第一篇：變頻調速的電氣制動方式及應用

變頻調速的電氣制動方式及應用

摘 要：隨著變頻器在各種生產機械的應用越來越多，根據實際情況選擇經濟有效的制動方法與制動功能是設計交流變頻調速系統十分重要的環節，也是設備安全運行的重要保證。本文詳細分析了變頻調速的電氣制動原理及制動電阻的選擇計算，并對電氣制動方式的不同種類及應用進行了詳盡的介紹。關鍵詞：變頻調速；電氣制動；應用 引言

隨著電力電子技術和自動化技術的不斷進步和發展，各類低壓變頻器的性能也越來越先進，應用范圍越來越廣泛。無論是在調速節能運行、提高生產效率、適應生產工藝要求、提高產品質量方面，還是在設備設計合理化和簡單化、減少維護成本、改善和適應環境等方面都有了廣泛的應用。在變頻器應用中，在使運動的機構減速或者停止、勢能負載的下落拖動、多級傳動的同步控制及應對負載的突變或在設備出現事故需要緊急停車時，都需要應用到變頻器的制動方式。根據實際情況選擇經濟有效的制動方法與制動功能不但是設計交流變頻調速系統十分重要的環節。也是設備安全運行的重要保證。要對變頻調速的制動方式進行合理的設置應用，就必須對變頻調速制動控制的原理及應用范圍足夠的了解。變頻調速的電氣制動原理及分類 在通用變頻調速系統中，當電動機減速或者拖動位能負載下降時，異步電動機將處于再生發電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經異步電動機轉化電能。這種工作狀態下，電動機處于再生制動狀態，這種制動方式被稱為再生制動。在電動機處于再生發電制動狀態時，逆變器的六個回饋二極管將產生的電能回饋到直流側，此時的逆變器處于整流狀態。如果在標準型的變頻器（網側變流器為不控的二極管整流橋）中不采取另外的措施，這部分能量將導致中間回路的儲電電容器的電壓上升。如果電動機的制動并不太快，電容器電壓升高的值并不明顯，一但電動機恢復到電動狀態，這部分能量又會被負載重新利用。但在頻繁制動或負載為提升較重重物負載下降時，電容器的電壓升高就會過快過大，變頻器內的保護裝置就會動作，對變頻器進行過壓保護。

制動問題的實質在于機械能轉換為電能，電能儲存在變頻器的中間環節電解電容中，制動方案就是如何保證中間環節電解電容的電壓不超過變頻器允許的范圍。因此，解決制動問題的方法有二: 一是改變系統控制策略，合理設置變頻器參數，避免電機出現機械能轉換為電能，從源頭上消除能量的持續累積;二是將不斷積累的能量通過系統內部交換或者一定的渠道瀉放掉，即采用共用直流母線、能耗制動或者回饋制動等策略。

還有一種制動方式叫能耗制動，即再異步電動機定子通入直流電流，來達到機構準確停車或起動前制止電動機由外界因素引起的不規則旋轉。還可用于消除驅動系統在轉速接近于零時的“爬行”現象。電氣制動方式的應用

⑴再生制動

再生制動主要發生在設備的穩速運行和減速過程中。在變頻器應用中，對再生制動方式的選擇應用主要目的是解決異步電動機處于再生發電運行狀態時產生的能量問題。為了處理電動機的再生制動電能，一般大致可歸類為兩種處理方式：

① 耗散到直流回路中與電容器并聯的“制動電阻”中。這種方式又叫動力制動（有的文章又叫能耗制動）。一般情況下，若系統制動轉矩不大于電動機額定轉矩的20%時，則不需要另外的制動電阻，僅電動機內部的有功損耗的作用就可以使中間直流回路電壓限制在電壓保護的水平之下。

在小功率的通用變頻器，制動電阻內置于變頻器內或直接外接于變頻器對應端子。在制動功率較大的情況下，多數變頻控制系統采用制動單元加制動電阻（或采用多個制動單元并聯）的接線方式。制動單元就是在直流母線回路中加接一檢測直流母線電壓的IGBT管，一旦直流母線回路電壓超過一定的界限，該晶體管導通，并將過剩的電能通過與之相連接的制動電阻器轉化為熱能耗。通過制動電阻耗散這部分能量后，使電動機的制動能力大幅提高，同時縮短了機械設備減速時間，提高了生產效率。動力制動控制方式簡單，成本低，但節能效果不如回饋制動。

對于制動電阻的選擇，包括制動電阻的阻值及容量可以按照下列式計算：

RBO?UC20.1047??TB?0.2TM??n1(?）

式中UC——直流回路電壓（V）；

TB——制動轉矩（N·m）；

TM——電動機額定轉矩（N·m）；

n1——開始減速時速度（r/min）；

本式中0.2 TM指電動機內部的有功損耗可以折合成制動轉矩的部分。

由于受到制動晶體管最大允許電流IC的限制，制動電阻的最小允許值RMIN（Ω）為 Rmin?UCIC

式中UC為直流回路電壓(V)。

因此，選用的直流制動電阻RB應按照RMIN＜RB＜RBO的關系來決定。制動電阻平均消耗功率PRO的計算公式為： Pro?0.1047?(TB?0.2TM)?n1?n22?10?3（KW）

式中n1為減速開始速度(r/min)；n2為減速結束速度(r/min)。制動電阻額定功率Pr的計算：

Pr?Prom（KW）

式中m為電阻器的允許功率增加系數，其大小與制動電阻使用率有關。使用率越高，m值越小。二者的關系圖可查閱相關資料。根據如上計算的RBO和Pr，可在市場上選用合乎要求的標準電阻器。電阻值選擇越小，制動力矩越大，流過制動單元的電流越大。當在快速制動出現過電壓時,說明電阻值過大來不及放電，應減少電阻值。在電阻器安裝時應考慮電阻器的散熱問題。

公共直流母線系統也是能耗制動的一種方式。應用于兩臺或者兩臺以上變頻器運行的多電機傳動系統中。在該系統中，往往存在一部分變頻器在電動運行和另外一部分在發電運行的情況。如果能夠全部或者部分有選擇的將電動與發電運行變頻器的直流母線連接起來，處于制動狀態的電機感生能量就反饋到直流回路。通過直流回路，這部分反饋能量就可以消耗在其他處在電動狀態的電機上，可以保證發電制動的能量得到及時的利用，防止母線電壓的上升，制動要求特別高時，只需要在共用母線上并上一個共用制動單元即可。這樣可以做到既節能、又環保，大大減小了制動組件或者回饋組件的功率，降低了整個系統的成本。在此方案中，母線并聯必須串入快速熔斷器來防止個別單元損壞后造成故障的進一步擴大。這里需要強調一點的是，快速熔斷器的容量必須以對應變頻器的容量作為選擇依據。采用共用直流母線的制動方式，具有以下顯著的特點：

a.共用直流母線和共用制動單元，可以大大減少整流器和制動單元的重復配置，結構簡單合理，經濟可靠。

b.共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯儲能容量大； c.各電動機工作在不同狀態下，能量回饋互補，優化了系統的動態特性； d.提高系統功率因數，降低電網諧波電流，提高系統用電效率。

②要實現直流回路與電源間的雙向能量傳遞，一種最有效的辦法就是采用有源逆變技術：即將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動。通過網側可逆變流器（或其他形式可逆變流器）使之回饋到電網實現制動的這種方式又叫回饋制動。回饋制動的原理是：當給定頻率下降時，如果電機的同步轉速低于轉子轉速的情況，這時電機處于再生制動的狀態。如果此時有回饋制動單元，那么它可以將電機再生的電能反饋到電網中，從而使整個調速系統處于回饋制動狀態，不但節省了能源，還增大了制動轉矩。這對于中大功率電機、開卷機和起重機械下放重物的工作狀態來說，尤為重要。

整流回饋單元既能為變頻器提供公共直流電源，又能使電機制動的能量回饋電網，因此它適用于回饋能量較多的系統，同時也可以由一臺整流回饋單元構成公共直流母線下掛多臺變頻器的形式。回饋制動方式雖然節能效果好，能連續長時間制動，但控制復雜，且成本比較高，對電網要求高，所以采用的不多。

需要注意的是，回饋制動單元也稱為有源逆變單元，實現有源逆變的兩個基本條件是：主線路應有一個具有較高質量的不低于90%額定值的交流電源；主線路的設計功率必須足夠大（相當于所連接變頻器總功率的100倍）。

⑵直流制動（又稱DC制動）

直流制動一般應用在設備靜止或減速后使設備靜止的過程中。直流制動是指變頻器向異步電動機的定子通直流電，異步電動機處于直流制動狀態的情況。這種情況下變頻器的輸出頻率為零，異步電動機的定子形成一個固定的磁場，旋轉的電動機轉子切割這個靜止的磁場而產生制動轉矩。機械動能轉換成電能消耗于異步電動機的轉子回路中。通用變頻器對直流能耗制動的控制，主要通過設定DC直流制動起始頻率fBD，制動電流IDB和制動時間tDB來實現。

通常情況下，起始制動頻率不易設定太高，太高時，異步電動機的轉子電流的頻率和幅度都相當大，轉子鐵損也就會很大，導致電動機發熱嚴重。特別是對于要求頻繁制動停車的生產機械，更不易將fDB設得太高，不然電動機將過熱嚴重。對于IDB的設定，實際上是對異步電動機定子電流的設定。制動電流IDB不同，則制動狀態下的轉矩特性亦不同。電動機fBD所對應

圖3 利用直流制動實現準確停車

圖4 運行前的直流制動停止

轉速到零所用的時間由旋轉系統的GD生產機械的靜阻力矩和變頻器的IDB等共同決定。如果這個時間大于變頻器內的最大允許設定tDB，則電動機可能進入自由停車的滑行狀態，在設定時應當注意這一點。

圖

3、圖4是直流制動應用的兩種情況的時序圖。直流制動時序圖因變頻器內部參數設置的不同會有所不同。其中IDB為制動電流；tDB為制動時間； fBD在圖3中指制動起始頻率；在圖4中指起動頻率。結束語

以上談到的制動都是電動機由變頻器系統控制的制動，均屬于電氣制動方式。如果變頻器參數調整得當，電動機經歷再生制動減速和直流制動最終停止，生產機械將準確地停止在預定位置上。當生產機械靜止并需要保持靜止的制動時，則應采用機械制動。作為靜止保持或者萬一變頻器等出現故障的一種補救措施，機械制動器是必不可少的。例如吊車提升機構，重物在空中靜止的工況常采用機械抱閘實現靜止保持。在變頻器控制系統中，一般是電氣制動先于機械抱閘制動，這樣機械抱閘幾乎僅在靜止中使用，則大大降低了機械抱閘帶來的沖擊和閘襯（閘皮）磨損。通過對電氣制動的合理設置應用，減少了機械維修量和維修費用，提高了機械使用壽命和設備安全性能。參考文獻

［1］通用變頻器及其應用（第二版）/韓安榮主編

北京：機械工業出版社 2000 ［2］VACON CX/CXL/CXS變頻器用戶手冊 注：文中附圖為CAD圖

第二篇：《變頻調速應用》課程教學大綱

《變頻調速應用》課程教學大綱

Variable Voltage and Variable Frequency Technology 課程編號：2000652

適用專業：電氣工程及其自動化

學 時 數：32 學 分 數：2

執 筆 者：湯鈺鵬 編寫日期：2002年5月

一、課程的性質和目的

課程性質：《變頻調速應用》是電氣工程及其自動化專業的專業選修課。

主要任務：通過對《變頻調速技術及應用》課程的學習，使學生對異步電動機變頻調速系統有一個系統的了解，對變頻調速方法的特點、重要性、應用領域有一個正確的認識，為在今后工作中解決實際問題打下良好的基礎。

二、課程教學內容:

第一章 交流調速系統概述（講授4學時）

了解交流調速傳動的發展過程及其應用領域、應用目的，了解異步電動機的基本調速方法、了解變頻器的基本分類。

重點：變頻調速方法及特點。

第二章 異步電動機的變頻調速（講授4學時）

了解異步電動機在非正弦電源供電情況下的運行特點，掌握異步電動機的變頻運行方式、運行特性（包括V/F運行方式、恒磁通運行方式和恒功運行方式）；掌握在非正弦電源供電情況下異步電動機的磁通、電流、轉矩分析方法及特點。

重點：異步電動機的變頻運行方式、運行特性。

第三章 變頻器的結構及工作原理（講授2學時）

了解變頻器的基本結構及工作原理，掌握逆變器的工作原理。重點：交直交電壓型逆變器的工作原理。

第四章 脈寬調制技術（講授8學時，實驗4學時）

了解脈寬調制方式的種類和脈寬調制技術的作用。

重點：正旋脈寬調制技術、磁通軌跡控制（電壓空間矢量控制）脈寬調制技術。第五章 變頻調速系統（講課2學時）

了解變頻調速系統的構成、控制對象和控制方式。

重點：異步電動機、變頻器和外圍設備的選擇。

第六章 通用變頻器的運行功能（講課2學時、實驗2學時）

了解通用變頻器的運行功能，掌握通用變頻器的參數設置方法。

重點：變頻器運行功能的選擇。

第七章 通用變頻器的應用（講課4學時）

了解通用變頻器的應用情況及其應用領域的相關技術，掌握通用變頻器的應用方法。

重點：通用變頻器的應用方法。

三、課程教學的基本要求

本課程的教學環節包括：課堂講授、課外作業、實驗和考試等。通過各個教學環節重點培養學生分析問題和解決問題的能力。

（一）課堂講授

以案例教學和實驗教學為主，教學中多提問題以引導學生思考，設置適當的課堂討論，以加深學生對知識的理解和提高學生對知識的應用能力。

（二）課外習題

第一章1題、第二章2題、第三章1題、第四章2題、第五章1題、第六章2題。

（三）實驗

開設6個學時的開放性實驗，讓學生了解電壓型變頻器的基本結構、熟悉輸入測、直流測、輸出測的電壓波形和電流波形，掌握改善電流波形的方法。熟悉通用變頻器的各項運行功能，掌握通用變頻器的參數設置方法。

（四）考試環節

考試形式分為筆試和實際操作考試兩部分，考試題型分為：簡答題、論述題等。

四、本課程與其它課程的聯系與分工

本課程的先修課為“電機學”、“電力電子技術”等。

五、建議教材與教學參考書

1．滿永奎編著，《通用變頻器及其應用》機械工業出版社

2．吳忠智編著，《變頻器應用手冊 》 機械工業出版社

第三篇：《變頻調速應用》課程教學大綱

《變頻調速應用》課程教學大綱

Variable Voltage and Variable Frequency Technology 課程編號：2000652

適用專業：電氣工程及其自動化

學 時 數：32 學 分 數：2

執 筆 者：湯鈺鵬 編寫日期：2002年5月

一、課程的性質和目的

課程性質：《變頻調速應用》是電氣工程及其自動化專業的專業選修課。

主要任務：通過對《變頻調速技術及應用》課程的學習，使學生對異步電動機變頻調速系統有一個系統的了解，對變頻調速方法的特點、重要性、應用領域有一個正確的認識，為在今后工作中解決實際問題打下良好的基礎。

二、課程教學內容:

第一章 交流調速系統概述（講授4學時）

了解交流調速傳動的發展過程及其應用領域、應用目的，了解異步電動機的基本調速方法、了解變頻器的基本分類。

重點：變頻調速方法及特點。

第二章 異步電動機的變頻調速（講授4學時）

了解異步電動機在非正弦電源供電情況下的運行特點，掌握異步電動機的變頻運行方式、運行特性（包括V/F運行方式、恒磁通運行方式和恒功運行方式）；掌握在非正弦電源供電情況下異步電動機的磁通、電流、轉矩分析方法及特點。

重點：異步電動機的變頻運行方式、運行特性。

第三章 變頻器的結構及工作原理（講授2學時）

了解變頻器的基本結構及工作原理，掌握逆變器的工作原理。重點：交直交電壓型逆變器的工作原理。

第四章 脈寬調制技術（講授8學時，實驗4學時）

了解脈寬調制方式的種類和脈寬調制技術的作用。

重點：正旋脈寬調制技術、磁通軌跡控制（電壓空間矢量控制）脈寬調制技術。第五章 變頻調速系統（講課2學時）

了解變頻調速系統的構成、控制對象和控制方式。

重點：異步電動機、變頻器和外圍設備的選擇。

第六章 通用變頻器的運行功能（講課2學時、實驗2學時）

了解通用變頻器的運行功能，掌握通用變頻器的參數設置方法。

重點：變頻器運行功能的選擇。

第七章 通用變頻器的應用（講課4學時）

了解通用變頻器的應用情況及其應用領域的相關技術，掌握通用變頻器的應用方法。

重點：通用變頻器的應用方法。

三、課程教學的基本要求

本課程的教學環節包括：課堂講授、課外作業、實驗和考試等。通過各個教學環節重點培養學生分析問題和解決問題的能力。

（一）課堂講授

以案例教學和實驗教學為主，教學中多提問題以引導學生思考，設置適當的課堂討論，以加深學生對知識的理解和提高學生對知識的應用能力。

（二）課外習題

第一章1題、第二章2題、第三章1題、第四章2題、第五章1題、第六章2題。

（三）實驗

開設6個學時的開放性實驗，讓學生了解電壓型變頻器的基本結構、熟悉輸入測、直流測、輸出測的電壓波形和電流波形，掌握改善電流波形的方法。熟悉通用變頻器的各項運行功能，掌握通用變頻器的參數設置方法。

（四）考試環節

考試形式分為筆試和實際操作考試兩部分，考試題型分為：簡答題、論述題等。

四、本課程與其它課程的聯系與分工

本課程的先修課為“電機學”、“電力電子技術”等。

五、建議教材與教學參考書

1．滿永奎編著，《通用變頻器及其應用》機械工業出版社 2．吳忠智編著，《變頻器應用手冊 》 機械工業出版社

1、變頻器的分類方式？(1)、按變換頻率方法分

a、交直交變頻器 先由整流器將電網中的交流電流整流成直流電，經過濾波，而后由逆變器再將直流逆變成交流供給負載； b、交交變頻器 只用一個變換環節就可以把恒壓恒頻的交流電源變換成變壓變頻電源，因此又稱直接變頻裝置

(2)、按主電路工作方法分

a、電壓型變頻器 當中間直流環節采用大電容濾波時，稱為電壓型變頻器b、電流型變頻器 采用高阻抗電感濾波時成為電流型變頻器

(3)、按變頻器調壓方法分

PAM變頻器： 逆變器負責調節輸出頻率，通過改變直流環節的電壓或電流來改變輸出電壓或電流；PWM變頻器： PWM方式是在變頻器輸出波形的一個周期產生多個脈沖波，其等值電壓為正弦波，波形較平滑

(4)、按控制方式分

a、U/F控制變頻器 采用普通的VVVF控制方式實現； b、SF控制變頻器 采用轉差頻率控制方式實現；c、VC控制變頻器 采用矢量控制方式實現

2、一般的通用變頻器包含哪幾種電路？

整流電路、中間直流電路、逆變電路、制動電路、控制電路

3、四種調速方式？

（1）變頻調速（2）變轉差調速（3）串級調速（4）變極調

4、變頻器調速系統的調試方法有哪些？

空載實驗、帶負載測試、全速停機試驗、正常運行試驗

5、變頻器過流跳閘和過載跳閘的區別是什么？

過流主要用于保護變頻器，而過載主要用于保護電動機。因為變頻器的容量有時需要比電動機的容量加大一擋或兩擋，這種情況下，電動機過載時，變頻器不一定過流。過載保護由變頻器內部的電子過熱保護功能進行，在預置電子過熱保護功能時，應該準確地預置“電流取用比”即電動機額定電流和變頻器額定電流之比的百分數、

第四篇：基于PLC的變頻調速恒壓供水系統的應用

基于PLC的變頻調速恒壓供水系統的應用

張雷雷

南山紡織服飾有限公司

摘要：隨著社會主義市場的經濟發展，人們對供水質量和供水系統可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術·控制技術以及通訊技術，設計高性能·高節能·能適應不同領域的恒壓供水系統成為必然的趨勢。

本論文采用變頻器和PLC實現恒壓供水和數據傳輸。本論文的變頻恒壓供水系統以再國內許多實際的供水控制系統中得到應用，并取得穩定可靠的運行效果和良好的節能效果。經實踐證明該系統具有高度的可靠性和實時行，極大地提高了供水的質量，并且節省了人力，具有明顯的經濟效益和社會效益。

關鍵字：恒壓供水：變頻調速：PLC：泵切換

隨著電力技術的發展，以變頻調速為核心的智能供水系統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，啟動平穩，啟動電流可限制在額定電流以內，從而避免了啟動時對電網的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，從而可以延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除啟動和挺及時的水錘效應。其穩定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將供水實現節水、節電、節省人力，最終達到高效率的運行目的。

PLC變頻恒壓供水系統是以PLC為控制核心，由PLC控制器、變頻調速器、壓力傳感器等其他電控設備以及4臺水泵組成，如圖1.1所示

圖1.1 變頻調速恒壓供水控制系統的原理圖

其工作過程：設定一個水壓值后，根據變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網上的壓力傳感器，連續采集供水管網中的水壓及水壓變化率信號，并將水壓信號轉換為電信號送入PLC，PLC根據實際水壓值與設定水壓值進行比較和經PID運算，并將運算結果轉換為電信號，輸出送到變頻器的信號給定端，變頻器根據給定信號，調節水泵的電源頻率，從而調整水泵的轉速，以維持供水管網中水壓值在設定的水壓范圍內。當變頻器頻率到達最或大最小時，由PLC控制加泵或減泵實現恒壓供水，從而達到恒壓供水的目的。我公司在2009年11月份正式啟用了該系統，并從中受益。本文介紹基于PLC變頻調速恒壓供水的設計

我公司水處理車間擔負了南山紡織服飾有限公司下屬單位和附屬單位的工業及生活消防用水的任務。包括4臺22KW的工業用水水泵和2臺11KW的應急不壓水泵。1.控制要求

1）.水泵能自動變頻軟啟動，四臺水泵自動變頻軟啟動，并根據用水量的大小自動調節水泵的臺數。四臺水泵自動輪換變頻運行，工作泵故障時備用泵自動投入，可轉換自動或人工手動開·停機。2）.設備具有缺相、欠壓、過壓、短路、過載等多種電氣保護功能，具有相許保護防止水泵反轉抽空，并具有缺水保護及水位恢復開機功能。且有設備工作、停機、報警指示。2.PLC及變頻器控制電路 2.1）.供水系統主電路

該系統有四臺水泵，如圖2.1所示，合上空氣開關（QS）后，當交流接觸器KM1、KM3、KM5、KM7主觸點閉合時，水泵為工頻運行；當KM2、KM4、KM6、KM8主觸點閉合時，水泵為變頻運行。四個熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4分別對四臺電動機進行保護，避免電動機在過載時可能產生的過熱損壞。

圖2.1恒壓供水的主電路

2.2）.供水系統的控制電路

如圖2.2所示，Y0、Y7為PLC輸出軟繼電器觸點，其中Y0、Y2、Y4、Y6控制變頻運行電路；Y1、Y3、Y5、Y7控制工頻電路。SAC為轉換開關，實現手動、自動控制切換。當SAC切在手動位時，通過1#SB24#SB2按鈕分別啟動四臺水泵工頻運行；當SAC在自動位時，由PLC控制水泵進行變頻或工頻狀態的啟動、切換、停止運行。

圖2.2恒壓供水系統的控制電路

1KA為缺水保護電路的中間繼電器觸點，當水池缺水或水位不足時，配合缺水保護裝置斷開控制電路，切斷主電路，實現缺水保護作用。2.3）.缺水保護電路

當水池缺水或水位不足時，若不及時切斷電源就會損壞水泵，甚至發生事故。如圖2.3所示。利用液位繼電器等裝置時刻檢測水池里的水位，經電路轉換及處理后對控制回路電源進行控制。水池水位正常時，控制回路電源接通，系統正常工作。水池缺水或水位不足時，液位繼電器1K釋放，系統報警、指示燈亮并通過1KA切斷系統控制電路和主電路，水泵停止。水位正常后，液位繼電器1K吸合，重新啟動系統。

圖2.3缺水保護電路 2.4）.缺相相序保護電路

圖2.4缺相相序保護電路

水泵工作在三相交流電，電源發生缺相時，電動機中某一相無電流，而另外兩相電流會增大，容易燒壞電動機；另外，為了避免電源相序相反，電動機反轉水泵抽空的現象，設置了缺相相序保護電路，如圖2.4所示。采用缺相相序保護電路繼電器KP接在主電路電源進線空氣開關之后，三項正常時，KP得電吸合，控制電路中KP的1-2觸點吸合，接通PLC控制電路。反之，缺相或反相時，KP的1-2觸點斷開，會切斷PLC控制電路，系統停止工作，缺相相序保護指示燈亮。

2.5）.硬件接線圖

圖2.5 硬件原理圖

該系統的硬件連接圖即PLC和系統的各個硬件的接線。由于PLC所輸出的信號是數字信號，不能被變頻器所識別，所以我們在他們之間加了個模擬量輸入輸出模塊FXON-3A。其功能：該模塊具有2路模擬量輸入（0-10V直流或4-20mA直流）通道和1路模擬量輸出通道。其輸入通道數字分辨率為8位，A/D的轉換時間為100us,在模擬與數字信號之間采用光電隔離，占用8個I/O點。2.6）.變頻器頻率（速度）的設定及PID 1.最高頻率：水泵屬于平方率負載，當轉速超過額定轉速時，轉速將按平方規律增加，導致電動機嚴重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等，即Fmax=Fn=50HZ。

2.上限頻率：一般來說，上限頻率以等于額定頻率為宜。但有時也可以預置得略低一些，變頻器內部有轉差補償功能，同在50HZ的情況下，水泵在變頻運行時的實際轉速要高于工頻運行時的轉速，從而增大了水泵和電機的負載；變頻調速系統在50HZ下運行時，還不如直接在工頻下運行，可以減少變頻器本身的損失。因此，將上限頻率預置為49HZ或49.5HZ是適宜的。

3.下限頻率：在供水系統中，轉速降低，會出現水泵的全揚程小于實際揚程，形成水泵“空轉”的現象。所以，下限頻率預置為25-30HZ 4.啟動頻率:水泵在啟動時，如果從0HZ開始啟動，水泵基本沒有壓力輸出，為調節時間，應預置啟動頻率值為15-20HZ，及設置變頻器PID輸出值的下限為最大值的30%-40%。

變頻器利用PID控制器將被控對象的傳感等檢測到控制量（反饋信號），將其與目標值（流量、壓力等設定值）進行比較，再有PLC控制變頻器輸出。如圖2.60若有偏差，則通過此功能的控制動作是偏差為零，也就是是反饋量與目標值保持一致，從而達到好好的調速作用。

圖2.6 PID控制器接線圖 2.7 PLC在系統中的控制

根據變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網上的壓力傳感器，連續采集供水管網中的水壓及水壓變化率信號，并將水壓信號轉換為電信號送入PLC，PLC根據實際水壓值與設定水壓值進行比較和經PID運算，并將運算結果轉換為電信號，輸出送到變頻器的信號給定端，變頻器根據給定信號，調節水泵的電源頻率，從而調整水泵的轉速，以維持供水管網中水壓值在設定的水壓范圍內。當變頻器頻率到達最或大最小時，由PLC控制加泵或減泵實現恒壓供水，PLC在系統中起主導作用是控制交流接觸器組近進行工頻-交頻的切換和水泵工作數量的調整。如圖2.7

系統運行之后，在自動運行方式下開始啟動運行時，首先檢測水池水位，若水池水位符合設定水位要求，1#變頻交流接觸器吸合，電機與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0HZ開始上升，此時壓力傳感器檢測壓力信號反饋到PLC，由PLC經PID運算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50HZ,延時一定時間后，將1#水泵切換為工頻，2#水泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達到設定壓力，以此類推增加水泵。

如用水量減少，出水壓力超過設定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設定值，而出水壓力仍高于設定壓力值時，PLC開始計時，若在一定時間內，出水壓力降低到設定壓力，PLC放棄計時，繼續變頻調速運行；若子一定時間，內壓力仍高于設定值，根據先停機的原則，PLC將停止正在運行的水泵中運行時間最長的工頻泵，直至出水壓力達到設定值。若系統中只有一臺水泵變頻運行且連續一段時間頻率低于設定出水頻率，則切除變頻運行主泵，投入小流量泵，既保護主泵電動機，又節約能源。當外來管網壓力達到設定壓力時，則控制其完全停止各泵的工作。

在變頻器發生故障時也要不間斷供水。當變頻器發生故障時蜂鳴器報警，則PLC發出指令使全部水泵停止工作，然后1#水泵工頻運行，經一定演示后根據壓力變化情況在使2#泵工頻運行。此時，PLC切換泵則根據實際水壓的變化在工頻泵之間切換。當出現水池無水停機、電動機欠壓、過壓、錯相、電機故障等情況時，均能有蜂鳴器發出報警聲。3.結束語

由于變頻恒壓供水系統的應用，它取代了傳統的水塔、高位水箱或氣壓罐，不但大大的提高和改善了廠區工業及生活消防供水系統的性能，而且節能環保，具有良好的經濟和技術效益。我公司自2009年11月投入使用以來，未出現過大的技術問題，保障了了公司下屬和附屬單位的正常可靠的工業用水，為企業的發展提供了強有力的保障。

參考文獻：

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第五篇：變頻調速在天車的應用分析

PLC－變頻器在橋式起重機中的應用分析

引言

隨著電力電子技術的發展，PLC、變頻器等自動化產品在電力拖動領域得到了廣泛應用。起重機械采用PLC-變頻器調速逐漸得到推廣和普及，PLC程序控制取代傳統的繼電-接觸器控制逐漸成為起重機械電氣控制的主流；用變頻電動機或異步電動機取代繞線電機，再配合先進的現場總線技術和人機界面系統，提高了設備控制精度和穩定性，降低了故障率，且節能效果顯著，易于檢修維護，成為提高企業生產效率的好途徑。

１ 起重機械的組成及負載特點

起重機械最基本的工作機構有以下四種：即起升機構、小車機構、大車機構。起升機構是主要功能機構，其正反轉工作變換比較頻繁，每次的起吊重量差別比較大，且具有恒轉矩負載的特點。起重機械的起升機構由電動機、減速器、卷筒等部分組成，其作用可將原動機的旋轉運動轉變為吊鉤的垂直升降運動，實現吊具垂直升降的目的功能不可缺少的部分。

由于重物在空中具有位能，重物上升時，是電動機克服各種阻力(包括重物的重力、摩擦阻力等)而做功，屬于阻力負載；重物下降時，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力(位能)，因此，當重物的重力大于傳動機構的摩擦阻力時，電動機成為了能量的接受者，故屬于動力負載。但當重物的重力小于傳動機構的摩擦阻力時，重物仍須由電動機拖動下降，仍屬于阻力負載。

為使重物在空中停止在某一位置，在起升機構中還必須設置制動器和停止器等控制部件。為了適應不同吊重對作業速度的不同要求，起升速度應能調節，并具有良好的微動控制性能。微動速度一般在0.25～0.4m/min范圍。

通過對起升機構分析不難發現，其工作中的主要有三種轉矩：

(1)電動機的轉矩TM，即由電動機產生的轉矩是主動轉矩，其方向可正可負;

(2)重力轉矩TG，即由重物及吊鉤等作用于卷筒的轉矩，其大小等于重物及吊鉤等的復合重量G與卷筒半徑r的乘積：

TG=G·r(1)

TG的方向永遠是向下的。

(3)摩擦轉矩T0，即由于減速機構的傳動比較大，減速機構的摩擦轉矩(包括其他損失轉矩)不可忽視。摩擦轉矩的特點是，其方向永遠與運動方向相反。

２ 變頻調速的基本原理與電動機的機械特性 2.1 變頻調速的基本原理

一般三相異步電動機調速方法有：(1)改變磁極對數p來改變電機轉速，所得到的轉速只能是3000、1500、1000…，為有級調速；(2)改變轉差率s調速，常用的方法是改變定子電壓調速和滑差電機調速，該方法轉子損耗較大，效率低；(3)改變定子電源頻率f1，其調速屬于改變同步轉速n1調速，由于沒有人為的改變s，轉子中不產生附加的轉差功率損耗，所以效率高。其是一種較為理想的調速方法，但變頻調速需要較復雜的控制電路組成。

三相異步電動機同步轉速為（2）

式中，p——磁極對數；

f1——定子電流頻率，即電源的頻率，f1=50Hz；

s——轉差率，即同步轉速與轉子轉速二者之差與同步轉速的比值。

由于交流電的頻率，T為交流電的周期。變頻調速就是改變逆變器輸出交流電壓的周期，就可以改變交流

電壓的頻率f。所謂改變周期，實際上是在控制電路上采用晶閘管，通過改變晶閘管的導通時間，實現交流電周期的改變。導通時間越短，輸出交流電壓周期越短，頻率越高。即從控制上，用改變晶閘管門極驅動信號的頻率控制逆變器輸出電壓的頻率f1，從而實現電動機工作速度的調節。2.2 電動機變頻調速的機械特性

起重機械各部分的拖動系統，一般都需要調速，在變頻調速問世之前，已經發明了多種調速方法，獲得了廣泛的應用。例如：增大或改變轉子回路內電阻的調速、電磁調速電動機等等。比較常見的是采用繞線轉子異步電動機，調速方法是通過滑環和電刷在轉子回路內串入若干段電阻，由接觸器來控制接入電阻的多少，從而控制了轉速。

n = n0-k(Ra + Ri)T（3）式中，n——電動機的輸出轉速；

n0 ——電動機理想空載轉速；

k——比例系數；

Ra——電樞電阻；

Ri——回路內串電阻；

T ——電樞電流切割磁力線所產生的電磁轉矩。

從圖2不難發現，由于回路內串電阻的存在，其電動機的機械特性變軟，輸出速度降低；而機械特性越軟，電動機的負載能力越差。

電動機采用變頻調速，一方面可以實現節能，另一方面可以保持較硬的機械特性，負載能力較好。下面就起升過程中的電動機工作狀態說明變頻調速對機械特性的影響情況。

(1)重物起吊上升時，其旋轉方向與電樞電流產生的轉矩方向相同，即電動機受正向轉矩作用，其機械特性在第1象限，如圖3中之曲線①和所示，工作點為A點，轉速為n1；

當通過降低頻率而減速時，在頻率剛下降的瞬間，機械特性已經切換至曲線②了，工作點由A點跳變至A’點，進入第二象限，其轉矩變為反方向的制動轉矩，使轉速短時下降，并重新進入第一象限，至B點時，又處于穩定運行狀態，B點便是頻率降低后的新的工作點，這時，轉速已降為n2。

(2)空鉤(包括輕載)下降時，吊鉤自身是不能下降的，必須由電動機反向運行來實現。此時電動機的轉矩和轉速都是負的，故機械特性曲線在第三象限，如圖4中之曲線③，工作點為C點，轉速為n3；

當通過降低頻率而減速時，在頻率剛下降的瞬間，機械特性已經切換至曲線④、工作點由C點跳變至C’點，進入第四象限，其轉矩變為正方向，以阻止吊鉤下降，所以也是制動轉矩，使下降的速度減慢，并重新進入第三象限，至D點時，又處于穩定運行狀態，D點便是頻率降低后的新的工作點，這時，轉速為n4。

(3)重載下降時，重物將因自身的重力而下降，電動機的旋轉方向是反轉(下降)的，但其轉矩的方向卻與旋轉方向相反，是正方向的，其機械特性如圖5的曲線⑤所示，工作點為E點，轉速為n5。這時，電動機的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不斷加速、達到使重物勻速下降的目的。在這種情況下，摩擦轉矩將阻礙重物下降，故重物在下降時構成的負載轉矩比上升時小。

２.３ 電動機變頻調速與原拖動系統調速的機械特性比較

(1)重物上升時，兩種調速方式其機械特性都在第一象限，如圖6所示，曲線①表示變頻調速時的機械特性，轉速為nl。曲線②表示通過轉子電路串入電阻來實現調速時的機械特性，即電壓調速。從兩條曲線可以看出，工作點由A點對應A’點，電動機的轉矩大為減小，拖動系統因帶不動負載而減速，直至到達B點時，電動機的轉矩重新和負載轉矩平衡，工作點轉移至B點，轉速為降n2，負載能力相對于變頻調速變化明顯。

(2)輕載下降時兩種調速方式其工作特點與重物上升時相同，只是轉矩和轉速都是負的，機械特性在第三象限，如圖6的曲線③和曲線④所示。

(3)重載下降時，原拖動系統的電動機從接法上說，是正方向的，產生的轉矩也是正的。但由于在轉子電路中串入了大量電阻，使機械特性傾斜至如曲線⑤所示。這時，電動機產生的正轉矩比重力產生的轉矩小，非但不能帶動重物上升，反而由于重物的拖動，電動機的實際旋轉方向是負的，其工作點在機械特性向第四象限的延伸線上，如圖中E點所示，這時，轉速為n5。這種工作狀態的特點是：電動機的轉矩是正的、卻被重物“倒拉”著反轉。解決這種現象的途徑只能是選擇較大的功率，這無形便增加了設備成本。

與變頻調速方式（如圖5所示）相比較，在重載下降時，兩種調速方法的工作點都在第四象限，但電動機的工作狀態是不同的。

３ 采用變頻調速需要注意的問題

(1)重物起吊時起動轉矩Ts較大，通常在額定轉矩 TN的150％以上。考慮到在實際工作中可能發生的電源電壓下降以及短時過載等因素，一般情況下，起動轉矩 Ts應按照額定轉矩TN的150％～180％來進行選擇：

Ts =(150% ~ 180 %)TN(4)

(2)起升機構工作過程中，在重物剛離開泊位上升的瞬間以及在重物剛到達新泊位下降的瞬間，負載轉矩的變化是十分激烈的，應引起注意。

(3)起升裝置在調整纜繩松弛度時，以及移動裝置在進行定位控制時，都需要點動運行，應充分注意點動時的工作特性。

(4)在重物開始升降或停止時，要求制動器和電動機的動作之間，必須緊密配合。由于制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要一定的時間(約6s)，而電動機轉矩的產生或消失是在通電或斷電瞬間就立刻反映的。因此，兩者在動作的配合上極易出現問題。如電動機已經通電，而制動器尚未松開，將導致電動機的嚴重過載；反之，如電動機已經斷電，而制動器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現溜鉤現象。起重機械變頻調速采取的措施

4.1 選擇合適的變頻器容量

在起重機械中，因為升、降速時的電流較大，應求出對應于最大起動轉矩和升降速轉矩的電動機電流。

通常，起重機械用變頻器容量按以下步驟求出：

(1)恒定負荷上升時的電動機容量PMN（kW）（5）

式中，GN——額定重量(kg)，具體計算時，應考慮須有125％的過載能力；

v——額定線速度(m/min)：

η——機械效率。

(2)變頻器容量

變頻器的額定電流可由下式求出：

變頻器額定電流>電動機額定電流×(6)式中，k1——所需最大轉矩÷電動機額定轉矩；

k2——1.5(變頻器的過載能力)；

k3——1.1(余量)。4.2 溜鉤的預防措施

起升機構中，由于重物具有重力的原因，如沒有專門的制動裝置，重物在空中是停不住的。為此，電動機軸上必須加裝制動器，常用的有電磁鐵制動器和液壓電磁制動器等。多數制動器都采用常閉式的，即：線圈斷電時制動器依靠彈簧的力量將軸抱住，線圈通電時松開。

為了有效地防止溜鉤，某些新型變頻器設置了一些獨特的制動功能，如：

(1)零速全轉矩功能變頻器可以在速度為0的狀態下，電動機的轉矩也能達到額定轉矩的150％。這就保證了吊鉤由升、降速狀態降為零速時，電動機能夠使重物在空中暫時停住，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。

(2)直流強勵磁功能變頻器可以在起動之前和停止時，自動進行強直流勵磁。使電動機有足夠大的轉矩(可達額定轉矩的200％)，維持重物在空中的停住狀態，以保證電磁制動器在釋放和抱住過程中不會溜鉤。

4.3 變頻調速系統的控制

起重機械拖動系統的控制動作包括：吊鉤的升降及速度檔次、變幅功能等，都可以通過可編程序控制器(PLC)進行無觸點控制。

５ 結 語

異步電動機變頻調速的電源是一種能調壓的變頻裝置，應用時常采用由晶閘管元件或自關斷的功率晶體管器件組成的變頻器。除起重機械外，變頻調速已經在許多領域內獲得廣泛應用。可以預見，隨著生產技術水平的不斷提高，變頻調速必將獲得更大的發展。

參考文獻

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