自动化综合实践

自动化综合实践李方园课题5离心机控控制装置置离心机是是将液体体与固体体颗粒混混合物进进行分离离的设备备，它一一般是工工艺流程程中的后后处理设设备，所所以直接接关系到到最终产产品的质质量。从从整体上上看，我我国离心心机及自自动控制制技术水水平与国国外先进进水平相相比存在在较大差差距。主主要表现现在：离离心机品品种、规规格少，，不能完完全满足足国内生生产需要要，特别别是分离离物料粘粘度大、、精度细细的机械械，效率率高、生生产能力力大、自自动化程程度高的的离心机机绝大多多数依赖赖进口；；分离机机理和应应用技术术研究落落后，新新产品开开发速度度慢；制制造工艺艺落后，，生产效效率低，，产品可可靠性、、稳定性性较差，，技术水水平和自自动化水水平较低低；配套套设备和和材料不不能满足足离心机机产品生生产的需需要，尤尤其是产产品的质质量、可可靠性很很不稳定定。从离心机机的发展展来看，，交流变变频器将将替代原原来的电电磁调速速、直流流调速、、液力偶偶合调速速、多速速电动机机，而逐逐步成为为分离机机械的主主要驱动动装置；；而PLC控制也将将逐渐替替代原来来的手动动操作和和继电器器控制。。【课题任务务书】1、任务概概述现有两台台离心机机（如图图5-1所示），，一台为为双电动动机离心心机，用用以分离离洗涤混混合物进进料，分分离出来来后的成成品（纯纯净洗涤涤剂）可可以加入入到第二二台离心心机（为为水洗离离心机））。请根根据工艺艺流程来来设计离离心机控控制装置置的解决决方案。。图5-1离心机控控制装置置2、工艺流流程根据图5-1所示，离离心机控控制装置置的工艺艺流程如如下：（1）先启动动双电动动机离心心机，大大约20分钟，操操作人员员根据现现场情况况判断是是否可以以进料；；待出料料达到一一定数量量后，开开始进入入停车程程序段，，10分钟后停停车完成成。（2）自动水水洗机的的工作流流程由进进水、进进洗涤液液、水洗洗、排水水和脱水水五个过过程组成成，其控控制是通通过水位位开关、、进水电电磁阀、、进洗涤涤液电磁磁阀、排排水电磁磁阀等配配合完成成。整个个水洗流流程为全全自动操操作。（3）离心机机运行至至少四个个速度、、正反两两个方向向。3、控制要要求（1）输入电电源为三三相380V电源。（2）电动机机功率：：M1为3～22KW4极；M2为3～5.5KW4极；M3为3～5.5KW为6极电动机机。（3）双电动动机离心心机的转转速控制制为电位位器手动动控制。。（4）水洗机机为全自自动操作作，水位位开关用用来控制制进水到到水洗机机内高、、中、低低水位。。进水电电磁阀起起着通/断水源的的作用。。进水时时，进水水电磁阀阀打开，，将水注注入；排排水时，，排水电电磁阀打打开，将将水排出出。（5）水洗机机变频可可以采用用多段速速进行，，在脱水水阶段，，根据时时间进行行4段速控制制；在水水洗阶段段，采用用一个速速度进行行正反转转控制。。（6）水洗结结束，应应该设置置一个报报警指示示。子课题1：离心机机双变频频控制一、离心心机双变变频的组组成1、离心机机双变频频结构卧螺离心心机用双双电动机机驱动(图5-2所示)，早在60年代已应应用于实实验室,判断主、、副电动动机工作作状态的的方法是是：与主主动件相相连的电电动机处处于电动动机工作作状态,与从动件件相连的的电动机机处于发发电动机机状态。。图5-2双电动机机离心机机示意图图因此，双双电动机机离心机机中主电电动机处处于电动动机状态态，副电电动机处处于发电电动机状状态。但但这种传传动方式式几十年年来没有有在工业业上获得得广泛应应用，究究其原因因：关键键在于副副电动机机再生的的电能在在当初的的技术条条件下，，不能合合理利用用。一种方法法是用普普通变频频器驱动动副电动动机,再生能量量以热能能的形式式消耗在在制动电电阻上.另一种方方法是,使用带有有能量回回馈单元元的专用用变频器器驱动,可将再生生的电能能回送到到交流电电网,如富士公公司的RHR系列能量量回馈装装置,ABB公司的ACS611//811系列变频频器,但价格贵贵,只在少数数场合获获得应用用(如轧钢、、矿山)。随着电力力电子技技术的快快速发展展,近年来变变频器的的性能价价格比大大大提高高,共母线双双电动机机双变频频器驱动动在卧螺螺离心机机上广泛泛应用,即主、副副电动机机各用一一台普通通变频器器驱动,其直流母母线用适适当的方方式并接接,较好的解解决了这这个问题题,在能源日日益紧缺缺的今天天,有特别重重要的意意义。双双电动机机离心机机如图5-3所示。VF1--主变频器器;VF2-副变频器器1-主电动机机;2-转鼓;3-螺旋;4-差速器;5-差速器小小轴;6-副电动机机;图5-3双电动机机离心机机变频控控制2、双电动动机离心心机的工工作过程程由电动机机学知道道,电动机处处于再生生制动状状态的基基本特征征是:电动机的的转子转转速超过过同步转转速n>n0并且二者者方向相相同.工作点沿沿着机械械特性曲曲线从第第1象限向第第2象限移动动,这时,电动机产产生的电电磁力矩矩的方向向和转子子转向相相反,图5-4中,A点对应的的电磁力力矩TL是制动力力矩,用来使离离心机螺螺旋产生生足够的的推料力力矩,其大小是是螺旋推推料力矩矩的i分之一(i是差速器器速比).图5-4离心机的的机械特特性曲线线由于电磁磁转矩只只和主磁磁通ΦM与转子电电流有功功分量I2COSφ2的乘积成成正比:TM=KTΦMBI2COSφ2回馈到电电网的定定子电流流有功分分量经图图5-3中VD1--VD2全波整流流,加到直流流母线上上,由于主、、副变频频器的母母线并接接,该能量就就被主电电动机利利用,使母线电电压Vd维持在610V以内.共母线双双电动机机双变频频节能建建立在此此基础上上。3、差转速速的调节节a)减少差速速b）增加差差速图5-5差转速的的调节由于螺旋旋担负着着将沉积积在转鼓鼓内壁的的干泥推推出转鼓鼓的使命命,因此,差转速的的快慢直直接影响响到离心心机的产产量和分分离效果果.差转速按按下式计计算Δn=(n鼓-n臂)/i((1))式中:Δn—差转速r/minn鼓—转鼓转速速r/minn臂—差速器小小轴转速速r/mini--差速器速速比由上式可可以看出出,由于转鼓鼓转速和和差速器器速比一一般固定定不变,因此,调节转臂臂转速即即可调节节差转速速.差转速的的调节是是通过改改变副变变频器输输出频率率实现.调节过程程如下:设要减小小差速,则增加输输出频率率,在频率刚刚刚增加加的瞬间间,由于机械械惯性的的原因,转速不可可能突变变,但机械特特性已由由曲线1变为曲线线2（如图5-5a）,工作点由由A点跳到B点,由于B点制动转转矩小于于A点,电动机加加速,工作点沿沿着曲线线2向左移动动,在C点,力矩重新新达到平平衡,电动机稳稳定运行行在升高高的转速速上。图图5-5中有阴影影区域是是过渡过过程.增加差速速的过程程见图5-5b.不难看出出,当调速范范围较大大时,副电动机机短期将将运行于于电动机机状态.二、离心心机双变变频系统统的模型型分析1、离心机机双变频频模型图5-6为离心机机双变频频共直流流母线方方式的配配置方案案。在共共直流母母线中，，整流器器前端回回路可以以有不同同的组成成方式，，预充电电回路的的控制方方案也有有差异，，这两者者通过直直流熔丝丝与直流流电解电电容两端端连接，，因此是是共直流流母线方方式中最最不可忽忽略的关关键因素素。交流变频频器的整整流回路路可以是是二极管管，也可可以是晶晶闸管，，如图5-7所示。在在二极管管整流器器前端回回路中，，根据预预充电方方式还有有两种，，即串接接在电容容组上，，如图5-7a）所示；；也可以以串接在在母线上上，如图图5-7b）所示。。而在晶晶闸管整整流前端端回路中中，其预预充电是是在一定定的时间间中通过过逐步改改变晶闸闸管的触触发角（（从180度到0度）来实实现的，，如图5-7c）所示。。因此，，当不同同类型的的交流变变频器通通过共直直流母线线互相连连接到一一起的时时候，由由于预充充电控制制的不协协调性和和整流回回路的配配置不同同，将会会大大降降低系统统的可靠靠性，而而且在变变频器预预充电、、电动机机电动或或是电动动机发电电状态时时不同变变频器之之间还有有相互反反作用。。图5-6两台交流流变频器器的共直直流母线线方式配配置a)

b)

c)

图5-7带预充电电回路的的整流器器前端模模型基于上述述因素，，要为交交流变频频器共直直流母线线方案制制定一个个统一的的通用指指导方案案将会变变得十分分困难，，而去分分析和研研究在不不同运行行模式下下可能产产生的电电流等级级将变得得十分有有必要。。因为有有了模型型分析产产生的数数据之后后，才能能针对不不同的共共母线方方案选择择合适的的部件、、合适的的母线连连接方式式，否则则将会面面临整个个系统不不稳定因因素的干干扰、交交流变频频器的损损坏等现现象。2、整流前前端和预预充电回回路的波波形在二极管管整流回回路中，，预充电电控制可可以通过过使用一一个可控控的电压压开关来来进行模模拟，而而晶闸管管整流回回路则可可以通过过改变晶晶闸管的的开关脉脉冲来实实现。由由于交流流变频器器的前端端压降和和其他固固有特性性将在共共直流母母线方案案中的电电流回路路和幅值值起到支支配性的的影响，，所以有有必要对对于交流流变频器器的主回回路前端端整流回回路建立立一个精精确的模模型，这这样才能能准确地地反应实实际工作作情况。。在一个共共直流母母线系统统中，除除了图5-7a）和图5-7c）外，其其他不同同功率段段和不同同品牌的的交流变变频器都都可以任任意互相相连接，，尽管他他们之间间的预充充电策略略和预充充电时间间间隔会会有所不不同。而而在带晶晶闸管整整流回路路中，其其预充电电波形将将会难免免产生电电流浪涌涌。图5-8和图5-9为典型的的二极管管整流回回路和晶晶闸管整整流回路路的预充充电波形形曲线。。在图5-8中，发生生在接近近末端的的电流脉脉冲是由由于预充充电回路路的电阻阻切断的的瞬间所所致。图5-8二极管整整流回路路的典型型预充电电波形图5-9晶闸管整整流回路路的典型型预充电电波形3、带二极极管整流流回路的的5.5KW和90KW交流变频频器并列列运行分分析（1）分析预预充电过过程交流变频频器处于于共直流流母线的的并列运运行中时时，每台台变频器器由于自自身的充充电时间间不同，，将导致致不同的的充电状状态，因因此必须须对此进进行分析析以确保保并列运运行中小小容量变变频器的的整流二二极管和和充电电电容的电电流有效效值不能能超过额额定值，，同时需需测定最最大的母母线熔丝丝电流值值以及有有可能存存在的变变频器环环路电流流值。图5-10为两变频频器并联联后的直直流母线线电压、、母线熔熔丝电流流和直流流电容电电流。图图5-11为两并列列变频器器的进线线A相线电流流，从图图中可以以看出小小容量变变频器5.5KW的线电流流在共母母线后的的电流有有显著的的增加。。图5-12中可以看看出不同同的预充充电时间间将对两两直流母母线回路路的直流流电压差差、直流流熔丝电电流产生生很大的的影响，，尤其是是在直流流熔丝中中将产生生两个电电流浪涌涌，同时时小容量量变频器器5.5KW的直流电电容将产产生纹波波电流。。电流浪浪涌的产产生是由由于预充充电时的的两次瞬瞬变切换换所造成成的，其其浪涌幅幅值将比比各自变变频器在在独自预预充电时时要大得得多。如如果多台台并联变变频器具具有同一一种预充充电时间间，则电电流浪涌涌将会更更大，这这是因为为这些变变频器在在同一时时间进行行瞬变切切换。如如果多台台并联变变频器具具有不同同的预充充电时间间，则电电流浪涌涌会发生生在每一一台变频频器的预预充电时时间切换换点，直直至所有有的变频频器都预预充电结结束。在不同变变频器并并联方案案中，如如果频繁繁上电，，其预充充电回路路的累积积效果就就会造成成小容量量变频器器直流电电解电容容的额外外发热、、整流二二极管过过电流等等不利情情况。在在模拟试试验中，，电流浪浪涌有一一个幅值值达106A的尖峰和和大约3ms的持续时时间，因因此母线线熔丝的的额定电电流应该该要与之之匹配（（I2t），否则则就会造造成预充充电失败败。图5-10两变频器器并联后后的直流流母线电电压、母母线熔丝丝电流和和直流电电容电流流图5-11两并列变变频器的的A相线电流流图5-12不同预充充电时间间的影响响在表5-1中，将预预充电回回路进行行定量比比较，即即比较两两台交流流变频器器5.5KW和90KW在单独上上电和共共直流母母线方案案（即并并列运行行）下的的不同电电流有效效值。对对于小容容量的交交流变频频器5.5KW而言，在在并列运运行方式式下比单单独上电电整流二二极管上上流过的的电流达达到了100％的增加加，在直直流电容容上的电电流则增增加了有有26％左右。。相反，，对于大大容量的的交流变变频器90KW来说二极极管整流流电流和和电容直直流电流流却下降降了24％和19％。表5-1预充电回回路电流流比较在本次分分析中，，尽管对对于小容容量变频频器来说说，其电电流的增增加值还还在其额额定范围围内，但但随着并并列方式式的复杂杂性（如如共直流流母线的的交流变变频器数数量增多多或者并并列的交交流变频频器容量量更大）），这些些数据都都将会被被重新改改写，甚甚至超出出额定值值。（2）分析电电动和发发电状态态图5-13和图5-14是变频器器逆变回回路和异异步电动动机的模模型结构构，这个个模型结结构对于于分析电电动机处处于电动动和发电电状态是是非常有有效的。。图5-13PWM变频器主主回路模模型图5-14异步电动动机模型型用与交流流变频器器同等功功率的交交流异步步电动机机进行拖拖动，这这里我们们将分析析两种情情况：（（1）两者都都处于电电动状态态；（2）90KW电动机处处于发电电状态而而5.5KW电动机处处于电动动状态。。图5-15为5.5KW变频电流流和正端端熔丝电电流，图图5-16则为90KW变频器电电流和负负端熔丝丝电流。。图5-155..5KW变频器电电流和正正端熔丝丝电流图5-1690KW变频器电电流和负负端熔丝丝电流表5-2中列出的的数据是是在不同同运行模模式下变变频器的的电动机机电流、、电容直直流电流流、二极极管整流流电流和和直流熔熔丝电流流，其中中包括单单独电动动、并列列电动、、并列小小容量电电动和大大容量发发电等。。很明显显，小容容量5.5KW变频器的的直流母母线电容容电流Ic在并列模模式下两两种情况况都增长长过快（（分别为为43.75A和44.44A），甚至至超过额额定范围围，这将将导致直直流熔丝丝电流Ifuse会居高不不下。解解决该问问题的办办法首推推背对背背的二极极管母线线连接方方式，如如图5-17所示，即即在直流流母线的的正端和和负端都都跨接一一对背对对背二极极管组（（图5-17中的D1和D2、D3和D4）。这种种背对背背并列方方式将大大幅度降降低电容容直流电电容的电电流等级级，无论论是在哪哪种方式式下（电电动或发发电），，如本例例中，下下降的幅幅度如表表5-2所示，电电容直流流电容从从43A左右降至至16.88A，而直流流熔丝电电流则降降至11.11A。表5-2不同运行行模式下下的电流流值图5-17共直流母母线模式式下的背背对背二二极管连连接方式式三、离心心机双变变频系统统的实践践1、通用变变频器共共直流母母线方案案上面的研研究结论论将不仅仅仅限于于对两台台变频器器共直流流母线并并联的分分析，对对于三台台或三台台以上的的并联方方式也可可由之引引申。共共直流母母线方式式是交流流变频器器在现代代工业非非常受欢欢迎的一一种应用用方案，，它具有有节约成成本、节节省安装装空间和和更高的的运行可可靠性。。但是由由于交流流变频器器整流部部分的多多样性导导致并联联的先天天性不足足，无论论在预充充电还是是电动机机处于电电动和发发电状态态时，变变频器的的整流部部分都有有可能不不能很好好地分配配电流。。这将导导致在并并列方式式下，不不同变频频器之间间会增加加额外的的环路电电流。因因此，在在不同的的交流变变频器被被连接到到一起之之前，对对系统必必须做一一个精确确的分析析以确保保系统在在不同方方式下的的安全和和可靠。。对于通用用变频器器而言，，采用共共用直流流母线很很重要的的一点就就是在上上电时必必须充分分考虑到到变频器器的控制制、传动动故障、、负载特特性和输输入主回回路保护护等。图图5-18所示为在在其中一一种应用用比较广广泛的方方案。该该方案包包括3相进线（（保持同同一相位位）、直直流母线线、通用用变频器器组、公公共制动动单元或或能量回回馈装置置和一些些附属元元件。图5-18通用变频频器共直直流母线线方案该方案有有以下特特点：（（1）使用一一个完整整的变频频器，而而不是单单纯使用用传统意意义上的的整流桥桥加多个个逆变器器方案；；（2）不需要要有分离离的整流流桥、充充电单元元、电容容组和逆逆变器；；（3）每一个个变频器器都可以以单独从从直流母母线中分分离出来来而不影影响其他他系统；；（4）通过连连锁接触触器来控控制变频频器的DC到共用母母线的联联络；（（5）快熔来来保护挂挂在直流流母线上上的变频频器的电电容单元元；（6）所有挂挂在母线线上的变变频器必必须使用用同一个个三相电电源。2、双电机机离心机机变频器器的两种种连接方方法（1）单路供供电法如图5-19所示，交交流电网网接到主主变频器器的R、S、T端,两变频器器的直流流母线直直接并联联.由于副电电动机需需要的无无功励磁磁电流和和副电动动机偶尔尔作为电电动机运运行(例如启动动阶段和和加减速速过渡过过程)时的有功功电流都都要由主主变频器器提供,因此,选取主变变频器的的功率时时应予以以考虑。。图5-19单路供电电法该设计方方案的特特点是电电路简单单,不需要调调试,动作可靠靠性极高高,缺点是成成本稍高高.另外,由于副变变频器R、S、T端悬空,副变频器器应有””输入缺缺相保护护禁止””功能。。（2）双路供供电法两变频器器的R、S、T端都接到到交流电电网(图5-20),变频器用用快熔保保护,快熔型号号可选RSO//RS3型,额定电流流按整流流管额定定电流的的1.4倍,分断能力力可选50KA或100KA.变频器母母线应设设置直流流接触器器并参与与故障连连锁,以保证在在两台变变频器完完成充电电后可以以进行母母线连接接,或在任何何一台变变频器故故障后将将MC2断开,控制逻辑辑见图5-21MC2的电压选选660VDC,,额定电流流应该为为VF2额定电流流的1.5倍。图5-20双路供电电法图5-21双路供电电法的逻逻辑双路供电电法设计计方案的的优点是是变频器器功率自自由选配配,和方案（（1）比较成成本较低低,缺点是增增加了接接触器和和快熔降降低了系系统可靠靠性。3、节能效效果副电动机机处于发发电状态态的必要要条件是是在气隙隙中建立立主磁场场,只有这样样才能在在绕组中中感应工工作电势势,才能在n>n0的条件下下,向网路输输送有功功电流。。但是,副电动机机本身并并不产生生建立磁磁场所需需要的激激磁无功功电流,它将继续续从变频频器吸取取作为电电动状态态时同样样的空载载励磁电电流。异步电动动机由电电动机转转变为发发电动机机时,只是电流流的有功功分量发发生了方方向改变变,而无功分分量电流流却是不不变的。。回馈到到电网的的是产生生制动力力矩的有有功电流流,功率为:P=Tn/9550式中:P—回馈电网网的有功功功率KW；T—制动力矩矩N.m；n—副电动机机转速r/min【任务训练练5-1：MM440变频器在在双电动动机离心心机中的的应用】A、硬件接接线（如如图5-22所示）MM440变频器在在双电动动机离心心机中，，采用单单回路供供电法，，其中由由于主变变频器需需要承担担M1和M2电动时的的全部电电流，因因此，M1电动机的的变频器器功率选选型必须须大于22KW＋5.5KW，根据功功率高选选原则，，确定为为30KW。图5-22双电机离离心机变变频配置置为了确保保任何一一台变频频器出了了故障之之后，能能够快速速将故障障点缩小小至最小小范围，，需要安安装接触触器，其其与任何何一台变变频器的的故障继继电器输输出相连连；同时时，两变变频器之之间的直直流母线线最好外外接熔丝丝。直流熔丝丝电流的的大小可可以按表表5-3所示MM440变频器技技术参数数的选型型进行。。因此，，Idc1选80A，Idc2选40A。表5-3MM440变频器技技术参数数

B、参数设设置按照外部部端子启启动、键键盘频率率给定的的方式进进行，加加速时间间可以设设置为200s以上。子课题2：离心水水洗机的的变频控控制一、离心心水洗机机的控制制原理离心水洗洗机能广广泛用于于纺织业业的染整整、洗水水、织造造、宾馆馆旅游业业水洗物物料的脱脱水以及及陶瓷化化工、选选矿等厂厂家。图图5-23所示的离离心水洗洗机主要要由滑动动支承组组件、外外壳组件件、锥体体转筒组组件、驱驱动电动动机等组组成。电电动机的的转轴与与锥体连连在一起起，当电电动机转转轴旋转转时，带带水的纺纺织物在在锥体转转筒内，，在离心心力的作作用下，，纺织物物的水甩甩向转筒筒的外壁壁，从转转筒壁上上的排水水孔由电电磁阀开开通向底底盘从地地下排水水道排掉掉，达到到脱水的的目的。。该离心水水洗机的的工作步步骤分为为3个部分：：（1）进布方方式：带带水的纺纺织物从从落布架架上进入入到锥体体转筒中中，此时时脱水机机以低速速正向运运行，保保证可以以手工进进行纺织织物的堆堆放调整整；（2）自动水水洗方式式：带水水的纺织织物在锥锥体转筒筒的高速速离心力力作用下下，自动动水洗并并脱水，，然后在在设定的的时间结结束后，，逐渐减减速运行行直至停停止；（3）出布方方式：脱脱水后的的纺织物物从锥体体转筒经经过落布布架输送送到成品品车上，，此时离离心水洗洗机以低低速反向向运行。。图5-23离心水洗洗机工作作原理二、离心心水洗机机变频的的启动和和制动方方式1、变频器器的启动动运行方方式变频器从从停机状状态开始始启动运运行时通通常有以以下几种种方式：：（1）从启动动频率启启动。变变频器接接到运行行指令后后，按照照预先设设定的启启动频率率和启动动频率保保持时间间启动。。该方式式适用于于一般的的负载。。启动频率率是指变变频器启启动时的的初始频频率，如如图5-24所示的fs，它不受受变频器器下限频频率的限限制；启启动频率率保持时时间是指指变频器器在启动动过程中中，在启启动频率率下保持持运行的的时间，，如图中中的t1。图5-24启动频率率与启动动时间示示意电动机开开始启动动时，并并不从0Hz开始加速速，而是是直接从从某一频频率下开开始加速速。在开开始加速速瞬间变变频器的的输出频频率便是是上述所所说的启启动频率率。设置置启动频频率是部部分生产产设备的的实际需需要，比比如：有有些负载载在静止止状态下下的静摩摩擦力较较大，难难以从0Hz开始启动动，设置置了启动动频率后后，可以以在启动动瞬间有有一点冲冲力，使使拖动系系统较易易启动起起来；在在若干台台水泵同同时供水水的系统统里，由由于管理理里已经经存在一一定的水水压，后后起到的的水泵在在频率很很低的情情况下将将难以旋旋转起来来，故也也需要电电动机在在一定频频率下直直接启动动；锥形形电动机机如果从从0Hz开始逐渐渐升速，，将导致致定子和和转子之之间的摩摩擦，所所以了启启动频率率，可以以在启动动时很快快建立起起足够的的磁通，，使转子子和定子子间保持持一定的的气隙，，等等。。启动频率率保持时时间的设设置对于于下面几几种情况况比较适适合：A、对于惯惯性较大大的负载载，启动动后先在在较低频频率下持持续一个个短时间间t1，然后再再加速运运行到稳稳定频率率；B、齿轮箱箱的齿轮轮之间总总是有间间隙的，，启动时时容易在在齿轮间间发生撞撞击，如如在较低低频率下下持续一一个短时时间t1，可以减减缓齿轮轮间的碰碰撞；C、起重机机械在起起吊重物物前，吊吊钩的钢钢丝绳通通常是处处于松弛弛的状态态，启动动频率保保持时间间t1可首先使使钢丝绳绳拉紧后后再上升升；D、有些机机械在环环境温度度较低的的情况下下，润滑滑油容易易凝固，，故要求求先在低低速下运运行一个个短时间间t1，使润滑滑油稀释释后再加加速；E、对于附附有机械械制动装装置的电电磁制动动电动机机，再磁磁抱闸松松开过程程中，为为了减小小闸皮和和闸辊之之间的摩摩擦，要要求先在在低速下下运行，，待磁抱抱闸完全全松开后后再升速速。从启动频频率启动动对于驱驱动同步步电动机机，尤其其适合。。（2）先制动动再启动动。本启启动方式式是指先先对电动动机实施施直流制制动，然然后再按按照方式式（1）进行启启动。该该方式适适用于变变频器停停机状态态时电动动机有正正转或反反转现象象的小惯惯性负载载，对于于高速运运转大惯惯性负载载则不适适合。如图5-25所示为先先制动再再启动的的功能示示意，启启动前先先在电动动机的定定子绕组组内通入入直流电电流，以以保证电电动机在在零速的的状态下下开始启启动。如如果电动动机在启启动前，，拖动系系统的转转速不为为零，而而变频器器的输出出是从0Hz开始上升升，则在在启动瞬瞬间，将将引起电电动机的的过电流流故障。。它包含两两个参数数：制动动量和直直流制动动时间，，前者表表示应向向定子绕绕组施加加多大的的直流电电压，后后者表示示进行直直流制动动的时间间。图5-25先制动再再启动功功能示意意（3）转速跟跟踪再启启动。在在这种方方式下，，变频器器能自动动跟踪电电动机的的转速和和方向，，对旋转转中的电电动机实实施平滑滑无冲击击启动，，因此变变频器的的启动有有一个相相对缓慢慢的时间间用于检检测电动动机的转转速和方方向，如如图5-26所示。该该方式适适用于变变频器停停机状态态时电动动机有正正转或反反转现象象的大惯惯性负载载瞬时停停电再启启动。图5-26转速跟踪踪再启动动功能示示意2、变频器器的加减减速方式式变频器从从一个速速度过渡渡到另外外一个速速度的过过程称为为加减速速，如果果速度上上升为加加速，速速度下降降为减速速。加减减速方式式主要有有以下几几种：（1）直线加加减速。。变频器器的输出出频率按按照恒定定斜率递递增或递递减。变变频器的的输出频频率随时时间成正正比地上上升，大大多数负负载都可可以选用用直线加加减速方方式。如如图5-27a。加速时时间为t1、减速时时间为t2。一般定义义加速时时间为变变频器从从零速加加速到最最大输出出频率所所需的时时间，减减速时间间则相反反，变频频器从最最大输出出频率减减至零频频所需的的时间。。必须注意意的是：：A、在有些些变频器器定义中中，加减减速时间间不是以以最大输输出频率率fmax为基准，，而是固固定的频频率（如如50Hz）；B、加减速速时间的的单位，，可以根根据不同同的变频频器型号号选择为为秒或分分；C、一般大大功率的的变频器器其加减减速时间间相对较较长；D、加减速速时间必必须根据据负载要要求适时时调整，，否则容容易引起起加速过过流和过过压、减减速过流流和过压压故障。。图5-27加减速方方式a)直线加减减速b)S型曲线加加减速（2）S曲线加减减速。变变频器的的输出频频率按照照S型曲线递递增或递递减。如如下图5-27b。我们将S曲线划分分为3个阶段的的时间，，S曲线起始始段时间间如图5-27b中①所示示，这里里输出频频率变化化的斜率率从零逐逐渐递增增；S曲线上升升段时间间如图5-27b中②所示示，这里里输出频频率变化化的斜率率恒定；；S曲线结束束段时间间如图5-27b中③所示示，这里里输出频频率变化化的斜率率逐渐递递减到零零。将每每个阶段段时间按按百分比比分配，，就可以以得到一一条完整整的S型曲线。。因此，，只需要要知道三三个时间间段中的的任意两两个，就就可以得得到完整整的S曲线，因因此在某某些变频频器只定定义了起起始段①①和上升升段②，，而有些些变频器器则定义义两头起起始段①①和结束束段③。。S曲线加减减速，非非常适合合于输送送易碎物物品的传传送机、、电梯、、搬运传传递负载载的传送送带以及及其他需需要平稳稳改变速速度的场场合。例例如，电电梯在开开始启动动以及转转入等速速运行时时，从考考虑乘客客的舒适适度出发发，应减减缓速度度的变化化，以采采用S形加速方方式为宜宜。（3）半S形加减速速方式。。它是S曲线加减减速的衍衍生方式式，即S曲线加减减速在加加速的起起始段或或结束段段，按线线性方式式加速；；而在结结束段③③或起始始段①，，按S形方式加加速。因因此，半半S形加减速速方式要要么只有有①，要要么只有有③，其其余均为为线性，，如后者者主要用用于如风风机一类类具有较较大惯性性的二次次方律负负载中，，由于低低速时负负荷较轻轻，故可可按线性性方式加加速，以以缩短加加速过程程;高速时负负荷较重重，加速速过程应应减缓，，以减小小加速电电流；前前者主要要用于惯惯性较大大的负载载。（4）其他还还有如倒倒L形加减速速方式、、U型加减速速方式等等。3、变频器器加减速速时间的的切换通过多功功能输入入端子的的组合来来实现加加不同减减速时间间的选择择，如图图5-28所示，将将多功能能输入端端子X1、X2定义为加加减速时时间端子子1、加减速速时间端端子2就能按照照表5-4中的逻辑辑组合实实现4种不同加加减速时时间的切切换。图5-28加减速时时间的切切换表5-4加减速时时间的切切换生产实践践中，有有时还会会遇到这这样的情情况：在在拖动系系统正在在加速的的过程中中，又得得到减速速或停机机的指令令。这时时，就出出现了加加速过程程和减速速过程的的衔接问问题。变变频器对对于在加加速过程程尚未结结束的情情况下，，得到停停机指令令时减速速方式的的处理如如图5-29所示。图5-29加减速的的衔接功功能图5-29是加、减减速曲线线。曲线线①是在在运行指指令时间间较长情情况下的的Ｓ形加加速曲线线;曲线②和和曲线③③是在加加速过程程尚未完完成，而而运行指指令已经经结束时时的减速速曲线。。用户可可根据生生产机械械的具体体情况进进行选择择。另外，某某些生产产机械，，出于特特殊的需需要，要要求加、、减速时时间越短短越好。。对此，，有的变变频器设设置了加加、减速速时间的的最小极极限功能能。其基基本含义义是：A、最快加加速方式式。在加加速过程程中，使使加速电电流保持持在变频频器允许许的极限限状态(IA≯≯150%IN，IA是加速电电流，IN是变频器器的额定定电流)下，从而而使加速速过程最最小化。。B、最快减减速方式式。在减减速过程程中，使使直流回回路的电电压保持持在变频频器允许许的极限限状态(UD≯≯95%%UDH,UD是减速过过程中的的直流电电压，UDH是直流电电压的上上限值)下,从而使减减速过程程最小化化。C、最优加加速方式式。在加加速过程程中，使使加速电电流保持持在变频频器额定定电流的的120%%(IA≯120%IN)，使加速速过程最最优化。。D、最优减减速方式式。在减减速过程程中，使使直流回回路的电电压保持持在上限限值的93%((UD≯≯93%%UDH)，使减速速过程最最优化。。其中C和D统称为自自动加减减速方式式，它能能根据负负载状况况，保持持变频器器的输出出电流在在自动限限流水平平之下或或输出电电压在自自动限压压水平之之下，平平稳地完完成加减减速过程程。4、变频器器的停机机方式变频器接接收到停停机命令令后从运运行状态态转入到到停机状状态，通通常有以以下几种种方式：：（1）减速停停机。变变频器接接到停机机命令后后，按照照减速时时间逐步步减少输输出频率率，频率率降为零零后停机机。该方方式适用用于大部部分负载载的停机机。（2）自由停停车。变变频器接接到停机机命令后后，立即即中止输输出，负负载按照照机械惯惯性自由由停止。。变频器器通过停停止输出出来停机机,这时,电动机的的电源被被切断,拖动系统统处于自自由制动动状态。。由于停停机时间间的长短短由拖动动系统的的惯性决决定,故也称为为惯性停停机。（3）带时间间限制的的自由停停车。变变频器接接到停机机命令后后，切断断变频器器输出，，负载自自由滑行行停止。。这时，，在运行行待机时时间T内，可忽忽略运行行指令。。运行待待机时间间T，由停机机指令输输入时的的输出频频率和减减速时间间决定。。（4）减速停停机加上上直流制制动。变变频器接接到停机机命令后后，按照照减速时时间逐步步降低输输出频率率，当频频率降至至停机制制动起始始频率时时，开始始直流制制动至完完全停机机。如图图5-30所示。图5-30减速停车车加直流流制动直流制动动是在电电动机定定子中通通入直流流电流，，以产生生制动转转矩。因因为电动动机停车车后会产产生一定定的堵转转转矩，，所以直直流制动动可在一一定程度度上替代代机械制制动；但但由于设设备及电电动机自自身的机机械能只只能消耗耗在电动动机内，，同时直直流电流流也通入入电动机机定子中中，所以以使用直直流制动动时，电电动机温温度会迅迅速升高高，因而而要避免免长期、、频繁使使用直流流制动；；直流制制动是不不控制电电动机速速度的，，所以停停车时间间不受控控。停车车时间根根据负载载、转动动惯量等等的不同同而不同同；直流流制动的的制动转转矩是很很难实际际计算出出来的。。直流制动动强度：：即在定定子绕组组上施加加直流电电压UDB或直流电电流IDB的大小，，它决定定了直流流制动的的强度。。如图5-30所示。预预置直流流制动电电压UDB((或制动电电流IDB))的主要依依据是负负载惯性性的大小小，惯性性越大者者，UDB也应越大大。直流制动动时间：：即施加加直流制制动的时时间长短短。预置置直流制制动时间间tDB的主要依依据是负负载是否否有“爬爬行”现现象，以以及对克克服“爬爬行”的的要求，，要求越越高者，，tDB应适当长长一些。。5、变频器器的能耗耗制动不少的生生产机械械在运行行过程中中需要快快速地减减速或停停车，而而有些设设备在生生产中要要求保持持若干台台设备前前后一定定的转速速差或者者拉伸率率，这时时就会产产生发电电制动的的问题，，使电动动机运行行在第二二或第四四象限。。然而在在实际应应用中，，由于大大多通用用变频器器都采用用电压源源的控制制方式，，其中间间直流环环节有大大电容钳钳制着电电压，使使之不能能迅速反反向，另另外交直直回路又又通常采采用不可可控整流流桥，不不能使电电流反向向，因此此要实现现回馈制制动和四四象限运运行就比比较困难难。图5-31变频器调调速系统统的二种种运行状状态a)W1>W电动b)w1<w发电图5-31a和图5-31b所示为变变频器调调速系统统的二种种运行状状态，即即电动和和发电。。在变频频调速系系统中，，电动机机的降速速和停机机是通过过逐渐减减小频率率来实现现的，在在频率减减小的瞬瞬间，电电动机的的同步转转速随之之下降，，而由于于机械惯惯性的原原因，电电动机的的转子转转速未变变。当同同步转速速w1小于转子子转速w时，转子子电流的的相位几几乎改变变了180度，电动动机从电电动状态态变为发发电状态态；与此此同时，，电动机机轴上的的转矩变变成了制制动转矩矩Te，使电动动机的转转速迅速速下降，，电动机机处于再再生制动动状态。。电动机机再生的的电能P经续流二二极管全全波整流流后反馈馈到直流流电路。。由于直直流电路路的电能能无法通通过整流流桥回馈馈到电网网，仅靠靠变频器器本身的的电容吸吸收，虽虽然其他他部分能能消耗电电能，但但电容仍仍有短时时间的电电荷堆积积，形成成“泵升升电压””，使直直流电压压Ud升高。过过高的直直流电压压将使各各部分器器件受到到损害。。因此，对对于负载载处于发发电制动动状态中中必须采采取必需需的措施施处理这这部分再再生能量量。常用用的方法法是采用用电阻能能耗制动动。电阻阻能耗制制动采用用的方法法是在变变频器直直流侧加加放电电电阻单元元组件，，将再生生电能消消耗在功功率电阻阻上来实实现制动动。这是是一种处处理再生生能量的的最直接接的办法法，它是是将再生生能量通通过专门门的能耗耗制动电电路消耗耗在电阻阻上，转转化为热热能。电电阻能耗耗制动包包括制动动单元和和制动电电阻二部部分，如如图5-32所示。图5-32能耗制动动和制动动单元、、制动电电阻的连连接方式式三、离心心水洗机机的变频频设计1、离心水水洗机的的运行特特点离心水洗洗机的运运行过程程如图5-33所示。时时间t1表示洗涤涤时的加加速时间间，因与与减速时时间通常常一致，，因此没没有单独独标出，，而t2表示脱水水加速时时间，t3表示脱水水完毕的的减速时时间。为为获得较较强揉搓搓作用，，洗涤时时间t1通常设置置得较短短，这样样滚筒转转速就可可以在短短时间内内达到设设定值。。而脱水水的加/减速时间间则设置置得比较较长，避避免出现现过压等等故障。。图5-33离心水洗洗机的运运行过程程水洗机上上的变频频器容易易出现故故障，主主要是因因为变频频器的负负载变化化较大、、频率范范围宽、、振动大大。不同同重量的的布草、、不同的的高度的的洗涤液液位以及及滚筒转转动时布布草的跌跌落等，，都会引引起负载载力矩的的大范围围变化。。因此导导致了变变频器容容易过压压故障，，统计表表明，这这类故障障约占工工业水洗洗机变频频器总故故障率的的50％左右。。水洗机的的负载是是一个不不断变化化的负载载，以布布草洗涤涤为例，，布草和和洗涤液液开始时时在滚筒筒中处于于静止状状态，洗洗涤时，，电动机机要拖动动它在短短时间内内达到设设定的洗洗涤速度度，滚筒筒内的提提升筋将将布草提提升到洗洗涤液面面的某一一高度，，当布草草的离心心力垂直直向上的的分量小小于布草草的重力力时，布布草便跌跌落到洗洗涤液中中，起到到揉搓作作用。为了加强强揉搓的的作用，，滚筒总总是正转转一段时时间后，，停下来来再反转转，这样样布草的的洗净度度更高。。洗涤完完毕后，，通过一一个比洗洗涤速度度略高的的均布动动作将布布草均匀匀分布在在滚筒中中，避免免因布草草分布不不均匀致致使布草草严重偏偏心，在在高速脱脱水时引引起机器器的剧烈烈振动，，损坏机机器。均均布完毕毕后即进进入脱水水阶段，，为了减减小机器器的振动动，一般般都会设设置高速速脱水频频率的一一半—即中脱频频率来过过渡，使使机器稳稳定一段段时间以以后再继继续加速速到高脱脱频率。。对于变变频器来来说，洗洗涤和均均布过程程，都是是恒转矩矩输出的的过程，，而中脱脱和高脱脱过程，，则是恒恒功率输输出过程程。洗涤涤时变频频器的频频率决定定于滚筒筒直径和和传送比比。要获获得最大大揉搓作作用，就就要用适适当的转转速将布布草带到到最高处处然后落落下，如如果速度度太慢，，布草可可能在较较低的位位置就已已经落下下，揉搓搓作用较较小；如如果转速速太快，，则由于于离心力力大于布布草重力力，布草草无法落落下，起起不到揉揉搓作用用。2、变频器器制动单单元制动单元元的功能能是当直直流回路路的电压压Ud超过规定定的限值值时接通通耗能电电路，使使直流回回路通过过制动电电阻后以以热能方方式释放放能量。。该限值值电压的的选择范范围根据据品牌的的不同而而从630伏到800伏不等，，制动限限值电压压选择基基于两个个标准：：（1）制动限限值电压压必须足足够高，，不能因因为电网网电压升升高而使使制动单单元误动动作。中中国电网网波动范范围较大大，在很很多地方方，夜间间电压会会超过交交流450v,对应变频频器直流流电压为为640vDC,,安全的电电压设定定点必须须在这个个数值以以上。如如果我们们按进口口变频器器标准把把制动限限值电压压设定在在630vDC,,十有八九九会烧坏坏制动电电阻。原原因还在在于电网网电压，，发达国国家电网网波动指指标是+10%%-15%，我国电电网波动动实际范范围是+20%%-20%。（2）制动限限值电压压应该足足够低，，尽量使使变频器器工作在在额定电电压附近近，对设设备安全全运行有有最大保保证。选选择高的的制动限限值电压压，虽然然可以保保证制动动单元不不会误动动作，但但是过高高的电压压对设备备长期安安全运行行是有很很大影响响的。特特别对于于元器件件电压等等级选择择较低的的变频器器，这种种影响是是明显的的。同时时，电压压设设定定过高会会使电动动机过电电压磁饱饱和，控控制精度度下降和和电动机机损耗加加大。表5-所示不同同电网电电压下、、不同地地区的推推荐制动动限值电电压。由由表5-5中可知，，对于我我国大部部分情况况下应该该选用690--700vDC的制动限限值电压压。表5-5变频器调调速系统统的二种种运行状状态**变频频器生产产商设计计电压指指标为一一般为+10%%，-15%%。制动单元元根据安安装形式式可分内内置式和和外置式式二种，，前者是是适用于于中小功功率的通通用变频频器，后后者则是是适用于于中大功功率变频频器或是是对制动动有特殊殊要求的的工况中中。从原原理上讲讲，二者者并无区区别，都都是作为为接通制制动电阻阻的“开开关”，，它包括括功率管管、电压压采样比比较电路路和驱动动电路（（如图5-34）。图5-34制动单元元的连接接方式能耗制动动的过程程如下：：A、当电动动机在外外力作用用下减速速、反转转时（包包括被拖拖动），，电动机机即以发发电状态态运行，，能量反反馈回直直流回路路，使母母线电压压升高；；B、当直流流电压到到达制动动单元开开的状态态时，制制动单元元的功率率管导通通，电流流流过制制动电阻阻；C、制动电电阻消耗耗电能为为热能，，电动机机的转速速降低，，母线电电压也降降低；D、母线电电压降至至制动单单元要关关断的值值，制动动单元的的功率管管截止，，制动电电阻无电电流流过过；E、采样母母线电压压值，制制动单元元重复ON/OFF过程，平平衡母线线电压，，使系统统正常运运行。制动单元元的选用用标准一一般有以以下几点点：（1）有过热热、过电电流保护护，并有有良好的的故障报报警系统统，能提提醒用户户。（2）有完全全短路保保护，不不会因为为电阻短短路损坏坏变频器器。（3）在全频频范围内内噪声过过滤，不不会干扰扰其他设设备。3、变频器器制动电电阻制动电阻阻是用于于将电动动机的再再生能量量以热能能方式消消耗的载载体，它它包括电电阻阻值值和功率率容量两两个重要要的参数数。选择择正确的的制动电电阻是保保证制动动效果并并避免设设备损坏坏的必要要条件：：首先要要计算制制动功率率并绘制制正确的的制动曲曲线；再再根据制制动曲线线确定制制动周期期及制动动功率；；根据所所确定的的制动功功率及制制动周期期，同时时参考电电压、阻阻值等条条件选择择合适的的制动电电阻。需需要注意意的是，，用户所所选制动动电阻阻阻值一般般不能小小于选型型手册中中规定的的数值，，否则将将直接造造成变频频器损坏坏！有时时候制动动功率不不好确定定，或为为了确保保安全，，可选择择制动功功率较大大的电阻阻。制动电阻阻的选择择一般有有以下几几个标准准：（1）制动电电阻最好好采用无无感电阻阻，以降降低电感感量。通通常在工工程上选选用较多多的是波波纹电阻阻和铝合合金电阻阻两种，，前者采采用表面面立式波波纹有利利于散热热减低寄寄生电感感量，并并选用高高阻燃无无机涂层层，有效效保护电电阻丝不不被老化化，延长长使用寿寿命；后后者电阻阻器耐气气候性、、耐震动动性，优优于传统统瓷骨架架电阻器器，广泛泛应用于于高要求求恶劣工工控环境境使用。。只有特特殊设计计的制动动单元，，才能与与普通电电阻相连连接。（2）制动电电阻必须须有过热热自动隔隔离的保保护装置置。（3）制动电电阻严禁禁接地故故障发生生，否则则将引起起本装置置和变频频器的重重大故障障。（4）制动电电阻的容容量选用用为参考考值，并并依负载载惯性和和制动频频率等特特性作修修正。能耗制动动的优点点是构造造简单，，缺点是是运行效效率降低低，特别别是在频频繁制动动时将要要消耗大大量的能能量，且且制动电电阻的容容量将增增大。【任务训训练5--2：离离心水洗洗机变频频器MM440制动单单元的设设计与选选型】A、制动单单元和制制动电阻阻的选配配和计算算步骤依次次如下：：（1）制动转转矩TB的计算假设电动动机从现现在的运运行速度度开始制制动，在在一定的的减速时时间里，，到达新新的一个个稳定转转速，这这样的一一个制动动过程所所需的电电磁转矩矩TB可以由以以下公式式计算：：式中，TB为制动电电磁转矩矩（Nm）；GD2M为电动机机的转动动惯量（（Nm2）；GD2L为电动机机负载侧侧折算到到电动机机侧的转转动惯量量（Nm2）；TL为负载阻阻转矩（（Nm）；N1为制动前前电动机机速度（（r/min）；N2为制动后后电动机机转速（（r/min）；ts为减速时时间（s）。根据离心心机的电电磁制动动负载为为100%%计算，根根据公式式和经验验数据估估算为45Nm。（2）制动电电阻的阻阻值计算算在制动单单元工作作过程中中，直流流母线的的电压升升降取决决于常数数RC，R为制动电电阻的阻阻值，C为变频器器的电解解电容的的容量。。由充放放电曲线线我们知知道，RC越小，母母线电压压的放电电速度越越快，在在C保持一定定（变频频器型号号确定））的情况况下，R越小，母母线电压压的放电电速度越越快。由由以下公公式可以以求出制制动电阻阻的阻值值：式中，UC为制动单单元动作作电压值值，通常常可以取取710V；TM为电动机机额定转转矩（Nm）。这里，设设定N2为0，计算出出阻值为为30欧姆，基基本能满满足离心心机电动动机减速速状况的的要求。。（3）制动电电阻的标标称功率