当讲座三变频器功能解析

讲座(三)变频器功能解析

1 加、减速的时间与方式

1.1基础概念

(1) 工频起动和变频起动

电动机从较低转速升至较高转速的过程称为加速过程，加速过程的极限状态便是电动机的起动。

(a)工频起动

这里所说的工频起动，是指电动机直接接上工频电源时的起动，也叫直接起动或全压起动，如图1(a)所示。

图1 工频起动

在接通电源瞬间:

·电源频率为额定频率(50Hz)，如图1(b)的上部所示。以４极电动机为例，同步转速高达1500r/min。

·电源电压为额定电压(380V), 如图1(b)的下部所示。

由于转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，故转子电动势和电流都很大，从而定子电流也很大，可达额定电流的(4～7)倍，如图1(c)所示。

工频起动存在的主要问题有:

·起动电流大。当电动机的容量较大时，其起动电流将对电产生干扰。

·对生产机械的冲击很大，影响机械的使用寿命。

(b) 变频起动

采用变频调速的电路如图2(a)所示, 起动过程的特点有:

图2 变频起动

·频率从最低频率(通常是0Hz)按预置的加速时间逐渐上升，如图2(b)的上部所示。仍以4极电动机为例，假设在接通电源瞬间，将起动频率降至0.5Hz，则同步转速只有15r/min，转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频起动时的百分之一。

·电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升，如图2(b)的下部所示。

·转子绕组与旋转磁场的相对速度很低，故起动瞬间的冲击电流很小。同时，可通过逐渐增大频率以减缓起动过程，如在整个起动过程中，使同步转速n0与转子转速nM间的转差Δn限制在一定范围内，则起动电流也将限制在一定范围内，如图2(c)所示。

中国石油和化学工业联合会副会长傅向升表示另一方面，也减小了起动过程中的动态转矩，加速过程将能保持平稳，减小了对生产机械的冲击。

(2) 加速过程中的主要矛盾

(a) 加速过程中电动机的状态

图3 加速过程

假设变频器的输出频率从fX1上升至fX2，如图3(b)所示。图3(a)所示是电动机在频率为fX1时稳定运行的状态，图3(c)所示是加速过程中电动机的状态。比较图3(a)和图3(c)可以看出:当频率fX上升时，同步转速n0随即也上升，但电动机转子的转速nM因为有惯性而不能立即跟上。结果是转差Δn增大了, 导体内的感应电动势和感应电流也增大。

(b) 加速过程的主要矛盾

加速过程中，必须处理好加速的快慢与拖动系统惯性之间的矛盾。

一方面，在生产实践中，拖动系统的加速过程属于不进行生产的过渡过程，从提高生产率的角度出发，加速过程应该越短越好;

另一方面，由于拖动系统存在着惯性，频率上升得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的上升，转差Δn增大，引起加速电流的增大，甚至可能超过一定限值而导致变频器跳闸。

所以，加速过程必须解决好的时间限定等主要问题是:在防止加速电流过大的前与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等提下，尽可能地缩短加速过程。

(3) 变频调速系统的减速

(a) 减速过程中的电动机状态

电动机从较高转速降至较低转速的过程称为减速过程。在变频调速系统中，是通过降低变频器的输出频率来实现减速的，如图4(b)所示。图中，电动机的转速从n1下降至n2(变频器的输出频率从fX1下降至fX2)的过程即发达国家纷纭投入巨资启动脑计划研究为减速过程。

图4 减速过程

当频率刚下降的瞬间，旋转磁场的转速(同步转速)立即下降，但由于拖动系统具有惯性的缘故，电动机转子的转速不可能立即下降。于是，转子的转速超过了同步转速，转子绕组切割磁场的方向和原来相反了。从而，转子绕组中感应电动势和感应电流的方向，以及所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了，电动机处于发电机状态。由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反，能够促使电动机的转速迅速地降下来，故也称为再生制动状态。

(b) 泵升电压

电动机在再生制动状态发出的电能，将通过和逆变管反并联的二极管VD7～VD12全波整流后反馈到直流电路，使直流