FFC0912DE FFC0912DE FFC0912DE 转子变频调速原理
2.1 主回路结构
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典型的转子变频主电路如图1所示。它主要由电动机的转子绕组、转子回路固定整流电路DR、PWM斩波器BC、IGBT（或晶闸管）逆变器TI和升压变压器Taw等部件组成。斩波器BC根据电动机的设定转速n进行速度调节，转差功率经升压后回馈给电网。
图1 采用升压变压器的转子变频主电路
采用内反馈电动机的转子变频主电路如图2所示，绕线式异步电动机的定子内嵌有与转子高逆变输出电压相适应的内反馈绕组，它具有转子正反馈作用。被控制电动机的转差功率直接回馈给电动机本身，增大了该电动机的出力，也节约了能源。此方案的原理基本上与上述典型的转子变频方案相同，但转差功率不回馈入电网，当然也不需要升压变压器。
图2 采用内反馈电动机的转子变频主电路
2.2 转子变频调速原理
（1）定子线组直接接至3～10kV电网。
（2）转子绕组接400～1000V变频器，转子绕组接整流器DR；逆变器TI的输出，通过变压器接至中压电网或接内反馈电动机的定子辅助绕组。
转子电压Ur=s×Ur0
其中，s为异步电动机的滑差，Ur0＜1000V为转子开路电压。风机和水泵一般要求s=0.3～0.5，故Ur＜400～1000V，可以采用低压变频器。转子整流电压Udr和逆变器直流母线电压之差由斩波器BC控制。
2.3 斩波器控制的工作原理
图3 斩波器控制原理图
斩波器控制如图3所示，斩波器BC根据电动机的设定转速n进行速度调节，速度调节器的输出值作为转子电流的Idr的设定值，电流调节器的输出外则控制斩波器输出波形的占空比ρ，从而控制转子整流电压Udr和转子交流电压Ur，也就控制了电动机的转差率s，达到控制转速的目的。因为Udr=(1-ρ)Ud
通过改变占空比ρ，也就改变了Udr和与它相关的Ur。由
Ur=s×Ur0，即s=UrUr0
于是实现了调节转差率s，从而调节异步电动机的转速。
2.4 逆变器的控制
（1）晶闸管逆变器，采用固定小逆变角β的方式，其逆变电压Ud为恒定。
（2）IGBT逆变器，采用带矢量控制的PWM和有源滤波技术，其原理与变频器相仿。
2.5 起动控制
如图4所示，当电动机起动时，其转子回路中的接触器KM2断开，KM1闭合，电动机的转子回路以Y形接入起动电阻FR开始起动。当转速达到所设计的调速范围的低值时，接触器KM2闭合，KM1断开，切除起动电阻FR并自动投入转子变频调速。
图4 转子变频装置的起动电路图
3、转子变频的优点
（1）可以用400～1000V低压变频器来控制6～10kV中压电动机的转速。
（2）所需逆变器的容量较小，仅为电动机功率的20%～30%，由于转差功率回馈至电网（或电动机），故能大大节约电能，可达30%以上。
（3）原理结构简单，使用的低压IGBT的数量远远少于10kV定子侧中压变频装置的中压IGBT，无须配置大容量电抗器，故障率大为降低。
（4）与普通串级调速相比，功率因数较高，谐波较小。若采用IGBT逆变器，则无5、7次谐波。( 电话： 手机： )
4、DFC型交流电机转子侧变频调速装置简介
广东华拿东方能源有限公司研制生产的DFC型交流电机转子侧变频调速装置，是上述转子变频技术的实现，并且装置采用了更为的控制手段和完善的保护机制，使设备性能更为优越和可靠。装置的系统结构和主电路图见图5。
图5 DFC型转子变频装置的系统结构和主电路图
（1）采用高性能的数字处理器DSP组成控制系统，提高了信号处理能力和响应的快速性，并提高了抗干扰能力。
（2）采用PLC和触摸屏实现逻辑控制与可视化操作，使系统运行可靠，操作直观、简便。
（3）加入了颠覆保护技术及由“BOD+SCR”组成的过压保护技术，有效地解决了晶闸管逆变器存在逆变颠覆的问题，以及由转速过低导致转子电压过高产生故障损坏设备的问题，大大地提高了可靠性。
（4）一旦调速装置发生故障，能立即自动转为全速继续运转，保证生产的连续性。同时调速装置自动切离电源，可即时进行检修。
（5）装置的性能指标
适用普通绕线异步电机、内反馈绕线异步电动机、绕笼式无刷双馈电动机、绕笼型内反馈电动机、无刷双馈电动机；
遮蔽容量200～4000kW；
适应零转速转子输出电压400～1000V AC；
适应电机定子电压3kV～10kV AC；
调速范围50%～；
装置在额定参数下网侧功率因数为0.92、谐波含量＜5%；
装置效率95%。
5、DFC型交流电机转子侧变频调速装置应用
该装置可以用于发电厂、水厂、水泥厂、钢厂和大型化工厂等的风机水泵类速度调节上，以达到节省能源的目的。
广东某水泥厂和某钢厂分别应用本装置在280kW风机和450kW水泵上作调速控制，由2006年1月投运至今，运行良好，节电效果十分显著，平均达到节电30%～50%。
6、结束语
把变频器从电动机定子移至转子侧的转子变频调速，特别对于风机水泵类负载，具有无可比拟的优越性。其主要特点归纳有用低压变频器控制中压电动机调速；逆变器容量小，节能效果显著；功率因数高，谐波含量小；主回路简单，价格便宜，与中压(定子)变频器相比，仅需其费用的12到13左右。
变频器功能参数很多，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。实际应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。
因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，为叙述方便，本文以富士变频器基本参数名称为例。由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到触类旁通。
一 加减速时间
加速时间就是输出频率从0上升到大频率所需时间，减速时间是指从大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出佳加减速时间。
二 转矩提升
又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。
三 电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时，则应在各台电动机上加装热继电器。
电子热保护设定值（%）=[电动机额定电流（A）/变频器额定输出电流（A）>×。
四 频率限制
即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用，如有的皮带输送机，由于输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
五 偏置频率
有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号（电压或电流）进行设定时，可用此功能调整频率设定信号低时输出频率的高低，如图1。有的变频器当频率设定信号为0%时，偏差值可作用在0～fmax范围内，有的变频器（如明电舍、三垦）还可对偏置极性进行设定。如在调试中当频率设定信号为0%时，变频器输出频率不为0Hz，而为xHz，则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。
六 频率设定信号增益
此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压（+10v）的不一致问题；同时方便模拟设定信号电压的选择，设定时，当模拟输入信号为大时（如10v、5v或20mA），求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可；如外部设定信号为0～5v时，若变频器输出频率为0～50Hz，则将增益信号设定为200%即可。
七 转矩限制
可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值，经CPU进行转矩计算，其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时，也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。
驱动转矩功能提供了强大的起动转矩，在稳态运转时，转矩功能将控制电动机转差，而将电动机转矩限制在大设定值内，当负载转矩突然增大时，甚至在加速时间设定过短时，也不会引起变频器跳闸。在加速时间设定过短时，电动机转矩也不会过大设定值。驱动转矩大对起动有利，以设置为80～较妥。
制动转矩设定数值越小，其制动力越大，适合急加减速的场合，如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。如制动转矩设定为0%，可使加到主电容器的再生量接近于0，从而使电动机在减速时，不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。但在有的负载上，如制动转矩设定为0%时，减速时会出现短暂空转现象，造成变频器反复起动，电流大幅度波动，严重时会使变频器跳闸，应引起注意。
八 加减速模式选择
又叫加减速曲线选择。一般变频器有线性、非线性和S三种曲线，通常大多选择线性曲线；非线性曲线适用于变转矩负载，如风机等；S曲线适用于恒转矩负载，其加减速变化较为缓慢。设定时可根据负载转矩特性，选择相应曲线，但也有例外，笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时，先将加减速曲线选择非线性曲线，一起动运转变频器就跳闸，调整改变许多参数无效果，后改为S曲线后就正常了。究其原因是：起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动，且反转而成为负向负载，这样选取了S曲线，使刚起动时的频率上升速度较慢，从而避免了变频器跳闸的发生，当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。
九 转矩矢量控制
矢量控制是基于理论上认为：异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此，从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能，电动机在各种运行条件下都能输出大转矩，尤其是电动机在低速运行区域。
现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制，由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿，使电动机具有很硬的力学特性，对于多数场合已能满足要求，不需在变频器的外部设置速度反馈电路。这一功能的设定，可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。
与之有关的功能是转差补偿控制，其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差，可加上对应于负载电流的转差频率。这一功能主要用于定位控制.
十 节能控制
风机、水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，而具有节能控制功能的变频器设计有V/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或无效。
要说明的是，九、十这两个参数是很的，但有一些用户在设备改造中，根本无法启用这两个参数，即启用后变频器跳闸频繁，停用后一切正常。究其原因有：（1）原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。（2）对设定参数功能了解不够，如节能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。（3）启用了矢量控制方式，但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作，或读取方法不当。
某纺织机械厂使用凯迪恩PLC已在多种型号的梳棉机上定型应用。针对纺织机械智能化、集成化操作要求，客户希望通过PLC连接两台变频器，并通过文本屏设定和显示变频器参数。凯迪恩公司利用新推出的双串口CPU306EX对原系统改造，顺利实现了客户新增功能，变频器选用的是伦茨（LENZE）SMD系列。这里我们不再重复机械的工艺过程，重点介绍KDN-K3系列PLC与伦茨变频器通讯的过程
2．CPU306EX双串口PLC的通讯说明
CPU306EX带有两个串行通讯口，Port0物理层是RS232/485可选，集成了三种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议；②自由通讯协议； ③与EasyProg软件通讯的协议。Port1物理层是RS485，集成了二种通讯协议：①MODBUS RTU从站协议;②自由通讯协议。在本应用中Port0与文本屏通讯，采用MODBUS RTU从站协议。Port1与两台变频器通讯，采用自由通讯协议。
3．伦茨SMD系列变频器的通讯说明
伦茨SMD系列变频器通讯协议是MODBUS RTU从站协议。用MODBUS通讯时，需注意以下几点：
a. 通讯线按如下方式连接：
A（PLC）→71（台变频器）→71（第二台变频器）
B（PLC）→72（台变频器）→72（第二台变频器）
b. 参数设定（区分大小写）：
C01：8（MODBUS通讯协议）
C25：1（通讯参数9600，8，N，1）
台变频器地址：
C09：2（站号为2）
第二台变频器地址：
C09：3（站号为3）
c. 端子28要与20短接。
d. 需要设定低速、高速、加速时间、减速时间对应的寄存器如下：
设定低速段C37（4AH）
设定高速段C38（4BH）
设定加速时间C12（3DH）
设定减速时间C13（3EH）
e. 需要读变频器当前频率寄存器如下：
读频率C50（50H）
f. 采用通讯方式给变频器参数设定新值时，首先要对变频器执行解锁操作。给寄存器49（31H）传参数0即可。（W49=0）
4．CPU306EX与伦茨SMD系列变频器的通讯说明
CPU306EX与伦茨变频器采用自由口通讯协议，CPU端需模拟MODBUS主站。
MODBUS数据格式如下：
通讯数据（信息帧）格式
通讯信息传输过程：
当通讯命令由发送设备（CPU）发送至接收设备（变频器）时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息，如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错就不返回任何信息.
地址码：就是每台变频器的站号，是的。
功能码：MODBUS通讯规约可定义的功能码为1到127。这里只用到了03和06。
数据区：数据区包括需要由从机返送何种信息或执行什么动作。
CPU内部用了一个500mS定时器来控制通讯，每500mS读一次变频器的频率。次读个变频器，第二次读第二个变频器，然后再返回读个，周而复始。当文本屏要设定数据时，暂停定时器停止通讯，设定后返回正确信息。如果设定不，返回错误信息并提示重新设定。若不次数过5次即报警，认为PLC不能与该变频器通讯
触摸屏 + Trio独立型数字控制器 + 执行机构
所谓独立性的数字运动控制器就是在生产和加工时，脱离计算机或工控机的通讯操作控制，直接把控制程序合作要加工的程序下载到运动控制器本身所带的FLASHROM 里面，通过设备的外围触发信号触发程序就开始运行；并且对各个运动轴进行直线插补、圆弧插补、螺旋线插补、轮廓控制、速度控制、电子齿轮、电子凸轮、同步、虚拟轴控制。以上是基于独立数字运动控制器系统集成的结构框图
上面框图中的独立数字运动控制器可以采用英国 Trio 公司的 MC202、EURO205X、MC206、MC224 等独立型的运动控制器，这些控制器采用工业的 32bit ， 120MHz~150MHz 的新微处理技术，融合新的控制理论及其网络控制技术，可选用不同的控制器可控制 1~24 个轴。可以用 0~+/-10v 的模拟量电压输出和编码器反馈形成全闭环控制，来控制伺服电机。也可以控制步进电机，变频器，气动，液压伺服，或者是这几种的任意结合。Trio 带有可编程控制的 I/O, 也可根据设备需要进行扩展 ( 多 256 个 I/O) 。
通过人机界面修改某些加工的工艺数据或者需要监视设备的运行数据，例如：等长裁切设备，对于裁切的长度就需要根据工艺的不同和产品的不同需要修改，因为触摸屏操作方便，价格便宜，比工控机便宜的多，所以采用触摸屏来修改数据或显示所与需要监视的数据，如加工速度，产量等。Trio 的独立型数字运动控制型的通讯口都具有 Modbus 协议，可以直接接各种各样的触摸屏进行数据交换，如： HITECH ， ， WinView 等。
交流伺服电机：也可以控制直线电机，直驱电机，陶瓷马达等，例如施奈德、百格拉、松下等。
步进电机：只要步进驱动器能接受脉冲 + 方向信号，不管是差分信号还是集电极开路信号， Trio 控制器都可以控制。例如：德国百格拉步进电机，MOTEC步进电机
减速机：有的设备由于驱动的负载太大，选用的交流伺服电机不能驱动器负载，这是一般都需要增加减速机来提高伺服电机的驱动能力。例如：德国的 Neugart、Motec、Apex 等
平台，机器人：一般根据设备和加工工艺的要求，现在都采用导轨 + 滚珠丝杆组成的平台或者直接采用成型的机器人来带动工件，进行零件加工，例如：Robworker、AWD平台
Trio产品已经在有了不少的应用，例如在纺织机械，特种磨床，纸张及钢材剪切设备，印刷机械，点胶机，玻璃纤维加工生产线，牛奶灌装机，产品等等。
2、基于PC机 + TRIO数字运动控制卡+执行机构
基于PC机 + 数字运动控制卡的开放式数控系统的系统集成
有的设备由于所控制的工程和加工的零件负载，前面的两种系统集成放式都无法满足设备和加工工艺的要求，需要采用计算机与数字运动控制卡结合，通过数组运动控制器的控制或者动态连接库，利用 vb,vc 等高级语言进行二次开发出或者通用的数控系统来控制设备的加工过程和加工特殊的零件。
Trio 公司的 PCI208 产品是一款基于 PC 机的 PCI 总线的数字运动控制卡，该控制卡采用工业的 32bit 浮点 /50MHz 的 DSP 新微处理技术，提高了运算速度和处理能力，融合了新的控制理论及其网络控制技术，可以控制 2~8 个轴，可以控制伺服电机，步进电机，变频器，气动 / 液压伺服缸或者这几种的任意结合，另外，还带有 20 个输入点和 10 个输出点
也带 2 个 CAN 总线扩展口，可以通过 CAN 总线扩展 I/O 和 16bit 的模拟输入电压模块．
该系统已经地应用于雕刻机，自动切割机等设备上。
在制造工业中存在大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，使PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。 近年来，PLC厂家在原来CPU模板上提逐渐增加了各种通讯接口，现场总线技术及以太网技术也同步发展，使PLC的应用范围越来越广泛。 PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因。
