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OMRON变频器培训欧姆龙自动化(中国)统辖集团客户服务中心SMAC秦波2007-07OMRON总括１．电动机种类和特性概要步进电动机的动作原理和特征直流电动机的动作原理和特征同步电动机的动作原理和特征感应电动机的动作原理和特征使交流电动机旋转的旋转磁场感应电动机的详细特性２．变频器的动作原理概要输入电路输出电路的基本１２０°通电法实际的变频器输出（PWM控制）３．变频器的控制V/f控制转矩控制V/f调试V/f控制时的抖动调试矢量控制的原理矢量控制自学习V/f控制和矢量控制的优缺点比较制动控制PID控制过载检测过载的几种情况的处理办法参数监控４．参考资料OMRON１．电动机的种类和特性1.1.概要种类名称特征使用例直流步进电动机收到脉冲信号后，照预定的角度旋转优点：高速动作、简单位置控制（便宜）。缺点：转矩小、易产生失调的位置偏差。输送机打印机直流电动机具有急剧的加速性。转子为电磁铁、定子为永久磁铁的结构上，维修保养非常费工夫。优点：高速动作。转矩大。缺点：电刷装置有一定寿命。永久磁石价格昂贵。吸尘器、搅拌器、缝纫机交流同步电动机为了控制位置及角度，电动机上带有检测器。优点：高速动作。转矩大。缺点：永久磁石价格昂贵。控制困难。工业用机器人机床感应电动机制造简单，在商用电源（AC100V/200V）下可以运转，结构牢固且使用简单。优点：简单的电源控制。转矩中。便宜。缺点：有失调的特性。速度精度不好。单相电动机：家电设备

三相电动机：工厂动力用客户的装置里必须需要有动作机（Motion）。电动机是这其中最主要的。来理解一下它的特征吧。OMRON步进电动机是对简单的定位控制最合适的电动机。价格也便宜。永久磁石与电磁石以Step的方式互相拉拽而旋转。有3相Type与5相Type。在停止中也会有位置保持力。一旦超过最大转矩(失调转矩)、会发生位置偏差。因为是以Step的形式来动作的、所以速度是有变动的。１．电动机种类和特性1.2.步进电动机的动作原理和特性OMRON直流电动机可高速动作、且价格比较便宜。转矩很大(额定的300%以上)。外侧为永久磁石。内侧为电磁石。由电刷装置与换向器来切换电的方向从而旋转。电流与转矩是比例关系，速度控制简单。而且由于是直流电压控制，Driver便宜。电刷装置有寿命

⇒

约5000小时(1年)※由于交流同歩电动机的性能提升、加速了它的切换。１．电动机种类和特性1.3.直流电动机的动作原理和特征换向器电刷装置（－極）机座主磁极电枢（绕组、铁心）电刷装置（＋極）OMRON１．电动机种类和特性1.4.同步电动机的动作原理和特征同歩电动机可高速动作、转距很大(额定的300%以上)。很贵。外侧为电磁石。内侧为永久磁石。Driver因为是复杂的旋转控制、所以很贵。※对准永久磁石来控制旋转磁场。电流与转矩为比例关系，速度控制简单。最适用于伺服控制。过去尺寸大。最近几年、随着制造技术的提高尺寸可做到很小。OMRON１．电动机種類和特性1.5.感应电动机的动作原理和特征感应电动机控制简单、转矩中(额定的200%)。很便宜。没有永久磁石。电动机很便宜。尺寸很大。（通过旋转磁场可简单地控制）可以做成大功率的电动机。转矩变大时速度会下降。也有失调的特性。可用Vector控制来提高速度精度。也能做伺服控制。AxisDirection

ofdisk

motion圆盘旋转方向涡电流旋转方向轴磁石圆盘旋转方向旋转方向磁束OMRON１．电动机种类和特性1.6.使交流电动机旋转的旋转磁场三相电机，使用三相交流电代替磁铁的旋转，产生了【旋转磁场】。UVWUV相VWU’W’0πωｔ2πU,V,W

线圈的始绕点U’,V’,W’

线圈的终绕点UVWU’V’W’3）三项交变电流产生旋转磁场1个周期（电流）三相交流V’磁场方向三相交流（电源）和磁场方向感应电机U相OMRON１．电动机种类和特性1.7.感应电动机的详细特性2.2.4三相感应电机的转速同步转速旋转磁场的速度又叫转速(NS)，此速度由定子线圈结构所决定的磁极对数（极对数）P和电源频率f决定。将上式换算一下，得到如下结果。因而旋转速度转子的速度N(min-1)比同步旋转速度Ns略慢。相差量叫做转差。NS

:

同步旋转速度 (

min-1

)f

:

频率(

Hz

)(

min-1

)(

min-1

)极数P电源频率50Hz60Hz2300036004150180OMRON360018000(

P＝4

,60

Hz的时候(min-1

))额定旋转速度同步旋转速度600500-

1800起动电流额定电流空载电流转矩停止转矩起动转矩额定转矩反相制动领域反相制动转差（额定）电动领域再生制动领域（感应发电机）电流7002.2.5三相感应电机的特性１．电动机种类和特性1.7.感应电动机的详细特性OMRON2.2.5

三相感应电机的特性例题7.5kW P＝4，额定旋转速度1740(min-1)的额定转矩额定转矩

TM

＝电机额定输出P

(W)(N･m)602π

×

额定旋转速度N(r/min)M额定转矩

T

＝1740(N･m)7.5×103

＝

41.2602π×１．电动机种类和特性1.7.感应电动机的详细特性OMRON。1.负载转矩变动时负载转矩增大时，电机旋转速度减慢（转差增大）；负载转矩减小时，旋转速度加快此时，负载转矩越大，电机电流也越大。2.电机外加电压变化时电机的输出转矩和电压的平方成正比。电压降低的话，输出转矩下降，则电机旋转速度减慢。（转差增大）2.2.6负载变化和电压变化输出转矩旋转速度负载变动和速度变化转矩负载转矩大负载转矩小输出转矩转矩电压大电压小旋转速度电压变动和速度变化负载转矩一定１．电动机种类和特性1.7.感应电动机的详细特性OMRON２．变频器的动作原理电动机交流直流直流交流整流平波逆变2.1.变频器概要固定频率（

50/60Hz）任意频率（0~400Hz）OMRON２．变频器的动作原理2.2.变频器输入电路~PNCRD3D2D1D6D5D4VVEdVs抑制浪涌电流的电阻Vs（V）MCEd

=

√（2）×VsOMRON２．变频器的动作原理2.3.变频器输出电路的基本利用开关的导通－闭合，形成交变电流OMRON２．变频器的动作原理2.4.

120°通电法OMRON２．变频器的动作原理2.5.实际的变频器输出（PWM控制）PWM（Pulse宽度放大）控制变频器输出电路实际的变频器输出控制OMRON３．变频器的控制ＩＬＶ电压频率电阻Z＝ωＬＬ：Coil

电抗[mH]ω：角速度＝２πｆｆ：频率[Hz]Ｖ＝Ｚ・Ｉ＝ωＬ・Ｉ＝２πｆ・Ｌ・Ｉ~

Ｖ＝ｋ・ｆｋ＝２π×Ｌ×Ｉ：常数※电流I一定⇒电动机转矩一定3.1.V/f控制OMRON３．变频器的控制3.1.V/f控制额定电压电压(V)转矩负载按平方递减的场合定转矩负载的场合E/f一定电机 初级线圈电压降低的补偿量电压偏差频率f

(Hz)额定频率V/f一定在V/f控制方式下，当E/f磁通量保持恒定时，会补偿电机初级线圈的电压降低量。OMRON３．变频器的控制Load

torqueThe

operating

speed

is

at

theintersectionofthegeneratedmotor

torque

and

the

load

torque.Increasednumber

of

polesChanging

p(pole

change

motor)Reduced

voltageChanging

s(primary

voltage

control)IncreasedsecondaryresistanceChanging

s(secondary

resistance

control)Changing

f(primary

frequency

control,inverter

drive)Reduced

frequency3.2.转矩控制OMRON３．变频器的控制3.2.转矩控制设置转矩补偿参数后，变频器在检测到转矩不足的时候自动提升转矩，以满足负载变化的要求。注意事项：①转矩补偿以提升变频器的输出电流为手段来执行，补偿时应在监控变频器输出电流的同时逐步提升，保证输出电流在额定范围内。②转矩补偿在VF控制中效果最明显，在矢量控制中不明显。③多台电动机時,不需要设转矩补偿因为控制困难,输出电流会变得很大。OMRON３．变频器的控制频率[Hz]n1.04n1.01

n1.00n1.060n1.05

n1.03调试时设定为重要的频率值为了输出必要的转矩把电压提升上去3.3.V/f调试输出电压n1.02OMRON３．变频器的控制3.4.V/f控制时的抖动调试当按照3.2项与3.3项调大了转矩后动作仍然不稳定的时候~

转矩补偿与机械发生了谐振。将转矩补偿的一次延迟时间常数设大。OMRON３．变频器的控制3.5.矢量控制的原理直流电路交流电路j－jＩＬＶＩ*ＶＶ＝jωＬ・Ｉ・Ｉ1Ｖ＝jωＣＶｅｃｔｏｒ图OMRON３．变频器的控制3.6.矢量控制自学习考虑到某些机械设备不方便拆除负载的情况下，实行停止型自学习。①请确认电机是否正常连接。②确认已经正常完成了基本V/f模式的设定和电机额定电流的设定。③与电机厂家确认电机空载电流，并设定之之下调整步骤同旋转型自学习。重要的参数电动机额定电流值电动机空载电流值电动机额定频率电动机额定电压电动机线间电阻值OMRON３．变频器的控制3.7

V/f控制和矢量控制的优缺点比较控制方式比较项目V/f控制矢量控制（无PG）矢量控制（带PG）变频器方式电压型变频器适合适合适合电流型变频器适合适合适合旋转编码器不要不要要速度控制失速传感器（零速度运行）不可以不可以可以速度控制范围1：401：1001：1000响应性慢快快稳定精度2~3%0.2%0.02%力矩控制可否不可以不可以可以响应性------快快回路构成最简单稍复杂复杂特点长处结构简单调节容易可用于通用电机不要PG力矩的响应好力矩控制性能良好力矩的响应好速度控制范围广短处低速力矩较难保证不能力矩控制急加速负载激增时会失速需正确设定电机参数需有自动测试的功能要正确设置电机参数要高精度PG需自动测试OMRON３．变频器的控制3.8.制动控制3.1为何需要制动控制在负载减速过程中，负载的运动能量将转化为电能返回变频器直流母线上导致变频器直流电压的上升，这部分能量称为回生能量因此必须控制回生能量以保护变频器的内部元件。回生能量=负载常数×转动惯量×转动角速度降低回升能量冲击方法：延长负载的减速时间，负载减速时间延长后，回生能量在较长的时间内逐渐回到变频器，可以完全被电容吸收，有效的保护变频器

内部电路。OMRON３．变频器的控制3.8.制动控制3.2制动电阻的应用在有些生产工艺中对减速时间的要求比较严格，不能延长减速时间时，可以外接制动电阻，将变频器吸收不完的回升能量加到制动电阻上以发热的形式散发掉。注意：制动电阻必须接在制动晶体管两端，若无晶体管需先安装制动晶体管后才能使用。（制动电阻值）Ｖ２≒０．８×电动机容量×额定转矩最大制动转距Ｖ＝７６０Ｖ（400V级变频器）、３８０Ｖ（200V级变频器）OMRON３．变频器的控制3.8.制动控制共直流母线接法将一台或几台变频器在制动过程中产生的回生能量转移到其他在电动状态的变频器的直流母线上。OMRON３．变频器的控制3.9.

PID控制PID原理PID的正反特性泵1反馈值

泵2图中水泵特性变频器输出反馈值变化泵１正特性FWD

RUN↑泵２反特性FWD

RUN↓OMRONPID参数含义①P比例增益控制器的输出与输入误差信号成比例关系。②I积分时间常数控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。③D微分时间常数控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。３．变频器的控制OMRONGain调试３．变频器的控制OMRON3.10过载检测时的处理过载的检测方法1）变频器过载检测的方法：输出电流超过变频器额定电流150％且持续1分钟以上，检出变频器过载。

2）电机过载检测方法：以电机额定电流150％、电机保护功能选择、电机护动作时间为基准，检出电机过载。３．变频器的控制OMRON负载过大检查机械安装，确认轴安装良好，润滑良好选用更高功率的变频器

2）电机长时间低速运行选择更大功率变频器选用变频专用电机3）单台变频器带动多台电机选择合适容量的变频器。功率＝1.1×N电机功率和多台同时起停。变频器额定电流＝1.1×N电机最大运行电流之和

顺序起停。变频器额定电流＝1.1×[（N-1)电机最大运行电流之和＋4～8N电机最大运行电流]。启动电流大，有大的冲击。加输出电抗器，抑制谐波，降低电机发热4）变频器参数设定不合适参照电机铭牌准确设置电机额定参数延长加减速时间V/F曲线设置不合适，初始化V/F曲线后再反复调整３．变频器的控制3.11.

过载的几种情况的处理办法OMRON3.12.参数监控变频器提供了丰富的参数监控功能，常用的主要是两类：1）变频器运行状态监控2）故障报警运行状态监控通过数字操作器面板可以直接显示频率指令、输出频率、输出电流、正/反转通过n0.04设定可以选择监控计数器值、主回路直流电压、输出电压、PID反馈量、功率因数、输出功率、输出转矩、A1端子输入电压、A2端子输入电流、IGBT温度异常历史记录发生异常状况时，显示故障/报警代码。报警闪烁，可以复位，故障常亮，不能复位。n6.08~n6.12依次记录最近的5次故障报警记录。３．变频器的控制OMRONＱ１．何谓无传感器矢量控制？Ｑ２．与其他公司产品相比怎么样？３Ｇ３ＭＶ系列转矩特性100200300100

200

400

800

1200Ｅ５００(MI社)系列转矩特性0速度1800[

r/

m

in

]ﾄﾙｸ[%

]1002003000100200400

8001200速度1800[

r/

m

in

]ﾄﾙｸ[%

]无传感器地检测出电机速度、速度变动少！在低速时有更强的转矩！转矩特性的波形越是垂直，当转矩(负载)变化时速度的变动越是少。看一下特性图，优势是一目了然的４．参考资料OMRONＡ１．〈缩短生产间隔时间〉低速度领域的高转矩、可以缩短加速时间。产间隔时间的缩短。〈大负载时也有超群的耐久力〉可完全对应突然的过大负载、可进行无跳闸／失速动转。Ａ２．〈竞争比较〉相比于ＪＶ系列的全领域自动转矩提升、Ｕ１００（ＭＩ社）、Ｃ１１Ｓ（Ｆ社）都为手动设定。因此在通常动转时会消耗不必要的电力。←定格トルク（１００％）Ｑ１．３Ｈｚ时能输出１５０％的转矩，有什么优势？Ｑ２．与其他公司相比怎么样？（ｋｇ・ｍ）０．００００．１４００．２８００．４２００．５６０１．４００１．２６０１．１２００．９８００．８４００．７００３Ｇ３ＪＶ－Ａ２００７的转矩特性这样一来、就能增加运转／停止的次数、实现对生

０1.5Hz

3.0Hz

6.0Hz２０

４０

６０

８０

１００１２０

１４０

１６０

１８０

２００（ｒ／ｍｉｎ）０．２８００．１４００．００００10.0Hz

20.0Hz

30.0Hz

40.0Hz

50.0Hz

60.0Hz２００

４００

６００

８００１０００１２００１４００１６００１８００２０００（ｒ／ｍｉｎ）２０

４０

６０

８０

１００１２０

１４０

１６０

１８０

２００（ｒ／ｍｉｎ）１．１２００．９８００．８４００．７００１．２６０１．４０００．５６００．４２００．２８００．１４００．００００２００

４００

６００

８００１０００１２００１４００１６００１８００２０００（ｒ／ｍｉｎ）U１００（MI社）的转矩特性（ｋｇ・ｍ）１．４００１．２６０１．１２００．９８００．８４００．７０００．５６００．４２００．２８００．１４００．００００（ｋｇ・ｍ）3.0Hz6.0Hz10.0

Hz

30.0

Hz