变频控制技术在风机电控系统中的应用设计方案
第一章绪论
1.1选题的目的和意义
变频调速技术是基于变频控制器的交流调速系统。该调速系统可显著减小供电系统的容量，可避免电机启动时对电网的冲击。这种调速系统还具有调速性能好、调速比宽、响应速度快、控制精度高、应用范围广、性价比高、震动小、噪声低、操作简单、可靠性高、自动化程度好、成套设备体积小等诸多优点。经过二十余年的发展，
伴随着电力电子技术和微电子技术的进步和大功率变频器件的技术成熟，以变频器的交流调速技术已相当成熟，引起了调速和节能领域内的一场革命，正在以其卓越的性能和高效节能的经济性毫无争议地替代传统的调速方式，发达国家已经在钢铁、冶金、油田、发电、化工、纺织、造纸、轻工、供水、
风机、船舶、港口、起重、食品、包装、矿山等行业得到广泛的应用。由于变频 |
1.2.1变频技术的发展
信息技术的发展带动了变频技术的发展，变频调速因具有调速精度高、启动能耗低，占地少、工艺先进、功能丰富、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等特点，被认为是最理想的调速方案，代表电气传动的发展方向。
为应对来自不同应用领域的挑战，变频器也在不断更新换代，产品越来越多样化。总的来说，新一代的变频器应具有以下特点：一是全数字化、功能齐全，能够补偿负载变化，非凡是分布式的具有通信、联网功能并具有可编程功能。二是简单或行业专用的变频器以及实现了机电一体化、小型化。三是网络化和系统化，通过网络连接减少生产成本，通过现场总线模块，将不同型号的变频器以同一种编程语言和通信协议进行组态。
1.2.2 国内变频器现状 | |
目前国内市场上的变频器厂家有300 多家。由于我国变频器配套产业的实力 | |
定差距。目前，外资品牌在国内变频器市场的占有率约为7成，本土变频器企业主要生产V/F控制产品，对于性能优越、技术含量高的矢量变频器，国内绝大多
数企业开发的产品还不够成熟。
因此，中国的变频器市场依旧以价格导向为主，但随着本土品牌的兴起，内资变频器企业的市场份额正逐步扩大，非凡是近几年出现加速替代外资品牌的趋势。虽然尚未具备和国际顶级品牌展开全面竞争的实力，但在部分细分产品和市场上显示出一定的竞争优势，市场份额逐步扩大。
从整体看，目前我国变频器行业的竞争日趋激烈。由于市场极具吸引力，不但市场已形成一定规模，而且潜在容量也十分可观，不断吸断和载流能力方面有了新的进展；且每次通电或断电时的瞬变电流和瞬变电压可通过门电路进行控制。
ABB公司在发展IGCT技术方面，主要是在快速、均衡换流和内在低损耗等方面取得很大进展。最近又有新半导体开关器件推出，如IPM（IntelligentPowerModule）、IEGT（InjectionEnhancedGate Transistor）、碳化硅SiC等，但目前只有小功率。随着半导体及微电子技术的发展，将开发出性能更
好的半导体开关器件，并用于变频器中。
1.3变频器的应用
交流变频传动装置现已在我国各行业广泛应用，特别在石化、冶金、汽车、造纸、热电、食品、纺织、包装等工业。最大交流变频传动用于钢铁企业5000 kW 控制精确度要求高的轧机上，最小用在家用空调的风机上，几乎包括各个领域。它主要应用在以下几方面：
1.3.1 节能调速 | |
2 500 KW 的就有4 台。如交流传动不调速，风量和水的流量，靠档板和阀门来 | |
调节，相当于增加管道的阻力，使大量电能消耗在档板和阀门上，负载下降又使驱动电动机的功率因数降低。由于风机和水泵属于平方率负载，如换成交流调速系统，把消耗在档板和阀门上的能量节省下来，节能效果是很可观的，据统计平均节能在20%左右。目前在城市供水、供热系统的离心泵、循环泵、风机已普遍使用变频器调速，在煤矿、化工、食品、冶金、有色、建材行业中的泵类和风机也开始大量使用变频器，并取得较好的节能效果。由于控制要求不高，只要选型正确，各类变频器都可用于泵类和风机中。如大功率高压泵类和风机负载可采用低压半导体器件组成功率单元串联的大功率高压变频器，当然也可使用大功率器件组成的高压变频器，但价格较贵。大的水厂如大连、福州、东莞水厂，大的热电厂如吉林热电厂、首钢热电厂等采用了大功率高压变频器；广州珠江水泥厂、都江堰水泥厂等几乎所有风机都采用了大功率高压变频器。
1.3.2 特大容量和极高转速的交流调速
特大容量和极高转速的传动装置，当极限容量与转速的乘积超过约106kW·r/min这一数值时，由于直流电动机换向器的换向能力，限制了其容量和转速，交流电动机则不受限制。因此特大容量的传动如钢板轧机、矿井主皮带机、卷扬机等，以采用交流变频调速为宜。对此类传动装置控制要求很高。西门子SIMOVERTMV 用在安阳钢铁公司和酒泉钢铁公司特大容量的轧机上，传动装
置功率为5000 kW 和3500 kW；用在山西晋城煤矿矿井卷扬机传动装置的功率
为900kW；用在平朔安家岭井工矿1号井、2号井主皮带机的功率分别为3X1080
kW和3X850kW；燕山石化高压聚乙烯挤压机功率为3000 kW。对极高转速的传
动装置如在化工和食品行业的离心机，高速搅拌机和高速磨头也应采用交流调速
装置。这种传动装置容量不大，但动态性能要求高，在运行时要防止超速。
1.3.3交流调速装置应用时注意事项
（1）交流变频调速传动装置对电网会产生谐波干扰，应按中国谐波标准
GB/T14549-93加谐波滤波器或电抗器，使其对电网干扰最小。
（2）为使变频调速器受外界干扰影响最小,在布线时控制电缆，电源电缆与电动
机的连接电缆走线须相互隔离，不能放在同一电缆线槽中或电缆架上；输入和输
出信号回路须用屏蔽对绞线，接到电动机主回路连接电缆应屏蔽或铠装，屏蔽层
接地；用短而粗的节电接地线按规定正确连接保护接地和系统接地，最后连接到
公共的星形接地网络；根据需要还可考虑加隔离变压器和进线电抗器，使其受干
扰影响最小。
（3）在低速运行时，须防止轴系的震荡；在高速运行时，须防止超速。
1.4本课题主要研究的内容
机虽然为小型风机，但是风机转速较高，为低压电气控制系统，对启动及运行要求较高，要求电气控制回路可实现风机的变频启动、变频运行、变频切工频运行 |
第二章 变频调速的基本概念及其作用原理
2.1 变频器的概念及组成 2.1.1 变频器的概念 | |
frequencychanger / frequency converter 是一种用来改变交流电频率
的电气设备。此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。过去，变频器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频器。
2.1.2变频器的组成
1、主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波，吸收在变是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
（1）整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
（2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
（3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交
流功率，以所确定的时间使6 个开关器件导通、关断就可以得到3 相交流输出。 |
上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
图2.1变频器的基本构成
2.2变频调速传动的特点
采用变频器对机械设备进行转速控制，变频调速传动的特点是可以使标准电动机调速，可以连续调速，电动机启动电流小，最高速度不受电源影响，电动机可以高速化、小型化、防爆容易，低速时定转矩输出，可以调节加减速的大小，可以使用笼型电动机不需要维护电动机。
2.3变频器的工作原理
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 |
既可以改变电压，又可以改变频率。
变频器电路方式有交-交变频和交-直-交变频两种电路。基本工作原理为整流器将交流变为直流，平滑波电路将直流电平滑，逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电，变频器的基本构成如图1所示。
1. 交-交变频器是指无直流中间环节,直接将电网频率(fi)的电压变换为频率(f)。比电网频率低而可变的输出电压的变换器。
2. 交-直-交变频器的工作原理。目前应用最广泛的是交-直-交变频器。其工作原理是先将三相或单相不可调工频电源经过整流桥整流成直流电，再经过逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的交流电，以实现无极调速。交-直-交变频器的主电路有电压型变频和电流型变频。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器
；电流型是指将电流源的直流变换为交流的变频方式。控制方式也分为电压控制和电流控制两种。这两种方式不管主电路方式是电压型还是电流型都可以适用。
2.4 变频器调速原理 我们知道，交流电动机的同步转速表达式为： | |
n＝60f(1－s)/p (式2.1)
式中n———异步电动机的转速；
f———异步电动机的频率；
s———电动机转差率；
p———电动机极对数。
由(式2.1)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 高性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、能的调速手段。
3.1变频器选型的依据
1、采用变频的目的：变频调速等。
2、变频器的负载类型：如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3、变频器与负载的匹配问题：
（1）电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
（2）电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
（3）转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4、在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。 |
频器的输出端安装输出电抗器。
6、对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变
频器容量要放大一挡。
风机在某一转速下运行时，其阻转矩一般不会发生变化，只要转速不超过额定值，电机也不会过载。一般变频器在出厂标注有一定的安全系数，所以选择变频器容量与所驱动的电机容量相同即可，若考虑更大的余量，也可以选择比电机、容量大一个级别的变频器，但价格要高出不少。
3.2本次课题所选的变频器及其参数
本次课题选择施耐德ATV71HC25N4变频器来实现小型风机的变频启动及运行。由于具有不同的电机控制类型以及大量的内置功能，Altivar71系列变频器能够满足最严格的要求，适宜作为要求最高的变频器：
1.极低速度时的转矩与速度的精确性，磁通矢量控制(带或不带传感器)的高动态性能
2.扩大的频率范围，适合高速电机驱动
3.提供电压/频率比控制方式，适用于驱动专用电机和变频器进行并联连接4.开环模式下同步电机控制方式，能提高静态速度精度并省电
5.ENA功能使不平衡机器运行平稳
Altivar 71变频器的功能性使得其性能得到提高，并加大了机器在多个应用领域交叉使用的适应性。并针对工业恒转矩应用而推出的一款高性能变频器，主要替代ATV38以及ATV58和ATV68的恒转矩应用场合;
其功率等级：0.37KW ~ 1400kW； |
制动转矩：
30 % 电机额定转矩，无制动电阻(典型值)
通过动态制动功能可以提高
带制动电阻:
可达150%Tn 与规格有关
这个功能用电机的转矩控制来代替电机的速度控制。
在电流矢量控制模式下，转矩控制在开环和闭环模式下都有效。(SVCIor FVC) .
开环精度为15%的额定转矩，闭环精度为5%的额定转矩
调节范围为+/-300%的Cn
变频器典型应用
低压电源 | L1 L2 L3 | 制动电阻 | T1 T2 T3 |
断路器
接触器
电机电抗器
线路电抗器
图3.1变频器的典型应用
Altivar 71 符合最严格的电气工业控制设备国际标准与建议(IEC，EN),特 |
瞬时过电压 | 电机额定转矩的170%（典型值为10%），持续60s。 电机额定转矩的220%（典型值为10%），持续2s | ||
制动转矩 | 额定转矩的30%，没有制动电阻器（典型值) | ||
最大瞬时电流 | 变频器额定电流的150%，持续60 s(典型值) | ||
电机控制类型 | 带有传感器的磁通矢量控制(Fvc}(电流矢量) | ||
| 短路与过载保护： | ||
www.ta | odocs.co如果超过制动能力，自动适应减速斜坡时间，此功能可被禁止(使用制动电阻器) | ||
制动停止 | 通过直流注入: | ||
主变频保护与安全保护 | 热保护:1.防止过热；2.功率级保护保护: |
| 2.输入缺相，使用3 相电源时 |
3.4变频器运行特性
3.4.1转矩特性(典型曲线)
下面的曲线定义了强制冷却型电机与自冷却型电机可用的连续转矩与瞬时过转矩。唯一的区别在于电机在小于一半额定速度时提供连续大转矩的能力。
3.4.2开环应用
1.自冷却型电机:连续有用转矩（1）
2.强制冷却型电机:连续有用转矩
3.过转矩，最大可持续60s
4.瞬时过转矩，最大可持续2s
5.恒定功率下超速时的转矩((2)
Altivar71 可在零速时连续提供额定转矩。
图3.2开环应用
3.4.3闭环应用
1.自冷却n}电机:连续有用转矩犷刀 2.强制冷却型电机:连续有用转矩 3.过转矩，最大可持续60s | |
5.恒定功率下超速时的转矩((2)
Altivar71 可在零速时连续提供额定转矩。
图3.3闭环应用
3.4.4 电机热保护 |
3.5变频器附件选型
3.5.1电机电抗器
变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频
电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。如果处理不好电磁干扰，往往会使整
个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。电抗器作用就是防止变频器产生的
高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，电机电缆长
度超过一定值时，建议在变频器与电机之间插入一个电机电抗器。此最大长度决
定于变频器的额定值以及电机电缆的类型。电抗器可以用于:
1.将dv/dtISP 制到500V/Ns
2.将电机端子上的过电压限制到:
. 1000 V 至400 V、(rms 值) | |
需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；因此根据ATV71 选型表， | |
本次选择VW3A5107.
图3.4电机电抗器
3.5.2变频器远程显示终端
此显示终端安装在变频器的前面。如果提供不带图形显示终端的变频器，则本终端将遮盖变频器集成的7段显示终端。
它可以:
1.与适当的附件组合(见下面)远程使用
2.使用多点连接兀件连接至几台变频器
用途:
1.控制、调节与设置变频器
2.显示当前值(电机，输入/输出值等)
3.保存和下载设置;叮保存4个设置文件。
终端的最高工作温度为60̊C，具有IP54 级保护。
图4.1远程图形显示终端
说明：
1. 图形显示:
一8行，240x 160 像素
一显示字符较大，可从5m远的地方看到
一支持柱状图显示
2. 可分配的功能键F1, F2, F8, F4: |
|
4."RUN":本机控制电机运行
5. 导航按钮:
一按下:保存当前值(ENT)
一旋转士:增大或减小当前值，转到下一行或下一行。
6."FWD/REV":使电机的旋转方向反向
7. "ESC":放弃当前值、参数或菜单，返回先前的选择。
图形显示终端附件
可用的附件有:
一个远程安装工具包，用于在具有IP54 级保护的机柜门下安装图形显示终端。
包括:
1.所有的机械零件
2.一些螺钉与螺栓
3.一个透明的门，用于安装到远程机构I以获得IP65 级保护
4.一根带有两个RJ45连接器的电缆，用于将图形显示终端连接至Altivar71变频器(可用长度有1、3, 5 或10m)
5.一个RJ45母/母适配器，用于连接VW3A1101 图形显示终端与VW3A1 104 R
远程电缆。
第四章 电气组件的选择
4.1 本次课题所选电气组件
电压：380V/50Hz 额定转速：2980r/min 接法：△
安装型式:B3 工作制: S1 防护等级: IP55
绝缘等级:F（B 级温升）
根据电机参数，具体设备选型如下：
4.2.1空气断路器（1QA）
断路器的额定电压和额定电流的确定：
Un | | Uln Inq | | Ijs |
式中：Un----断路器额定电压，单位V
Uln----线路额定电压，单位V
Inq----断路器壳架等级的额定电流，单位A
Ijs-----线路的计算负荷电流，单位A 4.2.2 熔断器（1FU1-3） | |
熔断器类型应根据负载的保护特性和短路电流的大小来选择。对于保护照明
和电动机的熔断器，一般只考虑它们的过载保护，熔体的熔化系数适当小些。对
于大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的
能力来选择。当短路电流较大时，还应采用具有高分断能力的熔断器甚至用具有
限流作用的熔断器。此外，还应根据熔断器所接电路的电压来决定熔断器的额定
电压。低压熔断器的选择，主要是确定熔体的额定电流Irn、熔断器的额定电流
Irn和额定电压Vrn以及分析能力。熔体额定电流大小与负载大小、负载性质有
关。对于负载平稳、无冲击电流，如一般照明电路、电热电路可按负载电流大小
来确定熔体的额定电流。对于有冲击电流的电动机负载，为达到短路保护的目的，
又保证电动机正常起动，本次选择NTO-6A，500VAC。
4.2.3热过载继电器的选择
对于热过载继电器的选择，要求电压与电流相匹配。所以根据ATV71选型表，
本次选择选择施耐德LRD-08C 2.5-4A 带段子排：LAD-7B106
第五章 控制原理图设计
变频器控制原理图设计如下：
5.1变频器控制原理图
图5.2 低压控制原理图（1） | |
图5.3 低压控制图（2） | |
5.2控制回路操作说明
该控制回路可分别实现电机的变频运行、变频故障转工频运行、工频运行。实现电机上述运行方式的操作方法分别为：
5.2.1变频运行
1.将旋转开关1SA置于“0”位；
2.设置变频器参数；
3.按下1SB1按钮，变频器工作，电机变频起动；
4.电机工作频率由变频器图形显示终端给定；
5.在电机运行过程中，如果变频器发生故障，故障指示灯1HR1亮，电机停运，现场停运指示灯1HR2亮；
5.2.2变频故障转工频
1.将旋转开关1SA置于“变频故障转工频”档；
2.设置变频器参数；
3.按下1SB1 按钮，变频器工作，电机变频起动； |
2.设置变频器参数；
3.按下现场起动按钮，变频器工作，电机变频起动；
4.在起动过程中，电机工作频率由DCS给定，或由变频器图形显示终端给定； 5.在电机起动过程中，如果变频器发生故障，故障指示灯1HR1亮，电机停运，现场停运指示灯1HR2亮；
6.当电机变频起动结束，即电机工作频率达到频率阈值（该值在设置变频器参数时设置），主回路接触器断开，旁路接触器闭合，变频器停运，电机自动转到工频运行；
5.3变频器布线方式
1）变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。
2）控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。 3）电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电 缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。
4）与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。
5.4变频器的接地
变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。
第六章 变频器基本参数的设定
6.1出厂设置
常用变频器，一般出厂时，厂家对每一个参数都有一个默认值，这些参数叫
工厂值。在这些参数值的情况下，用户能以面板操作方式正常运行的。
6.2频率限制
即设定变频器输出频率的上、下限幅值。一般情况下电机散热靠本身风扇进
行冷却，因此下限频率不能低于15HZ。如果工艺要求经常低速运行（小于15HZ），
则电机要另加散热风扇。上限频率幅值不能超出50HZ,否则损坏电机。如果工艺
要求频率大于50HZ，需配置专用电机。
6.3电机参数
在相应参数组中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数
可以从电机铭牌中直接得到。 |
6.5控制方式
变频器采取的控制方式，即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采
取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。
6.6变频器启动方式
一般变频器在出厂时设定从面板启动，用户可以根据实际情况选择启动方式，
可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。
6.7信号给定方式
一般变频器的频率给定也可以有多种方式，面板给定、外部给定、外部电压
或电流给定、通讯方式给定，当然对于变频器的频率给定也可以是这几种方式的
一种或几种方式之和。正确设置以上参数之后，变频器基本上能正常工作，如要
获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。
6.8保护参数设定
变频器提供了过压、过流、断相、接地等一系列保护功能，用户可根据实际情况选取相应功能。
6.9变频器I/O设置
R1——设置成“变频器故障”，变频器正常工作时，常闭点断开，故障时，常闭点闭合；
R2——设置成“到频率阈值”，变频器输出工频，或达到设定值时，常开点闭合；
R3——设置成“变频器运行”，变频器运行时，常开点闭合，停运时，常闭点闭合；
LI1——输入逻辑为“1”时，变频器运行，输入逻辑为“0”时，变频器停运；
第七章 常见故障分析
7.1 过流故障 | |
过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通 | |
过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，
需要更换变频器。
7.2过载故障
过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。
7.3欠压
说明变频器电源输入部分有问题，需检查后才可以运行。
结束语
变频调速技术作为高新技术、基础技术、和节能技术，己经渗透到经济领域的所有技术部门中。变频调速正在逐步地成为电气传动的中枢。它取代着变极调速、滑差调速、整流子电机调速、液力藕合器调速、串级调速及直流调速。除了节电外(12-70%)，更重要的是，带来了增产、降耗、优质的效果，深受设计、工
程、操作人员欢迎，社会效益非常显著，变频调速确实是节能、增产、降耗、优
质的好技术，是迈入21 世纪的首要传动技术，利国利民。 |
为以后在工作岗位上的继续深造打下了基础。我们从接受知识到选用知识来解决
问题，必须通过反复锻炼和实践，设计便是学生选用自己所学课程的知识来解决实际问题的一次很好的全面的锻炼过程。为我们以后踏上工作岗位，打下了坚实的基础。
最后，感谢学校安排的此次毕业设计。
致谢
首先衷心感谢我的指导老师!她学识渊博，治学严谨，勤奋敬业，使我于耳濡目染中受益匪浅;设计期间，老师对我倾注了大量的心血，不断给我方向性的指导和建议，同时也不断鼓励我独立思考，提出自己的见解，锻炼我独立的科研能力，这一切都将对今后的工作和生活产生重要的积极影响。特此在本论文完成之际，对老师的精心指点和谆谆教诲表示崇高的敬意和衷心的感谢!
给予我帮助和支持的同学，表对那些在大学期间给予我知识和指导的老师，
示真诚的感谢和由衷的敬意。
最后，感谢我的母校，是您使我在大学期间接受良好的教育，无论我身在何处都以“重德、敦品、笃学、躬行”为训，无论走到哪里都会踏踏实实做事、堂
堂正正做人，为社会做贡献! |
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[1]韩安荣.通用变频器及应用[M].北京:机械工业出版社，2000.
[2]王廷才，王伟.变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版社，2005.7.
[3]伶纯厚.变频器调速原理[M].北京:冶金工业出版社，1984.
[4]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社，2000.
[5]黄元培，张学.变频器应用技术及电动机调速[M].人民邮电出版社，1998.
[6]王廷才.王本轶风机设备的变频技术及应用
附录一 |
1.1The Popularity and Prospect of Frequency Variation Speed Control Theelectrical machinery exchange frequency conversion velocitymodulation technology is the electricity saving, the improvementtechnical process improves the product quality and the improvementenvironment, the impetus technology advancement one main method nowThe frequency conversion velocity modulation by its outstandingvelocity modulation and the braking quality, the high efficiency, thehigh power factor and the electricity saving effect, the widespreadapplicable scope and other many merits by the domestic grandfatherwas thought most has the development future velocity modulation way.The electrical transmission control system usually by the electricmotor, the control device and the information installs 3 parts to becomposed, the electrical transmission relates uses the electric motor
by to save the electrical energy and to control the machinery reasonably the operating condition, the realization electrical energy - mechanical energy transformation, achieves, the high production, the low consumption goal high quality. The electrical transmission divides into does not modulate velocity and modulates velocity two |
bigkinds, the velocity modulation is divided the exchange to modulatevelocity and to direct current modulates velocity two ways.
Thevariable speed motor directly does not supply power by the electricalnetwork But the machinery which does not modulate velocity along withelectric power electronic technology development this kind oforiginal manuscript more and more many changes to the velocitymodulation transmission by to save the electrical energy Theimprovement product quality, enhances the output Therefore thevelocity modulation transmission is an important profession, alreadyobtained the country to take, at present had certain scale.
Inrecent years exchanged in the velocity modulation most to be active,to develop quickest is the frequency conversion velocity modulationtechnology, the frequency conversion velocity modulation is exchangesthe velocity modulation foundation and the branch content. The lastcentury transformer appearance causes the change voltage to becomevery much easy, thus has accomplished a huge electric powerprofession. Since long ago, the alternating current frequency alwaysis fixed, the frequency conversion velocity modulation technologyappearance causes the frequency to become may the full use resources.
Inthis recent 10 years, the frequency conversion technology applicationhas the very big development in our country, and obtained the goodeffect to be possible to say, the frequency conversion
alternative but to point out, our country in frequency conversion technology application aspect, with developed country level Shang You |
techniquerate is 70%, but our country's only then just started Embarks fromthis reality, frequency conversion technology remain have the verybig development space, we should complete the promoted applicationwork doggedly.
Andwith the constant development of control technique and controlavenue, frequency variation speed controlled has developed the vectorcontrolled frequency variation velocity modulation, by controllingthe AC motor inside act for shunt DC motor field coper’s flux, toenhance the permanent torque output scope and static and dynamiccharacter, make the AC motor frequency variation speed controlledsystem superior to DC motor voltage variation speed controlledsystem. For simplifying the control system, reducing the fault rate,there has developed a vector controlled frequency variation speedcontrol
without speed sensor which based on the vector controlled frequency variation speed control. In some application which have low require , vector controlled frequency variation speed control without speed sensor could completely compare with the vector controlled frequency variation speed control that have speed sensor. The vector control |
hasthe epoch-making significance to the AC current motor velocitymodulation.
Frequencyvariation speed control is the best way in the motor speedmodulation, it is the perfect gear in the company’s technicalreform and product renewal, it is the essential composition in theindustrial automatic system, it is the assumption of realizing theautomatic of product proceed and management, it is also theprecondition in the development of informationization. In ourcountry’s traditional estate, using the DC motor speed controlactuation account about 85%~90% in the speed controlled system, butthe AC speed controlled system account about 10%~15%. Low efficiency,bad quality, large cost, high fault rate have already been thebottleneck that restrain the development of the company. So, we mustpromote the advanced AC frequency variation speed control techniquepositively, arms the traditional industry with the advancedequipment,
promote | a | further | development | in | the | automation, | the |
industrializationand the informationization.
1.2Our Country’s Development Condition in Speed Controlled Technique
Ourcountry is a developing country, so many product’s research abilityhas behind the developed countries. From now on, the product offrequency variation speed controlled that ourselves made only act forlast century 90s in the international. With the reform and
opens to the country companies, also the foreign companies. Many products are exported from the developed countries, and runs well in |
owndevelop the application software, can provide the first-classelectrical transmission control system for the domestic and foreignimportant engineering project. Although obtains very many result, butshould see because domestic develops, the production product abilityvoluntarily is weak, is serious to the overseas company's dependence.As early as in the country "85" technical attack plan, thealternating velocity modulation technique was listed as the keytechnical attack project, but because our country’s electric powerand electronic device aggregate level is very low, although theproduction of IGBT、GTOcomponent has introduced the overseas technique, it has not formedthe economies of scale benefit, almost does not have the independentdevelopment ability of new frequency converter production, this hasaffected the domestic frequency
conversion velocity modulation technique development in the certain degree. In the high efficiency AC-AC frequency convert technique、the motors without commutator technique and so on, the domestic product also has the suitable disparity in the digitization and the system reliable aspect compares with the overseas level, in the medium |
efficiencyfrequency convert technique, nearly all productions use ordinary V/Fcontrol inland, few adopt the vector control technique,
andcan not satisfied the market requirement in the variety and quality.But in overseas, the frequency conversion technique obtains the fulldevelopment, and has obtained the remarkable achievement in eachaspect. In power component aspect, high voltage、theappearance of SCR、GTO、IGBT、IGCTwith high current capacity and the using in series and parallel, thehigh-pressured and high efficiency frequency converter productionobtains the production and the promoted application. Inmicroelectronic technique aspect, 16bit and 32bit high speedmicroprocessors as well as the fast development of DSP and ASICtechnique, provided the hardware method in realizing the frequencyconverter which with high accuracy multi-purpose. In theory aspect,the vector control, the magnetic flux control, the torque control,the intelligent control, the new control theory and so on haveprovided the related rationale for the high performance frequencyconverter development, we may see that, in the overall, thealternating frequency conversion velocity modulation technique in ourcountry has big disparity compares with international level.
Therefore,the AC frequency variation speed control technique has the followingsides:
1)The basic research of control strategy in frequency converter has alarge gap compares with the foreign level.
converter, although we had input certainly people, material resources, but because of the disperse power, did not form a certainly technique |
Withthe development and improvement in the power electronic technique,power divert based on power electronic circuit technique and variouscontrol technique, the AC frequency variation speed controlledtechnique is mature day by day, and sure to be the main way in thefuture. With the constant development of power electronic technique,reliable character, well adoption, cheap price that the frequencyconverter have will become true. This technique will gain widely,popularity application .At present, foreign developed
countries’ | frequency | convert | technique | towards | to | the |
miniaturization,high reliability, defend with harm, more function, high character,and our country is coming on now.
1.3Frequency Variation Speed Controlled Mode
Thealternating frequency conversion velocity modulation technique
obtained the rapid development in 20th century. This is related with some crucial technical which gain unprecedented progress, they are Motor vector control technique, Direct torque control technique, PWM technique, Entire numerical control technique and self-setting technique which based on microcomputer and large scale integrated |
circuit,and so on.
1)Vector Control Technique
Vectortransformation control technique is a one kind of new control thoughtand control theory which posed by SIEMENS CO. in 1971. It isrealizing the stator current excitation component and the torquecomponent solution lotus root by rotor magnetic field directiondetection, and vector transformation, achieved the goal thatseparately control the motor flux linkage and the electric current,as a result, obtain finely static, dynamic performance. Until now,
the | vector | control | technique | has | obtained | the | considerable |
development,and also obtained the widespread application.
2)Vector Control Without Velocity Generator Technique
Vectorcontrol without velocity generator technique abolish the problemsthat the environment compatibility、installand maintenance bring on, reduce the cost, enhance the systemreliability, at the same time, union vector control, has the fineperformance of vector control. The speed estimate method in vectorcontrol technique without velocity generator, besides basismathematical model computation electric motor rotational speed, atpresent the more applied are the model to refer auto-adapted methodand expands the Kalman filtering law. In addition, entire Uygur rotormagnetic flux sight, tooth overtone electric potential, such as thistheory and so on, also appearance in the vector control withoutvelocity generator
generator technique control strategy, receives the academic circles and the industrial field continuously highly focused all the time. |
has1:75 or even higher product.
3)Direct Torque Control Technique
In1985,Germany's M. Depen-block proposes the direct torque controltechnique（DTC）forthe first time，Thedirect torque control technique analyzes the motor mathematical modeldirectly under the stator coordinate system. Uses the stator magneticfield direction detection but not to need the solution lotus rootelectric current，directlycontrol the electric motor flux linkage and torque, enable the torqueto obtain the fast response, in order to obtain the highly effectivecontrol performance.
Directtorque control technique is another kind of new、highperformance alternating frequency conversion velocity modulationtechnique after vector control technique in the nearly 10 years, this
kind of control technique is insensitive to the electrical machinery parameter, not influence by the rotor parameter, easy and feasible, it has the broad development and the application prospect. |
proposethe pulse-duration modulation (PWM -pulse width modulation) frequencyconversion thought, opened the recent development domain
forthe modern alternating velocity modulation system. The PWM
control | technique | controls | the | inversion | output | alternating |
fundamentalwave voltage peak-to-peak value by changing the rectangle pulsewidth, controls its output frequency through changing the modulationcycle, in order to carry on the output voltage peak-to-peak value andthe frequency control on the inversion at the same time. The PWMtechnique simplified the inversion structure, can distinctly changethe output wave shape of the frequency converter, reduces theovertone loss of electric motor, and reduces the torque pulsation, atthe same time enhances the performance of dynamic response system.The PWM technique also may use in the rectifier controlling, canrealize the input current which approaches the sine extremely. Andmay cause the electrical network power factor is 1. The PWM rectifierthus is called “the green converter”. At present, PWM techniquehas become the most widespread control technique applied in thefrequency converter. The unceasingly velocity modulation performanceof alternating current motor is as a result of the PWM techniqueunceasing progress enhancement in the very great degree. At presentthe widely applies is the optimizes PWM law which developing based onthe regular sampling PWM foundation, that is Thrice HarmonicSuperpose theory and voltage space vector PWM theory.
The digitalize in control technique is the key technique of static frequency conversion installment, also will be the next development |
scanningtime also be reduced in a large scale, at present the electriccurrent response is 0.1~0.7ms, the speed response is 2~4 ms, couldsatisfy the control request sufficiently in the transmission domain.At the same time, on account of the application of the micro electronand ASIC technique, the installment primary device quantity can bereduced in a large scale, thus, could make the frequency conversionequipment volume to be reduced, the reliability obtains the largescale enhancement. The entire numerical control way can make theinformation-handling capacity of frequency converter enhance greatly.The complex control has been realized in nowadays which could not berealized by simulation control mode, so that, the RAS which meanReliability, Availability, Serviceability could be realized.
6) Self-setting Technique |
self-settingtechnique divides into off-line and the on-line. The research resultsin the kind of off-line has been applied in the most
production,before the system program operate, it operate a block self-settingprogram, recognize the correlation data, and amend the parameter ofthe system program that related, in order to gain a approved systemcontrol performance. Moreover, improve the control technique, enhancethe robustness of the system, also have close relatives withself-setting technique.
2PLC interference analysis
Withthe development of science and technology, the application inindustrial control of PLC is more and more extensive. Thedependability of PLC control system influences the safety inproduction and economical operation of the industrial enterprisedirectly; systematic anti-interference ability is the key toconcerning the whole system and running reliably. All kinds of PLCused in the automated system, some install concentrated in thecontrol room , some install in production scene and every electricalmachinery equipment, they in strong electric circuit and strongelectric abominable electromagnetic environment that equipment formmostly. Should improve PLC dependability of control systems, on onehand require PLC manufacturer to improve the anti-interferenceability of the equipment; On the other hand, require engineering
close attention to, cooperate and perfect the problem of solving in many ways, strengthen systematic anti-interference performance |
PLCcontrol system, mostly producing the position in the electric currentor violent change of voltage, these violent position that move ofelectric charge is the noise source, namely interfere the source.
Interferetype interfere the division different from wave form nature of thenoise of the mode according to reason, noise produced to interfereusually. Among them: According to reason that noise produce beingdifferent, is it discharge noise, wave well up noise, high frequencyshake noise, etc. to divide into; Different according to the waveform, nature of the noise, divided into a lasting noise, accidentalnoiseless.; It is different to interfere the mode according to thenoise, is divided into mould interfering and difference mouldinterference altogether. It is a kind of commonly
more used categorized method that the mould interferes interfering with the difference mould altogether. It is signal electric potential difference to place for mould not to interfere altogether, bunch enter, ground electric potential difference and space electromagnetic radiation reaction attitude (with direction) voltage is it is it form |
toadd to change altogether at signal line by electric wire nettingmainly. Mould voltage sometimes relatively heavy altogether, is it
isolateperformance mixing electric apparatus supply power in the room bad toadopt, changer output voltage generally relatively high mouldaltogether of signal, some can up to 130V to be the above-mentioned.Mould voltage through asymmetric circuit getting convertible model'svoltage of difference, influence the signal of observing andcontrolling directly altogether, cause the components and parts to bedamaged (this is some systematic I/O moulds a main reason of higherspoilage), this kind mould can interfere for direct current, can forexchange also altogether. The difference mould interferes referringto acting on the voltage of interference between the two poles of thesignal, coupling reaction change voltage that mould's interferingform altogether by uneven circuit among signal by space electricmagnetic field mainly, this kind superposes it on the signaldirectly, influence measurement and control the precision directly.
2.2PLC control system electromagnetic interference the main source 1)The radiation from space interference
mainlyproduced by temporary attitude course , thunder and lightning , radiobroadcasting , TV,radar, high-frequency reaction heating device ofthe electric network , electric equipment ,etc., usually calledradiation to interfere, it is extremely complicated that it is
field is it reaches radiation interfere to retrieve, it influences and mainly passes two routes. First, produced and interferes by the |
especiallyfrequency have something to do with, generally through set upshielding cable and PLC some shielding and high pressure dischargecomponent protect.
2)Interference from lead wire outside the system
Introducethrough the power and signal line mainly, is usually called andconducted interfering. This kind of interference is relativelyserious at the industrial scene of our country.
3)Interference from power
Practicehas proved , interference introduced because of the power causessituations of PLC control system trouble a lot of, I meet indebugging in some project, is it isolate performance high PLC powerto change, the problem is solved .
Normalpower supply power, PLC of system supply power by the electric
wire netting. Because the electric wire netting is widely covered, it will be interfered the voltage of reaction and circuit on the circuit electromagnetically by all space. Change of electric wire netting, enter switch operate wave well up, large-scale electric equipment is it park, is it is it move in harmony wave, electric wire netting that |
devicecause short out the attitude is bludgeoned into etc. temporarily tospread direct to pay to get up especially, it is
throughit is the original since transmission line of electricity last power.PLC power usually adopts and isolates the power, but its organizationand manufacturing engineering factor make its isolatingunsatisfactory. In fact, because of distributing the existence of theparameter especially distribution capacity, it is impossible toisolate definitely.
4)Come from the interference that the signal thread introduces
Allkinds of signal transmission lines connected with PLC control system,besides transmitting all kinds of effective information, always therewill be outside interfering signals that will be invaded. Thisinterference has two kinds of ways mainly: Supply power or sharethrough changer power supply power a bunch of electric wire nettingentered, signal of instrument interfere, this is often ignored;second, the signal line is influenced by space electromagneticradiation reaction, namely the external inductive interference on theline of signal, this is very serious. Is it is it can cause I/Osignal work by signal unusual measuring precision reduce greatly tointerfere to introduce, will cause the components and parts to damagewhen being serious. For isolating the system with bad performance,will cause the mutual interference among the signals, cause thebackset current of the systematic bus altogether, because logic data
cause by the fact that the signal introduces I/O mould piece is it count quite serious to damage, being caused situations of the |
electromagneticinfluence that interfere but also; And wrong earth, can introduceserious interfering signal instead , make PLC to be system unable towork normally .
6)The ground wire including systematic ground , shielding , exchangingof PLC control system and protect the ground etc..Earth whether allconnect the place electric potential misdistributions mainly tointerference, PLC of system, different to connect person who haveelectric potential difference under place, person who cause cycleelectric current, influence the system to work normally. For examplecable shielding layer must one point ground, if cable shielding layerboth ends A, B ground, person who store in electric potentialdifference, there is electric current that flows through theshielding layer, when the unusual state takes place and is struck
by lightning, the ground wire electric current will be bigger. |
coreline , the return circuit of interfering signal. If with deal withconfusion by other earth systematically, ground circulation
producedmight is it vary the electric potential distribute to produce atground wire, influence the normal work of the logical circuit andsimulation circuit in PLC. Logic voltage that PLC work interferetolerance to be relatively low, logic distribution of electricpotential interfere apt to influence logic operation and datum of PLCstore, lead to the fact the confusion of the data , procedure run andfly or system halted. Simulation distribution, ground of electricpotential is it measure precision drop, it causes to be distorted andmissing movements seriously to whom signal observe and control toresult
附录二
中文翻译：变频技术
1.1变频技术的普及前景
电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息
装置3 部分组成，电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运 |
国60%的发电量是通过电动机消耗的，因此调速传动是一个重要行业，已经得到国家重视，目前已有一定规模。
近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术，变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。
这10年来，变频技术的应用在我国有很大的发展，并取得了良好的效果可以说，变频技术已为大多数用户所接受，但是不能不指出，我国在变频技术的应用方面， 我国在用的交流电动机使用变频调速运与发达国家的水平尚有很大差距，
目前，行的仅6%左右，而下业发达国家已达(60%~70%)，日本在风机、水泵上变频调速的采用率已达10%,而我国还不足0.01%.在日本，空调器的70%采用了变频调速，而我国才刚刚起步。从这个现实出发，变频技术尚有很大的发展空间，应该锲而不舍地做好推广应用工作。
而且随着控制技术和控制手段的不断提高，变频调速又由变压变频控制的变频调速发展到了矢量控制变频调速，通过控制交流电动机里相当于并励直流电动机励磁绕组的磁通变化，提高变频器的恒转矩输出范围和动静态特性，使得交流电动机变频调速系统的性能超过了直流电动机调压调速系统的性能。
为了简化控制系减少设备故障率，在矢量控制变频调速的基础上又发展了无速度传感器的矢统，
量控制变频调速。在一些对动静态特性要求不太高的应用中，无速度传感器的矢量控制变频调速己完全可以和有速度传感器的矢量控制变频调速相媲美。矢量控制对交流电机调速具有划时代的意义。
变频调速是电机调速的最佳方式，是企业技术改造和产品更新换代的理想设备，是工业自动化系统必不可少的组成部分，是实现生产过程和管理自动化的前提，
约占调速系统总量的85%~90%，而交流调速系统仅占10%~15%。效率低、质量差、消耗大、故障率高己成为制约企业发展的瓶颈。因此，必须积极推广先进的交流 |
术的出现和微机控制技术发展之后。特别是最近20年来，随着交流调速技术的应用普及，交流变频调速在化工、火电厂、矿山、油田、机械制造、城市建设、水处理、甚至家电等行业己经全面推广使用，一般主要用于节能及控制。随着变频技术的普及和深入，以及国际、国内电器设备使用的有关标准意识的强化，电力系统行业和用户对变频技术的质量要求也越来越高。变频调速的发展趋势主要围绕下面几个方而展开。
1)高性能的智能控制变频器
380V系统的低压变频器是国内的主要研究对象，应用交流调速的基本理论，结合神经网络控制、鲁棒控制、模糊控制，或其他智能控制等手段，实现电机运行参数的自动辨识，以期达到自适应、自调整的最优控制。这方面己有一定的研究成果。
2)速度传感器研究
从前面所述的各种变频调速的理论可知，一般系统都要用到转速传感器。在实际 |
案要求计算机的控制速度较高，并有足够的精度。
3)针对功率因数提高和谐波污染的研究
低压变频调速系统的控制虽然己经是非常成熟了，但目前国际、国内的产品，一般都是矢量控制和直接转矩控制，重点放在电机变频控制理论的实现和完善上，而对变频器的输出波形、功率因数，以及谐波污染等问题还没有引起足够的重视。最近10多年来，国外在这一领域己有较深入的研究。有的针对功率因数，有的强调输出波形。多重化技术就是为了解决输出波形问题。最近几年的研究表明， 是比较理想的方法，
它可以省去多重化中利用PWM输出控制解决谐波输出问题，的变压器，或过多的开关元器件，使变频器的体积和重量减少，但这种方法不能解决所有谐波的消除问题，只能部分消除特定谐波。这方面的研究论文还不多，也还没有成熟的类似低压变频器的产品出现。
4)高压变频器的研究
大功率变频器的主要作用之一是节能。而高压电动机的节能效果是比较明显的，的风机和水泵用电动机一般都是高压电动机。国内，高压变频调速和它的节能控制还是一个比较薄弱的环节.它主要是针对6~10kV的交流电动机进行变频调速控制。这种高压电动机广泛应用于火力发电厂的送风机和引风机上。同样也可用于其他如石油化工、矿山、冶炼、机械制造等行业的变频节能控制。从某种意义上讲，由于目前国内还不能完全生产高质量的合格电力电子器件，而且，国外低压变频器的性能价格比也比国内自己研究的变频器高得多。因此,在这方面还有许多研究工作要做。
随着电力电子技术最近20多年的飞速发展，功率半导体器件的成本逐年下降，技术工艺和性能也得到不断改善.电力电子器件的应用己从传统的直流调速、直流屏、斩波器等领域延伸到交流调速和电力系统的质量控制领域.并正朝着高电
展趋势。5) 无换向器同步电机的变频调速 |
的研究论文。而且，也有一定的成果出现。
1.3变频调速控制方式
交流变频调速技术在20世纪得到了迅速发展。这与一些关键性技术的突破性进展有关，它们是交流电动机的矢量控制技术、直接转矩控制技术、PWM技术以及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、自整定技术等。
1)矢量控制技术
矢量变换控制技术是西门子公司于1971年提出的一种新的控制思想和控制理论。
采用矢量变换的方法实现定子电流励磁分量和转矩分量之它是以转子磁场定向，
间的解藕，达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的，从而获得了优良的静、动态性能。迄今为止，矢量控制技术己经获得了长足的发展，并得到了广泛应用。
2)无速度传感器矢量控制技术
安装维护等问题，降低无速度传感器控制技术免去了传感器带来的环境适应性、
了成本，提高了系统的可靠性，同时结合矢量控制，具有矢量控制的优良性能。无速度传感器技术中速度估算的方法，除了根据数学模型计算电动机转速外，目前应用较多的有模型参考自适应法和扩展卡尔曼滤波法。此外全维转子磁通观测器， |
电机等公司在1987年分别发表了研究成果，并相继推出了产品。目前，无速度传感器矢量控制变频器的调速范围为1:50左右，个别厂商有1:75甚至更高的产
品。
3)直接转矩控制技术
1985年.德国的M. Depen-block 首次提出直接转矩控制技术(DTC)。DTC控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型。采用定子磁场定向而无需解藕电流，直接控制电动机的磁链和转矩，以使转矩得到快速响应，从而获得高效的控制性能。
直接转矩控制技术是近10年继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流变频调速技术，这种控制技术与矢量控制技术相比，对电机参数不敏感，不受转子参数的影响，简单易行，具有广阔的发展和应用前景。
4)PWM 控制技术
1964年，德国的A.Schonung 等率先提出了脉宽调制(PWM-pulse width modulation)变频的思想，为近代交流调速系统开辟了新的发展领域。PWM控制技术通过改变矩形脉冲的宽度来控制逆变器输出交流基波电压的幅值，通过改变调制周期来控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压幅值和频率的控制。PWM技术简化了逆变器的结构，能够明显的改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，同时提高了系统的动态响应性能。PWM技术还可用于整流器的控制，能够实现输入电流非常接近正弦.。并可使电网功率因数为1。PWM整流器因而被称为“绿色”变流器。目前，PWM技术己成为变频器中应用最为广泛的控制技术。交流电机调速性能的不断提高在很大程度上是由于PWM技术的不断进步。目前广泛应用的是在规则采样PWM的基础上发展起来的准优化PWM法，即三次谐波叠加法和电压空间矢量PWM法。
控制技术的数字化是静止变频装置的核心技术，上的变频装置几乎全面实现了数字化控制。采用DSP 和ASIC 技术实现了快速运也是今后的发展趋势。目前市场5) 数字化控制技术 |
复杂控制在今天都己成为现实，从而所谓的RAS概念即可靠性(Reliability)、可操作性(Availability)、可维修性(Serviceability)得以充实。
6)自整定技术
自整定技术在变频调速系统中的应用日益广泛，它可以根据速度和负载的变化自动调整控制系统的参数，使得系统具有快速的动态响应。自整定技术分为离线式和在线式两种。离线式的研究成果己经在相当多的产品中应用，
它是在运行系统程序之前通过运行一段自整定程序，辨识相关数据，并修改系统程序的相关参数，以期获得良好的系统控制性能。另外，改进控制技术，提高系统鲁棒性也和自整定技术紧密相联系。
2PLC 抗干扰分析
随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系
到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中 |
扰性能。
2.1干扰源及干扰一般分类
影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线 特别是采用隔离性上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。
共模电压有时较大，能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
2.2PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源
1)来自空间的辐射干扰
空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通
信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备 |
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制 由于分布参数特别是分布电容的存在，造工艺因素使其隔离性并不理想。
实际上，绝对隔离是不可能的。
4) 来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或 ；二是信号线受空间电共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视
磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成
逻辑数据变化、误动和死机。PLC 控制系统因信号引入干扰造成I/O 模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 5) 来自接地系统混乱时的干扰 |
的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统
混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
6)来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，造成数据混乱、程逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。