变频器的电位器控制(杨力)

等级等级:湖南工程学院课 程 设 计课程名称 专业综合课程设计课题名称 变频器的电位器控制专业自动化班级1191班学号201101029128姓名杨力指导教师赵葵银、李祥来、沈细群等2014623湖南工程学院课程设计任务书课程名称 专业综合课程设计课 题 变频器的电位器控制专业班级 自动化1191学生姓名 杨力学 号 201101029128指导老师 赵葵银、李祥来、沈细群审 批 黄峰任务书下达日期2014623任务完成日期201474设计内容与设计要求设计内容：FRD-700，控制交流电动机调速。确定设计方案。采用外部电位器控制变频器的运行。正确设置变频器的参数。正确地在实验装置上对变频器与交流电机进行接线。2点电压与变频器输出频率的对应关系。设计要求：设计思路清晰，给出整体设计框图；单元电路设计，给出具体设计思路和电路；必要的波形分析；绘制系统接触线图；写出设计报告。主要设计条件设计参数1）（AC）220（1+15%、FR-D700DJ16变频调速控制板可提供实验与仿真条件电力电子与运动控制技术训练室提供实验条件说明书格式目 录课程设计封面；任务书；说明书目录；设计总体思路，主电路设计；控制单元电路设计（各单元电路图）；实验或仿真调试等。总结与体会；附录（完整的总电路图）；参考文献；10、课程设计成绩评分表进度安排设计时间分为二周第一周星期一:课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路接线方案确定星期三:总体电路接线方案确定星期四:控制方式的设定；星期五:参数优化设置；第二周星期一:实验数据测试、记录；星期二：实验数据测试、记录；星期四~五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午:答辩及资料整理参考文献参考文献[1]王兆安．电力电子技术（5．机械工业出版社，2008[2][3]（4[4]2014[5]刘定建，朱丹霞．实用晶闸管电路大全．机械工业出版社，1996[6]刘星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统．校内，1999概述泵类的行业具有良好的市场前景。频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成大大缩短。目录第1章设计方案的确定 1第2章主电路设计 2主电路的工作原理 2主电路各部分的设计 2交直电路设计 22.2.2直交电路设计 3主电路参数计算 4第3章控制单元电路设计 5变频器电路原理 5驱动电路 5保护电路 6开关电源电路 6主控板上通信电路 7外部控制电路 8变频器控制电路设计原理 9整流电路原理 9开关电源电路原理 10IPM控制电路原理 11参数计算与设定 11第4章实验调试及结果 13变频器参数调试 13调试结果 14第5章总结与体会 15附录FR-D700变频器总电路图） 16参考文献 17课程设计评分表 18第1章设计方案的确定本次课题为变频器的电位器控制。方案中的K1为启动/停止开关，要求电机转速能随外部电位器的调节而改变。其设计思路图如图1-1所示。图1-1变频器外部电压调速设计思路图课题所用的变频器为FR-D700系列变频器，它是紧凑型多功能变频器，它的特点有：1.功率范围：0.4~7.5KW；通用磁通矢量控制，1Hz150%转矩输出；采用长寿命元器件；Modbus-RTU内置制动晶体管；PID，三角波功能；带安全停止功能。综上特点：用此型号的变频器是这次课程设计较为理想的选择。第1页第2章主电路设计主电路的工作原理其中主电路通常采用交-直-交方式，先将交流电转变为直流电(整流，滤波)，再将直流电转变为频率可调的交流电（逆变。在本设计中采用图2-1的主电路，这也是变频器常用的格式。图2-1电压型交直交变频调速主电路主电路各部分的设计交直电路设计选用整流管VD1

VD6整流后的电压为U =1.35U =1.35×380V=513V。d L第2页滤波电容CF

滤除整流后的电压波纹，并在负载变化时保持电压平稳。当变频器通电时，滤波电容CF

的充电电流很大，过大的冲击电流可能会损坏三相整流桥中的二极管，为了保护二极管，在电路中串入限流电RCL

的充电电流限制在允许的范围内。当CF

充电到一定程度，使SL

闭合，将限流电阻短路。在许多下新型的变频器中，SL

已有晶闸管替代。HL示。由于滤波电容的容量较大，放电时间比较长（数分钟R为制动电阻，在变频器的交流调速中，电动机的减速是通过降低B和VB B

的作用就是消耗掉这部分能量。如图3.1所示，当直流中间电路上电压上升到一定值，制动三极管VB馈到直流电路的能量消耗在制动电阻上。2.2.2直交电路设计

导通，将回选用逆变开关管V1

V6交流电，逆变管在这里选用IGBT。续流二极管VD7

VD12

的作用是：当逆变开关管由导通变为截止时，虽然电压突然变为零，但是由于电动机线圈的电感作用，储存在线圈中的电能开始释放，续流二极管提供通道，维持电流在线圈中流动。另外，当电动机制动时，续流二极管为再生电流提供通道，使其回流到直流电源。电阻R01

R ，电容C06

C ，二极管VD06

VD06

组成缓冲电路，来保护逆变管。由于开关管在开通和关断时，要受集电极电流Ic和集电极与第3页发射极间的电压Vce

的冲击，因此要通过缓冲电路进行缓解。当逆变管关Vce

迅速上升，Ic

迅速降低，过高增长的电压对逆变管造成危害，所以通过在逆变管两端并联电容（C C ）来减小电压增长率。当逆变01 06Vce

迅速下降，Ic

迅速升高，并联在逆变管两端的电容由于电压降低，将通过逆变管放电，这将加速电流Ic

的增长率，造成IGBT的损坏所以增加电阻R R 限制电容的放电电流可是当逆变管关断时，01 06该电阻又会阻止电容的充电，为了解决这个矛盾，在电阻两端并联二极管（VD VD ，使电容充电时避开电阻，通过二极管充电。放电时，通01 06过电阻放电，实现缓冲功能。这种缓冲电路的缺点是增加了损耗，所以适用于中小功率变频器。因本次设计所选用的电动机为中容量型，在此选用此种缓冲电路。主电路参数计算2根据前面所给出的原始参数，主电路各部分的计算如下：1.整流二极管的参数计算2I （峰值电流）= 2I 2m N2

×15.6=22.06AI（有效值）=I d m

=15.6A二极管额定电流值I =（1.5～2）Id/1.57=14.91A～19.88A2e2额定电压值U（2～3U e m滤波电容

×380=1074.64V～1611.96V2系统采用三相不控整流，经滤波后U 2d制动部分

×380=591.05V。制动电阻粗略计算为RB

2UdIN

～U Id

=18.94～37.89V380V1000V。bV B

：按照正常电压流经RB

电流的两倍来计算：dI 2U =2×591.05/18.94=62.41AdCMb第4页第3章控制单元电路设计变频器电路原理驱动电路CPUPWM介绍较典型的驱动电路。图3-1独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。图3-1驱动电路图第5页保护电路能，提高保护功能的有效性。在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。有些变频器的驱动电路模块、智慧功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。3-2放大、信号放大输出三部分组成。图3-2过流检测保护电路开关电源电路开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路及风机等电路提供低压电源。图3-3富士G11型开关电源电路组成的结构图。第6页图3-3开关电源电路图PN宽电路，以改变脉冲宽度的方式，使输出电压稳定。主控板上通信电路当变频器由可程序设计（PLC）3-4LG路。第7页图3-4变频器通讯电路图RS48575176B还有信号的抗干扰电路。外部控制电路变频器外部控制电路主要是指频率设定电压输入，频率设定电流输A/DCPU第8页变频器控制电路设计原理3路以及逆变电路。整流电路将工频交流电整流为直流,并经大电容滤波供给逆变单元;开关电源电路为IPM和计算机控制电路供电;逆变电路是由PM50RSAl20整流电路原理380VYRl～YR3El～E4R2R3为了消除电容的离散性而设置的均压电阻,同时还起到放电的作用。发光Rl～E4lRLYlSHORT20W15VLVlUDCM是电压传感器的输出信号。通过外接插排连接至外3-5第9页图3-5整流电路原理图开关电源电路原理PWMMOSFETK1317IPM3-6图3-6开关电源电路图第10页IPMICBT3-7IPM,HCPL4504板,LM、UMIGBT,VNI、WN、F0VNCIGBTP52lFOUTIPM内部出现错误,通过计算机回应进行错误处理。LA58是电流传感器,用于采集变频器输出UW图3-7IPM控制电路图参数计算与设定1、载波频率(CFS)N3CFSfCARR（1）决定。fCARR=fCLK/(512×2n＋1)（1）式中：fCLK20MHz。取S=001fCARR==9.766kHz。第11页2、输出电源频率范围(FRS)频率范围给出了输出频率的上限值。频率范围fRANCE=fCARR×2m/384，取m=1，即FRS=(001)B。3、死区时间（tpdy）tpdy=（63－PDY）/（fCARR×512）；PDY0～63之间，取PDY=37=（100101）B；则实际的tpdy=(26/26.2144)5μs=4.959μs。4、脉冲取消时间(PDT)SPWM7－PDT)/(fCARR×512)；3μs，实际最小tpd－tpdy，tpd=7.959μs，PDT=85.272，PDT=85=（1010101）B，tpd=8.01μs，tpd－tpdy=8.01μs－4.959μs=3.051μs。5、波形选择SA866AE有三种标准波形供选择，即纯正弦波，正弦波带三次谐波（增强型）和带死区的三次谐波（高效型）。波形采用对称技术保证每个功率管的开通角度相同。本系统选用带三次谐波的正弦波作为调制波，即有：WS=（01）B。V/fFCFC=04SA866AE/AMPED80VVVFPedestal(％)=PED×100/255，本系统10％，PED=25.5，25，Pedestal(％)=9.GRAD8PEDGRAD=(255－PED)×fRANGE/（16×fbase）；GRADfbase=50HzGRAD=15=（1111）B。第12页

255，取第4章实验调试及结果变频器参数调试PU/EXP”模式；MODP旋转频率设定旋钮，调至p340”键，显示p340继续旋转频率设定旋钮，把p3400数（闭合序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P15050上限频率（50Hz）2P200下限频率（0Hz）3P755加速时间（5S）4P855减速时间（5S）5P900.35电子过电流保护（0.35A）6P16099990扩张功能显示选择7P7904操作模式选择8P73110-5V输入第13页9.8149.31273调试结果9.8149.31273输入电