1、1异步电动机变频调速运行原理异步电动机转速关系式异步电动机转速关系式1.异步电动机转速关系式 n=n0(1-s) 60f n0= - p式中：n：异步电动机输出轴转速 n0：旋转磁场转速（同步转速） f：供电电源频率 P：电动机极对数 S: 转差率2.异步电动机每相电动势关系式: E=4.44fkEm 式中:E:气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值 f:定子频率 kE:系数 m:每相气隙磁通量 U=IRS+E 式中:U:相电压 I:相电流 RS:定子电阻恒压频比控制时变频调速的机械特性基频以上变频调速的机械特性2一.交流异步电动机调速系统分类与简介1.1 分类3用饱和电抗器 用晶闸管调压调速
2、 调压调速1.2 常用异步电动机调速系统简介1.2.1 异步电机调压调速系统 异步电机调压调速方法 自耦变压器 带直流磁化绕阻的饱和电抗器 晶闸管交流调压器(JDD系列)用饱和电抗器 用晶闸管 调压调速 调压调速4 异步电机调压时的机械特性转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统 原理图转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统 静特性 异步电机在不同电压下的机械特性高转子电阻异步电机在不同电压的机械特性51.2.2 滑差离合器调速系统 机械特性 系统静特性滑差离合器调速系统装置简图带转速负反馈的滑差离合器闭环调速系统61.2.3 线绕转子异步电机转子回路串电阻调速系统 转子串电阻的绕线转子电机有级调速
3、 图例 转子串对称电阻时的机械特性 图例 转子电阻斩波调速基本电路 图例71.2.4 绕线转子异步电机串级调速系统右图中:S0异步电机在串级调速时对应于某一 理想空载n0的理想空载转差率synsynnnnS00 电气串级调速系统原理图 大电机 小电机机械特性81.2.5 绕线转子异步电机双馈调速系统 双馈调速系统原理图双馈调速系统超同步与次同步工作双馈调速系统的优点(1)在同样的额定功率和调速范围之下，双馈调速系统可以在电机同步转速上、下 进行调速，其附加的串级调速装置的容量可比单纯采用次同步串级调速时的装 置容量减小一半。(2)由于转差功率可以双向传送，能实现再生制动，使系统有良好的动态响应
4、。(3)在超同步串级调速运行时，变压器侧整流器2UR的控制角2值较小，因而变压 器从电网吸取的无功功率也较小。91.2.6 绕线转子异步电机内馈调速系统内馈调速系统能量原理图斩波内馈调速系统 该系统的特征采用了内馈调速的特殊异步机，在内馈电机的定子槽中，与原边绕阻同槽嵌放一个内馈绕阻。 内馈调速是基于转子的电磁功率控制调速，与串级调速相比，由于加强了电机调速的内因，内馈调速没有外附的变压器，而且定子不含无谓循环传输的电转差功率，进一步减小了损耗，因此内馈调速具有结构简单、调速效率高的优点。10二. 通用交流变频调速器2.1 变频器主回路2.1.1 电路图112.1.2 结构图122.2 变频器
5、控制电路2.2.1 控制电路框图132.2.2 变频器接线图142.3 变频器工作原理2.3.1 三相逆变器工作原理 驱动信号波形123456U相电压V相电压W相电压V-W线电压W-U线电压U-V线电压交流输出波形(负载为电阻性、星形接法）152.3.2 双极性调制方法驱动信号波形123456交流输出波形162.4 变频器容量的选择计算06543215544332211KtttttttItItItItIIUN2.4.1 连续运行时变频器容量的计算 IUN1.1IMN 或IUN1.1IMax 式中：IUN变频器的额定输出电流 IMN电动机的额定电流(铭牌值) IMax电动机实际运行中最大电流2.
6、4.2 频繁加减速时变频器容量的计算 式中:I1I5各运行状态下平均电流 t1t6各运行状态的时间 K0安全系数,运行频繁时取1.2, 其他取1.1172.4.3 直接起动时变频器容量的计算 式中:IMK在额定电压、额定功率下电动机起动时的堵转电流 Kug变频器的允许过载倍数，一般取1.3-1.52.4.4 多台电动机共用一台变频器供电时变频器容量的计算(1) 多台电动机同时起动 Iun1.1(IMN1+IMN2+IMNnn)(2) 在整定软起动，按起动时间最长的那台电动机进行整定，同理整定软停止 时，按惯量最大的电动机停止时间整定。(3) 部分电动机直接起动 式中：IMK所有直接起动电动机在
7、额定电压、额 定功率下起动电流总和 IMN所有非直接起动电动机额定电流总和 同时必须满足下式 IUN IMN 式中： IMN全体电动机额定电流的总和ugMKunKIIugMNMKUNKIII2.5 变频器外围配件的选择2.5.1 空气开关 主要作用：隔离作用，保护作用。 选择原则：额定电流应(1.31.4)变频器额定电流2.5.2 输入接触器 主要作用：可通过按钮方便地控制变频器的通电与断电，变频器发生故障 时，可自动切换电源。 选择原则：主触点的额定电流应变频器额定电流。2.5.3 输出接触器 变频器的输出端一般不接接触器，如需要接入时，因变频器输出电流中含有较强的谐波成分，故主触点的额定电
8、流应1.1倍变频器额定电流。 2.5.4 主电路线径的选择 电源与变频器之间的导线：一般说来，和同容量普通电动机的电线选择方法相同，但考虑到其输入侧功率因素往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。 变频器与电动机之间的导线：由于频率下降时，电压也随着下降，在电流相等的情况下，线路电压降U在输出电压中占的比例将上升，而电动机得到电压的比例下降，有可能导致电动机发热。所以，在决定变频器与电动机之间导线时，最关键的因素便是线路电压降U的影响。一般要求： U(23)%UN UN：变频器输出额定电压2.5.5 在某些应用场合需要增加一些必需的配件(1) 变频器输入侧串联线路电抗器或零序电抗器(2)
9、变频器直流回路串联直流电抗器(3) 在变频器的输入端及输出端串联噪声滤波器 19示意图202.6 变频器异常诊断与处理 2.6.1 异常及对策故障代码故障内容可能的原因对策OC加速中过电流加速时间太短调整加速度时间负载惯量过大减小负载惯量减速中过电流减速时间太短高速减速度时间负载惯量过大减小负载惯量运行中过电流负载变化急剧检测并减小其变化率驱动电路异常请委托经销商检查起动中过电流负载所需起动力矩过大调速转矩提升曲线及加/减速模式起动频率过高调整偏置频率干扰过电流接地不良接触不良1.检查接地线是否接触良好2.检查屏蔽线是否正确接地3.检查接插件是否插好21故障代码故障内容可能的原因对策OU过电压
10、电源电压过高检查电源电压是否过高负载惯量过大1.减小负载惯量或增大变频器容量2.加装制动单元（或制动电阻）3.调整过电压保护、停车、回路过电压处理方式等功能的参数减速过快调整减速度时间LU欠电压电源电压过低检查电源电压是否过低电源瞬时停电检查转速追踪功能的设定参数电源故障检查电网容量是否不足，电源电压波形是否良好，有否较大的冲击电流或缺相、短路直流回路接触不良检查主回路充电继电器接触不良检查充电继电器22故障代码故障内容可能的原因对策OL过载负载太重减轻负载电流互感器故障检查电流互感器参数设定不当调整偏置频率，频率设定信号增益，转矩提升，电子热过载继电器等功能的参数OH过热环境温度过高改善环境
11、变频器周围空间过小冷却风扇不运转检查风扇的电源和风扇本身FB熔断器熔断过电流查明熔断原因后更换其他故障：E2PROM（键盘），CPU等故障。查明原因后更换或 修正，一般委托经销商检查更换。232.6.2 常见异常现象及对策异常现象可能的原因和对策电机不转键盘无显示检查是否停电,输入电源是否缺相,输入电源线是否接错键盘无显示,但机内充电指示灯亮检查与键盘相关的接线、插座等是否存在问题测量机内各控制电源电压，以此确认开关电源是否正常工作如果开关电源工作不正常，可检查开关电源进线（P、N）插座是否接好，起振电阻是否损坏或稳压管是否正常PN端子无电压或电压偏低检查充电回路电机有嗡嗡声电机负载太重，设法
12、降低未发现异常确认是否处于跳闸状态或跳闸后没有复位，是否处于掉电再起动状态，键盘是否重新设定过，是否进入程序运行状态，多段速度运行状态，特定的运行状态或非运行状态。可试用恢复出厂值的办法确认运行指令是否给出检查运转频率是否设定为024异常现象可能的原因和对策电机不能顺利加减速加减速时间设定不合适电流限幅值设定太小减速时过电压保护动作载波频率设定不合适，负载过重或出现振荡电机虽能旋转但不能调速频率上下限设定不合适频率设定偏低或频率增益设定大小检查使用的调速方式是否与设定的频率给定相吻合检查负载是否过重，是否处于失速状态电机在运转中转速变动负载过重或过轻，尽量减小其变化变频器与电机额定值严重不符频
13、率设定电位器接触不良电机的旋转方向相反调整输出端子U、V、W的相序电机的转速太高或过低V/F特性选择不当V/F特性的基频选择错误，重新设定电机的额定电压不标准或不规范电源电压过低频率设定信号增益设定错误输出频率设定错误252.7 变频器保养与检修2.7.1 检查与保养检查时间检查部位检查项目检查事项检查方法检查标准日常定期显示LED显示器显示是否有异常视觉按使用状态确认冷却系统风机有无异常声音或振动视觉、听觉无异常本体周围环境温度、湿度、灰尘、有害气体视觉、嗅觉、感觉输入端电压输入、输出电压是否异常测定R S T及U V W端子按标准规范之规定主回路全貌紧固件是否松动、是否有过热痕迹、有否放电
14、现象、灰尘是否太多、风道是否堵塞目视、紧固、擦拭无异常电解电容表面有无异常目视无异常导线导电排有否松动目视无异常端子螺栓或螺钉有否松动紧固无异常262.7.2 必须定期更换的器件器件名称标准更换年数冷却风扇1-3年滤波电容4-5年印刷电路板5-8年2.7.3 储存与保管 变频器购入后不立即使用,需暂时保管或长期储存时,应做到下述各项:应放于标准规范所规定温度范围内且无潮、无灰尘及无金属粉尘且通风良 好的场所。如果超过一年仍未使用，则应进行充电试验，以使机内主回路滤波电容器 的特性得以恢复。充电时，可使用调压器慢慢升高变频器的输入电压，直 至额定输入电压，通电时间要在1-2小时以上。上述试验至少
15、每年一次。不可随意实施耐压试验，它将导致变频器寿命降低。对于绝缘试验，可于 使用前，用500伏兆欧表测量，其绝缘电阻不得小于4M。272.7.4 测量与判断 使用一般勾表测量电流时，在输入端的电流会有不平衡的现象，一般 差异在50%以内属于正常，若差异在70%时应通知原厂更换整流桥， 或检查输入三相电压是否偏差超过5V。 输出三相电压若采用一般三用表测量时，因载波频率的干扰，所读的 数据均不准确，只能作参考。输出的电压不会高于输入端电压的有效值，若有超过表示电表被干扰，而非输出不正常。28三. 变频器调速系统国家标准3.1 即将发布的新国家标准3.1.1 名称 GB/TXXXX-200X 调速
16、电气传动系统 第二部分:一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定 (IEC 618002:1998,IDT)3.1.2 说明 本标准等同采用IEC618002:1998调速电气传动系统 第二部分：一般要求低压交流变频调速电气传动系统额定值的规定。 Adjustable speed electrical Power drive systemsPart2:General requirementsRating specifications for low voltage adjustable frequency a.c power drive systems本标准在技术内容和编写格式上与IEC6
17、1800-2：1998一致。 通过等同采用IEC国际标准，使我国调速电气传动系统标准与国际标准一致，以适应国际间贸易、技术经济交流的需要。29 本标准是GB/TXXXX调速电气传动系统系列标准之一，是一份基础产品标准。它包括了适用于一般用途的低压交流变频调速电气传动系统的基本要求和试验方法。该系统包括了电力变流器、控制设备和一台或数台电动机。不适用牵引传动和电动车辆传动。3.1.3 内容目次 前言(1)概要: 范围和目的 引用标准 符号(2)定义: 系统 变频器 传动系统运行特性 COM,BDM和变流器的输入输出参数，变流器电路和电路元件 感应电动机 控制电流(3)功能特性: 运行特性 故障监
18、测 最低要求的状态指示 I/O器件(4)使用条件: 安装和运行 设备有效 运输(5)额定值: BDM输入、输出额定值 效率和损耗 变压器和电抗器(6)性能要求: 稳压性能 动态性能 动力制动和动力减速 其他性能要求(7)试验: 试验类型 试验实施 单个部件试验项目 电气传动系统试验项目 性能试验用仪器 (8)产品信息: 标志 PDS或CDM/BDM要标明的信息(9)安全和警告标志: 警告标志 PDS的安全和特性附录 电动机的考虑 网侧的考虑 辅助设备 控制方案 保护 拓朴 监控特性 303.2 目前引用的标准3.2.1 标准名称 GB 379789 电控设备 第二部:装有电子器件的电控设备 G
19、B 1266890 交流电动机半导体变频调速装置总技术条件 JB/T 711893 小型变频变压调速电动机及电源技术条件3.2.2 必须做的检验项目 样品进行电气性能检验前经以下处理1.按GB379789 第4.15进行耐震动试验2.按GB379789 第4.11条进行高低温循环试验3.按GB379789 第4.12条进行高温存放试验4.按GB379789 第4.13条进行环境温度性能试验 样品经以上处理后外壳结构及内部各部件无机械伤和变形，电气系统无电接触下不良现象，焊点无脱落，接插件无松动。31样品经以上处理后进行下述电气性能检验1.按JB/T711893 B5.2条进行绝缘电阻检验2.按
20、JB/T711893 B5.4条进行轻载试验3.按JB/T711893 B5.5条进行启动性能试验4.按JB/T711893 B5.6条进行正反相序试验5.按GB/T711893 B5.8条进行输出电压试验6.按GB/T711893 B5.9条进行输出频率试验7.按GB/T711893 B5.10条进行负载与过载试验8.按GB/T711893 B5.11条进行温升试验9.按GB/T711893 B5.12条进行制动试验10.按GB/T711893 B5.7条进行保护功能试验11.按GB/T711893 B5.13条进行抗干扰试验检验结果,应全部符合检验依据的标准。32四. 变频器调速系统应用举
21、例4.1 风机应用 风机依其工作原理有离心式、轴承式、 混流式、横流式、往复式、回转式（如 罗茨风机）及喷射式等。目前在需要调 节风量的场合，还常都是利用调节档板来控制，用电效率非常低，是一个耗能大户。 采用VF系列变频器之优点： 1. 取代档板流量控制可以节约用电超过30%以上 2. 电机没有起动冲击电流,能够缓慢起动 3. 调低速度可以降低风机噪声及机械震动 4. 具有PI调节功能,可以闭环控制334.2 水泵、油泵应用 自来水的输送泵及加压泵， 传统均为阀门调整流量，其主要缺点为： 电机起动电流大，用电效率低，水锤问 题严重，造成管路破裂、漏水等问题。 空调系统中的循环水泵，压力太大会形
22、成漏水损耗，通常用阀门来控制，这样运转效率降低。 采用VF系列变频器之优点： 1. 提高运转效率,比阀门控制可节电30%以上 2. 具有PI调节功能,可以闭环控制,必要时可控制多台泵实现恒压供水,恒 压供油 3. 软起动及软停车功能,可以防止水锤现象发生 4. 电机没有起动冲击电流344.3 锅炉应用 锅炉系统中风机水泵的流量控制 是整个锅炉燃烧系统的关键问题。传 统均采用档板及阀门控制。用电效率 较低，而且必须专业人员操作，才能 保证整体的最高效率。 风机水泵的流量控制，及给煤传输，残渣清除系统作为整体考量时，用电效率及燃烧效率，是最重要的。 采用VF系列变频器之优点: 1. 取代档板阀门,
23、可以节约用电40%以上 2. 具有PI调节功能,可以形成闭环控制 3. 可以自动操作 4. 没有起动冲击电流 5. 降低噪声及风机震动354.4 工厂自动化应用 H型钢生产线 桑塔纳轿车变速箱校验台 悬链输送带 采用变频器之优点:1. 自动化及提高生产率 提高搬运机械的停止精度,提高生产线的速度,控制精度,以及采用有反馈控制的流量控制等实现自动化。 根据产品种类实现生产的最佳速度和加减速度，提高控制响应性，提高生产率。2. 提高产品质量 生产时实现最佳生产线速度,加工时实现最佳速度以及协调装置间的速度来提高产品质量。3. 维护性提高 36五.变频调速系统的应用效果应用效果用途应用方法以前的调速
24、方式节能鼓风机、泵、搅拌机、粗 纺 机 、 精 纺 机 、 挤压机调速1 采用工频电源恒速运转2 采用档板、阀门控制3 机械式变速器4 液压联轴器省力化自动化各 种 搬 运 机 械 传 输带、吊车电梯1 多台电机比例速度2 连续运转，同步运输3 自动控制速度、加减速时间1 机械式变速减速器2 电子电压控制器3 电磁滑差离合器控制提高产量机 床 、 搬 运 机 械 、 纤维 机 械 、 游 梁 式 抽 油机1 增速运转2 起动、停止时减少冲击，对稠油降低冲次提高设备效率金属加工机械采用高频电机高速运转直流发电机电动机恶劣环境减少维修纺 纱 机 、 机 床 的 立 轴传 动 、 化 工 、 车 辆 传动取代直流电机直流电机直流调速提高产品质量机 床 、 搅 拌 机 、 纤 维机械、制茶机最佳速度运转工频电源恒速运转提高舒适性空调机压缩机调速运转、温度闭环控制工频电源通断控制383940
