變頻器的作用與基本原理是什么 變頻器速度控制方式

變頻器的結(jié)構(gòu)與原理

目前公司變頻器使用類型比較多，常用的有SEW、AB、三菱、倫茨等品牌。

一、變頻器的作用與基本原理

變頻器能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、無級調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、節(jié)能、過流/過壓/過載保護等功能。變頻調(diào)速技術的理論基礎是三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)速與頻率成正比，與極對數(shù)成反比，即：n=（1-s）60f/p其基本原理框圖（應用最多的類型）是：

圖8-1：變頻器原理框圖即三相（單相）交流電經(jīng)過整流電路轉(zhuǎn)換為直流電源，然后再逆變成三相交流電動機使用的經(jīng)過調(diào)制的等幅脈動直流，脈動直流密度與對應交流應獲得幅值成正比。輸出驅(qū)動電流使用了脈沖寬度調(diào)制技術（PWM）。由于輸出的波形是脈動直流，所以變頻器對電網(wǎng)的諧波干擾非常大。

二、變頻器速度控制方式

變頻器常見的頻率給定方式主要有：操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、通訊方式給定等。1、操作鍵盤給定通過操作鍵盤給定速度，手工或自動操作啟動、停止變頻器。2、接點信號給定通過外部開關接點組合代碼來選擇速度，而速度要在參數(shù)表設置。3、模擬信號給定包括0-5VDC、（0）1-10VDC、20mA電流、電位器給定等。4、通訊方式給定通過總線或其它接口，由另一個控制器把速度寫入變頻器特定的緩沖字中。

三、外部接線

下圖是一個三菱變頻器接線的例子，這是變頻器使用極其典型的電路。

圖8-2：變頻器的外部接線方式圖中，使用了接點信號給定的速度輸入方式。三級速度、停止、復位、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等都由PLC輸出控制，運行、異常報警信號接入PLC輸入端。

四、工作方式與運行特性

變頻器由于其控制上的柔性，可以獲得多種改良特性。

（一）工作方式：基本工作方式有恒轉(zhuǎn)矩、恒功率兩種。1、恒轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)轉(zhuǎn)矩與“電壓/頻率”比值的平方成正比的數(shù)學關系，我們知道，要實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩方式，必須保持U/f為常數(shù)。這就是為什么恒轉(zhuǎn)矩控制方式下，頻率下降，輸出電壓也要跟著同比降低的原因。2、恒功率控制從電動機功率：P= MΩ=M*2лn/60=M*n/9554及轉(zhuǎn)矩與（U/f）的平方成正比的關系，要實現(xiàn)恒功率調(diào)速，就必須保證U ^2/f為常數(shù)。

（二）變頻器主要運行特性分析

1、額定頻率以上調(diào)速特性分析在額定頻率以上時，電壓不允許繼續(xù)增加，此時頻率可以上升。具體上升幅度，與電機機械構(gòu)件有關。根據(jù)以上數(shù)學關系可以得出兩點結(jié)論：結(jié)論1：輸出功率應與頻率成反比，即功率將隨著頻率上升反比降低。結(jié)論2：電機轉(zhuǎn)矩將隨頻率的平方成反比而快速下降。這個結(jié)論告訴我們，要在額定頻率以上升速時，電動機和變頻器都應該有較大的余量。2、變頻時，電機的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩怎樣？

采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下。一般根據(jù)機種不同，為125%~200%。而用工頻電源直接起動時，起動電流為額定電流5~7倍。采用變頻器傳動，起動電流一般為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩。3、低頻轉(zhuǎn)矩補償　頻率下降時，由于交流阻抗變小而直流電阻不變，內(nèi)阻壓降占比上升將造成在低速下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f，要使輸出電壓提高一些，以便獲得一定的起動轉(zhuǎn)矩。這種補償稱增強起動，也即所謂的低頻轉(zhuǎn)矩補償。補償方法有多種，有自動進行的方法、選擇V/f模式等。4、再生制動電動機在運轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率，則電動機變?yōu)楫惒桨l(fā)電機狀態(tài)運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。如果整流器為晶體管橋，發(fā)出的電能還可以回饋到電網(wǎng)。5、變頻器輔助制動　　從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%~20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%~100%。6、挖土機特性電機負荷到極限狀態(tài)時要自動進行電流限制。目的是使電機持續(xù)維持最大轉(zhuǎn)矩，即使發(fā)生堵轉(zhuǎn)，變頻器也不會跳閘，即實現(xiàn)所謂挖土機特性。該特性需要專用的電路來實現(xiàn)。

圖8-3：挖土機特性曲線圖7、加（啟動）減速方式變頻器從一個速度過渡到另外一個速度的過程稱為加減速，如果速度上升則為加速，速度下降則為減速。加減速方式主要有以下幾種：

（a）直線加減速 （b） s型曲線加減速圖8-4：加減速特性曲線（1）直線加減速變頻器的輸出頻率按照恒定斜率遞增或遞減。變頻器的輸出頻率隨時間成正比地上升，大多數(shù)負載都可以選用直線加減速方式。一般定義加速時間為變頻器從零速加速到最大輸出頻率所需的時間（t1）。減速時間則相反，為變頻器從最大輸出頻率減至零頻率所需的時間（t2）。在有些變頻器定義中，加減速時間不是以最大輸出頻率fmax為基準，而是固定的頻率（如50HZ）。加減速時間必須根據(jù)負載要求適時調(diào)整，否則容易引起加速過流和過壓、減速過流和過壓故障。注意直線加減速時，速度是無級的，而加速度是有級的。（2）s曲線加減速變頻器的輸出頻率按照S型曲線遞增或遞減。要實現(xiàn)電機的S曲線啟動，需在變頻器內(nèi)選擇S曲線功能，現(xiàn)在的變頻器一般都有S曲線功能。S曲線劃分為3個階段的時間，S曲線起始段時間如圖中①所示，這里輸出頻率變化的斜率從零逐漸遞增；s曲線上升段時間如圖中②所示，這里輸出頻率變化的斜率恒定；s曲線結(jié)束段時間如圖中③所示，這里輸出頻率變化的斜率逐漸遞減到零。將每個階段時間按百分比分配，就可以得到一條完整的s型曲線。因此，只需要知道三個時間段中的任意兩個，就可以得到完整的s曲線，因此在某些變頻器只定義了起始段①和上升段②，而有些變頻器則定義兩頭起始段①和結(jié)束段③。S曲線加減速，非常適合于輸送易碎物品的傳送機、電梯、搬運傳遞負載的傳送帶，以及其他需要平穩(wěn)改變速度的場合。例如，電梯在開始起動以及轉(zhuǎn)入等速運行時，從考慮乘客的舒適度出發(fā)，應減緩速度的變化，以采用S形加速方式為宜。注意S曲線加減速時，速度是無級的，加速度也是無級的。

五、參數(shù)表

變頻器的參數(shù)表是維修人員必須掌握的，維修人員除了掌握接線方法外，還必須詳細閱讀所有參數(shù)及設置方法。事實上，變頻器的參數(shù)九成左右都是出廠時設置好的，實際應用時，一般要修改的參數(shù)不超過10%。經(jīng)常需要修改的參數(shù)一般有：1、參數(shù)保護開關：用于保護不被修改，編輯參數(shù)時，要打開。2、自動目標速度外部開關輸入有三個控制點：高速、中速、低速，這三個點的編碼還可以選擇更多的速度。具體速度可以在參數(shù)表中設定。3、點動速度變頻器點動運行速度。4、U/F特性選擇U/F控制方式，一般變頻器都會提供類似的選擇。5、加、減速時間不合適的加減速時間設定，會引起過電流報警。6、啟動扭矩或啟動電壓主要用于低頻啟動時適度提升電壓，以獲取更大的啟動扭矩。7、電子熱繼電器設置變頻器過載保護電流，注意這個電流要根據(jù)電動機負荷來設置，否則就起不到保護電機的作用。8、輸入方式選擇速度輸入方式。9、最大頻率變頻器允許的最大頻率等等，一般變頻器都有100個以上的參數(shù)，具體參數(shù)細節(jié)要參照變頻器手冊。參數(shù)表的輸入方式有兩種：一是使用袖珍鍵盤輸入，它可以直接安裝在變頻器上；二是使用專用筆記本電腦軟件。

8.2 SEW MDX60/61B變頻器維修使用指導書

一．MDX60/61B系列變頻器概述

1、型號含義：型號：MDX61 B 0011 – 5 A 3 – 4 – 00系列號 版本 電機功率 電壓 無線干擾抑制 3相 象限 版本5：380-500V A、B：干擾抑制2：200-230V 0：無2、規(guī)格：該型變頻器按功率大小，可以分為規(guī)格1-規(guī)格7（或尺寸0-尺寸6），規(guī)格1功率最小，規(guī)格7功率最大。

3、概況MDX61B相對60B有更多可選件，且可以帶反饋控制。MDX60B有如下現(xiàn)場總線接口：? PROFIBUS DP/FMS、INTERBUS-S、CAN、Device-Net （準備）MDX61B還有：l EtherNet、EtherCatMDX還有PLC卡、位置控制板、擴展I/O、同步控制器、編碼器接口、制動器等可選件。IPOS：內(nèi)部邏輯控制與位置控制功能。該型變頻器有如下種類：

VFC：電壓矢量控制CFC：電流矢量控制

二、變頻器接線圖（一）主電路

圖8-6：變頻器應用主電路圖（二）控制電路

圖8-7：變頻器應用控制電路圖

三．DBG60B參數(shù)寫入單元

寫入單元只適合與VFC控制，其它模式變頻器必須使用MOVETOOLS軟件。

（一）構(gòu)成

STOP：終止運行，可以通過RUN或者重新送電恢復。RUN：運行。DEL/左箭頭：刪除鍵，光標左移，部分子菜單狀態(tài)的退出。OK/右箭頭：確認鍵，光標右移。語言選擇鍵：用于選擇語言。切換鍵：顯示模式到編輯模式之間切換。菜單選擇鍵：選擇上下文菜單。10 個數(shù)字鍵：輸入數(shù)字?！啊馈碧枺呵袚Q正負號。小數(shù)點：輸入小數(shù)點。

（二）連接寫入單元

1、把電纜插到XTerminal接口。2、在出現(xiàn)SEW標志后幾秒，用語言選擇鍵選擇語言種類，并用OK鍵確認。（三）啟動與停止1、用STOP鍵可以停止變頻器工作，或?qū)收线M行復位。2、用RUN鍵重新啟動變頻器。3、參數(shù)P70可以屏蔽這兩個鍵。

（四）菜單

1、菜單結(jié)構(gòu)：通過菜單選取鍵進入上下文菜單，并用OK鍵激活：

2、參數(shù)模式：

3、變量模式：? 變量模式顯示變量H…。? 對變量的操作與修改與對參數(shù)的操作相同。? 變量值以十進制/十六進制顯示。4、基本顯示：X.XX rpm ， X.XXX Amp ， 狀態(tài)顯示和 IPOS 操作顯示。5、Wake-up參數(shù)：? 所謂喚醒參數(shù)就是送電后的顯示屏幕。進入本項顯示wake-up數(shù)據(jù)。? 它可以包括如下選項：基本顯示；參數(shù)模式中的參數(shù)；用戶菜單下的參數(shù)；變量模式下的H變量。? Wake-up設定方法：1）按菜單鍵進入上下文菜單“Wake-up參數(shù)”；2）選擇要納入的顯示內(nèi)容對應項目，如參數(shù)模式、變量模式等，OK鍵確認；3）選擇要顯示的具體數(shù)據(jù)，OK鍵確認；4）按菜單鍵返回上下文菜單；5）選擇第12項“XXXX喚醒參數(shù)”，OK鍵確認。其中XXXX就是選定的項目。

6、手動操作：注意變頻器禁止信號此時必須為1。? 用菜單鍵進入上下文菜單“手動操作”，OK鍵確認。? 通過10位數(shù)字鍵或用上下箭頭設定速度。? 通過 START/STOP 按鈕進行起停操作。? 手動運行只能通過鍵或激活出廠設定來退出。手動運行在移去DBG60B后繼續(xù)有效。7、初始化（START-UP）操作：? 初始化設定 VFC & groups 和 VFC模式。? 菜單設置與 DBG11相同。以下數(shù)據(jù)是必需的：? 電機型號 （SEW 或非 SEW 電機）。? 技術數(shù)據(jù)。例如：電壓和頻率。對非SEW電機還需要一些附加數(shù)據(jù)：電流、cos j、速度等。? 電網(wǎng)電壓。? 閉環(huán)控制需要編碼器數(shù)據(jù)（型號和分辨率） stiffness和轉(zhuǎn)動慣量。8、 拷貝到DBG操作面板上：選擇此項把變頻器數(shù)據(jù)拷貝到DBG內(nèi)存，OK鍵確認。9、 拷貝到MDX內(nèi)：把存有參數(shù)的DBG插到一臺新的變頻器上，選擇此項，OK鍵確認。則把變頻器數(shù)據(jù)拷貝到另一臺變頻器的MDX存儲卡。10、用戶菜單：? 是用戶常用參數(shù)，可以添加刪除，最多不超過50個。供貨狀態(tài)為DBG60的短菜單，包含了最常用的參數(shù)。用戶菜單前加“”表示。這些參數(shù)順序不能自動分類。

? 增加用戶菜單項目：1）按菜單鍵調(diào)出上下文菜單。2）選擇“參數(shù)模式”，OK鍵確認。3）按菜單鍵返回上下文菜單。4）選擇“增加PXXX”，XXX就是選定的參數(shù)。OK鍵確認。? 刪除用戶菜單項目1）按菜單鍵調(diào)出上下文菜單。2）選擇“用戶菜單”，OK鍵確認。3）選擇要刪除的參數(shù)，OK鍵確認。4）按菜單鍵返回上下文菜單。5）選擇“刪除PXXX”，XXX就是選定的參數(shù)。OK鍵確認。11、增加 P0000：用來增加用戶菜單參數(shù)。方法見10。12、刪除P0000：用于刪除用戶菜單參數(shù)。方法見10。13、XXXX喚醒參數(shù)：參見“5、Wake-up參數(shù)”，兩項配合使用。? 定義喚醒參數(shù)菜單顯示。? xxxxx 可包括 P xxx （參數(shù)），H xxx （IPOS-變量） 或基本顯示。? xxxxx 表示最后有效顯示值。14、供貨狀態(tài)：鍵盤中所有數(shù)據(jù)將刪除。不要與參數(shù) 802 （出廠設置）混淆。15、系統(tǒng)設定：設定LCD 對比度， LED 控制 （背景顯示），波特率和硬件版本。16、退出：可通過wake-up 參數(shù)或基本顯示離開此菜單。

四．調(diào)試（一）開發(fā)軟件：軟件名稱：MOVITOOLS。適用于各類型的MDX變頻器調(diào)試、維修。具體用法：略。開發(fā)軟件連接接口方式如下：1、USB接口方式：轉(zhuǎn)換器：選用USB11A轉(zhuǎn)換器到PC：USB線。MDX到轉(zhuǎn)換器：RJ10-RJ10連接線。

圖8-9：USB接口方式2、RS232接口方式：轉(zhuǎn)換器：選用UWS21B轉(zhuǎn)換器到PC：9針RS232連接線。MDX到轉(zhuǎn)換器：RJ10-RJ10連接線。

（二）變頻器調(diào)試：用DBG60B可以調(diào)試VFC運行方式的應用。CFC、SERVO運行方式調(diào)試必須使用MOVITOOLS軟件。使用DBG6B對變頻器調(diào)試步驟如下：

（三）電動機啟動

下表是以利用外部端口啟動為例時，X13端子控制狀態(tài)。

圖8-10：電動機啟動控制時序圖

五．參數(shù)管理

（一）存儲卡在更換變頻器時，如果原來變頻器使用了存儲卡，則可以把存儲卡直接換到新的變頻器上，無須重新寫入數(shù)據(jù)。

（二）參數(shù)一覽該類變頻器參數(shù)共十組，每組由有子參數(shù)組，其下才是具體參數(shù)。

讀懂參數(shù)，并能根據(jù)設備實際需要進行設置、調(diào)試是學習變頻器要求掌握的基本技能。下面列表中號碼涂紅的參數(shù)是用戶要重點關注的。

1、 參數(shù)組0：顯示值00_過程值（顯示）：

01_狀態(tài)（顯示）

02_模擬量輸入（顯示）

03_到06_I/O二進制狀態(tài)（顯示）

07_系統(tǒng)參數(shù)（顯示）

08_故障寄存器（顯示）

09_總線監(jiān)控（顯示）

2、 參數(shù)組1：轉(zhuǎn)速設定/斜率發(fā)生器10_轉(zhuǎn)速設定選擇

11_模擬量輸入AI1

12_模擬量輸入AI2（擴展可選件）

13-_轉(zhuǎn)速斜坡1

14_轉(zhuǎn)速斜坡2：與13_完全相同。15_電動電位計斜坡

16_/17_固定設定轉(zhuǎn)速

P60X用于自由定義X13端子作用，該參數(shù)設置一個FIX SETPT SW OV端子后（如DI06-DI07），可以實現(xiàn)兩組固定點轉(zhuǎn)速之間的切換。

3、 參數(shù)組2：控制器參數(shù)

這組參數(shù)有三個作用：1）配置變頻器控制性能參數(shù)，以優(yōu)化性能；如增益、濾波、前饋等；2）配置同步控制參數(shù)；3）配置過程控制參數(shù)。具體內(nèi)容此次培訓略，實際使用參考廠家參數(shù)說明書。

4、 參數(shù)組3：電機參數(shù)

30_/31_限幅

32_/33_電機補償

34_電機保護功能

? P340是依據(jù)電機利用率實現(xiàn)電機熱保護的；? 電機利用率是一個綜合參數(shù)：控制器的輸出電流、風冷形式、電機的轉(zhuǎn)速和運行時間。35_電機轉(zhuǎn)向

以上為常用參數(shù)，下面參數(shù)簡單介紹。

5、 參數(shù)組4：參考信號

用于監(jiān)視速度、電流，當速度或電流達到、不等于或處于某個區(qū)間內(nèi)時，輸出外部信號。

6、 參數(shù)組5：監(jiān)控功能

50_轉(zhuǎn)速監(jiān)控；用于同步控制反饋監(jiān)視的有效性。51_同步操作監(jiān)控；監(jiān)視同步操作反饋故障。52_電源關閉響應

53_530/531：傳感器類型1/2。取值：無或TF/TH/KTY。僅用于DS/Cm電機。默認為無傳感器。54_減速機機械故障監(jiān)視55_DCS安全監(jiān)視56_電流極限EX-e電機

7、參數(shù)組6：端子分配60_/61_二進制輸入

（后圖箭頭反）62_/63_二進制輸出

（后圖箭頭反）64_模擬量輸出（可選件）

模擬量輸出選項：

8、 參數(shù)組7：控制功能

操作模式選擇、靜態(tài)電流、停車功能、制動功能、轉(zhuǎn)速跳躍等功能設置。700/701：運行方式1/2。默認VFC方式，參數(shù)1/2分別有多達18/5種選擇。其余略。

9、 參數(shù)組8：系統(tǒng)功能80_設定

其它數(shù)據(jù)為通訊、故障管理等，略。

10、 參數(shù)組9：IPOS參數(shù)

精確定位控制相關參數(shù)，略。

六．運行與維護（一）7段數(shù)碼管顯示器

顯示設備運行狀態(tài)及故障時的故障代碼。

（二）故障信息及處理步驟l 故障代碼

故障代碼在7段數(shù)碼管顯示，顯示方式是依次順序出現(xiàn)F—故障代碼百位—故障代碼十位—故障代碼個位。

l 故障存儲器參數(shù)P080-084記憶了最后五次的故障狀態(tài)。這些狀態(tài)包括：發(fā)生故障、二進制輸入/輸出狀態(tài)、變頻器運行狀態(tài)、變頻器狀態(tài)、散熱片溫度狀態(tài)、轉(zhuǎn)速、輸出電流、有功電流、設備利用率、DC側(cè)直流電壓、接通時間、啟動時間、參數(shù)設置、電動機利用率l 故障的三種響應狀態(tài)

立即關閉：設備不制動，輸出關斷。迅速停止：輸出關斷，以t13/t23斜坡制動。緊急停止：輸出關斷，以t14/t24斜坡制動。

l 出現(xiàn)故障后的處理步驟：1、把變頻器恢復到禁止狀態(tài)。2、檢查報警代碼，并查詢代碼提示，并處理故障。3、對變頻器復位（重送電、外部復位（配置X13）按鈕、編程器復位等），恢復工作。

編輯：黃飛