变频器应用基础.doc

变频器应用基础FAE 通用设备技术支援部 Driver PJ目录一、 电机基础二、 控制流程三、 速度控制四、 位置控制五、 定位控制六、 矢量控制七、 V/f控制调试步骤八、 矢量控制调试步骤九、 3G3RX Devicenet 控制十、 制动电阻选型计算电机基础1. 目的1) 学习三相异步电机的工作原理和结构2) 学习三相异步电机的机械特性3) 学习三相异步电机的电磁转矩2. 参考资料电机与拖动基础3. 三相异步电机3.1三相异步电动机简介实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法。3.2三相异步电动机的结构与工作原理1) 三相异步电动机的结构三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图1-1所示。图 1-1 三相电动机的结构示意图（2对极对数）2) 定子三相异步电动机的定子由三部分组成：定子定子铁心由厚度为0.1mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组AX、BY、CZ。定子绕组三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。机座机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组3) 转子三相异步电动机的转子由三部分组成：转子转子铁心由厚度为0.1mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。转子绕组转子绕组有两种形式： 鼠笼式 - 鼠笼式异步电动机。 绕线式 - 绕线式异步电动机。转轴转轴上加机械负载鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.21.0mm之间。4. 三相异步电动机的转动原理1) 基本原理为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图1-2所示。图 1-2 三相异步电动机工作原理(1)演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。(2)现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。(3)结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。2) 旋转磁场（1）产生图1-3表示最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源U、V、W相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场(图1-4)。图 1-3 三相异步电动机定子接线 其中：iuA相电流(A) ivB相电流（A） iwC相电流（A） Im最大瞬时电流（A） 角速度（rad/s） t时间（s） 图 1-4 旋转磁场的形成当wt=00时，AX绕组中无电流；(A)为负，BY绕组中的电流从Y流入B1流出；(A)为正，CZ绕组中的电流从C流入Z流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图1-4（a）所示。当wt=1200时，BY绕组中无电流；(A)为正，AX绕组中的电流从A流入X流出；(A)为负，CZ绕组中的电流从Z流入C流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图1-4（b）所示。当wt=2400时，CZ绕组中无电流；(A)为负，AX绕组中的电流从X流入A流出；(A)为正，BY绕组中的电流从B流入Y流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图1-4（c）所示。可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场。（2）旋转磁场的方向旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。3)5. 三相异步电动机的极数与转速（1）极数（磁极对数p）三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差1200空间角时，产生的旋转磁场具有一对极，即p=1；当每相绕组为两个线圈串联，绕组的始端之间相差600空间角时，产生的旋转磁场具有两对极，即p=2；同理，如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈，绕组的始端之间相差400（1200p）空间角。极数p与绕组的始端之间的空间角q的关系为：（2）转速n(r/min)三相异步电动机旋转磁场的转速n0(r/min)与电动机磁极对数p有关，它们的关系是： （1-1）其中：n0旋转磁场的转速（r/min） f1频率（Hz） 由（1-1）可知，旋转磁场的转速n0(r/min)决定于电流频率f1(Hz)和磁场的极数p。对某一异步电动机而言，f1(Hz)和p通常是一定的，所以磁场转速n0(r/min)是个常数。在我国，工频f1=50Hz，因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速n0(r/min)，见表1-1表1-1p1234810n0300015001000750375300（3）转差率s电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速n(r/min)不可能达到与旋转磁场的转速n0(r/min)相等，否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差，因此我们把这种电动机称为异步电动机，又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的，故又称为感应电动机。旋转磁场的转速n0(r/min)常称为同步转速。转差率s用来表示转子转速n(r/min)与磁场转速n0(r/min)相差的程度的物理量。即： (1-2)其中：n转子转速（r/min） S转差率转差率是异步电动机的一个重要的物理量。当旋转磁场以同步转速n0(r/min)开始旋转时，转子则因机械惯性尚未转动，转子的瞬间转速n=0，这时转差率S=1。转子转动起来之后，n(r/min)0，（n0-n）差值减小，电动机的转差率STN(N。m)，一般的三相异步电动机有Tq(N.m)/TN(N.m)=12.2。7. 电动机的负载能力自适应分析电动机在工作时，它所产生的电磁转矩T(N.m)的大小能够在一定的范围内自动调整以适应负载的变化，这种特性称为自适应负载能力。控制流程速度控制位置控制定位控制一：3G3MX2简易定位1. 目的1) 以低成本取代伺服电机实现较低精度的定位控制功能2) 学习3G3MX2定位功能的实现3) 参考资料SYSDRIVE MX2 系列用户手册 Cat.No.SBCE-CN-356B2. 3G3MX2 简易定位功能实现1) 编码器的连接（编码器需要是PNP型）连接分为三种方式：双路脉冲输入方式、单路脉冲+方向、仅单路脉冲输入a) 双路脉冲输入方式的接线如下图： 注意：S7端子能够响应的最高脉冲频率为1.8KHZ，所以编码器反馈的频率不能大于该值b) 单路脉冲+方向的输入方式接线如下图：2) 位置指令的给定通过多功能输入端子的组合来指定。、可进行最多段的位置指令。3) 速度指令的给定根据输出频率设定的数值4) 运行指令的给定可根据外部输入进行给定：， 需要设定5) 停止位置的给定该变频器不能通过外部的脉冲指令给定停止位置，需要在内部参数P060-P067上设置停止的位置，然后通过外部端子进行选择，从而确定电机需要走过的脉冲数6) 相关参数参数设定例：端子台有反馈脉冲单相脉冲串简易位置控制有效内部直流制动选择无效仅在报警跳闸时解除计数器复位会容易（）定位完成7) 在实际应用中，可以结合通讯的方式，实现变频器的连续定位。如：采用CP1、CP2 的组合实现三段位置的切换，位置0可以预设为原点，通过通讯方式交替变更位置1和位置2的目标值，即可实现变频器的多点连续定位。采用更多的多功能端子可以实现更多的多点定位，不局限于8段位置。二：3G3RX 定位控制-绝对定位1. 目的1) 以相对较低成本取代伺服电机实现相对较低精度的定位控制功能（定位精度远高于MX2简易定位）2) 学习3G3RX定位功能的实现3) 参考资料SYSDRIVE RX 系列高功能型通用变频器 用户手册 Cat.No. SBCE-C-347A2. 3G3RX 简易定位功能实现所需设备：变频器：3G3RX PG卡：3G3AX-PG01-Z1) 安装将PG卡安装于3G3RX 变频器选件卡插座1或选件卡插座2上。2) 接线TM1 端子接编码器反馈3) 参数设定a) 设定电机基本参数后进行电机空载自学习b) 必设参数：A044=5 闭环矢量模式P011： 编码器分辨率P012=2（3） 绝对位置控制模式P060： PLC 通过通讯向变频器发送绝对目标位置脉冲P068： 原点搜索模式P069： 原点搜索方向P070： 原点搜索低速P071： 原点搜索高速P017： 定位完成范围设定 如果定位精度较高的话可以降低范围值c) 可选参数：C001-C008=47 位置偏差清除C001-C008=69 ORL原点复位限制信号C001-C008=70 ORG原点复位起动信号C021-C026=23 定位完成输出信号4) 通讯相关变频器地址：P060：163E；P012=2时，按照编码器的1倍频设定P012=3时，按照编码器的4倍频设定 D029：1036 D030：1038PLC 通讯时寄存器地址-1.5) 调试：将P012=0 速度控制模式，启动正转或反转确定电机旋转方向和编码器计数方向是否一致。如果出现电机来回抖动，电流不断增加直至过载等现象，说明方向不一致。调整编码器A相B相或电机动力线两个边相。在确认变频器和电机在速度模式下能正常工作后，将P012=2。当电机启停响应慢，定位精度差时适量调大位置环增益P023，可提高响应性，提高定位精度。当电机上电自己旋转时，进行位置偏差清除操作6) 原点搜索方式1方式2 方式3在调试时，可根据现场实际情况选择一种合适的原点确认方式7) 定位时电机旋转方向在多段位置指令0（P060）中写入目标位置。目标位置大于当前位置为正转，目标位置小于当前位置为反转。类似伺服控制的绝对定位模式。8) 相关参数（例）如下表：数值列的数字可做参考。参数号数值备注F001106HZ目标速度P0112000编码器分辨率P0122绝对位置控制模式A0012操作器给定（可用通讯给定）A0021端子台控制启停A0445带传感器的闭环矢量控制H0031.10电机功率H0046电机极数C00847偏差计数器清零C02623定位完成C00669ORLC00770ORGP0681原点搜索模式P0690正转侧原点搜索方向P0703.0原点搜索低速P07110原点搜索高速P0232.5位置环增益H0233.5额定电流H0240.050电机惯量F0023加速时间F0032.5减速时间P01765定位完成范围设定P0180.10定位完成延时时间9) 绝对定位三、两种定位方式的区别区别一览表No.项目3G3RX +3G3AX-PG013G3MX2