第6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6讲讲变频器原理与应用（第2版）第2章2总结总结高（中）压变频器高（中）压变频器高（中）压变频器的分类高（中）压变频器的分类高（中）压变频调速系统的基本形式高（中）压变频调速系统的基本形式 高（中）压变频器的应用高（中）压变频器的应用 高（中）压变频器的技术要求高（中）压变频器的技术要求高（中）压变频器的主电路结构高（中）压变频器的主电路结构高压变频器对电动机的影响及防治措施高压变频器对电动机的影响及防治措施变频器的组成与功能变频器的组成与功能变频器的结构变频器的结构(主电路、控制电路主电路、控制电路)主控板主控板键盘与显示板键盘与显示板变频器原理与应用（

2、第2版）第2章3 2键盘与显示板键盘与显示板变频器原理与应用（第2版）第2章4 3 电源板电源板 变频器的电源板主要提供以下变频器的电源板主要提供以下电源电源： (1) (1) 主控板主控板电源电源 它要求有极好的稳定性和抗干扰能它要求有极好的稳定性和抗干扰能力。力。 (2) (2) 驱动驱动电源电源 因逆变管处于直流高压电路中，又分因逆变管处于直流高压电路中，又分属于三相输出电路中不同的相。所以驱动电源非但和属于三相输出电路中不同的相。所以驱动电源非但和主控板电源之间必须可靠主控板电源之间必须可靠隔离隔离，各驱动电源之间也必须，各驱动电源之间也必须可靠可靠绝缘绝缘( (和直流高压的负极相接的

3、三个驱动电路和直流高压的负极相接的三个驱动电路可以共可以共“地地”) )。 (3) (3) 外控外控电源电源 为外接控制电路提供稳定的直流电源。为外接控制电路提供稳定的直流电源。例如当由外接电位器给定时，其电源就是由变频器内例如当由外接电位器给定时，其电源就是由变频器内部的电源板提供的。部的电源板提供的。变频器原理与应用（第2版）第2章5 电源电源数字输出数字输出制动制动6.1.3 6.1.3 变频器与外部连接的端子变频器与外部连接的端子 电机电机模拟输出模拟输出数字输入数字输入继电器输出继电器输出模拟输入模拟输入电源电源变频器原理与应用（第2版）第2章6 1主电路端子主电路端子 变频器通过主

4、电路端子与外部连接变频器通过主电路端子与外部连接变频器原理与应用（第2版）第2章72. 主电路断路器容量和铜芯导线截面选择推荐主电路断路器容量和铜芯导线截面选择推荐 P 69变频器原理与应用（第2版）第2章8SB70G375kW及以下机型控制板端子排列如图及以下机型控制板端子排列如图6-11所示。所示。 3. 控制板端子、跳线及配线控制板端子、跳线及配线（P70-71） 变频器原理与应用（第2版）第2章9.控制板端子功能表控制板端子功能表变频器原理与应用（第2版）第2章10变频器原理与应用（第2版）第2章11变频器原理与应用（第2版）第2章121 1）模拟输入端子配线）模拟输入端子配线使用使用

5、模拟信号模拟信号远程操作时，操作器与变频器之间的控制远程操作时，操作器与变频器之间的控制线长度应线长度应小于小于30m30m，由于模拟信号容易受到干扰，模拟，由于模拟信号容易受到干扰，模拟控制线应与控制线应与强电回路强电回路、继电器、接触器等回路、继电器、接触器等回路分离布线分离布线。配线应尽可能配线应尽可能短短且连接线应采用屏蔽双绞线，屏蔽线一且连接线应采用屏蔽双绞线，屏蔽线一端接到变频器的端接到变频器的GNDGND端子端子上。上。2 2）多功能输入端子多功能输入端子X1X1X6X6、FWDFWD、REVREV端子及多功能输端子及多功能输出端子出端子Y1Y1、Y2Y2配线配线SB70GSB7

6、0G多功能输入端子及输出端子有多功能输入端子及输出端子有漏型逻辑和源型逻漏型逻辑和源型逻辑辑两种方式可供选择，接口方式非常灵活、方便。两种方式可供选择，接口方式非常灵活、方便。4. 控制板端子配线控制板端子配线变频器原理与应用（第2版）第2章133）继电器输出端子）继电器输出端子TA、TB、TC配线配线如果驱动如果驱动感性负载感性负载（例如电磁继电器、接触器、电磁制（例如电磁继电器、接触器、电磁制动器），则应加装浪涌电压动器），则应加装浪涌电压吸收电路吸收电路、压敏电阻压敏电阻或或续流续流二极管二极管（用于（用于直流直流电磁回路，安装时一定要注意电磁回路，安装时一定要注意极性极性）等。吸收电路

7、的元件要就近安装在继电器或接触器的等。吸收电路的元件要就近安装在继电器或接触器的线线圈两端圈两端，如下图所示：，如下图所示：4. 控制板端子配线控制板端子配线变频器原理与应用（第2版）第2章146.2 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1. 功能参数预置功能参数预置（1） 功能参数功能参数预置步骤预置步骤 1) 1) 查查功能码功能码表，找出需要表，找出需要预置参数的功能码预置参数的功能码（P202P202）。 2) 2) 在参数设定模式在参数设定模式( (编程编程模式模式) )下，读出该功能下，读出该功能码中原有的数据。码中原有的数据。3) 3) 修改数据，送入新数据。修改

8、数据，送入新数据。6.2.1 变频器运行前的功能参数变频器运行前的功能参数预置预置 程序设定就是通过编写程序的方法对变频器程序设定就是通过编写程序的方法对变频器进行进行功能预置功能预置。如设定启动时间、停止时间等。如设定启动时间、停止时间等。变频器原理与应用（第2版）第2章15变频器程序设定的方法变频器程序设定的方法1) 1) 按按模式转换键模式转换键(FUNC(FUNC、MODEMODE或或PRGPRG) )；使变频器处于程序；使变频器处于程序设定状态。设定状态。（频率设定模式）（频率设定模式）2) 2) 按数字键或数字增减按数字键或数字增减（和和）键，找出需预置的功能键，找出需预置的功能号

9、。号。3) 3) 按按读出读出键或设定键键或设定键(READ(READ或或DATA)DATA)，读出该功能中原有的，读出该功能中原有的数据码。数据码。4) 4) 如需修改，则按数字键或数字增减（如需修改，则按数字键或数字增减（和和）键来）键来修改修改数据码。数据码。5) 5) 按按写入键写入键或设定键或设定键(READ(READ或或DATA)DATA)，将修改后的数据码写，将修改后的数据码写入存储器中。入存储器中。6) 6) 判断预置是否结束，如未结束，则转入第二步继续预置判断预置是否结束，如未结束，则转入第二步继续预置其他功能；如已结束，则其他功能；如已结束，则按模式转换键按模式转换键(FU

10、NC(FUNC、MODEMODE或或PRGPRG) ) ，使变频器进入，使变频器进入运行运行状态。状态。变频器原理与应用（第2版）第2章16 2. 运行模式的选择运行模式的选择 运行模式是指变频器运行时，运行模式是指变频器运行时，给定频率给定频率和和起动信号起动信号从哪里给出。根据给出地方的不同，从哪里给出。根据给出地方的不同，运行方式主要可分为：运行方式主要可分为：面板操作，外部操作面板操作，外部操作(端子操作端子操作)，通信控制，通信控制(上位机给定上位机给定)。 选择运行模式，大多采用功能预置的方法，如森兰选择运行模式，大多采用功能预置的方法，如森兰系列的功能码系列的功能码F0-01的参

11、数的参数（P-202） 设置为设置为0，F0-00数字给定；数字给定； 设置为设置为1，通讯给定；，通讯给定； 设置为设置为2，UP/DOWN调节值；调节值； 设置为设置为3，AI1； 设置为设置为4，AI2； 设置为设置为5，PFI； 设置为设置为6，算术单元，算术单元1； 设置为设置为7，算术单元，算术单元2 ； 设置为设置为8，算术单元，算术单元3； 设置为设置为9，算术单元，算术单元4； 设置为设置为10，面板电位器给定。，面板电位器给定。变频器原理与应用（第2版）第2章17 3. 给出起动信号给出起动信号 经过以上两步，变频器巳做好了运行的准备，经过以上两步，变频器巳做好了运行的准备

12、，只要起动信号一到，变频器就按照预置的参数只要起动信号一到，变频器就按照预置的参数运转。运转。变频器原理与应用（第2版）第2章186.2.2 变频器的运行功能参数变频器的运行功能参数 1. 1. 加速时间加速时间 指工作频率从指工作频率从0Hz升至基本频率升至基本频率fb所需要的所需要的时间时间，给定加速时间的基本，给定加速时间的基本原原则则是在电动机的是在电动机的起动电流不超过允许值的前提下起动电流不超过允许值的前提下，尽量地，尽量地缩短缩短加速时间。加速时间。 2. 2. 加速模式加速模式 根据各种负载的不同要求，给出了各种不同的根据各种负载的不同要求，给出了各种不同的加速曲线加速曲线(

13、(模式模式) )供用户选择。供用户选择。常见的曲线有常见的曲线有线性方式、线性方式、S S形方式和半形方式和半S S形形方式等。方式等。 3. 3. 减速时间减速时间 输出频率从基本频率输出频率从基本频率f fb b减至减至0Hz0Hz所需的时间所需的时间，减速时间的给定方法同加速时减速时间的给定方法同加速时间一样，其值的大小主要考虑系统的间一样，其值的大小主要考虑系统的惯性惯性。 4. 4. 减速模式减速模式 减速模式设置与加速模式减速模式设置与加速模式相似相似，也有，也有线性和线性和S S形、半形、半S S形形等几种方式。等几种方式。 5. 5. 多功能端子多功能端子 多功能端子的功能由用

14、户可根据需要通过多功能端子的功能由用户可根据需要通过功能代码功能代码进行设置，以节省变频进行设置，以节省变频器控制端子的数量。器控制端子的数量。 6. 6. 程序控制程序控制 也称也称简易简易PLCPLC控制。对于一个需要控制。对于一个需要多挡速操作多挡速操作的拖动系统来说，的拖动系统来说，多挡速的选择可用多挡速的选择可用外部控制来切换外部控制来切换 ，也可依靠变频器，也可依靠变频器内部定时器内部定时器来自动执来自动执行。行。 变频器原理与应用（第2版）第2章196.2.3 6.2.3 优化特性功能及预置优化特性功能及预置 1. 1. 节能功能节能功能 很多变频器都很多变频器都提供了提供了自动

15、节能功能，只需用户选择自动节能功能，只需用户选择“用用”，变频器就可，变频器就可自动搜寻最佳工作点，以达到节能的目的。自动搜寻最佳工作点，以达到节能的目的。 2. PID2. PID控制功能控制功能 给定信号与反馈信号相比较的偏差值，经过给定信号与反馈信号相比较的偏差值，经过P P、I I、D D调节调节，变频器通过，变频器通过改变输出频率，迅速、准确地消除拖动系统的改变输出频率，迅速、准确地消除拖动系统的偏差偏差，回复到，回复到给定值给定值。 3 3自动电压调整自动电压调整 当遇到输入电压降低时，变频器会适当提高其输出电压，以保证电动机当遇到输入电压降低时，变频器会适当提高其输出电压，以保证

16、电动机的带的带负载能力不变负载能力不变。 4 4瞬间停电再起动瞬间停电再起动 是在发生是在发生瞬时停电又复电瞬时停电又复电时，使变频器仍然能够根据时，使变频器仍然能够根据原定的工作条件原定的工作条件自自动动进入运行进入运行状态状态 。保证系统连续运行保证系统连续运行 5. 5. 电动机参数的自动调整电动机参数的自动调整 很多变频器都提供了电动机参数的很多变频器都提供了电动机参数的自动调整功能自动调整功能，对电动机的参数进，对电动机的参数进行测试。行测试。 6. 6. 变频器和工频电源的切换变频器和工频电源的切换 如果采用如果采用自动切换方式自动切换方式，需要对变频器进行参数预置。，需要对变频器

17、进行参数预置。 变频器原理与应用（第2版）第2章206.2.4 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。 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

18、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

19、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216.3 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 6.3.1 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

20、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

21、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22 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

22、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 变频器原理与应用（第2版）第2章23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主电路；以微处理器为核心的控制电路。件构成的主电路；以微处理器为核心的控制电路。 变频器与外部连接的端子分为主电路端子和控制电路变频器与外部连接的端子分为主电路端子和控制电路端子。

23、端子。 变频器在使用前，一定要对功能参数进行预置，预置变频器在使用前，一定要对功能参数进行预置，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24练习题练习题如图所示为如图所示为SB70G系列变频器的主回路端子接线图，系列变频器的主回路端子接线图，请将主回路各端子的名称和功能填入所给表格中。请将主回路

24、各端子的名称和功能填入所给表格中。变频器原理与应用（第2版）第2章25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定子绕组中通入三相交变电流后，它们合成的磁在异步电动机的三相定子绕组中通入三相交变电流后，它们合成的磁场是一个旋转磁场，磁场旋转的转速场是一个旋转磁场，磁场旋转的转速( (即同步转速即同步转速) )n n0 0可用下式表可用下式表示：示： (7-1)(7-1)式中式中 f fI I 电流的频率；电流的频率； p p 旋转磁

25、场的磁极对数。旋转磁场的磁极对数。如果频率调节成如果频率调节成f fx x，则同步转速，则同步转速n n0 x0 x也随之调节成也随之调节成 (7-2)(7-2)这就是变频调速的理论依据。这就是变频调速的理论依据。pfn1060pfnxx600变频器原理与应用（第2版）第2章262 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

26、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 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273异步电动机的转速异步电动机的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。因此转子转速磁力线，进而产生感应电流和形成电磁转矩。因

27、此转子转速n n与旋转与旋转磁场转速磁场转速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，用，用n n表示，表示，即即 (5-3)(5-3)异步电动机的实际转速为异步电动机的实际转速为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”正是正是来源于此。转差来源于此。转差n n0 0n n与同步转速与同步转速n n0 0的比值称为转差率，用的比值称为转差率，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转速由上式可推导出异步电动机的转速n n的表达式为的表达式为 (5-5)(5-5)nnn000

28、nnns)1 (60)1 (10spfsnn变频器原理与应用（第2版）第2章287.1.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 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变频器原理与应用（第2版）第2章29 1起动转矩起动转矩Tst 在在n = 0 (s=1)，T = Tst点，这点的转矩称为起点，这点的转矩称为起动转

29、矩动转矩Tst，也称为堵转转矩。当电动机的负载，也称为堵转转矩。当电动机的负载转矩大于转矩大于Tst时，电动机将不能起动。时，电动机将不能起动。 2额定转矩额定转矩TN 在在n = nN (s= sN)，T = TN点，这点的转矩称为点，这点的转矩称为额定转矩额定转矩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，转速在很小的范围内之间，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，即工作变化时，转矩即可在很大的范围内变化，即工作于额定转矩于额定转矩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。变频器原理与应用（第

30、2版）第2章30 3最大转矩最大转矩TM 在在n = n L (s= s L)，T = TM点，这点的点，这点的转矩称为转矩称为最大转矩最大转矩TM。TM的大小象征着电的大小象征着电动机的过载能力，用过载倍数动机的过载能力，用过载倍数表示，表示，TMTN。在任何情况下，。在任何情况下，电动机的负载转电动机的负载转矩都不能大于矩都不能大于TM，否则电动机转速将急剧，否则电动机转速将急剧下降，致使电动机堵转停止，因此，这一下降，致使电动机堵转停止，因此，这一点称为临界转速点。点称为临界转速点。临界转速临界转速nL的大小决的大小决定了定了L点的上下位置，从而反映了机械特点的上下位置，从而反映了机械特

31、性的硬度。性的硬度。变频器原理与应用（第2版）第2章317.1.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 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所示为低频起所示为低频起动时电动机的机械特性曲线。动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

32、机的机械特性曲线变频器原理与应用（第2版）第2章327.1.4 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流电，产生一恒定磁场，如图直流电，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33 2回

33、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347.2 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

34、调速与速度改变 1）调速）调速 是在负载没有改变的情况下，根据生产过程是在负载没有改变的情况下，根据生产过程需要人为地强制性地改变拖动系统的转速。需要人为地强制性地改变拖动系统的转速。 2）速度改变）速度改变 速度改变是由于负载的变化而引起拖速度改变是由于负载的变化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357.2.2 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

35、差率调速 变转差率调速一般适用于绕线型异步变转差率调速一般适用于绕线型异步电动机或转差电动机。具体的实现方法电动机或转差电动机。具体的实现方法很多，比如：转子串电阻的串级调速、很多，比如：转子串电阻的串级调速、调压调速、电磁转差离合器调速等。调压调速、电磁转差离合器调速等。 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36 (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

36、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37(

37、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）

38、第2章387.3 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，在电力拖动系统中，存在着两个主要转矩，一个是生产机械的负载转矩一个是生产机械的负载转矩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负载的机械特性叫做负载的机械特性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

39、与应用（第2版）第2章397.3.1 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，而和转速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，而和转速大小无关的负载。大小无关的负载。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40 2. 恒转矩恒转矩负载

40、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

41、。）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417.3.2 恒功率负载变频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

42、，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，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422. 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，在不同的转保持恒定。所以，在不同的转速下，负载的功率基本恒定：速下，负载的功率

43、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，负载阻转矩的即，负载阻转矩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433. 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

44、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447.3.3 二次方律负载变频器的选择二次方律负载变频器的选择 二次方律负载是指转矩与速度的二次方成正比例变化的二次方律负载是指转矩与速度的二次方成正比例变化的负载，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

45、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2章451. 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流速低，所以负载转矩很小，负载机械在低速时由于流体的流速低，所以负载转矩很小，随着电动机转速的增加，流速增快，负载转矩和功率也越来越大，负随着电动机转速的增加，流速增快，负载转矩和功率也越来越大，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转矩损耗和功率损耗；分别为电动机轴上的转矩损耗和功率损耗；

46、 KT、KP 分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数2LT0LnKTT30LPLnKPP变频器原理与应用（第2版）第2章462. 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

47、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) 配置了进行多台控制的配置了进行多台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477.3.4 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。

48、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成正比成正比： (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的二次方成正比的二次方成正比。 （7-18） 式中，式中， 和和 直线律负载的转矩常数和功率常数。直线律负载的转矩常数和功率常数。 LTLnKT2LPLLTL9550nKnnKPTKPK变频器原理与应用（第2版）第2章48其机械特性曲线如图7-13所示。 a) 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 变频器原理与应用（第2版）第2章49 2变频器的选

49、择变频器的选择 直线律负载的机械特性虽然也有典型意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义但在考虑变频器时的基本要点与二次方律负基本要点与二次方律负载相同载相同，故不作为典型负载来讨论。，故不作为典型负载来讨论。变频器原理与应用（第2版）第2章507.3.5 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，故具有恒转矩性半径和允许的最大切削力相同

50、，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。保持切削功率不变，属于恒功率性质。变频器原理与应用（第2版）第2章51特殊性负载机械特性和功率特性则如图特殊性负载机械特性和功率特性则如图7-14所示。所示。 a) 机械特性机械特性 b) 功率特性功率特性 图图7-14 混合负载的机械特性和功能特性混合负载的机械特性和功能特性 变频器原理与应用（第2版）第2章52 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

51、，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。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

52、用（第2版）第2章53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

53、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54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. 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（ ）。）

54、。 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55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 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56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

55、机调速时，通常是希望保持电机中每极磁在进行电机调速时，通常是希望保持电机中每极磁通量为额定值，并保持不变。如果磁通太弱就等于没有通量为额定值，并保持不变。如果磁通太弱就等于没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，过大的励磁电流使绕组过热损坏电机。又会使铁心饱和，过大的励磁电流使绕组过热损坏电机。 V Vf f控制是使变频器的输出在改变频率的同时也改控制是使变频器的输出在改变频率的同时也改变电压，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

56、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。MNNkfE111144. 4变频器原理与应用（第2版）第2章57变频器原理与应用（第2版）第2章58变频器原理与应用（第2版）第2章59变频器原理与应用（第2版）第2章60变频器原理与应用（第2版）第2章618.2 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

57、。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628.2.2 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 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

58、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系统的最大转差频率。 变频器原理与应用（第2版）第2章638.3 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

59、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，即励磁绕组和电枢绕组，它们的直流电动机具有两套绕组，即励磁绕组和电枢绕组，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 异步电动机也有定子绕组和转子绕组，但只有定子绕组和外部异步电动机也有定子绕组和转子绕组，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感应电流。因此异步电动机的定子电

60、流应包括两个磁感应产生的感应电流。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648.3.2 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658.3.3 8