变频器基本原理介 绍,科达公司海上项目部二00四年十一月,前言,讲述变频器的目的，就是为了让大家了解变频器的简单原理，日常维护，简单参数的设置，故障的对策。,变频器在一变多控系统中的作用。在这个系统中，变频器作为PROFIBUS从站，接受主站的控制，它起着： 1：调节电潜泵的电压。 2：控制电潜泵的转速。,变频器的基本原理,交流变频调速器的主要调速对象是交流感应电动机，变频器对交流电机实施调速的过程中，其输出电压和输出频率的变化必须遵守一定的规则。这就是我们通常说的变频变压（VVVF）的基本原则。,1、变频变压的基本原理,三相感应电机的转速 ：n=60f(1-s)/pn：电机的转速； f：输入交流电源频率；p：电机的极对数； s：电机的转差率。 通过对公式的分析，发现影响电动机转速有三个元素：电源频率、电动机的极对数、电动机的转差率。即有三种调速方法：变频调速、变极调速、变转差率调速。其中变转差率调速主要包括调压调速、串极调速等，在变频调速未问世以前是主要的调速手段。,交流电机是通过内部旋转磁场来传递能量的，为了保证交流电机能量传递的效率，必需保持气隙磁通量为恒定值。如果磁通量太小，不能充分发挥电机的能力，导致出力不足。反之，如果磁通量太大，铁芯过度饱和，会导致励磁电流过大，严重时会因绕组过热而损坏电机。因此，保持气隙磁通量的值恒定不变，是变频变压的基本原则。,三相异步电动机定子每项电动势的有效值为 Eg=4.44fNEg：定子每相由气隙磁通感应的电动势；f：定子频率；N：定子相绕组有效匝数；：每极磁通数。只要控制好Eg和f便可达到控制磁通的目的。,基频以下调速Eg1/f1=Eg2/f2=常数即采用恒定的电动势频率比的控制方式U/f=常数这是恒压频比的控制方式,基频以上调速 在基频以上调速时，频率可以往上增高，但电压却不能超过额定电压，最多只能保持输入额定电压，这将迫使磁通与频率成反比降低。,2、变频器的原理,交-直-交 变频器,电流源型交-直-交 变频器（电感滤波）,电压源型交-直-交 变频器（电容滤波）,AC,DC,预充电电阻,3：SIMOVERT MASTERDRIVES系列变频器的应用,1：结构上分为紧凑型、书本型、装机装柜型、调速柜。2：结构特点所有结构中它的主控板是通用的，只是在功 率定义中不同。3：完全开放的参数，功能强大，便于用户使用。4：丰富的选购件，便于实现特殊控制功能。5：在平台上使用的变频器是调速柜+dv/dt滤波器的结构，主控板为CUVC，选件板是CBP板。,3.1：西门子变频器的调试原则,给定源,模拟量输入,外部端子排,标准传动,V/F特性,通用电机,固定设定,外部端子排,转矩调整,转矩控制,NEMA感性电机,电动电位计,外部端子排,加速驱动,速度控制,同步电机,SIMOLINK通讯,SIMOLINK通讯,大负载冲击,频率控制,PROFIBUS通讯,PROFIBUS通讯,重负载启动,命令源,工艺条件,控制方式,电机规格,3.2：参数的可变性,必须包含有：一个功能数据组或电机数据组或BICO参数，用在参数标号中大写字母未被定义。参数的存取必须得到改变参数源的同意，P053存取设定。（见下一页的描述）必须选择一个包含有参数变更的菜单。装置必须处于允许改变参数的状态。,P053定义参数化接口功能参数,0,1,2,4,无接口,CBx通讯板,8,16,32,PMU操作面板,串行接口（SCom/SCom1）,或OP1S和PC,SCB串行输入/输出模块,Txxx工艺板,串行接口2,例如：工厂设定6，是2和4的和，这就意味着参数化可以经过PMU和串行接口1或OP1S完成。,3.3：改 变 参 数 的 方 法,通过PMU进行参数设置。特点是参数太多，数值不直观，需要配合使用大全进行设置。标准配置。,通过0P1S进行参数设置。是一个可选择的输入/输出单元，通过简单的文字显示；同时还有读取、传输功能；使用比较方便。选购件,通过SIMOVIS (USS)软件进行参数设置。通过软件可以方便快速进行参数设置，节约时间。需要通讯电缆，软件在随机的光盘中。,3.3-1 PMU 的 操 作,Serial interface,I,O,P,驱动器状态,故障和报警,只读参数,设定参数,参数层,参数值,PMU操作键及其含义,I,O,P,P,P,开机键,关机键,反转键,切换键,增大键,减小键,传动系统接电。如果故障，回到故障显示。,传动系统断电。通过OFF1-3，决定于参数。,传动系统转向改变。用P573、574激活。,按一定的顺序在参数号、参数标号、参数值之间转换。如果激活故障，故障确认。,增加所显示的值。点动数值逐步增加；按紧数值快速增加。,减小所显示的值。点动数值逐步减小；按紧数值快速减小。,PMU X300串口,功能：变频器和PC的通讯，或连接OP1S。,2,1,3,4,5,6,7,8,9,n.c,RS232 RxD,RS485P,Boot,M5V,P5V,RS232 TxD,RS485N,n.c,不用,通过RS232接收数据,通过RS485D的数据,软件更改的控制信号,P5V的参考电位,5V辅助电源,通过RS232发送数据,通过RS485的数据,不用,针,名称,含义,参数设置步骤,1：参数恢复到出厂设定。,P53=6,P60=2,P366=0,P970=0,2：简单应用参数设置。,3：专家应用参数设置。 3.1功率部分定义。（如果更换了CUVC板） 3.2配置电子板。 （PROFIBUS通讯板） 3.3系统设置。,3.3-2：电子板配置（PROFIBUS板）,P60=4,P711.01=1,P918.01=？,P60=1,选择“电子板配置”菜单,选择第一个CBP板,输入CB总线地址,返回参数菜单,3.3-3系统设定（参数值针对平台变频器应用）,P60=5,P95=10,系统设置,P68=2,输出配置dv/dt滤波器,P71=690,输入电源电压,异步电机,P100=1,V/F控制,P101=？,电机电压,P102=？,P114=0,电机电流,P107=50,电机额定频率,P108=,电机额定转速,工艺条件,P115=1,计算电机模型,P330=1,特性（风机、泵）,3.3-3系统设定（参数值针对平台变频器应用）,P350=,P353=,所有电流参考值,P351=,所有电压参考值,P352=,所有频率参考值,所有转速参考值,P384.01=110,电机负载限制,P452=100,正向旋转的最大速度,P453=0,P128=0,反向旋转的最大速度,P107=50,电机额定频率,P60=1,返回参数菜单，同时校验输入的参数是否合理,最大输出电流,P462=10,加速时间,3.3系统设定（参数值针对平台变频器应用）,P463=0,加速时间的单位秒）,P464=10,减速时间,P465=0,加速时间的单位（秒）,以上参数仅是部分参数。,4：功能图,4.1功能块的几种连接形式(允许的连接方式),Pxxx.B,KK,100%=40000000H,KK,100%=40000000H,Pxxx.B,K,100%=4000H,K,100%=4000H,Pxxx.B,Bxxx,B,Pxxx.B,K,100%=4000H,KK,100%=40000000H,Pxxx.B,KK,100%=40000000H,K,100%=4000H,4.1功能块的几种连接形式(错误的连接),KK,K,Bxxx,Pxxx.B,K,Bxxx,Pxxx.B,KK,Pxxx.B,Pxxx.B,功能块的连接,大量的开环和闭环控制功能、通讯及监控功能和操作控制器功能可以在变频器软件中功能块来完成，这些功能块可参数设置和自由连接。,相互连接的方法相当于将各种不同的功能单元用工程方法进行电气连接，相当于使用电缆连接电路或其他元件；不同的是功能块的连接是通过软件来完成。,4：功能图,4：功 能 图,1：如何看功能图？1.1连接器。一种是“字”连接器，用K表示。另一种是“双字”连接器，用KK表示。如下面图示,1.2开关量连接器。它只有两种状态“0”和“1”。用B表示。如下图示,1.3连接到功能块（BICO）。BICO是描述功能块间连接的术语。两个功能块之间的连接包含了一侧上的连接器或开关量连接器，另一侧必须有一个BICO参数。,举例说明,P554.B（5）,B,Src ON/OFF1,Src ON/OFF1在控制字1的位0，是B参数，只能连接开关量。它的出厂值是5，5就是PMU上启动、停止的输出。将P554的值设置为5，就可以用PMU来控制变频器的启动和停止。,P443.B（58）,KK,Src MainSetpoint,Src MainSetpoint是双字连接器，能连接字和双字。它的出厂值是58，即电动电位计的输出。将P443设置为58，就能用电动电位计来控制变频器的输出频率。,备注1：开关量名的描述参阅使用大全矢量控制开关量表.,备注2：连接器名的描述参阅使用大全矢量控制连接量表.,参数表说明,P573,Src MOP UP,参数,描述,数据,读/写,选择读入增加电动电位计指令(控制字1的位13)开关量的BICO参数.,573,Index1:8,Unit:-,Indices:2,BDS,Type:L2,B,更改条件:-待机-运行,数据栏说明:,Dec,Plc:参数值小数点后的位数,Index1:工厂设定,例子中选择开关量8,Unit :参数的单位,Indices :参数的标号,层,BDS :BICO数据组,FDS :功能数据组,MDS :电机参数组,lnit :参数初始值,Max :参数设置最大值,Min :参数设置最小值,Type :参数类型,O2 :16位无符号数值,I2 :16位带符号数值,I4 :32位带符号数值,L2 :Nibble码,V2 :比特码参数,C :单字连接量,CC :双字连接量,B :开关量,前面介绍了功能块和连接器。我们需要实现的功能，用连接器将功能块连接起来。这个连接的过程也就将参数进行了设置。,功能图分为基本功能和自由功能两大部分。一般情况下，基本功能就可以满足需要。自由功能用来满足一些特殊的功能,下面介绍一些常用、重要的功能图，供大家了解。,CUVC端子排X101,端子,标 志,含 义,范 围,1,2,3,4,6,7,8,9,5,10,11,12,P24 AUX,辅助电源,DC24V/150mA,M24 AUX,参考电位,0V,DIO1,开关量输入/输出1,24V,10mA/20mA,DIO2,开关量输入/输出2,24V,10mA/20mA,DIO3,开关量输入/输出3,24V,10mA/20mA,