第7讲-变频器原理及应用

1、变频器原理与应用（第2版）第2章1第第7讲讲变频器原理与应用（第2版）第2章2总结总结SB70G375kWSB70G375kW及以下及以下机型机型变频器与变频器与外部连接外部连接的端子的端子主电路端子主电路端子控制板端子控制板端子跳线跳线及配线及配线模拟输入端子配线模拟输入端子配线多功能输入端子多功能输入端子X1X1X6X6、FWDFWD、REVREV端子配线端子配线多功能输出端子多功能输出端子Y1Y1、Y2Y2端子配线端子配线继电器输出端子继电器输出端子TATA、TBTB、TCTC配线配线变频器的主要功能参数及预置变频器的主要功能参数及预置功能参数预置功能参数预置运行模式的选择运行模式的选择

2、变频器程序设定步骤变频器程序设定步骤变频器的运行功能参数变频器的运行功能参数优化特性功能及预置优化特性功能及预置变频器原理与应用（第2版）第2章36.2.4 6.2.4 变频器的保护功能及预置变频器的保护功能及预置 1 1过电流保护过电流保护 过电流是指变频器的输出电流的峰值超出了变频器的容许值。由于过电流是指变频器的输出电流的峰值超出了变频器的容许值。由于逆变器的过载能力很差，逆变器的过载能力很差，大多数变频器的过载能力都只有大多数变频器的过载能力都只有150150，允许迟续时间为允许迟续时间为1min1min。因此变频器的过电流保护，就显得尤为重要。因此变频器的过电流保护，就显得尤为重要。

3、 2 2电动机过载保护电动机过载保护 当变频器的输出电流大于当变频器的输出电流大于过载保护电流过载保护电流，在超过时限后过载电流仍，在超过时限后过载电流仍然存在，则变频器将跳闸，停止输出。然存在，则变频器将跳闸，停止输出。 3. 3. 过电压保护过电压保护 电动机处于再生制动状态，若减速时间设置得太短，或是由于电源电动机处于再生制动状态，若减速时间设置得太短，或是由于电源系统的浪涌电压都可以引起的过电压。对于电源过电压的情况，规系统的浪涌电压都可以引起的过电压。对于电源过电压的情况，规定：电源电压的上限一般不能超过电源电压的定：电源电压的上限一般不能超过电源电压的10。如果超过该值，。如果超过

4、该值，变频器将会跳闸。变频器将会跳闸。 4. 4. 欠电压保护和瞬间停电的处理欠电压保护和瞬间停电的处理 当电网电压过低时，会引起变频器中间直流电路的电压下降，从而当电网电压过低时，会引起变频器中间直流电路的电压下降，从而使变频器的输出电压过低并造成电动机输出转矩不足和过热现象。使变频器的输出电压过低并造成电动机输出转矩不足和过热现象。欠电压保护的作用就是在变频器的直流中间电路出现欠电压时，使欠电压保护的作用就是在变频器的直流中间电路出现欠电压时，使变频器停止输出。变频器停止输出。 变频器原理与应用（第2版）第2章46.3 6.3 变频器的频率参数及预置变频器的频率参数及预置 6.3.1 6.

5、3.1 各种基本频率参数各种基本频率参数 1. 1. 给定频率给定频率 用户根据生产工艺的需求所设定的变频器输出频率。用户根据生产工艺的需求所设定的变频器输出频率。 2. 2. 输出频率输出频率 输出频率即变频器实际输出的频率。输出频率即变频器实际输出的频率。 3 3基准频率基准频率 用用f fb b表示。一般以电动机的额定频率表示。一般以电动机的额定频率f fN N作为基频作为基频f fb b的给定值。的给定值。 4. 4. 上限频率和下限频率上限频率和下限频率 指变频器输出的最高、最低频率，常用指变频器输出的最高、最低频率，常用f fH H和和f fL L来表示。来表示。 5. 5. 跳跃

6、频率跳跃频率 也叫回避频率，是指不允许变频器连续输出的频率，常用也叫回避频率，是指不允许变频器连续输出的频率，常用f fJ J表示。表示。 变频器原理与应用（第2版）第2章5 6.3.2 6.3.2 变频器的其他频率参数变频器的其他频率参数 1. 1. 点动频率点动频率 点动频率是指变频器在点动时的给定频率。点动频率是指变频器在点动时的给定频率。 2. 2. 载波频率载波频率(PWM(PWM频率频率) ) PWM变频器的输出电压大小取决于调制波变频器的输出电压大小取决于调制波(基波基波)和载和载波波(三角波三角波)的交点。载波频率越高，电流波形的平滑性的交点。载波频率越高，电流波形的平滑性就越

7、好，但是对其他设备的干扰也越大。就越好，但是对其他设备的干扰也越大。 3. 3. 起动频率起动频率 是指电动机开始起动时的频率，常用是指电动机开始起动时的频率，常用fs表示。表示。 4. 4. 直流制动起始频率直流制动起始频率 当变频器的工作频率下降至当变频器的工作频率下降至fDB时，通入直流电。时，通入直流电。 5. 5. 多挡转速频率（多挡转速频率（P83P83） 变频器原理与应用（第2版）第2章6本本 章章 小小 结结 变频器的基本组成可分为两大部分：由电力电子器变频器的基本组成可分为两大部分：由电力电子器件构成的件构成的主电路主电路；以微处理器为核心的；以微处理器为核心的控制电路控制电

8、路。 变频器与外部连接的端子分变频器与外部连接的端子分为主电路端子为主电路端子和和控制电路控制电路端子端子。 变频器在使用前，一定要对功能参数进行变频器在使用前，一定要对功能参数进行预置预置，预置，预置过程大致有下面几个步骤：过程大致有下面几个步骤： 1) 查功能参数码表，找出需要预置参数的功能码。查功能参数码表，找出需要预置参数的功能码。 2) 在参数设定模式在参数设定模式(编程模式编程模式)下，读出该功能码中原下，读出该功能码中原有的数据。有的数据。 3) 修改数据，送入新数据。修改数据，送入新数据。变频器原理与应用（第2版）第2章7第第7章章 变频调速拖动系统变频调速拖动系统7.1 异步

9、电动机变频调速的原理异步电动机变频调速的原理7.1.1 异步电动机变频调速工作原理异步电动机变频调速工作原理 1 1旋转磁场旋转磁场在异步电动机的三相在异步电动机的三相定子绕组定子绕组中通入中通入三相交变电流三相交变电流后，它们合成的后，它们合成的磁场是一个旋转磁场，磁场旋转的转速磁场是一个旋转磁场，磁场旋转的转速( (即即同步转速同步转速) )n n0 0可用下式表可用下式表示：示： (7-1)(7-1)式中式中 f f1 1 电流的频率；电流的频率； p p 旋转磁场的磁极对数。旋转磁场的磁极对数。如果如果频率调节成频率调节成f fx x，则，则同步转速同步转速n n0 x0 x也随之调节

10、成也随之调节成 (7-2)(7-2)这就是这就是变频调速的理论依据变频调速的理论依据。pfn1060pfnxx600变频器原理与应用（第2版）第2章82 2异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 图图5-15-1所示为异步电动机的工作原理。所示为异步电动机的工作原理。定子定子通入交流电电流后通入交流电电流后形成旋转磁场切割转子绕组，由右手定则可判断转子绕组中的感形成旋转磁场切割转子绕组，由右手定则可判断转子绕组中的感生电流方向。载流的生电流方向。载流的转子绕组转子绕组在磁场中受到电磁力的作用就形成在磁场中受到电磁力的作用就形成电磁转矩电磁转矩T T，根据左手定则可判断，根据左手定则可判断T

11、T的方向。在的方向。在T T的作用下转子就的作用下转子就跟随定子的旋转磁场旋转起来。跟随定子的旋转磁场旋转起来。 图图7-1 7-1 异步电动机的工作原异步电动机的工作原理理 变频器原理与应用（第2版）第2章93异步电动机的异步电动机的转速转速及转差率及转差率 只有旋转磁场和转子绕组之间存在相对运动，转子绕组才能切割磁只有旋转磁场和转子绕组之间存在相对运动，转子绕组才能切割磁力线，进而产生感应电流和形成电磁转矩。因此转子转速力线，进而产生感应电流和形成电磁转矩。因此转子转速n n与旋转磁场与旋转磁场转速转速n n0 0之间一定存在着一个差值，我们称之为之间一定存在着一个差值，我们称之为转差转差

12、，用，用n n表示，即表示，即 (5-3)(5-3)异步电动机的异步电动机的实际转速为实际转速为n n，n n总是小于总是小于n n0 0，异步电动机的，异步电动机的“异步异步”正是来正是来源于此。转差源于此。转差n n0 0n n与同步转速与同步转速n n0 0的比值称为的比值称为转差率，用转差率，用s s表示表示，即，即 (5-4)(5-4)由上式可推导出异步电动机的由上式可推导出异步电动机的转速转速n n的表达式为的表达式为 (5-5)(5-5)nnn000nnns)1 (60)1 (10spfsnn变频器原理与应用（第2版）第2章107.1.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的

13、机械特性 机械特性是指电动机在运行时，其转速与电磁转矩之间的关系，机械特性是指电动机在运行时，其转速与电磁转矩之间的关系，即即 n nf f ( (T T ) )。 三相异步电动机的机械特性曲线如图三相异步电动机的机械特性曲线如图7-1所示。所示。 图图7-1 三相异步电动机的机械特性曲线三相异步电动机的机械特性曲线起动转矩起动转矩Tst额定转矩额定转矩TN最大转矩最大转矩TM变频器原理与应用（第2版）第2章11 1起动转矩起动转矩Tst 在在n = 0 (s=1)，T = Tst点，这点的转矩称为起动转矩点，这点的转矩称为起动转矩Tst，也称为堵转转矩。当电动机的负载转矩大于也称为堵转转矩。

14、当电动机的负载转矩大于Tst时，电动机时，电动机将不能起动。将不能起动。 2额定转矩额定转矩TN 在在n = nN (s= sN)，T = TN点，这点的转矩称为额定转矩点，这点的转矩称为额定转矩TN。当电动机工作在额定转矩当电动机工作在额定转矩TN时，时，sN通常在通常在0.020.06之间，之间，转速在很小的范围内变化时，转矩即可在很大的范围内变化，转速在很小的范围内变化时，转矩即可在很大的范围内变化，即工作于额定转矩即工作于额定转矩TN时，电动机具有很硬的机械特性。时，电动机具有很硬的机械特性。 3最大转矩最大转矩TM 在在n = n L (s= s L)，T = TM点，这点的转矩称为

15、点，这点的转矩称为最大转矩最大转矩TM。TM的大小象征着电动机的过载能力，用过载倍数的大小象征着电动机的过载能力，用过载倍数表示，表示，TMTN。在任何情况下，。在任何情况下，电动机的负载转矩都不能大于电动机的负载转矩都不能大于TM，否则电动机转速将急剧下降，致使电动机堵转停止，因此，否则电动机转速将急剧下降，致使电动机堵转停止，因此，这一点称为临界转速点。这一点称为临界转速点。临界转速临界转速nL的大小决定了的大小决定了L点的上点的上下位置，从而反映了机械特性的硬度。下位置，从而反映了机械特性的硬度。 变频器原理与应用（第2版）第2章127.1.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动

16、起动时定子电流起动时定子电流Ist也很大，一般会达到额定电流也很大，一般会达到额定电流IN的的47倍，除了小容量的三相异步电动机能倍，除了小容量的三相异步电动机能直接起动直接起动外，外，一般要采取不同的方法一般要采取不同的方法起动起动，变频器用，变频器用降低频率降低频率f1从而从而也降低了也降低了U1的方法来起动电动机。如图的方法来起动电动机。如图7-2所示为所示为低频起低频起动动时电动机的机械特性曲线。时电动机的机械特性曲线。 图图7-2 低频起动时电动机的机械特性曲线低频起动时电动机的机械特性曲线变频器原理与应用（第2版）第2章137.1.4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动电动机

17、的制动状态是指电磁转矩电动机的制动状态是指电磁转矩T与转速与转速n方向相反的状态。方向相反的状态。 1直流制动直流制动 电动机制动时，切断电动机的三相电源，在定子绕组中通入电动机制动时，切断电动机的三相电源，在定子绕组中通入直直流电，产生一恒定磁场，如图流电，产生一恒定磁场，如图7-3所示。所示。 a) 直流制动的原理直流制动的原理 b)直流制动的机械特性曲线直流制动的机械特性曲线 图图7-3 直流制动的原理与机械特性直流制动的原理与机械特性 变频器原理与应用（第2版）第2章14 2回馈制动回馈制动 由于某些原因，当由于某些原因，当nn1时，转子切割旋转磁时，转子切割旋转磁场的方向和电动运行状

18、态场的方向和电动运行状态nn1正好相反，转子中正好相反，转子中感应电动势和电流的方向也相反，电磁转矩感应电动势和电流的方向也相反，电磁转矩T也就也就和和n反向，为制动转矩。回馈制动是将轴上的机械反向，为制动转矩。回馈制动是将轴上的机械能转换成电能，回馈给电源。能转换成电能，回馈给电源。 图图7-4 回馈制动的机械特性曲线回馈制动的机械特性曲线 变频器原理与应用（第2版）第2章157.2 异步电动机的调速方式异步电动机的调速方式 7.2.1 异步电动机的调速异步电动机的调速调速与速度改变调速与速度改变 1）调速调速 是在是在负载没有负载没有改改变变的情况下，根据生产过程的情况下，根据生产过程需要

19、人为地强制性地需要人为地强制性地改变改变拖动系统的拖动系统的转速转速。 2）速度改变速度改变 速度改变是速度改变是由于负载的变化由于负载的变化而引起拖而引起拖动系统的转速改变。动系统的转速改变。 )1 (60)1 (10spfsnn变频器原理与应用（第2版）第2章167.2.2 异步电动机的调速方式异步电动机的调速方式1.变极调速变极调速 三相异步电动机的变极调速属于有级调速，三相异步电动机的变极调速属于有级调速，通过改变磁极对数通过改变磁极对数p得到得到 。2.变转差率调速变转差率调速 变转差率调速一般适用于变转差率调速一般适用于绕线型异步绕线型异步电动机电动机或或转差转差电动机。具体的实现

20、方法电动机。具体的实现方法很多，比如：转子很多，比如：转子串电阻串电阻的串级调速、的串级调速、调压调速调压调速、电磁、电磁转差离合器转差离合器调速等。调速等。 但但是随着是随着s的增大，电机的机械特性变软，的增大，电机的机械特性变软，效率变低。效率变低。变频器原理与应用（第2版）第2章17 (1)异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路 图图5-2 5-2 异步电动机定子转子等效电路异步电动机定子转子等效电路 在图在图5-2中，中，U1为定子的相电压；为定子的相电压；I1为定子的相电流；为定子的相电流；r1为定子每为定子每相绕组的电阻；相绕组的电阻；x1为定子每相绕组的漏抗；为定子每相绕组的漏

21、抗；E2s、I2s、x2s分别为转子分别为转子电路中产生的电动势、电流、漏电抗；电路中产生的电动势、电流、漏电抗；E1为每相定子绕组的反电动为每相定子绕组的反电动势，它是定子绕组切割旋转磁场而产生的，其有效值计算如下：势，它是定子绕组切割旋转磁场而产生的，其有效值计算如下： (7-6)式中式中 kN1与绕组结构有关有常数；与绕组结构有关有常数； N1每相定子绕组的匝数。每相定子绕组的匝数。MNNkfE111144. 43.变频率调速变频率调速变频器原理与应用（第2版）第2章18(2)变频调速的要求变频调速的要求由式由式(7-6)，若，若 为常数，则为常数，则 (7-7)忽略定子绕组的阻抗压降忽

22、略定子绕组的阻抗压降 可得可得 若若f1减小，则减小，则 增加。造成电机铁心出现深度饱和，使电增加。造成电机铁心出现深度饱和，使电机无法正常工作。为达到下调频率时机无法正常工作。为达到下调频率时 不变，必须有不变，必须有 因此，在额定频率以下，即因此，在额定频率以下，即 调频时，同时下调加在定调频时，同时下调加在定子绕组上的电压，即恒子绕组上的电压，即恒 控制。控制。1144. 4NkNMfE11UMfEU111MM常数1111fEfUNff 111fU变频器原理与应用（第2版）第2章197.3 对不同负载类型变频器的选择对不同负载类型变频器的选择 在电力拖动系统中，存在着两个主要转矩，在电力

23、拖动系统中，存在着两个主要转矩，一个是生产机械的一个是生产机械的负载转矩负载转矩TL，一个是电动机的，一个是电动机的电磁转矩电磁转矩T。这两个转矩与转速之间的关系分别。这两个转矩与转速之间的关系分别叫做叫做负载负载的的机械特性机械特性nf (TL)和电动机的机械特和电动机的机械特性性nf (T)。由于电动机和生产机械是紧密相连。由于电动机和生产机械是紧密相连的，它们的机械特性必须适当配合，才能得到良的，它们的机械特性必须适当配合，才能得到良好的工作状态。好的工作状态。 变频器原理与应用（第2版）第2章207.3.1 恒转矩负载变频器的选择恒转矩负载变频器的选择 1.1.恒转矩负载特性恒转矩负载

24、特性 恒转矩负载是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和恒转矩负载是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速转速大小无关的大小无关的负载。负载。带式输送带式输送机和机和起重机械起重机械都是恒转矩负载的典型例子。都是恒转矩负载的典型例子。 a) b) a) b) 图图7-8 7-8 恒转矩负载的机械特性和功率特性恒转矩负载的机械特性和功率特性 a) a) 机械特性机械特性 b) b) 功率特性功率特性变频器原理与应用（第2版）第2章21 2. 恒转矩恒转矩负载的基本特点负载的基本特点 1) 恒转矩恒转矩 由于由于F和和r都和转速的快慢无关，都和转速的快慢无关，所以在调节转速

25、所以在调节转速nL的过程中负载的阻转矩的过程中负载的阻转矩TL保持保持不变，即具有恒转矩的特点：不变，即具有恒转矩的特点： TL 常数常数 2) 负载功率与转速成正比负载功率与转速成正比 根据负载的机械根据负载的机械功率功率PL和转矩和转矩TL、转速、转速nL之间的关系，有：之间的关系，有： (7-12) 3. 恒转矩负载下变频器的选择恒转矩负载下变频器的选择 1）依据调速范围。）依据调速范围。 2）依据负载转矩的变动范围）依据负载转矩的变动范围 。 3）考虑负载对机械特性的要求。）考虑负载对机械特性的要求。 9550LLLnTP 变频器原理与应用（第2版）第2章227.3.2 恒功率负载变频

26、器的选择恒功率负载变频器的选择 1. 恒功率负载恒功率负载是指负载转矩是指负载转矩TL的的大小与转速大小与转速n成反比成反比，而其功率基本维，而其功率基本维持不变的负载。属于这类持不变的负载。属于这类负载的负载的有：有： 1）各种）各种卷取机械卷取机械 2）轧机轧机在轧制小件时用高速轧制，但转矩小；轧制大件时轧制量大需较大转矩，但在轧制小件时用高速轧制，但转矩小；轧制大件时轧制量大需较大转矩，但速度低，故总的轧制功率不变。速度低，故总的轧制功率不变。 3）车床加工零件车床加工零件，在精加工时切削力小，但切削速度高；相反，粗加工时切削力大，在精加工时切削力小，但切削速度高；相反，粗加工时切削力大

27、，切削速度低，故总的切削功率不变。切削速度低，故总的切削功率不变。 a a）机械特性）机械特性 b)b)功率特性功率特性 图图7-10 7-10 恒功率负载的机械特性和功率特性恒功率负载的机械特性和功率特性变频器原理与应用（第2版）第2章232. 2. 恒功率负载的特点恒功率负载的特点 （1）功率恒定）功率恒定 恒功率负载的力恒功率负载的力F必须保持恒定，且线速度必须保持恒定，且线速度v保持恒定。所以，在保持恒定。所以，在不同的转速下，负载的功率基本恒定：不同的转速下，负载的功率基本恒定： PL = F v常数常数 （2）负载阻转矩的大小与转速成反比）负载阻转矩的大小与转速成反比 负载阻转矩的

28、大小决定于：负载阻转矩的大小决定于： TL = F r (7-13)式中式中 F 卷取物的张力；卷取物的张力； r 卷取物的卷取半径。卷取物的卷取半径。 根据负载的机械功率根据负载的机械功率PL和转矩和转矩PL、转速、转速nL之间的关系，有：之间的关系，有： (7-14)即，负载阻即，负载阻转矩转矩的的大小与转速成反比。大小与转速成反比。LLL9550nPT 变频器原理与应用（第2版）第2章243. 恒功率负载变频器的选择恒功率负载变频器的选择 对恒功率负载，一般可选择对恒功率负载，一般可选择通用型通用型的，采用的，采用V/f控制方式的变频器。但对于动态性能有较高要控制方式的变频器。但对于动态

29、性能有较高要求的求的卷取机械卷取机械，则必须采用具有，则必须采用具有矢量控制矢量控制功能的功能的变频器。变频器。变频器原理与应用（第2版）第2章257.3.3 二次方律负载变频器的选择二次方律负载变频器的选择 二次方律负载是指二次方律负载是指转矩与速度转矩与速度的二次方成的二次方成正比正比例变化的例变化的负载，例如：负载，例如：风扇、风机、泵、螺旋桨风扇、风机、泵、螺旋桨等机械的负载转矩，等机械的负载转矩，机械特性和功率特性如图机械特性和功率特性如图7-12所示。所示。 a)机械特性机械特性 b)功率特性功率特性 图图7-12 二次方律负载的特性二次方律负载的特性 变频器原理与应用（第2版）第

30、2章261. 二次方律负载的特点二次方律负载的特点 二次方律二次方律负载机械在低速时由于流体的负载机械在低速时由于流体的流速低流速低，所以，所以负载转矩很小负载转矩很小，随着随着电动机转速的增加电动机转速的增加，流速增快，负载，流速增快，负载转矩和功率转矩和功率也也越来越大越来越大，负，负载转矩载转矩TL和功率和功率PL可用下式表示：可用下式表示： (7-15) (7-16) 式中式中 T 0、P 0 分别为电动机轴上的分别为电动机轴上的转矩损耗和功率损耗转矩损耗和功率损耗； KT、KP 分别为二次方律负载的分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数转矩常数和功率常数2LT0LnKTT30LPLn

31、KPP变频器原理与应用（第2版）第2章272. 二次方律负载变频器的选择二次方律负载变频器的选择可以选用可以选用“风机、水泵风机、水泵用变频器用变频器”。这是因为：。这是因为：1) 风机和水泵风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能过载能力较低力较低。为。为120，1min (通用变频器为通用变频器为150，1min)。因此在进行因此在进行功能预置功能预置时必须注意。由于时必须注意。由于负载转矩与转速的负载转矩与转速的平方成正比平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大可能大大超过超过变频器变频

32、器额定转矩额定转矩，使电动机过载。所以，其，使电动机过载。所以，其最高工作频率不得最高工作频率不得超过额定频率超过额定频率。2) 配置了进行配置了进行多台多台控制的控制的切换功能切换功能。3) 配置了一些其他专用的控制功能，如配置了一些其他专用的控制功能，如“睡眠睡眠”与与“唤醒唤醒”功能、功能、PID调节功能。调节功能。变频器原理与应用（第2版）第2章287.3.4 直线律负载变频器的选择直线律负载变频器的选择 轧钢机和辗压轧钢机和辗压机等都是直线负载。机等都是直线负载。 1. 直线律负载及其特性直线律负载及其特性 (1) 转矩特点。转矩特点。负载阻转矩负载阻转矩TL与转速与转速nL成成正比

33、正比： (7-17) (2) 功率特点。功率特点。负载的功率负载的功率PL与转速与转速nL的二次方成的二次方成正比正比。 （7-18） 式中，式中， 和和 直线律负载的直线律负载的转矩常数和功率常数。转矩常数和功率常数。 LTLnKT2LPLLTL9550nKnnKPTKPK变频器原理与应用（第2版）第2章29a) 辗压机示意图 b) 机械特性 c) 功率特性 图7-13 直线律负载及其特性 2变频器的选择变频器的选择 直线律负载的机械特性虽然也有典型意义但在考虑变直线律负载的机械特性虽然也有典型意义但在考虑变频器时的频器时的基本要点与二次方律负载相同基本要点与二次方律负载相同，故不作为典型负

34、载，故不作为典型负载来讨论。来讨论。变频器原理与应用（第2版）第2章307.3.5 特殊性负载变频器的选择特殊性负载变频器的选择 大部分大部分金属切削机床金属切削机床属于混合特殊性负载。属于混合特殊性负载。 1混合特殊性负载及其特性混合特殊性负载及其特性 金属切削机床中的低速段，由于工件的最大加工半径和允许的最大金属切削机床中的低速段，由于工件的最大加工半径和允许的最大切削力相同，故具有恒转矩性质；而在高速段，由于受到机械强度的切削力相同，故具有恒转矩性质；而在高速段，由于受到机械强度的限制，将保持切削功率不变，属于恒功率性质。限制，将保持切削功率不变，属于恒功率性质。 a) 机械特性机械特性

35、 b) 功率特性功率特性 变频器原理与应用（第2版）第2章31 2变频器的选择变频器的选择 金属切削机床除了在切削加工毛坯时，负载大小有较金属切削机床除了在切削加工毛坯时，负载大小有较大变化外，其他切削加工过程中，负载的变化通常是很小大变化外，其他切削加工过程中，负载的变化通常是很小的。就切削精度而言，的。就切削精度而言，选择选择Vf 控制方式控制方式能够满足要求。能够满足要求。但从节能角度看并不理想。但从节能角度看并不理想。 矢量变频器在矢量变频器在无反馈矢量控制无反馈矢量控制方式下，已经能够在方式下，已经能够在05Hz时稳定运行，完全可以满足要求。而且无反馈矢时稳定运行，完全可以满足要求。

36、而且无反馈矢量控制方式能够克服量控制方式能够克服Vf控制方式的缺点。控制方式的缺点。 当机床对加工精度有当机床对加工精度有特殊要求特殊要求时，才考虑有反馈时，才考虑有反馈矢矢量控制量控制方式。方式。变频器原理与应用（第2版）第2章32本本 章章 小小 结结 异步电动机的转速异步电动机的转速n的表达式为：的表达式为： 可见改变可见改变f1即可实现电动机的即可实现电动机的速度调节速度调节。由于电动机。由于电动机结构参数结构参数及其所及其所带负载的特性带负载的特性对变频器的对变频器的正常工作正常工作有有着极大的影响，所以应掌握以下的着极大的影响，所以应掌握以下的原理与概念：原理与概念： 1. 异步电

37、动机的变频调速工作原理。异步电动机的变频调速工作原理。 2. 异步电动机的机械特性。异步电动机的机械特性。 3. 异步电动机的起动和制动方法。异步电动机的起动和制动方法。 4. 异步电动机实现变频调速的要求。异步电动机实现变频调速的要求。 5. 负载类型，恒转矩、恒功率及二次方律负载的特负载类型，恒转矩、恒功率及二次方律负载的特点和对应的机械特性。点和对应的机械特性。 )1 (60)1 (10spfsnn变频器原理与应用（第2版）第2章33练习题练习题 1. 公式公式 中，中， 表示（表示（ ）。）。 A转差率转差率 B旋转磁场的转速旋转磁场的转速 C转子转速转子转速 D以上都不是以上都不是2

38、. 卷扬机负载转矩属于（卷扬机负载转矩属于（ ）。）。 A恒转矩负载恒转矩负载 B恒功率负载恒功率负载 C二次方律负载二次方律负载 D以上都不是以上都不是3风机、泵类负载转矩属于（风机、泵类负载转矩属于（ ）。）。 A恒转矩负载恒转矩负载 B恒功率负载恒功率负载 C二次方律负载二次方律负载 D以上都不是以上都不是00nnsn0n填空题填空题变频器原理与应用（第2版）第2章34第第8章章 变频器的控制方式变频器的控制方式8.1 8.1 U Uf f 控制控制8.2 8.2 转差频率控制（转差频率控制（SFSF控制）控制）8.3 8.3 矢量控制矢量控制 (VC(VC控制控制) )8.4 8.4

39、直接转矩控制直接转矩控制 变频器原理与应用（第2版）第2章35第第8章章 变频器的控制方式变频器的控制方式 8.1 8.1 U Uf f 控制控制 8.1.1 8.1.1 U Uf f 控制原理控制原理 在进行电机调速时，通常是希望保持电机中每极在进行电机调速时，通常是希望保持电机中每极磁磁通量为额定值通量为额定值，并保持，并保持不变不变。如果。如果磁通太弱磁通太弱就等于没有就等于没有充分利用电机的铁心充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果，是一种浪费；如果过分增大过分增大磁通，磁通，又会使又会使铁心饱和铁心饱和，过大的励磁电流使绕组，过大的励磁电流使绕组过热损坏电机。过热损坏电机。 V Vf

40、f控制是使变频器的输出在控制是使变频器的输出在改变频率改变频率的同时也改的同时也改变电压，通常是使：变电压，通常是使： V Vf f= =常数常数 这样可使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围这样可使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的转矩、效率、功率因数不下降。内，电动机的转矩、效率、功率因数不下降。变频器原理与应用（第2版）第2章36变频器原理与应用（第2版）第2章37变频器原理与应用（第2版）第2章38变频器原理与应用（第2版）第2章39变频器原理与应用（第2版）第2章408.2 8.2 转差频率控制（转差频率控制（SFSF控制）控制） 在电动机允许的过在电动机允许的过载转矩

41、以下，大体可以载转矩以下，大体可以认为产生的认为产生的转矩与转差转矩与转差频率成比例频率成比例。另外，电。另外，电流随转差频率的增加而流随转差频率的增加而单调增加。所以，如果单调增加。所以，如果我们给出的转差频率不我们给出的转差频率不超过允许过载时的转差超过允许过载时的转差频率，那么就可以具有频率，那么就可以具有限制电流的功能。限制电流的功能。 8.2.1转差频率控制原理转差频率控制原理变频器原理与应用（第2版）第2章418.2.2 8.2.2 转差频率控制的系统构成转差频率控制的系统构成 速度调节器通常采用速度调节器通常采用PIPI控制。它的输入为速度设定信号控制。它的输入为速度设定信号2

42、2* *和检测和检测的电机实际速度的电机实际速度2 2之间的误差信号。速度调节器的输出为转差频率设之间的误差信号。速度调节器的输出为转差频率设定信号定信号s s* *。变频器的设定频率即电动机的定子电源频率。变频器的设定频率即电动机的定子电源频率1 1* *为转差频为转差频率设定值率设定值s s* *与实际转子转速与实际转子转速2 2的和。当电动机负载运行时，定子频的和。当电动机负载运行时，定子频率设定将会自动补偿由负载所产生的转差，保持电动机的速度为设定率设定将会自动补偿由负载所产生的转差，保持电动机的速度为设定速度。速度调节器的限幅值决定了系统的最大转差频率。速度。速度调节器的限幅值决定了

43、系统的最大转差频率。 变频器原理与应用（第2版）第2章428.3 8.3 矢量控制矢量控制 (VC(VC控制控制) ) 8.3.1 8.3.1 直流电动机与异步电动机调速上的差异直流电动机与异步电动机调速上的差异1直流电动机的调速特征直流电动机的调速特征 直流电动机具有两套绕组，即直流电动机具有两套绕组，即励磁绕组励磁绕组和和电枢绕组电枢绕组，它们的，它们的磁场在空间上互差磁场在空间上互差/2电角度，两套绕组在电路上是互相独立的。电角度，两套绕组在电路上是互相独立的。 2异步电动机的调速特征异步电动机的调速特征 异步电动机也有异步电动机也有定子绕组定子绕组和和转子绕组转子绕组，但只有定子绕组和

44、外部，但只有定子绕组和外部电源相接，定子电流电源相接，定子电流I1是从电源吸取电流，转子电流是从电源吸取电流，转子电流I2是通过电是通过电磁感应产生的磁感应产生的感应电流感应电流。因此异步电动机的定子电流应包括两个。因此异步电动机的定子电流应包括两个分量，即励磁分量和负载分量。励磁分量用于建立磁场；负载分分量，即励磁分量和负载分量。励磁分量用于建立磁场；负载分量用于平衡转子电流磁场。量用于平衡转子电流磁场。变频器原理与应用（第2版）第2章438.3.2 8.3.2 矢量控制中的等效变换矢量控制中的等效变换 a) 三相电流绕组 b) 两相交流绕组 c) 旋转的直流绕组 图8-9 异步电动机的几种

45、等效模型1. 坐标变换的概念坐标变换的概念2. 3相相2相变换相变换(3s2s)3. 2相相/2相旋转变换（相旋转变换（2s/2r）变频器原理与应用（第2版）第2章448.3.3 8.3.3 变频器矢量控制的基本思想变频器矢量控制的基本思想 1矢量控制的基本理念 图8-12 矢量控制的示意图 变频器原理与应用（第2版）第2章458.3.4 8.3.4 使用矢量控制的要求使用矢量控制的要求选择选择矢量控制模式，矢量控制模式，对变频器和电动机有对变频器和电动机有如下要求如下要求：1) 一台变频器只能带一台电动机。一台变频器只能带一台电动机。2) 电动机的极数要按说明书的要求，一般以电动机的极数要按

46、说明书的要求，一般以4极极电动机为电动机为最佳。最佳。3) 电动机容量与变频器的容量相当，最多差一个等级。电动机容量与变频器的容量相当，最多差一个等级。4) 变频器与电动机间的连接线不能过长，一般应在变频器与电动机间的连接线不能过长，一般应在30m以以内。如果超过内。如果超过30m，需要在连接好电缆后，进行离线自，需要在连接好电缆后，进行离线自动调整，以重新测定电动机的动调整，以重新测定电动机的相关参数相关参数。变频器原理与应用（第2版）第2章468.3.5 8.3.5 矢量控制系统的优点和应用范围矢量控制系统的优点和应用范围 1. 矢量控制系统的矢量控制系统的优点优点 1）动态的高速响应）动

47、态的高速响应 2）低频转矩增大）低频转矩增大 3）控制灵活）控制灵活 2. 矢量控制系统的矢量控制系统的应用范围应用范围 1）要求）要求高速响应高速响应的工作机械的工作机械 2）适应）适应恶劣恶劣的工作环境的工作环境 3）高精度高精度的电力拖动的电力拖动 4）四象限运转）四象限运转 变频器原理与应用（第2版）第2章478.4 8.4 直接转矩控制直接转矩控制 8.4.1 8.4.1 直接转矩控制系统直接转矩控制系统 直接转矩控制系统是继矢量控制之后发展起来的另直接转矩控制系统是继矢量控制之后发展起来的另一种一种高性能高性能的交流变频调速系统。直接转矩控制把的交流变频调速系统。直接转矩控制把转矩转矩直接作为控制量