变频器(第二章)2[章节讲课]

1、李方园 2008年4月18日 1章节课件 l 控制方式 l 运转指令方式运转指令方式 l 频率给定方式频率给定方式 l 起动制动方式起动制动方式 2章节课件 l 控制方式 l l l 运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式 l l l 频率给定方式频率给定方式频率给定方式频率给定方式频率给定方式频率给定方式 l l l 起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式 3章节课件 低压变频器，其输出电压一般为220650V、 输出功率为0.2400kW、工作频率为0800Hz左 右，变频器的主电路采用交直交电路。根据 不同的变频控制理论

2、，其模式主要有以下: lV/f=C的正弦脉宽调制模式 l矢量控制（VC）模式 l直接转矩控制（DTC）模式。 4章节课件 针对以上三种控制模式理论，可以发展为几种 不同的变频器控制方式： lV/f控制方式（包括开环V/f控制和闭环V/f控 制） l无速度传感器矢量控制方式（矢量控制VC的 一种）、闭环矢量控制方式（即有速度传感器 矢量控制VC的一种） l转矩控制方式（矢量控制VC或直接转矩控制 DTC） 这些控制方式在变频器通电运行前必须首先设置! 5章节课件 我们知道，变频器V/f控制的基本思想是U/f=C，因此定义在频率为 fx时，Ux的表达式为Ux/fx=C，其中C为常数，就是“压频比系

3、数”。 图所示就是变频器的基本运行V/f曲线。 6章节课件 由于电动机负载的多样性和不确定性，因此很多变频器厂商都推出 了预定义的V/f曲线和用户自定义的任意V/f曲线。 7章节课件 以三段折线设定为例（如图），F通常为变频器的基本运行频率， 在某些变频器中定义为电动机的额定频率；V通常为变频器的最大 输出电压，在某些变频器中定义为电动机的额定电压。 8章节课件 图中，V0表示手动转矩提升电压、Vmax表示最大输出电压、 f0表示转矩提升的截止频率、fb表示基本运行频率。 9章节课件 对于特殊工艺负载，比如搅拌机针对不同的物料其起动转矩有差异， 为保证变频器正常启动，可以设置为手动选择性转矩补

4、偿。图为三 菱A540系列变频器的转矩提升功能示意（曲线a、b、c）， 10章节课件 闭环V/f控制就是在V/f控制控制方式下，设置转速反馈环节。测速 装置可以是旋转编码器，也可以是光电开关，安装方式比较自由， 既可以安装在电动机轴上，也可以安装在其他相关联的位置。 11章节课件 基本技术指标定义如下：速度控制精度0.5，速度控制范围 1：100，转矩控制响应150/0.5Hz。其中启动 转矩指标，根据不同品牌的变频器其性能有所高低，大致在150 250之间。如图所示为三菱V500系列无速度传感器矢量控制 方式下的启动转矩特性。 12章节课件 速度调节器ASR的结构如图所示，图中Kp为比例增益

5、，KI为积分 时间。积分时间设为0时，则无积分作用，速度环为单纯的比例调 节器。 13章节课件 整定参数包括比例增益P和积分时间I，其数值大小将直接影响 矢量控制的效果，其目标就是要取得动态性能良好的阶跃响应! 14章节课件 一般的矢量变频器为了适应电动机低速和高速带载运行都有快速响 应的情况，都设有两套PI参数值（即低速PI值和高速PI值），同时 设有切换频率。为了保证两套PI值的正常过渡，一些变频器还另外 设置了两个切换频率，即切换频率1和切换频率2! 15章节课件 有速度传感器的矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、 转矩控制、简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合。 可以从零转速

6、起进行速度控制，即使低速亦能运行，因此调速 范围很宽广，可达1000:1； 可以对转矩实行精确控制； 系统的动态响应速度甚快； 电动机的加速度特性很好等优点。 16章节课件 一般而言，编码器PG型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出 三种，其信号的传递方式必须考虑到变频器PG卡的接口，因此选择 合适的PG卡型号或者设置合理的跳线至关重要。 17章节课件 编码器PG每转脉冲数。此参数可以查看编码器本身的技术指标， 单位为PPR。 编码器PG方向选择。如果变频器PG卡与编码器PG接线次序代表的 方向，和变频器与电动机连接次序代表的方向匹配，设定值应为正 向，否则为反向。必须注意当方向选择错误时，

7、变频器将无法加速 到你所需要的频率，并报过流故障或编码器反向故障。更改此参数 可方便地调整接线方向的对应关系，而无须重新接线。 18章节课件 采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机 相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。 19章节课件 由于转矩控制时不能控制转速的大小，所以，在某些转速控制系统 中，转矩控制主要用于起动或停止的过渡过程中。当拖动系统已经 起动后，仍应切换成转速控制方式，以便控制转速。 20章节课件 在转矩控制中，经常会与速度控制下的限转矩功能搞混淆。所谓转 矩限定，就是用来限值速度调节器ASR输出的转矩电流。 21章节课件 直接转矩控制也称之为“直接自控

8、制”，这种“直接自控制”的 思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。和矢量控制不 同，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐 标变换，简单地通过检测电动机定子电压和电流，借助瞬时空间矢 量理论计算电动机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值， 实现磁链和转矩的直接控制。 速度控制性能无脉冲编码器有脉冲编码器 静 态 速 度 误 差 （nN） 0.1到0.5（额定滑差率 的10） 0.01 动态速度误差0.4%sec0.1%sec 22章节课件 图为动态速度响应曲线 23章节课件 图为转矩响应曲线 24章节课件 l l l 控制方式控制方式控制方式 l l l 运转指令方

9、式运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式 l 频率给定方式频率给定方式 l l l 起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式 25章节课件 在使用一台变频器的时候，目的是通过改变变频器的输 出频率，即改变变频器驱动电动机的供电频率从而改变 电动机的转速。如何调节变频器的输出频率呢？关键是 必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，就 称之为“频率给定信号”。所谓频率给定方式，就是调 节变频器输出频率的具体方法，也就是提供给定信号的 方式。 变频器常见的频率给定方式主要有：操作器键盘给定、 接点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方

10、 式给定等。这些频率给定方式各有优缺点，必须按照实 际的需要进行选择设置，同时也可以根据功能需要选择 不同频率给定方式之间的叠加和切换。 26章节课件 操作器键盘给定是变频器最简单的频率给定方式，用户 可以通过变频器的操作器键盘上的电位器、数字键或上 升下降键来直接改变变频器的设定频率 27章节课件 接点信号给定就是通过变频器的多功能输入端子的UP和 DOWN接点来改变变频器的设定频率值。该接点可以外接 按钮或其他类似于按钮的开关信号（如PLC或DCS的继电 器输出模块、常规中间继电器）。 28章节课件 29章节课件 模拟量给定方式即通过变频器的模拟量端子从外部输入 模拟量信号（电流或电压）进

11、行给定，并通过调节模拟 量的大小来改变变频器的输出频率。模拟量给定中通常 采用电流或电压信号，常见于电位器、仪表、PLC和DCS 等控制回路 30章节课件 31章节课件 频率给定曲线，就是指在模拟量给定方式下，变频器的 给定信号P与对应的变频器输出频率f（x）之间的关系曲 线f（x）=f（P）。这里的给定信号P，既可以是电压信 号，也可以是电流信号，其取值范围在10V或20mA之内。 32章节课件 一般情况下，变频器的正反转功能都可以通过正转命令 端子或反转命令端子来实现。在模拟量给定方式下，还 可以通过模拟量的正负值来控制电动机的正反转，即正 信号（010V）时电动机正转、负信号（10V0）

12、 时电动机反转。如图所示，10V对应的频率值为fmax， 10V对应的频率值为fmax。 33章节课件 脉冲给定方式即通过变频器的特定的高速开关端子从外 部输入脉冲序列信号进行频率给定，并通过调节脉冲频 率来改变变频器的输出频率。 34章节课件 根据上述要求，参数设置要点如下：（1）设置频率给定 方式为脉冲给定；（2）选择多功能输入端子为脉冲信号 输入；（3）设置脉冲最大输入频率为20KHz；（4）定义 频率给定曲线首坐标点的数值，即最小脉冲给定值的百 分比为1 KHz20 KHz1005，以及最小脉冲数对 应的频率值50Hz；（5）定义频率给定曲线尾坐标点的数 值，即最大脉冲给定值的百分比为

13、100，以及最大脉冲 数对应的频率值5Hz。 35章节课件 通讯给定方式就是指上位机通过通讯口按照特定的通讯 协议、特定的通讯介质进行数据传输到变频器以改变变 频器设定频率的方式。上位机一般指计算机（或工控 机）、PLC、DCS、人机界面等主控制设备，如图所示 36章节课件 给定方式的叠加是指在主给定通道频率的基础上再加上 辅助给定通道频率作为变频器的设定频率。其叠加方式 不是简单的加法运算，还可以融合多种叠加运算公式。 图所示为典型的给定方式的叠加原理。 37章节课件 l l l 控制方式控制方式控制方式 l 运转指令方式运转指令方式 l l l 频率给定方式频率给定方式频率给定方式频率给定

14、方式频率给定方式频率给定方式 l l l 起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式起动制动方式 38章节课件 变频器的运转指令方式是指如何控制变频器的基本运行 功能，这些功能包括启动、停止、正转与反转、正向点 动与反向点动、复位等。与变频器的频率给定方式一样， 变频器的运转指令方式也有操作器键盘控制、端子控制 和通讯控制三种。这些运转指令方式必须按照实际的需 要进行选择设置，同时也可以根据功能进行相互之间的 方式切换。 39章节课件 操作器键盘控制是变频器最简单的运转指令方式，用户 可以通过变频器的操作器键盘上的运行键、停止键、点 动键和复位键来直接控制变频器的运转。在操作

15、器键盘 控制下，变频器的正转和反转可以通过正反转键切换和 选择。图所示为三菱A500系列变频器的操作器键盘控制。 40章节课件 端子控制是变频器的运转指令通过其外接输入端子从外 部输入开关信号（或电平信号）来进行控制的方式。这 时这些由按钮、选择开关、继电器、PLC或DCS的继电 器模块就替代了操作器键盘上的运行键、停止键、点动 键和复位键，可以在远距离来控制变频器的运转。 41章节课件 三线制控制，就是模仿普通的接触器控制电路模式，当按下 常开按钮SB2时，电动机正转启动，由于X多功能端子自定义 为保持信号（或自锁信号）功能，松开SB2，电动机的运行状 态将能继续保持下去；当按下常闭按钮SB

16、1时，X与COM之间的 联系被切断，自锁解除，电动机停止运行。如要选择反转控 制，只需将K吸合，即REV功能作用（反转）。 42章节课件 通讯控制的方式与通讯给定的方式相同，在不增加线路 的情况下，只需对上位机给变频器的传输数据改一下即 可对变频器进行正反转、点动、故障复位等控制。 43章节课件 l l l 控制方式控制方式控制方式 l l l 运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式运转指令方式 l l l 频率给定方式频率给定方式频率给定方式频率给定方式频率给定方式频率给定方式 l 起动制动方式起动制动方式 44章节课件 变频器的起动制动方式是指变频器从停机状态到运行状

17、 态的起动方式、从运行状态到停机状态的方式以及从某 一运行频率到另一运行频率的加速或减速方式。 45章节课件 1. 从起动频率起动。从起动频率起动。 变频器接到运行指令后，按照预先设定的起动频率和起 动频率保持时间起动。该方式适用于一般的负载。 起动频率是指变频器起动时的初始频率，如图所示的fs， 它不受变频器下限频率的限制；起动频率保持时间是指 变频器在起动过程中，在起动频率下保持运行的时间， 如图中的t1。 46章节课件 2. 先制动再起动先制动再起动 本起动方式是指先对电动机实施直流制动，然后再按照 方式（1）进行起动。该方式适用于变频器停机状态时电 动机有正转或反转现象的小惯性负载，对

18、于高速运转大 惯性负载则不适合。 如图所示为先制动再起动的功能示意，起动前先在电动 机的定子绕组内通入直流电流，以保证电动机在零速的 状态下开始起动。 47章节课件 2. 先制动再起动先制动再起动 48章节课件 3. 转速跟踪再起动转速跟踪再起动 在这种方式下，变频器能自动跟踪电动机的转速和方向， 对旋转中的电动机实施平滑无冲击起动，因此变频器的 起动有一个相对缓慢的时间用于检测电动机的转速和方 向，如图所示。该方式适用于变频器停机状态时电动机 有正转或反转现象的大惯性负载瞬时停电再起动。 49章节课件 3. 转速跟踪再起动转速跟踪再起动 50章节课件 变频器从一个速度过渡到另外一个速度的过程

19、称为加减 速，如果速度上升为加速，速度下降为减速。加减速方 式主要有以下几种： 1. 直线加减速。直线加减速。 变频器的输出频率按照恒定斜率递增或递减。变频器的 输出频率随时间成正比地上升，大多数负载都可以选用 直线加减速方式。 51章节课件 2. S曲线加减速曲线加减速 变频器的输出频率按照S型曲线递增或递减。如图。 52章节课件 3. 半半S形形加减速加减速方式方式 它是S曲线加减速的衍生方式，即S曲线加减速在加速的 起始段或结束段，按线性方式加速；而在结束段或起 始段，按S形方式加速。因此，半S形加减速方式要么 只有，要么只有，其余均为线性，如后者主要用于 如风机一类具有较大惯性的二次方

20、律负载中，由于低速 时负荷较轻，故可按线性方式加速，以缩短加速过程; 高 速时负荷较重，加速过程应减缓，以减小加速电流；前 者主要用于惯性较大的负载。 4. 其他其他 其他还有如倒L形加减速方式、U型加减速方式等，具体 可以参看变频器说明书。 53章节课件 变频器接收到停机命令后从运行状态转入到停机状态， 通常有以下几种方式： 1. 减速停机减速停机 变频器接到停机命令后，按照减速时间逐步减少输出频 率，频率降为零后停机。该方式适用于大部分负载的停 机。 2. 自由停车自由停车 变频器接到停机命令后，立即中止输出，负载按照机械 惯性自由停止。变频器通过停止输出来停机, 这时, 电动 机的电源被

21、切断, 拖动系统处于自由制动状态。由于停机 时间的长短由拖动系统的惯性决定, 故也称为惯性停机。 54章节课件 变频器接收到停机命令后从运行状态转入到停机状态， 通常有以下几种方式： 3. 带时间限制的自由停车带时间限制的自由停车 变频器接到停机命令后，切断变频器输出，负载自由滑 行停止。这时，在运行待机时间T内，可忽略运行指令。 运行待机时间T，由停机指令输入时的输出频率和减速时 间决定。 4. 减速停机加上直流制动减速停机加上直流制动 变频器接到停机命令后，按照减速时间逐步降低输出频 率，当频率降至停机制动起始频率时，开始直流制动至 完全停机。 55章节课件 直流制动是在电动机定子中通入直流电流，以产生制动 转矩。因为电动机停车后会产生一定的堵转转矩，所以 直流制动可在一定程度上替代机械制动 ： 56章节课件 不少的生产机械在运行过程中需要快速地减速或停车， 而有些设备在生产中要