1. 首页
  2. 新闻
  3. 企业
  4. 产品
  5. 供求
  6. 下载
  7. 论文
  8. 杂志
  9. 视频
  10. 研究
  11. 会展
  12. 方案
  13. 人才
  14. 更多
CA168首页 > 自动化新闻 > 独家原创 > 新闻详情

电工小创新(二十七)

第三篇 变频调速篇

发布日期:2016-09-20 浏览次数:11242
2.电压的检测

(1)直接采样
即直接从直流电压上取样,如图7-12(a)所示。图中的PC 是集成光耦合电路,一方面,使强电和弱电之间可靠隔离;另一方面,也提高了检测的灵敏度。

(2)间接采样
如图7-12(b)所示。
开关电源二次绕组N2 的感应电动势经二极管整流,并经电阻分压后,得到脉冲序列。因为开关电源二次绕组所得电压的峰值是和直流电压UD 成正比的。

3.温度的检测
把半导体热敏电阻(NTC)封装在逆变模块里靠近IGBT 芯片的位置,如图7-13(a)所示。半导体热敏电阻通常呈负温度系数特性,即温度越高,电阻值越小。采用内置热敏电阻的保护电路如图7-13(b)所示。


7.2 变频器常用功能

内容提要
本节归纳了变频器在使用过程中,需要用户根据生产机械的实际工况进行调整的功能。主要归纳功能的含义及调整的方法和基本要点,对于其原理不再多作讲解。

7.2.1 频率给定功能

7.2.1.1 模拟量频率给定功能

1. 模拟量给定方法
模拟量给定的给定信号是电压或电流,给定途径主要是通过外接输入端子输入。如图7-14(b)所示,端子AV1 接受电压信号,由电位器RP 的滑动端得到信号;端子C1 则接受电流信号。部分变频器在面板上装有电位器,也可以进行模拟量给定,如图7-14(a)所示。




2.数字量给定方法
(1)键盘给定
即利用键盘上的升键▲和降键▼进行频率给定,如图7-15(a)所示。


(2)外接端子给定
变频器的输入控制端子中,有两个端子,经过功能预置,可以作为升速和降速之用。如图7-15(b)所示,在多功能输入端子中任选两个端子(如图7-15(b)中之X1 和X2 端),将它们分别预置为“频率递增”和“频率递减”,则X1 和X2 端子具
有如下功能:
“X1 - CM”接通→频率上升;
“X1 - CM”断开→频率保持已经上升的频率,或回复至原来的频率;
“X2 - CM”接通→频率下降;
“X2 - CM”断开→频率保持已经下降的频率,或回复至原来的频率。
升速和降速端子常写成“UP/DOWN”端子。

7.2.1.2 频率的限制功能 

1.最高频率
变频器允许输出的最大频率,称为最高频率,用fmax表示。

在模拟量给定时,最高频率实际上就是与最大给定信号对应的频率。

当利用键盘的升键(▲)进行频率给定时,最高频率的含义是:当变频器的输出频率已经达到最高频率后,即使再按升键,变频器的输出频率也不能再升高了。

优先权。

3.下限频率

(1)定义
下限频率是根据生产机械的工艺要求而决定的最低工作频率,用fL 表示。
(2)下限频率和起始频率的关系
①电动机起动时,变频器的输出频率从0Hz 开始上升;停机时,变频器的输出频率也能下降至0Hz。
②在运行过程中调节变频器的输出频率时,最低的工作频率为下限频率。

4.回避频率  
任何机械在运转过程中,都会发生振动,振动的频率和转速有关。每台机器又都有各自的固有振荡频率,它取决于机械的质量和结构。如果生产机械运行在某一转速时,所引起的振动频率和机械的固有振荡频率相吻合的话,则
机械的振动将因发生谐振而变得十分强烈,并可能导致损坏机械的严重后果。

回避频率就是要“回避”掉可能引起谐振的频率。

5.点动频率  
点动控制就是“点一点,动一动”。是各类机械在调试过程中经常使用的操作方式。
点动运行时的工作频率,称为点动频率,用ƒJOG 表示。
点动频率的大小应根据生产实际的需要来进行预置。

7.2.2 控制方式功能

异步电动机在低频运行时,其电压也应同时下降,但如果电压和频率同步下降,电动机的磁通会减少,其带负载能力也会减小。所谓控制方式,就是在运行频率下降时,如何根据负载的具体情况,调整电动机磁通的控制方式。

7.2.2.1 U/f 控制方式
1.几个基本名词
(1)基本频率
与最大输出电压对应的频率,称为基本频率,用fBA表示。
在绝大多数情况下,基本频率应该等于电动机的额定频率,并且最好不要随意改变。

(2)频率调节比
变频器的输出频率与额定频率之比称为频率调节比:



2.V/F 控制方式
(1)含义
通过调整变频器输出侧的电压频率比(U/f 比)的方法,来改变电动机在调速过程中机械特性的控制方式。

由于电压的下降是人为的,这就有可能根据负载的不同特点来适当地调整U/f 比。这种通过调整U/f 比来改变电动机特性的方法,便称为V/F 控制方式。

(2)U/f 线
不同的负载在低频运行时对U/f 比的要求也是不一样的。为此,各种变频器都设置了许多种U/f 线,供用户根据负载的具体要求来进行预置。如图7-16 所示,曲线①是电压与频率成正比地变化的U/f 线,称为基本U/f 线。其特点是:


如要加大低频时的带负载能力,须在基本U/f 线的基础上加大U/f 比,使kU kF,称为转矩补偿或转矩提升,转矩提升后的U/f 线如曲线②所示,图中的UC% 是转矩提升量。

离心式风机和水泵等二次方律负载在低频运行时,负载的阻转矩与额定转矩相比,减小很多,非但不必要加大U/f 比,还应该减小U/f 比,使kU < kF,进行负补偿,如曲线③所示,在许多变频器的说明书中,称之为“低励磁压频比”。

7.2.2.2 矢量控制方式

1.矢量控制的基本思想
仿照直流电动机的调速特点,使异步电动机的转速也能通过控制两个互相垂直的直流磁场来进行调节。

2.矢量控制框图
如图7-17 所示。





当频率给定信号改变时,仿照直流电动机的情形,使直流磁场中的励磁分量保持不变,而转矩分量得到调整,以模拟直流电动机的主磁场不变,只调节电枢磁场的情形,从而获得和直流电动机相仿的调速特性。

(3)转速反馈
①外部反馈
须在变频器外部附加测速装置,常称为“有反馈矢量控制”,也称为“有速度沙龙365矢量控制”,可以使电动机得到很硬的机械特性,并且具有很高的动态响应能力。

②内部反馈
不需要在变频器外部另装转速反馈装置,在了解电动机参数的前提下,即使只检测电动机的端电压和电流,也能算出转子磁通及其角速度,并进而推算出转矩电流指令iT* 和励磁电流iM* 指令,实现矢量控制,常称为“无反馈矢量控制”。

3.电动机参数的自动检测
矢量控制方式在进行等效变换时,须根据电动机的参数作大量的运算。而所需数据中的相当部分,例如,定子绕组的电阻和漏磁电抗、转子绕组的电阻和漏磁电抗的折算值等,一般用户是很难得到的。对此,当代的许多变频器都已经配置了自动检测电动机参数的功能。

具体方法大致如下:
(1)准备工作
①输入电动机的额定数据;
②使变频器处于“键盘操作”方式;
③将自测定功能预置为“自动”方式。

(2)静止自测量
用手制住电动机的输出轴,使电动机处于堵转状态。变频器输出额定电压的25%,按下RUN 键,持续约1min。

(3)旋转自测量
将电动机和负载脱开,处于空载状态。按下RUN 键,让电动机空转约1min,转速约为额定转速的(50 ~ 80)%。如电动机不能脱离负载,则空载电流按额定电流的40% 计(I0 ≈ 40%IMN)。

7.2.2.3 直接转矩控制方式 

1.基本思想
把给定信号分解成一个转矩信号和一个磁通信号。当实际转速高于给定值时,它就关断IGBT 管,使电动机因失去转矩而减速;而当实际转速低于给定值时,它又使IGBT 管导通,电动机因得到转矩而加速,称为“砰-砰”控制(双位控制)。

2.主要优缺点
(1)不需要SPWM发生器,结构简单,且动态响应快;

(2)输出电流的谐波分量较大,冲击电流也较大,逆变器输出端常常需要接入输出滤波器或输出电抗器;

(3)逆变电路的开关频率不固定,电动机的电磁噪声较大。



切割磁力线的速度很慢,如图7-18(b)所示,故起动电流不大。如果在整个起动过程中,使同步转速与转子转速间的转差限制在一定范围内,则起动电流也将限制在电动机允许的范围内,如图7-18(c)所示,图7-18(c)中,IMN 是电动机的额定电流,IMN 是电动机允许的最大电流。

2.相关功能
(1)起动频率及持续时间
负载在静止状态的静磨擦系数是大于动磨擦系数的,就是说,从静止状态开始启动时的阻转矩要比运行过程中的阻转矩大一些。

为了克服这刚启动时的静磨擦转矩,需要有一点冲击力,使它动起来。具体方法就是预置一个起动频率fS,如图7-19 中之fS 所示,使起动瞬间有一点突加的电磁转矩,有助于使机器动起来。

除了预置起动频率外,还需要预置一个起动频率的持续时间。这是因为,有些负载在静止时处于松弛状态,如果让起动频率保持一个短时间,使负载先缓慢地转起来,这对于延长生产机械的寿命是很有好处的。如图7-19 中之


(2)起动前的直流制动
以风机为例,在停机时,由于周围有自然风的原因,叶片常常反转,如图7-20(a)所示。使电动机在起动时处于反接状态,增大了起动电流。为此,变频器专门设置了“起动前直流制动”功能,就是说,在起动前,向电动机绕组里通入直流电流,使转子迅速停止,然后再起动,如图7-20(b)所示。起动前直流制动的目的,是保证电动机在零速状态下起动。


7.2.3.2 加速功能

1.加速时间
所谓加速时间,是指变频器的输出频率从0Hz 上升到基本频率(或最高频率)所需要的时间称为加速时间。加速时间是由用户根据生产机械的具体要求自行预置的。

2.加速时间与电流
加速时间过短,将使电动机的电流超过允许值,导致变频器因过电流而跳闸。

3.加速方式
生产机械在刚开始加速,以及在停止加速时,常常因为有惯性,而使传动轴承受较大的剪切力,影响生产机械的寿命。为此,可以把加速过程分成三段:

(1)开始加速段
刚起动时,让频率上升得慢一些,如图7-21 中的tAS1所示,称为加速开始时的S 字加速时间。



(2)正常加速段
电动机加速到一定频率后,就开始以预置的加速时间正常加速,如图7-21 中的tAS2 所示。
(3)完成加速段
当电动机的工作频率接近于所预置的工作频率时,又让频率上升得慢一些,如图7-21 中的tAS3 所示,称为加速结束时的S 字加速时间。
这种加速方式称为S 形加速方式。在进行功能预置时,除了预置加速时间tA 外,还需要分别预置tAS1tAS2

7.2.3.3 减速功能

1.变频器的减速与停机
(1)停机方法
断开变频器的FWD 端子与COM 端子之间的连接,电动机的转速将逐渐降低,直至停止,如图7-22(a)所示。

(2)停机过程  
停机时,变频器的输出频率将从工作频率fX(设为45Hz)逐渐下降为0Hz,如图7-22(b)所示。

(3)减速时间
变频器的输出频率从基本频率fBA 下降到0Hz 所需要的时间,称为减速时间,用tD 表示,如图7-22(c)所示。



2.减速时的电动机状态
假设某4 极电动机,减速前在额定转速下运行,其基本状态如图7-23(a)所示:同步转速为1500 r/min,运行转速为1480 r/min。转子绕组以转差(20 r/min)反方向切割磁力线而产生感应电动势和电流,感应电流与磁通相互作用而产生的电磁转矩TM 是驱动转子旋转的电磁转矩。

今将频率下降为48Hz,当频率刚下降的瞬间,旋转磁场的转速(同步转速)立即下降为1440r/min,但由于拖动系统具有惯性的缘故,电动机转子的转速不可能立即下降,仍为1480 r/min。于是,转子的转速超过了同步转速,转子绕组切割旋转磁场的方向和原来相反了。从而,转子绕组中感应电动势和感应电流的方向,以及所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了,电动机处于发电状态,如图7-23(b)所示。由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反,能够促使电动机的转速迅速地降下来,故也称为再生制动状态。


3.泵升电压
如上述,频率下降(减速)时,电动机处于再生制动状态,再生电流将通过和逆变管反并联的二极管反馈到直流回路,向滤波电容充电,使直流电压上升,称为泵升电压。

4.减速时间与直流电压
减速时间过短,频率下降太快,将使泵升电压增加,变频器的直流电压将可能超过允许值,导致变频器因过电压而跳闸。

7.2.3.4 直流制动
 

1.直流制动的原理
(1)设置直流制动功能的理由
有的负载在停机后,常常因为惯性较大而停不住,有“蠕动”现象。这对于某些机械来说,是不允许的。例如龙门刨床的刨台,“蠕动”的结果将有可能使刨台滑出台面,造成十分危险的后果。设置了直流制动功能,可使电动机迅速停住。

(2)直流制动的原理
向定子绕组内通入直流电流,则定子绕组产生的磁场将是空间位置不动的固定磁场,如图7-24(a)所示。尚未停住的电动机转子将正方向切割固定磁场,转子绕组中产生很大的感应电动势和电流,进而产生很强烈的制动转矩,使拖动系统快速停住。

2.直流制动功能的预置  
(1)直流制动的起始频率ƒDB
通常,直流制动都是和再生制动配合使用的。即:首先由再生制动将电动机的转速降至较低转速,然后再加入直流制动,使电动机迅速停住。这里,从再生制动转为直流制动的频率即为直流制动的起始频率,如图7-24(b)中之ƒDB 所示。


(2)直流制动电压UDB
即在定子绕组上施加直流电压的大小,它决定了直流制动的强度。预置直流制动电压UDB 的主要依据是负载惯性的大小,惯性越大者,UDB 也应越大。

(3)直流制动时间TDB  
即施加直流制动的时间长短。预置直流制动时间TDB的主要依据是负载是否有“蠕动”现象,以及对克服“蠕动”的要求,要求越高者,TDB 应适当长一些。

7.2.4 外接端子的控制功能

7.2.4.1 开关量输入端子的安排
变频器的外接输入端子的安排如图7-25 所示。

1.基本输入端
变频器的外接开关量输入端子中,有一部分端子的功能是固定的,称为基本操作输入端,如图7-25 中的FWD(正转控制端)和REV(反转控制端)所示。各种变频器对基本操作输入端的设置不尽相同,有的变频器除了正、反转控制端外,还有自锁、点动、复位等端子。
[新闻搜索] [] [告诉好友] [打印本文] [关闭窗口] [返回顶部]
0条 [查看全部]  网友评论

视觉焦点

  1. 世界,因您而变
  2. 地震启示:产业与生态的发
  3. 2012国际电子装备产业博览
  4. 反浪费、反腐败带来的正能
  5. 第九届变频器行业企业家论
  6. 人与机器的融合
  1. 返回首页
  2. 评论
  3. 相关链接
  4. 返回顶部
沙龙365