安川变频器技术控制

1、变频控制技术刘飞 2011.1.12o工作原理工作原理o基本操作基本操作o简易程序模式简易程序模式o自学习模式自学习模式o高级程序模式高级程序模式基本曲线设定基本曲线设定o高级程序模式高级程序模式S形曲线设定形曲线设定o高级程序模式高级程序模式多段速设定多段速设定任务、任务、 变频器的认识与基本操作变频器的认识与基本操作变频器是什么？变频器是什么？ 将商用交流电源通过整流回路变换成直流， 将变换后的直流经过逆变回路变换成电压、频率可调节的交流电， 将变换后的直流经过逆变回路变换成电压、频率可调节的交流电， 利用交流异步三相电动机的转速与频率成正比的特点，通过改变电源的频率和幅度以达到改变电机转

2、速的目的。 变频器的基本构成变频器的基本构成整流部分整流部分商用电源商用电源逆变部分逆变部分平平波波电电容容马达马达 变频器的电压波形变化变频器的电压波形变化整流整流逆变逆变直流电压直流电压电源电压电源电压输出电压输出电压输出电压的平均值是正弦波正弦波（正弦波（脉宽调制脉宽调制） ）控制控制方式方式u 变频器基本构成图变频器基本构成图 马达电源驱动回路保护回路控制回路防冲击防冲击回路回路（逆变回路）（逆变回路）DC/DCDC/DC电电源源变换变换回路回路MDBMDB（整流回路）（整流回路）MDBMDB（整流回路）（整流回路）平波电容平波电容制动回路制动回路操作面板变频器的控制对象变频器的控制对

3、象三相异步电动机三相异步电动机 三相异步电动机主要由三相异步电动机主要由定子、转子、转轴定子、转子、转轴组成，组成，当在定子绕组上加上三相交流电压时，将会产生一当在定子绕组上加上三相交流电压时，将会产生一个旋转磁场，该旋转磁场的速度由加在定子绕组上个旋转磁场，该旋转磁场的速度由加在定子绕组上的三相交流电压的频率所决定。位于该磁场中的转的三相交流电压的频率所决定。位于该磁场中的转子绕组，将切割旋转磁场的磁力线，根据电磁感应子绕组，将切割旋转磁场的磁力线，根据电磁感应原理，在转子绕组中将产生感应电动势和感应电流，原理，在转子绕组中将产生感应电动势和感应电流，感应电流与旋转磁场的磁通互相作用而产生电

4、磁力，感应电流与旋转磁场的磁通互相作用而产生电磁力，即转矩。转子及转轴将沿着与旋转磁场相同的方向即转矩。转子及转轴将沿着与旋转磁场相同的方向旋转。任意改变三相定子绕组的两个电压相位，即旋转。任意改变三相定子绕组的两个电压相位，即可使磁场旋转的方向发生改变，电动机的转向也将可使磁场旋转的方向发生改变，电动机的转向也将随之变化，即可逆控制。随之变化，即可逆控制。 旋转磁场的转速称为同步转速，同步转速是根据旋转磁场的转速称为同步转速，同步转速是根据电动机的极数和电源频率来决定的。由于需要有转电动机的极数和电源频率来决定的。由于需要有转矩输出，电动机的实际转速总是落后于同步转速，矩输出，电动机的实际转

5、速总是落后于同步转速，它们之间的差值称为转差率。它们之间的差值称为转差率。 （ ） / min ：马达的转速马达的转速（r/min） ） ：频率频率（Hz） ）：马达的极数马达的极数（P） ） ：马达的转差率马达的转差率可变速运转的原理可变速运转的原理异步电动机的速度异步电动机的速度转矩特性转矩特性0速度速度 N转矩转矩 T额定转矩额定转矩启动转矩启动转矩同同步转速步转速 0（ （s=0） ）实际转速实际转速 （ （s=1） ）最大转矩最大转矩动作领域动作领域电动机区电动机区（正（正力矩力矩） ）发电机区发电机区（ （负力矩负力矩） ） 1转差转差【 【 例例 ： ： 、 】 】 同步转速 0

6、 0（）（r/min） 转差率的速度（）（r/min）转差率转差率 0 0 0 ： ： 同步转速同步转速 ： ：实际转速实际转速为什么使用变频器会节省能源为什么使用变频器会节省能源？风机、泵等需要控制流量（风量）的场合，采用变频器控制或挡板控制，其消耗的电力和流量（风量）的关系如右下图。流量（风量）小的场合，变频器的节电的效果特别明显。变频器和挡板控制节能效果实例变频器和挡板控制节能效果实例例：事物所中央空调系统的运行流量：小时、 ：小时。合計小时年、 马达：台采用挡板控制采用挡板控制的场合所需的电力（15kW91%2000小时）（15kW76%2000小时）50,100kWh風量風量使用变频

7、器使用变频器来控制马达转速时，所消耗的电力（15kW61%2000小时）（15kW22%2000小时）24,900kWh風量風量一年间所节省的能源节省的能源50,100kWh24,900kWh25,200kWh/年年50%100%50%100%80%10%00节能效果节能效果61917622变频器控制变频器控制挡板控制挡板控制所需电力（）风量流量（）外外 部部 接接 线线主电路接线主电路接线相互接线相互接线数数字字操操作作器器使使用用数字操作器使用数字操作器使用数数字字操操作作器器使使用用变频器操作模式的种类变频器操作模式的种类操作模式的切换操作模式的切换oMenu键切换键切换各模式各模式oE

8、nter键进行键进行模式选择及设模式选择及设置确定置确定o箭头按键更改箭头按键更改参数参数oESC退出退出A 参数：参数：环境设定环境设定A1：环境设定：环境设定 A2：用户参数：用户参数B参数：参数：应用程序应用程序B1：运行模式：运行模式; B2：直流制动：直流制动B3： B4; B6; B7; B8 C 参数：参数：调整调整C1：加减速时间：加减速时间 C2: S形加减速时间形加减速时间C3: 滑差补偿滑差补偿 C4：转矩补偿：转矩补偿C5：速度控制：速度控制 C6：载波频率：载波频率D参数：参数：指令参数指令参数D1：频率指令：频率指令 D6：励磁控制：励磁控制E 参数：参数：电机参数

9、电机参数E1: V/F特性特性 E2：电机参数：电机参数E5：PM电机参数电机参数F 参数：参数：选购件选购件F1： PG卡卡 F4: 模拟量监视卡模拟量监视卡F5: 数字式输出卡数字式输出卡 F6: 通信选购卡通信选购卡参参数数值值意意义义H 参数：参数：端子功能选择端子功能选择H1：多功能接点输入：多功能接点输入H2：多功能接点输出：多功能接点输出 H3：模拟量输入：模拟量输入 H5：MenoBUS通通信信L参数：参数：保护功能参数保护功能参数L1：电机保护功能：电机保护功能 L2：瞬时停电处理：瞬时停电处理 L3 防失速功能防失速功能 L4 频率检出频率检出L5：故障重试：故障重试 L6

10、：L7：L8：N参数：参数：特殊调特殊调整整N2； N5； N8； N9O参数：操作器参数：操作器/监视器监视器O1：显示设定：显示设定/选择选择 O2：多功能选择：多功能选择 O3：拷贝功能：拷贝功能S参数：电梯功参数：电梯功能参数能参数S1; S2; S3T参数：自学习参数：自学习T1:异步电机异步电机 T2：永磁电机：永磁电机U参数：监视参数：监视参参数数值值意意义义o基本操作基本操作nMenu键切换各模式键切换各模式nEnter键进行模式选择及设置确定键进行模式选择及设置确定n箭头按键更改参数箭头按键更改参数nESC退出退出o简易程序模式简易程序模式 nA参数，参数，C参数，参数，E参

11、数等最基本的几个参数参数等最基本的几个参数任务一任务一 变频器的认识与基本操变频器的认识与基本操作作o高级程序模式高级程序模式基本曲线设定基本曲线设定nB1参数、参数、C1参数、参数、D1参数、参数、E1、E2参数参数o高级程序模式高级程序模式S形曲线设定形曲线设定n基本曲线设置，加基本曲线设置，加C2*设置完毕后，按设置完毕后，按MENU切换到驱动模式，并按切换到驱动模式，并按ENTER进入驱动模式，再选择正反转启动。进入驱动模式，再选择正反转启动。任务二任务二 变频器的高级程序模式操作变频器的高级程序模式操作o1、初始化：nA1-03=2220o2、操作器操作：nb1-01及b1-02=0

12、o3、加减速时间： nC1-01、 C1-02o4、输出频率：D1-01=50o5、速度优先选择：高速优先D1-18=0d1-09oE2参数：电机参数（可自学习）参数：电机参数（可自学习）n鉴于实训室电机容量小鉴于实训室电机容量小nE2-01/ E2-03，取最小值，取最小值nE2-11按电机实际设置按电机实际设置n禁止检出禁止检出”缺相缺相”:L8-07=0o高级程序模式高级程序模式基本曲线设定基本曲线设定nB1参数、参数、nC1参数、参数、nD1参数、参数、nE1、E2参数参数频率时间 Fmax最大输出频率加速时间C1-01减速时间C1-02任务二任务二 变频器的高级程序模式操作变频器的高

13、级程序模式操作任务二任务二 变频器的高级程序模式操作变频器的高级程序模式操作o1、初始化：、初始化：A1-03=2220o2、操作器操作：、操作器操作：b1-01及及b1-02=0o3、加减速时间：、加减速时间： C1-01、 C1-02,加加C2参数设置参数设置o4、输出频率：、输出频率：D1-01=50o5、速度优先选择：高速优先、速度优先选择：高速优先D1-18=0o高级程序模式高级程序模式S形曲线设定形曲线设定n基本曲线设置，基本曲线设置，加加C2oE2参数：电机参数（可自学习）n鉴于实训室电机容量小 E2-01/ E2-03，取最小值nE2-11按电机实际设置 禁止检出”缺相”:L8

14、-07=0o校验模式校验模式n按按menu切换到校验模式切换到校验模式n按按enter进入校验模式进入校验模式n按方向键，查看被更改过的参数按方向键，查看被更改过的参数进行与出厂设定值不同的参数的读取设定任务三任务三 变频器的校验模式变频器的校验模式o自学习模式自学习模式n填好基本的已知的电机参数，让变频器填好基本的已知的电机参数，让变频器“学习学习”未知的电机参数。未知的电机参数。学习结果自动更新到学习结果自动更新到E2参数参数。任务四任务四 变频器的自学习模式变频器的自学习模式1.加速和启动加速和启动o1）、加速时间）、加速时间n工作频率从工作频率从0Hz上升到设定频率所需的时间上升到设定

15、频率所需的时间n加速时间的设定需兼顾加速时间的设定需兼顾生产效率和系统启动的平稳性生产效率和系统启动的平稳性o2）、加速模式）、加速模式n线性：线性：简单，常用简单，常用nS形：形： 平稳，传送带、电梯等平稳，传送带、电梯等n半半S形：形：设定适合的启动频率和加速时间，和解决设定适合的启动频率和加速时间，和解决启动电流大和机械冲击问题启动电流大和机械冲击问题o3）、启动频率）、启动频率fsn电机启动时的频率电机启动时的频率n加大加大fs可加大启动转矩，同时也会增大启动电流可加大启动转矩，同时也会增大启动电流o4）、启动前直流制动）、启动前直流制动n防止因电动机启动前，转速不为防止因电动机启动前

16、，转速不为0，而引起电机过，而引起电机过电流电流1.加速和启动加速和启动o若系统关系大，而频率下降太快，电动机将处于强烈的若系统关系大，而频率下降太快，电动机将处于强烈的再生制动状态，从而引起过电流和过电压。再生制动状态，从而引起过电流和过电压。o1）减速的时间和方式（与加速相似）减速的时间和方式（与加速相似）n减速时间：减速时间： 输出频率减至输出频率减至0所需的时间所需的时间 系统惯性越大，减速时间越长系统惯性越大，减速时间越长n减速方式：减速方式：线性、线性、S形、半形、半S形形o2）直流制动）直流制动n惯性大的系统，在低速时易出现停不住的爬行现象惯性大的系统，在低速时易出现停不住的爬行

17、现象n需制动：通入直流电，产生制动转矩需制动：通入直流电，产生制动转矩n需考虑：制动强度、制动时间、制动起始频率需考虑：制动强度、制动时间、制动起始频率2.减速和制动减速和制动o3）变频停机方式）变频停机方式n减速停机：减速停机：预置减速频率和时间，电机处于再生制预置减速频率和时间，电机处于再生制动状态动状态n自由停机：自由停机：变频器停止输出，惯性停机变频器停止输出，惯性停机n变频器在低频状态下短暂运行后再降为变频器在低频状态下短暂运行后再降为0停机：停机： 消除爬行消除爬行2.减速和制动减速和制动o1、参数初始化、参数初始化n通过设置，使变频器参数恢复出厂值：参数初始化通过设置，使变频器参

18、数恢复出厂值：参数初始化o2、电动机参数自动检测：、电动机参数自动检测：n参数自学习：电动机的定子参数自学习：电动机的定子/转子电阻，电感等转子电阻，电感等o3、自动电压调整、自动电压调整n消除输入电压波动的影响消除输入电压波动的影响三、其他功能参数三、其他功能参数o4、电机热过载保护、电机热过载保护n电子热保护：由微处理器计算控制电子热保护：由微处理器计算控制n热敏电阻热敏电阻PTC保护保护o5、转矩特性、转矩特性nU/F曲线选择曲线选择n转矩提升转矩提升o6、再启动：、再启动：n瞬间停电再启动：停电时间不超瞬间停电再启动：停电时间不超2S时，自动重启动时，自动重启动n故障跳闸后重合闸：避免

19、干扰引起的误动作跳闸故障跳闸后重合闸：避免干扰引起的误动作跳闸 通常间隔通常间隔010S,最多重合闸最多重合闸10次次三、其他功能参数三、其他功能参数概括概括从启动频率启动从启动频率启动变频器输出由变频器输出由0 0直接变化为启动频率对应的交流电压，而后直接变化为启动频率对应的交流电压，而后在此基础上按照加速曲线逐步提高输出频率和输出电压直到设在此基础上按照加速曲线逐步提高输出频率和输出电压直到设定频率到达。定频率到达。 注：启动频率不宜过大，否则会造成启动冲击或过流注：启动频率不宜过大，否则会造成启动冲击或过流先制动后从启动频率再启动先制动后从启动频率再启动变频器先给电机通脉冲直流，使电机保

20、持在停止状态，然变频器先给电机通脉冲直流，使电机保持在停止状态，然后再按照从启动频率方式直接启动。后再按照从启动频率方式直接启动。注：一般应用在负载初始状态不确定的场合注：一般应用在负载初始状态不确定的场合转速跟踪启动转速跟踪启动直接将正在自由旋转的电机或负载由当前速度驱动到预定速度直接将正在自由旋转的电机或负载由当前速度驱动到预定速度注：非常适用于水泵的工频变频切换或重要设备的异常停机后注：非常适用于水泵的工频变频切换或重要设备的异常停机后的快速恢复的快速恢复启动方式启动方式停车方式停车方式u减速停车减速停车变频器按设定的减速时间和曲线逐渐减小输出频率，变频器按设定的减速时间和曲线逐渐减小输

21、出频率， 降到降到0 0后停机后停机 注：这种方式最常用，当直流母线电压过高时会自动启动能注：这种方式最常用，当直流母线电压过高时会自动启动能耗制动，此时需配置制动单元耗制动，此时需配置制动单元u自由停车自由停车 变频器接到停止命令后，立刻中止输出，负载依惯性停车变频器接到停止命令后，立刻中止输出，负载依惯性停车 注：变频器故障时的停车方式就是自由停车注：变频器故障时的停车方式就是自由停车u减速直流制动停车减速直流制动停车变频器接到停止命令后，按照设定曲线逐渐减少输出频率变频器接到停止命令后，按照设定曲线逐渐减少输出频率，当到达某一预设频率，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，当到达某一预设频率

22、，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，防止电机爬行防止电机爬行注：对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用注：对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用变频器基础知识变频器基础知识变频器分类变频器分类按变换按变换方法分方法分交直交交直交（广泛使用）（广泛使用）电压型（储能环节为电解电容）电压型（储能环节为电解电容）电流型电流型( (储能环节为电抗器）储能环节为电抗器）交交交交无储能环节（调频范围窄）无储能环节（调频范围窄）控制算控制算法法通用型通用型内置内置V/FV/F控制方式，简单，性能一般控制方式，简单，性能一般高性能专用高性能专用型型内置矢量控制方式，复杂，高性能内置矢量控制方式，复杂，高性

23、能按供电按供电电源分电源分低压低压220V/1PH220V/1PH、220V/3PH220V/3PH、380V/3PH380V/3PH高压高压30003000、60006000、10000V/3PH10000V/3PH变频器基础知识变频器基础知识控制算法控制算法交流调速的控制核心是：交流调速的控制核心是： 只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果V/FV/F控制简单实用，性能一般，使用最为广泛控制简单实用，性能一般，使用最为广泛l只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定只要保证输出电压和输出频率恒定就

24、能近似保持磁通保持恒定 例例: : 对于对于380V 50Hz380V 50Hz电机，当运行频率为电机，当运行频率为40HZ40HZ时，要保持时，要保持V/F V/F 恒定，则恒定，则 40HZ40HZ时电机的供电电压时电机的供电电压:380:380（40/50)40/50)304V304Vl低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高矢量控制性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚矢量控制性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚l模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电模仿直流电机的控制方法，采

25、用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电 流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的 转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到9090代计算代计算 机技术迅速发展才真正大范围使用机技术迅速发展才真正大范围使用变频器基础知识控制算法项目通用变频器高性能变频器控制算法V/F控制转矩提升同步机异步机控制算法基本相同开环矢量控制（无速度传感器矢量控制）闭环矢量控制（有速度传感器矢量控制）异步机和同步机需要不同的控制算法调速范围1:401:100（开环矢量),1:1000(闭环矢量)启动转矩无要求180% 0.5Hz（开环矢量)，200% 0速(闭环矢量)稳速精度与转差有关（2-3%)0.5%(开环矢量)，0.05%(闭环矢量)转矩控制无有控制算法简单复杂电机参数不依赖电机参数，支持同时驱动不同类型不同功率的电机电机参数对控制性能的影响较大，一般只能驱动一台电机变频器的构成用户接口主回路接口主回路接口控制回路接口控制回路接口模拟量输入模拟量输入模拟量输出模拟量输出通讯接口通讯接口控制回路接口控制回路接口开关量输入开关量输入开关量输出开关量输出编码器接口编码器接口变频器的构成主回路接口 R S T P 1 (