哈工大变频器原理与运用课件

文件:变频器原理与应用02.1变频器原理与应用通用变频器的功能文件:变频器原理与应用02.2变频器原理与应用通用变频器的功能第2章通用变频器的功能本章主要内容：介绍通用变频器的主要功能§2.1频率控制功能§2.2U/f控制功能§2.3矢量控制功能§2.4运行控制与保护功能§2.5变频器的闭环运行§2.6变频器的外部接线学时：4文件:变频器原理与应用02.3变频器原理与应用通用变频器的功能§2.1频率控制功能本节主要内容：频率给定极限频率加、减速时间和曲线回避频率多段速控制功能频率增益与频率偏置载波频率的设定文件:变频器原理与应用02.4变频器原理与应用通用变频器的功能1.频率给定操作面板上的功能键设置频率功能参数码进行预置操作面板上的电位器设定频率外端子控制频率•模拟量•开关量•网络图2-1操作面板变频器的输出频率可通过下述方式设定文件:变频器原理与应用02.5变频器原理与应用通用变频器的功能2.极限频率最高频率fmax变频器允许输出的最高频率，一般为电动机的额定频率。基本频率fb又称基准频率或基底频率，只有在U/f模式下才设定。它是指当输出电压U=UN时，f达到的值fN，一般为额定频率。图2-2频率、电压关系设定变频器输出电压和频率的关系。文件:变频器原理与应用02.6变频器原理与应用通用变频器的功能上限频率fH允许变频器输出的最高频率下限频率fL允许变频器输出的最低频率图2-3上限和下限频率限制变频器的输出频率范围，从而限制电动机的转速范围，防止由于错误操作造成事故。文件:变频器原理与应用02.7变频器原理与应用通用变频器的功能3.加速时间和减速时间加、减速时间的定义•加速时间：变频器输出频率从0上升到基本频率fb所需要的时间•减速时间：变频器输出频率从基本频率fb下降至0所需要的时间。图2-4加减速时间设定为了保证电动机正常起动而又不过流，变频器须设定加速时间。电动机减速时间与其拖动的负载有关，有些负载对减速时间有严格要求，变频器须设定减速时间。文件:变频器原理与应用02.8变频器原理与应用通用变频器的功能实际的加减速时间•变频器的实际加减速时间与工作频率有关。•一般小于等于理论设定的加减速时间。图2-5实际加减速时间加速时间的设定•加速时间设定原则：兼顾起动电流和起动时间，一般情况下负载重时加速时间长，负载轻时加速时间短•加速时间设置方法：用试验的方法，使加速时间由长而短，一般使起动过程中的电流不超过额定电流的1.1倍为宜。文件:变频器原理与应用02.9变频器原理与应用通用变频器的功能减速时间设定•必要性：例1：重负载制动时，制动电流大可能损坏电路，设置合适的减速时间，可减小制动电流。例2：水泵制动时，快速停车会造成管道“空化”现象，损坏管道。•减速时间的设定原则：兼顾制动电流和制动时间，保证无管道“空化”现象。多种加减速时间•变频器可设置多种不同的加减速时间。•以适应不同工况下的要求。文件:变频器原理与应用02.10变频器原理与应用通用变频器的功能4.加速曲线和减速曲线加速曲线（3种）•线性上升方式：频率随时间呈正比的上升，适用于一般要求的场合。•S型上升方式：先慢、中快、后慢，起动、制动平稳，适用于传送带、电梯等对起动有特殊要求的场合。•半S型上升方式：正半S型适用于大惯性负载，反半S型适合于风机、泵类负载。图2-6加速曲线文件:变频器原理与应用02.11变频器原理与应用通用变频器的功能减速曲线与加速曲线类似图2-7S区曲线加速和减速曲线的组合根据不同的机型可分为三种情况：•只能预置加、减速的方式，曲线形状由变频器内定，用户不能自由设置。•可为用户提供若干种S区（如0.2S、0.5S、1S等）•用户可在一定的非线性区内设置时间的长短。文件:变频器原理与应用02.12变频器原理与应用通用变频器的功能5.回避频率回避频率的概念•变频器跳过而不运行的频率•一般情况下可设置三个以上。图2-8回避频率为避免传动系统共振，应设置回避频率。文件:变频器原理与应用02.13变频器原理与应用通用变频器的功能设置回避频率的方法•设定回避频率的上端和下端频率：如43Hz、39Hz，则回避39Hz～43Hz；•设定回避频率值和回避频率的范围：如41Hz、2Hz，则回避39Hz～43Hz；•只设定回避频率：回避频率范围由变频器内定。图2-8回避频率文件:变频器原理与应用02.14变频器原理与应用通用变频器的功能6.多段速控制功能段速控制功能指不同时间段对应的输出频率不同。图2-9工业洗衣机速度轨迹文件:变频器原理与应用02.15变频器原理与应用通用变频器的功能段速功能的设置与执行•按程序运行利用变频器内部的简易PLC功能编制段速控制程序。•由端子控制设置控制端子，使之的具有段速选择功能。图2-10多段速控制文件:变频器原理与应用02.16变频器原理与应用通用变频器的功能本讲学习了§2.1频率控制功能频率给定极限频率加、减速时间和曲线回避频率多段速控制功能下一讲继续学习频率增益与频率偏置载波频率的设定文件:变频器原理与应用02.17变频器原理与应用通用变频器的功能7.频率增益和频率偏置功能图2-10频率偏置频率给定来自模拟控制端子输入的信号，如：电压0~5V，0~10V；电流4~20mA。为了使模拟信号与频率给定相匹配，需设置频率增益和频率偏置。频率偏置•当模拟控制信号为0时的频率频率给定值文件:变频器原理与应用02.18变频器原理与应用通用变频器的功能图2-11频率增益频率增益频率给定（标幺值）变化范围与模拟控制信号（标幺值）变化范围的比率，即f/X。文件:变频器原理与应用02.19变频器原理与应用通用变频器的功能8.载波频率设置应用脉宽调制技术控制逆变电路时，载波频率（三角波频率）可以在一定的范围内进行调整。载波频率对应着功率器件的开关频率•载波频率过高会导致功率器件过热•载波频率过低则输出电压畸变较大变频器在出厂时都设置一个较佳的载波频率，没有必要时可以不作调整。文件:变频器原理与应用02.20变频器原理与应用通用变频器的功能小结重点：与频率控制相关的功能难点：频率增益与偏置§2.1频率控制功能频率给定方式•通过操作面板•模拟输入端子：频率增益与偏置•开关输入端子：多段速控制功能保护功能•上、下限频率、回避频率•加、减速时间和曲线文件:变频器原理与应用02.21变频器原理与应用通用变频器的功能§2.2U/f控制功能本节主要内容：U/f控制方式的含义完善U/f控制方式的措施转矩补偿节能运行控制转差补偿本节将介绍与上述优化措施对应的控制功能。变频器调速系统的控制方式•基本方式：U/f控制•高级方式：矢量控制文件:变频器原理与应用02.22变频器原理与应用通用变频器的功能1.U/f控制方式图2-12U/f控制曲线U/f控制方式•在变频调速过程中为了保持主磁通的恒定•而使U/f=常数的控制方式•这是变频器的基本控制方式。文件:变频器原理与应用02.23变频器原理与应用通用变频器的功能2.转矩补偿功能转矩补偿•在U/f控制方式下，•利用增加输出电压来提高电动机转矩的方法。转矩补偿的原因•在基频以下调速时，须保持E1/ƒ1恒定，即保持主磁通Φm恒定。•ƒ1较高时，保持U1/ƒ1恒定，即可近似地保持主磁通Φm恒定。•ƒ1较低时，E1/ƒ1会下降，导致输出转矩下降。•提高变频器的输出电压即可补偿转矩不足•不同工作场合对转矩补偿的要求不同文件:变频器原理与应用02.24变频器原理与应用通用变频器的功能常用的补偿方法•线性补偿起动电压从0提升到最大值的某一比例，U/f仍保持线性关系。图2-13线性补偿文件:变频器原理与应用02.25变频器原理与应用通用变频器的功能•分段补偿起动过程中分段补偿，有正补偿、负补偿两种。正补偿：补偿曲线在标准U/f曲线的上方，适用于高转矩起动运行的场合。负补偿：补偿曲线在标准U/f曲线的下方，适用于低转矩起动运行的场合。图2-14分段补偿文件:变频器原理与应用02.26变频器原理与应用通用变频器的功能•平方率补偿补偿曲线为抛物线。低频时斜率小（U/f比值小）高频时斜率大（U/f比值大）多用于风机和泵类负载的补偿，达到节能目的图2-14平方率补偿文件:变频器原理与应用02.27变频器原理与应用通用变频器的功能3.节能运行控制功能节能运行控制功能•变频器将检测到的电动机运行状态，•与变频器中储存的标准电动机的参数进行比较，•从而自动给出最佳工作电压的过程。变频器预置为节能运行时，必须满足的条件•变频器中已储存有实际电动机的参数。•变频器节能运行时，动态性能较差，因此多用于转矩较稳定的负载中。•节能运行只能用于U/f控制方式下，不能用于矢量控制方式。文件:变频器原理与应用02.28变频器原理与应用通用变频器的功能4.转差补偿功能转差补偿•当电动机转速随着负载转矩增加(降低)而下降(升高)时，•变频器的输出频率自动升高(降低)，•以补偿电动机转速变化的过程。01nnn转差的含义文件:变频器原理与应用02.29变频器原理与应用通用变频器的功能转差补偿的目的•提高电动机的转速控制精度。•转差补偿只能用于U/f控制方式下，不能用于矢量控制方式。转差补偿的设定范围：一般为0～10Hz。文件:变频器原理与应用02.30变频器原理与应用通用变频器的功能小结重点：转矩补偿、转差补偿功能难点：转矩补偿的原因§2.2U/f控制功能U/f控制方式该方式下的特殊控制功能•转矩补偿功能•节能运行控制功能•转差补偿功能U/f=常数的控制方式文件:变频器原理与应用02.31变频器原理与应用通用变频器的功能§2.3矢量控制功能矢量控制是变频器的一种高性能的控制方式，其控制原理类似于直流电动机。本节主要内容：他励直流电动机的调速原理三相异步电动机的矢量控制原理变频器的矢量控制功能文件:变频器原理与应用02.32变频器原理与应用通用变频器的功能1.他励直流电动机的调速原理直流电动机的转矩表达式他励直流电动机调速的优点•Φ、Ia为相互独立的变量，分别由励磁绕组、电枢绕组控制。•电动机的转矩控制方便，调速特性好，精度高。文件:变频器原理与应用02.33变频器原理与应用通用变频器的功能他励直流电动机调速的缺点•直流电动机结构复杂、换向过程复杂；•且电动机的容量、最高转速受到限制；•换向器和电刷装置的事故率较高，需要定期维护和更换，维护费用高。文件:变频器原理与应用02.34变频器原理与应用通用变频器的功能2.三相异步电动机的矢量控制原理三相异步电动机的转矩表达式三相异步电动机转矩控制的难点•式中的Φm、I2、cosφ2都影响转矩T；•且Φm与I2都由定子电流控制，两者不独立。•难于直接实现转矩控制。文件:变频器原理与应用02.35变频器原理与应用通用变频器的功能矢量控制的原理•将定子电流人为分解为两个相互垂直的矢量；即励磁电流和转子电流；•然后用他励直流电动机的控制方式去控制交流异步电动机。解决思路：将定子电流人为的分解为两个相互垂直的矢量并解释为励磁电流和转子电流交流异步电动机的控制就会变得很方便。文件:变频器原理与应用02.36变频器原理与应用通用变频器的功能3.变频器的矢量控制功能矢量控制的实现过程•首先检测并计算三相输出电压和电流矢量；•然后将电流矢量分解为两个相互垂直的电流矢量：励磁电流和转子电流；•通过运算调节器对这两个信号分别控制，从而控制逆变电路的输出。•具有该功能的变频器工程上称为矢量型变频器。文件:变频器原理与应用02.37变频器原理与应用通用变频器的功能设置矢量控制功能时应符合的条件•变频器只能连接一台电动机；•运行前应对电动机进行自动测试，并对变频器的进行自整定操作；•所配备电动机的容量比应配备电动机的容量最多小一个等级；•变频器与电动机之间的电缆长度应不大于50m。•变频器与电动机之间接有电抗器时，应使用变频器的自整定功能修改控制参数。文件:变频器原理与应用02