Microsoft Word - 新建 Microsoft Word 文档.doc

变 频 器 知 识 大 全 目 录 基 础 篇 变 频 器 的 基 础 知 识 变 频 器 的 工 作 原 理 变 频 器 控 制 方 式 变 频 器 的 使 用 中 遇 到 的 问 题 和 故 障 防 范 变 频 器 对 周 边 设 备 的 影 响 及 故 障 防 范 变 频 器 技 术 发 展 方 向 预 测 控 制 篇 通 用 变 频 器 中 基 于 DSP 的 数 字 控 制 器 实 现 基 于 DSP 控 制 的 三 相 AC/AC 变 频 器 控 制 方 案 的 研 究 应 用 篇 变 频 器 在 工 程 应 用 中 需 要 注 意 的 几 个 问 题 变 频 器 在 中 央 空 调 中 的 应 用 丹 佛 斯 VLT 变 频 器 在 纺 织 机 械 中 的 应 用 西 门 子 MicroMaster 440 变 频 器 在 电 梯 控 制 系 统 中 的 应 用 1

基 础 篇 变 频 器 的 基 础 知 识 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 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 变 频 调 速 是 通 过 改 变 电 机 定 子 绕 组 供 电 的 频 率 来 达 到 调 速 的 目 的 变 频 技 术 是 应 交 流 电 机 无 级 调 速 的 需 要 而 诞 生 的 20 世 纪 60 年 代 以 后, 电 力 电 子 器 件 经 历 了 SCR( 晶 闸 管 ) GTO( 门 极 可 关 断 晶 闸 管 ) BJT( 双 极 型 功 率 晶 体 管 ) MOSFET( 金 属 氧 化 物 场 效 应 管 ) SIT( 静 电 感 应 晶 体 管 ) SITH( 静 电 感 应 晶 闸 管 ) MGT(MOS 控 制 晶 体 管 ) MCT(MOS 控 制 晶 闸 管 ) IGBT( 绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 ) HVIGBT( 耐 高 压 绝 缘 栅 双 极 型 晶 闸 管 ) 的 发 展 过 程, 器 件 的 更 新 促 进 了 电 力 电 子 变 换 技 术 的 不 断 发 展 20 世 纪 70 年 代 开 始, 脉 宽 调 制 变 压 变 频 (PWM -VVVF) 调 速 研 究 引 起 了 人 们 的 高 度 重 视 20 世 纪 80 年 代, 作 为 变 频 技 术 核 心 的 PWM 模 式 优 化 问 题 吸 引 着 人 们 的 浓 厚 兴 趣, 并 得 出 诸 多 优 化 模 式, 其 中 以 鞍 形 波 PWM 模 式 效 果 最 佳 20 世 纪 80 年 代 后 半 期 开 始, 美 日 德 英 等 发 达 国 家 的 VVVF 变 频 器 已 投 入 市 场 并 获 得 了 广 泛 应 用 2

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 VVVF: 改 变 电 压 改 变 频 率 CVCF: 恒 电 压 恒 频 率 各 国 使 用 的 交 流 供 电 电 源, 无 论 是 用 于 家 庭 还 是 用 于 工 厂, 其 电 压 和 频 率 均 为 400V/50Hz 或 200V/60Hz(50Hz), 等 等 通 常, 把 电 压 和 频 率 固 定 不 变 的 交 流 电 变 换 为 电 压 或 频 率 可 变 的 交 流 电 的 装 置 称 作 变 频 器 为 了 产 生 可 变 的 电 压 和 频 率, 该 设 备 首 先 要 把 电 源 的 交 流 电 变 换 为 直 流 电 (DC) 用 于 电 机 控 制 的 变 频 器, 既 可 以 改 变 电 压, 又 可 以 改 变 频 率 变 频 器 的 工 作 原 理 我 们 知 道, 交 流 电 动 机 的 同 步 转 速 表 达 式 位 : n=60 f(1-s)/p (1) 式 中 n 异 步 电 动 机 的 转 速 ; 3

f 异 步 电 动 机 的 频 率 ; www. industrialcontrols.eetchina.com s 电 动 机 转 差 率 ; p 电 动 机 极 对 数 由 式 (1) 可 知, 转 速 n 与 频 率 f 成 正 比, 只 要 改 变 频 率 f 即 可 改 变 电 动 机 的 转 速, 当 频 率 f 在 0~50Hz 的 范 围 内 变 化 时, 电 动 机 转 速 调 节 范 围 非 常 宽 变 频 器 就 是 通 过 改 变 电 动 机 电 源 频 率 实 现 速 度 调 节 的, 是 一 种 理 想 的 高 效 率 高 性 能 的 调 速 手 段 变 频 器 原 理 框 图 变 频 器 控 制 方 式 4

低 压 通 用 变 频 输 出 电 压 为 380~650V, 输 出 功 率 为 0.75~400kW, 工 作 频 率 为 0~400Hz, 它 的 主 电 路 都 采 用 交 直 交 电 路 其 控 制 方 式 经 历 了 以 下 四 代 1. U/f=C 的 正 弦 脉 宽 调 制 (SPWM) 控 制 方 式 其 特 点 是 控 制 电 路 结 构 简 单 成 本 较 低, 机 械 特 性 硬 度 也 较 好, 能 够 满 足 一 般 传 动 的 平 滑 调 速 要 求, 已 在 产 业 的 各 个 领 域 得 到 广 泛 应 用 但 是, 这 种 控 制 方 式 在 低 频 时, 由 于 输 出 电 压 较 低, 转 矩 受 定 子 电 阻 压 降 的 影 响 比 较 显 著, 使 输 出 最 大 转 矩 减 小 另 外, 其 机 械 特 性 终 究 没 有 直 流 电 动 机 硬, 动 态 转 矩 能 力 和 静 态 调 速 性 能 都 还 不 尽 如 人 意, 且 系 统 性 能 不 高 控 制 曲 线 会 随 负 载 的 变 化 而 变 化, 转 矩 响 应 慢 电 机 转 矩 利 用 率 不 高, 低 速 时 因 定 子 电 阻 和 逆 变 器 死 区 效 应 的 存 在 而 性 能 下 降, 稳 定 性 变 差 等 因 此 人 们 又 研 究 出 矢 量 控 制 变 频 调 速 2. 电 压 空 间 矢 量 (SVPWM) 控 制 方 式 它 是 以 三 相 波 形 整 体 生 成 效 果 为 前 提, 以 逼 近 电 机 气 隙 的 理 想 圆 形 旋 转 磁 场 轨 迹 为 目 的, 一 次 生 成 三 相 调 制 波 形, 以 内 切 多 边 形 逼 近 圆 的 方 式 进 行 控 制 的 经 实 践 使 用 后 又 有 所 改 进, 即 引 入 频 率 补 偿, 能 消 除 速 度 控 制 的 误 差 ; 通 过 反 馈 估 算 磁 链 幅 值, 消 除 低 速 时 定 子 电 阻 的 影 响 ; 将 输 出 电 压 电 流 闭 环, 以 提 高 动 态 的 精 度 和 稳 定 度 5

但 控 制 电 路 环 节 较 多, 且 没 有 引 入 转 矩 的 调 节, 所 以 系 统 性 能 没 有 得 到 根 本 改 善 3. 矢 量 控 制 (VC) 方 式 矢 量 控 制 变 频 调 速 的 做 法 是 将 异 步 电 动 机 在 三 相 坐 标 系 下 的 定 子 电 流 Ia Ib Ic 通 过 三 相 - 二 相 变 换, 等 效 成 两 相 静 止 坐 标 系 下 的 交 流 电 流 Ia1Ib1, 再 通 过 按 转 子 磁 场 定 向 旋 转 变 换, 等 效 成 同 步 旋 转 坐 标 系 下 的 直 流 电 流 Im1 It1(Im1 相 当 于 直 流 电 动 机 的 励 磁 电 流 ;It1 相 当 于 与 转 矩 成 正 比 的 电 枢 电 流 ), 然 后 模 仿 直 流 电 动 机 的 控 制 方 法, 求 得 直 流 电 动 机 的 控 制 量, 经 过 相 应 的 坐 标 反 变 换, 实 现 对 异 步 电 动 机 的 控 制 其 实 质 是 将 交 流 电 动 机 等 效 为 直 流 电 动 机, 分 别 对 速 度, 磁 场 两 个 分 量 进 行 独 立 控 制 通 过 控 制 转 子 磁 链, 然 后 分 解 定 子 电 流 而 获 得 转 矩 和 磁 场 两 个 分 量, 经 坐 标 变 换, 实 现 正 交 或 解 耦 控 制 矢 量 控 制 方 法 的 提 出 具 有 划 时 代 的 意 义 然 而 在 实 际 应 用 中, 由 于 转 子 磁 链 难 以 准 确 观 测, 系 统 特 性 受 电 动 机 参 数 的 影 响 较 大, 且 在 等 效 直 流 电 动 机 控 制 过 程 中 所 用 矢 量 旋 转 变 换 较 复 杂, 使 得 实 际 的 控 制 效 果 难 以 达 到 理 想 分 析 的 结 果 4. 直 接 转 矩 控 制 (DTC) 方 式 1985 年, 德 国 鲁 尔 大 学 的 DePenbrock 教 授 首 次 提 出 了 直 接 转 矩 控 制 变 频 技 术 该 技 术 在 很 大 程 度 上 解 决 了 上 述 矢 量 控 制 的 不 足, 并 以 新 颖 的 控 制 思 想 简 洁 明 了 的 系 统 结 构 优 良 的 动 静 态 性 能 得 到 6

了 迅 速 发 展 目 前, 该 技 术 已 成 功 地 应 用 在 电 力 机 车 牵 引 的 大 功 率 交 流 传 动 上 直 接 转 矩 控 制 直 接 在 定 子 坐 标 系 下 分 析 交 流 电 动 机 的 数 学 模 型, 控 制 电 动 机 的 磁 链 和 转 矩 它 不 需 要 将 交 流 电 动 机 等 效 为 直 流 电 动 机, 因 而 省 去 了 矢 量 旋 转 变 换 中 的 许 多 复 杂 计 算 ; 它 不 需 要 模 仿 直 流 电 动 机 的 控 制, 也 不 需 要 为 解 耦 而 简 化 交 流 电 动 机 的 数 学 模 型 5. 矩 阵 式 交 交 控 制 方 式 VVVF 变 频 矢 量 控 制 变 频 直 接 转 矩 控 制 变 频 都 是 交 直 交 变 频 中 的 一 种 其 共 同 缺 点 是 输 入 功 率 因 数 低, 谐 波 电 流 大, 直 流 电 路 需 要 大 的 储 能 电 容, 再 生 能 量 又 不 能 反 馈 回 电 网, 即 不 能 进 行 四 象 限 运 行 为 此, 矩 阵 式 交 交 变 频 应 运 而 生 由 于 矩 阵 式 交 交 变 频 省 去 了 中 间 直 流 环 节, 从 而 省 去 了 体 积 大 价 格 贵 的 电 解 电 容 它 能 实 现 功 率 因 数 为 l, 输 入 电 流 为 正 弦 且 能 四 象 限 运 行, 系 统 的 功 率 密 度 大 该 技 术 目 前 虽 尚 未 成 熟, 但 仍 吸 引 着 众 多 的 学 者 深 入 研 究 其 实 质 不 是 间 接 的 控 制 电 流 磁 链 等 量, 而 是 把 转 矩 直 接 作 为 被 控 制 量 来 实 现 的 具 体 方 法 是 : 控 制 定 子 磁 链 引 入 定 子 磁 链 观 测 器, 实 现 无 速 度 传 感 器 方 式 ; 自 动 识 别 (ID) 依 靠 精 确 的 电 机 数 学 模 型, 对 电 机 参 数 自 动 识 别 ; 算 出 实 际 值 对 应 定 子 阻 抗 互 感 磁 饱 和 因 素 惯 量 等 算 出 实 际 的 转 矩 定 子 磁 链 转 子 速 度 进 行 实 时 控 制 ; 7

实 现 Band Band 控 制 按 磁 链 和 转 矩 的 Band Band 控 制 产 生 PWM 信 号, 对 逆 变 器 开 关 状 态 进 行 控 制 矩 阵 式 交 交 变 频 具 有 快 速 的 转 矩 响 应 (<2ms), 很 高 的 速 度 精 度 (±2 %, 无 PG 反 馈 ), 高 转 矩 精 度 (<+3%); 同 时 还 具 有 较 高 的 起 动 转 矩 及 高 转 矩 精 度, 尤 其 在 低 速 时 ( 包 括 0 速 度 时 ), 可 输 出 150%~200 % 转 矩 变 频 器 的 使 用 中 遇 到 的 问 题 和 故 障 防 范 由 于 使 用 方 法 不 正 确 或 设 置 环 境 不 合 理, 将 容 易 造 成 变 频 器 误 动 作 及 发 生 故 障, 或 者 无 法 满 足 预 期 的 运 行 效 果 为 防 患 于 未 然, 事 先 对 故 障 原 因 进 行 认 真 分 析 显 得 尤 为 重 要 外 部 的 电 磁 感 应 干 扰 如 果 变 频 器 周 围 存 在 干 扰 源, 它 们 将 通 过 辐 射 或 电 源 线 侵 入 变 频 器 的 内 部, 引 起 控 制 回 路 误 动 作, 造 成 工 作 不 正 常 或 停 机, 严 重 时 甚 至 损 坏 变 频 器 提 高 变 频 器 自 身 的 抗 干 扰 能 力 固 然 重 要, 但 由 于 受 装 置 成 本 限 制, 在 外 部 采 取 噪 声 抑 制 措 施, 消 除 干 扰 源 显 得 更 合 理 更 必 要 以 下 几 项 措 施 是 对 噪 声 干 扰 实 行 三 不 原 则 的 具 体 方 法 : 变 频 器 周 围 所 有 继 电 器 接 触 器 的 控 制 线 圈 上 需 加 装 防 止 冲 击 电 压 的 吸 收 装 置, 如 RC 吸 收 器 ; 尽 量 缩 短 控 制 回 路 的 配 线 距 离, 并 使 其 与 主 线 路 分 离 ; 指 定 采 用 屏 蔽 线 回 路, 须 按 规 定 进 行, 若 线 路 较 长, 应 采 用 合 理 的 中 继 方 式 ; 变 频 器 接 地 端 子 应 按 规 定 进 行, 不 能 同 电 8

焊 动 力 接 地 混 用 ; 变 频 器 输 入 端 安 装 噪 声 滤 波 器, 避 免 由 电 源 进 线 引 入 干 扰 安 装 环 境 变 频 器 属 于 电 子 器 件 装 置, 在 其 规 格 书 中 有 详 细 安 装 使 用 环 境 的 要 求 在 特 殊 情 况 下, 若 确 实 无 法 满 足 这 些 要 求, 必 须 尽 量 采 用 相 应 抑 制 措 施 : 振 动 是 对 电 子 器 件 造 成 机 械 损 伤 的 主 要 原 因, 对 于 振 动 冲 击 较 大 的 场 合, 应 采 用 橡 胶 等 避 振 措 施 ; 潮 湿 腐 蚀 性 气 体 及 尘 埃 等 将 造 成 电 子 器 件 生 锈 接 触 不 良 绝 缘 降 低 而 形 成 短 路, 作 为 防 范 措 施, 应 对 控 制 板 进 行 防 腐 防 尘 处 理, 并 采 用 封 闭 式 结 构 ; 温 度 是 影 响 电 子 器 件 寿 命 及 可 靠 性 的 重 要 因 素, 特 别 是 半 导 体 器 件, 应 根 据 装 置 要 求 的 环 境 条 件 安 装 空 调 或 避 免 日 光 直 射 除 上 述 3 点 外, 定 期 检 查 变 频 器 的 空 气 滤 清 器 及 冷 却 风 扇 也 是 非 常 必 要 的 对 于 特 殊 的 高 寒 场 合, 为 防 止 微 处 理 器 因 温 度 过 低 不 能 正 常 工 作, 应 采 取 设 置 空 间 加 热 器 等 必 要 措 施 电 源 异 常 电 源 异 常 表 现 为 各 种 形 式, 但 大 致 分 以 下 3 种, 即 缺 相 低 电 压 停 电, 有 时 也 出 现 它 们 的 混 和 形 式 这 些 异 常 现 象 的 主 要 原 因 多 半 是 输 电 线 路 因 风 雪 雷 击 造 成 的, 有 时 也 因 为 同 一 供 电 系 统 内 出 现 对 地 短 路 及 相 间 短 路 而 雷 击 因 地 域 和 季 节 有 很 大 差 异 除 电 压 波 动 外, 有 些 电 网 或 自 行 发 电 单 位, 也 会 出 现 频 率 波 动, 并 且 这 些 9

现 象 有 时 在 短 时 间 内 重 复 出 现, 为 保 证 设 备 的 正 常 运 行, 对 变 频 器 供 电 电 源 也 提 出 相 应 要 求 如 果 附 近 有 直 接 起 动 电 动 机 和 电 磁 炉 等 设 备, 为 防 止 这 些 设 备 投 入 时 造 成 的 电 压 降 低, 应 和 变 频 器 供 电 系 统 分 离, 减 小 相 互 影 响 ; 对 于 要 求 瞬 时 停 电 后 仍 能 继 续 运 行 的 场 合, 除 选 择 合 适 价 格 的 变 频 器 外, 还 因 预 先 考 虑 负 载 电 机 的 降 速 比 例 变 频 器 和 外 部 控 制 回 路 采 用 瞬 停 补 偿 方 式, 当 电 压 回 复 后, 通 过 速 度 追 踪 和 测 速 电 机 的 检 测 来 防 止 在 加 速 中 的 过 电 流 ; 对 于 要 求 必 须 量 需 运 行 的 设 备, 要 对 变 频 器 加 装 自 动 切 换 的 不 停 电 电 源 装 置 二 极 管 输 入 及 使 用 单 相 控 制 电 源 的 变 频 器, 虽 然 在 缺 相 状 态 也 能 继 续 工 作, 但 整 流 器 中 个 别 器 件 电 流 过 大 及 电 容 器 的 脉 冲 电 流 过 大, 若 长 期 运 行 将 对 变 频 器 的 寿 命 及 可 靠 性 造 成 不 良 影 响, 应 及 早 检 查 处 理 雷 击 感 应 雷 电 雷 击 或 感 应 雷 击 形 成 的 冲 击 电 压 有 时 也 能 造 成 变 频 器 的 损 坏 此 外, 当 电 源 系 统 一 次 侧 带 有 真 空 断 路 器 时, 短 路 器 开 闭 也 能 产 生 较 高 的 冲 击 电 压 变 压 器 一 次 侧 真 空 断 路 器 断 开 时, 通 过 耦 合 在 二 次 侧 形 成 很 高 的 电 压 冲 击 尖 峰 为 防 止 因 冲 击 电 压 造 成 过 电 压 损 坏, 通 常 需 要 在 变 频 器 的 输 入 端 加 压 敏 电 阻 等 吸 收 器 件, 保 证 输 入 电 压 不 高 于 变 频 器 主 回 路 期 间 所 允 10

许 的 最 大 电 压 当 使 用 真 空 断 路 器 时, 应 尽 量 采 用 冲 击 形 成 追 加 RC 浪 涌 吸 收 器 若 变 压 器 一 次 侧 有 真 空 断 路 器, 因 在 控 制 时 序 上 保 证 真 空 断 路 器 动 作 前 先 将 变 频 器 断 开 过 去 的 晶 体 管 变 频 器 主 要 有 以 下 缺 点 : 容 易 跳 闸 不 容 易 再 起 动 过 负 载 能 力 低 由 于 IGBT 及 CPU 的 迅 速 发 展, 变 频 器 内 部 增 加 了 完 善 的 自 诊 断 及 故 障 防 范 功 能, 大 幅 度 提 高 了 变 频 器 的 可 靠 性 如 果 使 用 矢 量 控 制 变 频 器 中 的 全 领 域 自 动 转 矩 补 偿 功 能, 其 中 起 动 转 矩 不 足 环 境 条 件 变 化 造 成 出 力 下 降 等 故 障 原 因, 将 得 到 很 好 的 克 服 该 功 能 是 利 用 变 频 器 内 部 的 微 型 计 算 机 的 高 速 运 算, 计 算 出 当 前 时 刻 所 需 要 的 转 矩, 迅 速 对 输 出 电 压 进 行 修 正 和 补 偿, 以 抵 消 因 外 部 条 件 变 化 而 造 成 的 变 频 器 输 出 转 矩 变 化 此 外, 由 于 变 频 器 的 软 件 开 发 更 加 完 善, 可 以 预 先 在 变 频 器 的 内 部 设 置 各 种 故 障 防 止 措 施, 并 使 故 障 化 解 后 仍 能 保 持 继 续 运 行, 例 如 : 对 自 由 停 车 过 程 中 的 电 机 进 行 再 起 动 ; 对 内 部 故 障 自 动 复 位 并 保 持 连 续 运 行 ; 负 载 转 矩 过 大 时 能 自 动 调 整 运 行 曲 线, 避 免 Trip; 能 够 对 机 械 系 统 的 异 常 转 矩 进 行 检 测 变 频 器 对 周 边 设 备 的 影 响 及 故 障 防 范 变 频 器 的 安 装 使 用 也 将 对 其 他 设 备 产 生 影 响, 有 时 甚 至 导 致 其 他 设 备 故 障 因 此, 对 这 些 影 响 因 素 进 行 分 析 探 讨, 并 研 究 应 该 采 取 哪 些 措 施 时 非 常 必 要 的 11

电 源 高 次 谐 波 由 于 目 前 的 变 频 器 几 乎 都 采 用 PWM 控 制 方 式, 这 样 的 脉 冲 调 制 形 式 使 得 变 频 器 运 行 时 在 电 源 侧 产 生 高 次 谐 波 电 流, 并 造 成 电 压 波 形 畸 变, 对 电 源 系 统 产 生 严 重 影 响, 通 常 采 用 以 下 处 理 措 施 : 采 用 专 用 变 压 器 对 变 频 器 供 电, 与 其 它 供 电 系 统 分 离 ; 在 变 频 器 输 入 侧 加 装 滤 波 电 抗 器 或 多 种 整 流 桥 回 路, 降 低 高 次 谐 波 分 量, 对 于 有 进 相 电 容 器 的 场 合 因 高 次 谐 波 电 流 将 电 容 电 流 增 加 造 成 发 热 严 重, 必 须 在 电 容 前 串 接 电 抗 器, 以 减 小 谐 波 分 量, 对 电 抗 器 的 电 感 应 合 理 分 析 计 算, 避 免 形 成 LC 振 荡 电 动 机 温 度 过 高 及 运 行 范 围 对 于 现 有 电 机 进 行 变 频 调 速 改 造 时, 由 于 自 冷 电 机 在 低 速 运 行 时 冷 却 能 力 下 降 造 成 电 机 过 热 此 外, 因 为 变 频 器 输 出 波 形 中 所 含 有 的 高 次 谐 波 势 必 增 加 电 机 的 铁 损 和 铜 损, 因 此 在 确 认 电 机 的 负 载 状 态 和 运 行 范 围 之 后, 采 取 以 下 的 相 应 措 施 : 对 电 机 进 行 强 冷 通 风 或 提 高 电 机 规 格 等 级 ; 更 换 变 频 专 用 电 机 ; 限 定 运 行 范 围, 避 开 低 速 区 振 动 噪 声 振 动 通 常 是 由 于 电 机 的 脉 动 转 矩 及 机 械 系 统 的 共 振 引 起 的, 特 别 是 当 脉 动 转 矩 与 机 械 共 振 电 恰 好 一 致 时 更 为 严 重 噪 声 通 常 分 为 变 频 装 置 噪 声 和 电 动 机 噪 声, 对 于 不 同 的 安 装 场 所 应 采 取 不 同 的 处 理 措 施 : 变 频 器 在 调 试 过 程 中, 在 保 证 控 制 精 度 的 前 提 下, 应 尽 量 减 小 12

脉 冲 转 矩 成 分 ; 调 试 确 认 机 械 共 振 点, 利 用 变 频 器 的 频 率 屏 蔽 功 能, 使 这 些 共 振 点 排 除 在 运 行 范 围 之 外 ; 由 于 变 频 器 噪 声 主 要 有 冷 却 风 扇 机 电 抗 器 产 生, 因 选 用 低 噪 声 器 件 ; 在 电 动 机 与 变 频 器 之 间 合 理 设 置 交 流 电 抗 器, 减 小 因 PWM 调 制 方 式 造 成 的 高 次 谐 波 高 频 开 关 形 成 尖 峰 电 压 对 电 机 绝 缘 不 利 在 变 频 器 的 输 出 电 压 中, 含 有 高 频 尖 峰 浪 用 电 压 这 些 高 次 谐 波 冲 击 电 压 将 会 降 低 电 动 机 绕 组 的 绝 缘 强 度, 尤 其 以 PWM 控 制 型 变 频 器 更 为 明 显, 应 采 取 以 下 措 施 : 尽 量 缩 短 变 频 器 到 电 机 的 配 线 距 离 ; 采 用 阻 断 二 极 管 的 浪 涌 电 压 吸 收 装 置, 对 变 频 器 输 出 电 压 进 行 处 理 ; 对 PWM 型 变 频 器 应 尽 量 在 电 机 输 入 侧 加 滤 波 器 变 频 器 技 术 发 展 方 向 预 测 变 频 器 是 运 动 控 制 系 统 中 的 功 率 变 换 器 当 今 的 运 动 控 制 系 统 包 含 多 种 学 科 的 技 术 领 域, 总 的 发 展 趋 势 是 : 驱 动 的 交 流 化, 功 率 变 换 器 的 高 频 化, 控 制 的 数 字 化 智 能 化 和 网 络 化 因 此, 变 频 器 作 为 系 统 的 重 要 功 率 变 换 部 件, 提 供 可 控 的 高 性 能 变 压 变 频 的 交 流 电 源 而 得 到 迅 猛 发 展 随 着 新 型 电 力 电 子 器 件 和 高 性 能 微 处 理 器 的 应 用 以 及 控 制 技 术 的 发 展, 变 频 器 的 性 能 价 格 比 越 来 越 高, 体 积 越 来 越 小, 而 厂 家 仍 然 在 不 断 地 提 高 可 靠 性 实 现 变 频 器 的 进 一 步 小 型 轻 量 化 高 性 能 化 和 多 13

功 能 化 以 及 无 公 害 化 而 做 着 新 的 努 力 变 频 器 性 能 的 优 劣, 一 要 看 其 输 出 交 流 电 压 的 谐 波 对 电 机 的 影 响 ; 二 要 看 对 电 网 的 谐 波 污 染 和 输 入 功 率 因 数 ; 三 要 看 本 身 的 能 量 损 耗 如 何 这 里 仅 以 量 大 面 广 的 交 直 交 变 频 器 为 例, 阐 述 它 的 发 展 趋 势 : 主 电 路 功 率 开 关 元 件 的 自 关 断 化 模 块 化 集 成 化 智 能 化 ; 开 关 频 率 不 断 提 高, 开 关 损 耗 进 一 步 降 低 变 频 器 主 电 路 的 拓 扑 结 构 方 面 变 频 器 的 网 侧 变 流 器 对 低 压 小 容 量 的 装 置 常 采 用 6 脉 冲 变 流 器, 而 对 中 压 大 容 量 的 装 置 采 用 多 重 化 12 脉 冲 以 上 的 变 流 器 负 载 侧 变 流 器 对 低 压 小 容 量 装 置 常 采 用 两 电 平 的 桥 式 逆 变 器, 而 对 中 压 大 容 量 的 装 置 采 用 多 电 平 逆 变 器 对 于 四 象 限 运 行 的 转 动, 为 实 现 变 频 器 再 生 能 量 向 电 网 回 馈 和 节 省 能 量, 网 侧 变 流 器 应 为 可 逆 变 流 器, 同 时 出 现 了 功 率 可 双 向 流 动 的 双 PWM 变 频 器, 对 网 侧 变 流 器 加 以 适 当 控 制 可 使 输 入 电 流 接 近 正 弦 波, 减 少 对 电 网 的 公 害 脉 宽 调 制 变 压 变 频 器 的 控 制 方 法 可 以 采 用 正 弦 波 脉 宽 调 制 控 制 消 除 指 定 次 数 谐 波 的 PWM 控 制 电 流 跟 踪 控 制 电 压 空 间 矢 量 控 制 ( 磁 链 跟 踪 控 制 ) 交 流 电 动 机 变 频 调 整 控 制 方 法 的 进 展 主 要 体 现 在 由 标 量 控 制 向 高 动 态 性 能 的 矢 量 控 制 与 直 接 转 矩 控 制 发 展 和 开 发 无 速 度 传 感 器 的 矢 量 控 制 和 直 接 转 矩 控 制 系 统 方 面 14

微 处 理 器 的 进 步 使 数 字 控 制 成 为 现 代 控 制 器 的 发 展 方 向 运 动 控 制 系 统 是 快 速 系 统, 特 别 是 交 流 电 动 机 高 性 能 的 控 制 需 要 存 储 多 种 数 据 和 快 速 实 时 处 理 大 量 信 息 近 几 年 来, 国 外 各 大 公 司 纷 纷 推 出 以 DSP( 数 字 信 号 处 理 器 ) 为 基 础 的 内 核, 配 以 电 机 控 制 所 需 的 外 围 功 能 电 路, 集 成 在 单 一 芯 片 内 的 称 为 DSP 单 片 电 机 控 制 器, 价 格 大 大 降 低, 体 积 缩 小, 结 构 紧 凑, 使 用 便 捷, 可 靠 性 提 高 DSP 和 普 通 的 单 片 机 相 比, 处 理 数 字 运 算 能 力 增 强 10~15 倍, 可 确 保 系 统 有 更 优 越 的 控 制 性 能 数 字 控 制 使 硬 件 简 化, 柔 性 的 控 制 算 法 使 控 制 具 有 很 大 的 灵 活 性, 可 实 现 复 杂 控 制 规 律, 使 现 代 控 制 理 论 在 运 动 控 制 系 统 中 应 用 成 为 现 实, 易 于 与 上 层 系 统 连 接 进 行 数 据 传 输, 便 于 故 障 诊 断 加 强 保 护 和 监 视 功 能, 使 系 统 智 能 化 ( 如 有 些 变 频 器 具 有 自 调 整 功 能 ) 控 制 篇 通 用 变 频 器 中 基 于 DSP 的 数 字 控 制 器 实 现 引 言 变 频 调 速 系 统 的 关 键, 就 是 要 没 计 一 个 合 理 的 变 频 器, 而 它 的 核 心 就 是 变 频 调 速 系 统 的 数 字 控 制 器 变 频 器 的 数 字 控 制 器 包 括 信 号 的 检 测 滤 波 整 形, 核 心 算 法 的 实 时 完 成 以 及 驱 动 信 号 的 产 生, 系 统 的 监 控 保 护 等 功 能 变 频 器 数 字 控 制 系 统 的 硬 件 部 分, 包 括 微 处 理 器 接 口 电 路 及 外 围 设 备, 其 中 微 处 理 器 是 系 统 的 控 制 核 心, 它 通 过 内 部 控 制 程 序, 对 从 输 15

入 接 口 输 入 的 数 据 进 行 处 理, 完 成 控 制 计 算 等 工 作, 通 过 输 出 接 口 电 路 向 外 围 发 出 各 种 控 制 信 号, 外 围 设 备 除 了 检 测 元 件 和 执 行 机 构, 还 包 括 各 种 操 作 显 示 以 及 通 信 设 备 本 文 采 用 TI 公 司 的 TMS320F240 自 行 设 计 了 一 款 用 于 高 速 电 机 调 速 系 统 的 数 字 控 制 器, 频 率 可 以 通 过 键 盘 数 字 给 定 或 者 模 拟 给 定, 同 时 对 它 的 功 能 和 技 术 做 了 简 要 的 分 析, 并 给 出 了 电 机 在 18000r/min 稳 态 运 行 时 控 制 器 的 输 出 波 形 1 数 字 控 制 器 的 硬 件 结 构 框 图 和 工 作 原 理 数 字 控 制 器 的 硬 件 以 TMS320F240 定 点 DSP 为 CPU,CY7C199 为 外 部 数 据 和 程 序 存 储 器, 数 据 和 程 序 存 储 器 各 32K;16 路 的 模 拟 / 数 字 输 入 通 道, 其 中 一 路 可 以 用 来 进 行 模 拟 频 率 给 定 ; 使 用 了 8 位 数 字 I/O 口, 可 以 用 键 盘 通 过 I/O 口 来 进 行 数 字 频 率 给 定 ;4 路 12 位 的 数 字 / 模 拟 转 换 通 道, 用 于 电 机 输 出 信 号 控 制 ;RS232 和 SPI 系 列 兼 容 接 口, 其 中 将 SPI 用 作 变 频 调 速 时 电 机 频 率 的 LED 显 示, 将 SCI 口 扩 充 成 RS232 接 口, 其 功 能 布 置 框 图 如 图 1 所 示 16

电 机 或 者 逆 变 器 的 工 作 频 率 通 过 键 盘 给 定, 同 时, 其 频 率 显 示 通 过 DSP 内 部 的 显 示 程 序 回 显 在 LED 上, 当 按 下 运 行 键 以 后, 键 盘 设 计 频 率 被 送 到 产 生 空 间 电 压 矢 量 的 SVPWM 处 理 子 程 序, 生 成 的 SVPWM 波 形 通 过 GAL 器 件 保 护 后 输 出, 与 此 同 时, 电 动 机 或 者 变 频 器 的 实 时 运 行 动 态 频 率 通 过 LED 显 示 正 交 编 码 脉 冲 可 以 接 入 电 机 的 光 电 编 码 器, 对 系 统 构 成 速 度 环 反 馈,A/D 模 块 可 以 接 入 电 机 的 电 流 环, 至 于 变 频 调 速 系 统 的 保 护 中 断 源 由 DSP 的 引 脚 PDPINT 提 供, 主 要 是 过 压 过 流 控 制 电 压 欠 压 过 热 等 中 断 源 电 机 的 速 度 或 者 逆 变 器 的 输 出 频 率 可 以 通 过 键 盘 改 变 2 硬 件 设 计 17

数 字 信 号 处 理 器 是 数 字 控 制 器 的 核 心 部 分, 也 是 数 字 控 制 器 对 信 号 的 检 测 滤 波 整 形, 核 心 算 法 的 实 时 完 成 以 及 驱 动 信 号 的 产 生, 系 统 的 监 控 保 护 等 功 能 的 核 心 部 分 数 字 控 制 器 的 功 能 模 块 设 计 如 下 2.l 数 据 和 程 序 存 储 器 的 设 计 DSP 是 一 种 高 速 存 取 器 件, 对 于 外 围 接 口 芯 片 有 较 高 的 要 求, 虽 然 DSP 本 身 可 以 软 件 提 供 0~7 个 等 待 状 态 来 满 足 与 片 外 存 取 器 件 速 度 的 匹 配, 但 是 为 了 不 至 于 影 响 整 个 系 统 的 控 制 和 仿 真 功 能, 一 般 采 用 存 取 速 度 比 较 高 的 存 储 器 来 做 为 DSP 的 片 外 数 据 和 程 序 存 储 器 本 文 采 用 CY7C199 存 储 器, 存 取 时 间 15ns, 完 全 不 用 提 供 软 件 等 待 状 态 也 不 用 加 硬 件 等 待 电 路, 因 为,CY7C199 是 32K 的 8 位 存 储 器, 所 以, 使 用 了 4 片 该 存 储 器 组 成 了 32K 的 16 位 存 储 器 RAM, 数 据 和 程 序 各 32K 2.2 DSP 复 位 及 时 钟 电 路 的 设 计 为 了 使 系 统 被 复 位 信 号 正 确 地 初 始 化, 对 复 位 信 号 的 脉 冲 宽 度 必 须 有 一 定 的 要 求 对 于 TMS320F240 而 言, 复 位 信 号 至 少 要 lms 不 过 上 电 之 后, 系 统 的 振 荡 器 达 到 稳 定 工 作 状 态 需 要 20ms 甚 至 更 长 的 时 间, 一 般 来 说 上 电 复 位 时, 在 复 位 引 脚 上 置 100~200ms 的 一 个 低 电 平 脉 冲 是 比 较 合 适 的 根 据 这 一 原 则, 采 用 MAXIM 公 司 的 集 成 微 处 理 器 监 控 复 位 电 路 来 完 成, 本 文 使 用 了 MAX705 MAX705 监 控 芯 片, 与 传 统 的 18

分 立 元 器 件 组 成 的 微 机 监 控 电 路 比 较, 它 的 可 靠 性 高 动 态 响 应 好, 功 耗 小 设 计 简 单 体 积 小, 在 电 子 产 品 设 计 中 已 得 到 广 泛 的 应 用 在 设 计 中, 时 钟 往 往 不 被 人 充 分 地 重 视, 其 实, 时 钟 是 电 路 设 计 中 非 常 重 要 的 一 个 环 节 DSP 时 钟 既 可 由 外 部 提 供, 亦 可 由 板 上 的 振 荡 器 来 提 供 由 于 DSP 及 其 它 芯 片 工 作 都 是 以 时 钟 为 基 准 的, 如 果 时 钟 质 量 不 高, 那 么 系 统 的 可 靠 性 稳 定 性 就 很 难 保 证 本 文 采 用 外 部 时 钟 输 入, 由 有 源 晶 振 产 生 10MHz 脉 冲, 通 过 覆 铜 和 串 接 LC 滤 波 电 路 来 抑 制 外 界 干 扰, 保 证 了 系 统 的 稳 定 工 作 2.3 RS232 的 串 行 口 电 路 设 计 RS232 是 美 国 电 子 工 业 协 会 于 1960 年 发 布 的 串 行 通 信 接 口 标 准, 目 前 应 用 广 泛 的 是 RS232C 和 RS232D RS232C 的 标 准 连 接 为 DB25. 但 在 实 际 应 用 中 采 用 非 标 准 的 DB9 连 接, 实 际 应 用 中 根 据 需 要 对 定 义 的 引 脚 进 行 取 舍 RS232C 电 气 特 性 最 大 的 特 点 是 采 用 了 负 逻 辑, 逻 辑 l 的 电 平 是 一 3V 一 一 15V, 逻 辑 0 的 电 平 是 +3V~+15V, 因 此, 在 使 用 中 有 一 个 电 平 转 换 接 口 的 问 题 本 文 中 采 用 自 升 压 的 集 成 芯 片 MAX232C 来 构 成, 只 由 +5V 电 源 来 供 电, 电 平 转 换 所 需 的 ±10V 电 源 由 片 内 电 荷 泵 产 生 在 控 制 器 做 好 以 后, 进 行 了 计 算 机 的 串 行 通 信 接 口 (SCI) 检 验, 数 据 通 信 收 发 正 常, 能 够 稳 定 工 作 19

2.4 D/A 输 出 功 能 块 的 设 计 在 数 字 控 制 系 统 中,D/A 和 A/D 电 路 是 必 不 可 少 的, 根 据 各 种 运 用 场 合 不 同, 系 统 对 D/A A/D 的 速 度 要 求 也 不 一 样 本 文 中 使 用 的 是 并 行 输 入 的 D/A 芯 片 DAC7625, 它 是 12 位 数 据 并 行 输 入,4 路 模 拟 输 出 的 D/A 转 换 器 其 建 立 时 间 是 10μs, 功 耗 20mW, 电 源 可 以 采 用 单 电 源 +5V 和 双 电 源 ±5V 供 电, 广 泛 应 用 于 电 机 控 制 和 数 据 采 集 等 数 模 转 换 器 DAC 的 数 据 输 入 来 自 DSP 的 高 12 位, 通 过 74LS245 送 到 DAC7625 的 数 据 端, 采 用 单 电 源 +5V 供 电, 参 考 电 压 VHEFH 使 用 精 密 稳 压 器 件 提 供 的 +2.5V,VHEFL 模 拟 地, 其 输 出 通 过 运 算 放 大 器 TLCH2272 进 行 放 大, 输 出 范 围 为 0~+5V 2.5 键 盘 输 入 接 口 电 路 和 LED 显 示 电 路 设 计 键 盘 和 七 段 LED 显 示 器 是 微 型 计 算 机 系 统 最 常 用 的 输 入 输 出 没 备 它 是 实 现 人 机 之 间 进 行 信 息 交 换 的 主 要 通 路 键 盘 的 功 能 就 是 把 人 们 要 处 理 的 数 据 命 令 等 转 换 成 计 算 机 识 別 的 二 进 制 代 码, 即 计 算 机 能 识 别 的 符 号 ; 七 段 LED 显 示 器 则 是 把 计 算 机 的 运 算 结 果 状 态 等 代 码 转 换 成 为 人 们 能 识 別 的 符 号 显 示 出 来 键 盘 是 计 算 机 系 统 的 主 要 输 入 没 备, 特 別 是 在 微 处 理 器 中, 键 盘 设 汁 成 为 必 然 本 文 在 设 计 时 考 虑 到 DSP 处 理 速 度 的 快 速 性, 对 于 键 盘 去 抖 动 环 节, 采 用 了 硬 件 延 时 电 路, 具 体 电 路 如 图 2 所 示 20

七 段 LED 显 示 器 有 静 态 显 示 和 动 态 显 示 两 种 连 接 方 式 动 态 扫 描 方 式 节 省 硬 件, 常 用 的 BCD 七 段 译 码 驱 动 和 动 态 扫 描 驱 动 电 路 有 两 种, 如 Intel 8279 Max 7219 等, 控 制 器 中 采 用 MAX7219 芯 片 DSP 具 有 一 个 与 外 设 打 交 道 的 串 行 接 口 SPl, 这 为 串 行 接 门 显 示 提 供 了 方 便 MAX7219 足 一 种 串 行 的 共 阴 极 LED 数 字 显 示 驱 动 器, 内 没 多 个 控 制 和 数 据 寄 存 器, 其 工 作 方 式 可 通 过 编 程 灵 活 地 设 计, 它 是 体 积 小 功 能 强 大 使 用 灵 活 方 便 的 串 行 接 口 应 用 中 需 要 注 意 的 问 题 就 是, MAX7219 抗,EMI 能 力 比 较 差, 相 对 而 言 用 MAX7221 比 较 可 靠 一 点 另 外 一 个 问 题 是, 说 明 书 中 虽 然 说 寄 存 器 可 以 使 用 任 意 数 字, 比 如 说 数 据 格 式 中 的 高 4 位 用 的 是 XXXX 来 表 示, 但 是, 在 实 际 应 用 中 最 好 使 用 非 零 位, 本 文 采 用 1111 来 表 示, 可 以 增 加 抗 干 扰 能 力 另 外, 在 串 行 数 据 线 和 电 源 中 必 须 加 适 量 电 容, 以 提 高 抗 干 扰 能 力, 特 别 是 电 源 尤 其 要 注 意, 如 果 波 动 比 较 大 的 话,MAX7219 比 较 容 易 损 坏 2.6 SVPWM 脉 冲 输 出 模 块 的 设 计 空 间 电 压 矢 量 SVPWM 脉 冲 输 出 是 数 字 控 制 器 中 的 关 键 部 分, 电 机 调 速 或 者 逆 变 器 的 频 率 就 是 由 SVPWM 波 形 来 控 制 的 为 了 防 止 逆 变 器 的 上 21

下 桥 臂 直 通, 虽 然 在 DSP 内 部 编 程 可 以 加 入 死 区 吋 间, 但 是 用 微 处 理 器 产 生 的 SVPWM 脉 冲 可 能 由 于 程 序 跑 飞 而 造 成 控 制 混 乱, 为 安 全 起 见, 采 用 GAL 器 件 做 了 互 锁 保 护 电 路, 防 止 逆 变 器 同 一 桥 臂 上 下 器 件 的 直 通, 数 字 控 制 器 中 使 用 的 是 Lattice 公 司 的 GAL16V8 3 软 件 设 计 随 着 变 频 器 产 品 的 不 断 成 熟, 它 的 功 能 也 不 断 丰 富, 可 靠 性 也 得 到 不 断 提 高, 从 而 导 致 了 其 程 序 编 制 的 复 杂 度 和 难 度 本 文 设 计 的 变 频 调 速 系 统 是 针 对 实 验 室 无 轴 承 高 频 电 机 用, 主 要 完 成 了 一 些 基 本 功 能, 比 如 频 率 的 设 定 与 显 示, 低 速 时 转 距 补 偿 功 能 等, 程 序 不 是 特 别 复 杂, 设 计 程 序 近 2000 行, 廾 对 程 序 进 行 了 测 试, 证 明 程 序 运 行 良 好 本 文 变 频 调 速 系 统 中 的 整 个 程 序 主 要 由 主 程 序 键 盘 程 序 显 示 程 序 PWM 程 序 故 障 保 护 中 断 程 序 等 组 成 3.l 主 程 序 和 故 障 保 护 中 断 程 序 主 程 序 是 整 个 程 序 的 最 主 要 部 分, 它 完 成 了 变 频 器 的 主 要 功 能, 它 的 流 程 图 如 图 3(a) 所 示 程 序 初 始 化 部 分 主 要 包 括 :I/O 口 的 初 始 化, 波 形 发 生 器 的 初 始 化, 定 时 计 数 器 的 初 始 化,SPl 的 初 始 化,MAX7219 的 初 始 化 等 读 数 到 内 部 寄 存 器, 就 是 把 常 用 的 数 据 读 人 到 内 部 寄 存 器, 缩 短 DSP 处 理 时 间, 更 好 地 实 现 实 吋 性 设 定 频 率 处 理, 就 是 判 断 按 键 所 给 定 的 值, 判 别 所 设 定 的 频 率 谁 是 最 终 的 目 标 频 率 频 率 显 22

示 部 分, 就 是 把 最 终 目 标 频 率, 按 常 规 以 千 位 百 位 十 位 个 位 通 过 LED 显 示 出 来 运 行 控 制 就 是 根 据 RUN 键 来 决 定 是 否 启 动 电 机 运 行 在 硬 件 设 计 上, 采 用 的 是 富 士 公 司 的 第 三 代 智 能 功 率 模 块 IPM, 它 的 内 部 本 身 就 集 成 厂 过 压 过 流 过 热 控 制 电 压 欠 压 短 路 等 的 输 出 报 警 功 能, 通 过 光 耦 隔 离 后 送 入 到 DSP 的 外 部 中 断 源 引 脚 PDPINT, 完 成 相 应 的 保 护 功 能, 具 体 流 程 图 如 图 3(b) 所 示 3.2 SVPWM 中 断 子 程 序 PWM 中 断 子 程 序 是 整 个 控 制 器 工 作 的 关 键 程 序, 空 间 电 压 矢 量 调 制 的 23

完 成 就 是 靠 它 来 实 现 的, 具 体 的 流 程 图 如 图 4 所 示 PWM 发 生 程 序 主 要 完 成 如 下 的 功 能 : 电 机 运 行 时 频 率 的 动 态 显 示, 根 据 主 程 序 中 所 给 定 的 目 标 频 率, 可 以 得 到 角 速 度 ω,ω 经 过 积 分 运 算 可 以 得 到 usref 的 角 度 θ, 然 后 计 算 usref 在 两 相 静 止 坐 标 系 α,β 轴 上 的 投 影 usα 及 usβ, 有 了 θ 可 以 同 时 计 算 出 参 考 电 压 矢 量 所 在 的 扇 区 /N, 根 据 已 知 量 由 公 用 值 求 取 两 相 邻 电 压 矢 量 的 作 用 时 间 T1 T2 和 T0, 然 后 给 DSP 内 部 的 3 个 全 比 较 寄 存 器 CMPRx(x=1,2,3) 进 行 赋 值, 产 生 相 应 的 5VPWM 波 形 24

4 实 验 结 果 根 据 前 面 介 绍 的 系 统 硬 件 电 路 和 软 件 控 制 算 法, 对 制 作 的 原 理 样 机 进 行 了 实 验 研 究 实 验 测 试 了 异 步 电 动 机 空 载 稳 态 运 行 情 况, 以 此 来 检 25

测 原 理 样 机 的 可 行 性, 对 实 验 结 果 进 行 了 波 形 记 录,300 Hz 稳 态 运 行 时 其 PWM 控 制 波 形 和 测 得 的 异 步 电 机 实 测 线 电 压 波 形 如 图 5 所 示 26

实 验 用 高 频 电 机 的 参 数 如 下 : 额 定 电 压 Un=220V, 额 定 电 流 In=1.5A, 额 定 频 率 f=400hz, 异 步 电 机 的 极 对 数 =1, 额 定 功 率 Pe=800W, 额 定 空 载 电 流 0.75A 5 结 语 以 TMS320F240 数 字 信 号 处 理 器 为 核 心 构 成 的 数 字 控 制 器 是 一 个 信 号 处 理 系 统, 该 系 统 可 以 完 成 信 号 的 检 测 滤 波 整 形, 核 心 算 法 的 实 时 完 成 以 及 驱 动 信 号 的 产 生, 系 统 的 监 控 保 护 等 功 能, 相 对 于 一 般 的 单 片 机 构 成 的 系 统, 它 的 处 理 速 度 快 实 时 性 能 比 较 好, 也 易 于 选 择 和 配 合, 同 时 集 测 量 监 控 保 护 于 一 身, 可 与 上 位 机 通 信, 具 有 很 高 的 使 用 价 值 基 于 DSP 控 制 的 三 相 AC/AC 变 频 器 控 制 方 案 的 研 究 引 言 AC/AC 变 频 器 是 指 直 接 将 较 高 固 定 频 率 的 电 压 变 换 为 频 率 较 低 而 输 出 电 压 幅 值 可 变 的 变 换 器 为 了 使 输 出 电 压 的 谐 波 减 到 最 小, 要 求 在 交 流 传 动 中 应 用 的 变 频 器 输 出 电 压 的 波 形 尽 可 能 接 近 于 正 弦, 那 么 就 要 对 反 并 联 变 换 器 的 触 发 延 迟 角 连 续 进 行 交 变 的 相 位 调 制 近 年 来, 微 处 理 器 的 迅 猛 发 展 使 数 字 化 的 交 - 交 变 频 器 在 电 力 拖 动 中 的 应 用 日 益 广 泛, 本 文 以 TI 公 司 的 DSP 芯 片 TMS320F240 为 核 心 27

来 研 究 三 相 交 - 交 变 频 器 的 各 种 控 制 方 案, 并 且 比 较 了 各 自 的 优 缺 点 本 系 统 的 硬 件 基 础 包 括 主 回 路 晶 闸 管 驱 动 电 路 I/O 扩 展 电 路 数 据 采 集 电 路 由 数 据 采 集 电 路 产 生 换 组 的 零 电 流 信 号 和 三 相 同 步 信 号 捕 获 中 断 口 CAPINT1 每 隔 60 o (10/3ms) 捕 捉 电 源 的 同 步 信 号, 进 入 同 步 信 号 中 断 程 序, 结 合 I/O 端 口 PB1 PB2 PB3 所 处 的 状 态, 就 可 以 确 定 相 应 的 同 步 波 波 头 值 以 判 相 定 管 I/O 端 口 PC0 PC1 PC2 检 测 三 相 电 流 的 过 零 检 测 信 号, 当 过 零 信 号 有 效 时, 进 入 相 应 的 换 组 子 程 序, 进 行 换 组 在 触 发 脉 冲 产 生 的 时 刻, 这 时 将 编 码 通 过 数 据 总 线 输 出 到 I/O 扩 展 电 路 以 触 发 相 应 的 晶 闸 管 以 此 硬 件 电 路 作 为 基 础 介 绍 了 几 种 控 制 方 法 编 写 程 序, 并 比 较 了 各 自 的 优 缺 点 1 逐 点 比 较 法 图 1 比 较 法 确 定 的 换 相 时 刻 图 电 网 换 相 AC/AC 变 频 器 的 交 流 输 出 电 压 是 由 其 各 相 输 入 电 压 波 形 的 各 个 片 段 组 合 而 成 的 理 想 的 调 制 方 法 应 能 使 输 出 电 压 的 瞬 时 值 与 正 弦 28

波 形 的 差 值 保 持 最 小 设 要 求 输 出 的 基 准 电 压 U R =U o sin 0 t, 输 出 的 三 相 交 流 线 电 压 波 形 为 u 1,u 2,, 如 图 1 所 示 只 要 原 先 导 通 相 u 1 比 相 继 导 通 相 u 2 更 接 近 要 求 输 出 的 理 想 电 压, 即 (u R -u 1 )<(u 2 -u R ) 得 u R <(u 1 +u 2 )/2, 则 u 1 应 继 续 出 现 在 输 出 端 当 u R =(u 1 +u 2 )/2, 则 由 u 1 转 换 到 u 2 以 自 然 换 相 点 作 为 起 点, 则 则 1/2(u 1 +u 2 )= 3/2U m cos t 当 触 发 角 为 a 时, 要 求 3/2U m cosa=u o sin 0 t 因 此, 对 于 脉 波 的 交 - 交 变 频 器, 以 各 晶 闸 管 触 发 延 迟 角 a=0 为 起 点 的 一 系 列 余 弦 同 步 电 压 与 理 想 输 出 电 压 的 交 点 为 触 发 点, 即 可 满 足 输 出 的 电 压 波 形 与 正 弦 电 压 相 差 最 小 的 要 求 逐 点 比 较 法 就 是 在 DSP 内 存 中 制 作 表 格, 用 查 表 法 产 生 同 步 波 和 基 准 电 压 波, 然 后 不 断 地 循 环 比 较 当 两 者 的 值 相 等 时, 立 即 触 发 相 应 的 晶 闸 管 只 要 DSP 的 采 样 间 隔 取 得 足 够 小, 通 过 比 较 就 可 以 得 到 精 确 的 交 点 2 直 线 近 似 余 弦 交 点 法 查 表 法 控 制 算 法 简 单, 易 于 实 现, 但 占 用 很 大 的 计 算 资 源, 大 量 的 时 间 用 于 比 较 操 作, 而 一 个 输 出 电 压 周 期 中 真 正 得 到 的 交 点 很 少, 29

并 且 要 达 到 一 定 的 精 度, 需 大 量 表 格, 内 存 占 用 量 较 大 为 了 避 免 DSP 不 断 循 环 查 表 耗 费 大 量 时 间, 利 用 其 CAPINT1 捕 获 公 共 同 步 信 号, 每 隔 3.3ms 向 DS 申 请 中 断 在 中 断 服 务 子 程 序 中 完 成 交 点 的 计 算 程 序 得 到 触 发 角 对 应 的 定 时 值, 并 启 动 计 数 器 在 余 弦 交 点 法 的 原 理 中 用 直 线 代 替 余 弦 波 和 电 压 基 准 波, 可 以 得 到 下 面 的 图 形, 如 图 2 所 示 图 2 近 似 直 线 的 同 步 波 形 和 基 准 波 形 波 形 简 化 后, 以 基 准 电 压 正 相 过 零 点 为 坐 标 原 点 建 立 坐 标 系 设 同 步 波 的 幅 值 为 1, 基 准 电 压 波 的 幅 值 范 围 为 [-1,+1] 要 输 出 的 电 压 幅 值 和 频 率 给 定 后, 其 波 形 的 斜 率 为 4rf, 同 步 波 频 率 不 变, 它 的 斜 率 是 固 定 的 200 已 知 O 点 和 触 发 点 P 点 的 瞬 时 值 分 别 为 x,y, 则 解 直 线 方 程 组 : y= 4rf (1) y= 200t+b (2) 可 以 求 得 y=(50x rf)/(50 rf) ta=(1-y)/200 30

式 中,t a 为 延 迟 角 a 对 应 的 时 刻 将 DSP 的 TPINT1 周 期 设 置 为 T min =20/2 9 ms 用 来 表 示 最 小 的 定 时 单 位,ta 转 换 成 相 应 的 定 时 量 在 TPINT1 中 断 中, 给 各 个 定 时 变 量 进 行 减 计 数 操 作 当 减 计 数 值 到 零 时, 立 即 根 据 波 头 值 触 发 相 应 的 晶 闸 管 具 体 实 现 可 见 参 考 文 献 3 规 则 采 样 法 在 余 弦 交 点 法 实 现 的 AC/AC 变 频 器 中, 有 算 法 较 为 复 杂 和 其 输 出 的 基 波 电 压 幅 值 较 小 的 缺 点 从 采 样 控 制 的 角 度 看, 对 输 入 基 准 波 的 采 样 值 只 是 在 交 点 处 才 是 有 效 的, 所 以 可 以 把 各 交 点 看 成 是 采 样 点 因 此, 采 样 点 是 不 等 距 不 规 则 的 由 此 使 得 输 出 波 形 的 高 次 谐 波 成 分 加 大 规 则 采 样 法 是 在 每 个 采 样 点 ( 选 自 然 换 相 点 ) 采 样 基 准 波 电 压 值, 然 后 计 算 由 该 电 压 值 所 对 应 的 触 发 控 制 角, 以 该 触 发 角 触 发 下 一 相 晶 闸 管 如 图 3 所 示, 上 部 是 一 组 桥 的 输 出 电 压 波 形 图, 下 部 是 同 步 电 压 和 基 准 电 压 的 波 形 图 31

图 3 基 准 波 采 样 点 和 同 步 波 触 发 点 www. industrialcontrols.eetchina.com 系 统 在 自 然 换 相 点 采 样 基 准 波 得 到 的 采 样 值, 如 图 中 1 2 3 ------, 各 点, 然 后 按 这 些 采 样 值 在 同 步 电 压 波 上 计 算 相 应 的 触 发 控 制 角, 如 图 中 1' 2' 3' ------, 各 点 这 些 点 就 是 要 求 的 换 相 点 本 系 统 采 用 给 定 基 准 波 幅 值 和 频 率, 然 后 查 正 弦 表 得 到 采 样 点 的 基 准 波 瞬 时 值 正 弦 函 数 按 等 时 间 间 隔 (3.3ms) 离 散 化, 依 次 存 在 DSP 内 存 的 256 个 单 元 中 DSP 响 应 电 源 同 步 信 号 中 断 ( 即 自 然 换 相 点 ) 时, 按 步 长 A( 即 地 址 差 ) 查 表, 每 查 一 次 瞬 时 值, 将 查 表 地 址 递 增 A 当 查 表 地 址 递 增 到 256 时 便 完 成 一 次 循 环, 对 应 的 时 间 等 于 一 个 输 出 周 期 T 0, 所 以 变 频 器 的 输 出 频 率 与 查 表 步 长 之 间 的 关 系 为 : 由 上 式 可 见,f o 与 A 成 正 比, 改 变 A 即 可 改 变 输 出 频 率 实 现 变 频 查 表 得 到 的 瞬 时 值 乘 以 K 值 即 可 改 变 输 出 电 压 幅 值, 以 实 现 变 压 然 后 根 据 瞬 时 值 查 同 步 电 压 波 的 反 余 弦 函 数 表, 得 到 触 发 角 的 值, 转 化 成 DSP 的 定 时 量 定 时 到, 则 触 发 相 应 的 晶 闸 管 为 了 使 变 频 器 输 出 对 称, 三 相 给 定 的 正 弦 函 数 互 差 To/3, 并 与 各 自 的 反 组 正 弦 函 数 波 成 轴 对 称 用 表 地 址 描 述 的 时 间 轴 即 0 To/3 32

To/2 To 时 刻 分 别 对 应 于 表 地 址 : 00H 55H 7FH FFH 所 以 只 需 制 作 一 张 正 弦 函 数 表, 三 相 查 取 给 定 电 压 波 瞬 时 值 的 地 址 始 终 互 差 55H, 这 样 就 实 现 了 三 相 对 称 输 出 4 实 验 结 果 图 4 阻 感 负 载 的 电 压 电 流 波 形 从 实 验 结 果 来 看, 采 用 此 算 法 的 系 统 运 行 稳 定 可 靠, 调 制 的 频 率 可 按 照 设 定 要 求 输 出, 电 流 过 零 死 区 小 于 1ms, 满 足 控 制 要 求, 电 压 电 流 波 形 比 前 两 种 控 制 策 略 所 得 波 形 更 佳, 并 且 由 于 规 则 采 样 减 少 了 输 出 波 形 中 的 次 谐 波 含 量, 从 而 可 以 扩 大 AC/AC 变 频 器 输 出 频 率 的 上 限 变 频 器 在 中 央 空 调 中 的 应 用 33

中 央 空 调 系 统 已 广 泛 应 用 于 工 业 与 民 用 领 域 据 统 计, 中 央 空 调 的 用 电 量 占 各 类 大 厦 总 用 电 量 的 70% 以 上 中 央 空 调 主 要 是 由 风 机 和 水 泵 组 成, 采 用 变 频 调 速 技 术 不 仅 能 使 商 场 室 温 维 持 在 所 期 望 的 状 态, 让 人 感 到 舒 适 满 意, 更 重 要 的 是 其 节 能 效 果 高 达 30% 以 上, 能 带 来 良 好 的 经 济 效 益 一 中 央 空 调 系 统 的 构 成 及 工 作 原 理 它 主 要 由 制 冷 机 冷 却 水 循 环 系 统 冷 冻 水 循 环 系 统 风 机 盘 管 系 统 和 散 热 水 塔 组 成 其 工 作 原 理 如 图 1 示 : 制 冷 机 通 过 压 缩 机 将 制 冷 剂 压 缩 成 液 态 后 送 蒸 发 器 中 与 冷 冻 水 进 行 热 交 换, 将 冷 冻 水 制 冷, 冷 冻 水 泵 将 冷 冻 水 送 到 各 风 机 风 口 的 冷 却 盘 管 中, 由 风 机 吹 送 冷 风 达 到 降 温 的 目 的 经 蒸 发 后 的 制 冷 剂 在 冷 凝 器 中 释 放 出 热 量, 与 冷 却 循 环 水 进 行 热 交 换, 由 冷 却 水 泵 将 带 来 热 量 的 冷 却 水 泵 到 散 热 水 塔 上 由 水 塔 风 扇 对 其 进 行 喷 淋 冷 却, 与 大 气 之 间 进 行 热 交 换, 将 热 量 散 发 到 大 气 中 去 34

二 对 中 央 空 调 的 变 频 调 速 节 能 改 造 www. industrialcontrols.eetchina.com 1. 系 统 组 成 用 艾 默 生 变 频 器 对 中 央 空 调 进 行 改 造, 可 以 组 成 如 下 系 统, 如 图 2 所 示 : 在 该 系 统 中, 冷 冻 泵 冷 却 泵 水 塔 风 扇 变 频 器 采 用 开 环 控 制, 由 维 护 人 员 根 据 季 节 不 同 和 负 荷 的 变 化 进 行 调 节 ; 风 机 采 用 温 度 闭 环 控 制, 可 根 据 温 度 传 感 器 的 反 馈 值, 调 节 风 机 的 转 速, 从 而 使 被 控 环 境 温 度 基 本 保 持 恒 定 原 理 图 如 下 所 示 : 艾 默 生 的 TD2000 系 列 P 型 变 频 器 适 用 于 风 机 和 水 泵 的 控 制, 能 根 据 负 载 情 况, 自 动 实 现 节 能 运 行 并 且 其 内 置 PID 功 能, 无 需 借 助 其 它 控 制 器 便 可 完 成 温 度 等 参 量 的 闭 环 自 动 控 制 TD2000 变 频 器 还 提 供 了 RS232/RS485 串 行 接 口, 以 便 与 中 央 控 制 室 的 微 机 联 35

网, 实 现 集 中 监 控, 使 维 护 人 员 及 时 了 解 各 变 频 器 的 工 作 状 态 三 综 合 效 益 预 测 1) 显 著 的 节 电 效 果, 良 好 的 经 济 效 益 ; 2) 使 室 温 维 持 恒 定, 让 人 感 到 舒 适 ; 3) 操 作 方 便, 维 护 量 小 ; 4) 变 频 调 速 使 电 机 大 多 数 时 间 运 行 在 工 频 之 下, 减 少 了 环 境 噪 音, 并 减 轻 了 电 机 轴 承 磨 损 丹 佛 斯 VLT 变 频 器 在 纺 织 机 械 中 的 应 用 转 杯 纺 机 的 主 要 电 气 系 统 结 构 及 工 作 原 理 如 下 : 上 图 所 示 系 统 的 动 力 传 递 过 程 如 下 : 36

由 电 网 供 电 的 三 相 异 步 电 动 机 通 过 皮 带 拖 动 同 步 发 动 机, 同 步 发 电 机 发 出 约 280V 的 三 相 电 压, 通 过 三 相 中 频 变 压 器 变 为 70V 电 压, 然 后 供 给 三 相 微 型 纺 杯 电 机 同 步 发 电 机 的 输 出 频 率 是 通 过 改 变 同 步 发 电 机 和 异 步 电 动 机 的 转 速 比 来 调 整 的 其 常 备 可 调 频 率 为 600Hz, 700Hz, 800Hz, 900Hz 和 1000Hz 为 非 连 续 性 调 整 牵 伸 系 统 和 喂 料 系 统 的 速 度 系 根 据 工 艺 要 求 而 单 独 调 整 的 在 该 系 统 中, 纺 杯 电 机 的 转 速 须 严 格 与 喂 料 系 统, 牵 伸 系 统 的 速 度 同 步, 方 能 保 证 产 品 质 量 的 稳 定 且 不 同 的 产 品 规 格 要 求 不 同 的 纺 杯 速 度, 牵 伸 比 和 喂 料 速 度 因 此, 纺 杯 速 度 的 稳 定 度, 以 及 纺 杯 速 度 和 牵 伸 速 度, 喂 料 速 度 的 比 值 的 可 调 整 性 和 精 度 则 直 接 决 定 了 产 品 的 质 量 和 产 量 上 述 传 统 的 转 杯 纺 机 存 在 的 主 要 问 题 有 : 电 网 参 数 变 化 引 起 异 步 电 机 转 速 变 化, 进 而 引 起 同 步 发 电 机 输 出 频 率 的 漂 移, 造 成 纺 杯 转 速 不 稳 定, 中 频 机 组 的 输 出 频 率 以 100Hz 为 单 位, 不 能 连 续 可 调. 系 统 的 工 艺 调 整 性 差, 系 统 效 率 极 差, 产 品 成 本 巨 大, 中 频 机 组 故 障 率 高, 占 地 面 积 大, 噪 音 十 分 严 重, 对 转 杯 纺 机 进 行 改 造 的 主 要 手 段 之 一 是 采 用 变 频 调 速 器 替 代 传 统 的 中 频 机 组 37

使 用 变 频 器 替 代 中 频 机 组, 能 够 彻 底 解 决 中 频 机 组 输 出 频 率 不 稳 定 带 来 的 产 品 质 量 问 题 且 频 率 连 续 可 调 采 用 变 频 器 亦 能 补 偿 中 频 变 压 器 在 不 同 频 率 段 传 递 效 率 不 同 的 问 题 由 新 疆 东 光 有 限 公 司 为 乌 鲁 木 齐 红 山 棉 纺 织 厂 4 台 转 杯 纺 机 进 行 变 频 改 造 后, 取 得 了 十 分 令 人 满 意 的 效 果. 改 造 系 统 使 用 了 4 台 丹 佛 斯 VLT5000 系 列 变 频 调 速 器 替 代 原 有 的 中 频 机 组, 解 决 了 中 频 机 组 运 行 时 的 主 要 问 题 : 改 造 后 的 计 算 节 能 效 果 为 70%, 实 测 节 能 效 果 大 于 50%, 大 幅 度 降 低 了 生 产 成 本 改 造 前 系 统 运 行 频 率 不 能 超 过 800Hz( 超 过 时 频 率 不 稳 定 ), 改 造 后 系 统 最 高 运 行 频 率 达 到 960Hz, 单 产 明 显 提 高 38

由 于 变 频 器 频 率 连 续 可 调 且 稳 定 度 好, 产 品 质 量 明 显 得 到 改 进, 原 系 统 更 换 工 艺 过 程 繁 琐, 改 造 后, 可 迅 速 完 成 工 艺 变 更, 变 频 器 为 静 态 运 行, 彻 底 消 除 了 中 频 机 组 的 运 行 噪 音, 大 幅 度 降 低 了 系 统 故 障 率, 大 幅 度 削 减 占 地 面 积, 该 厂 在 原 4 台 机 组 的 辅 助 面 积 上 安 装 了 第 5 台 机 组 由 上 述 论 述 可 见, 转 杯 纺 机 的 技 术 改 造 有 极 其 可 观 的 经 济 效 益 值 得 注 意 的 是, 在 转 杯 纺 机 的 改 造 过 程 中, 中 频 变 压 器 的 保 留 是 必 要 的 否 则 改 造 成 本 将 提 高 较 大 由 于 中 频 变 压 器 的 存 在, 必 须 使 用 带 有 多 段 可 调 U/F 曲 线 的 变 频 器, 如 VLT5000 系 列 和 VLT2800 系 列 应 用 篇 变 频 器 在 工 程 应 用 中 需 要 注 意 的 几 个 问 题 引 言 随 着 通 用 变 频 器 市 场 的 日 益 繁 荣, 不 包 括 OEM 进 口 变 频 器, 中 国 通 用 变 频 器 年 用 量 超 过 25 亿 元 人 民 币, 变 频 器 及 其 附 属 设 备 的 安 装 调 试 日 常 维 护 及 维 修 工 作 量 剧 增, 给 用 户 造 成 重 大 直 接 和 间 接 损 失 本 文 就 针 对 造 成 以 上 问 题 的 原 因, 根 据 大 量 用 户 的 实 际 应 用 情 况, 从 应 用 环 境 电 磁 干 扰 与 抗 干 扰 电 网 质 量 电 机 绝 缘 等 方 面 进 行 了 分 析, 提 出 了 一 些 改 进 的 建 议 2 工 作 环 境 问 题 在 变 频 器 实 际 应 用 中, 由 于 国 内 客 户 除 少 数 有 专 用 机 房 外, 大 多 为 了 降 低 成 本, 将 变 频 器 直 接 安 装 于 工 业 现 场 工 作 现 场 一 般 是 灰 尘 大 温 度 高, 在 南 方 还 有 湿 度 大 的 问 题 对 于 线 缆 行 业 还 有 金 属 粉 尘, 在 39

陶 瓷 印 染 等 行 业 还 有 腐 蚀 性 气 体 和 粉 尘, 在 煤 矿 等 场 合, 还 有 防 爆 的 要 求 等 等 因 此 必 须 根 据 现 场 情 况 做 出 相 应 的 对 策 2.1 变 频 器 的 安 装 设 计 基 本 要 求 (1) 变 频 器 应 该 安 装 在 控 制 柜 内 部 (2) 变 频 器 最 好 安 装 在 控 制 柜 内 的 中 部 ; 变 频 器 要 垂 直 安 装, 正 上 方 和 正 下 方 要 避 免 安 装 可 能 阻 挡 排 风 进 风 的 大 元 件 (3) 变 频 器 上 下 部 边 缘 距 离 控 制 柜 顶 部 底 部 或 者 隔 板 或 者 必 须 安 装 的 大 元 件 等 的 最 小 间 距, 应 该 大 于 300mm 柜 内 安 装 变 频 器 的 基 本 要 求 (4) 如 果 特 殊 用 户 在 使 用 中 需 要 取 掉 键 盘, 则 变 频 器 面 板 的 键 盘 孔, 一 定 要 用 胶 带 严 格 密 封 或 者 采 用 假 面 板 替 换, 防 止 粉 尘 大 量 进 入 变 频 器 内 部 (5) 对 变 频 器 要 进 行 定 期 维 护, 及 时 清 理 内 部 的 粉 尘 等 (6) 其 它 的 基 本 安 装 使 用 要 求 必 须 遵 守 用 户 手 册 上 的 有 关 说 明 ; 如 有 疑 问 请 及 时 联 系 相 应 厂 家 技 术 支 持 人 员 2.2 防 尘 控 制 柜 的 设 计 要 求 在 多 粉 尘 场 所, 特 别 是 多 金 属 粉 尘 絮 状 物 的 场 所 使 用 变 频 器 时, 采 取 正 确 合 理 的 防 护 措 施 是 十 分 必 要 的, 防 尘 措 施 得 当 对 保 证 变 频 器 正 常 工 作 非 常 重 要 总 体 要 求 控 制 柜 整 体 应 该 密 封, 应 该 通 过 专 门 设 计 的 进 风 口 出 风 口 进 行 通 风 ; 控 制 柜 顶 部 应 该 有 防 护 网 和 防 护 顶 盖 出 风 口 ; 控 制 柜 底 部 应 该 有 底 板 和 进 风 口 进 线 孔, 并 且 安 装 防 尘 网 (1) 控 制 柜 的 风 道 要 设 计 合 理, 排 风 通 畅, 避 免 在 柜 内 形 成 涡 流, 在 40

固 定 的 位 置 形 成 灰 尘 堆 积 (2) 控 制 柜 顶 部 出 风 口 上 面 要 安 装 防 护 顶 盖, 防 止 杂 物 直 接 落 入 ; 防 护 顶 盖 高 度 要 合 理, 不 影 响 排 风 防 护 顶 盖 的 侧 面 出 风 口 要 安 装 防 护 网, 防 止 絮 状 杂 物 直 接 落 入 (3) 如 果 采 用 控 制 柜 顶 部 侧 面 排 风 方 式, 出 风 口 必 须 安 装 防 护 网 (4) 一 定 要 确 保 控 制 柜 顶 部 的 轴 流 风 机 旋 转 方 向 正 确, 向 外 抽 风 如 果 风 机 安 装 在 控 制 柜 顶 部 的 外 部, 必 须 确 保 防 护 顶 盖 与 风 机 之 间 有 足 够 的 高 度 ; 如 果 风 机 安 装 在 控 制 柜 顶 部 的 内 部, 安 装 所 需 螺 钉 必 须 采 用 止 逆 弹 件, 防 止 风 机 脱 落 造 成 柜 内 元 件 和 设 备 的 损 坏 建 议 在 风 机 和 柜 体 之 间 加 装 塑 料 或 者 橡 胶 减 振 垫 圈, 可 以 大 大 减 小 风 机 震 动 造 成 的 噪 音 (5) 控 制 柜 的 前 后 门 和 其 他 接 缝 处, 要 采 用 密 封 垫 片 或 者 密 封 胶 进 行 一 定 的 密 封 处 理, 防 止 粉 尘 进 入 (6) 控 制 柜 底 部 侧 板 的 所 有 进 风 口 进 线 孔, 一 定 要 安 装 防 尘 网 阻 隔 絮 状 杂 物 进 入 防 尘 网 应 该 设 计 为 可 拆 卸 式, 以 方 便 清 理 维 护 防 尘 网 的 网 格 要 小, 能 够 有 效 阻 挡 细 小 絮 状 物 ( 与 一 般 家 用 防 蚊 蝇 纱 窗 的 网 格 相 仿 ); 或 者 根 据 具 体 情 况 确 定 合 适 的 网 格 尺 寸 防 尘 网 四 周 与 控 制 柜 的 结 合 处 要 处 理 严 密 (7) 对 控 制 柜 一 定 要 进 行 定 期 维 护, 及 时 清 理 内 部 外 部 的 粉 尘 絮 毛 等 杂 物 维 护 周 期 可 根 据 具 体 情 况 而 定, 但 应 该 小 于 2~3 个 月 ; 对 于 粉 尘 严 重 的 场 所, 建 议 维 护 周 期 在 1 个 月 左 右 防 尘 控 制 柜 的 安 装 要 求 41

2.3 防 潮 湿 霉 变 的 控 制 柜 的 设 计 要 求 www. industrialcontrols.eetchina.com 多 数 变 频 器 厂 家 内 部 的 印 制 板 金 属 结 构 件 均 未 进 行 防 潮 湿 霉 变 的 特 殊 处 理, 如 果 变 频 器 长 期 处 于 这 种 状 态, 金 属 结 构 件 容 易 产 生 锈 蚀, 对 于 导 电 铜 排 在 高 温 运 行 情 况 下, 更 加 剧 了 锈 蚀 的 过 程 对 于 微 机 控 制 板 和 驱 动 电 源 板 上 的 细 小 铜 质 导 线, 由 于 锈 蚀 将 造 成 损 坏, 因 此, 对 于 应 用 于 潮 湿 和 和 含 有 腐 蚀 性 气 体 的 场 合, 必 须 对 于 使 用 变 频 器 的 内 部 设 计 有 基 本 要 求, 例 如 印 刷 电 路 板 必 须 采 用 三 防 漆 喷 涂 处 理, 对 于 结 构 件 必 须 采 用 镀 镍 铬 等 处 理 工 艺 除 此 之 外, 还 需 要 采 取 其 它 积 极 有 效 合 理 的 防 潮 湿 防 腐 蚀 气 体 的 措 施 (1) 控 制 柜 可 以 安 装 在 单 独 的 密 闭 的 采 用 空 调 的 机 房, 此 方 法 适 用 控 制 设 备 较 多, 建 立 机 房 的 成 本 低 于 柜 体 单 独 密 闭 处 理 的 场 合, 此 时 控 制 柜 可 以 采 用 如 上 防 尘 或 者 一 般 环 境 设 计 即 可 (2) 采 用 独 立 进 风 口 单 独 的 进 风 口 可 以 设 在 控 制 柜 的 底 部, 通 过 独 立 密 闭 地 沟 与 外 部 干 净 环 境 连 接, 此 方 法 需 要 在 进 风 口 处 安 装 一 个 防 尘 网, 如 果 地 沟 超 过 5m 以 上 时, 可 以 考 虑 加 装 鼓 风 机 (3) 密 闭 控 制 柜 内 可 以 加 装 吸 湿 的 干 燥 剂 或 者 吸 附 毒 性 气 体 的 活 性 材 料, 并 近 期 更 换 3 干 扰 问 题 3.1 变 频 器 对 微 机 控 制 板 的 干 扰 在 注 塑 机 电 梯 等 的 控 制 系 统 中, 多 采 用 微 机 或 者 PLC 进 行 控 制, 在 系 统 设 计 或 者 改 造 过 程 中, 一 定 要 注 意 变 频 器 对 微 机 控 制 板 的 干 扰 问 42

题 由 于 用 户 自 己 设 计 的 微 机 控 制 板 一 般 工 艺 水 平 差, 不 符 合 EMC 国 际 标 准, 在 采 用 变 频 器 后, 产 生 的 传 导 和 辐 射 干 扰, 往 往 导 致 控 制 系 统 工 作 异 常, 因 此 需 要 采 取 必 要 措 施 (1) 良 好 的 接 地 电 机 等 强 电 控 制 系 统 的 接 地 线 必 须 通 过 接 地 汇 流 排 可 靠 接 地, 微 机 控 制 板 的 屏 蔽 地, 最 好 单 独 接 地 对 于 某 些 干 扰 严 重 的 场 合, 建 议 将 传 感 器 I/O 接 口 屏 蔽 层 与 控 制 板 的 控 制 地 相 连 [3] (2) 给 微 机 控 制 板 输 入 电 源 加 装 EMI 滤 波 器 共 模 电 感 高 频 磁 环 等, 成 本 低 可 以 有 效 抑 制 传 导 干 扰 另 外 在 辐 射 干 扰 严 重 的 场 合, 如 周 围 存 在 GSM 或 者 小 灵 通 机 站 时, 可 以 对 微 机 控 制 板 添 加 金 属 网 状 屏 蔽 罩 进 行 屏 蔽 处 理 微 机 控 制 板 的 电 源 抗 干 扰 措 施 (3) 给 变 频 器 输 入 加 装 EMI 滤 波 器, 可 以 有 效 抑 制 变 频 器 对 电 网 的 传 导 干 扰, 加 装 输 入 交 流 和 直 流 电 抗 器 L1 L2, 可 以 提 高 功 率 因 数, 减 小 谐 波 污 染, 综 合 效 果 好 在 某 些 电 机 与 变 频 器 之 间 距 离 超 过 100m 的 场 合, 需 要 在 变 频 器 侧 添 加 交 流 输 出 电 抗 器 L3, 解 决 因 为 输 出 导 线 对 地 分 布 参 数 造 成 的 漏 电 流 保 护 和 减 少 对 外 部 的 辐 射 干 扰 一 个 行 之 有 效 的 方 法 就 是 采 用 钢 管 穿 线 或 者 屏 蔽 电 缆 的 方 法, 并 将 钢 管 外 壳 或 者 电 缆 屏 蔽 层 与 大 地 可 靠 连 接 请 注 意, 在 不 添 加 交 流 输 出 电 抗 器 L3 时, 如 果 采 用 钢 管 穿 线 或 者 屏 蔽 电 缆 的 方 法, 增 大 了 输 出 对 地 的 分 布 电 容, 容 易 出 现 过 流 当 然 在 实 际 中 一 般 只 采 取 其 中 的 一 种 或 者 几 种 方 法 减 小 变 频 器 对 外 部 控 制 设 备 的 干 扰 措 施 43

(4) 对 模 拟 传 感 器 检 测 输 入 和 模 拟 控 制 信 号 进 行 电 气 屏 蔽 和 隔 离 在 变 频 器 组 成 的 控 制 系 统 设 计 过 程 中, 建 议 尽 量 不 要 采 用 模 拟 控 制, 特 别 是 控 制 距 离 大 于 1M, 跨 控 制 柜 安 装 的 情 况 下 因 为 变 频 器 一 般 都 有 多 段 速 设 定 开 关 频 率 量 输 入 输 出, 可 以 满 足 要 求 如 果 非 要 用 模 拟 量 控 制 时, 建 议 一 定 采 用 屏 蔽 电 缆, 并 在 传 感 器 侧 或 者 变 频 器 侧 实 现 远 端 一 点 接 地 如 果 干 扰 仍 旧 严 重, 需 要 实 现 DC/DC 隔 离 措 施 可 以 采 用 标 准 的 DC/DC 模 块, 或 者 采 用 V/F 转 换, 光 藕 隔 离 再 采 用 频 率 设 定 输 入 的 方 法 3.2 变 频 器 本 身 抗 干 扰 问 题 当 变 频 器 的 供 电 系 统 附 近, 存 在 高 频 冲 击 负 载 如 电 焊 机 电 镀 电 源 电 解 电 源 或 者 采 用 滑 环 供 电 的 场 合, 变 频 器 本 身 容 易 因 为 干 扰 而 出 现 保 护 建 议 用 户 采 用 如 下 措 施 : (1) 在 变 频 器 输 入 侧 添 加 电 感 和 电 容, 构 成 LC 滤 波 网 络 (2) 变 频 器 的 电 源 线 直 接 从 变 压 器 侧 供 电 (3) 在 条 件 许 可 的 情 况 下, 可 以 采 用 单 独 的 变 压 器 (4) 在 采 用 外 部 开 关 量 控 制 端 子 控 制 时, 连 接 线 路 较 长 时, 建 议 采 用 屏 蔽 电 缆 当 控 制 线 路 与 主 回 路 电 源 均 在 地 沟 中 埋 设 时, 除 控 制 线 必 须 采 用 屏 蔽 电 缆 外, 主 电 路 线 路 必 须 采 用 钢 管 屏 蔽 穿 线, 减 小 彼 此 干 扰, 防 止 变 频 器 的 误 动 作 (5) 在 采 用 外 部 模 拟 量 控 制 端 子 控 制 时, 如 果 连 接 线 路 在 1M 以 内, 采 用 屏 蔽 电 缆 连 接, 并 实 施 变 频 器 侧 一 点 接 地 即 可 ; 如 果 线 路 较 长, 现 场 干 扰 严 重 的 场 合, 建 议 在 变 频 器 侧 加 装 DC/DC 隔 离 模 块 或 者 采 用 44

经 过 V/F 转 换, 采 用 频 率 指 令 给 定 模 式 进 行 控 制 (6) 在 采 用 外 部 通 信 控 制 端 子 控 制 时, 建 议 采 用 屏 蔽 双 绞 线, 并 将 变 频 器 侧 的 屏 蔽 层 接 地 (PE), 如 果 干 扰 非 常 严 重, 建 议 将 屏 蔽 层 接 控 制 电 源 地 (GND) 对 于 RS232 通 信 方 式, 注 意 控 制 线 路 尽 量 不 要 超 过 15m, 如 果 要 加 长, 必 须 随 之 降 低 通 信 波 特 率, 在 100m 左 右 时, 能 够 正 常 通 信 的 波 特 率 小 于 600bps 对 于 RS485 通 信, 还 必 须 考 虑 终 端 匹 配 电 阻 等 对 于 采 用 现 场 总 线 的 高 速 控 制 系 统, 通 信 电 缆 必 须 采 用 专 用 电 缆, 并 采 用 多 点 接 地 的 方 式, 才 能 够 提 高 可 靠 性 4 电 网 质 量 问 题 在 高 频 冲 击 负 载 如 电 焊 机 电 镀 电 源 电 解 电 源 等 场 合, 电 压 经 常 出 现 闪 变 ; 在 一 个 车 间 中, 有 几 百 台 变 频 器 等 容 性 整 流 负 载 在 工 作 时, 电 网 的 谐 波 非 常 大, 对 于 电 网 质 量 有 很 严 重 的 污 染, 对 设 备 本 身 也 有 相 当 的 破 坏 作 用, 轻 则 不 能 够 连 续 正 常 运 行, 重 则 造 成 设 备 输 入 回 路 的 损 坏 可 以 采 取 以 下 的 措 施 : 集 中 整 流 的 直 流 共 母 线 供 电 方 式 (1) 在 高 频 冲 击 负 载 如 电 焊 机 电 镀 电 源 电 解 电 源 等 场 合 建 议 用 户 增 加 无 功 静 补 装 置, 提 高 电 网 功 率 因 数 和 质 量 (2) 在 变 频 器 比 较 集 中 的 车 间, 建 议 采 用 集 中 整 流, 直 流 共 母 线 供 电 方 式 建 议 用 户 采 用 12 脉 冲 整 流 模 式 优 点 是, 谐 波 小 节 能, 特 别 适 用 于 频 繁 起 制 动 电 动 运 行 与 发 电 运 行 同 时 进 行 的 场 合 (3) 变 频 器 输 入 侧 加 装 无 源 LC 滤 波 器, 减 小 输 入 谐 波, 提 高 功 率 因 数, 成 本 较 低, 可 靠 性 高, 效 果 好 45

(4) 变 频 器 输 入 侧 加 装 有 源 PFC 装 置, 效 果 最 好, 但 成 本 较 高 5 电 机 的 漏 电 轴 电 压 与 轴 承 电 流 问 题 变 频 器 驱 动 感 应 电 机 的 电 机 模 型,Csf 为 定 子 与 机 壳 之 间 的 等 效 电 容, Csr 为 定 子 与 转 子 之 间 的 等 效 电 容,Crf 为 转 子 与 机 壳 之 间 的 等 效 电 容,Rb 为 轴 承 对 轴 的 电 阻 ;Cb 和 Zb 为 轴 承 油 膜 的 电 容 和 非 线 性 阻 抗 高 频 PWM 脉 冲 输 入 下, 电 机 内 分 布 电 容 的 电 压 耦 合 作 用 构 成 系 统 共 模 回 路, 从 而 引 起 对 地 漏 电 流 轴 电 压 与 轴 承 电 流 问 题 漏 电 流 主 要 是 PWM 三 相 供 电 电 压 极 其 瞬 时 不 平 衡 电 压 与 大 地 之 间 通 过 Csf 产 生 其 大 小 与 PWM 的 dv/dt 大 小 与 开 关 频 率 大 小 有 关, 其 直 接 结 果 将 导 致 带 有 漏 电 保 护 装 置 动 作 另 外, 对 于 旧 式 电 机, 由 于 其 绝 缘 材 料 差, 又 经 过 长 期 运 行 老 化, 有 些 在 经 过 变 频 改 造 后 造 成 绝 缘 损 坏 因 此, 建 议 在 改 造 前, 必 须 进 行 绝 缘 的 测 试 对 于 新 的 变 频 电 机 的 绝 缘, 要 求 要 比 标 准 电 机 高 出 一 个 等 级 轴 承 电 流 主 要 以 三 种 方 式 存 在 :dv/dt 电 流 EDM(Electric Discharge Machining) 电 流 和 环 路 电 流 轴 电 压 的 大 小 不 仅 与 电 机 内 各 部 分 耦 合 电 容 参 数 有 关, 且 与 脉 冲 电 压 上 升 时 间 和 幅 值 有 关 dv/dt 电 流 主 要 与 PWM 的 上 升 时 间 tr 有 关,tr 越 小,dv/dt 电 流 的 幅 值 越 大 ; 逆 变 器 载 波 频 率 越 高, 轴 承 电 流 中 的 dv/dt 电 流 成 分 越 多 EDM 电 流 出 现 存 在 一 定 的 偶 然 性, 只 有 当 轴 承 润 滑 油 层 被 击 穿 或 者 轴 承 内 部 发 生 接 触 时, 存 储 在 电 子 转 子 对 地 电 容 Crf 上 的 电 荷 (1/2 Crf Urf) 通 过 轴 承 等 效 回 路 Rb Cb 和 Zb 对 地 进 行 火 花 式 放 电, 造 成 轴 承 光 洁 度 下 降, 46

降 低 使 用 寿 命, 严 重 地 造 成 直 接 损 坏 损 坏 程 度 主 要 取 决 于 轴 电 压 和 存 储 在 电 子 转 子 对 地 电 容 Crf 的 大 小 环 路 电 流 发 生 在 电 网 变 压 器 地 线 变 频 器 地 线 电 机 地 线 及 电 机 负 载 与 大 地 地 线 之 间 的 回 路 ( 如 水 泵 类 负 载 ) 中 环 路 电 流 主 要 造 成 传 导 干 扰 和 地 线 干 扰, 对 变 频 器 和 电 机 影 响 不 大 避 免 或 者 减 小 环 流 的 方 法 就 是 尽 可 能 减 小 地 线 回 路 的 阻 抗 由 于 变 频 器 接 地 线 (PE 变 频 器 ) 一 般 与 电 机 接 地 线 (PE 电 机 1) 连 接 在 一 个 点, 因 此, 必 须 尽 可 能 加 粗 电 机 接 地 电 缆 线 径, 减 小 两 者 之 间 的 电 阻, 同 时 变 频 器 与 电 源 之 间 的 地 线 采 用 地 线 铜 母 排 或 者 专 用 接 地 电 缆, 保 证 良 好 接 地 对 于 潜 水 深 井 泵 这 样 的 负 载, 接 地 阻 抗 ZE 电 机 2 可 能 小 于 ZE 变 压 器 与 ZE 变 频 器 之 和, 容 易 形 成 地 环 流, 建 议 断 开 ZE 变 频 器, 抗 干 扰 效 果 好 在 变 频 器 输 出 端 串 由 电 感 RC 组 成 的 正 弦 波 滤 波 器 是 抑 制 轴 电 压 与 轴 承 电 流 的 有 效 途 径 目 前 有 多 家 厂 家 可 提 供 标 准 滤 波 器 MicroMaster 440 变 频 器 在 电 梯 控 制 系 统 中 的 应 用 一 系 统 概 述 电 梯 行 业 是 一 个 特 种 行 业, 国 家 对 电 梯 的 设 计 制 造 安 装 以 及 使 用 都 有 详 细 的 国 家 标 准 电 梯 的 主 要 部 分 有 土 建 机 械 和 电 气 等 组 成, 机 械 部 分 有 导 轨 轿 厢 对 重 钢 丝 绳 以 及 其 他 机 械 部 分 电 气 部 分 47

有 主 控 制 板, 变 频 器 曳 引 机 等 部 分 构 成 电 梯 的 运 行 在 主 控 制 板 的 指 令 控 制 变 频 器, 有 变 频 器 驱 动 曳 引 机 带 动 轿 厢 运 行 变 频 器 作 为 电 梯 中 系 统 的 核 心 部 件, 对 电 梯 的 安 全 可 靠 的 运 行 是 非 常 重 要 的 同 时 系 统 也 对 变 频 器 有 一 些 特 殊 的 要 求 许 多 公 司 针 对 电 梯 的 特 殊 要 求, 推 出 了 电 梯 专 用 变 频 器 来 满 足 电 梯 的 特 殊 要 求 而 西 门 子 的 通 用 多 功 能 变 频 器 MM440 采 用 具 有 现 代 先 进 技 术 水 平 的 绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 (IGBT) 作 为 功 率 输 出 器 件, 具 有 很 高 的 运 行 可 靠 性 和 功 能 的 多 样 性, 采 用 脉 冲 频 率 可 选 的 专 用 脉 宽 调 制 技 术, 可 使 曳 引 机 在 低 噪 声 下 运 行, 系 统 更 加 平 稳 全 面 而 完 善 的 保 护 功 能 为 系 统 提 供 了 可 靠 而 良 好 的 保 护 性 能, 高 性 能 的 矢 量 控 制 技 术, 有 多 种 控 制 方 式 灵 活 选 用, 适 用 不 同 的 领 域 在 电 梯 控 制 系 统 中, 采 用 的 是 闭 环 矢 量 控 制 具 有 快 速 的 动 态 响 应 特 性 和 超 强 的 过 载 能 力 众 多 的 自 由 功 能 模 块 通 过 BICO( 二 进 制 互 联 连 接 ) 组 成 了 大 量 资 源 供 用 户 使 用, 从 而 完 成 复 杂 的 多 种 控 制 正 是 MM440 强 大 而 灵 活 的 功 能 可 以 胜 任 电 梯 控 制 系 统 的 要 求 通 过 MM440 驱 动 异 步 曳 引 机 构 成 的 电 梯 系 统 完 全 满 足 国 标 GB7588-2003 电 梯 制 造 与 安 装 规 范,GB/T10058-1997 电 梯 技 术 条 件 的 要 求 二 系 统 的 组 成 和 基 本 原 理 电 梯 是 一 个 复 杂 的 系 统, 本 文 就 针 对 由 MM440 和 曳 引 机 主 控 板 组 成 的 电 气 控 制 系 统 进 行 介 绍 如 图 1 所 示 48

电 源 经 空 气 开 关 Q 接 电 源 接 触 器 KMC 之 后 连 接 到 变 频 器 的 进 线 端 RST, 变 频 器 出 线 端 UVW 经 接 触 器 KMY 连 接 到 曳 引 机 构 成 了 系 统 的 主 供 电 回 路 在 上 电 后 主 控 制 板 闭 合 KMC 一 直 带 电, 为 变 频 器 自 身 提 供 电 源 和 系 统 动 力 并 且 使 变 频 器 初 始 化, 并 把 初 始 化 的 结 果 通 过 GZ 节 点 输 出 给 主 控 制 板, 而 运 行 接 触 器 KMY 平 时 是 断 开 的, 在 电 梯 需 要 启 动 时 在 启 动 KMY 使 曳 引 机 带 电 在 曳 引 机 的 驱 动 轴 上 安 装 有 旋 转 编 码 器, 经 过 屏 蔽 线 接 到 变 频 器 的 信 号 输 入 端 PGP PGM PFA PFB 构 成 闭 环 控 制, 同 时 也 把 输 出 信 号 也 经 过 屏 蔽 线 接 到 主 控 制 板 APCR 的 型 号 输 入 端, 以 便 主 控 制 板 控 制 电 梯 的 正 常 运 行 图 1 电 气 系 统 原 理 图 49

MM440 变 频 器 采 用 多 段 速 控 制 方 式, 主 控 制 板 APCR 根 据 内 选 以 及 外 呼 等 命 令, 计 算 出 要 去 的 目 的 楼 层, 此 时 首 先 闭 合 KMY, 根 据 上 行 或 者 下 行 命 令 接 通 FWD 或 者 REV, 使 变 频 器 建 立 励 磁, 输 出 转 矩 变 频 器 输 出 运 行 信 号 RUN, 之 后 经 过 一 定 的 时 间 打 开 抱 闸 YB 再 根 据 启 动 设 置 不 同 的 段 速 输 出 到 多 段 速 端 子 SS1 SS2 SS3 变 频 器 就 会 按 照 预 先 设 定 的 速 度 曲 线 控 制 曳 引 机 运 行 停 止 时 主 控 制 板 APCR 首 先 在 预 定 的 减 速 距 离 把 运 行 多 段 速 改 为 爬 行 速 度 输 出 给 变 频 器 数 字 输 入 端 子 SS1 SS2 SS3, 变 频 器 就 会 按 设 定 的 速 度 曲 线 控 制 曳 引 机 到 爬 行 速 度, 到 将 要 平 层 时 首 先 去 掉 多 段 速 信 号, 然 后 下 闸, 最 后 去 掉 方 向 信 号, 完 成 一 次 启 停 过 程 下 面 就 分 析 变 频 器 是 如 何 根 据 APCR 的 命 令 完 成 电 梯 的 控 制 的 三 MM440 变 频 器 的 设 置 和 应 用 根 据 电 梯 的 速 度 曳 引 比 以 及 电 梯 的 载 重 来 确 定 曳 引 机 的 转 速 和 功 率, 当 曳 引 机 的 功 率 和 电 压 确 定 之 后, 变 频 器 的 选 型 要 和 曳 引 机 想 匹 配, 一 般 是 选 取 大 于 曳 引 机 功 率 的 上 一 个 档 次 的 数 据 来 选 择 不 能 小 也 不 能 太 大, 太 大 不 但 造 成 成 本 的 上 升, 而 且 导 致 控 制 精 度 的 降 低 使 整 个 系 统 的 性 能 下 降 直 接 按 图 1 接 好 线 后, 变 频 器 是 不 能 运 行 的, 必 须 对 变 频 器 进 行 正 确 的 设 置 首 先 是 变 频 器 的 快 速 调 试, 这 是 变 频 器 " 能 转 起 来 " 的 基 本 步 骤 快 速 调 试 的 目 的 是 完 成 变 频 器 最 基 本 的 设 置, 决 定 变 频 器 的 基 本 50

工 作 方 式 的 选 择, 对 曳 引 机 的 参 数 进 行 " 学 习 ", 使 变 频 器 和 曳 引 机 匹 配 起 来, 更 加 精 确 的 完 成 控 制 控 制 任 务 在 快 速 调 试 中, 要 输 入 曳 引 机 的 基 本 参 数, 包 括 电 压 图 2 电 流 功 率 功 率 因 数 额 定 频 率 等 参 数, 根 据 MM440 的 数 据 手 册 要 求 按 曳 引 机 名 牌 上 的 数 据 输 入, 其 他 的 几 个 重 要 参 数 P0300 要 选 择 异 步 电 机, 命 令 源 P0700 选 用 数 字 量 输 入 方 式, 选 择 2, 并 且 在 之 后 的 调 试 中 使 P0701~P0708 设 置 为 17, 各 个 数 字 量 输 入 按 照 设 定 功 能 进 行 参 数 化 P1300 控 制 方 式 选 择 23, 带 传 感 器 的 矢 量 转 矩 控 制, 这 样 才 能 满 足 电 梯 控 制 的 要 求 按 照 步 骤 最 后 在 P3900 中 输 入 3 快 速 调 试 结 束 并 进 行 电 动 机 的 数 据 计 算 51

变 频 器 的 快 速 调 试 完 成 之 后, 这 只 是 第 一 步, 还 不 能 控 制 电 梯 的 运 行 还 要 进 行 多 段 速 的 设 置,RUN 信 号 的 输 出 设 置, 以 及 闭 环 控 制 的 PI 制 设 置 S 速 度 曲 线 的 各 个 时 间 的 设 置 等 等 变 频 器 每 次 上 电 后 要 进 行 本 身 的 初 始 化 工 作, 由 于 所 选 用 的 功 能 模 块 不 同, 很 可 能 在 没 有 完 全 初 始 化 完 成 后 前 输 出 变 频 器 准 备 好, 可 以 工 作 的 信 号, 这 时 若 有 呼 梯 信 号 主 板 就 会 输 出 给 变 频 器 信 号 驱 动 电 梯 运 行, 这 就 造 成 系 统 的 不 正 常 工 作, 给 安 全 运 行 带 来 危 害 为 确 保 变 频 器 完 全 初 始 化 好, 对 信 号 经 过 一 个 定 时 器 延 时 输 出, 同 时 主 板 要 求 变 频 器 输 出 的 信 号 为 保 持 型 的, 为 此 在 把 信 号 经 一 个 RS 触 发 器 保 持, 如 图 2 所 示 此 时, 真 正 的 "Ready" 信 号 就 是 RS- 触 发 器 的 输 出 r2841 了, 将 r2841 连 接 到 输 出 端 子 上 即 可 ( 例 如,P0733=2841) 图 3 多 段 速 输 出 选 定 52

多 段 速 的 选 择 与 实 现 是 利 用 参 数 P0722.0~P0722.7 存 放 了 数 字 输 入 1~7 的 状 态, 如 图 3 所 示 当 把 P701~P703 设 置 为 17 后, 变 频 器 会 自 动 把 图 3 种 的 参 数 设 置 为 如 下 的 值 :P1020=722.0,P1021=722.1, P1022=722.2 当 输 入 状 态 变 化 时, 会 选 择 P1001~P10016 中 的 速 度 值 防 御 参 数 r1024 中, 再 把 r1024 的 值 连 接 到 主 给 定 通 道 上 作 为 多 段 速 的 输 出 值 当 主 控 制 板 通 过 端 子 输 入 给 变 频 器, 变 频 器 就 会 按 设 定 的 速 度 控 制 曳 引 机 运 行, 电 梯 的 一 次 启 动 和 停 止 曲 线 如 图 4 所 示 在 启 动 过 程 中, 加 速 度 起 始 段 曲 线 有 P1130 来 确 定, 加 速 度 直 线 段 有 参 数 P1120 来 确 定, 加 速 度 结 束 段 曲 线 由 参 数 P1131 来 确 定 之 后 进 入 匀 速 运 行 阶 段 在 减 速 起 始 段 曲 线 由 参 数 P1132 来 确 定, 减 速 直 线 段 由 参 数 P1121 确 定, 减 速 结 束 段 曲 线 由 参 数 1133 来 确 定 上 述 参 数 的 单 位 为 时 间, 要 根 据 速 度 时 间 换 算 成 速 度 和 加 速 值, 并 根 据 电 梯 技 术 条 件 和 规 范 的 要 求 来 调 整, 满 足 舒 适 感 和 效 率 的 要 求 图 4 电 梯 运 动 速 度 曲 线 53

除 了 上 述 参 数 外, 还 有 俩 个 参 数 对 电 梯 的 未 定 运 行 和 舒 适 感 非 常 重 要, 速 度 调 节 器 比 例 系 数 P1460.0, 速 度 调 节 器 积 分 常 数 P1462.0, 图 5 是 P1460.0 和 1462.0 的 调 整 情 况, 图 中 A 为 速 度 图 5 给 定 信 号,B C D E F 为 反 馈 信 号,B 为 P1460 和 P1462 都 偏 小, C 为 1460 偏 小, 但 高 速 事 震 动 小, 低 速 控 制 效 果 比 较 差 E 轻 微 超 调, P1460 偏 大,P1462 偏 小, 低 速 是 控 制 效 果 好, 但 高 速 时 会 有 一 些 振 动 F 为 严 重 超 调 P1460 太 大,P1462 偏 小 D 的 效 果 最 好, 调 整 时 先 进 可 能 的 加 大 P1460, 到 不 产 生 超 调 为 止, 之 后 在 尽 可 能 加 大 P1462, 以 不 产 生 振 荡 为 止 四 应 用 前 景 以 及 问 题 目 前, 许 继 电 梯 公 司 已 经 有 2000 台 电 梯 应 用 西 门 子 MM440 变 频 器 在 投 入 运 行, 运 行 稳 定 可 靠, 全 部 是 应 用 于 异 步 曳 引 机 的 直 梯 在 同 步 曳 引 机 和 扶 梯 上 还 没 有 应 用, 如 何 挖 掘 MM440 强 大 的 功 能, 使 之 应 用 于 同 步 曳 引 机 和 扶 梯 等 控 制 系 统 的 应 用, 是 下 一 步 研 究 的 课 题 54