工业机器人应用系统-项目二 运动控制模块系统集成技术

【项目引入】00PART天安门升旗仪式升降旗时长：2分07秒国旗杆高：30米金水桥至国旗杆基围栏：正步138【学习目标】00PART知识目标1．了解变频器控制技术和机电伺服系统；2．掌握电动机、变频器的类型及工作原理；3.掌握运动控制用传感器基本工作原理；3．掌握机电伺服系统的基本组成和伺服技术基本工作原理；能力目标1．能够正确选择、使用电动机、传感器和通用变频器；2．能够设计、搭建典型的机电伺服系统。素质目标1．培养攻难克艰的工匠精神；2．培养专业信息搜集、整理、分析的职业素质；3．培养勇于创新的素质。任务1运动执行器及常用控制技术目录CONTENTS任务2运动控制用传感器【项目实施】运动执行器及常用控制技术任务1运动执行器按电源类型按功能按运动方式直流电机交流电机异步电机同步电机发电机电动机变压器控制电机直流发电机直流电动机异步发电机异步电动机同步发电机同步电动机静止运动变压器旋转电机直线电机三维运动电机直流电机交流电机知识延展：电机的分类在均匀磁场中，若载流直导线与B方向垂直、长度为L，流过的电流为I，则载流导线所受的力为f，有其方向在电机学中习惯上用左手定则确定。电磁力定律直流电机直流电动机的基本工作原理基于电磁力定律：左手定则载流导体ab、cd在磁场中产生电磁力f形成电磁转矩带动转子旋转换向器作用：在发电机中起整流作用，使线圈中的交变电动势——电刷间的直流电动势。在电动机中起逆变作用，使电刷间的直流电——线圈内的交变电，保证电动机的转向恒定。直流电动机工作原理模型直流电机的铭牌数据电机型号铭牌数据主要有：额定功率额定电压额定电流额定转速额定励磁电流励磁方式出厂数据如出厂编号、出厂日期等机座中心高交流电机异步电机同步电机异步发电机异步电动机三相异步电动机三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点；还具有较高的运行效率和较好的工作特性、从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足各行各业大多数生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生成各种专用、特殊要求的形式，以适应不同生产条件的需要。三相异步电动机交流旋转电机转子转速与磁场转速相等转子转速与磁场转速不相等与直流电机的静止磁场不同，都是旋转的磁场。单相异步电动机用于家用电器和医疗仪器中用于风力发电机等特殊场合在各种电动机中应用最广、需要量最大。工业生产、农业机械化、交通运输、国防工业等电力拖动装置中，有90%采用三相异步电动机。步进电机

步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，每输入一个电脉冲，电机就会旋转一定的角度，常作为数字控制系统中的执行元件。最早的步进电机是1920年代由英国人研发。相关知识步进电机的外形步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则就前进一步，所以叫做步进电机。脉冲数越多电机转动的角度越大。脉冲的频率越高电机的转速越快，但不能超过最高频率，否则电机的力矩会迅速减小，电机不转。步进电机应用领域1.广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。

2.步进电机主要用于一些有定位要求的场合。

线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。基本上涉及到定位的场合都用得到。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。

3.步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。1.步进电机的结构步进电机的外形如图5-2（a）所示，步进电机由转子（转子铁心、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁心），前后端盖等组成，如图（c）所示。步进电机的结构示意图拆开的步进电机内部结构以三相步进电机为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极。定子转子定子绕组步进电动机结构简图定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进电机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。ABC定子转子IAIBIC定子铁心定子铁心为凸极结构，由硅钢片迭压而成。在面向气隙的定子铁心表面有齿距相等的小齿。定子绕组

定子每极上套有一个集中绕组，相对两极的绕组串联构成一相。步进电动机可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。为了减小步距角，实际的步进电机通常在定子凸极和转子上开很多小齿，这样就可以大大减小步距角，提高步进电机的控制精度。转子

转子上只有齿槽没有绕组，系统工作要求不同，转子齿数也不同。转子的外圈由50个小齿构成，转子1和转子2的小齿于构造上互相错开1/2螺距。由此转子形成了100个小齿。目前已经有转子单个加工至100齿的高分辨率型，那么高分辨率型的转子就有200个小齿。因此其机械上就可以实现普通步进电机半步(普通步进电机半步需要电气细分达到)的分辨率。通常按励磁方式分为三大类：1）反应式（VR）

转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。2）永磁式（PM）

转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大3）感应子式(混合式，HB)

转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂，成本较高。2．步进电机的分类

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大，在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点，分为两相和五相，两相步进角一般为1.8度，而五相步进角一般为0.72度，这种步进电机的应用最为广泛。按相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG（BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等。二相混合式步进电机产品步距角：

3.6°1.8°1.5°284256、5786110扭矩Nm外径mm1100.130130

步进电机每接收一个步进脉冲信号，电机就旋转一定的角度，该角度称为步距角。Z：转子齿数；K：为通电系数，当前后通电相数一致时，K=1，否则，K=2；m：为相数。（1）

步距角3．步进电机的重要参数

电机出厂时给出了一个步距角的值，如57BYG46403型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相、四相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为3°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。步进电机的步距角一般为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°等。步距角越小，则步进电机的控制精度越高，根据步距角可以控制步进电机行走的精确距离。比如说，步距角为0.72°的步进电机，每旋转一周需要的脉冲数为360/0.72=500脉冲，也就是对步进电机驱动器发出500个脉冲信号，步进电机才旋转一周。

（2）

步进电机的速度步进电机的转速取决于各相定子绕组通入电脉冲的频率，其速度为式中，f——电脉冲的频率，即每秒脉冲数（简称PPS）；

Z——转子齿数；

K——通电系数。

（3）

相数

步进电动机的相数是指电机内部的线圈组数，常用m表示。目前常用的有二相、三相、四相、五相、六相、八相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同。

在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

（4）

拍数

完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。θ

=

360°/（转子齿数×运行拍数），以常规二、四相为例，转子齿数为50齿电动机为例。四拍运行时步距角为θ

=

360°/（50×4）=1.8°（俗称整步），八拍运行时步距角为θ

=

360°/（50×8）=0.9°（俗称半步）。以四相电机为例，有四相双四拍运行方式即AB→BC→CD→DA→AB，四相单双八拍运行方式即A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。步距角对应一个脉冲信号，电动机转子转过的角位移用θ表示。

（5）

保持转矩保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N·m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N·m的步进电机。

三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。（1）三相单三拍●三相绕组联接方式：Y型●三相绕组中的通电顺序为：A相

B相

C相“三相”指定子绕组有3组；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。4．步进电机的工作原理三相单三拍工作过程

当A相定子绕组通电，其余两相均不通电，电机内建立以定子A相极为轴线的磁场。由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，使转子齿1、3的轴线与定子A相极轴线对齐，如图所示。若A相定子绕组断电、B相定子绕组通电时，转子在反应转矩的作用下，顺时针转过30°，使转子齿2、4的轴线与定子B相极轴线对齐，即转子走了一步，如图（b）所示。若在断开B相，使C相定子绕组通电，转子顺时针方向又转过30°，使转子齿1、3的轴线与定子C相极轴线对齐，如图（c）所示。如此按A→B→C→A的顺序轮流通电，转子就会一步一步地按顺时针方向转动。

这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：●每来一个电脉冲，转子转过30

。此角称为步距角，用

表示。●转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变电机转向。

反转：

A相

C相

B相

A相

B相

C相正转：（2）

三相双三拍“双”是指每次有两相绕组通电，每通入一个电脉冲，转子也是转30°，即步距角为30°。正转：AB→BC→CA→AB；反转：AC→CB→BA→AC。双拍运行与单拍运行时步距角相同，也是30°，产生的转矩一般会增加。（3）

三相单双六拍即一相通电接着二相通电间隔地轮流进行，完成一个循环需要经过6次改变通电状态，其步距角为15°。正转：A→AB→B→BC→C→CA→A；反转：A→AC→C→CB→B→BA→A。如何使步进电动机反转？以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。步进电机的转动方向仍由相序决定。一般步进电机的精度为步距角的3-5%，且不累积；步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点；

一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常；步进电机的力矩会随转速的升高而下降；

矩频特性曲线5.步进电机的特点空载启动频率：即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。步进电机的起步速度一般在10~100RPM，伺服电机的起步速度一般在100~300RPM。根据电机大小和负载情况而定，大电机一般对应较低的起步速度。步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点。克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声方法：通过改变减速比等机械传动避开共振区；采用带有细分功能的驱动器；换成步距角更小的步进电机；选用电感较大的电机变频控制技术01PART

通俗地讲，变频器就是一种静止式的交流电源供电装置，其功能是将工频交流电（三相或单相）变换成频率连续可调的三相交流电源。

变频器的概念描述为：利用电力电子器件的通断作用将电压和频率固定不变的工频交流电源变换成电压和频率可变的交流电源，供给交流电动机实现软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能的电能变换控制装置称作变频器，其英文简称为VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）。一、什么是变频器25三月2026变频器的分类1.按直流电源的性质分类2.按变换环节分类3.按输出电压调节方式分类4.按控制方式分类5.按电压等级分类6.按用途分类变频器的分类25三月2026⒈按直流电源的性质分类变频器中间直流环节用于缓冲无功功率的储能元件可以是由电容或是电感，据此变频器可分成电压型变频器和电流型变频器两大类。电流型变频器

电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感作为储能元件，无功功率将由该电感来缓冲。

电流型变频器的一个较突出的优点是，当电动机处于再生发电状态是，回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈交流电网，不需要在主电路内附加任何设备。

电流型变频器常用于频繁急加减速的大容量电动机的传动。在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型变频器

电压变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，用来缓冲负载的无功功率。

对负载而言，变频器是一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行，具有不选择负载的通用性。缺点是电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的无功能量难于回馈给交流电网。要实现这部分能量向电网的回馈，必须采用可逆变流器。变频器的分类25三月20262．按变换环节分类（1）交-交变频器交-交变频器是将工频交流电直接变换成频率电压可调的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。对于大容量、低转速的交流调速系统，常采用晶闸管交一交直接变频器直接驱动低速电动机，可以省去庞大的齿轮减速箱。其缺点是：最高输出频率不超过电网频率的l/3～1/2，且输入功率因数较低，谐波电流含量大，谐波频谱复杂，因此必须配置大容量的滤波和无功补偿设备。变频器的分类25三月20262．按变换环节分类近年来，又出现了一种应用全控型开关器件的矩阵式交—交变压变频器，采用PWM控制方式，可直接输出变频电压。这种调速方法的主要优点是：①输出电压和输人电流的低次谐波含量都较小。②输入功率因数可调。③输出频率不受限制。④能量可双向流动，可获得四象限运行。⑤可省去中间直流环节的电容元件。变频器的分类25三月20262．按变换环节分类（2）交-直-交变频器

交-直-交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率电压可调的交流电，又称间接式变频器。把直流电逆变成交流电的环节较易控制，在频率的调节范围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势。由于其存在着中间低压环节，所以具有电流大、结构复杂、效率低、可靠性差等缺点。变频器的分类25三月20263．按输出电压调节方式分类变频调速时，需要同时调节逆变器的输出电压和频率，以保证电动机主磁通的恒定。对输出电压的调节主要有PAM方式和PWM方式两种。（1）PAM方式脉冲幅值调制方式（PAM—PulseAmplitudeModulation）是通过改变直流电压的幅值进行调压的方式。在变频器中，逆变器只负责调节输出频率，而输出电压的调节则由相控整流器或直流斩波器通过调节直流电压实现。变频器的分类25三月2026（2）PWM方式脉冲宽度调制方式（PWM—PulseAmplitudeModulation）。利用参考电压波uR与载波三角波ut互相比较决定主开关器件的导通时间而实现调压，利用脉冲宽度的改变得到幅值不同的正弦基波电压。这种参考信号为正弦波，输出电压平均值近似正弦波的PWM方式称为正弦PWM方式称为正弦PWM调制，简称SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation）方式。通用变频器中，SPWM方式调压是一种最常采用的方案。变频器的分类25三月20264．按控制方式分类（1）U/f控制

U/f控制方式即压频比控制，它的基本特点是对变频器输出的电压和频率同时控制，通过保持U/f恒定使电动机获得所需要的转矩特性。U/f控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性好、经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。变频器的分类25三月20264．按控制方式分类（2）转差频率控制如果没有任何附加措施，在U/f控制方式下，如果负载变化，转速也会随之变化，转速的变化量与转差率成正比。与U/f控制方式相比，其调速精度大为提高，但是使用速度传感器求取转差频率，要针对具体电动机的机械特性调整控制参数，因而这种控制方式的通用性较差。（3）矢量控制所谓矢量控制是根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制。变频器的分类25三月20266．按用途分类根据变频器性能及应用范围，可以将变频器分为以下几种类型。（1）通用变频器顾名思义，通用变频器的特点是其通用性，可以对通用标准异步电动机传动，应用与工业生产及民用各个领域。随着变频器技术的发展和市场需要的不断扩大，通用变频器也在朝着两个方向发展：低成本的简易型通用变频器和高性能多功能的通用变频器。（2）高性能专用变频器与通用变频器相比，高性能专用变频器基本上采用了矢量控制方式，而驱动对象通常是变频器厂家指定的专用电动机，并且主要应用于对电动机的控制能性要求比较高的系统。例如，在专业来驱动机床主轴的高性能变频器中，为了便于数控装置配合完成各种工作，变频器的主电路、回馈制动电路和各种接口电路等被做成一体，从而达到了缩小体积和降低成本的要求。而在纤维机械驱动方面，为了便于大系统的维修保养，变频器则采用了可以简单地进行拆装的盒式结构。变频器的分类25三月20266．按用途分类（3）高频变频器在超精密加工和高性能机械中，常常要用到高速电动机。如PAM控制方式的高速电动机驱动用变频器。这类变频器的输出频率可以达到3kHz，在驱动2极异步电动机时，电动机最高转速可达到180000r/min。（4）小型变频器

为适应现场总线控制技术的要求，变频器必须小型化，与异步电机结合在一起，组成总线上一个执行单元。例如安川公司上单的VS-mini-J7型变频器，高度只有128mm，三垦公司的ES、EF、ET系列，也是这种小型变频器。变频器的分类25三月2026变频器的选用与维护1.变频器及外围设备的选择2.变频器的安装、调试与维护

变频器的选用与维护25三月2026（一）变频器及外围设备的选择双击添加标题文字变频器类型的选择※

1变频器品牌型号的选择2变频器规格的选择3变频器容量的选择※4变频器外围设备的选择※

45变频器及外围设备的选择25三月2026通用变频器的选择包括变频器的形式选择和容量选择两个方面内容。

选择原则：要根据工艺环节、负载的具体要求选择性价比相对较高的品牌、类型及容量。总则：变频器及外围设备的选择25三月20261）流体类负载各种风机、水泵和油泵都属于典型的流体类负载，负载转矩与速度的二次方成反比。选型时通常以价格为主要原则，应选择普通功能型变频器，只要变频器容量等于电动机容量即可。1、变频器有许多种类型，主要根据负载的要求来进行选择。一、变频器类型的选择

变频器及外围设备的选择25三月20262）恒转矩负载如挤压机、搅拌机、传送带、厂内运输电车、起重机的平移机构和起动机构等都属于恒转矩负载，其负载转矩与转速无关。为了实现恒转矩调速，常采用具有转矩控制功能的高功能型变频器。对不均性负载（其特性是：负载有时轻，有时重）应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机械、粉碎机械、搅拌机等。对于大惯性负载，如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑等，应该选用容量稍大的变频器来加快起动，避免振荡，并需配有制动单元消除回馈电能。变频器及外围设备的选择25三月20263）恒功率负载恒功率负载的特点是需求转矩与转速大体成反比，但其乘积即功率却近似保持不变。如机床的主轴和轧机、造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等。选择时尽量缩小恒功率范围（以满足生产工艺为前提），以减小电动机和变频器的容量，降低成本。当电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致，即所谓“匹配”，电动机容量和变频器的容量均最小。

变频器及外围设备的选择25三月2026变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响很大。选择品牌时，质量品质，尤其是与可靠性相关的质量品质，显然是选择时的重要考虑方面。品牌选择依据：产品的平均无故障时间、经验和口碑。型号选择依据：已经确定的变频调通方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能决定。两者关系：确定型号时的选择原则有时候也会影响品牌的选择，如果应用所需要的功能或者控制方式在某品牌的各型号变频器上都不具备时，则应该考虑更换品牌。变频器及外围设备的选择25三月20262．按照标称功率选择一般而言，按照标称功率选择只适合作为初步投资估算依据，在不清楚电动机额定电流时使用。

对恒转矩负载应用时，可以放大一级估算。例如，90kw电动机可以选择110kw变频器。在按照过载能力选择时，可以放大一倍来估算。例如，90kw电动机可选择185kw变频器。对流体类负载应用时，一般可以直接按照标称功率作为最终选择依据，并且不必放大。例如，75kw风机电动机可以选择75kw的变频器。变频器及外围设备的选择25三月20263．按照电动机额定电流选择

对于多数的恒转矩负载新设计的项目，可以按照以下公式选择变频器规格：式中，Ievf变频器额定电流；

Ied电动机额定电流；K1电流裕量系数,一般可取1.05～1.15：一般情况下可取最小值，在电动机持续负载率不超过80％来确定的。起动、停止频繁的系统应该考虑取最大值。变频器及外围设备的选择25三月2026这种方式适用于改造工程，对于原来电动机已经处于大马拉小车的情况，可以选择功率比较合适的变频器以节省投资。可以按照下式选择变频器规格：式中，K2电流裕量系数,可取1.1～1.2，在频繁起停时应该取最大值；Id为电动机实测运行电流，指的是稳态运行电流，实测时应该针对不同工况作多次测量，取其中最大值。4．按照电动机实际运行电流选择变频器及外围设备的选择25三月20265．按照转矩过载能力选择

变频器的电流过载能力通常比电动机的转矩过载能力低，因此，按照常规配备变频器时电动机转矩过载能力不能充分发挥作用。

对于转矩波动型或者冲击转矩负载，瞬间转矩可能达到额定转矩的2倍以上，为充分发挥电动机的转矩过载能力，应该按照下式选择变频器：变频器及外围设备的选择决定于额定输出电流与额定输出电压的三相视在输出功率。变频器可以连续输出的最大交流电流有效值。

25三月2026额定输出电流（A）输出容量（kV·A）适用电动机功率（kW）以2、4极的标准电动机为对象，表示在额定输出电流以内可以驱动的电动机功率。变频器的容量可从3个方面表示：二、变频器容量的选择变频器容量的选择25三月20261．选择规则

采用变频器对异步电动机进行调速时，在异步电动机确定后，通常根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。（1）连续运行的场合变频器的额定输出电流≥（1.05～1.1）倍电动机的额定电流（铭牌值）或电动机实际运行中的最大电流；

（2）短时间加、减速的场合变频器允许达到额定输出电流130％～150％（视变频器容量有别）。

变频器容量的选择25三月2026（3）频繁加、减速运转场合

可根据加速、恒速、减速等各种运行状态下变频器的电流值来确定变频器额定输出电流IINV，计算公式如下：（4）电流变化不规则的场合可使电动机在输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流内进行选定。

式中，K0——安全系数（频繁运行时取1.2，一般运行时取1.1）。变频器容量的选择25三月2026（5）电动机直接起动场合

直接起动时可按下式选取变频器：式中，IK——在额定电压、额定频率下电动机起动时的堵转电流（A）；

Kg——变频器的允许过载倍数，Kg=1.3～1.5。变频器容量的选择25三月2026（6）一台变频器驱动多台电动机

上述（1）～（5）点仍适用，但应考虑以下几点：式中，Kg——变频器允许过载倍数（1.3～1.5）；在电动机总功率相等的情况下，可根据各电动机的电流总值来选择变频器；在整定软起动、软停止时，一定要按起动最慢的那台电动机进行整定。

若有一部分电动机直接起动时，可按下式进行计算：

多台电动机依次进行直接起动，到最后一台时，起动条件最不利。变频器容量的选择25三月20262．选择注意事项（1）最大起动容量变频器容量比与同时起动时要大些；

（2）大过载容量

根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器。

（3）轻载电动机

电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，可选择与实际负载相称的变频器容量。

变频器容量的选择25三月2026（4）输出电压变频器的输出电压按电动机的额定电压选定；（5）输出频率

根据变频器的使用目的所确定的最高输出频率来选择变频器。

变频器容量的选择25三月2026变频器的运行离不开外围设备，变频器的外围设备如右图所示，在实际应用中，图中所示的电器并不一定全部都要连接，有的电器通常都是选购件。三、变频器外围设备的选择变频器外围设备的选择25三月20261．断路器的选择

功能：隔离作用

保护作用选择：一般情况下，低压断路器的额定电流IQN≥（1.3~1.4）IN（变频器的额定电流

）在电动机要求实现工频和变频的切换控制电路中，低压断路器的额定电流IQN≥2.5IMN（电动机的的额定电流

）变频器外围设备的选择25三月20262．接触器的选择

功能：变频器出现故障时切断主电源

防止掉电及故障后的再起动

选择：输入侧接触器的选择主触点的额定电流IKN

≥IN（变频器的额定电流）输出侧接触器的选择

主触点的额定电流IKN

≥1.1IMN（电动机的额定电流）工频接触器的选择触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。变频器外围设备的选择25三月20263．电抗器的选择

交流电抗器

输入交流电抗器可抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善功率因数。

输出交流电抗器用于抑制变频器的辐射干扰和感应干扰，还可以抑制电动机的震动。选择要求：电抗器自身分布电容小；自身的谐振点要避开抑制频率范围；保证工频压降在2%以下，工耗要小。直流电抗器直流电抗器可将功率因数提高至0.9以上；

削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流。变频器外围设备的选择25三月20264．无线电噪声滤波器的选择

功能

削弱较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。组成滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成。类型

输入侧滤波器输出侧滤波器变频器外围设备的选择25三月20265．制动电阻及制动单元的选择

功能

当电动机因频率下降或重物下降（如起重机械）而处于再生制动状态时，避免在直流回路中产生超高的泵生电压。制动电阻的选择由于制动电阻的容量不易准确掌握，如果容量偏小，则极易烧坏。所以，制动电阻箱内应附加热电器。制动单元的选择一般情况下，只需根据变频器的容量进行配置即可。变频器外围设备的选择25三月20263.变频器的维护2.变频器的调试1.变频器的安装（二）变频器的安装、调试与维护变频器的安装、调试与维护25三月2026一、变频器的安装——安装环境1.环境温度变频器运行环境-10℃～40℃，避免阳光直射。2.环境湿度变频器的安装环境相对湿度不超过90%（无结露）为宜。3.振动和冲击避免措施：提高控制柜的机械强度；远离振动源和冲击源；使用抗震橡皮垫固定控制柜；定期检查和维护。变频器的安装、调试与维护25三月20264.电气环境控制线应有屏蔽措施；母线与动力线要保持不小于100mm的距离；产生电磁干扰的装置与变频器要隔离。5.其它条件变频器应安装在不受阳光直射、无灰尘、无腐蚀性气体、无可燃气体；无油污、蒸汽滴水等环境中；安装场所的周围振动加速度应小于0.6g（g=9.8m/s2），可采用防震橡胶；变频器应用的海拔高度应低于1000m。变频器的安装、调试与维护25三月2026一、

变频器的安装——安装方式1.墙挂式安装变频器的安装、调试与维护25三月20262.柜式安装控制柜中安装是目前最好的安装方式，可以起到很好的屏蔽作用，同时也能防尘、防潮、防光照等。

控制柜中安装分为：单台变频器安装和多台变频器安装。

变频器的安装、调试与维护25三月2026单台变频器安装变频器的安装、调试与维护25三月2026多台变频器安装变频器的安装、调试与维护25三月2026变频器的接线主电路接线控制电路接线一、

变频器的安装—变频器接线变频器的安装、调试与维护25三月2026主电路的三相基本接线a）电源侧采用断路器 b）电源侧采用熔断器

变频器主电路的三相基本接线如图所示变频器的安装、调试与维护25三月2026变频器主电路的单相基本接线如图所示主电路的单相基本接线a）电源侧采用断路器 b）电源侧采用熔断器变频器的安装、调试与维护25三月2026注意事项1.在变频器与电源线连接之前应先完成电源线的绝缘测试。2.确保与电源电压是匹配的，不允许把变频器连接到电压更高的电源上。3.连接同步电动机或并联连接几台电动机时变频器必须在其控制特性下运行。4.

在接通电源前必须确信变频器的接线端子盖子已盖好。5.电源和电动机端子的连接时要保证一定的绝缘气隙和漏电距离。6.变频器的设计是允许它在具有较强电磁干扰的工业环境下运行，如果安装的质量良好就可以确保安全和无故障的运行。变频器的安装、调试与维护25三月2026模拟量控制线主要包括输入侧的给定信号线、反馈信号线和输出侧的频率信号线和电流信号线两类。模拟信号的抗干扰能力较低，必须使用屏蔽线。在布线时，应遵守以下原则：

（1）尽量远离主电路100mm以上。

（2）控制电缆的布线应尽可能远离供电电源线，使用单独的走线槽。模拟量

控制线控制中如起动、电动、多挡转速控制等的控制线，都是开关量控制线。建议控制电路的连接线都应采用屏蔽电缆。开关量

控制线变频器的安装、调试与维护25三月2026逆变输出端子U、V、W连接交流电动机时，输出的是与正弦交流电等效的高频脉冲调制波。当外围设备与变频器共用一供电系统时，要在输入端安装噪声滤波器，或将其他设备用隔离变压器或电源滤波器进行噪声隔离。当外围设备与变频器装入同一控制柜中且布线又很接近变频器时，要采取相应措施抑制变频器干扰。变频器与外围设备之间布线时的基本原则变频器的安装、调试与维护25三月2026避免信号线与动力线平行布线或捆扎成束布线；易受影响的外围设备应尽量远离变频器安装；易受影响的信号线尽量远离变频器的输入输出电缆。当操作台与控制柜不在一处或具有远方控制信号线，要对导线进行屏蔽，并特别注意各连接环节，以避免干扰信号串入。接地端子的接地线要粗而短，接点接触良好。必要时采用专用接地线。变频器与外围设备之间布线时的基本原则变频器的安装、调试与维护25三月2026通电试运行（不接电机）带电空载运行带负载试运行与上位机相连系统调试二、变频器的调试变频器的调试步骤变频器的安装、调试与维护25三月2026接上电源后，按“运行”（RUN）键运行变频器到50HZ，用万用表测量变频器的输出（U、V、W）相电压应平衡（370V-400V）。按“停止”（STOP）键后，再接上电机线。1．变频器接通电源试运行（不接电机）2．变频器带电机空载运行（1）设置电机的功率、极数，要综合考虑变频器的工作电流。（2）设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。（3）将变频器设置为自带的键盘操作模式，按寸动键、运行键、停止键，观察电机是否反转，是否能正常地启动、停止。（4）熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。变频器的安装、调试与维护25三月2026（1）手动操作变频器面板的运行“停止”键，观察电机运行停止过程及变频器的显示窗，看是否有异常现象。如果有现象，相应的改变预定参数后再运行。（2）如果启动停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。（3）如果变频器在限定的时间内仍然保护，应改变启动/停止的运行曲线，从直线改为S形、U形线或反S形、反U形线。（4）如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%-20%的保护余量。3.带载试运行变频器的安装、调试与维护25三月2026（5）如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。（6）如果变频器带动电机在启动过程中达不到预设速度，可能有两种情况：①系统发生机电共振，可以从电机运转的声音进行判断。采用设置频率跳跃值的方法，可以避开共振点。②电机的转矩输出能力不够，可以增加转矩提升量的值。3.带载试运行变频器的安装、调试与维护25三月2026将变频器的控制线直接与上位机控制线相连，将变频器的操作模式改为端子控制。根据上位机系统的需要，调定变频器接收频率信号端子的量程、变频器对模拟频率信号采样的响应速度等。如果需要另外的监视表头，应选择模拟输出的监视量，并调整变频器输出监视量端子的量程。在调试时可能会遇到这种情况，如上位机给出信号后，变频器不执行，这时可以考虑外加继电器。4.变频器与上位机相连进行系统调试变频器的安装、调试与维护25三月2026三、变频器的维护日常检查日常检查包括不停止通用变频器运行或不拆卸其盖板进行通电和起动试验，通过目测通用变频器的运行状况，确认有无异常情况。定期维护变频器定期的目的维护，主要就是根据键盘面板上显示的维护信息估算零部件的使用寿命，及时更换元器件。变频器的安装、调试与维护25三月2026三、变频器的维护——日常检查日常检查的主要内容：①键盘面板显示是否正常，有无缺少字符。仪表指示是否正确，是否有震动、震荡等现象。②冷却风扇部分是否运转正常，是否有异常声音等。③变频器及引出电缆是否有过热、变色、变形、异味、噪声、震动等异常情况。④变频器周围环境是否符合标准规范，温度与湿度是否正常。⑤变频器的散热器温度是否正常，电动机是否有过热、异味、噪声、震动等异常情况。⑥变频器控制系统是否有集聚尘埃的情况。⑦变频器控制系统的各连接线及外围电器元件是否有松动等异常现象。⑧检查变频器的进线电源是否正常，电源开关是否有电火花、缺相，引线压接螺栓是否松动，电压是否正常等。变频器的安装、调试与维护25三月2026变频器定期保养检查时，一定要切断电源，待监视器无显示及主电路电源指示灯熄灭后，才能进行检查。检查内容如下表所示。检查项目检查内容异常对策主回路端子、控制回路端子螺丝钉螺丝钉是否松动用螺丝刀拧紧散热片是否有灰尘用4～6kg/cm2压力的干燥压缩空气吹掉PCB印刷电路板是否有灰尘用4～6kg/cm2压力的干燥压缩空气吹掉冷却风扇是否有异常声音、异常振动更换冷却风扇功率元件是否有灰尘用4～6kg/cm2压力的干燥压缩空气吹掉铝电解电容是否变色、异味、鼓泡更换铝电解电容变频器的安装、调试与维护25三月2026三、变频器的维护——定期维护运行期间应定期（例如，每3个月或1年）停机检查项目：①功率元器件、印制电路板、散热片等表面有无粉尘、油雾吸附，有无腐蚀及锈蚀现象。②检查滤波电容和印制板上电解电容有无鼓肚变形现象，有条件时可测定实际电容值。③散热风机和滤波电容器属于变频器的损耗件，有定期强制更换的要求。

由于变频器是由多种部件组装而成，某些部件经长期使用后，性能降低、劣化，这是故障发生的主要原因。因此,变频器一般要每年进行一次检查，绝缘电阻检查可以三年进行一次。变频器的安装、调试与维护运动控制用传感器任务202PART第一节认识传感器运动控制常用传感器运动控制常用传感器02PART

运动控制的根本目的是实现对机械设备运动部件的运动参数（位置、速度、加速度、力/力矩等，位置检测最为常见，且位置能通过相应数学物理关系转化成速度、加速度）的精确控制，且多数采用闭环控制，为此运动控制系统中必须要配有能对目标运动参数进行精确测量的传感器，才能构成完整的闭环系统，因此传感器或检测元件是运动控制系统的重要组成部分，其精度对于系统的控制精度有很大影响。分类绝对式增量式位移传感器

多极旋转变压器，绝对脉冲编码器、绝对值式光帽，三速圆感应同步器、磁阻式多级旋转变压器。旋转型

脉冲编码器、自整角机、旋转变压器、圆感应同步器，光栅角度传感器、圆光栅、圆磁栅。

三速感应同步器、绝对值磁尺、光电编码尺、磁性编码器。直线型

直线感应同步器、光栅尺、磁栅尺、激光干涉仪、霍尔位置传感器。速度传感器

速度—角度传感器、磁敏式速度传感器。

交直流测速发电机、数字脉冲编码器式速度传感器、霍尔传感器。02PART运动控制常用传感器传感器的定义与组成定义：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量功能：检测和转换。02PART运动控制常用传感器传感器的组成敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的元件转换元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换为电信号的部分02PART运动控制常用传感器信号调理电路：常见有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等。作用：1）把来自传感器的信号进行转换和放大（将各种电信号转换成电压、电流或频率等）；2）进行信号处理（滤波、调制与解调、衰减、运算、数字化等）02PART运动控制常用传感器传感器的分类按传感器的输入量（即被测参数）进行分类：位移、速度、温度、压力传感器等；按传感器的输出量进行分类：模拟式和数字式；按传感器的工作原理进行分类：电阻式、电容式、电感式、压电式、磁敏式、热电式、光电式传感器等；按传感器的基本效应分类：物理型、化学型、生物型；物理传感器按构成进行分类：物性型（敏感材料的物理特性变化，如水银温度计）和结构型（转换元件的结构参数变化，如变极距型电容式传感器）；按传感器的能量变换关系进行分类：有源（能量控制型或参量型）、无源（能量变换型或发电型）；按传感器所蕴含的技术特征分类：普通传感器与新型传感器；02PART运动控制常用传感器传感器的基本特性定义：传感器的输入——输出关系特性。是传感器内部结构参数作用关系的外部表现。输入信号分为：稳态&动态对应传感器特性：静态特性&动态特性02PART运动控制常用传感器（一）传感器的静态特性

传感器的静态特性系指传感器在静态工作状态下的输入输出特性。所谓静态工作状态是指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也达到相应的稳定值时的工作状态。这时，输出量仅为输入量的确定函数。

传感器的静态特性是通过其静态性能指标表示的。例如，传感器的总精度就是一个最重要的静态性能指标。传感器的出厂说明书中一般都列有其主要的静态性能指标的额定数值。02PART运动控制常用传感器（二）传感器的动态特性

动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，是传感器的主要特性之一。

被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数。对一个动态特性较好的传感器，其输出随时间变化的规律（输出变化曲线）将能够再现输入随时间变化的规律（输入变化曲线），即具有相同的时间函数。

传感器的动态特性可以从时域和频域两方面分别采用瞬态响应法和频率响应法进行分析。在时域内研究传感器的响应特性时，通常指研究特定的输入时间函数，如阶跃函数、脉冲函数等；在频域内研究动态特性时，一般采用正弦函数。02PART运动控制常用传感器第二节运动控制系统常用传感器02PART运动控制常用传感器（一）旋转变压器

旋转变压器：又称回转变压器或同步分解器，是一种将转子的转角变换成与之呈某种函数关系的电信号的元件，是一种精度很高、