动并且工作，电动机也不能运转，因为变频器没有输出。一般情况下,AI1,采用电位器作给定输入（电压,010V,AI2,采用电流作给定输入（电流,420mA,60MW,基,本采用电位器作给定输入,135MW,脱硫都是采用,DCS,电流,420mA,作给定输入。柠檬酸厂则采用,电动电位器应用宏模式，故不需要模拟量给定值。当然，如果没有,AI1,AI2,信号时，你也可以使用变,频器上的控制盘来作给定输入,第二，如何控制启动,停止。（数字量输入,DI,一般情况下,DI1,的通与断来控制启与停,DI2,的通与断来控制电动机正转与反转，这种方式如果由,DC

41、S,来控制，则,DCS,长脉冲输出。你也可以,DI1,常开）控制启,DI2,常闭）控制停，相当于按钮方,式，这种方式如果由,DCS,来控制，则,DCS,短脉冲输出。当然，你也可以使用变频器上的控制盘来控制,启与停,第三，如何实现反馈输出。（模拟量输出,AO,数字量输出,DO,变频器运行以后，需要将电流、频率、转速这些模拟量输出,AO,反馈给,DCS,控制室；需要将运行,故障信号，这些数字量输出,DO,反馈给,DCS,控制室,已方便对变频器的控制,第四，如何实行多速段恒速运行。（数字量输入,DI,在变频器的设置时，采用恒速运行，最多可以使用七个恒速值。实现有级调速。根据,DI1DI6,的不,同的

42、设置，结合正、反转，产生多种速度。一般都与,PLC,结合，来实现顺序控制。行车、柠檬酸厂离心,机属于此类,第五，关于选择制动单元、制动电阻的问题,由于象行车、柠檬酸厂离心机实行多速段恒速运行，频繁地进行升、降速。在电动机降速的过程中,电动机处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使变频器直流电压升高，甚至,达到危险的地步。所以，必须使用制动单元、制动电阻来消耗这一部分能量,第六，考虑电动机的保护,在变频器的设置中，把电动机的额定参数输到变频器中，并且要求在变频器限幅参数中，设置输出电,流的最大值。实现过流保护,4.2.1 ABB,变频器端子说明,变频器与外部连接,端子,模拟量

43、输入,AI,用于,变频器调速,模拟量输出,AO,用于,向远方反映变频器,频率、电流、转速,力矩的大小,数字量输入,DI,用于,控制变频器启停,方向,数字量输出,DO,用于,向远方反映变频器,工作状态,4.2.2,变频器控制盘说明,显示屏幕左上角为就地,远方，旁边为电动机转,动方向，右上角为给定,值,显示屏幕中间分别为实,际频率、电流、力矩,LOC/REM,为远方,就地,切换键,STOP,为停止,START,启动键,其余为功能键,4.2.3,变频器主要参数设置说明,变频器主要参数设置,99,组,启动参数,输入电动机数,据,9901,语言,中文,9902,应用宏,1=ABB,标准宏,2=3,线宏,

44、3,交变宏,4,电,动电位器宏,5,手动,自动宏,6=PID,宏,7=PFC,宏,15=SPFC,宏,9905,电机额定电压,380V,9906,电机额定电流,Ie A,9907,电机额定频率,50Hz,9908,电机额定转速,Ne,r/rpm,9909,电机额定电流,Pe KW,04,组：故障记录,查故障停机,原因,0401,最后故障,故障代码,0402,最近故障日期,0403,最近故障时间,10,组：输入指令,根据电路决,定启动、停止、方向,1001,外部,1,命令,0=NOT,SEL,没有,1=DI1(DI1,控制启,停,2=DI1,2,DI1,控制启停,DI2,控制方向,3=DI1p,

45、2p,DI1p,2p,控制启停，为脉冲,4= DI1p,2p,3,DI1p,2p,控制,启停,DI3,控制方向,5,DI1p,2p,3p (DI1p,3p,控制正,转,DI2p,3p,控制反转,6,DI6,DI6,控制启停,7,DI6,5,DI6,控制启停,DI5,控,制方向,8,控制盘,9,DI1F,2R (DI1,和,DI2,的组合,10=COMM,通讯,1002,外部,2,命令,NOT SET,没有设置,1003,转向,1,正转,2,反转,3,双向,11,组：给定选择,选择如何调,速,1101=REF,频率,Hz,1102,外部,1,1103=1=AI1,2=AI2,5=DI3U,4D(

46、R,DI3,得电升速,DI4,得电减速，复位给定为,0,6=DI3U,4D,DI3,得电升速,DI4,得电减速，给定值记忆,8=COMM,通讯,1104=0Hz,1105=50Hz,12,组：恒速选择,1201=0,未选择,10=DI4,5,等等,1202,恒速,1,5 Hz,1203,恒速,2,10 Hz,13,组：模拟输入,设置,AI,信号,最小值,1301,AI1,低限,4mA=20,1302,AI1,高限,20mA=100,1304,AI2,低限,4mA=20,1305,AI2,高限,20mA=100,14,组：继电器输出,设置继电,器动作,1401,继电器输出,1,1,准,备,2,运

47、行；等等,1402,继电器输出,2,2,运,行；等等,1403,继电器输出,3,4,故,障；等等,15,组：模拟输出,设置,AO,信号,最小值,1501=103,频率,1502=0Hz,1503=50Hz,1504=4mA,1505=20mA,1507=104,电流,1508=0 A,1509= A,1010=4mA,1011=20mA,20,组：限幅（设置变频器最大电,流,2003= A,22,组：加速,减速（加减速时间,2202= s,加速时间,2203= s,减速时间,26,组：电机控制（使用补偿电压,2603= V,4.2.4,几个重点解释的问题,1,远方,就地控制的问题,2,AI,的

48、电流、电压信号的选择问题,3,DI,的长、短脉冲信号的问题,4,AI,AO,的最小值的设置问题,5,外部控制,1,与外部控制,2,的问题,1,远方,就地控制的问题,利用,LOC/REM,键可以改变远方、就地控制,当控制盘上面显示,LOC,时，为就地控制，只能使用控制盘来,进行启停、调速,当控制盘上面显示,REM,时，为远方控制。一般情况由远方,DCS,控制启停,DCS,控制调速,如果将参数设置为以下情况,1,当,1001=DI1,2,时，而,1103=KEYPAD,控制盘时。就,可以实现远方,DCS,控制启停，就地控制盘控制调速,2,当,1001=KEYPAD,控制盘时，而,1103=AI2,

49、时。就可,以实现就地控制盘控制启停，远方,DCS,控制调速,采用这种方式主要针对部分电缆坏时使用,2,AI,的电流、电压信号的选择问题,使用波段开关可,以改变,AI,信号性,质,图,1,为默认选择,AI1,为电压信号,AI2,为电流信号,图,2,为全部电流,信号,图,3,为全部电压,信号,3,DI,的长、短脉冲信,号的问题,图,1,采用,1001=DI1,2,DI1,控制启停,DI2,控制正反转,外部的,J1,J2,继电器维持变频器运行,DI1,的通与断来控制启与停,DI2,的通与,断来控制电动机正转与反转，这种方式如,果由,DCS,来控制，则,DCS,长脉冲输出,图,2,采用,1001=DI

50、1p,2p,DI1p,控制启动,2p,控制停止，外部的,J1,J2,继电器不需要维持变频器运行。属于瞬,动,DI1,常开）控制启,DI2,常闭）控制,停，相当于按钮方式，这种方式如果由,DCS,来控制，则,DCS,短脉冲输出,好处就是外部故障不影响变频器正常运行,但是需要增加,DCS,一个,DO,点,4,AI,AO,的最小值的设置问,题,AI,AO,为电流信号时，默认情况下面为,0,20mA,DCS,采用,4,20mA,就必须对于,AI,AO,的,最小值进行修改,AI,最小值修改,外部,1)1104=4mA,或者,20,外部,2)1107=4mA,或,者,20,AO,最小值修改,(AO1)15

51、04=4mA,或者,20,5,外部控制,1,与外部控制,2,的问题,外部控制,1,与外部控制,2,为两个控制信号源，任意选择,一般情况下，只使用一个外部,1,另一个外部,2,屏蔽不使用,并且设置相对应的,AI,和,DI,不可以交叉设置,AI,和,DI,特殊情况，如手动,自动宏,PID,控制宏，需要同时用到两个,AI,AI1,和,AI2,。此时需要通过其他,DI,来定义,只使用外部控制,1,的,AI,其中一个的设置,1001=DI1,2,1002=NOT SEL,1102,外部,1,1103=AI1,或,AI2,只使用外部控制,2,的,AI,其中一个的设置,1001=NOT SEL,1002=D

52、I1,2,1102,外部,2,1106=AI1,或,AI2,手动,自动宏同时使用外部,1,的,AI1,外部,2,的,AI2,的设置,1001=DI1,2,1002=DI6,5,1102=DI3,1103=AI1,1106=AI2,因为比较繁琐，建议直接使用,ABB,各种应用宏,4.3.1 60MW,机组变频器控制,ABB,标准宏,60MW,一般没有电流,电压恒流源，基本上,都用电位器控制调速,为电压信号，由变频,器提供电源,DI1,得电启动，失电停,止,DI2,得电反转，失电正,转,关键参数,9902=ABB,标准宏,1001=DI1,2,1003,双向,1102,外部,1,1103=AI1,4.3.2 135,机组、脱硫的变频器控制,ABB,标准宏,采用,DCS,电流信,号控制调速,采用,DI1p,2p,控,制启停，继电,器失电不影响,变频器运行,关键参数