四、變頻調(diào)速系統(tǒng)的減速與停機(jī)
四、變頻調(diào)速系統(tǒng)的減速與停機(jī)
“變頻器關(guān)于加速和啟動(dòng)過(guò)程中的各項(xiàng)功能已經(jīng)介紹得差不多了，關(guān)于減速方面的功能大多是和加速功能相對(duì)應(yīng)的，比較容易理解，你回去準(zhǔn)備一下，下次來(lái)，首先聽你講。行不行？”張老師瞧著小孫，問(wèn)。 “應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題吧?！毙O頗自信地說(shuō)。
電動(dòng)機(jī)變頻減速的特點(diǎn)
小孫回廠后，把廠里有的所有變頻器的說(shuō)明書都找了來(lái)認(rèn)認(rèn)真真進(jìn)行了準(zhǔn)備，并且把一時(shí)理解不好的問(wèn)題記了下來(lái)。一個(gè)星期后，到張老師家去“接受面試”了。
小孫的準(zhǔn)備工作做得相當(dāng)充分，只見他慢條斯理地從提包里拿出了幾張圖，就開始講解了：“變頻調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)不斷降低頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)減速和停機(jī)的。首先需要說(shuō)明的是頻率下降時(shí)的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)?！彼归_了一張圖3－21，然后說(shuō)：
“假設(shè)一臺(tái)4極電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率是50hz，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速是1500r/min，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1440r/min，轉(zhuǎn)差為60r/min，轉(zhuǎn)子繞組以反方向切割磁力線，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子不斷地旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在，把頻率下降為45hz，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速立刻下降為1350r/min。而在頻率剛下降的瞬間，轉(zhuǎn)子因?yàn)橛袘T性，轉(zhuǎn)速不能立即下降，于是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過(guò)了同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組變成了正方向切割磁力線。就是說(shuō)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向反了，于是轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的方向也和原來(lái)相反了，電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)，稱為發(fā)電機(jī)狀態(tài)。
發(fā)電機(jī)狀態(tài)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向也反了，變成了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很快地下降到略小于1350r/min的轉(zhuǎn)速了。所以，發(fā)電機(jī)狀態(tài)也叫再生制動(dòng)狀態(tài)。 總之，變頻調(diào)速系統(tǒng)在減速過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)是處于發(fā)電狀態(tài)的。發(fā)出來(lái)的電，經(jīng)和逆變管反并聯(lián)的續(xù)流二極管全波整流后反饋給直流電路，使直流電壓上升，稱為泵升電壓。
變頻器的輸出頻率下降的快慢用減速時(shí)間來(lái)描述。減速時(shí)間的定義是：從基本頻率下降到0 hz所需要的時(shí)間，如圖3－22（a）中之td所示。減速時(shí)間預(yù)置得長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子跟得上同步轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)子與同步轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)差基本不變，發(fā)電量保持在一定范圍內(nèi)，直流電壓不會(huì)超過(guò)上限值，如圖（b）所示。反之，減速時(shí)間預(yù)置得短，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差增大，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度加快，發(fā)電量增大，直流電壓將超過(guò)上限值，導(dǎo)致過(guò)電壓跳閘，如圖（c）所示。
和加速過(guò)程相仿，減速時(shí)也可以預(yù)置防失速（自處理）功能，如圖3－23所示，在減速過(guò)程中，當(dāng)直流電壓超過(guò)上限值時(shí)，變頻器的輸出頻率將暫停下降，待直流電壓降到上限電壓以下時(shí)，再繼續(xù)減速。
此外，減速方式也有s形減速和半s形減速等方式，如圖3－24所示，應(yīng)用場(chǎng)合也和加速方式類似。例如，變頻電梯采用s形減速方式；風(fēng)機(jī)以采用起始半s減速方式為宜；而大慣性負(fù)載則以采用終了形半s方式較好?！毙O象背書似地一口氣把所有準(zhǔn)備好的圖都講完了。張老師微笑著點(diǎn)點(diǎn)頭，贊揚(yáng)說(shuō)： “你講得挺完整，不過(guò)，我還是要作一點(diǎn)補(bǔ)充，使你加深了解。
異步發(fā)電機(jī)
第一個(gè)問(wèn)題，是關(guān)于異步發(fā)電機(jī)。
發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，因此，發(fā)電的前提是一定要有外力。
在各種發(fā)電機(jī)中，異步發(fā)電機(jī)是比較特殊的。讓我們首先來(lái)看看別的發(fā)電機(jī)是怎樣發(fā)電的。先看直流發(fā)電機(jī)，如圖3－25（a）所示，其特點(diǎn)是定子上有磁極，轉(zhuǎn)子是電樞繞組。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的電樞繞組因切割定子磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而得到了電能，也就是發(fā)電了。
再看同步發(fā)電機(jī)，如圖（b）所示，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上有磁極，定子上則分布著三相繞組。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組因切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而發(fā)電。
以上兩種發(fā)電機(jī)的共同特點(diǎn)，是都有一個(gè)獨(dú)立的磁場(chǎng)?；蛘哒f(shuō)，它們的勵(lì)磁回路和輸出電路是分開的。而所謂發(fā)電，都是繞組切割磁通而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而發(fā)電。 以上兩種發(fā)電機(jī)的共同特點(diǎn)，是都有一個(gè)獨(dú)立的磁場(chǎng)?；蛘哒f(shuō)，它們的勵(lì)磁回路和輸出電路是分開的。而所謂發(fā)電，都是繞組切割磁通而產(chǎn)生感電動(dòng)勢(shì)。
那么，異步電機(jī)呢？它并沒(méi)有獨(dú)立的磁場(chǎng)，或者說(shuō)，它沒(méi)有一個(gè)單獨(dú)產(chǎn)生磁場(chǎng)的電路。異步電機(jī)必須與三相電源相接后才產(chǎn)生磁場(chǎng)（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）。在沒(méi)有原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)它的情況下，它就是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。只有當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)它超過(guò)同步轉(zhuǎn)速后，它才發(fā)電，如圖3－26所示。
第二個(gè)問(wèn)題，是在變頻調(diào)速的運(yùn)行過(guò)程中，異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)電狀態(tài)，實(shí)質(zhì)上是拖動(dòng)系統(tǒng)釋放機(jī)械能的結(jié)果。這又有兩種情況：
（1）拖動(dòng)系統(tǒng)釋放位能
如圖3－27（a）所示，當(dāng)重物下降時(shí)，由于有重力加速度的原因，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)了同步轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。在這里，重物下降的過(guò)程，是重物的位能減少的過(guò)程，或者說(shuō)，是釋放位能的過(guò)程。
（2）拖動(dòng)系統(tǒng)釋放動(dòng)能
如圖（b）所示，同步轉(zhuǎn)速的突然下降，使同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。在這里，轉(zhuǎn)速下降的過(guò)程，是拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能減少的過(guò)程，或者說(shuō)，是釋放地動(dòng)能的過(guò)程。
因此，再生制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)把拖動(dòng)系統(tǒng)釋放的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的結(jié)果。 在減速的問(wèn)題上，歸納起來(lái)，主要是三件事情：一是減速的快慢，就是你方才說(shuō)的減速時(shí)間；二是在所預(yù)置的減速時(shí)間里，對(duì)變頻器的影響，具體地說(shuō)，就是對(duì)直流電壓的影響；三是要滿足預(yù)置的減速時(shí)間內(nèi)所需要的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?！?/p>
“啊，這么一講，可就清晰多了?！毙O不禁有些雀躍了，這時(shí)，小孫的手機(jī)響了，張老師風(fēng)趣地說(shuō)：“啊，強(qiáng)大的‘制動(dòng)轉(zhuǎn)矩’來(lái)了，那就暫停吧?！?/span>
小 孫 的 筆 記
1.變頻調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)降低頻率來(lái)減速和停機(jī)的。當(dāng)頻率下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)（發(fā)電機(jī)狀態(tài)），使直流回路產(chǎn)生泵升電壓。
2.變頻器的輸出頻率從基本頻率下降到0hz所需要的時(shí)間，稱謂減速時(shí)間。減速時(shí)間預(yù)置得長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠跟得上同步轉(zhuǎn)速的下降，泵升電壓不大。
3.“減速防失速”功能，就是泵升電壓超過(guò)上限值，頻率暫停下降，等直流電壓進(jìn)入允許范圍后再繼續(xù)速。
4.s形減速方式主要用于在減速的起始階段或終了階段需要減緩減速過(guò)程的場(chǎng)合。
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