《机电一体化技术》课件-6.5变频器基本知识

第六章可编程控制器技术6.5

变频器基本知识目

录掌握变频器的工作原理1掌握变频器的分类2掌握变频器的面板操作原理与调试43掌握变频器的发展趋势变频器基本知识随着工业自动化程度的不断提高，变频器在机电一体化产品中应用非常广泛，例如，数控机床，工业机器人，电动汽车，变频空调，全自动洗衣机等等。一、变频器的概念和作用是变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。变频器一、变频器的概念和作用德国西门子公司生产的MICROMASTER420（缩写为MM420）是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。变频器二、变频器的工作原理交流电动机的异步转速表达式位：n＝60f(1－s)/p(1)其中：n———异步电动机的转速；f———异步电动机的频率；s———电动机转差率；p———电动机极对数。由公式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整P)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等。变频调速：由转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。工作原理三、变频器的分类（1）交一交变频器

3.1变频器的分类它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，但其连续可调的频率范围较窄，一般在额定频率的1／2以下，故主要用于容量较大的低速拖动系统中。（2）交一直一交变频器

先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。三、变频器的分类3.2交直交通用变频器系统框图四、变频器的面板操作与调试4.1认识MM420变频器操作面板起动变频器停止变频器改变电动机的转动方向增加/减小数值状态显示电动机点动功能访问参数BOP操作面板四、变频器的面板操作与调试4.1认识MM420变频器操作面板四、变频器的面板操作与调试4.1认识MM420变频器操作面板四、变频器的面板操作与调试4.1认识MM420变频器操作面板四、变频器的面板操作与调试4.2参数设置4.2.1MM420参数分类

（1）显示参数显示参数为只读参数，以r××××表示，典型的显示参数为频率给定值、实际输出电压、实际输出电流等（2）设定参数设定参数为可读写的参数，以p××××表示，设定参数可以用基本操作面板，高级操作面板、或通过串行通信接口进行修改，使变频器实现一定的功能。四、变频器的面板操作与调试4.2参数设置4.2.2访问级

变频器的参数有4个用户访问级，标准访问级，扩展访问级，维修级。访问的等级由参数p0003来选择。对于大多数应用对象，只要访问标准级（p0003=1）和扩展级（p003=2)参数就够了。每组功能中出现的参数号取决于p0003中的访问级。具体细节参看参数表。四、变频器的面板操作与调试4.2参数设置4.2.3参数设置

MM420在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。如果要用BOP进行控制，参数P0700应设置为1，参数P1000也应设置为1。用基本操作面板(BOP)可以修改任何一个参数。修改参数的数值时，BOP有时会显示“busy”，表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。下面就以设置P1000=1的过程为例，来介绍通过基本操作面板(BOP)修改设置参数的流程，见表。四、变频器的面板操作与调试4.2参数设置基本操作面板(BOP)修改设置参数流程四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤参数复位----快速调试----功能调试4.3.1参数复位参数复位是将变频器参数恢复到出厂状态下默认值的操作。一般在变频器出厂和参数出现混乱时进行操作。恢复变频器工厂默认值，设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位。4.3.2快速调试快速调试是指通过设置电动机参数和变频器的命令源及评论给定源，从而达到简单快速运转电动机的一种操作模式。快速调试状态需要用户输入电动机的相关参数和一些基本驱动控制参数，使变频器可以良好的驱动电动机运转。一般在复位操作或者更换电动机后需要进行此操作。四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤电动机参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设定用户访问级为标准级P001001快速调试P010000功率以KW表示，频率为50HzP0304230380电动机额定电压（V）P03053.251.05电动机额定电流（A）P03070.750.37电动机额定功率（KW）P03105050电动机额定频率（Hz）P031101400电动机额定转速（r/min）四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤面板基本操作控制参数参数号出厂值设置值说明P001000正确地进行运行命令的初始化P000407命令和数字I/OP070021由键盘输入设定值（选择命令源）P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100021由键盘（电动电位计）输入设定值P108000电动机运行的最低频率(Hz)P10825050电动机运行的最高频率(Hz)P000312设用户访问级为扩展级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P1040520设定键盘控制的频率值(Hz)P1058510正向点动频率(Hz)P1059510反向点动频率(Hz)P1060105点动斜坡上升时间（s）P1061105点动斜坡下降时间（s）四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤4.3.3功能调试功能调试是指用户按照具体生产工艺的需要进行的设置操作。对变频器、电动机组成的驱动系统进行自适应或优化，保证其特性符合特定应用对象的要求。变频器可以提供许多功能,但是，对于一个特定的应用对象来说，并不是所有这些功能都需要投入。在进行“应用调试”时，这些不需要投入的功能可以被跳跃过去。常见的功能有：开关量输入功能斜坡上升、下降时间频率限制多段速功能四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤4.3.3功能调试MM420变频器的3个数字输入端口，即端口“5”、“6”、“7”，每一个数字输入端口功能很多，用户可根据需要进行设置。参数号P0701~P0703为与端口数字输入1功能至数字输入3功能，每一个数字输入功能设置参数值范围均为0~99，出厂默认值均为1。以下列出其中几个常用的参数值，各数值的具体含义见表。（1）开关量输入功能四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤4.3.3功能调试（1）开关量输入功能数字输入端口功能参数值功能说明0禁止数字输入1ON/OFF1（接通正转、停车命令1）2ON/OFF1(接通反转、停车命令1)3OFF2（停车命令2），按惯性自由停车4OFF3（停车命令3），按斜坡函数曲线快速降速9故障确认10正向点动11反向点动12反转13MOP（电动电位计）升速（增加频率）14MOP降速（减少频率）15固定频率设定值（直接选择）16固定频率设定值（直接选择+ON命令）17固定频率设定值（二进制编码选择+ON命令）25直流注入制动四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤4.3.3功能调试斜坡上升、下降时间即加速、减速时间，分别指电动机从静止状态加速到最高频率所需要的时间和从最高频率减速到静止状态所需要的时间。p1120、p1121分别为加速、减速时间参数。（2）斜坡上升、下降时间p1080、p1082分别为最低频率、最高频率参数。这两个参数用于限制电动机的最低和最高运行频率，不受频率给定源的影响。（3）频率限制四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤4.3.3功能调试多段速功能也称固定频率。就是在设置参数p1000=3的条件下，用开关量端子选择固定频率的组合。实现电动机多段速运行。可通过如下三种方式实现：（a）直接选择（P0701-P0703=15）在这种操作方式下，一个数字输入选择一个固定频率。p1080、p1082分别为最低频率、最高频率参数。这两个参数用于限制电动机的最低和最高运行频率，不受频率给定源的影响。（4）多段速功能四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤4.3.3功能调试多段速功能也称固定频率。就是在设置参数p1000=3的条件下，用开关量端子选择固定频率的组合。实现电动机多段速运行。可通过如下三种方式实现：（b）直接选择+ON命令（P0701-P0703=16）。在这种方式下数字量输入既选择固定频率，又具备启动功能。直接选择（P0701-P0703=15）（4）多段速功能四、变频器的面板操作与调试4.3变频器调试步骤4.3.3功能调试多段速功能也称固定频率。就是在设置参数p1000=3的条件下，用开关量端子选择固定频率的组合。实现电动机多段速运行。可通过如下三种方式实现：（c）二进制编码选择+ON命令（P0701-P0703=17）。使用这种方法最多可以选择7个固定频率。（4）多段速功能频率设定DIN3DIN2DIN1P1OO1001P1OO2010P1OO3011P1OO4100P1OO5101P1OO6110P1OO7111五、变频器的发展趋势5.1变频器的发展趋势

日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的DIPIPM（即双列直插式封装）的研制已经完成并推向市场。一种使逆变功率和控制电路达到一体化，智能化和高性能化的HVIC（高耐压IC）SOC（SystemonChip）的概念已被用户接受，首先满足了家电市场低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此叶以展望，随着功率做大，此产品在市场上极具竞争力。

（1）主控一体化五、变频器的发展趋势5.1变频器的发展趋势

用日本富士（FUJI）电机的三添胜先生的话说，变频器的小型化就是向发热挑战。这就是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术和系统设计的大规模集成化，功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为小型化的重要原因。ABB公司将小型变频器定型为Comp－ACTM，他向全球发布的全新概念是，小功率变频器应当象接触器、软起动器等电器元件一样使用简单，安装方便，安全可靠。

（2）小型化五、变频器的发展趋势5.1变频器的发展趋势

今后的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准,主要做法是在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正（ActivePowerFactorCorrection．APFC）电路，改善输入电流波形降低电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将推崇半谐振方式，这种开关控制方式在30－50M时的噪声可降低15－20dB。（3）低电磁噪音化五、变频器的发展趋势5.1变频器的发展趋势

通用变频器中出现专用型家族是近年来的事。其目的是更好发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。如用于起重机负载的ACC系列，用于交流电梯的SiemensMICO340系列和FUJIFRN5000G11UD系列，其他还有用于恒压供水、机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用系列。