变频调速系统的设计.ppt

1、变频调速系统的设定修订、刘美俊、变频调速控制系统的应用范围很广，如轧机、卷扬机、抄纸机等，不同的控制对象对其具体的控制要求有动态、静态的指标要求较高的控制系统，在变频调速设定修订时要求速度反馈充分利用电压反馈、张力反馈、位置反馈等，利用反馈构成控制策略优良的自调系统对动态静态指标要求不高的生产工艺系统，也可以对变频调速控制系统提供电流反馈、位置偏移但是，由于这些反馈一般是开关量，所以这些开关量通常用于变频调速控制系统的保护。 在变频调速控制系统中，如果外环是转速环，目前有较为成熟的控制方案。 例如逆变器采用矢量控制，其转速环的结构与直流调速系统相同，可以建立与直流调速系统相同的数学模型，而且控

2、制系统并不复杂，采用PID控制可以得到满意的效果。 但是，如果外圈不是旋转速度环，例如外圈是位置环或张力环等，特别是逆变器网络系统，控制对象具有多变量、可变残奥度表、非线性、强耦合等特征，线性PID调节器经常受不了。 为了解决现有PID调节器的不足，在变频调速控制系统中引入了智能控制。 智能控制不需要正确的数学模型，并且可以仿效人的智能，基于系统误差及其变化率来确定控制器的输出，并且自动调整控制器。 在电气传动系统中引入智能控制方法可以克服电气传动对象的多变量、可变残奥仪表、非线性等不利因素，提高系统的鲁棒性。 影响变频调速控制系统性能的因素、变频调速控制系统的性能是否良好，(1)在同一开环调

3、速系统中，根据所选择的通用变频器的型号，变频调速控制系统的性能有所不同。 即使选择相同的变频器形式，变频器的残奥表设定也不同，性能的好坏不一样。 (2)同样是闭环变频调速控制系统，所放置的反馈元件的位置不同，系统的性能优良度充分不同。 即使反馈元件的配置位置相同，反馈元件的型号、质量也不同，从抑制定理可知，其性能的好坏不同。 因此，反馈信号的真实程度和质量决定了闭环逆变系统的成功与否。 (3)调节器的控制算法、残奥表设定不同，变频调速控制系统的性能优良度差异较大。 如果调节器的控制算法选择不正确，残奥仪表设定不正确，闭环逆变器系统可能比开环控制系统性能不好。 因此，设定、修正、选择控制算法合理

4、、简单、可靠性高、调试容易、控制精度高的调节器是用户必须特别注意的问题。 (4)两个完全相同的变频调速控制系统，如果设置环境不同，则效果可能完全不同。 特别是输出电缆配置不当，不仅影响变频调速控制系统的性能，而且开关管和驱动电路也损坏。 变频器的优良程度不仅影响系统性能，而且电动机固有特性的硬度、安装质量也严重影响变频调速控制系统的性能。 异步电动机的选择方法、电动机的选择包括电动机类型、型号、额定转速和额定功率的选择，其中主要是电动机额定功率的选择。 通常，选择电机的步骤如图所示，1电机类型选择的基本原则应在满足机床拖动系统的要求的基础上，选择的电机应尽量结构简单、运行可靠、维护方便、价格便

5、宜。因此，在选择电动机的种类时，如果机床不太要求拖动系统，应该优先选择交流电动机。2电压电平及转速的选择交流电动机电压电平的选择应该考虑运转场所的供电网的电压电平。 中功率以下的交流电动机的额定电压一般为380V，大功率交流电动机的额定电压多为3kV或6kV。 电动机的额定转速的选定是否合适，与电动机的价格和运转效率，还有生产机械的生产率有关。 对于在启动、制动状态下始终动作的电动机，请考虑额定转速对启动、制动时间和启动、制动中的能量损失的影响。 从起动、制动时间的缩短和起动、减少制动中的能量损失的观点出发，可以证明应该选择GD2和额定转速nN的乘积最小的电动机。 3电机类型的选择，(1)开放

6、式。 在开式马达定子的两侧和端盖上打开了大通风口，具有良好的散热条件，但灰尘、水滴和铁屑容易侵入马达内部，影响马达的正常工作，适合干燥、清洁的工作环境。 (二)防护式。 防护式电动机的通风口位于外壳下部，通风条件良好，可以防止水滴、铁屑等异物从垂直方向不足45个角侵入电动机内部，但不能防止灰尘和湿气的侵入，只能适用于干燥、尘埃较少、没有腐蚀性和爆炸性气体的场所。 (3)密闭型。 密闭型电动机采用全封闭结构，可分为自冷式、强制通风式和密闭式三种，前两种电动机适用于尘土多、潮湿、有腐蚀性气体的场所，如纺织厂、精米厂、水泥厂等。 密闭式电动机适用于电动潜水泵、深井泵等在液体中工作的机械。 防爆式。

7、防爆式电动机是基于密闭型电动机制作的耐压防爆型，适用于可燃性爆炸性气体的场所，例如油库、煤气站、矿山等。 4电动机容量的选定在选定电动机容量时，考虑到电动机容量、起动转矩必须比负载所需的电力和起动转矩大，电动机容量、起动转矩必须比负载所需的电力和起动转矩大，即使电源电压降低10%， 从电动机温度上升的观点出发，转矩可以满足启动中或运转中的需要，为了降低电动机的寿命，温度上升必须在绝缘所限定的范围内，如果电动机以最低频率连续动作的时间不长，则可以保留原来的电动机，反之以最低频率连续动作如果变频器具有向量控制功能，则优选选择2p4的电动机。 这是因为，多数的向量控制逆变器是以2p4电动机为模型进行

8、设定的。 电动机的工作频率范围应包含负载对调速范围的要求。 由于有些通用变频器的低速运行特性不理想，所以最低频率越高越好。 使用逆变器传动时电动机的一些问题，(1)低速时的散热能力。 标准笼型异步电动机的散热能力，在额定转速且冷却风扇与电动机同轴的条件下考虑冷却风量。 如果使用变频器，在电动机的运转速度降低时，冷却风量会自动变小，散热能力变差。 因为电动机的温度上升与冷却风量成反比，所以在额定速度以下连续运转的情况下，通过设置定速冷却风扇，可以改善低速运转条件下的电动机的散热能力。 (2)有额定频率运行时的温度上升。 由于逆变器的三相输出电压波形为SPWM波形，因此异步电动机的定子电流中不可避

9、免地含有高次谐波，高次谐波使电动机的损失增加，使电动机的效率和功率因数恶化。 谐波损失基本上与负载的大小无关，电动机的温度上升比逆变器改造前提高。 逆变器的高次谐波成分越少，电动机的温度上升也越小。 这也是验证变频器性能是否出色的重要标志之一。很多实践表明，电动机处于额定运行状态(即电动机的电压、频率、输出功率均为额定值)，通过逆变器供电，与通过商用电网供电相比，电动机电流增加10%，温度上升增加20%左右。 选择电动机时，考虑到这种情况，请留有馀量，以免温度上升过高，影响电动机的寿命。 (3)电机运转时噪音增大。 这是SPWM逆变器的载波频率和电动机铁心的固有振动频率共振引起的电动机铁心的振

10、动引起的噪音。 解决方法是重新设置载波频率。 负载功率的修正例、起重机、卷扬机等负载垂直移动时，拖动的负载是重力负载，如图所示，重力负载、机械设备所需的功率是：式中，w是额定负载重力与钩重力和钢丝重力之和(n )； v为上升速度(m/s )； 机械效率、(kW )、0.75条件下所需的提升力与不同的提升力、提升速度的关系曲线。 由该曲线可知，v0.1m/s、W9800N时，所需电动机的容量为1.5kW。 在0.75点提高所需的功率、2摩擦负载起重机的平移机械、在轨道上移动的水平台车等输送机械，其负载与重力负载的不同是，负载的运动方向不同，摩擦负载、(水平运动)、(kW )即v是负载移动速度(m

11、/s )； 为了摩擦系数即机械效率。、摩擦负载(斜面运动)、在这种情况下，所需的功率是、(sincos)10-3(kW )、选定电动机的注意事项、()一般的异步电动机的速度上限是与额定频率对应的额定速度。 请勿超频运行额定频率50Hz的电机。 可能引起负载能力下降、过电流，甚至机械破坏。 (2)中间速度。 在采用一般的异步电动机的变频调速的情况下，考虑在连续可变速度区间(中间速度)内运转时的机械共振问题。 异步电机产生的脉动扭矩的频率与固有振动频率一致时发生共振，产生强振动和噪音，最严重的情况下会引起轴系断裂事故。 速度控制的下限。 在使用通常的异步电动机进行变频调速的情况下，考虑到由于电动机

12、自身的低速冷却能力的降低而产生的最低转速与机械系统容许的下限速度一起决定最终的速度下限，关于送风机，需要根据其共振极限风量决定最低转速，在利用泵进行流量控制的情况下，由于存在净扬程，因此若低于某个速度则能够送水由于预防2浪涌电压危害的通用逆变器的功率开关器件在动作时会产生浪涌电压，因此在通用逆变器驱动异步电动机的情况下，需要采取防止浪涌电压对电动机绝缘的破坏的措施。 浪涌电压在通用逆变器中显着，功率开关器件IGBT的开关速度快，因此电压脉冲的上升陡峭的du/dt非常大，该急剧上升的电压脉冲和高开关频率在电动机内部形成轴承电流，使轴承逐渐如果通用逆变器与电动机之间的布线距离长，则通用逆变器的输出

13、电压达到峰值的时间比前进行波达到电动机端子的时间短，在电动机端子部，与其反射波相对应的先行波的峰值为通用逆变器的输出峰值的2倍。浪涌电压的发展和反射、浪涌电压防止对策、(1)开环转速控制。 对于风机、泵等平方减扭矩负载，不需要高速响应，多采用开环控制。 逆变器输出电压Un和频率fn，作为逆变器的输入信号。 电机根据转矩特性产生与电压Un、频率fn相应的转矩Tn，根据负载转矩以转速nn稳定运行。 此时，影响转速精度的主要原因有负载转矩的变化、输出频率的精度、电源电压的变动等。在(a )开环控制系统(b )转矩特性、(2)闭环转速控制、造纸、泵类机械、机床等的要求速度精度高的情况下，为了检测电动机

14、速度，需要设置传感器。 这些传感器中，光电式编码器、解算器等可检测机械位置，可用于直线和旋转位置的高精度控制。 图示由PLG (以脉冲频率测量速度的传感器)和变频器等构成的转速闭环控制系统。 图中的虚线路径表示通用逆变器的开环控制调节器对速度误差进行补偿，f/U变换构成反馈，可以得到良好的控制效果，闭环速度控制系统在转速控制范围内引起大的扭转共振的转速和其他危险旋转上述扭转共振是指，当电机转矩的脉动成分与机械系统(包括负载和电机)的固有频率一致时，电机变为共振状态，超过额定转矩的扭转应力施加在机械系统上的现象。 机械系统在速度控制范围内可能存在大的扭转共振。 危险速度是指旋转系统的轴弯曲的固有

15、振动频率和旋转频率一致时的转速。 通常，危险速度比电动机的额定速度大。 但是，对于大容量的24极电机，危险速度可能会低于额定速度。 变频器流量控制，(1)单泵控制系统。 图中的流量规定可以根据需要进行设定，反馈链路是流量修正和流量-电量传感器转换器，调节器动态比较该量的信号和规定流量的信号，决定逆变器的频率指令，将流量控制为恒定，或者根据需要进行变更。 (2)使用程序调节器的多台水泵控制系统、高精度控制的实现方法，相对于一般的变频器，要求精度高达0.5%。 该数值对开环控制的机型为频率精度，对闭环控制的机型为速度精度。 同步电动机的频率越高，速度控制越高。另一方面，异步电动机有滑差，为了得到高

16、精度的速度，必须采用闭环控制。 可进行高精度控制的速度闭环系统的原理图如图所示。 为了确保系统的高速精度，请充分考虑抑制变频器的速度给予误差、速度反馈误差、速度控制器误差、稳态偏差。 第四稳定偏差是由负载转矩等干扰的变化引起的速度上的误差，该误差在速度调节器的低频增益低时产生。 通常，速度调节器包含积分电路，可确保高低频增益，因此容易克服这种偏差。 如上所述，造纸机要求长时间维持高控制精度。 通过以往的模拟控制逆变器，采用PLG和低漂移的控制电路，可获得0.05%的高精度。 为了完全消除温度漂移等周围环境的影响，需要采用全数控逆变器。 逆变器网络控制系统、1逆变器-计算机控制系统的连接方式以E

17、mersonev2000逆变器为例，逆变器-计算机控制系统按照通信方式的类型主要有以下方式。 (1)变频器RS-232接口与计算机的连接如图所示。变频器与计算机的连接方式1、(2)变频器RS-485接口与计算机的连接、(3)变频器与计算机的连接、变频器-PLC控制系统的设定、修改、(1)开关指令信号的输入。 变频器的输入信号中包含操作运行/停止、正转/反转、寸动等运行状态的开关型指令信号。 变频器通常利用具有继电器触点或继电器触点的开闭特性的部件(例如晶体管)与PLC连接，获得运行状态或取得运行指令，但如图所示使用继电器触点时，多因接触不良而引起误动作。 使用晶体管连接时，需要考虑晶体管自身的电压、电流容量等，确保系统的可靠性。 开关信号的连接在设定、修改变频器的输入信号电路时也要注意。 如果没有连接输入信号电路，可能会导致变频器的误动作。例如，在输入信号电路中采用继电器等感应性负载时，继电器开关引起的浪涌电流所引起的干扰可能会引起变频器的误动作，因此请尽量避免。 图显示了相应的连接方法。 变频器输入信号的连接，如果输入开关信号进入变频器，外部电源和变频器控制电源(DC24V )之间可能会发生串扰。 正确的连接通常是利用PLC电源，将外部晶体管的集电极经由二极管连接到PLC