IC693PWR322

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二、污水处理工艺过程（活性污泥处理方式，日处理量为8000吨级）： 　　三、系统应用效果 污水处理厂中的鼓风机和潜水泵在使用了F66系列变频器以后，不但免去了许多繁琐的人工操作，不隐患因素，并使系统始终处于一种节能状态下运行，延长了设备的使用寿命，的适应了生产需要。而且安圣变频器丰富的内部控制功能可以很方便地与其他控制系统实现闭环自动控制。从半年运行情况来看，效果很好。因此，在污水处理厂或相似的系统中使用变频器应具有很好的推广价值。关键字：隔离器件；工业现场 　　生产过程监视和控制要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构。过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率上讲，有直流低频范围的，也有高频/脉冲尖峰。设备仪表间的互相干扰就成为系统调试中要解决的问题。除了电磁屏蔽之外，解决各种设备仪表的“地”，即信号参考点的电位差，将成为重要课题。因为不同设备、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题。换句话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有设备仪表的信号有一个共同的参考点，即共有一个“地”。进一步讲，所有设备仪表信号的参考点之间电位差为“零”。但是在实际环境中，这一点几乎是不可能的，这里面除了各个设备仪表“地”之间的连线电阻产生的电压降之外，尚有各种设备仪表在不同环境受到的干扰不同，以及导线接点经受风吹雨淋导致接点质量下降等诸多因素，致使各个“地”之间有差别。以示意图一为例。   图中标明有两个现场设备1＃、2＃仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备3＃、4＃仪表发出信号。假定传送信号均为0-10VDC。理想情况下PLC及两个现场设备1＃、2＃仪表“地”电位完全相等，传送过程中又没有干扰。这样从PLC输入来看，接收正确。但如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差。举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了.同时1#、2#设备的“地”线在PLC汇合联接，将0.1V电压施加在PLC地线条上，可能损坏PLC局部“地”线。同时显示错误的数据。由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离。它的八个通道输入之间没有隔离，致使在输入信号时，每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳故障无法排除。又如航天某部门使用K型热偶作为传感器测试发动机各点温度。同上述相似，仅测试一个点时正常。但是向主机接入两点或两点以上温度信号时，显示的温度值明显错误。这两种情况在使用隔离器后，都正常了。 　　隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，即它们之间没有“地”的关系。 　　上面谈了输入信号和PLC信号的隔离，同样PLC向外部设备输出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器就能解决问题。 　　这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。 　　1．不管PLC向外部设备仪表发送信号，还是外部设备仪表向其他设备发送信号，有一种情况经常遇到：要求一个信号即能向显示仪表输送信号，又能传送给诸如变频器之类的设备。这就有可能在两个设备之间产生干扰，若要解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器，它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离，同时实现接收信号设备之间隔离。如图二。   2．现场仪表在配套时有可能协调不利出现如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为二线制方式（即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联），接口的两根线一个为24V正极、一个为250Ω一端，适于连接现场二线制变送器。但现场设备为四线制变送器，输出4-20mA，这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份安装一个标准的二线变送器，以应对接收设备的接口。这个产品型号为WS9030。 　　隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件. 从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。 　　3．对于常用的4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。如图三。   显然省去外接电源接线更为简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。 　　WS1562的大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送，从一个意义上讲是功率传送，内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时输出端250Ω上的电压为5.0V，而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻大值为8.8V/20mA=440（Ω）。在这种情况下输入的4-20mA电流源具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件。 　　4．再谈谈常用的二线制变送器（含压力、温度、流量…），从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。 　　二线制变送器的隔离有两种方式：一种方式是传感器和变送器一体而又放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。对这种现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定。图四给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。   另一种方式是传感器和变送器分成二个部分，传感器放置在现场指定地点,把变送器设计为隔离式的放置在控制室中。面对PLC两种接口方式，图五给出了以Pt100为传感器的隔离变送器使用连线图。产品型号为WS9050及WS2050。附带说一点，处理Pt100这类温度变送器都考虑到了Pt100的长线补偿及线性化处理。类似还有以各种热偶为传感器的隔离变送器，它与上述基本相同。不同的是增加了冷端补偿。产品型号为WS9060及WS2060。其中WS2050和WS2060属于二线制变送器。WS9050和WS9060属于全隔离式变送器。   　　如果输入信号是5A交流电流或数百伏交流电压可以选用的产品型号是WS1526、WS1520。变频器与异步电动机组成不同的调速系统时，变频器容量的计算方法也不同。本小节第（1）所列，适用于单台变频器为单台电动机供电连续运行的情况。式（3－1）、式（3－2）和式（3－3）三者是统一的，选择变频器容量时应同时满足三个算式的关系。尤其变频器电流是一个较关键的量。本小节第(2)所列，适用于一台变频器为多台并联电动机供电且各电动机不同时起动的情况。选择逆变器容量，无论电动机加速时间在1min以内或以上，都应同时满足容量计算式和电流计算式。本小节第(3) 所列，是针对大惯量负载的情况，例如吊车的平移机构、离心式分离机、离心式铸造机等，负载折算到电动机轴上的等效GD2比电动机转子的GD2大得很多。这种情况下则应按式(3-8)选择变频器的容量。 　　 　　3.2 变频器的外围设备及其选择 　　变频器的运行离不开某些外围设备。这些外围设备通常都是选购件。选用外围设备常是为了下述目的：a. 提高变频器的某种性能；b..变频器和电动机的保护；c. 减小变频器对其他设备的影响等。 　　(1) 变频器外围设备的种类与用途 变频器的外围设备如图3-1所示。 　　下面分别说明用途与注意事项等。 　　 　　图3-1 变频器的外围设备 　　1— 电源变压器T 2—电源侧断路器QF 3—电磁接触器1KM 　　 4—无线电噪声滤波器FIL 5—电源侧交流电抗器1ACL 　　 6—制动电阻R 7—电动机侧电磁接触器2KM 　　 8—工频电网切换用接触器3KM 9—电动机侧交流电抗器2ACL 　　 　　a. 电源变压器T: 电源变压器用于将高压电源变换到通用变频器所需的电压等级，例如220V量级或400V量级等。变频器的输入电流含有量的高次谐波，使电源侧的功率因数降低，若再考虑变频器的运行效率，则变压器的容量常按下式考虑： 　　变压器的容量(KVA)＝ 　　其中变频器功率因数在有输入交流电抗器1ACL时取0.8—0.85，无输入电抗器1ACL时则取0.6-0.8。变频器效率可取0.95，变频器输出功率应为所接电动机的总功率。 　　变频器生产厂家所推荐的变压器容量的参考值，常取变频器容量的130%左右。 　　b. 电源侧断路器QF 用于电源回路的开闭，并且在出现过流或短路事故时自动切断电源，以防事故扩大。如果需要进行接地保护，也可以采用漏电保护式断路器。使用变频器无例外地都应采用QF。 　　c. 电磁接触器1KM 用于电源的开闭，在变频保护功能起作用时，切断电源。对于电网停电后的复电，可以防止自动再投入以保护设备的及人身。 　　d. 无线电噪声滤波器FIL 用于限制变频器因高次谐波对外界的干扰，可酌情选用。 　　e. 交流电抗器1ACL和2ACL 1ACL用于抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数。选用与否视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网电压允许的畸变程度而定。一般情况以采用为好。2ACL用于改善变频器输出电流的波形，减低电动机的噪声。 　　d. 制动电阻单元R 用于吸收电动机再生制动的再生电能。可以缩短大惯量负载的自由停车时间。还可以在位能负载下放时，实现再生运行。 　　e. 电磁接触器2KM和3KM 用于变频器和工频电网之间的切换运行。在这种方式下2KM是的，它和3KM之间的联锁可以防止变频器的输出端接到工频电网上。一旦出现就频器输出端误接到工频电网的情况，将损坏变频器。如果不需要变频器——工频电网的切换功能，可以不要2KM。注意，有些机种要求2KM只能在电动机和变频器停机状态下进行开闭。 　　 　　（2） 制动电阻的计算 在异步电动机因设定频率下降而减速时，如果轴转速高于由频率所决定的同步转速，则异步电动机处于再生发电运行状态。运动系统中所荐储的动能经逆变器回馈到直流侧，中间直流回路的滤波电容器的电压会因吸收这部分回馈能量而提高。如果回馈能量较大，则有可能使变频器的过压保护功能动作。利用制动电阻可以耗散这部分能量，使电动机的制动能力提高。制动电阻的选择，包括制动电阻的阻值及其容量的计算，可按如下步骤进行。 　　a. 制动转矩的计算 制动转矩TB可由下式算出： 　　 TB= （N×m） (3-9) 　　 　　式中 GD2M——电动机的GD2（N×m2）； 　　 GD2L ——负载折算到电动机轴上的GD2（N×m2）； 　　 TL ——负载转矩（N×m）； 　　 n1——减速开始速度（r/min）； 　　 n2——减速完了速度（r/min）； 　　 ts——减速时间（S）。 　　b. 制动电阻阻值的计算 在附加制动电阻进行制动的情况下，电动机内部的有功损耗部分，折合制动转矩，大约为电动机额定转矩的20%。考虑到这一点，可用下式计算制动电阻的值 　　 RBO= (Ω) （3-10） 　　 式中 UC——直流回路电压（V）； 　　 TB——制动转矩（N×m）； 　　 TM——电动机额定转矩； 　　 n1——开始减速时的速度。 　　 如果系统所需制动转矩TB〈0.2TM，即制动转矩在额定转矩的20%以下时，则不需要另外的制动电阻，仅电动机内部的有功损耗的作用，就可使中间直流回路电压限制在过压保护的动作水平以下。 　　 由制动晶体管和制动电阻构成的放电回路中，其大电流受制动晶体管的大允许电流IC的限制。制动电阻的小允许值Rmin（Ω）为 　　 Rmin= (3-11) 　　 式中 UC——直流回路电压（V）。 　　 因此，选用的制动电阻RB应按 　　 Rmin600s。通常采用连续工作制电阻器，当间歇制动时，电阻器的允许功率将增加。允许功率增加系数m和制动电阻使用率D=ts/T之间的关系曲线如图3-2a所示。D=ts/T，意义见图3-2a 。 　　图3-2 减速模式 　　a）重复减速 b）非重复减速 　　 　　 根据电动机运行的模式，可以确定制动时的平均消耗功率和电阻器的允许功 　　率增加系数，据此可以求出制动电阻器的额定功率Pr 　　 Pr= (KW) (3-14) 　　 根据如上计算得到的RBO和Pr，可在市场上选择合乎要求的标准电阻器。 对三相静止的对称绕组A、B、C通以三相正弦交流电流iA、iB、iC时，便产生转速为ω1的旋转磁场Ф。如图2-9（a）所示。然而，旋转磁场并不非要三相不可，两相、四相等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁场。图2-9（b）是两相静止绕组α和β厂（空间位置相差900），通以两相平衡电流Iα和Iβ（时间上差900）时所产生的旋转磁场Ф。当图2-9（a）和2-9（b）中所示的旋转磁场的大小与转速都相同时，则两套绕组等效，再看图2-9（c）中的两个匝数相等且互相垂直的绕组M和T，分别通以直流电流iM和iT，产生位置固定的磁通Ф。如果使两个绕组同时以同步转速ω1旋转，磁通Ф自然随着旋转起来，而成为旋转磁场，并可以和图2-9（a）、（b）中的绕组等效。但如果观察者站到铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，M、T是两个通以直流的互相垂直的静止绕组。如果取磁通Ф的位置和M绕组的平面正交，就和等效的直流电动机绕组没有差别了。这样，以产生同样的旋转磁场为准则，图2-9（a）中的三相绕组，（b）中的两相绕组和（c）中的直流绕组等效。iA、iB、iC与iα和iβ及iM、iT之间存在着确定的关系，即矢量变换关系。这样只要按照某个规律去控制三相电流iA、iB、iC就可以等效地控制iM和iT来达到所需控制转矩的目的。 　图2-9 等效的交流电动机绕组与直流电动机绕组 　　2.3变频器的基本构成 　　变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流直流接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。而交-直-交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率、电压均可控制的交流，又称间接式变频器。 　　变频器的基本构成如图2-10所示，由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成，分述如下： 　　图2-10 变频器的基本构成 　　（1）整流器 电网侧面的变流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流成直流。 　　（2）逆变器 负载侧面的变流器Ⅱ为逆变器。常见的结构形式是利用六个主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。 　　（3）中间直流环节 由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。 　　（4）控制电路 控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。 　　（5）关于变流器名称的说明 对于交-直-交变频器在不涉及能量传递方向的改变时，我们常简明地称变流器Ⅰ为整流器，变流器Ⅱ为逆变器（如图），而把图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ总起来称为变频器。实际上，对于再生能量回馈型变频器，Ⅰ、Ⅱ两个变流器均可能有两种工作状态：整流状态和逆变状态。当讨论中涉及变流器工作状态转变时，Ⅰ、Ⅱ不再简称为“整流器”和“逆变器”而称为“网侧面变流器”和“负载侧变流器”。 　　 　　2.4变频器的起动状态 　　 变频起动中，是通过控制异步电动机的定子电压和定子频率来获得所需的起动性能。根据工程的需要，一般尽量减小起动电流，这样可以减小变频器的容量。对起动时间的设定并不追求越短越好，如果保证主磁通为额定值通过恰当地设定起动时间，相当于间接地选择了起动过程中的动态转矩，可以减小起动电流和起动损耗。所以起动时常有几种情况：或起动电流小、或起动损耗小、或起动时间短。另外，还要考虑避免过大的机械冲击，使起动过程缓和、平滑等。1.引言近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的讯速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。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不断恶化环境、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，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有发展前途的调速方式。 2 我国变频调速技术的发展概况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转状态(位置、速度、加速度等)实现电能－机械能的转换，达到、高产、低耗的目的。电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械，越来越多的改用调速传动以节约电能(节约15-20％或更多)，改善产品质量，提高产量。在我国60％的发电量是通过电动机消耗掉的，因此它是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有规模。近年来交流调速中活跃、发展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。我国电气传动产业建于1954年，当时第一批该专业的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来的天津电气传动设计研究所的前身。我国电气传动与变频调速技术的发展简史见附表。现在我国已有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际80年代水平。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供的电气传动控制系统。虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发，生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。
二、污水处理工艺过程（活性污泥处理方式，日处理量为8000吨级）： 　　三、系统应用效果 污水处理厂中的鼓风机和潜水泵在使用了F66系列变频器以后，不但免去了许多繁琐的人工操作，不隐患因素，并使系统始终处于一种节能状态下运行，延长了设备的使用寿命，的适应了生产需要。而且安圣变频器丰富的内部控制功能可以很方便地与其他控制系统实现闭环自动控制。从半年运行情况来看，效果很好。因此，在污水处理厂或相似的系统中使用变频器应具有很好的推广价值。关键字：隔离器件；工业现场 　　生产过程监视和控制要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构。过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号，甚至还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率上讲，有直流低频范围的，也有高频/脉冲尖峰。设备仪表间的互相干扰就成为系统调试中要解决的问题。除了电磁屏蔽之外，解决各种设备仪表的“地”，即信号参考点的电位差，将成为重要课题。因为不同设备、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题。换句话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有设备仪表的信号有一个共同的参考点，即共有一个“地”。进一步讲，所有设备仪表信号的参考点之间电位差为“零”。但是在实际环境中，这一点几乎是不可能的，这里面除了各个设备仪表“地”之间的连线电阻产生的电压降之外，尚有各种设备仪表在不同环境受到的干扰不同，以及导线接点经受风吹雨淋导致接点质量下降等诸多因素，致使各个“地”之间有差别。以示意图一为例。   图中标明有两个现场设备1＃、2＃仪表向PLC传送信号以及PLC向两台现场设备3＃、4＃仪表发出信号。假定传送信号均为0-10VDC。理想情况下PLC及两个现场设备1＃、2＃仪表“地”电位完全相等，传送过程中又没有干扰。这样从PLC输入来看，接收正确。但如前所述，两个现场设备通常有“地”电位差。举例来讲，1#设备“地”与PLC“地”同电位，2#设备比它们的“地”电位高0.1V，这样1#设备给PLC的信号为0-10V，而2#设备给PLC的为0.1V-10.1V,误差就产生了.同时1#、2#设备的“地”线在PLC汇合联接，将0.1V电压施加在PLC地线条上，可能损坏PLC局部“地”线。同时显示错误的数据。由此引起的问题在现场调试中屡有出现。例如某大型建材公司生产线监控系统使用美国AB-PLC外接国内某厂家手操器。AB-PLC的每个数据采集板由八个通道组成，八个通道共用一个12位A/D，模拟量经过变换后由12个光耦隔离器实现与主机隔离。它的八个通道输入之间没有隔离，致使在输入信号时，每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时，显示数字乱跳故障无法排除。又如航天某部门使用K型热偶作为传感器测试发动机各点温度。同上述相似，仅测试一个点时正常。但是向主机接入两点或两点以上温度信号时，显示的温度值明显错误。这两种情况在使用隔离器后，都正常了。 　　隔离器之所以能起到这个作用，就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输入/输出之间没有共同“地”，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔离，即它们之间没有“地”的关系。 　　上面谈了输入信号和PLC信号的隔离，同样PLC向外部设备输出信号也有类似现象问题。显然采用隔离器就能解决问题。 　　这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。 　　1．不管PLC向外部设备仪表发送信号，还是外部设备仪表向其他设备发送信号，有一种情况经常遇到：要求一个信号即能向显示仪表输送信号，又能传送给诸如变频器之类的设备。这就有可能在两个设备之间产生干扰，若要解决干扰问题，推荐使用隔离式信号分配器，它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离，同时实现接收信号设备之间隔离。如图二。   2．现场仪表在配套时有可能协调不利出现如下情况，接收信号设备(例如接收4-20mA)接口连接为二线制方式（即接收口为一个24V电源与一个250Ω相串联），接口的两根线一个为24V正极、一个为250Ω一端，适于连接现场二线制变送器。但现场设备为四线制变送器，输出4-20mA，这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4-20mA接收并隔离，在隔离器的输出部份安装一个标准的二线变送器，以应对接收设备的接口。这个产品型号为WS9030。 　　隔离器要保证输入/输出两个部分隔离，外加工作电源24V在为输入、输出部份供电同时，确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件. 从理论上讲这种供电方式,不管隔离器数量多少，均可用一台24V电源供电，不会产生干扰。 　　3．对于常用的4-20mA到4-20mA电流信号的隔离，这里推荐一种不用另外再加电源的隔离器WS1562。如图三。   显然省去外接电源接线更为简捷，且功耗低、自身热量低、可靠性高。 　　WS1562的大特点在于不需要外接电源,它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4-20mA信号进行的隔离传送，从一个意义上讲是功率传送，内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250Ω为例，当输出为20mA时输出端250Ω上的电压为5.0V，而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗等于20mA×(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看，假若输出端负载电阻RL等于250Ω，那么从输入端看进去的等效电阻大值为8.8V/20mA=440（Ω）。在这种情况下输入的4-20mA电流源具有驱动440Ω负载的能力，才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Ω条件下正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能满足这些条件。 　　4．再谈谈常用的二线制变送器（含压力、温度、流量…），从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。 　　二线制变送器的隔离有两种方式：一种方式是传感器和变送器一体而又放置在现场指定地点，对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。对这种现场二线制变送器的电源配送有二种接口形式，要根据现场具体情况来定。图四给出了针对PLC与二线制变送器两种接口的连线图。   另一种方式是传感器和变送器分成二个部分，传感器放置在现场指定地点,把变送器设计为隔离式的放置在控制室中。面对PLC两种接口方式，图五给出了以Pt100为传感器的隔离变送器使用连线图。产品型号为WS9050及WS2050。附带说一点，处理Pt100这类温度变送器都考虑到了Pt100的长线补偿及线性化处理。类似还有以各种热偶为传感器的隔离变送器，它与上述基本相同。不同的是增加了冷端补偿。产品型号为WS9060及WS2060。其中WS2050和WS2060属于二线制变送器。WS9050和WS9060属于全隔离式变送器。   　　如果输入信号是5A交流电流或数百伏交流电压可以选用的产品型号是WS1526、WS1520。变频器与异步电动机组成不同的调速系统时，变频器容量的计算方法也不同。本小节第（1）所列，适用于单台变频器为单台电动机供电连续运行的情况。式（3－1）、式（3－2）和式（3－3）三者是统一的，选择变频器容量时应同时满足三个算式的关系。尤其变频器电流是一个较关键的量。本小节第(2)所列，适用于一台变频器为多台并联电动机供电且各电动机不同时起动的情况。选择逆变器容量，无论电动机加速时间在1min以内或以上，都应同时满足容量计算式和电流计算式。本小节第(3) 所列，是针对大惯量负载的情况，例如吊车的平移机构、离心式分离机、离心式铸造机等，负载折算到电动机轴上的等效GD2比电动机转子的GD2大得很多。这种情况下则应按式(3-8)选择变频器的容量。 　　 　　3.2 变频器的外围设备及其选择 　　变频器的运行离不开某些外围设备。这些外围设备通常都是选购件。选用外围设备常是为了下述目的：a. 提高变频器的某种性能；b..变频器和电动机的保护；c. 减小变频器对其他设备的影响等。 　　(1) 变频器外围设备的种类与用途 变频器的外围设备如图3-1所示。 　　下面分别说明用途与注意事项等。 　　 　　图3-1 变频器的外围设备 　　1— 电源变压器T 2—电源侧断路器QF 3—电磁接触器1KM 　　 4—无线电噪声滤波器FIL 5—电源侧交流电抗器1ACL 　　 6—制动电阻R 7—电动机侧电磁接触器2KM 　　 8—工频电网切换用接触器3KM 9—电动机侧交流电抗器2ACL 　　 　　a. 电源变压器T: 电源变压器用于将高压电源变换到通用变频器所需的电压等级，例如220V量级或400V量级等。变频器的输入电流含有量的高次谐波，使电源侧的功率因数降低，若再考虑变频器的运行效率，则变压器的容量常按下式考虑： 　　变压器的容量(KVA)＝ 　　其中变频器功率因数在有输入交流电抗器1ACL时取0.8—0.85，无输入电抗器1ACL时则取0.6-0.8。变频器效率可取0.95，变频器输出功率应为所接电动机的总功率。 　　变频器生产厂家所推荐的变压器容量的参考值，常取变频器容量的130%左右。 　　b. 电源侧断路器QF 用于电源回路的开闭，并且在出现过流或短路事故时自动切断电源，以防事故扩大。如果需要进行接地保护，也可以采用漏电保护式断路器。使用变频器无例外地都应采用QF。 　　c. 电磁接触器1KM 用于电源的开闭，在变频保护功能起作用时，切断电源。对于电网停电后的复电，可以防止自动再投入以保护设备的及人身。 　　d. 无线电噪声滤波器FIL 用于限制变频器因高次谐波对外界的干扰，可酌情选用。 　　e. 交流电抗器1ACL和2ACL 1ACL用于抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数。选用与否视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网电压允许的畸变程度而定。一般情况以采用为好。2ACL用于改善变频器输出电流的波形，减低电动机的噪声。 　　d. 制动电阻单元R 用于吸收电动机再生制动的再生电能。可以缩短大惯量负载的自由停车时间。还可以在位能负载下放时，实现再生运行。 　　e. 电磁接触器2KM和3KM 用于变频器和工频电网之间的切换运行。在这种方式下2KM是的，它和3KM之间的联锁可以防止变频器的输出端接到工频电网上。一旦出现就频器输出端误接到工频电网的情况，将损坏变频器。如果不需要变频器——工频电网的切换功能，可以不要2KM。注意，有些机种要求2KM只能在电动机和变频器停机状态下进行开闭。 　　 　　（2） 制动电阻的计算 在异步电动机因设定频率下降而减速时，如果轴转速高于由频率所决定的同步转速，则异步电动机处于再生发电运行状态。运动系统中所荐储的动能经逆变器回馈到直流侧，中间直流回路的滤波电容器的电压会因吸收这部分回馈能量而提高。如果回馈能量较大，则有可能使变频器的过压保护功能动作。利用制动电阻可以耗散这部分能量，使电动机的制动能力提高。制动电阻的选择，包括制动电阻的阻值及其容量的计算，可按如下步骤进行。 　　a. 制动转矩的计算 制动转矩TB可由下式算出： 　　 TB= （N×m） (3-9) 　　 　　式中 GD2M——电动机的GD2（N×m2）； 　　 GD2L ——负载折算到电动机轴上的GD2（N×m2）； 　　 TL ——负载转矩（N×m）； 　　 n1——减速开始速度（r/min）； 　　 n2——减速完了速度（r/min）； 　　 ts——减速时间（S）。 　　b. 制动电阻阻值的计算 在附加制动电阻进行制动的情况下，电动机内部的有功损耗部分，折合制动转矩，大约为电动机额定转矩的20%。考虑到这一点，可用下式计算制动电阻的值 　　 RBO= (Ω) （3-10） 　　 式中 UC——直流回路电压（V）； 　　 TB——制动转矩（N×m）； 　　 TM——电动机额定转矩； 　　 n1——开始减速时的速度。 　　 如果系统所需制动转矩TB〈0.2TM，即制动转矩在额定转矩的20%以下时，则不需要另外的制动电阻，仅电动机内部的有功损耗的作用，就可使中间直流回路电压限制在过压保护的动作水平以下。 　　 由制动晶体管和制动电阻构成的放电回路中，其大电流受制动晶体管的大允许电流IC的限制。制动电阻的小允许值Rmin（Ω）为 　　 Rmin= (3-11) 　　 式中 UC——直流回路电压（V）。 　　 因此，选用的制动电阻RB应按 　　 Rmin600s。通常采用连续工作制电阻器，当间歇制动时，电阻器的允许功率将增加。允许功率增加系数m和制动电阻使用率D=ts/T之间的关系曲线如图3-2a所示。D=ts/T，意义见图3-2a 。 　　图3-2 减速模式 　　a）重复减速 b）非重复减速 　　 　　 根据电动机运行的模式，可以确定制动时的平均消耗功率和电阻器的允许功 　　率增加系数，据此可以求出制动电阻器的额定功率Pr 　　 Pr= (KW) (3-14) 　　 根据如上计算得到的RBO和Pr，可在市场上选择合乎要求的标准电阻器。 对三相静止的对称绕组A、B、C通以三相正弦交流电流iA、iB、iC时，便产生转速为ω1的旋转磁场Ф。如图2-9（a）所示。然而，旋转磁场并不非要三相不可，两相、四相等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁场。图2-9（b）是两相静止绕组α和β厂（空间位置相差900），通以两相平衡电流Iα和Iβ（时间上差900）时所产生的旋转磁场Ф。当图2-9（a）和2-9（b）中所示的旋转磁场的大小与转速都相同时，则两套绕组等效，再看图2-9（c）中的两个匝数相等且互相垂直的绕组M和T，分别通以直流电流iM和iT，产生位置固定的磁通Ф。如果使两个绕组同时以同步转速ω1旋转，磁通Ф自然随着旋转起来，而成为旋转磁场，并可以和图2-9（a）、（b）中的绕组等效。但如果观察者站到铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，M、T是两个通以直流的互相垂直的静止绕组。如果取磁通Ф的位置和M绕组的平面正交，就和等效的直流电动机绕组没有差别了。这样，以产生同样的旋转磁场为准则，图2-9（a）中的三相绕组，（b）中的两相绕组和（c）中的直流绕组等效。iA、iB、iC与iα和iβ及iM、iT之间存在着确定的关系，即矢量变换关系。这样只要按照某个规律去控制三相电流iA、iB、iC就可以等效地控制iM和iT来达到所需控制转矩的目的。 　图2-9 等效的交流电动机绕组与直流电动机绕组 　　2.3变频器的基本构成 　　变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流直流接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。而交-直-交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率、电压均可控制的交流，又称间接式变频器。 　　变频器的基本构成如图2-10所示，由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成，分述如下： 　　图2-10 变频器的基本构成 　　（1）整流器 电网侧面的变流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流成直流。 　　（2）逆变器 负载侧面的变流器Ⅱ为逆变器。常见的结构形式是利用六个主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。 　　（3）中间直流环节 由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。 　　（4）控制电路 控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。 　　（5）关于变流器名称的说明 对于交-直-交变频器在不涉及能量传递方向的改变时，我们常简明地称变流器Ⅰ为整流器，变流器Ⅱ为逆变器（如图），而把图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ总起来称为变频器。实际上，对于再生能量回馈型变频器，Ⅰ、Ⅱ两个变流器均可能有两种工作状态：整流状态和逆变状态。当讨论中涉及变流器工作状态转变时，Ⅰ、Ⅱ不再简称为“整流器”和“逆变器”而称为“网侧面变流器”和“负载侧变流器”。 　　 　　2.4变频器的起动状态 　　 变频起动中，是通过控制异步电动机的定子电压和定子频率来获得所需的起动性能。根据工程的需要，一般尽量减小起动电流，这样可以减小变频器的容量。对起动时间的设定并不追求越短越好，如果保证主磁通为额定值通过恰当地设定起动时间，相当于间接地选择了起动过程中的动态转矩，可以减小起动电流和起动损耗。所以起动时常有几种情况：或起动电流小、或起动损耗小、或起动时间短。另外，还要考虑避免过大的机械冲击，使起动过程缓和、平滑等。1.引言近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的讯速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。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不断恶化环境、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，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有发展前途的调速方式。 2 我国变频调速技术的发展概况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转状态(位置、速度、加速度等)实现电能－机械能的转换，达到、高产、低耗的目的。电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械，越来越多的改用调速传动以节约电能(节约15-20％或更多)，改善产品质量，提高产量。在我国60％的发电量是通过电动机消耗掉的，因此它是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有规模。近年来交流调速中活跃、发展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。我国电气传动产业建于1954年，当时第一批该专业的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来的天津电气传动设计研究所的前身。我国电气传动与变频调速技术的发展简史见附表。现在我国已有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际80年代水平。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供的电气传动控制系统。虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发，生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。
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