變頻器基本原理介

紹科達(dá)公司海上項(xiàng)目部二00四年十一月前言講述變頻器的目的，就是為了讓大家了解變頻器的簡(jiǎn)單原理，日常維護(hù)，簡(jiǎn)單參數(shù)的設(shè)置，故障的對(duì)策。變頻器在一變多控系統(tǒng)中的作用。在這個(gè)系統(tǒng)中，變頻器作為PROFIBUS從站，接受主站的控制，它起著：1：調(diào)節(jié)電潛泵的電壓。2：控制電潛泵的轉(zhuǎn)速。變頻器的基本原理交流變頻調(diào)速器的主要調(diào)速對(duì)象是交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，變頻器對(duì)交流電機(jī)實(shí)施調(diào)速的過(guò)程中，其輸出電壓和輸出頻率的變化必須遵守一定的規(guī)則。這就是我們通常說(shuō)的變頻變壓（VVVF）的基本原則。1、變頻變壓的基本原理三相感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速：n=60f(1-s)/pn：電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

p：電機(jī)的極對(duì)數(shù)；f：輸入交流電源頻率；

s：電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。通過(guò)對(duì)公式的分析，發(fā)現(xiàn)影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有三個(gè)元素：電源頻率、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。即有三種調(diào)速方法：變頻調(diào)速、變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。其中變轉(zhuǎn)差率調(diào)速主要包括調(diào)壓調(diào)速、串極調(diào)速等，在變頻調(diào)速未問(wèn)世以前是主要的調(diào)速手段。交流電機(jī)是通過(guò)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)傳遞能量的為了保證交流電機(jī)能量傳遞的效率，必需保持氣隙磁通量為恒定值。如果磁通量太小，不能充分發(fā)揮電機(jī)的能力，導(dǎo)致出力不足。反之，如果磁通量太大，鐵芯過(guò)度飽和，會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電流過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。因此，保持氣隙磁通量的值恒定不變，是變頻變壓的基本原則。三相異步電動(dòng)機(jī)定子每項(xiàng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為Eg=4.44fNΦEg：定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)；

f：定子頻率；N：定子相繞組有效匝數(shù)；

Φ：每極磁通數(shù)。只要控制好Eg和f便可達(dá)到控制磁通φ的目的?；l以下調(diào)速

Eg1/f1=Eg2/f2=常數(shù)即采用恒定的電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式

U/f=常數(shù)這是恒壓頻比的控制方式fU基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以往上增高，但電壓卻不能超過(guò)額定電壓，最多只能保持輸入額定電壓，這將迫使磁通與頻率成反比降低。fΦUNUfN恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速ΦNU

ΦUN2、變頻器的原理交-直-交 變頻器交流|直流直流|交流直流電源VVVF電機(jī)電流源型交-直-交 變頻器（電感濾波）UI電壓源型交-直-交 變頻器（電容濾波）IUACDCL1

L2

L3U

V

W+

R

-預(yù)充電電阻3：SIMOVERT

MASTERDRIVES系列變頻器的應(yīng)用1：結(jié)構(gòu)上分為緊湊型、書本型、裝機(jī)裝柜型、調(diào)速柜。2：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所有結(jié)構(gòu)中它的主控板是通用的，只是在功率定義中不同。3：完全開放的參數(shù)，功能強(qiáng)大，便于用戶使用。4：豐富的選購(gòu)件，便于實(shí)現(xiàn)特殊控制功能。5：在平臺(tái)上使用的變頻器是調(diào)速柜+dv/dt濾波器的結(jié)構(gòu)，主控板為CUVC，選件板是CBP板。3.1：西門子變頻器的調(diào)試原則給定源模擬量輸入外部端子排標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)V/F特性通用電機(jī)固定設(shè)定外部端子排轉(zhuǎn)矩調(diào)整轉(zhuǎn)矩控制NEMA感性電機(jī)電動(dòng)電位計(jì)外部端子排加速驅(qū)動(dòng)速度控制同步電機(jī)SIMOLINK通訊SIMOLINK通訊大負(fù)載沖擊頻率控制PROFIBUS通訊PROFIBUS通訊重負(fù)載啟動(dòng)命令源 工藝條件 控制方式 電機(jī)規(guī)格3.2：參數(shù)的可變性必須包含有：一個(gè)功能數(shù)據(jù)組或電機(jī)數(shù)據(jù)組或BICO參數(shù)，用在參數(shù)標(biāo)號(hào)中大寫字母未被定義。參數(shù)的存取必須得到改變參數(shù)源的同意，P053存取設(shè)定。（見下一頁(yè)的描述）必須選擇一個(gè)包含有參數(shù)變更的菜單。裝置必須處于允許改變參數(shù)的狀態(tài)。P053定義參數(shù)化接口功能參數(shù)0124無(wú)接口CBx通訊板81632PMU操作面板串行接口（SCom/SCom1）,或OP1S和PCSCB串行輸入/輸出模塊Txxx工藝板串行接口2例如：工廠設(shè)定6，是2和4的和，這就意味著參數(shù)化可以經(jīng)過(guò)PMU和串行接口1或OP1S完成。3.3：改變參數(shù)的方法通過(guò)PMU進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。特點(diǎn)是參數(shù)太多，數(shù)值不直觀，需要配合《使用大全》進(jìn)行設(shè)置。標(biāo)準(zhǔn)配置。通過(guò)0P1S進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。是一個(gè)可選擇的輸入/輸出單元，通過(guò)簡(jiǎn)單的文字顯示；同時(shí)還有讀取、傳輸功能；使用比較方便。選購(gòu)件通過(guò)SIMOVIS

(USS)軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。通過(guò)軟件可以方便快速進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，節(jié)約時(shí)間。需要通訊電纜，軟件在隨機(jī)的光盤中。3.3-1 PMU

的操作Serial

interfaceIOPPMU操作鍵及其含義I開機(jī)鍵傳動(dòng)系統(tǒng)接電。如果故障，回到故障顯示。O關(guān)機(jī)鍵傳動(dòng)系統(tǒng)斷電。通過(guò)OFF1-3，決定于參數(shù)。反轉(zhuǎn)鍵傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向改變。用P573、574激活。P切換鍵按一定的順序在參數(shù)號(hào)、參數(shù)標(biāo)號(hào)、參數(shù)值之間轉(zhuǎn)換。如果激活故障，故障確認(rèn)。增大鍵增加所顯示的值。點(diǎn)動(dòng)數(shù)值逐步增加；按緊數(shù)值快速增加。減小鍵減小所顯示的值。點(diǎn)動(dòng)數(shù)值逐步減小；按緊數(shù)值快速減小。PPPMU

X300串口691

n.c不用2RS232

RxD通過(guò)RS232接收數(shù)據(jù)3RS485P通過(guò)RS485D的數(shù)據(jù)4Boot軟件更改的控制信號(hào)5M5VP5V的參考電位6P5V5V輔助電源7RS232

TxD通過(guò)RS232發(fā)送數(shù)據(jù)8RS485N通過(guò)RS485的數(shù)據(jù)9n.c不用功能：變頻器和PC的通訊，或連接OP1S。

5

1針

名稱

含義參數(shù)設(shè)置步驟1：參數(shù)恢復(fù)到出廠設(shè)定。P53=6P60=2P366=0P970=02：簡(jiǎn)單應(yīng)用參數(shù)設(shè)置。3：專家應(yīng)用參數(shù)設(shè)置。功率部分定義。（如果更換了CUVC板）配置電子板。

（PROFIBUS通訊板）系統(tǒng)設(shè)置。3.3-2：電子板配置（PROFIBUS板）P60=4P711.01=1P60=1選擇“電子板配置”菜單選擇第一個(gè)CBP板P918.01=？輸入CB總線地址返回參數(shù)菜單3.3-3系統(tǒng)設(shè)定（參數(shù)值針對(duì)平臺(tái)變頻器應(yīng)用）P60=5P95=10系統(tǒng)設(shè)置P68=2輸出配置dv/dt濾波器P71=690輸入電源電壓異步電機(jī)P100=1V/F控制P101=？電機(jī)電壓P102=？P114=0電機(jī)電流P107=50電機(jī)額定頻率P108=電機(jī)額定轉(zhuǎn)速工藝條件P115=1計(jì)算電機(jī)模型P330=1特性（風(fēng)機(jī)、泵）3.3-3系統(tǒng)設(shè)定（參數(shù)值針對(duì)平臺(tái)變頻器應(yīng)用）P350=P353=所有電流參考值P351=所有電壓參考值P352=所有頻率參考值所有轉(zhuǎn)速參考值P384.01=110

電機(jī)負(fù)載限制P452=100正向旋轉(zhuǎn)的最大速度P453=0P128=0反向旋轉(zhuǎn)的最大速度P107=50電機(jī)額定頻率P60=1返回參數(shù)菜單，同時(shí)校驗(yàn)輸入的參數(shù)是否合理最大輸出電流P462=10加速時(shí)間3.3系統(tǒng)設(shè)定（參數(shù)值針對(duì)平臺(tái)變頻器應(yīng)用）P463=0加速時(shí)間的單位秒）P464=10減速時(shí)間P465=0加速時(shí)間的單位（秒）以上參數(shù)僅是部分參數(shù)。4：功能圖4.1功能塊的幾種連接形式(允許的連接方式)Pxxx.BKK100%=KK100%=40000000H

40000000HPxxx.BK100%=4000HK100%=4000HPxxx.BBxxxBPxxx.BK100%=4000HKK100%=40000000HPxxx.BKK100%=K100%=40000000H

4000H4.1功能塊的幾種連接形式(錯(cuò)誤的連接)KK

K

BxxxPxxx.BKBxxxPxxx.BKKPxxx.BPxxx.B功能塊的連接大量的開環(huán)和閉環(huán)控制功能、通訊及監(jiān)控功能和操作控制器功能可以在變頻器軟件中功能塊來(lái)完成，這些功能塊可參數(shù)設(shè)置和自由連接。相互連接的方法相當(dāng)于將各種不同的功能單元用工程方法進(jìn)行電氣連接，相當(dāng)于使用電纜連接電路或其他元件；不同的是功能塊的連接是通過(guò)軟件來(lái)完成。4：功能圖4：功

能

圖1：如何看功能圖？1.1連接器。一種是“字”連接器，用K表示。另一種是“雙字”連接器，用KK表示。如下面圖示K0153

KK0150開關(guān)量連接器。它只有兩種狀態(tài)“0”和“1”。用B表示。如下圖示B0201連接到功能塊（BICO）。BICO是描述功能塊間連接的術(shù)語(yǔ)。兩個(gè)功能塊之間的連接包含了一側(cè)上的連接器或開關(guān)量連接器，另一側(cè)必須有一個(gè)BICO參數(shù)。舉例說(shuō)明P554.B（5）BSrc

ON/OFF1Src

ON/OFF1在控制字1的位0，是B參數(shù)，只能連接開關(guān)量。它的出廠值是5，5就是PMU上啟動(dòng)、停止的輸出。將P554的值設(shè)置為5，就可以用PMU來(lái)控制變頻器的啟動(dòng)和停止。P443.B（58）KKSrcMainSetpointSrc

MainSetpoint是雙字連接器，能連接字和雙字。它的出廠值是58，即電動(dòng)電位計(jì)的輸出。將P443設(shè)置為58，就能用電動(dòng)電位計(jì)來(lái)控制變頻器的輸出頻率。備注1：開關(guān)量名的描述參閱《使用大全》矢量控制開關(guān)量表.備注2：連接器名的描述參閱《使用大全》矢量控制連接量表.參數(shù)表說(shuō)明P573Src

MOP

UP參數(shù)描述數(shù)據(jù)讀/寫選擇讀入增加電動(dòng)電位計(jì)指令(控制字1的位13)開關(guān)量的BICO參數(shù).573Index1:8Unit:-Indices:2BDSType:L2,B菜單:-參數(shù)菜單+控制字和狀態(tài)字-讀取/隨意存取更改條件:-待機(jī)-運(yùn)行數(shù)據(jù)欄說(shuō)明:Dec,Plc:參數(shù)值小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)

Index1:工廠設(shè)定,例子中選擇開關(guān)量8Unit:參數(shù)的單位Indices:參數(shù)的標(biāo)號(hào),層BDS

:BICO數(shù)據(jù)組FDS:功能數(shù)據(jù)組

MDS:電機(jī)參數(shù)組lnit:參數(shù)初始值Max:參數(shù)設(shè)置最大值

Min:參數(shù)設(shè)置最小值Type:參數(shù)類型O2

:16位無(wú)符號(hào)數(shù)值I2

:16位帶符號(hào)數(shù)值

I4

:32位帶符號(hào)數(shù)值

L2

:Nibble碼V2:比特碼參數(shù)

C:單字連接量

CC:雙字連接量

B:開關(guān)量前面介紹了功能塊和連接器。我們需要實(shí)現(xiàn)的功能，用連接器將功能塊連接起來(lái)。這個(gè)連接的過(guò)程也就將參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置。功能圖分為基本功能和自由功能兩大部分。一般情況下，基本功能就可以滿足需要。自由功能用來(lái)滿足一些特殊的功能下面介紹一些常用、重要的功能圖，供大家了解。CUVC端子排X101端子標(biāo)志含義范圍1P24

AUX輔助電源DC24V/150mA2M24

AUX參考電位0V3DIO1開關(guān)量輸入/輸出124V,10mA/20mA4DIO2開關(guān)量輸入/輸出224V,10mA/20mA5DIO3開關(guān)量輸入/輸出324V,10mA/20mA6DIO4開關(guān)量輸入/輸出424V,10mA/20mA7DI5開關(guān)量輸入524V,10mA8DI6開關(guān)量輸入624V,10mA9DI7開關(guān)量輸入724V,10mA10RS485PUSS總線連接Scom2RS48511RS485NUSS總線連接Scom2RS48512M

RS485P參考電位RS485DIO1-4能夠用做輸入或輸出。如果用做輸入,參數(shù)P651—P654必須設(shè)置成0。其狀態(tài)用r646參數(shù)顯示?？刂谱?的說(shuō)明Bit

o開/關(guān)（1）命令Bit

8點(diǎn)動(dòng)開機(jī)1命令Bit

1關(guān)機(jī)OFF2命令Bit

9點(diǎn)動(dòng)開機(jī)2命令Bit

2關(guān)機(jī)OFF3命令Bit

10PLC控制命令Bit

3逆變器使能Bit

11順時(shí)針旋轉(zhuǎn)命令Bit

4斜坡函數(shù)發(fā)生器封鎖命令Bit

12逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)命令Bit

5斜坡函數(shù)發(fā)生器保持命令Bit

13電動(dòng)電位計(jì)增加命令Bit

6設(shè)定值使能命令Bit

14電動(dòng)電位計(jì)減小命令Bit

7確認(rèn)命令Bit

15外部故障命令狀態(tài)字1的說(shuō)明Bit

o開機(jī)準(zhǔn)備信號(hào)Bit

8

設(shè)定值-實(shí)際值偏差信Bit

1運(yùn)行準(zhǔn)備Bit

9需號(hào)要控制PZD信號(hào)Bit

2運(yùn)行信號(hào)Bit

10達(dá)到比較頻率Bit

3故障信號(hào)Bit

11低電壓故障信號(hào)Bit

4OFF2信號(hào)Bit

12主接觸器接通信號(hào)Bit

5OFF3信號(hào)Bit

13斜坡函數(shù)發(fā)生器激活Bit

6開機(jī)封鎖信號(hào)Bit

14順時(shí)針旋轉(zhuǎn)信號(hào)Bit

7報(bào)警信號(hào)Bit

15KIP/FLN激活PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中過(guò)程數(shù)據(jù)互連傳送示意圖PROFIBUS模塊指示燈的含義LED狀態(tài)紅閃閃斷由于EMC干擾，總線連接器拉出，連接極性接錯(cuò)，對(duì)于可用數(shù)據(jù)主站沒(méi)有提供接點(diǎn)號(hào)等原因，沒(méi)有可用數(shù)據(jù)PROFIBUS傳送。黃綠LED狀態(tài)診斷信息紅閃CBP運(yùn)行，電源接通黃閃與基本單元無(wú)差錯(cuò)數(shù)據(jù)交換綠閃通過(guò)PROFIBUS可用數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)傳送LED