变频调速系统的特性
7章同步电动机变压变频调速系统
Te
p s s
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2 sLeabharlann dq2 s xd xq
sin 2
（7-5）
式（7.5）凸极同步电动机的电磁转矩由两部分组成，第1部分由转子磁动 势产生，是同步电动机的主转矩；第2部分由于磁路不对称产生，称作磁 阻反应转矩。按式（7.5）可绘出凸极同步电动机的转矩角特性，如图7-2 所示。由于磁阻反应，转矩正比于sin2 ，使其最大转矩位置前移。
根据永磁同步电动机气隙磁场分布，永磁同步电动机可分为： （1）正弦波永磁同步电动机—磁极采用永磁材料，输入三相正弦波电流 时，气隙磁场为正弦分布，称作正弦波永磁同步电动机，或简称永磁同步电 动机，缩写为PMSM。 （2）梯形波永磁同步电动机—气隙磁场呈梯形波分布，性能更接近于直 流电动机。梯形波永磁同步电动机构成的自控变频同步电动机又称作无刷直 流电动机，缩写为BLDM。 7.2.2 同步电动机的转矩角特性
7.3.1转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统 图7-7所示是转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统, 是一种最简 单的他控变频调速系统, 多用于纺织、化纤等工业小容量多电动机传动系统中。 多台永磁或磁阻同步电动机群并联接在公共的变频器上, 由统一的频率给定信号f* 同时调节各台电动机的转速。图中的变频器采用电压型PWM变频器。 PWM变频器中, 带定子压降补偿的恒压频比控制保 证了同步电动机气隙磁通恒定, 缓慢地调节频率给定f*, 可以同时逐渐改变各台电动机的转速。这种开环调速 系统存在一个明显的缺点, 就是转子振荡和失步问题 并未解决, 因此各台同步电动机的负载不能太大，否 则会造成负载大的同步电动机失步，进而使整个调速 系统崩溃。 图 7-7 多台同步电动机恒压频比控制的调速系统结构图
交流电机变频调速原理与应用
异步电动机的“多功能控制器”。
3．风机、泵类的调速节能
风机、泵类的调速节能是调压调速系统应用得最多的领域之一。
3 异步电动机变频调速基础
变频调速时s变化很小，效率最高，性能也最好。
变频调速是异步电机交流调速系统的主流。
3.1 变频时的电压控制方式及控制特性
xK
1．变频的同时为什么要变压
r1
x1
②交交变频
电 动
鼠笼式转子
调压调速
机 感应电动机
交流调压
电压源型
常规意义 同步电动机
①变频调速，他控式
②变频调速，矢量控 制
①交直交变频 （整流＋无源逆变） ②交交变频
①电流源型 ②电压源型
同 步
无换向器 电机
变频调速，自控式
电
动 机 无刷直流电动机 变频调速，自控式
开关磁阻电动机 变频调速，自控式
I1
定子每相电动势的有效值: E 14.44f1N 1kN 1 mU 1 U1
E1
x2
Im
xm
若f1↓，U1不变，则磁通Φm ↑ ，Im ↑ ↑ 。
rm
r2
I2 Er
若f1↑，U1不变，则磁通Φm↓，I不变时T ↓ 。
B m ,E1
结论：频率变化时，若不同时改变电压， 则会使电机的磁通 mN 大幅变化，这将使电机运行不正常甚至损坏电机，所以变频的
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Hale Waihona Puke 2.3 交流调压调速系统的制动
交调系统制动时，通常采用在定子绕组中通入直流电流（能耗制动）的方法。
《变频调速系统》课件
03
变频调速系统的控制策略
转矩控制
01
转矩控制是通过控制电机的输出转矩来满足系统的转矩需求。
02
在转矩控制中，电机的转速和转矩是独立控制的，可以根据负
载的需求精确地调整转矩。
转矩控制广泛应用于需要精确转矩控制的场合，如电梯、起重
03
机等。
速度控制
1
速度控制是通过控制电机的输出转速来满足系统 的速度需求。
群控管理
在多台电梯并存的场合，变频调速系统可以实现群控管理 ，根据乘客需求和电梯运行状态，智能调度和控制多台电 梯的运行，提高电梯的使用效率。
05
变频调速系统的维护与保养
日常维护与保养
01
02
03
每日检查
检查变频器是否有异常声 音、异常气味、过热等现 象。
清洁保养
定期清洁变频器的外壳和 散热风扇，保持其良好的 散热性能。
电力能源
用于风力发电、水力发 电等可再生能源设备的
控制和调节。
交通运输
应用于地铁、动车、船 舶和飞机等交通工具的
驱动和控制。
空调和制冷
变频空调和制冷设备能 够实现节能降耗，提高
舒适度。
变频调速系统的优缺点
节能降耗
根据实际需求调节电机速度，减少能源浪费。
精确控制
可以实现高精度的速度和位置控制。
变频调速系统的优缺点
定期检查与保养
定期检查
每季度或半年对变频器进行一次全面检查，包括 所有接线、元件、散热系统等。
保养内容
根据检查结果，对变频器进行必要的保养，如更 换元件、清洗散热系统等。
注意事项
在保养过程中，应遵循安全操作规程，确保人员 和设备安全。
06
带变频的永磁调速器的特点与弊端
带变频的永磁调速器的特点与弊端带变频的永磁调速器是在筒式永磁结构上再加碳刷收集电流，通过变频器回馈到电网，环节很多，结构复杂。
而筒式结构，正如上文介绍主要是为了避免盘式专利保护而发明的，带变频的永磁调速器则是在筒式结构上进一步变化导致复杂化。
一般的主流盘式永磁调速器，采用调整导体盘和永磁体的间隙，而改变永磁涡流的强弱来调整转速的，非常简单。
特点分析：1、这种技术很难称之为永磁调速器技术，只能说是筒式永磁调速器+变频的结合。
2、还没有进过市场的验证，在2000KW以上的很难找到成功案例，离产品成熟还有3～5年的验证期。
3、结构环节太多，综合了机械和变频的缺点，没有突出单一的优点。
例如机械产品的优点是寿命长，结构简单可靠，环节少，整体安全性高，但是调节精度不高。
电子的特点是调速精度高，但是寿命短，易出现故障等。
变频的弊端1、应用变频会增加系统的故障点，背离了永磁调速器结构简单的初衷。
2、变频器一但损坏，由于永磁调速器是靠变频器散热的，直接导致永磁调速器热量快速上升，无法有效保护从而导致系统崩溃，出现重大事故。
3、电网回馈会成为败笔，很容易引起谐波，降低功率因素，同时变频器的任何一个部件损坏，永磁调速器由于无法散热从而烧毁。
4、有碳刷结构也会是一个败笔，市场上已经有无碳刷结构的励磁方式，会增加系统的不可靠性，技术落后，且后期运维成本较高。
小结永磁调速技术经过多年发展，其简单可靠、少维护的特性也为越来越多有调速节能需求的工业大功率电机业主所认同，盘式结构用多年的实践业绩验证了其技术成熟性。
而筒式结构或带变频的永磁调速技术还需进一步观察，待其成熟时可尝试改造，但不能盲目上大项目。
2-交流电机变频调速详解
以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米（一般原则）
以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机
多
0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用
少
宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入，一般由变频 启/停变频器，接收编码器信号、多 器内部24V供电， 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•概 述
异步电机的变压变频调速系统一 般简称为变频调速系统。由于在调速 时转差功率不随转速而变化，调速范 围宽，无论是高速还是低速时效率都 较高，在采取一定的技术措施后能实 现高动态性能，可与直流调速系统媲 美。因此现在应用面很广，是本篇的 重点。
变频器的六大调速方法
电动机知识变频器的六大调速方法1.变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、[1]方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
变频调速分为基频以下调速和基频以上调速，基频以下调速属于恒转矩调速方式，基频以上调速属于恒功率调速方式。
2.串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
变频器调速原理及调速方法3.绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
变频调速的四象限运行
变频调速的四象限运行张燕宾1 异步电动机的机械特性1.1 概述电力拖动系统就是电动机带动生产机械运动（大多数为旋转运动）的系统。
进一步说，则是电动机的电磁转矩克服了生产机械的阻转矩，把生产机械带动到一定转速的运行系统。
如图1所示，拖动系统主要由三大部分构成：图1 电力拖动系统的构成(1) 电动机是把电能转换成机械能的装置。
在拖动系统里，起原动机的作用。
(2) 生产机械是拖动系统的工作对象，如鼓风机、水泵、起重机械、机床等。
也是电动机的负载。
(3) 传动机构是把电动机输出的机械能传递给生产机械的装置。
在大多数情况下是一种减速装置，有时也能在一定范围内进行调速。
常见的传动机构如皮带、齿轮、联轴器等。
拖动系统的主要物理量是：(1) 转速n拖动系统的基本工况是由电动机带动生产机械以一定的速度运行。
因此，转速n是拖动系统的工作目的。
本文中，电动机输出轴上的转速用n M表示；生产机械输入轴上的转速用n L表示。
(2) 转矩T对于电动机，这是拖动系统得以转动的原因，是原动力。
由于电动机的转矩是由电流和磁场相互作用而产生的，故称为电磁转矩，用T M表示。
描绘转速n与转矩T之间的关系n=ƒ(T)是至关重要的，称之为机械特性。
在异步电动机内，电磁转矩的大小与电流和磁通量的乘积成正比：T M=K T I1Ф1cosö2 (1) 式中，K T为转矩常数；I1为定子电流；Ф1为每个磁极的磁通量；cosö2为转子电流的功率因数。
作为拖动生产机械的原动转矩，应该是电动机轴上的输出转矩。
是电磁转矩克服了电动机内部的磨擦损失和通风损失的结果。
但由于磨擦损失和通风损失都很小，为了简化分析的过程，常粗略地把异步电动机的电磁转矩直接看作是电动机轴上的输出转矩。
1.2 自然机械特性与速度变化电动机在没有人为地改变其参数时的机械特性，称为自然机械特性。
异步电动机的自然机械特性如图２所示。
其主要特征可由三个点来描述：图2 异步电动机的自然机械特性(1) 理想空载点（N0点）电动机输出轴上的转矩为0（T=0），称为理想空载。
变频器特性与性能
变频器特性与性能变频器（又称变频驱动器）是一种将交流电源转换为可调频率、可调幅度的交流电源装置。
它被广泛应用于工业控制系统中，能够实现精确的速度控制和节能效果。
本文将介绍变频器的特性与性能，从技术角度全面解析其工作原理和优势。
一、变频器的特性1. 高效性能：变频器通过调整输入电源的频率和电压，实现电机的精准控制。
相比传统的启停式控制方法，变频器能够在起动和停止时实现平稳加减速，减小机械部件的磨损，提高设备运行效率。
2. 调速范围广：变频器可以根据实际需求调整电机的转速，满足不同工况下的速度要求。
从低速到高速，变频器能够稳定输出，并保持较高的控制精度。
3. 良好的动态响应性能：变频器对电机的响应速度快，信号传递延迟小。
通过实时监测和调整输出频率，能够实现快速、准确的速度响应，降低运行过程中的波动与振动。
4. 节能环保：变频器通过优化负载的运行状态，按需调整电机的转速，达到精确控制的同时最大程度地节约能源。
节能减排是变频器的重要特性之一，有效降低了设备运行成本和对环境的影响。
二、变频器的性能指标1. 输出电压和频率：变频器通过输出电压和频率来控制电机的转速。
通常情况下，输出电压和频率呈线性关系，通过调整输出频率可以实现电机的加减速和定速运行。
2. 输出当前和转矩：变频器能够根据负载的需求实时调整电机的输出电流和转矩，并保持输出的稳定性。
通过精确的电流控制和参数设定，可以避免电机因负载变化而产生的过载或失速等问题。
3. 控制精度和稳定性：变频器对电机的控制精度是衡量其性能的重要指标。
良好的控制精度可以保证电机在各种工作条件下的稳定性和可靠性，减少因控制误差而引发的故障和停机。
4. 故障诊断和保护功能：变频器具备故障诊断和保护功能，通过实时监测电流、温度、转速等参数，能够及时发现电机或变频器本身的故障，并采取保护措施，减少损坏和维修成本。
5. 通信和网络功能：现代化的变频器通常具备通信和网络功能，可以与上位控制系统进行数据交互和远程监控。
相异步电动机的七种调速方法及特点：
三相异步电动机分类特点以及调速方法三相异步电动机分类：1、从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
不改变同步转速的调速方法有1)绕线式电动机的转子串电阻调速、2)斩波调速、3)串级调速以及应用电磁转差离合器、4)液力偶合器、5)油膜离合器等调速。
不改变同步转速的调速方法在生产机械中广泛使用。
2、改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
3、从调速时的能耗观点来看，有1)高效调速方法与2)低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
我们清楚三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s)从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的，下面松文机电具体介绍其七种调速方法。
一、变极对数调速方法：这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
特点如下：1、具有较硬的机械特性，稳定性良好；2、无转差损耗，效率高；3、接线简单、控制方便、价格低；4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
二、变频调速方法：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
变频调速技术的特点及其应用案例
变频调速技术的特点及其应用案例一、交流变频调速的特点1、减少功耗降低成本纺织厂离不开空调设备。
当空调电机使用变频调速器控制后，降低了功耗，大大节省了用电支出。
《据某公司提供的数据，全年 12台空调机可节电24余万元，空调用电单耗平均下降了6、7个百分点。
》2、简化了机构提高了性能通过PLC可编程序控制器或工控机的控制，再经变频调速器实现多电机的同步协调运转。
根据生产工艺曲线控制各机构的运动，进而简化了机构。
比如粗纱机利用交流变频调速，去掉了锥轮变速机构，从而克服了锥轮变速皮带打滑变速不准的问题。
而对于细纱机来说，由于利用变频调速器去掉了成形机构中的成形凸轮，进而克服了由于成形凸轮所造成的桃底有停顿、桃顶有冲击的现象，使得细纱卷形状良好。
以便于下一道工序的高速退绕。
同时利用变频调速器控制主电机的变速来控制锭子的转数，使得细纱在大中小纱时转速在变化，以减少纱的断头率。
二、交流变频技术的应用变频器控制的纺织机械所用的交流电机主要分为两类。
1、交流异步电机。
这种电机主要应用于调速精度要求不高、调速范围不大的纺机上。
2、交流变频调速专用异步电机。
主要用于调速精度要求高、调速范围大的机器上。
2.1、用变频器开环控制异步电机调速称为V/F形式( 如四方的E350系列变频器 )。
这种方式电路简单、可靠。
但调速范围在10：1范围以内，调速精度较低2% ~ 5%，并且低速性能不理想。
因此多用于针织机或要求不高的纺织机械上。
2.2、采用无速度传感器矢量控制变频器( 如四方的C320系列变频器 )。
其有优良的低速特性。
电路结构简单，可靠性高。
同时还具有较好的加减速特性、转矩特性以及电流限制特性等。
调速精度可达 0.1%。
调速范围在20：1范围以内。
较适合印染机械的调速等。
2.3、采用带速度反馈的矢量变频控制异步电机，闭环变频调速，又称交流伺服电机。
调速范围可达100：1。
为了提高变频器开关频率，应用功率绝缘栅双极型晶体管（IGBT）取代一般的大功率管（GTR）。
变频调速原理及概述
变频调速原理及概述异步电机调速系统的种类很多，但是效率最高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。
变频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电机的宽范围内无极调速。
变频器可把固定电压、固定频率的交流电压变换为可调电压、可调频率的交流电。
在变换过程中。
没有直流环节的称为交-交变频器，有中间直流环节的称为交-直-交变频器。
由直流电变为交流电的变换器称为逆变器。
目前应用最广的是交-直-交变频器，通常由整流器、中间直流储能电路和逆变器三部分组成。
人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，除变频以外的另外一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展的如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
变频器的发展：近二十年来，以功率晶体管GTR为逆变器功率元件、8位微处理器为控制核心、按压频比U/f控制原理实现异步机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步。
其一，是所用的电力电子器件GTR以基本上为绝缘栅双极晶体管IGBT所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块IPM，使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高。
其二，是8位微处理器基本上为16位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能。
其三，是在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现调速，还可进行伺服控制。
变频器的六大调速方法
电动机知识变频器的六大调速方法1.变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、[1]方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
变频调速分为基频以下调速和基频以上调速，基频以下调速属于恒转矩调速方式，基频以上调速属于恒功率调速方式。
2.串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
变频器调速原理及调速方法3.绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
变频调速的工作原理
变频调速的工作原理
变频调速技术是一种通过改变电机的供电频率来实现调速的方法。
其工作原理基于电机转速与供电频率之间的线性关系。
在传统的电动机中，电源会直接将市电的电压和频率供给电机。
而在变频调速中，采用变频器作为中介设备，将市电的交流电转换为直流电，再经过逆变器将直流电转换为可调频的交流电，然后再将可调频的交流电供给电机。
变频器内部有一个先进的控制电路，可以根据需要来改变电机的供电频率。
当需要提高电机转速时，变频器会增加供电频率；当需要降低电机转速时，变频器会减小供电频率。
通过调整供电频率，电机的转速可以在一定范围内实现精确控制，从而满足不同工况的需求。
变频调速的优点包括效率高、调速范围广、精度高和稳定性好。
由于变频调速可以根据负载的要求来调整电机转速，因此可以实现更高的能源利用率，降低能耗。
同时，由于转速调节的精确性，可以提高生产过程的控制精度。
因此，变频调速被广泛应用于许多领域，如机械加工、电梯、空调和风机等。
它不仅提高了设备性能和控制精度，还有效延长了电机的使用寿命，降低了维护成本。
交流变频调速特性实验系统设计
ｓｅｄｆ ｍ Ｐ Ｃｈｇ — ｅｄｃｕ ｔ ｇｍ ｄｌ ｗ ｓｕｅ ，ｈｃ ａ ｄｕｔｄｔ ｃｎｒｌ ｐ ｅ ｕｐ ｔ ａｕ ｒｕ ｈｔｅＰＤ ｍ ｄ ｌ， ｐｅ ｏ Ｌ ｉ ｓ ｅ ｏｎｉ ｏ ｕｅ ａ ｓｄ ｗ ｉ ｗ ｓａｊｓ ｏｔ ｅｄｏ ｔｕ ｖｌｅｔ ｏｇ Ｉ ｏ ｕｅ ｒ ｈｐ ｎ ｈ ｅ ｏ ｏｓ ｈ ｈ
Ｅｘ ｒｍ ｅ ｔＳｙ ｔ ｍ ｓｇ ｆ ｒ Ｃｈａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｏ Ｃ ｐｅ ｉ ｎ ｓｅ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆＡ Ｆｒ ｑｕ ｎｃ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｓ ｅ ｃ ｎｄ ｔｏ ｎ ｅ ｅ ｙ Ｃｏ ｖ ｒｅ ｐｅ ｄ－ｏ ｉｉ ｎｉ ｇ
Ｚ Ｕ Ｊ ｎｈｎ Ｇ ｕｐｎ Ｄ ｕ Ｑ Ａ ｉ — ｉ Ｈ ｉ —ｏｇ ， Ｕ Ｊ—ｉｇ ， Ｕ Ｊｎ ， Ｉ Ｎ Ｘ ａ ｆ ａ ｏｅ （ｎｔ ｕｅｏ ｌｃｒ ａ Ｅ ｇ ｅｒｎ ， ａ Ｔ ｎ ｉｅｓｙ Ｎａ ｔｎ ２ ０ ７ Ｃｈｎ ） Ｉ ｓ ｔｔ ｆ ｅｔｉ ｌ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｎ ｎ ｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ， ｎｏ ｇ２ ６０ ， ｉａ ｉ Ｅ ｃ ｎ ｔ
机车三相异步电动机调速特性—变频调速的特性
变频调速的特性
在通常情况下，等值电路中的Xm>>X1和X‘2，Im很小，则I1≈I’2，
这样电流公式可以简化为：
I1 I '2
U1
( R1
R'2 S
)2
(X1
X '2
)2
上式代入：
T
mp
2f1
I '22
R'2
/
S
电磁转矩为：
T
m p (U1 )2
2 f1
( SR1
R'2
Sf1 R'2 ) S2(X1
I'2
SE 1 R'2
E1 f2 R'2 f1
且在恒功率范围内，U1已提高到一定数值，可认为U1≈E1，故得
T
mp
2R'2
(U1 f1
)2
f2
或：
Tf1 KU12
f2 f1
K (U12 f1
)
f2
KU12 S
变频调速的特性
（1）U1不变，S=f2/f1=常数的调节方式
由于f1较高，与电抗相比可忽略R1的影响，则最大转矩可
异步电机等效电路
变频调速的特性 一、异步电机的等值电路及转矩表达式
图中 U1 、I1 — 电源相电压和电机定子
电流； I1 — 归算到定子侧的转子电
流； Im — 电机激磁电流； E1 E2 — 分别为一相定子感应电势和归算到定子
侧的转子感应电势； S — 转差率，为
转差频率与定子频率的比值：S=f2/f1； R1、X1 — 定子绕组电阻及漏电抗； R2'、X2 —归算到定子侧的转子电阻及 漏电抗； Rm、Xm — 激磁电阻及电抗。
变频调速技术概述
• 牢固的EMC（电磁兼容性）设计；
• 控制信号的快速响应；
控制功能
• 线性v/f控制，并带有增强电机动态响应和 控制特性的磁通电流控制（FCC），多点 v/f控制； • 内置PID控制器； • 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； • 具有15个固定频率，4个跳转频率，可编 程； • 集成RS485通讯接口，可选PROFIBUSDP通讯模块；
自动节能运行功能 瞬时停电重启动 电网电压自动稳压，保持输出稳定 操作面板标准内置可调电位器，面板可观测输入
功率
智能输入/输出端子可分配多种功能 内置PID功能及3线运行功能
日立 SJ100系列变频器
• 矢量型变频（0.2KW-7.5KW） 结构紧凑，体积小 ISPM专利技术，集成了驱动电机的功率器件和控 制电路元件 抗电磁干扰能力强 速度调节旋钮标准内置 电机参数自整定，具有两套电机参数 200%起动力矩 电网电压自动稳压，保持输出稳定 瞬时失电重起动
常见品牌简介
港澳台地区的品牌有普传、台安、台达、东元、 正频、宁茂、九德松益、爱德利等；国产的品牌有 康沃、安邦信、惠丰、森兰、阿尔法、时代、格立 特、海利、佳灵、富凌、英威腾等。欧美国家的产 品以性能先进、适应环境性强而著称；日本产品则 以外形小巧、功能多而闻名；港澳台地区的产品以 符合国情、功能简单实用而流行；国产变频器则以 大众化、功能简单、专用、价格低的优势而获得广 泛应用。
• 在电源消失或故障时具有"自动再起动"功能； • 灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的 平滑特性； • 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； • 具有3个固定频率，1个跳转频率，且可编程；
保护功能
· 过载能力为150％额定负载电流，持
变频系统有哪些优点和缺点
变频系统有哪些优点和缺点变频系统的优点主要包括：1.调速效率高，属于高效调速方式。
在频率变化后，电动机仍在同步转速附近运行，基本保持额定转差。
2.调速范围宽，一般可达20：1，并在整个调速范围内具有高的调速效率。
所以变频调速适用于调速范围宽，且经常处于低负荷状态下运行的场合。
3.机械特性较硬，在无自动控制时，转速变化率在5%以下；当采用自动控制时，能做高精度运行，把转速波动率控制在0.5%~1%左右。
4.变频装置万一发生故障，可以退出运行，改由电网直接供电，泵或风机仍可继续保持运转。
5.能兼作启动设备，即通过变频电源将电动机启动到某一转速，再断开变频电源，电动机可直接接到工频电源使泵或风机加速到全速。
然而，变频系统也存在一些缺点：1.成本较高：相比传统的电压调节和机械调速方法，变频器的购买成本较高。
特别是在一些小型设备和家庭电器领域，成本因素可能会成为使用变频器的限制。
2.对电机负载的要求较高：变频器的调速原理决定了对电机负载的要求较高。
一些特殊负载，如恒扭矩负载和低速大负载等，可能不适合使用变频器。
因此，在选用变频器时需要对负载特性进行充分了解和评估。
3.电磁干扰问题：变频器在工作时会产生电磁干扰，可能对周围的电子设备造成影响。
特别是在某些对电磁环境要求较高的场合，如医疗设备、实验室等，需要采取必要的干扰屏蔽措施。
4.维护维修难度较大：由于变频器是一种复杂的电动机调速设备，其维护和维修一般需要专业人员进行。
一旦变频器出现故障，可能需要专业维修，增加了维修成本和维修时间。
综上所述，变频系统具有调速效率高、调速范围宽、机械特性较硬等优点，但也存在成本较高、对电机负载要求较高、电磁干扰问题以及维护维修难度较大等缺点。
在实际应用中，需要根据具体需求和场景选择是否使用变频系统。
三相异步电机变频调速的工作原理
三相异步电机变频调速的工作原理1.基本原理：三相异步电机是通过电磁感应的原理产生转动力的，其转速与供电频率成正比。
变频调速就是通过改变电机的供电频率，来改变电机的转速。
2.变频器：变频调速系统的核心是变频器，也称为交流变频调速器。
它由整流器、滤波器、逆变器、控制电路等组成。
变频器可以将输入的固定频率、固定电压的交流电能转换成可变频率、可调电压的交流电能。
3.电压变频调速：在电压变频调速中，变频器通过提供可调的电压来改变电机的供电电压，进而控制电机的转速。
变频器会根据控制信号，调整输出电压的频率和幅值，使得电机的转速与所需的转速匹配。
4.频率变频调速：在频率变频调速中，变频器通过改变电机的供电频率来控制电机的转速。
变频器会通过改变输入电压的频率，改变电机的额定转速。
例如，如果输入电压的频率为50Hz，变频器将其转换为30Hz，电机的转速将降低为原来的60%。
5.闭环控制系统：为了实现精确的调速，变频调速系统通常采用闭环控制方法。
这种方法通过在电机轴上安装编码器等位置传感器，将电机的实际转速反馈给控制系统。
控制系统会根据设定的转速和实际转速之间的误差，调整变频器的输出，使得实际转速接近设定转速。
6.调速特性：三相异步电机变频调速具有良好的调速特性。
在负载变化较小的情况下，调速范围广，调速精度高。
同时，变频调速系统还具有起动电流小、起动冲击小、能耗低等特点。
总结起来，三相异步电机变频调速是通过改变电机的供电频率来调节电机的转速的方法。
其核心是变频器，通过调整电压或频率来控制电机的供电，同时采用闭环控制系统实现精确的调速。
该方法具有调速范围广、调速精度高等特点，广泛应用于工业生产和交通运输等领域。
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变频器的基本结构
变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种 频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备， 其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将 交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路 的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变 成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量 运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计 算的CPU以及一些相应的电路。
主拖动调速系统的调速特性分析
龙门刨床主拖动调速系统的调速特性
主拖动调速系统的调速特性分析
机电联合调速与单纯调压调速比较，电 动机的设计功率可以缩小一半，但是电动机 的功率仍然比负载所需要的功率大接近一倍， 因此A系列龙门刨床直流电动机的功率并没有 得到充分利用。同时因为进刀机构采用进刀 继电器控制进刀，而继电器铁心和圆盘齿因 频繁运动而磨损，使精度下降
原拖动系统工作状况
龙门刨床主拖动G－M系统图
主拖动调速系统的调速特性分析
主拖动系统调速分析如图4所示。其中FM表 示最大切削力，V1表示切削速度，PM表示 最大切削功率。图中，V2为对应于最大转矩 时的最高速度，称为计算速度。在V1~V2范 围内要求恒转矩调速；而在V2~V3范围内则 要求恒功率调速。
龙门刨床的运动特点
主运动行程以及各阶段的工作状况 图2中LQ为工作行程长度，LH为返回行程长度，VJ， VQ和VH分别为慢速切入速度、切削速度和返回速 度。 各时间段的工作状况如下： 0～t1：工作台前进起动阶段 t1～t2：刀具慢速切入阶段 t2～t3：加速至稳定工作速度阶段 t3～t4：稳定工作速度阶段
龙门刨床的运动特点
龙门刨床行程图
龙门刨床的运动特点
横梁运动的特点 横梁只在工作台停止时方可调整，横梁运动 属于“点动”性质，为了保证横梁能按要求 停在一定的位置上，还设有夹紧机构。
原拖动系统工作状况
主拖动系统以直流发电机－电动机（G-M） 及晶闸管－电动机系统为主，如下图所示。以A 系列龙门刨床为例，它采用电磁扩大机作为励磁 调节器的直流发电机－电动机系统，通过调节直 流电动机电压来调节输出速度，并采用两级齿轮 变速箱变速的机电联合调节方法。其主运动为刨 台频繁的往复运动，对速度的控制有一定的要求， 采用机械速比为2:1和电气调速范围为10:1的机 电联合调速系统。
变频调速系统组成
龙 门 刨 床 变 频 调 速 系 统 原 理 图
变频调速系统的特性
采用交流变频调速系统，可以通过灵活 的预置恒转矩与恒功率调速的转换点，使调 速系统的特性更好地满足龙门刨床主拖动负 载的调速特性要求，进而降低主拖动电动机 的设计功率。调速范围可以达到40:1，静差 度小于3%，更换不同的工作组件就可使刨床 一机多用。为提高加工精度，工作台的速度 不随切削量的变化而变化，自动调速，达到 速度曲线的要求，提高了加工质量与效率。
龙门刨床结构图
1－床身 2－工作台 3－横梁 4－垂直刀架 5－侧刀架 6－立柱 7－龙门顶
龙门刨床的工作特点
龙门刨床的刨削过程是工件与刨刀作相对运 动的过程。为此，工件必须与工作台一起频繁地 进行往复运动，工件的切削加工仅在工作行程中， 返回行程是空行程。在切削过程中只有在工作台 由返回行程转到工作行程的期间刀架才进行一定 量的进给。其中，机床的主运动是工作台纵向往 复运动，而横梁的上下移动，刀架沿横梁的左右 移动，以及侧刀架在立柱上的上下往复运动称作 辅助运动。
龙门刨床的基本结构
龙门刨床主要由七部分组成，如图所示。其中 床身为箱体型零件，其上有V形导轨。工作台安放 在床身上，工作台下面有斜齿条与传动机构齿轮相 啮合，可作往复运动。横梁用于安装垂直刀架，刨 削加工时严禁动作，只在工作台停止运动时才能移 动，以调整刀架高度。两个垂直刀架可沿横梁导轨 在水平方向，或沿刀架本身的滑板导轨在垂直方向 作快速移动或工作进给。左右侧刀架及进给箱可沿 立柱导轨上下快速移动或自动进给。
学习案例11
龙门刨床电控系统的PLC改造
学习目标
基本要求：
◆熟悉可编程控制器与变频器通讯协议、通
讯指令、通讯参数的设定、编程软件的应 用方法、调试方法、监控运行方法。
◆分配PLC输入输出接口，通讯电缆的连接 ◆硬件连接，外围电路的连接分配PLC输入输出接口， 通讯电缆的连接。 重点内容： ◆PLC的综合应用
龙门刨床作台的主运动只需一台59KV· A 交－直－ 交、电压型变频器和能量回馈装置作为主拖动控 制装置，实现无级变速。工作台换向制动利用变 频器自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量 又反馈到电网中。对于进刀机构可以采用3台 6.5KV· A小变频器分别控制垂直刀架和左右侧刀 架3台2.2KW异步电动机，实现无级调速，形成 了新的进给系统，使进刀量准确，提高了加工精 度。另外增加一个11KW的变频器控制的铣刀头， 作为附加组件。系统原理图如图所示。
变频器的分类
变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式 分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器； 按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、 PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按 照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转 差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用 途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频 器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
龙门刨床的运动特点
t4～t5：减速退出工作阶段 t5～t6：反接制动到后退工作阶段 t6～t7：后退稳定速度阶段 t7～t8：后退减速阶段 t8～t9：后退反接制动阶段 其中慢速切入切出，既可防止因撞击而崩坏 工件与刀具又可以提高刀具使用寿命，空行 程高速返回可以提高加工效率。
案例背景
威海精密机床附件厂的龙门刨床主要用来加工大型工件的 各种平面、斜面和槽，由于使用日久，出现精度降低，调速 性差，生产效率低等问题，需要进行维修及改造。考虑到原 有设备与加工要求调速比达到40：1以上，可用于刨、铣削， 静差度小于5%，切削力恒定、平稳、冲击小，刀具切入切出 时自动减速，功耗低，安全可靠、易于维护等要求。因此我 们决定采用变频器结合PLC对其进行改造。