创新设计实践课程报告变频器电机控制

1、天津天狮学院创新设计实践课程报告题 目：基于调节器输出给定的变频器模拟量输入信号的研究专 业： 班 级： 姓 名： 指导教师： 天津天狮学院信息与自动化学院 2015 年 12 月 目录1 课程设计题目22 课程设计目的23 选择的仪器和设备24 实验内容25 变频器简介35.1松下VF0型变频器简介36 本系统实现原理及要求47 各工作方式实现方法及测试结果57.1 ASR开环比例模式的变频调速系统特性的测试。57.3 ASR闭环比例模式的变频调速系统特性的测试。117.4 ASR闭环比例积分模式的变频调速系统特性的测试。147.5双环开环比例模式的变频调速系统特性的测试。177.6双环开环

2、比例积分模式的变频调速系统特性的测试。198 注意事项209 组内分工2110 结束语211 课程设计题目基于调节器输出给定的变频器模拟量输入信号的研究2 课程设计目的(1) 研究调速系统中速度调节器（ASR）的工作原理及信号变化规律。(2) 研究调速系统中电流调节器（ACR）的工作原理及信号变化规律。(3) 研究由ASR作为变频器的模拟量输入信号所组成的开环比例、比例积分以及闭环比例、比例积分的调速特点。(4) 研究由ASR与ACR所组成的串级信号作为变频器的模拟量输入信号的调速特点。(5) 熟悉NMCL-18，NMCL-31，NMEL-03/4组件的结构及调试方法。(6) 熟悉松下变频器V

3、F0的使用方法。3 选择的仪器和设备(1) 教学实验台主控制屏NMCL-11(2) NMCL-18组件(3) NMEL-03/4组件(4) 电机导轨及测速发电机(5) 绕线电动机M09 (6) 万用表4 实验内容(1) 单开环纯比例直流调速系统控制特性的测试。(2) 单开环比例积分直流调速系统控制特性的测试。(3) 单闭环纯比例直流调速系统控制特性的测试。(4) 单闭环比例积分直流调速系统控制特性的测试。(5) 双环开环纯比例直流调速系统控制特性的测试。(6) 双环开环比例积分直流调速系统控制特性的测试。 5 变频器简介变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频

4、调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。5.1松下VF0型变频器简介松下变频器的全称是“松下交流变频调速器”，是由日本松下集团研发、生产、销售的知名变频器品牌，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，松下变频器

5、还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。5.1.1松下变频器VFO系列特点 1、小巧：为了满足各类机器小型化的需要，我们实现了同类产品中最小型化；体积仅是我公司过去产品的40?56；松下变频器VF0系列 。 2、操作简单：采用了新设计的调频电位器，使调频操作简单轻松；而且用操作盘就可容易地操作正转/反转。 3、可由PLC直接调节频率：可直接接收PLC的PWM信号并可控制电动机频率；同时可与我公司PLC（FP0等）配套使用，无需模拟I/O单元。 4、功能齐全的小型产品：8段速控制制动功能；再试功能；根据外部SW调整频率增减和记忆功能；再生制动功能的充实；400V系列型：内置制动电路；20

6、0V系列型：内置0.4-1.5kW电阻；0.2kW电路没有制动电阻；0.4kW是外部设置的同包装电阻。5.1.2变频器在调速系统中的优点 1、控制电机的启动电流； 2、降低电力线路的电压波动； 3、启动时需要的功率更低； 4、可控的加速功能； 5、可调的运行速度； 6、可调的转矩极限； 7、受控的停止方式； 8、节能； 9、可逆运行控制； 10、减少机械传动部件。5.1.3变频调速原理 变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 n=60f(1-s)/p 对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，故电机的转速n与电源的频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电

7、机的同步转速，进而达到异步电机的调试目的。6 本系统实现原理及要求变频器的控制信号分为开关量和模拟量。开关量是用来实现电动机有极调速的，而模拟量则是用来实现电动机的平滑调速。本题用转速调节器ASR以及电流调节器ACR的输出信号作为变频器的模拟量输入信号。有六种工作方式需要研究及实现：只使用一个调节器ASR，工作方式有单开环及单闭环的纯比例、比例积分四种；两个调节器串在一起使用（ASR与ACR串联），即第一个调节器ASR的输出信号给第二个调节器ACR的输入信号，调节器ACR的输出信号给变频器，作为模拟量输入信号，工作方式有双开环的纯比例、比例积分两种。本次实践课程的要求是测量每一种工作方式的输入

8、信号与输出信号的变化过程及控制特点。变频器接到信号后拖动电动机运动的速度变化特点。7 各工作方式实现方法及测试结果7.1 ASR开环比例模式的变频调速系统特性的测试。1、接入ASR 构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR &g RP3 电位器逆时针旋到底。使调节器放大倍数最小，同时，ASR 的”5”、“6”短路。2、测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值(IA)3、三相主电源连线时需注意，不可换锗相序。4、系统开环连接时，不允许突加给定信号ug起动电机。5、改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零6、双踪示波器的两个探头地线通

9、过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位(只用一根地线即可) ，以免造成短路事故。8、断开ASR 的“3”至uct，的连接线，G (给定) 直接加至凹，t，& Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。9、MEL，002t三相交流电源”合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮。首先词节NMEL-18/2 使励磁输出为220V。然后调节侧面电压调节旋钮，使主控制屏U、V、w 端有电压输出220v。10、调节给定电压U士，使被测电动机空载转速no=1500 转/分，然后调整转速变换51FBS 中的R 电位器使FBS 输出为5v。7.1.1系统原理图如图1所示图1 ASR开环

10、比例模式的变频调速系统原理图7.1.2外部接线电路图如图2所示图2 ASR开环比例模式的变频调速系统外部接线图7.1.3测试结果分析测试过程中，当给定值Ug为1V时，用万用表测得调节器ASR输出端9端的输出电压为4.6V，保证电动机的转速为额定转速1420r/min，电动机的转速随给定值Ug的变化而变化。纯比例调节器的输出只取决于输入信号的现状。纯比例调节的特点：比例控制是一种有差调节；比例控制的稳态误差随比例带的增大而增大，若要减小余差，就需减小比例带，即增大比例增益Kc;对于定值控制系统，采用比例控制可以实现被控量对给定值的有差跟踪。7.2 ASR开环比例积分模式的变频调速系统特性的测试。

11、1、接入ASR 构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR &g RP3 电位器逆时针旋到底。使调节器放大倍数最小，同时，ASR 的”5”、“6”端接入可调电容(预置7uF)2、测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值(IA)3、三相主电源连线时需注意，不可换锗相序。4、系统开环连接时，不允许突加给定信号ug起动电机。5、改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零6、双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位(只用一根地线即可) ，以免造成短路事故。8、断开ASR 的“3”至uct，的连接线，G

12、(给定) 直接加至凹，t，& Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。9、MEL，002t三相交流电源”合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮。首先词节NMEL-18/2 使励磁输出为220V。然后调节侧面电压调节旋钮，使主控制屏U、V、w 端有电压输出220v。10、调节给定电压U士，使被测电动机空载转速no=1500 转/分，然后调整转速变换51FBS 中的R 电位器使FBS 输出为5v。7.2.1系统原理图如图3所示图3 ASR开环比例积分模式的变频调速系统原理图7.2.2外部接线电路图如图4所示图4 ASR开环比例积分模式的变频调速系统外部接线图7.2.3测试结果分析测试

13、过程中，当稍加给定值Ug时，用万用表测得调节器ASR输出端9端的输出电压若大于4.6V时，则调节调节器ASR上的R2、R3、R4，使调节器ASR的9输出端的输出电压降至4.6V，保证转速为1420r/min，电动机的转速不随给定值Ug的变化而变化。积分调节器的输出则包含了输入信号的全部历史。积分控制的特点：积分控制是一种无差调节，它可以提高系统的无差度，即提高系统的稳态控制精度；与比例控制相比，积分控制的过渡过程比较缓慢，系统的稳定性变差。7.3 ASR闭环比例模式的变频调速系统特性的测试。1、接入ASR 构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR &g RP3 电位器逆时针旋到底

14、。使调节器放大倍数最小，同时，ASR 的”5”、“6”端短接。2、测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值(IA)3、三相主电源连线时需注意，不可换锗相序。4、系统开环连接时，不允许突加给定信号ug起动电机。5、改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零6、双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位(只用一根地线即可) ，以免造成短路事故。7、断开G (给定) 和U。，的连接线，ASR 的输出接至U,a，#g ASR 的t+5”、“6”点短接8、合上主控制屏的绿色按钮开关。即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，

15、首先调节NMFL-18/2 使励磁输出为220v。然后调节侧面电压调节旋钮，使主控制屏U、V、W 端有电压输出220V。7.3.1系统原理图如图5所示图5 ASR闭环比例模式的变频调速系统原理图7.3.2外部接线电路图如6所示图6 ASR闭环比例模式的变频调速系统外部接线图7.3.3测试结果分析 测试过程中，当给定值Ug为2.5V时，用万用表测得调节器ASR输出端9端的输出电压为4.6V，保证转速为额定转速1420r/min，电动机的转速随给定值Ug的变化而变化。7.4 ASR闭环比例积分模式的变频调速系统特性的测试。1、接入ASR 构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR &g

16、 RP3 电位器逆时针旋到底。使调节器放大倍数最小，同时，ASR 的”5”、“6”端短接。2、测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值(IA)3、三相主电源连线时需注意，不可换锗相序。4、系统开环连接时，不允许突加给定信号ug起动电机。5、改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零6、双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位(只用一根地线即可) ，以免造成短路事故。7、断开G (给定) 和U。，的连接线，ASR 的输出接至U,a，#g ASR 的t+5”、“6”点短接8、合上主控制屏的绿色按钮开关。即按下主

17、控制屏绿色“闭合”开关按钮，首先调节NMFL-18/2 使励磁输出为220v。然后调节侧面电压调节旋钮，使主控制屏U、V、W 端有电压输出220V。7.4.1系统原理图如图7所示图7 ASR闭环比例积分模式的变频调速系统原理图7.4.2外部接线电路图如图8所示图8 ASR闭环比例积分模式的变频调速系统外部接线图7.4.3测试结果分析测试过程中，当稍加给定值Ug时，用万用表测得调节器ASR输出端9端的输出电压若大于4.6V时，则调节调节器ASR上的R2、R3、R4，使调节器ASR的9输出端的输出电压降至4.6V，保证转速为额定转速1420r/min，电动机的转速不随给定值Ug的变化而变化。7.5

18、双环开环比例模式的变频调速系统特性的测试。1用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀。，幅度相同的双脉冲2检查相序，用示波器观察”1“2”脉冲观察孔，1”脉冲超前2”脉冲60°，则相序正确，否则，应调整输入电源。3将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V一2V 的脉冲。7.5.1系统原理图如图9所示图9 双开环比例模式的变频调速系统原理图7.5.2外部接线电路图如图10所示图10 双开环比例模式的变频调速系统外部接线图7.5.3测试结果分析测试过程中，当给定值Ug为1V时，用万用表测得调节器ASR输出端3端的输出电压为4.4V时，

19、调节器ACR输出端7端的输出电压为4.6V时，保证转速为额定转速1065r/min，电动机的转速随给定值Ug的变化而变化。 7.6双环开环比例积分模式的变频调速系统特性的测试。 7.6.1系统原理图如图11所示图11 双开环比例积分模式的变频调速系统原理图7.6.2外部接线电路图如图12所示图12 双开环比例积分模式的变频调速系统外部接线图7.6.3测试结果分析测试过程中，当稍加给定值Ug时，用万用表测得调节器ASR输出端3端的输出电压为4.4V时，调节器ACR输出端7端的输出电压若大于4.6V时，则调节调节器ACR上的R2、R3、R4，使调节器ACR的7输出端的输出电压降至4.6V，保证转速为额定转速1065r/min，电动机的转速不随给定值Ug的变化而变化。8 注意事项1、接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小。2、改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“红色”按钮，同时使系统的给定为零。3、进行闭环调试时，若电机转速达最高转速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。4、变频器参数的设定为：P08