安川变频器技术控制

变频控制技术刘飞2011.1.12工作原理基本操作简易程序模式自学习模式高级程序模式——基本曲线设定高级程序模式——S形曲线设定高级程序模式——多段速设定任务、变频器的认识与基本操作变频器是什么？●

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速的目的。◆变频器的基本构成整流部分商用电源逆变部分ＩＭ平波电容＋马达◆变频器的电压波形变化整流逆变直流电压电源电压输出电压输出电压的平均值是正弦波正弦波ＰＷＭ（脉宽调制）控制方式

变频器基本构成图＋ＵＶＷＩＭ－ＩＰＭ马达电源驱动回路・保护回路控制回路ＺＮＲ防冲击回路ＩＰＭ（逆变回路）DC/DC电源变换回路MDB（整流回路）MDB（整流回路）平波电容制动回路操作面板变频器的控制对象——三相异步电动机

三相异步电动机主要由定子、转子、转轴组成，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磁力，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。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。由于需要有转矩输出，电动机的实际转速总是落后于同步转速，它们之间的差值称为转差率。Ｎ＝１２０×ｆＰ×（１－ｓ）［ｒ/min］Ｎ：马达的转速（r/min）ｆ：频率（Hz）Ｐ：马达的极数（P）ｓ：马达的转差率◆可变速运转的原理◆异步电动机的速度—转矩特性0速度N转矩

T额定转矩启动转矩同步转速Ｎ0（s=0）实际转速Ｎ（s=1）最大转矩动作领域电动机区（正力矩）发电机区（负力矩）ｆ1转差【例：ｆ＝５０Ｈｚ、Ｐ＝４】●同步转速Ｎ

0

Ｎ0＝１２０×５０４×（１－０）＝１５００（r/min）●转差率ｓ＝０．１的速度Ｎ＝１２０×５０４×（１－０．１）＝１３５０（r/min）转差率ｓ＝Ｎ

0－ＮＮ

0Ｎ

0：同步转速Ｎ：实际转速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例：事物所中央空调系统的运行流量：８５％：２０００小时、６０％：２０００小时。合計４０００小时／年、

马达：１５ｋＷ×１台●采用挡板控制的场合所需的电力（15kW×91%×2000小时）＋（15kW×76%×2000小时）＝50,100kWh風量８５％風量６０％●使用变频器来控制马达转速时，所消耗的电力（15kW×61%×2000小时）＋（15kW×22%×2000小时）＝24,900kWh風量８５％風量６０％●一年间所节省的能源50,100kWh－24,900kWh＝25,200kWh/年50%100%50%100%80%10%00节能效果61％91％76％22％变频器控制挡板控制所需电力（％）风量［流量］（％）外部接线主电路接线相互接线数字操作器使用数字操作器使用数字操作器使用变频器操作模式的种类操作模式的切换Menu键切换各模式Enter键进行模式选择及设置确定箭头按键更改参数ESC退出A参数：环境设定A1：环境设定A2：用户参数B参数：应用程序B1：运行模式;B2：直流制动B3：B4;B6;B7;B8C参数：调整C1：加减速时间C2:S形加减速时间C3:滑差补偿C4：转矩补偿C5：速度控制C6：载波频率D参数：指令参数D1：频率指令D6：励磁控制E参数：电机参数E1:V/F特性E2：电机参数E5：PM电机参数F参数：选购件F1：PG卡F4:模拟量监视卡F5:数字式输出卡F6:通信选购卡参数值意义H参数：端子功能选择H1：多功能接点输入H2：多功能接点输出H3：模拟量输入H5：MenoBUS通信L参数：保护功能参数L1：电机保护功能L2：瞬时停电处理L3防失速功能L4频率检出L5：故障重试L6：L7：L8：N参数：特殊调整N2；N5；N8；N9O参数：操作器/监视器O1：显示设定/选择O2：多功能选择O3：拷贝功能S参数：电梯功能参数S1;S2;S3T参数：自学习T1:异步电机T2：永磁电机U参数：监视参数值意义基本操作Menu键切换各模式Enter键进行模式选择及设置确定箭头按键更改参数ESC退出简易程序模式A参数，C参数，E参数等最基本的几个参数任务一变频器的认识与基本操作高级程序模式——基本曲线设定B1参数、C1参数、D1参数、E1、E2参数高级程序模式——S形曲线设定基本曲线设置，加C2**设置完毕后，按MENU切换到驱动模式，并按ENTER进入驱动模式，再选择正反转启动。任务二变频器的高级程序模式操作1、初始化：A1-03=22202、操作器操作：b1-01及b1-02=03、加减速时间：C1-01、C1-024、输出频率：D1-01=505、速度优先选择：高速优先D1-18=0d1-09E2参数：电机参数（可自学习）鉴于实训室电机容量小E2-01/E2-03，取最小值E2-11按电机实际设置禁止检出”缺相”:L8-07=0高级程序模式——基本曲线设定B1参数、C1参数、D1参数、E1、E2参数频率时间Fmax－最大输出频率加速时间C1-01减速时间C1-02任务二变频器的高级程序模式操作任务二变频器的高级程序模式操作1、初始化：A1-03=22202、操作器操作：b1-01及b1-02=03、加减速时间：C1-01、C1-02,加C2参数设置4、输出频率：D1-01=505、速度优先选择：高速优先D1-18=0高级程序模式——S形曲线设定基本曲线设置，加C2E2参数：电机参数（可自学习）鉴于实训室电机容量小E2-01/E2-03，取最小值E2-11按电机实际设置禁止检出”缺相”:L8-07=0校验模式按menu切换到校验模式按enter进入校验模式按方向键，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变频器的校验模式自学习模式填好基本的已知的电机参数，让变频器“学习”未知的电机参数。学习结果自动更新到E2参数。任务四变频器的自学习模式1.加速和启动1）、加速时间工作频率从0Hz上升到设定频率所需的时间加速时间的设定需兼顾 生产效率和系统启动的平稳性2）、加速模式线性： 简单，常用S形： 平稳，传送带、电梯等半S形：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3）、启动频率fs电机启动时的频率加大fs可加大启动转矩，同时也会增大启动电流4）、启动前直流制动防止因电动机启动前，转速不为0，而引起电机过电流1.加速和启动若系统关系大，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。1）减速的时间和方式（与加速相似）减速时间：输出频率减至0所需的时间系统惯性越大，减速时间越长减速方式：线性、S形、半S形2）直流制动惯性大的系统，在低速时易出现停不住的爬行现象需制动：通入直流电，产生制动转矩需考虑：制动强度、制动时间、制动起始频率2.减速和制动3）变频停机方式减速停机：预置减速频率和时间，电机处于再生制 动状态自由停机：变频器停止输出，惯性停机变频器在低频状态下短暂运行后再降为0停机：消除爬行2.减速和制动1、参数初始化通过设置，使变频器参数恢复出厂值：参数初始化2、电动机参数自动检测：参数自学习：电动机的定子/转子电阻，电感等3、自动电压调整消除输入电压波动的影响三、其他功能参数4、电机热过载保护电子热保护：由微处理器计算控制热敏电阻PTC保护5、转矩特性U/F曲线选择转矩提升6、再启动：瞬间停电再启动：停电时间不超2S时，自动重启动故障跳闸后重合闸：避免干扰引起的误动作跳闸 通常间隔0～10S,最多重合闸10次三、其他功能参数概括从启动频率启动 变频器输出由0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，使电机保持在停止状态，然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 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启动方式停车方式减速停车 变频器按设定的减速时间和曲线逐渐减小输出频率，降到0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耗制动，此时需配置制动单元自由停车变频器接到停止命令后，立刻中止输出，负载依惯性停车注：变频器故障时的停车方式就是自由停车减速＋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，当到达某一预设频率，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，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变频器基础知识—变频器分类按变换方法分交直交（广泛使用）电压型（储能环节为电解电容）电流型(储能环节为电抗器）交交无储能环节（调频范围窄）控制算法通用型内置V/F控制方式，简单，性能一般高性能专用型内置矢量控制方式，复杂，高性能按供电电源分低压220V/1PH、220V/3PH、380V/3PH高压3000、6000、10000V/3PH变频器基础知识—控制算法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V/F控制－－－－简单实用，性能一般，使用最为广泛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例:对于380V50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要保持V/F恒定，则

40HZ时电机的供电电压:380×（40/50)＝304V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90代计算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控制回路接口模拟量输入模拟量输出通讯接口控制回路接口开关量输入开关量输出编码器接口变频器的构成—主回路接口工频电网输入380V3PH/220V3PH220V1PH制动电阻直流电抗器三相交流电机变频器应用简介－变频器运行的两大要素运行给定运行命令决定速度大小（直接速度给定、多段速、PID结果）决定电机的运行方向决定变频器是启动还是停止序号运行命令运行给定变频器状态1无运行命令×停机2有正向或反向运行命令给定为0零速运行3有正向运行命令有非0给定正向运行4有反向运行命令有非0给定反向运行5有正向或反向运行命