变频调速控制系统

课题：变频调速控制系统

班级：铁自091

姓名：王连永

指导老师：严俊

完成日期：11.10.31

摘要：

交流电机变频器调速历近20年的发展及应用，已逐步被人们接受并成为当代电机调速的主流。由于变频器体积小、重量轻、精度高、工艺先进、功能丰富、保护安全、可靠性高、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等优点，它优于以往的任何调速方式，如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电机调速、液力耦合调速等，因而深受钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、建材、煤炭、医药、造纸、卷烟、城市供水及污水处理等行业的欢迎。

这次论文，主要介绍了变频调速的发展、基本原理、调速方法、步骤及变频器的一些分类。

目录：

1、什么是变频调速………………………………………

2、变频调速的发展………………………………………

3、变频器调速的基本原理………………………………

4、变频器分类…………………………………………..

5、变频调速的步骤………………………………………

（1）实验调试……………………………………….

（2）变频器带电机空载运行……………………….

（3）带载试运行…………………………………….

（4）变频器与上位机相连进行调试系统…………...

6、变频调速的方法………………………………………

（1）改变磁极对数………………………………….

（2）改变转差率…………………………………….

（3）改变频率………………………………………

7、总结…………………………………………………..

变频调速控制系统：

1、什么是变频调速

变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变同步转速，从而实现交流电动机调速的一种方法，变频调速调速范围宽，平滑性好，具有良好的动、静态特性，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 2 、变频调速的发展

对交流电动机进行变频调速需要一套变频电源，过去大多采用旋转变频发电机组作为电源，但这些设备庞大、可靠性差。随着晶闸管及各种大功率电力电子器件如：GTR 、GTO 、MOSFET 、ICBT 等的问世，各种静止变频电源获得了迅速发展，它们具有重量轻、体积小、维护方便、惯性小和效率高等优点，但由其组成的变频电路较复杂，造价高。而功率集成电路的出现，产品价格随之降低，它集功率开关件、驱动电路、保护电路、接口电路于一体，可靠性高，维护方便。因此，目前变频调速已成为交流调速的主要发展方向

3、变频器调速基本原理

根据电机学原理可知，异步电动机的转速为()()s p f s n n -=-=160110

式中，0n 为异步电动机同步转速；1f 为定子供电频率；p 为电动机极对数；s 为转差率。

由此可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率1f ，就可以

平滑地改变电动机的同步速度及电动机轴上的转速，从而实现异步电动机额无极调速，这个就是变频调速的基本原理。

4、变频器分类

异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的交流电源，常用的交流可调电源是由电力电子器件构成的静止式频率变换器，一般称为变频器。

变频器按装置的结构形式分为：交—直—交变频器、交—交变频器。

交—直—交变频器它把某一恒压恒频的交流电先经整流器整流成直流电，在经逆变器变换成电压和频率都可调的交流电，交—直—交变频器又称间接变频器。这种变频器调频范围宽，功率因数高，可用于各种电力拖动系统。

交—交变频器它把某一恒压恒频的交流电直接变换成电压和频率都可调的交流电，交—交变频器又称直接变频器。这种变频器效率较高，但控制复杂，主要用于低速大容量系统。

恒压恒频直流变压变频

交—直—交变频器

恒压恒频 变压变频

交—交变频器

变频器主回路结构

5、变频调速的步骤

一、

1 将变频器的接地端子接地。 2

将变频器的电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上。

3 检查变频器显示窗的出厂显示是否正常,如果不正确,应复位,否则要求退换。

4 熟悉变频器的操作键。

一般的变频器均有运行(RUN) 、停止(STOP) 、编程(PROG) 、数据P确认(DATAPENTER) 、增加(UP、▲) 、减少(DOWN、") 等6 个键,不同变频器操作键的定义基本相同。此外有的变频器还有监视(MONITORPDISPLAY) 、复位(RESET) 、寸动(JOG) 、移位 (SHIFT) 等功能键。

二、变频器带电机空载运行

6设置电机的功率、极数,要综合考虑变频器的工作电流。

7 设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。VPf 类型的选择包括最高频率、基本频率和转矩类型等项目。最高频率是变频器—电动机系统可以运行的最高频率,由于变频器自身的最高频率可能较高,当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时,应按电动机及其负载的要求进行设定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线,应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的是负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的 VPf 类型图和负载特点,选择其中的一种类型。通用变频器均备有多条VPf 曲线供用户选择,用户在使用时应根据负载的性

质选择合适的VPf 曲线。如果是风机和泵类负载,要将变频器的转矩运行代码设置成变转矩和降转矩运行特性。为了改善变频器启

动时的低速性能,使电机输出的转矩能满足生产负载启动的要求,要调整启动转矩。在异步电机变频调速系统中,转矩的控制较复杂。在低频段,由于电阻、漏电抗的影响不容忽略,

若仍保持VPf 为常数,则磁通将减小,进而减小了电机的输出转矩。为此,在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩。一般变频器均由用户进行人工设定补偿。日立J300 变频器则为用户提供两种选择:自行设定和自动转矩提升。

8将变频器设置为自带的键盘操作模式,按运行键、停止键,观察电机是否能正常地启动、停止。

9 熟悉变频器运行发生故障时的保护代码,观察热保护继电器的出厂值,观察过载保护的设定值,需要时可以修改。变频器的使用人员可以按变频器的使用说明书对变频器的电子热继电器功能进行设定。电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者的额定电流的比值,通常用百分数表示。当变频器的输出电流超过其容许电流时,变频器的过电流保护将切断变频器的输出。因此,变频器电子热继电器的门限最大值不超过变频器的最大容许输出电流。

三、带载试运行

1 手动操作变频器面板的运行停止键,观察电机运行停止过程及变频器的显示窗,看是否有异常现象。

2 如果启动P停止电机过程中变频器出现过流保护动作,应重新设定加速P减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩,而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电

机转动惯量或电机负载变化,按预先设定的频率变化率升速或减速时,有可能出现加速转矩不够,从而造成电机失速,即电机转速与变频器输出频率不协调,从而造成过电流或过电压。因此,需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间,使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定,若在启动过程中出现过流,则可适当延长加速时间;若在制动过程中出现过流,则适当延长减速时间。另一方面,加、减速时间不宜设定太长,时间太长将影响生产效率,特别是频繁启、制动时。

3 如果变频器在限定的时间内仍然保护,应改变启动P停止的运行曲线,从直线改为S 形、U 形线或反S 形、反U 形线。电机负载惯性较大时, 应该采用更长的启动停止时间,并且根据其负载特性设置运行曲线类型。

4 如果变频器仍然存在运行故障,应尝试增加最大电流的保护值,但是不能取消保护,应留有至少10 %～20 %的保护余量。

5 如果变频器运行故障还是发生,应更换更大一级功率的变频器。

6 如果变频器带动电机在启动过程中达不到预设速度,可能有两种情况:

(1) 系统发生机电共振,可以从电机运转的声音进行判断。

采用设置频率跳跃值的方法,可以避开共振点。一般变频器能设定三级跳跃点。VPf 控制的变频器驱动异步电机时,在某些频

率段,电机的电流、转速会发生振荡,严重时系统无法运行,甚至在加速过程中出现过电流保护使得电机不能正常启动,在电机轻载或转动惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能,用户可以根据系统出现振荡的频率点,在VPf 曲线上设置跨跳点及跨跳宽度。当电机加速时可以自动跳过这些频率段,保证系统能够正常运行。

(2) 电机的转矩输出能力不够,不同品牌的变频器出厂参数设置不同,在相同的条件下,带载能力不同,也可能因变频器控制方法不同,造成电机的带载能力不同;或因系统的输出效率不同,造成带载能力会有所差异。对于这种情况,可以增加转矩提升量的值。如果达不到,可用手动转矩提升功能,不要设定过大,电机这时的温升会增加。如果仍然不行,应改用新的控制方法,比如日立变频器采用VPf 比值恒定的方法,启动达不到要求时,改用无速度传感器空间矢量控制方法,它具有更大的转矩输出能力。对于风机和泵类负载,应减少降转矩的曲线值。

四、变频器与上位机相连进行系统调试

在手动的基本设定完成后,如果系统中有上位机,将变频器的控制线直接与上位机控制线相连,并将变频器的操作模式改为端子控制。根据上位机系统的需要,调定变频器接收频率信号端子的量程0～5V 或0～10V ,以及变频器对模拟频率信号采样的响应速度。如果需要另外的监视表头,应选择模拟输出的监视量,并调整变频器输出监视量端子的量程

6、变频调速的方法

由转速n＝60 f（1－s）/ p可知异步电动机调速有以下几方

法：

1、改变磁极对数p （变极调速）

定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。所以，要改变p，必须将定子绕组制为可以换接成两种磁极对数的特殊形式。通常一套绕组只能换接成两种磁极对数。

变极调速的主要优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。2．改变转差率s （变转差率调速）

以改变转差率为目的调速方法有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等。

⑴定子调压调速

当负载转矩一定时，随着电机定子电压的降低，主磁通减少，转子感应电动势减少，转子电流减少，转子受到的电磁力减少，

转差率s增大，转速减小，从而达到速度调节的目；同理，定子电压升高，转速增加。

调压调速的优点是调速平滑，采用闭环系统时，机械特性较硬，调速范围较宽，缺点是低速时，转差功率损耗较大，功率因素低，电流大，效率低。调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，比较适合于风机泵类特性的负载。

分体机上的室内风机就是利用定子电压调速的方法进行调速的，其调速电路如下图。

根据风机速度的反馈信号，控制晶闸管SCR导通的相角，从而控制风机定子的输入电压，以控制风机的风速。

前面讲在空间位置上互差2π/3 rad电度角的三相绕组通以在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）三相交变电流可产生旋转磁场，同样，在空间位置上互差π/2 rad电度角的两相绕组通以在时间上互差π/2 rad相位角（或1/2周期）两相交变电流也可产生旋转磁场。下图中，电容C的作用就是把一相电流移相，以产生两相在时间上互差π/2 rad相位角（或1/2周期）交变电流，在空间位置上互差π/2 rad电度角的两相绕组是由风机的内部结构来保证的。

⑵转子变电阻调速

当定子电压一定时，电机主磁通不变，若减小定子电阻，则转子电流增大，转子受到的电磁力增大，转差率减小，转速降低；同理增大定子电阻，转速增加。

转子变电阻调速的优点是设备和线路简单，投资不高，但其机械特性较软，调速范围受到一定限制，且低速时转差功率损耗较大，效率低，经济效益差。目前，转子变电阻调速只在一些调速要求不高的场合采用。

⑶电磁转差离合器调速

异步电动机电磁转差离合器调速系统以恒定转速运转的异步电动机为原动机，通过改变电磁转差离合器的励磁电流进行速度调节。

电磁转差离合器由电枢和磁极两部分组成，二者之间没有机械的联系，均可自由旋转。离合器的电枢与异步电动机转子轴相连并以恒速旋转，磁极与工作机械相连。

电磁转差离合器的工作原理是：如果磁极内励磁电流为零，电枢与磁极间没有任何电磁联系，磁极与工作机械静止不动，相当于负载被“脱离”；如果磁极内通入直流励磁电流，磁极即产生磁场，电枢由于被异步电动机拖动旋转，因而电枢与磁极间有

相对运动而在电枢绕组中产生电流，并产生力矩，磁极将沿着电枢的运转方向而旋转，此时负载相当于被“合上”，调节磁极内通入的直流励磁电流，就可调节转速。

电磁转差离合器调速的优点是控制简单，运行可靠，能平滑调速，采用闭环控制后可扩大调速范围，运用于通风类或恒转矩类负载；其缺点是低速时损耗大，效率低。

⑷串极调速

前面介绍的定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速均存在着转差功率损耗较大、效率低的问题，是很大的浪费。如何能够将消耗于转子电阻上的功率利用起来，同时又能提高调速性能？串极调速就是在这样的指导思想下提出来的。

串极调速的基本思想是将转子中的转差功率通过变换装置加以利用，以提高设备的效率。

串极调速的工作原理实际上是在转子回路中引入了一个与转子绕组感应电动势频率相同的可控的附加电动势，通过控制这个附加电动势的大小，来改变转子电流的大小，从而改变转速。

串极调速具有机械特性比较硬、调速平滑、损耗小、效率高等优点，便于向大容量发展，但它也存在着功率因素较低的缺点。

3．改变频率f （变频调速）

当极对数p不变时，电动机转子转速与定子电源频率成正比，因此，连续的改变供电电源的频率，就可以连续平滑的调节电动机的转速。

异步电动机变频调速具有调速范围广、调速平滑性能好、机械特性较硬的优点，可以方便的实现恒转矩或恒功率调速，整个调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似，并可与直流调速相比美。

7、总结

经过这阶段的学习，使我们对《交直流传动控制系统》这本书有了深刻的了解，从中也学会了交直流电动机调速的基本知识。

这次我的这个论文题目是：变频器调速控制系统。能够完成这次的论文，首先要感谢我们的指导老师严俊老师，另外还要感谢同学们对我的帮助。

变频器调速系统应用很广泛，在很多行业都有应用，现在已经成为交流调速的主要发展发现。作为我们这个专业的学生，应该能够掌握这门技术。而且这次的论文也给了我一个很好的锻炼机会，让

我更近一步的了解了交流电动机变频器调速控制系统。总体来说，这次收获还是很多，因为这个论文都是自己完成的，要自己去查找资料整理资料。最后还是要感谢老师给我们这次机会。让我们去锻炼。

结束。