第2章 变频器应用与参数选择

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1、l2.1.1 变频器基本变频器基本U/f 控制控制 基本基本U/控制是变频器根据电动机的电磁特性采取的控制控制是变频器根据电动机的电磁特性采取的控制模式，即输出频率变化时，输出电压也成比例的变化，模式，即输出频率变化时，输出电压也成比例的变化，U/=C（常数）。（常数）。恒压频比控制是变频器控制的基础，其恒压频比控制是变频器控制的基础，其他控制也是建立在该控制基础上的。他控制也是建立在该控制基础上的。 l1. 基本基本U/f控制的由来控制的由来l给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压U1后，绕组中后，绕组中便产生感应电动势便产生感应电动势E1，根据电动机理

2、论，根据电动机理论，E1的表达式为的表达式为： E1=4.44K1N1f1m l式中式中,E1定子绕组的感应电动势有效值。定子绕组的感应电动势有效值。 K1定子绕组的绕组系数，定子绕组的绕组系数，K11，为常数为常数。 N1定子每相绕组的匝数。定子每相绕组的匝数。为常数为常数。 f1定子绕组感应电动势的频率，定子绕组感应电动势的频率， 即电源的频率。即电源的频率。 m旋转磁场的主磁通旋转磁场的主磁通,大小和大小和 定子定子空载电流成正比空载电流成正比，为了保证电动，为了保证电动机工作在磁通的最佳值，机工作在磁通的最佳值， m也为常数。也为常数。l上式整理为：上式整理为：E1/f = Cl当忽略

3、当忽略 U，有有 U1/f1=C(常数常数) U1上升，上升，f1上升，上升， U1下降，下降，f1下降。下降。基本基本U/f控制在调频过程中保控制在调频过程中保持电动机的基本特性不变，因此持电动机的基本特性不变，因此它是一切变频器控制模式的基础。它是一切变频器控制模式的基础。l2. 基频以下变频调速基频以下变频调速l1）基频以下恒磁通变频调速）基频以下恒磁通变频调速l我国电网我国电网50Hz交流电称为基频交流电称为基频，在，在050Hz范围调速时，范围调速时，称为基频以下调速。称为基频以下调速。l特点：特点：l基频以下调速时转速变化转矩不变，具有基频以下调速时转速变化转矩不变，具有恒转矩恒转

4、矩特性。特性。l随着转速的下降，电动机输出功率下降。随着转速的下降，电动机输出功率下降。l当转速较低时，具有节能当转速较低时，具有节能l作用。作用。l 启动转矩小。启动转矩小。l2.1.2 变频器变频器U/f 应用案例应用案例l1.矿井绞车的应用矿井绞车的应用l绞车带有机械制动，在停机时进行抱闸。绞车带有机械制动，在停机时进行抱闸。l2. 工况分析工况分析l1）斜井提升负载是恒转矩特性负载。重车上行时，电动机处于电动斜井提升负载是恒转矩特性负载。重车上行时，电动机处于电动 l工作状态，且工作于第一象限。工作状态，且工作于第一象限。l2）在重车减速或单独运送工具或器材到井下，电动机工作在第二或在

5、重车减速或单独运送工具或器材到井下，电动机工作在第二或l第四象限，此时电动机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制第四象限，此时电动机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制l动。动。l3）提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频l器时要适当地留有余量。器时要适当地留有余量。l根据要求，选用具有回馈功能的根据要求，选用具有回馈功能的U/F控制变频器。控制变频器。l该系统选用罗克韦尔（该系统选用罗克韦尔（AB）变频器，型号为）变频器，型号为PF700，功率，功率110KW，l拖动拖动75KW、4极电动机，其额定转速极电动机

6、，其额定转速1470r/min。其转速和连接图如。其转速和连接图如l下。变频器运行由下。变频器运行由PLC控制。由于电动机没有快速性要求，所以采用控制。由于电动机没有快速性要求，所以采用lU/F控制。控制。l2.参数选择设置参数选择设置 l数字输入端子设定：数字输入端子设定：l361=8 数字端子数字端子1为正向运行控制；为正向运行控制；l362=9 数字端子数字端子2为反向运行控制；为反向运行控制；l363=15 数字端子数字端子3为第一段速切换；为第一段速切换；l364=16 数字端子数字端子4为第二段速切换。为第二段速切换。l365=17数字端子数字端子5为第三段速切换为第三段速切换l速

7、度设定：速度设定：l101=6 Hz，第一段速；，第一段速；l102=50 Hz，第二段速。，第二段速。l103=25Hz 第三段速。第三段速。l81=0，最小速度为，最小速度为0；l82=50，最大速度为，最大速度为50。l140=2s，第一加速时间；，第一加速时间；l142=3.8s，第一减速时间。，第一减速时间。制动停机参数设定制动停机参数设定：161=2，停机，停机/制动模式，为动态制动制动模式，为动态制动。163=1，外接制动电阻。，外接制动电阻。145=1，停机动态制动。，停机动态制动。155=1，斜坡停机。，斜坡停机。输出端子设定输出端子设定：380=4，数字输出端子，数字输出端

8、子1为运行指示端子。为运行指示端子。384=1，数字输出端子，数字输出端子2为故障指示端子。为故障指示端子。340=1，模拟输出指示端子输出为电流。，模拟输出指示端子输出为电流。342=2，模拟输出指示端子，模拟输出指示端子1为频率指示。为频率指示。343=20，模拟量输出上限值为，模拟量输出上限值为20mA。344=0，模拟量输出下限值为，模拟量输出下限值为0。保护参数：保护参数： 148=200A，电流限定值。，电流限定值。l3.其他参数其他参数l如果需要显示变频器的转速，对变频器进行保护，还要将如果需要显示变频器的转速，对变频器进行保护，还要将电动机的相关参数预置到变频器。电动机的相关参

9、数预置到变频器。l4.参数优化参数优化l当将参数预置到变频器，变频器能正常工作，但工作中不当将参数预置到变频器，变频器能正常工作，但工作中不是最佳状态，影响变频器的正常发挥和使用寿命，就要对是最佳状态，影响变频器的正常发挥和使用寿命，就要对变频器的个别参数进行优化。变频器的个别参数进行优化。l如前述的翻车机。如前述的翻车机。l2.2 变频器闭环变频器闭环PID控制控制l2.2.1 PID控制应用场合控制应用场合l变频器变频器PID控制是闭环控制，被控系统和变频器要形成闭环。变频器控制是闭环控制，被控系统和变频器要形成闭环。变频器内部要设内部要设PID控制电路。控制电路。lPID控制应用场合：控

10、制应用场合：l（1）应用于过程控制。）应用于过程控制。l如恒压供水控制，恒压供气、恒温控制、恒张力控制等。如恒压供水控制，恒压供气、恒温控制、恒张力控制等。l（2）应用于稳速控制。）应用于稳速控制。l3. PID控制组态控制组态 1）设置设置目标量给定端子和目标量。目标量给定端子和目标量。 2）设置设置反馈量给定端子和反馈量。反馈量给定端子和反馈量。 3）安装传感器）安装传感器 分析：假设设备为水泵，要求压力为分析：假设设备为水泵，要求压力为0.6MPa，传感器量程为，传感器量程为01MPa，输出电压为输出电压为010V，目标信号给定为，目标信号给定为6V。反馈电压小于目标电压，升。反馈电压小

11、于目标电压，升速；反馈电压大于目标电压，降速；反馈电压等于目标电压，恒速运速；反馈电压大于目标电压，降速；反馈电压等于目标电压，恒速运行。行。lPID控制特性：控制特性：lPID控制是控制是P、I、D三种控制器的简称。三种控制器的简称。PID控制特性见右控制特性见右图；负载反映特性见下图。图；负载反映特性见下图。PID控制的实质：就是通过调控制的实质：就是通过调整整PID参数，参数，使控制线趋近电动机的惯性线，使控制线趋近电动机的惯性线，消除振荡。消除振荡。l在恒压供水系统中，在恒压供水系统中，lD参数不用。右图参数不用。右图l为修改为修改PI参数，使控制参数，使控制l特性接近负载的惯性线。特

12、性接近负载的惯性线。l3. PID控制的三种电路结构控制的三种电路结构l反馈信号取自反馈信号取自过程量，过程量，可以稳定过程量。传感器可以稳定过程量。传感器采用模拟传感器，将压力、采用模拟传感器，将压力、速度等物理量转化为模拟速度等物理量转化为模拟电压或电流信号，反馈给电压或电流信号，反馈给变频器。变频器。l反馈信号取自反馈信号取自电动机转电动机转速，可以稳定电动机转速。速，可以稳定电动机转速。lU/F控制外加控制外加PID控制板控制板l多用于多用于PLC控制系统控制系统 过程控制电路过程控制电路 张力控制张力控制l2.3.2 PID应用案例应用案例西西门子门子440变频器变频器PID应用应用

13、l1.确定控制端子确定控制端子l选用选用420mA压力传感器，压力传感器，反馈信号接于模拟输入端反馈信号接于模拟输入端子子AIN2的的10、11之间，设之间，设定信号用定信号用4.7k电位器，接电位器，接于模拟输入端子于模拟输入端子AIN1的的1、3、4之间，要把之间，要把2、4、11端子连接一起（模拟输入端子连接一起（模拟输入公共端）。公共端）。l数字输入端子数字输入端子DINI为运行为运行控制，控制，DIN2为为PID切换。切换。l2.参数选择参数选择lP0702=99， DIN2端子参数化；端子参数化；lP2200=722.1，DIN2端子控制切换；端子控制切换；lP2253=755.0

14、，选择，选择“模拟输入端子模拟输入端子1”为目标给定；为目标给定；lP2264=755.1，选择，选择“模拟输入端子模拟输入端子2”为反馈信号输入；为反馈信号输入；lP值：值：P2280在在0.3 1.5之间调整；之间调整；lI值：值：P2285在在0.03 0.15s之间调整；之间调整；lD值：值：P2274参数，保持默认值；参数，保持默认值；l其他参数的精细调整：其他参数的精细调整：l2.3 矢量控制变频器矢量控制变频器l矢量控制矢量控制是专为是专为提高电动机的快速性和控制精度研制的。提高电动机的快速性和控制精度研制的。不能用于过程量控制。不能用于过程量控制。l1.自动化系统对变频器调速的

15、要求自动化系统对变频器调速的要求l1）调速性）调速性有良好的调速性能，很宽的调速范围。有良好的调速性能，很宽的调速范围。l2）稳速性）稳速性以一定的速度精度在所需速度下稳定运行。以一定的速度精度在所需速度下稳定运行。l3）快速性）快速性加减速度快，在系统受到干扰时恢复的快加减速度快，在系统受到干扰时恢复的快（系统反应的快速性是自动控制的一个硬指标）。系统反应的快速性是自动控制的一个硬指标）。l2.交直流电动机转矩特性的比较交直流电动机转矩特性的比较l1）直流电动机）直流电动机l T=km m Ial2）交流电动机）交流电动机l T=km m I2式中式中 是转子电流的功率因数，只要它为常数，交

16、流电是转子电流的功率因数，只要它为常数，交流电动机的控制就和直流电动机的控制特性相同了。动机的控制就和直流电动机的控制特性相同了。因为控制因为控制 为常数，实际上就是：即控制转子（定子）为常数，实际上就是：即控制转子（定子）电流的大小，还要控制电流的方向，即电流的大小，还要控制电流的方向，即矢量控制矢量控制。2cos2cos2cosl3.矢量控制思路矢量控制思路l1）由于直流电动机控制的）由于直流电动机控制的快速性快速性非常好，矢量控制就是用模拟直流非常好，矢量控制就是用模拟直流电动机的方法对交流电动机进行控制的一种控制模式。电动机的方法对交流电动机进行控制的一种控制模式。l2）直流电动机在控

17、制中是）直流电动机在控制中是双闭环系统双闭环系统，电流环稳定电动机的转矩，电流环稳定电动机的转矩，速度环稳定电动机的转速。速度环稳定电动机的转速。矢量控制也是双闭环矢量控制也是双闭环，电流闭环在变频器，电流闭环在变频器内部完成。速度环外接传感器。内部完成。速度环外接传感器。l3）在矢量控制时需将）在矢量控制时需将l电动机的参数写入变频电动机的参数写入变频l器，用于控制时的比较器，用于控制时的比较l信号。常用写入方法为信号。常用写入方法为l自扫描。自扫描。4.矢量控制变频器应用矢量控制变频器应用分为有传感器和无传感器两种控制方式。分为有传感器和无传感器两种控制方式。1）开环无传感器）开环无传感器

18、利用变频器内部的电流环稳定转矩和转速，使用时和基本利用变频器内部的电流环稳定转矩和转速，使用时和基本U/f控制一样方便。控制一样方便。2）闭环有传感器）闭环有传感器使用时外接旋转编码器。在要求速度控制精度高或位置控使用时外接旋转编码器。在要求速度控制精度高或位置控制等场合采用。制等场合采用。 5.矢量控制使用注意事项矢量控制使用注意事项 1） 矢量控制是对电动机的转速（转矩）进行控制，在过矢量控制是对电动机的转速（转矩）进行控制，在过程控制中因为对快速性没有要求，一般不采用。程控制中因为对快速性没有要求，一般不采用。 2） 一台变频器只能控制一台电动机。一台变频器只能控制一台电动机。 3）使用

19、前）使用前必须对电动机必须对电动机进行自扫描，并且在电动机空载进行自扫描，并且在电动机空载（电动机转动，不带载电动机转动，不带载）时进行。将电动机的参数扫入变）时进行。将电动机的参数扫入变频器。频器。 4） 矢量控制可从零转速进行控制，调速范围宽，在低速矢量控制可从零转速进行控制，调速范围宽，在低速时也有时也有2倍的额定转矩。倍的额定转矩。 5）矢量控制可对转矩或转速进行精确控制，系统响应速）矢量控制可对转矩或转速进行精确控制，系统响应速度快，速度控制精度高。适应于控制精度高、反映速度快度快，速度控制精度高。适应于控制精度高、反映速度快的轧钢、造纸、起重牵引等设备中。的轧钢、造纸、起重牵引等设备中。 6）开环控制适应于）开环控制适应于一般控制一般控制，闭环适应于，闭环适应于位置控制位置控制。敬请提出建议，敬请提出建议， 谢谢大家！谢谢大家！