變頻器模擬量控制

1、 天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告課題名稱 變頻器模擬量控制 姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 所 在 系 電子技術(shù)系 指導(dǎo)教師 完成日期 2013年12月30日 0一、實(shí)訓(xùn)目的1.了解變頻器的基本概念、發(fā)展趨勢(shì)、分類及應(yīng)用方向。2.了解變頻器的工作原理。3.掌握MM420變頻器的模擬信號(hào)控制。4.進(jìn)一步掌握變頻器基本參數(shù)的輸入方法。5.熟練掌握變頻器的運(yùn)行操作。二、實(shí)訓(xùn)單位 天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容 1. 變頻器概述 變頻器是將固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電裝置。它的問(wèn)世使電氣傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)生了深刻的技術(shù)革命。有數(shù)據(jù)顯示，采用變頻控制將會(huì)

2、節(jié)電30%左右。近年來(lái)變頻器作為商品在國(guó)內(nèi)的銷售呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，近幾年市場(chǎng)保持12%15%的增長(zhǎng)率，超過(guò)了GTP的增長(zhǎng)速度。變頻器的出現(xiàn)是微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論不斷發(fā)展創(chuàng)新的產(chǎn)物。它的問(wèn)世使電氣傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)生了深刻的技術(shù)革命。變頻器具有對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等功能。通過(guò)變頻調(diào)速可以使控制系統(tǒng)節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是目前最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻器早期僅僅用于速度控制，隨著技術(shù)發(fā)展和社會(huì)對(duì)能源運(yùn)用效率要求的日益提高，逐漸被用于節(jié)能領(lǐng)域。它可以使得電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)的負(fù)載在無(wú)需任何

3、改動(dòng)情況下，按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出，大大降低電動(dòng)機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)行目的。目前，我國(guó)很多企業(yè)已將變頻器用于帶式輸送機(jī)起動(dòng)、調(diào)速控制、風(fēng)機(jī)調(diào)速以及水泵調(diào)速，對(duì)節(jié)約電能，減少排放量做出積極貢獻(xiàn)。1.1 變頻器發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，變頻器的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)。（1）智能化 操作更加簡(jiǎn)便，有明顯的工作狀態(tài)顯示，能夠自診斷和故障防范，甚至可以進(jìn)行部件自動(dòng)轉(zhuǎn)換。能夠利用互聯(lián)網(wǎng)遙控監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器按程序聯(lián)動(dòng)，組成優(yōu)化的變頻器綜合管理控制系統(tǒng)。（2）專門化 針對(duì)性的制造專門化變頻器，不僅有利于對(duì)電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)有效地控制，并且降低生產(chǎn)成本。如風(fēng)機(jī)、泵類變頻器、起重機(jī)械變頻器、電梯變頻器、空調(diào)變頻

4、器等。 （3）一體化 將相關(guān)的功能部件集成一體，如PID調(diào)節(jié)器、PLC、通信單元，甚至電動(dòng)機(jī)。不僅可減少連線，加強(qiáng)功能，提高系統(tǒng)可靠性，而且縮小體積，降低整體價(jià)格。1.2 變頻器的分類（1）按工作原理分類 交交變頻器。將恒壓恒頻的交流電源轉(zhuǎn)換為變壓變頻電源，這種變頻稱為直接變頻。 交直交變頻器。先將工頻交流電經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的交流電，這種變頻稱為間接變頻。應(yīng)用較多。 （2）按用途分類 通用變頻器通用變頻器的特征體現(xiàn)在通用性，一般是指與通用鼠籠電動(dòng)機(jī)配套使用。適用于拖動(dòng)各種不同性質(zhì)的負(fù)載并具有多種可供選擇的功能，它包括簡(jiǎn)易型通用變頻器和高性能多功能通用變頻器。簡(jiǎn)易型

5、通用變頻器以節(jié)能為主要目的，一般應(yīng)用于水泵、風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)等對(duì)系統(tǒng)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。它具有體積小、價(jià)格低特點(diǎn)。高性能多功能通用變頻器在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了變頻器在應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種需要，并為滿足這些需要在系統(tǒng)軟件和硬件方面作了相應(yīng)的準(zhǔn)備。在控制手段上采用了全數(shù)字化，充分利用微機(jī)巨大信息處理能力，強(qiáng)化軟件功能，使變頻裝置的靈活性和適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。在硬件上一般都采用大功率自關(guān)斷開關(guān)器件（GTO、BJT、IGBT）作為主開關(guān)器件，采用正弦波脈寬調(diào)制方式（SPWM），已成為通用變頻器的主流。目前中小容量變頻器大都具備高性能通用性。 專用變頻器專用變頻器主要是滿足特定的產(chǎn)業(yè)需要，如高頻、高壓

6、、大容量等專用變頻器。例如在超精密機(jī)械加工（如數(shù)控雕刻、精密磨床）以及高速離心等設(shè)備中，常用到的高速電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率要達(dá)到3KHz（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速180 000r/min），顯然必須用高頻變頻器。除此之外，還有很多場(chǎng)合需要專用變頻器，如重載專用變頻器、數(shù)控機(jī)床專用變頻器、注塑機(jī)專用變頻器等等。1.3 變頻器的應(yīng)用（1）節(jié)能方面?zhèn)鹘y(tǒng)的風(fēng)機(jī)、泵類電動(dòng)機(jī)是在全速（工頻）下運(yùn)行，即不論生產(chǎn)工藝需求大小都提供固定的流量。例如在紡織、印染等行業(yè)經(jīng)常會(huì)使用定型機(jī)對(duì)棉織品進(jìn)行拉幅和熱定型，定型機(jī)內(nèi)的溫度通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)送入的熱風(fēng)調(diào)節(jié)。由于風(fēng)機(jī)在工頻下運(yùn)行風(fēng)速不變，送入熱風(fēng)的多少只有調(diào)節(jié)風(fēng)門或擋風(fēng)板開度的大小。不僅造成

7、了大量能源浪費(fèi)，當(dāng)風(fēng)門調(diào)節(jié)失靈或調(diào)節(jié)不當(dāng)甚至造成定型機(jī)失控，影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，由于風(fēng)機(jī)高速起動(dòng)和恒功率運(yùn)行，傳送帶與軸承之間磨損非常嚴(yán)重，使傳送帶成為易耗品。采用變頻調(diào)速后，利用溫度傳感器采集定型機(jī)溫度，控制變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度實(shí)現(xiàn)控溫。不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)變頻器的低速起動(dòng)，可以減少傳送帶與軸承的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的耗電功率基本與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電率可達(dá)20%60%。目前得到推廣的恒壓供水是泵類使用變頻控制的典型應(yīng)用，恒壓供水如消防、噴灌、高層供水等。目前空調(diào)、冰箱等家用電器也采用變頻調(diào)速技術(shù)，取得很好節(jié)能效果。（2）自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器內(nèi)

8、置有32位或16位中央處理器，具有多種邏輯運(yùn)算和智能控制功能，輸出頻率精度高達(dá)0.1%0.01%，并且設(shè)置有完善的檢測(cè)和多種保護(hù)功能，在工業(yè)自動(dòng)控制中得到廣泛的應(yīng)用。如應(yīng)用于傳送、起重、擠壓等控制領(lǐng)域；在化纖、玻璃制造工業(yè)中的卷繞、拉伸、攪拌；在機(jī)械加工中的金屬切削；中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)速，大型鍋爐的風(fēng)機(jī)調(diào)速、鼓風(fēng)調(diào)速；電梯的智能控制等。（3）提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量由于可調(diào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使得機(jī)床設(shè)備在傳送，加壓等控制中大大提高了精度，使產(chǎn)品質(zhì)量獲得改善。此外，減速起動(dòng)、減速停止避免了設(shè)備沖擊和噪聲，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。甚至變頻技術(shù)可以改變?cè)泄に嚵鞒蹋?jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)，使操作和控制更加方便，提高整個(gè)設(shè)備功能

9、。 2. 變頻器的工作原理電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組，交-直-交型變頻器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖一。 圖一 電壓型變頻器主電路（1）整流電路 VD1VD6組成三相不可控整流橋，220V系列采用單相全波整流橋電路；380V系列采用橋式全波整流電路。 （2）中間濾波電路 整流后的電壓為脈動(dòng)電壓，必須加以濾波；濾波電容CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾、提高功率因素，由于該大電容儲(chǔ)存能量，在斷電的短時(shí)間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進(jìn)行操作。 （3）限流電路 由于儲(chǔ)能電容較大，接入電源時(shí)電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容CF的充電電

10、流很大，過(guò)大的電流會(huì)損壞整流橋二極管，為保護(hù)整流橋上電瞬間將充電電阻RL串入直流母線中以限制充電電流，當(dāng)CF充電到一定程度時(shí)由開關(guān)SL將RL短路。 （4）逆變電路 逆變管V1V6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、幅值都可調(diào)的交流電，是變頻器的核心部分。常用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有2單元、4單元、6單元。（5）續(xù)流二極管D1D6其主要作用為： 電機(jī)繞組為感性具有無(wú)功分量，VD1VD7為無(wú)功電流返回到直流電源提供通道。 當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再生電流通過(guò)VD1VD7返回直流電路。 V1V6進(jìn)行逆變過(guò)程是同一橋臂兩個(gè)逆變管不停地交替導(dǎo)通和截止，在換

11、相過(guò)程中也需要D1D6提供通路。（6）緩沖電路由于逆變管V1V6每次由導(dǎo)通切換到截止?fàn)顟B(tài)的瞬間，C極和E極間的電壓將由近乎0V上升到直流電壓值UD，這過(guò)高的電壓增長(zhǎng)率可能會(huì)損壞逆變管，吸收電容的作用便是降低V1V6關(guān)斷時(shí)的電壓增長(zhǎng)率。 （7）制動(dòng)單元電機(jī)在減速時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將可能超過(guò)此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速（n=60f/P）而處于再生制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說(shuō)的泵升電壓），這樣變頻器將會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。制動(dòng)單元由開關(guān)管與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是用來(lái)控制流經(jīng)RB

12、的放電電流IB。 3. 西門子MM420變頻器模擬信號(hào)操作控制西門子MM420變頻器可以通過(guò)3個(gè)數(shù)字輸入端口對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)運(yùn)行、正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行方向控制，可通過(guò)基本操作板BOP的，按 增加， 減少輸出頻率，來(lái)設(shè)置正反向轉(zhuǎn)速的大??；也可以由模擬輸入端控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。西門子MM420變頻器為用戶提供了一對(duì)模擬輸入端口AIN和端口AIN，即端口“3” 和端口“4” 。(1) 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容用自鎖按鈕SB1和按鈕SB2，控制西門子MM420變頻器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)功能，由模擬輸入端控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，DIN1端口設(shè)為正轉(zhuǎn)控制，DIN2端口設(shè)為反轉(zhuǎn)控制。L1 L2 L3U V W8561234

13、9 380VQSMM420M3RP1+10V0V+24VSB2SB1 圖二 模擬信號(hào)操作控制 （2）電路接線 如圖二所示，西門子MM420變頻器的“1” 、“2”輸出端為用戶的給定單元提供了一個(gè)高精度的10V直流穩(wěn)壓電源。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電位器RP1串接在電路中，調(diào)節(jié)RP1時(shí)，輸入端口AIN給定模擬輸入電壓改變，變頻器的輸出量緊緊跟蹤給定量的變化，平滑無(wú)級(jí)地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。4. 參數(shù)設(shè)置 （1）檢查電路接線正確后，合上主電源開關(guān)QS。（2）恢復(fù)變頻器工廠默認(rèn)值：設(shè)定P001030和P09701，按下P鍵，開始復(fù)位，復(fù)位過(guò)程大約為3min，這樣就保證了變頻器的參數(shù)恢復(fù)到工廠默認(rèn)值。（3）設(shè)置電動(dòng)機(jī)

14、參數(shù)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置完成后，設(shè)P00100，變頻器當(dāng)前處于準(zhǔn)備狀態(tài)，可正常運(yùn)行。（4）設(shè)置模擬信號(hào)操作控制參數(shù)。模擬信號(hào)操作控制參數(shù)，見(jiàn)表1。 表1 模擬信號(hào)操作控制參數(shù)參數(shù)號(hào)出廠值設(shè)置值說(shuō) 明P000311設(shè)用戶訪問(wèn)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)P000407命令和數(shù)字IOP070022命令源選擇“由端子排輸入”P000312設(shè)用戶訪問(wèn)級(jí)為擴(kuò)展級(jí)P000407命令和數(shù)字IOP070111ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P070212ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止P000311設(shè)用戶訪問(wèn)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)P0004010設(shè)定值通道和斜坡函數(shù)發(fā)生器P100022頻率設(shè)定值選擇為“模擬輸入”P108000電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的

15、最低頻率（Hz）P10825050電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最高頻率（Hz）5. 操作控制（1）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。按下電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)自鎖按鈕SB1，數(shù)字輸入端口DIN1為“ON”，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由外接電位器RP1來(lái)控制，模擬電壓信號(hào)從0+10V變化，對(duì)應(yīng)變頻器的頻率從050 Hz變化，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)?1492 rmin變化。（2）當(dāng)放開自鎖按鈕SB1時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。（3）電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。按下電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)自鎖按鈕SB2，數(shù)字輸入端口DIN2為“ON”，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，與電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)相同，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的大小仍由外接電位器RP1來(lái)調(diào)節(jié)。（4）當(dāng)放開自鎖按鈕SB2時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。四、實(shí)訓(xùn)總結(jié) 經(jīng)過(guò)了這次變頻器實(shí)訓(xùn)，我掌握了交-

16、直-交變頻器的使用方法，懂得了變頻調(diào)速的原理。對(duì)變頻器有了一定的認(rèn)識(shí)，特別是通過(guò)變頻器參數(shù)的設(shè)置來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)訓(xùn)期間，我遇到了不少棘手的問(wèn)題。首先對(duì)變頻器的了解不足，導(dǎo)致在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中處處碰壁。，因?yàn)榕磺鍏?shù)的設(shè)置，導(dǎo)致多次的試驗(yàn)都以失敗告終。后來(lái)認(rèn)真聽(tīng)取老師的講解，查找相關(guān)資料之后，最終弄明白了。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，電路連接和參數(shù)設(shè)置是兩大主要問(wèn)題。接線可能會(huì)出現(xiàn)虛接、漏接等問(wèn)題。由于要設(shè)置的參數(shù)很多，有時(shí)一個(gè)不留意就會(huì)設(shè)置錯(cuò)誤或者漏設(shè)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗，拖慢了整個(gè)試驗(yàn)的進(jìn)度。有時(shí)當(dāng)自己百思不得其解的時(shí)候，同學(xué)的一句話，或者一個(gè)提示都可以令問(wèn)題變得很簡(jiǎn)單，因此團(tuán)體協(xié)作是非常重要的，他會(huì)另問(wèn)題變簡(jiǎn)單，令你的工作得心應(yīng)手。在這個(gè)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，我學(xué)到了很多很多。這些都是我在普通課堂中學(xué)不到的，雖然實(shí)訓(xùn)已經(jīng)結(jié)束，但它對(duì)我的影響卻是永遠(yuǎn)的。它會(huì)影響著我以后的學(xué)習(xí)與工作，為我的前進(jìn)提供無(wú)盡的動(dòng)力。使我明白了在實(shí)際工作中應(yīng)該如何學(xué)習(xí)并掌握新的知識(shí)與技能。也讓我增長(zhǎng)了工作經(jīng)驗(yàn)，提高自己的認(rèn)知領(lǐng)域。不斷豐富、完善自己。讓自己能夠盡快適應(yīng)社會(huì)、融入社會(huì)。 無(wú)論是什么樣的人什么專業(yè)什么樣的學(xué)歷什么樣的工作，都可以好好的努力，展現(xiàn)自己的能力，把握住屬于自己的機(jī)會(huì)。沒(méi)有事情是可以輕輕松松簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單就成功的，每一件事情都讓我們長(zhǎng)大，每一段經(jīng)