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1、,变频器培训,欧姆龙自动化(中国)统辖集团 客户服务中心SMAC 秦波 2007-07,总括,电动机种类和特性 1.1.概要 1.2.步进电动机的动作原理和特征 1.3.直流电动机的动作原理和特征 1.4.同步电动机的动作原理和特征 1.5.感应电动机的动作原理和特征 1.6.使交流电动机旋转的旋转磁场 1.7.感应电动机的详细特性 变频器的动作原理 2.1.概要 2.2.输入电路 2.3.输出电路的基本 2.4.通电法 2.5.实际的变频器输出（PWM控制）,变频器的控制 3.1. V/f控制 3.2.转矩控制 3.3. V/f调试 3.4. V/f控制时的抖动调试 3.5.矢量控制的原理
2、3.6.矢量控制自学习 3.7. V/f控制和矢量控制的优缺点比较 3.8.制动控制 3.9.PID控制 3.10.过载检测 3.11.过载的几种情况的处理办法 3.12.参数监控 参考资料,电动机的种类和特性 1.1.概要,客户的装置里必须需要有动作机（Motion）。 电动机是这其中最主要的。来理解一下它的特征吧。,步进电动机是对简单的定位控制最合适的电动机。价格也便宜。 永久磁石与电磁石以Step的方式互相拉拽而旋转。有3相Type与5相Type。 在停止中也会有位置保持力。 一旦超过最大转矩(失调转矩)、会发生位置偏差。 因为是以Step的形式来动作的、所以速度是有变动的。,电动机种类
3、和特性 1.2.步进电动机的动作原理和特性,直流电动机可高速动作、且价格比较便宜。转矩很大(额定的300%以上)。 外侧为永久磁石。内侧为电磁石。由电刷装置与换向器来切换电的方向从而旋转。 电流与转矩是比例关系，速度控制简单。而且由于是直流电压控制，Driver便宜。 电刷装置有寿命 约5000小时(1年) 由于交流同歩电动机的性能提升、加速了它的切换。,电动机种类和特性 1.3.直流电动机的动作原理和特征,电动机种类和特性 1.4.同步电动机的动作原理和特征,同歩电动机可高速动作、转距很大(额定的300%以上)。很贵。 外侧为电磁石。内侧为永久磁石。 Driver因为是复杂的旋转控制、所以很
4、贵。 对准永久磁石来控制旋转磁场。 电流与转矩为比例关系，速度控制简单。最适用于伺服控制。 过去尺寸大。最近几年、随着制造技术的提高尺寸可做到很小。,电动机種類和特性 1.5.感应电动机的动作原理和特征,感应电动机控制简单、转矩中(额定的200%)。很便宜。 没有永久磁石。电动机很便宜。尺寸很大。（通过旋转磁场可简单地控制） 可以做成大功率的电动机。 转矩变大时速度会下降。也有失调的特性。 可用Vector控制来提高速度精度。也能做伺服控制。,Axis,Direction of disk motion,电动机种类和特性 1.6.使交流电动机旋转的旋转磁场,3）三项交变电流产生旋转磁场,三相电机
5、，使用三相交流电代替磁铁的旋转，产生了【旋转磁场】。,U,V,W,U,V相,V,W,U,V,W,0,2,U,V,W 线圈的始绕点 U,V,W 线圈的终绕点,U,V,W,U,V,W,1个周期,（ 电流 ） 三相交流,磁场方向,三相交流（电源）和磁场方向,感应电机,U相,电动机种类和特性 1.7.感应电动机的详细特性,2.2.4 三相感应电机的转速,将上式换算一下，得到如下结果。,因而,同步转速 旋转磁场的速度又叫转速 (NS)，此速度由定子线圈结构所决定的磁极对数（极对数）P和 电源频率f决定。,旋转速度 转子的速度N(min-1)比同步旋转速度Ns略慢。相差量叫做转差。,NS : 同步旋转速度
6、 ( min-1 ),f : 频率( Hz ),( min-1 ),( min-1 ),2.2.5 三相感应 电机的特性,电动机种类和特性 1.7.感应电动机的详细特性,2.2.5 三相感应电机的特性,例 题 7.5kW P4，额定旋转速度 1740 (min-1)的额定转矩,额定转矩 TM ,电机额定输出 P (W),额定旋转速度 N (r/min),(Nm),60,2,电动机种类和特性 1.7.感应电动机的详细特性,1.负载转矩变动时 负载转矩增大时，电机旋转速度减慢（转 差增大）；负载转矩减小时，旋转速度加快。 此时，负载转矩越大，电机电流也越大。,2.电机外加电压变化时 电机的输出转矩
7、和电压的平方成正比。 电压降低的话，输出转矩下降，则电机 旋转速度减慢。（转差增大）,2.2.6 负载变化和电压变化,负载转矩小,电动机种类和特性 1.7.感应电动机的详细特性, 变频器的动作原理,2.1.变频器概要,电动机, 变频器的动作原理,2.2.变频器输入电路,MC,P,N,C,R,D3,D2,D1,D6,D5,D4,V,V,Ed,Vs,抑制浪涌电流的电阻,Vs（V）,Ed = （2）Vs, 变频器的动作原理,2.3.变频器输出电路的基本 利用开关的导通闭合，形成交变电流, 变频器的动作原理,2.4. 120通电法, 变频器的动作原理,2.5.实际的变频器输出（PWM控制）,PWM（P
8、ulse宽度放大）控制,变频器输出电路,实际的变频器输出控制,变频器的控制,电阻Z,：Coil 电抗mH,：角速度,：频率Hz, ：常数 电流I一定电动机转矩一定,3.1. V/f控制,变频器的控制,3.1. V/f控制,在V/f 控制方式下，当E/f磁通量保持恒定时，会补偿电机初级线圈的电压降低量。,变频器的控制,3.2.转矩控制,变频器的控制,3.2.转矩控制,设置转矩补偿参数后，变频器在检测到转矩不足 的时候自动提升转矩，以满足负载变化的要求。 注意事项： 转矩补偿以提升变频器的输出电流 为手段来执行，补偿时应在监控变 频器输出电流的同时逐步提升，保 证输出电流在额定范围内。 转矩补偿在
9、VF控制中效果最明显， 在矢量控制中不明显。 多台电动机時,不需要设转矩补偿 因为控制困难,输出电流会变得很大。,变频器的控制,3.3. V/f调试,变频器的控制,3.4. V/f控制时的抖动调试 当按照3.2项与3.3项调大了转矩后动作仍然不稳定的时候 转矩补偿与机械发生了谐振。 将转矩补偿的一次延迟时间常数设大。,变频器的控制,3.5.矢量控制的原理,直流电路,交流电路,图,变频器的控制,(a) 电机一相分 等价回路,(b) 矢量图,V : 电机端子电压 r11 : 初级线圈电阻 E : 电机（内部）感应电压 r22 : 次级线圈电阻 I1 : 电机初级（定子）电流 l1 : 初级线圈漏电
10、感 I2 : 电机次级（转子）电流 M : 励磁电感 Im : 励磁电流（初级电流的励磁电流成分） S : 转差 ：位相角 ：功率因数角 L1 ：定子自感系数 L2：转子自感系数,3.5.矢量控制的原理,变频器的控制,考虑到某些机械设备不方便拆除负载的情况下，实行停止型自学习。 请确认电机是否正常连接。 确认已经正常完成了基本V/f 模式的设定和电机额定电流的设定。 与电机厂家确认电机空载电流，并设定之 之下调整步骤同旋转型自学习。 重要的参数 电动机额定电流值 电动机空载电流值 电动机额定频率 电动机额定电压 电动机线间电阻值,3.6.矢量控制自学习,变频器的控制,3.7 V/f控制和矢量控
11、制的优缺点比较,变频器的控制,3.8.制动控制 3.1 为何需要制动控制 在负载减速过程中，负载的运动能量将转化为电能返回变频器直流 母线上导致变频器直流电压的上升，这部分能量称为回生能量因此 必须控制回生能量以保护变频器的内部元件。 回生能量 = 负载常数转动惯量转动角速度 降低回升能量冲击方法： 延长负载的减速时间，负载减速时间延长后， 回生能量在较长的时间内逐渐回到变频器， 可以完全被电容吸收，有效的保护变频器 内部电路。,变频器的控制,3.2 制动电阻的应用 在有些生产工艺中对减速时间的要求比较严格，不能延长减速时间 时，可以外接制动电阻，将变频器吸收不完的回升能量加到制动电 阻上以发
12、热的形式散发掉。 注意：制动电阻必须接在制动晶体管 两端，若无晶体管需先安装制动 晶体管后才能使用。,3.8.制动控制,变频器的控制,3.8.制动控制,共直流母线接法 将一台或几台变频器在制动 过程中产生的回生能量转移 到其他在电动状态的变频器 的直流母线上。,变频器的控制,3.9. PID控制 PID原理,PID的正反特性,PID参数含义, P比例增益,控制器的输出与输入误差信号成比例关系。, I积分时间常数,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。, D微分时间常数,控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。,变频器的控制,Gain调试,变频器的控制,3.10过载检
13、测时的处理 过载的检测方法 1）变频器过载检测的方法： 输出电流超过变频器额定电流150且持续1分钟以上，检出变频器过载。 2）电机过载检测方法： 以电机额定电流150、电机保护功能选择、电机护动作时间为基准，检出电机过载。,变频器的控制,3.11. 过载的几种情况的处理办法 1）负载过大 检查机械安装，确认轴安装良好，润滑良好 选用更高功率的变频器 2）电机长时间低速运行 选择更大功率变频器 选用变频专用电机 3）单台变频器带动多台电机 选择合适容量的变频器。 功率1.1N电机功率和 多台同时起停。变频器额定电流1.1N电机最大运行电流之和 顺序起停。变频器额定电流1.1（N-1)电机最大运
14、行电流之和48N电机最大运行电流。启动电流大，有大的冲击。 加输出电抗器，抑制谐波，降低电机发热 4）变频器参数设定不合适 参照电机铭牌准确设置电机额定参数 延长加减速时间 V/F曲线设置不合适，初始化V/F曲线后再反复调整,变频器的控制,3.12. 参数监控 变频器提供了丰富的参数监控功能，常用的主要是两类： 1）变频器运行状态监控 2）故障报警 运行状态监控 1）通过数字操作器面板可以直接显示频率指令、输出频率、输出电流、正/反转 2）通过n0.04设定可以选择监控计数器值、主回路直流电压、输出电压、PID反馈量、功率因数、输出功率、输出转矩、A1端子输入电压、A2端子输入电流、IGBT温
15、度 异常历史记录 1）发生异常状况时，显示故障/报警代码。报警闪烁，可以复位，故障常亮，不能复位。 2）n6.08n6.12依次记录最近的5次故障报警记录。,变频器的控制,何谓无传感器矢量控制？ 与其他公司产品相比怎么样？,系列转矩特性,(MI社)系列转矩特性,100,200,300,0,100,200,400,800,1200,1800, %,速度 r/min,100,200,300,0,100,200,400,800,1200,1800, %,速度 r/min,无传感器地检测出电机速度、 速度变动少！ 在低速时有更强的转矩！,转矩特性的波形 越是垂直，当转矩(负载) 变化时速度的变动越是少。 看一下特性图，优势是 一目
