变频器与交流伺服的应用与维修整本书课件完整版电子教案

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1、变频器与交流伺服变频器与交流伺服的应用与维修的应用与维修项目一、项目一、 交流电机控制系统概述交流电机控制系统概述任务一、掌握交流调速的基本概念任务一、掌握交流调速的基本概念1. 交流电机控制系统交流电机控制系统v电机与作用电机与作用 电机作用：电机作用：将电能转变为机械能。将电能转变为机械能。 交流电机：交流电机：通入电机的电流为通入电机的电流为交流电交流电。控制难，。控制难，但结构简单、转速高、几乎不需要维修。但结构简单、转速高、几乎不需要维修。 直流电机：直流电机：通入电机的电流为通入电机的电流为直流电直流电。控制容易，。控制容易，但结构复杂，转速低，维修工作量大但结构复杂，转速低，维修

2、工作量大。 研发交流电机控制系统是当前技术发展的方向。研发交流电机控制系统是当前技术发展的方向。v 电机需要控制什么？电机需要控制什么？ 速度：速度：改变电机转速，控制机械运动改变电机转速，控制机械运动速度速度； 位置：位置：保证在指定位置停止，控制机械保证在指定位置停止，控制机械定位定位。 控制速度的系统称为控制速度的系统称为传动系统传动系统； 控制位置的系统称为控制位置的系统称为伺服系统伺服系统。要点：要点： 交流电机驱动交流电机驱动的伺服系统、传动系统统称为交流电机的伺服系统、传动系统统称为交流电机控制系统；控制系统； 伺服系统伺服系统同样需要控制电机的同样需要控制电机的速度和转矩速度和

3、转矩。2. 交流电机的调速方案交流电机的调速方案v 交流电机的种类交流电机的种类 同步电机：同步电机：在在允许范围内，如输入交流电的频率不允许范围内，如输入交流电的频率不变，负载变化变，负载变化不会不会引起电机转速的变化引起电机转速的变化。 感应电机：感应电机：即使输入交流电的频率不变，电机的转速即使输入交流电的频率不变，电机的转速也将随着负载的增加而降低也将随着负载的增加而降低。 感应电机俗称感应电机俗称异步电机；异步电机；伺服电机就是伺服电机就是同步电机。同步电机。v交流电机的转速公式交流电机的转速公式 同步电机：同步电机：n0 = 60 f / P （同步转速）同步转速） 感应电机感应电

4、机： n = n0 （1-S）（异步转速）异步转速） f ：交流电的频率（交流电的频率（Hz）；）； P：电机磁极对数；电机磁极对数； S：转差率（额定负载时的转速降低百分率）。转差率（额定负载时的转速降低百分率）。v交流电机的转速方案交流电机的转速方案 改变频率的调速称为改变频率的调速称为变频调速变频调速；改变磁极对数的调改变磁极对数的调速称为速称为变极调速变极调速；改变转差的调速称为改变转差的调速称为变转差调速变转差调速。v 交流调速方案与比较交流调速方案与比较变极调速：变极调速：通过改变电机绕组的连接实现，只需要通过改变电机绕组的连接实现，只需要继电继电接触器电路控制，控制最简单。但因接

5、触器电路控制，控制最简单。但因P必必须为正整数，须为正整数，只能成倍改变转速（有级调速）只能成倍改变转速（有级调速）。变转差调速：变转差调速：本质改变电机的输出特性，可通过改本质改变电机的输出特性，可通过改变电枢电压、定子电阻、转子电阻等方式实现无级变电枢电压、定子电阻、转子电阻等方式实现无级调速，调速，但控制装置的体积大、硬件成本高。但控制装置的体积大、硬件成本高。变频调速：变频调速：直接改变电机供电频率实现无级调速，直接改变电机供电频率实现无级调速，调速性能好、体积小、技术先进，但调速性能好、体积小、技术先进，但控制复杂，实控制复杂，实现较困难。现较困难。3. 变频调速技术的发展变频调速技

6、术的发展（见（见P3,图图1-1.2） 怎样调速：怎样调速：控制理论研究控制理论研究 V/f控制控制 矢量控制矢量控制 直接转矩控制直接转矩控制 如何实现：如何实现：控制技术研究控制技术研究 模拟量控制模拟量控制 数字控制数字控制 网络控制网络控制 用什么做：用什么做：控制器件研究控制器件研究 GTR（电力晶体管）电力晶体管） IGBT （复合电力电子器件）复合电力电子器件） IPM （功率集成器件）功率集成器件） 至今还没有世所公认的最佳方案。至今还没有世所公认的最佳方案。4. 变频调速装置分类变频调速装置分类 非常重要非常重要 ！v 变频器：变频器：专指控制专指控制普通感应电机普通感应电机

7、的通用调速装置。的通用调速装置。应用最广泛，生产厂众多。应用最广泛，生产厂众多。v 主轴驱动器：主轴驱动器：控制控制专用感应电机专用感应电机的专用调速装置。的专用调速装置。多用于数控机床主轴调速，多用于数控机床主轴调速，CNC生产厂提供。生产厂提供。v 伺服驱动器：伺服驱动器：控制控制伺服电机（同步电机）伺服电机（同步电机）的专用调的专用调速装置，可以实现位置控制。速装置，可以实现位置控制。 应用较广泛，生产较多，应用较广泛，生产较多，国产数控机床使用较多。国产数控机床使用较多。变频器、交流主轴驱动器、伺服驱动器广义上都变频器、交流主轴驱动器、伺服驱动器广义上都是变频调速装置。是变频调速装置。

8、v了解三者的大致区别了解三者的大致区别 相同点相同点 调速原理相同，都通过变频实现调速；调速原理相同，都通过变频实现调速； 主回路相同，都采用主回路相同，都采用PWM逆变电路。逆变电路。 区别区别 控制对象不同控制对象不同 交流伺服：专用同步电机；交流伺服：专用同步电机；15kW以下；以下； 交流主轴：专用感应电机；交流主轴：专用感应电机；100kW以下；以下； 变频器：通用感应电机；最大到变频器：通用感应电机；最大到1000kW。 性能区别很大（将在后期课中介绍）性能区别很大（将在后期课中介绍） 用途不同（将在后期课中介绍）。用途不同（将在后期课中介绍）。5. 常用变频器品牌常用变频器品牌

9、本课程的本课程的“变频器变频器”是指用于通用感应电机控制是指用于通用感应电机控制的的通用变频器。通用变频器。v 日本日本安川（安川（YASKAWA） ： CIMR - *7系列（常用）系列（常用）CIMR *1000系列（最新）（系列（最新）（ * = J、V、F、G）三菱：三菱：FR-*500系列（常用）、系列（常用）、 FR-*700系列（最新）系列（最新）（ * = S、E、F、A）v 欧美欧美西门子（德）：西门子（德）：MM420/430/440 系列（常用）系列（常用）施耐德（法）：施耐德（法）：ATV系列（常用）系列（常用） 台湾、大陆电子产品均为日本早期的台湾、大陆电子产品均为日

10、本早期的山寨产品。山寨产品。任务二、熟悉交流调速系统性能任务二、熟悉交流调速系统性能1. 技术指标技术指标 技术指标：技术指标：衡量产品内在质量与性能的参数衡量产品内在质量与性能的参数。v调速范围调速范围 系统在系统在一定负载一定负载下实际可达到的最高转速与最低转速下实际可达到的最高转速与最低转速之比（或比值）。之比（或比值）。 一定负载：一定负载：最大输出转矩大于最大输出转矩大于120150%（三菱）（三菱）或：连续输出转矩大于或：连续输出转矩大于5060%（安川）。（安川）。要点：要点：一定负载一定负载额定负载，额定负载，变频器只有在变频器只有在额定转速额定转速的点上的点上才能输出额定转矩

11、和功率。才能输出额定转矩和功率。调频范围调频范围调速范围，调速范围，不能带负载的调速无意义。不能带负载的调速无意义。v 启动频率：启动频率：是变频器能够输出启动转矩的最低频率。是变频器能够输出启动转矩的最低频率。启动频率启动频率 = 计算调速范围的最小频率（转速）计算调速范围的最小频率（转速）v 启动转矩：启动转矩：启动时（调速范围内）允许施加的最大启动时（调速范围内）允许施加的最大负载转矩。负载转矩。启动转矩启动转矩 = 调速范围的最大电机转矩调速范围的最大电机转矩本例：本例：调速范围调速范围 = 120 : 6 = 20 通俗理解：通俗理解：输入分辨率：输入分辨率：变频器的频率变频器的频率

12、显示精度。低于分辨率的显示精度。低于分辨率的输入不能显示。输入不能显示。最小输出频率：最小输出频率：变频器的频率变频器的频率控制精度。低于最小输控制精度。低于最小输出频率的频率不能输出。出频率的频率不能输出。启动频率：启动频率：能实际驱动负载的能实际驱动负载的最低频率。低于启动频最低频率。低于启动频率的输出不能带负载。率的输出不能带负载。v调速精度调速精度 变频器控制变频器控制4极（极（2对磁极）标准电机时，在额定负对磁极）标准电机时，在额定负载下所产生的转速降与额定转速之比（百分率）。载下所产生的转速降与额定转速之比（百分率）。=（空载转速空载转速 - 满载转速）满载转速）/额定转速额定转速

13、 100%要点：要点：采用闭环控制时，采用闭环控制时，变频器调速精度一般可以提高变频器调速精度一般可以提高10倍。倍。计算计算交流主轴、交流伺服交流主轴、交流伺服的调速精度，式中的额定的调速精度，式中的额定转速应为最高转速。转速应为最高转速。v 速度响应速度响应系统在负载惯量和电机惯量相等、给定输入为正弦系统在负载惯量和电机惯量相等、给定输入为正弦波信号时，速度（频率）输出可完全跟踪波信号时，速度（频率）输出可完全跟踪给定变化给定变化的最大正弦波输入频率值。的最大正弦波输入频率值。要点：要点： 速度响应也称速度响应也称“频率响应频率响应”，可用，可用rad/s或或Hz两两种单位表示种单位表示

14、：1Hz = 2 rad/s。 速度响应是衡量交流调速系统性能（跟随性能）速度响应是衡量交流调速系统性能（跟随性能）的重要指标。的重要指标。变变 频频 器：器：1030 rad/s（1.55Hz）交流主轴：交流主轴：300500 rad/s（5080Hz）交流伺服：交流伺服：30004500 rad/s（500700Hz）2. 性能比较性能比较v输出特性输出特性（见（见P6 图图1-2.1）变频器：变频器：只有在只有在额定转速的点额定转速的点上才能输出额定转矩上才能输出额定转矩和额定功率。和额定功率。交流主轴：交流主轴：额定转速额定转速以下输出转矩不变（恒转矩），以下输出转矩不变（恒转矩），额

15、定转速以上输出功率不变（恒功率）。额定转速以上输出功率不变（恒功率）。交流伺服：交流伺服：全范围输出转矩不变（恒转矩）。全范围输出转矩不变（恒转矩）。要点：要点：采用变频器调速时，采用变频器调速时，应按照实际需要的应按照实际需要的2倍倍来选择来选择电机功率和转矩电机功率和转矩。CNC机床的进给驱动需要转矩，切削加工需要功率；机床的进给驱动需要转矩，切削加工需要功率；伺服电机不能用来作为机床主轴，反之亦然。伺服电机不能用来作为机床主轴，反之亦然。v 控制对象控制对象 变频器：变频器：所有通用感应电机，最大可达所有通用感应电机，最大可达1000kW。 交流主轴：交流主轴：专用感应电机，专用感应电机

16、，100kW以下以下。 交流伺服：交流伺服：专用伺服电机，专用伺服电机，15kW以下。以下。v 过载性能过载性能 变频器：变频器：短时过载短时过载120150%。 交流主轴：交流主轴：短时过载短时过载200%，长时（，长时（30min）过载过载150%。 交流伺服：交流伺服：短时过载短时过载200350%，要点：要点： CNC机床的主轴功率一般有机床的主轴功率一般有“连续连续/30min输出输出”两种表示法，如两种表示法，如5.5/7.5kW等。等。v 制动性能制动性能 变频器：变频器：感应电机开环控制，停止后无保持转矩。感应电机开环控制，停止后无保持转矩。 交流主轴：交流主轴：感应电机闭环控

17、制，速度控制时停止感应电机闭环控制，速度控制时停止后无保持转矩，位置控制时能产生恢复转矩。后无保持转矩，位置控制时能产生恢复转矩。 交流伺服：交流伺服：永磁同步电机闭环位置控制，停止后永磁同步电机闭环位置控制，停止后始终存在制动转矩。始终存在制动转矩。 称为称为零速锁定零速锁定或或伺服锁定伺服锁定功能。功能。v 其他性能其他性能 见见P78，表表1-2.2。总体评价：总体评价： 变频器：变频器：功率最大、性能最差、用量最广、价格功率最大、性能最差、用量最广、价格最低。最低。 交流主轴：交流主轴：转速最高（转速最高（60 000r/min）、）、用量用量最小、价格最高、性能较好。最小、价格最高、

18、性能较好。 交流伺服：交流伺服：功率最小功率最小、转速最低、性能最好、用转速最低、性能最好、用量较大。量较大。任务三、了解变频器的技术特点与发展方向任务三、了解变频器的技术特点与发展方向1. 技术特点技术特点多种控制方式兼容：多种控制方式兼容：可通过参数设定选择可通过参数设定选择V/f控制、控制、磁通矢量控制、电流矢量控制等磁通矢量控制、电流矢量控制等。开开/闭环通用：闭环通用：正常开环，增加接口模块可成闭环正常开环，增加接口模块可成闭环1:n控制：控制：一个变频器控制多台电机一个变频器控制多台电机。2. 发展方向发展方向提高低频输出转矩：提高低频输出转矩：低频转矩提升、多点低频转矩提升、多点

19、V/f 设定设定。 主要目的是主要目的是扩大调速范围。扩大调速范围。改善矢量控制性能：改善矢量控制性能：增加自动测试（调整）功能。增加自动测试（调整）功能。 变频器性能差的原因是电机参数变化太大。变频器性能差的原因是电机参数变化太大。 改进电路结构：改进电路结构： 12脉冲整流、三电平逆变、双脉冲整流、三电平逆变、双PWM逆变、矩阵控制变频（最新）逆变、矩阵控制变频（最新）。 降低谐波，改善用电环境，提高性能。降低谐波，改善用电环境，提高性能。 采用网络控制：采用网络控制： 增加网络通信功能增加网络通信功能。 组成工业自动化系统。组成工业自动化系统。要点：要点： 高性能化高性能化（高速、高精度

20、、高可靠性）（高速、高精度、高可靠性）、网络化、网络化（采用（采用IT技术、适应现代社会发展）技术、适应现代社会发展）、环保化、环保化（节能、（节能、降耗、保护环境）降耗、保护环境）是当今所有自动控制装置的技术发是当今所有自动控制装置的技术发展方向。展方向。项目二项目二、 变频调速原理变频调速原理任务一、任务一、复习感应电机运行原理复习感应电机运行原理1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生ABCABCCBA2. 电机转向：电机转向：相序决定（相序决定（A-B，B-A，C-C 磁场反转）磁场反转）ABCCBAABC3. 电机转速：电机转速：频率决定频率决定1对极：对极：电流变化一个周期，磁场转过电流

21、变化一个周期，磁场转过360（1转）转） 磁场转速磁场转速 n = f ( r/s ) = 60f ( r/min ) 同步转速同步转速 = 旋转磁场转速旋转磁场转速p对极：对极： 360内布置内布置P组三相绕组，组三相绕组，电流变化一周期，电流变化一周期，磁场转过磁场转过360/p； 磁场转速磁场转速 n = 60f / p ( r/min )要点：要点：伺服（伺服（同步同步）电机：）电机：转速与旋转磁场完全一致；转速与旋转磁场完全一致；感应（感应（异步异步）电机：）电机：转子转速略低于旋转磁场转速；转子转速略低于旋转磁场转速； n =（1-S）60f / p ( r/min )任务二、任务

22、二、熟悉交流逆变原理熟悉交流逆变原理1. 交交-直直-交变流交变流v控制要求控制要求 变频调速：变频调速：必须能同时改变电机的电压和频率必须能同时改变电机的电压和频率（V/f 控制）。控制）。问题：问题：电网的供电电压、频率不能改变。电网的供电电压、频率不能改变。 我国的标准：我国的标准： U = 3380V（+10%，-15%） f = 501Hz 必须有一整套变换装置必须有一整套变换装置逆变器逆变器（Inverter）。）。v控制方案控制方案将将 380V/50Hz 的交流的交流直接直接变换成变换成V、f 可变的交可变的交流流交交-交变流交变流。q特点：特点：无中间电路（整流电路）、效率高

23、，但控无中间电路（整流电路）、效率高，但控制复杂，尚没有成熟的控制方案。制复杂，尚没有成熟的控制方案。 最新研究方向最新研究方向矩阵控制技术矩阵控制技术。先将先将 380V/50Hz 的交流的交流转换转换成直流，再将直流转成直流，再将直流转换成交流换成交流交交-直直-交变流交变流。q特点：特点：技术较成熟，是当前交流逆变的主流。技术较成熟，是当前交流逆变的主流。 变频器、交流主轴、交流伺服全部采用交变频器、交流主轴、交流伺服全部采用交-直直-交逆变方案交逆变方案三者的主回路结构相同三者的主回路结构相同。 各部分作用：各部分作用：q整流：整流：将直流转换为交流。将直流转换为交流。q调压：调压：保

24、证直流电压不变。保证直流电压不变。q逆变：逆变：将直流转换为将直流转换为 V/f 可变的交流。可变的交流。v 电路结构电路结构整整流流调调压压逆逆变变 M3 电网电网输入输入整流整流输出输出母线母线电压电压V/ f电压电压2. 电力电子器件电力电子器件v 电子器件分类：电子器件分类： 低电压、小电流控制低电压、小电流控制直接称直接称电子器件电子器件（弱电）。（弱电）。 只要有电子只要有电子控制电路控制电路就必须使用。就必须使用。 高电压、大电流控制高电压、大电流控制称称电力电子器件电力电子器件（强电）。（强电）。 用于交、直流用于交、直流主回路主回路控制。控制。知识回顾知识回顾 1：怎样区分主

25、回路和控制回路？怎样区分主回路和控制回路？知识回顾知识回顾 2：你知道的电力电子器件有哪些你知道的电力电子器件有哪些？q 二极管：二极管：交流交流直流，不需要（不能）控制。直流，不需要（不能）控制。 称为称为“不可控器件不可控器件”。q 晶闸管：晶闸管：又称又称可控硅，可控硅，用于用于交流通断交流通断控制，但控制，但不不能控制直流关断。能控制直流关断。 称为称为“半控器件半控器件”。q GTO、GTR、MOSFET、IGBT、IPM等：等：可用可用于交、直流的于交、直流的通断通断控制。控制。 称为称为“全控器件全控器件”。拓展学习拓展学习 1：电力电子技术的发展电力电子技术的发展q 第第1代：

26、半控，功率二极管代：半控，功率二极管（20世纪世纪40年代）、年代）、晶闸晶闸管管（1958年，美国年，美国GE公司）公司） 。 水平：水平：国际国际12000V/5000A；国内国内3000V/1000Aq 第第2代：全控，代：全控， GTO（门极可关断晶闸管，门极可关断晶闸管， 1964年，年，美国美国） ；GTR（大功率晶体管）、大功率晶体管）、 MOSFET（电压控电压控制型单极晶体管制型单极晶体管 ） ， 20世纪世纪70年代、美国年代、美国。q 第第3代：复合型器件，代：复合型器件，IGBT（绝缘门极双极型晶体绝缘门极双极型晶体管，管， 1983年，美国年，美国GE公司公司）。q

27、第第4代：功率集成电路，代：功率集成电路， IPM（智能功率模块智能功率模块 ， 20世纪世纪80年代末，美国年代末，美国）。）。3. 电力电子器件的符号和特性电力电子器件的符号和特性 参见参见P16表表2-2.1 、P17表表2-2.2。4. 整流电路的计算整流电路的计算 知识回顾知识回顾 ：整流电路有哪些基本形式？整流电路有哪些基本形式？单相半波、单相半波、单相全波、单相全波、三相半波、三相半波、三相全波。三相全波。v 单相全波整流：单相全波整流： 原理：原理：利用二极管的正向自利用二极管的正向自然导通特点，将然导通特点，将4 只二极管（只二极管（集集成，俗称成，俗称 “桥堆桥堆”）组合、

28、接入组合、接入单相交流电路，使得两单相交流电路，使得两-两交替导两交替导通、得到通、得到相电压相电压全部波形。全部波形。 用于用于单相单相交流输入交流输入直流直流的的转换。转换。直流输出电压计算：直流输出电压计算：面积相等面积相等U d = 0.9 U利用大电容平波后：利用大电容平波后：U d =（1.2 1.4） 0.9Uv 三相全波整流：三相全波整流： 原理：原理：利用二极管的正向自然导通特点，将利用二极管的正向自然导通特点，将6 只二极管（只二极管（集成，俗称集成，俗称 “三相桥堆三相桥堆”）组合、接组合、接入三相交流电路，使得两入三相交流电路，使得两-两交替导通、得到两交替导通、得到线

29、电线电压压全部波形。全部波形。直流输出电压计算：直流输出电压计算：面积相等面积相等U d = 1.35 UL利用大电容平波后：利用大电容平波后：U d =（1.2 1.4） 1.35 UL相电压的计算：相电压的计算：U L = 1.732 U5. 逆变电路的结构逆变电路的结构 逆变逆变 ：将直流转换为交流将直流转换为交流v 电路基本结构：电路基本结构：A+B+C+A-B-C-整流输出整流输出直流母线直流母线+直流母线直流母线-短接短接A-/B-/C-v 逆变电路形式：逆变电路形式： 电流控制型电流控制型：逆变管输出到电机的电流为方波（直：逆变管输出到电机的电流为方波（直流），通过改变电流频率调

30、速，大容量逆变器用。流），通过改变电流频率调速，大容量逆变器用。 电压控制型电压控制型：逆变管输出到电机的电压为方波（直：逆变管输出到电机的电压为方波（直流），通过改变电压频率调速，大容量逆变器用。流），通过改变电压频率调速，大容量逆变器用。 PWM控制型控制型：逆变管输出到电机的电压为正弦波：逆变管输出到电机的电压为正弦波（PWM脉冲串），通过改变正弦波频率调速，中小脉冲串），通过改变正弦波频率调速，中小容量逆变器用容量逆变器用变频器、交流伺服的基本形式。变频器、交流伺服的基本形式。6. PWM逆变原理逆变原理 PWM ：脉宽调制的简称，以宽度可变的脉冲序脉宽调制的简称，以宽度可变的脉冲序列

31、等效代替各种波形。列等效代替各种波形。v 取样控制理论：取样控制理论： 面积相等、形状不同的窄脉冲加到惯性环节上，产面积相等、形状不同的窄脉冲加到惯性环节上，产生的效果相同。生的效果相同。I 1I 2幅值幅值I周期周期Tv 正弦波的产生正弦波的产生（P27图图2-3.4）： SPWM波 = 脉宽调制正弦波脉宽调制正弦波载波调制波 三相合成后见P28图2-3.5项目三、变频器的电路设计项目三、变频器的电路设计任务一、了解变频器的规格与硬件组成任务一、了解变频器的规格与硬件组成1. 产品系列与型号产品系列与型号v产品系列产品系列 常用产品：常用产品：FR-500系列；系列； 最新产品：最新产品：F

32、R-700系列。系列。FR-500系列系列FR-700系列系列v 型号型号2. 性能比较性能比较 练一练：练一练： 阅读教材阅读教材P31P33，用最简练的语言，用最简练的语言，归纳出普通型、紧凑型、节能型、高性归纳出普通型、紧凑型、节能型、高性能型变频器的特点。能型变频器的特点。 参考答案：参考答案：3. 硬件组成硬件组成 参见参见P34。 硬件组成硬件组成 = 基本装置基本装置 （必须有）（必须有）+ 选件（可以有）选件（可以有）v外置选件外置选件q操作操作/显示单元显示单元必须有；必须有；普通型、紧凑型需要订货普通型、紧凑型需要订货；其他型号为标准配置其他型号为标准配置同系列产品可以通用

33、。同系列产品可以通用。q进线断路器进线断路器必须有，进线短路保护用；必须有，进线短路保护用；可用通用产品，不需要向生产厂订购。可用通用产品，不需要向生产厂订购。q主接触器主接触器需要时必须安装；需要时必须安装；不能用于正常的电机启动不能用于正常的电机启动/停止控制停止控制；通通/断频率不可以大于断频率不可以大于1次次/30min。 以下场合必须安装以下场合必须安装：大型变频器；大型变频器；带外部制动电阻的变频器；带外部制动电阻的变频器；CNC或或PLC控制时。控制时。q交流电抗器：交流电抗器：一般不需要；一般不需要；q滤波器：滤波器：一般不需要；一般不需要；q直流电抗器：直流电抗器：一般不需要

34、；一般不需要；q制动电阻：制动电阻：制动能量大、停止时间短的场合安装。制动能量大、停止时间短的场合安装。v内置选件：内置选件：特殊场合才需要。特殊场合才需要。任务二任务二、能够设计变频器的主回路能够设计变频器的主回路参见参见P37P39，图图3-2.23-2.4v主回路主回路主电源输入：产生变频器的直流母线电压；主电源输入：产生变频器的直流母线电压；控制电源输入：产生变频器内部控制电压。控制电源输入：产生变频器内部控制电压。1. 连接要点连接要点主电源连接到主电源连接到R/S/T （ L1/L2/L3 ）；）；单相输入单相输入时，连接时，连接R/S （ L1/L2 ）；）；电机连接到电机连接到

35、U/V/W。控制电源连接到控制电源连接到R1/S1 （ 1L1/1L2 ）；）；加主接触器时，先加入控制电源，由故障触点加主接触器时，先加入控制电源，由故障触点控制主接触器通断。控制主接触器通断。2. 典型电路典型电路变频器停止按钮变频器停止按钮变频器启动按钮变频器启动按钮任务三任务三、能够设计变频器的控制回路能够设计变频器的控制回路1. 常用的常用的AI信号与连接信号与连接v 信号（外部控制时必需）信号（外部控制时必需） 频率给定：模拟电压频率给定：模拟电压（常用）（常用）或电流输入或电流输入； 输入范围：输入范围：010V/05V或或420mA （可选择）（可选择） 。v 连接端：连接端：

36、 模拟电压：连接至模拟电压：连接至2/5端端（常用）（常用） ； 模拟电流：连接模拟电流：连接4/5端。端。v 信号形式：信号形式： 电压：有源输入电压：有源输入（常用）（常用）或无源输入或无源输入（电位器）（电位器） 电流：有源输入。电流：有源输入。2. 常用的常用的DI信号信号v 信号（外部控制时必需）信号（外部控制时必需） 转向控制：正转向控制：正/反转（反转（STF/STR）；）； 启停控制：停止信号（启停控制：停止信号（STOP）。）。v 连接端：连接端： 正正/反转：分别连接至反转：分别连接至STF/STR端；端； 停止信号：连接至停止信号：连接至STOP端。端。其他其他DI连接端

37、功能可变（参数设定，特点之一）。连接端功能可变（参数设定，特点之一）。v 信号形式：信号形式： 常用：常用：触点输入，触点输入，输入公共端输入公共端SD。 允许：允许：DC24V/0V电平输入（称源输入）。电平输入（称源输入）。3. DI连接电路的设计连接电路的设计 先先按按P44图图3-3.3，在变频器上选定，在变频器上选定DI连接形式。连接形式。输输入入公公共共线线不不能能同同时时短短接接4. 常用的常用的DO信号信号v 常用信号常用信号 报警信号：报警信号：ALM； 运行运行/准备好信号：准备好信号：RUN/RY； 频率到达信号：频率到达信号：FU。v 连接端：连接端： 报警信号：常开触

38、点报警信号：常开触点A/C、常闭触点常闭触点B/C ； 运行运行/准备好信号：准备好信号：RUN/SE ； 频率到达信号：频率到达信号：FU/SEv 信号形式：信号形式： 报警信号：继电器触点输出；报警信号：继电器触点输出； 其他：晶体管集电极开路输出。其他：晶体管集电极开路输出。5. DO连接电路的设计连接电路的设计 ALM触点输出：触点输出：可任意连接可任意连接AC或或DC负载。负载。 NPN集电极开路输出集电极开路输出：只能连接只能连接DC负载。负载。输出端连接负载输出端连接负载公共端连接电源公共端连接电源0V二极管极性不能错二极管极性不能错任务四任务四、变频器的电路设计训练变频器的电路

39、设计训练1.简单控制电路识读简单控制电路识读 我国标准的制定不够严肃、过于教条、欠科学、我国标准的制定不够严肃、过于教条、欠科学、甚至不正确。本书执行甚至不正确。本书执行 DIN40900 标准。标准。阅读教材阅读教材P64P65，回答以下问题：回答以下问题： 图图3-7.1中的变频器是否不需要控制电源输入？中的变频器是否不需要控制电源输入？为什么没有设计控制电源？为什么没有设计控制电源？ 变频器的运行控制采用何种连接方式？电机的正变频器的运行控制采用何种连接方式？电机的正/反转、停止控制信号各采用什么形式的输入？反转、停止控制信号各采用什么形式的输入？ 电机的转速用什么调节？如变频器参数设定

40、的最电机的转速用什么调节？如变频器参数设定的最大输出频率为大输出频率为60Hz（对应电机对应电机1500r/min），），当当电机电机750r/min时，输入端时，输入端2的电压应为多大？的电压应为多大？ 图图3-7.1中的指示灯电压由谁提供？其值是多少？中的指示灯电压由谁提供？其值是多少？ 试分析，在以下几种情况下，各指示灯的状态：试分析，在以下几种情况下，各指示灯的状态： 变频器发生报警时；变频器发生报警时； 变频器正常，电机停止（或正变频器正常，电机停止（或正/反转未启动）时；反转未启动）时； 变频器正常、正变频器正常、正/反转启动，但反转启动，但2端输入为端输入为0V时；时； 变频器正

41、常、正变频器正常、正/反转启动，反转启动，2端输入不为端输入不为0V，变变频器频率上升过程中（电机加速时）；频器频率上升过程中（电机加速时）； 电机正常运行时；电机正常运行时； 按下停止按钮按下停止按钮，变频器频率下降过程中（电机减变频器频率下降过程中（电机减速时）。速时）。2. 工程设计范例工程设计范例 阅读教材阅读教材P65P69，回答以下问题：回答以下问题： 图图3-7.2中，中，F1代表什么电器元件？下面的代表什么电器元件？下面的63A代表代表什么？什么？ 图图3-7.2中，中，Q2代表什么电器元件？下面的代表什么电器元件？下面的0.18A代代表什么表什么 ？是不是可用？是不是可用F1

42、相同的元件代替？相同的元件代替？ 图图3-7.2中的中的KM1代表什么电器元件？下面的代表什么电器元件？下面的2-8E代表什么代表什么 ？其额定电压、电流应为多大？其额定电压、电流应为多大？ 本机床电机的额定电压是多少？应采用什么连接方本机床电机的额定电压是多少？应采用什么连接方式（式（Y或或）？符号中的）？符号中的 3 代表什么？代表什么？ G2是什么电器元件符号？其输入是什么电器元件符号？其输入/输出参数是多少输出参数是多少？ Q3、KM3、OM3间的连接导线应为多大？导线应间的连接导线应为多大？导线应采用什么颜色？采用什么颜色？ 阅读教材阅读教材P65P69，回答以下问题回答以下问题（续

43、）（续）： 图图3-7.3中，中，T1代表什么电器元件？其主要参数、代表什么电器元件？其主要参数、连接方式是什么？连接方式是什么？ 图图3-7.3标题栏上方的触点符号、数字有何作用？标题栏上方的触点符号、数字有何作用？ 图图3-7.3中的控制回路电压是多少？来自哪里？能否中的控制回路电压是多少？来自哪里？能否直接从三相电源线上引出？是否可以将直接从三相电源线上引出？是否可以将200与接地线与接地线连接？为什么？连接？为什么？ 图图3-7.3中的中的KM1、KM2为什么需要相互串联常闭为什么需要相互串联常闭触点？如果触点？如果KA1、KA2本身已有互锁，能否不再使用本身已有互锁，能否不再使用常闭

44、触点？为什么？常闭触点？为什么？ 图中的连接线旁边的数字有何作用？应怎样标注？图中的连接线旁边的数字有何作用？应怎样标注？是否可以不使用？是否可以不使用？项目四、项目四、 变频器的运行与控制变频器的运行与控制任务一、掌握变频器的控制要求任务一、掌握变频器的控制要求 操作模式：操作模式：变频器的启动变频器的启动/停止、转向控制方式。停止、转向控制方式。 运行方式：运行方式：变频器的频率调节方式。变频器的频率调节方式。1. 操作模式操作模式外部操作：外部操作：由变频器的由变频器的DI信号控制启停和转向。信号控制启停和转向。 常用的控制操作，简称常用的控制操作，简称EXT模式。模式。PU操作：操作：

45、由变频器本身的操作单元（由变频器本身的操作单元（PU单元）单元）控制启停和转向。控制启停和转向。 用于变频器的调试。用于变频器的调试。网络操作：网络操作：由通信接口控制启停和转向。由通信接口控制启停和转向。 今后发展方向，目前使用较少。今后发展方向，目前使用较少。2. 运行方式运行方式无级变速：无级变速：由变频器由变频器AI信号。信号。 用于无级调速，数控机床主轴控制常用。用于无级调速，数控机床主轴控制常用。多级变速：多级变速：由变频器参数设定、由变频器参数设定、DI信号选择频率。信号选择频率。 用于固定速度的有级变速运行，自动线常用用于固定速度的有级变速运行，自动线常用点动运行：点动运行：由

46、变频器的参数设定固定频率。由变频器的参数设定固定频率。 用于指定速度运行、调试，简单控制用。用于指定速度运行、调试，简单控制用。PU变速：变速：由变频器操作单元连续调频由变频器操作单元连续调频（调试）。（调试）。3. 变频控制与信号连接变频控制与信号连接v完全外部控制（无级）完全外部控制（无级） = 外部操作外部操作 + AI调频调频v完全外部控制（有级）完全外部控制（有级） = 外部操作外部操作 + DI信号信号频率选择频率选择转向和启停控制转向和启停控制v完全外部控制（点动）完全外部控制（点动） = 外部操作外部操作 + DI信号信号频率选择频率选择转向和启停控制转向和启停控制v完全完全P

47、U操作操作 （调试）（调试） = PU操作操作+ PU调频调频转向和启停控制转向和启停控制频率调节频率调节控制信号连接要求：控制信号连接要求：不需要任何信号不需要任何信号vPU /外部切换外部切换 ：可可通过操作单元上的通过操作单元上的MODE或或PU/EXT键进行键进行PU操作操作和和外部操作外部操作的模式切换。的模式切换。任务二、设定变频器的基本参数任务二、设定变频器的基本参数 以下内容适合于变频器最常用的控制方式以下内容适合于变频器最常用的控制方式 操作模式：操作模式：外部操作。外部操作。 运行方式：运行方式：无级变速，无级变速， 010V 输入（输入（ AI ）。）。 变频器用于变频器

48、用于CNC机床主轴控制的前提机床主轴控制的前提。1.频率范围的设定频率范围的设定 作用：作用：限制电机限制电机转向转向、最高转速、最低转速最高转速、最低转速。v转向限制：转向限制： 参数参数 Pr 78 意义：意义：0：允许正反转；允许正反转； 1：禁止反转；禁止反转；2：禁止正转。禁止正转。v 输出频率范围：参数输出频率范围：参数Pr 18 / Pr 13 。 意义：意义：Pr 18：变频器允许输出的最大频率；变频器允许输出的最大频率； Pr 13：变频器允许输出的最小频率。变频器允许输出的最小频率。 v AI输入频率范围：参数输入频率范围：参数Pr 1 / Pr 2 。 意义：意义：Pr

49、1：AI输入为最大时的输出频率；输入为最大时的输出频率； Pr 2：AI输入为最小时的输出频率。输入为最小时的输出频率。 一般设定：一般设定：Pr18 Pr1 ； Pr13 Pr2 想一想，这是为什么？想一想，这是为什么？v 频率跳变区：频率跳变区：Pr31/32、Pr33/34、Pr35/Pr36 。 跳变区：跳变区：指定范围的频率不能输出。指定范围的频率不能输出。 作作 用：用：避开机械共振频率。避开机械共振频率。 意意 义：义：如如AI对应的输出频率在对应的输出频率在Pr31Pr32范围，范围，则输出则输出Pr 31的频率（的频率（Pr33/34、 Pr35/36情况同情况同 ） 。想一

50、想：想一想：如如 Pr31 Pr32、Pr33 Pr34、Pr35 Pr36 ，输出频率如何变化？，输出频率如何变化？2. 输出频率的调整输出频率的调整 作用：作用：改变改变同一同一AI输入输入所对应的所对应的输出频率值，输出频率值，使使电机转速更为准确。电机转速更为准确。 方法：方法：改变变频器的改变变频器的增益增益和和偏移偏移。3. 电机参数设定电机参数设定 作用：作用：使变频器和电机匹配。使变频器和电机匹配。v基本参数：基本参数： Pr 71：电机类型和控制方式电机类型和控制方式 0：通用感应电机，基本：通用感应电机，基本V/f 控制；控制； 2：通用感应电机，多点通用感应电机，多点V/

51、f 设定控制；设定控制； 3：通用感应电机，矢量控制。通用感应电机，矢量控制。vV/f 控制必须设定的参数（控制必须设定的参数（ Pr 71 = 0或或2 ）：）： Pr 3：电机额定频率电机额定频率 Pr 9：电机额定电流电机额定电流 Pr 19：电机额定电压电机额定电压 Pr 80/ Pr 81：必须设定为必须设定为 9999。v矢量控制必须设定的参数（矢量控制必须设定的参数（ Pr 71 = 3 ）：）： Pr 9：电机额定电流电机额定电流 Pr 80：电机额定功率电机额定功率 Pr 81：电机极数电机极数（注意：不是极对数）（注意：不是极对数） Pr 83：电机额定电压电机额定电压 P

52、r 84：电机额定频率电机额定频率 矢量控制矢量控制电机其他参数：电机其他参数：用自动调整操作设定。用自动调整操作设定。4. 负载特性设定负载特性设定 作用：作用：使变频器和负载匹配使变频器和负载匹配（仅（仅V/f 控制）控制）。v基本参数：基本参数： Pr 0：转矩提升值转矩提升值 030（额定电压的（额定电压的%） 意义：意义：设定频率为设定频率为 0 时的输出电压。时的输出电压。 Pr 14：负载类型（负载类型（见教材见教材 P103页页） 0：恒转矩负载，恒转矩负载，不改变出厂值的双向转矩提升；不改变出厂值的双向转矩提升； 1：风机负载，风机负载，不改变出厂值的双向转矩提升；不改变出厂

53、值的双向转矩提升； 2：恒转矩负载，正转提升恒转矩负载，正转提升Pr0，反转不提升；，反转不提升； 3：恒转矩负载，反转提升恒转矩负载，反转提升Pr0，正转不提升；，正转不提升； 4/5：通过通过DI信号控制的低频转矩提升。信号控制的低频转矩提升。项目五、项目五、 熟悉变频器功能熟悉变频器功能任务一、加减速与制动功能任务一、加减速与制动功能1. 加减速功能加减速功能为什么要加减速？为什么要加减速？ 变频器的加减速是一个缓慢的过程。变频器的加减速是一个缓慢的过程。加减速有哪些基本方式？加减速有哪些基本方式？ 基本方式：基本方式：线性、线性、S型、自适应型。型、自适应型。加速度设定：加速度设定：P

54、r20 ：加速度计算参考频率；加速度计算参考频率；Pr 7：加速时间；加速时间； a = Pr 20/Pr 7Pr 8：减速时间；减速时间； a = Pr 20/Pr 8分段设定：分段设定：Pr140 ：第第1段加速的段加速的频率增量频率增量；Pr141 ：从第从第1段加速到第段加速到第2段加速的段加速的等待时间等待时间；Pr142 ：第第1段减速的段减速的频率降低量频率降低量；Pr143 ：从第从第1段减速到第段减速到第2段减速的段减速的等待时间等待时间；想一想想一想： 为什么可以用来消除间隙？为什么可以用来消除间隙？v S型加减速（型加减速（ Pr29 = 1或或2） 用途：用途：减小起制

55、动时的机械冲击。减小起制动时的机械冲击。2. 变频器的制动变频器的制动变频器可以选择哪些停止方式？变频器可以选择哪些停止方式？自由停车（减速控制无效）自由停车（减速控制无效）；动力制动（动力制动（电阻制动电阻制动控制减速、控制减速、直流制动直流制动加强加强制动效果）；制动效果）；A700新增：新增：零速制动零速制动、伺服锁定（闭环）。伺服锁定（闭环）。 任务二、了解变频器的其他功能任务二、了解变频器的其他功能1. 失速防止功能失速防止功能什么叫失速？什么叫失速？ 变频器一般采用开环控制，如果在负载过大时变频器一般采用开环控制，如果在负载过大时进行加减速，将导致电机转速无法跟随输出频率进行加减速

56、，将导致电机转速无法跟随输出频率变化，使得电机失控，这一现象称为变化，使得电机失控，这一现象称为“失速失速”。 在步进电机控制系统上，称为在步进电机控制系统上，称为“失步失步”。失速怎样防止？失速怎样防止？ 变频器根据负载大小自动调整加减速过程，一变频器根据负载大小自动调整加减速过程，一旦负载转矩超过规定值，就停止加减速，等到负旦负载转矩超过规定值，就停止加减速，等到负载转矩下降后继续加减速。载转矩下降后继续加减速。2. 重新启动功能重新启动功能什么叫重新启动？什么叫重新启动？ 如果变频器的主回路瞬间断电时间大于如果变频器的主回路瞬间断电时间大于15ms，但又立即回复，由于控制电压能够保持，变

57、频但又立即回复，由于控制电压能够保持，变频器将发生器将发生“瞬时断电瞬时断电”报警并自动停止运行。报警并自动停止运行。如不希望停止，也可使变频器自动启动如不希望停止，也可使变频器自动启动重重新启动新启动。v重新启动过程重新启动过程 外部断电外部断电逆变管关闭逆变管关闭（电机自由运行）电机自由运行）外外部电压恢复部电压恢复变频器延时等待变频器延时等待（确认恢复，电确认恢复，电机自由运行）机自由运行） 输出电压恢复输出电压恢复（上升）（上升） 输输出频率恢复出频率恢复（两种选择：带频率搜索、无频率（两种选择：带频率搜索、无频率搜索）搜索） 继续运行。继续运行。 整个过程自动完成，不报警整个过程自动

58、完成，不报警。3. PID调节调节什么叫什么叫 PID调节器？调节器？ 具有比例、积分、微分运算功能的调节器。具有比例、积分、微分运算功能的调节器。 自动控制的基本概念：自动控制的基本概念：给定给定控制器控制器输出输出v 开环系统开环系统特点：特点：直接以给定作为控制量。直接以给定作为控制量。 存在问题：存在问题： 给定输入和输出间无任何联系，实际输出是否给定输入和输出间无任何联系，实际输出是否已经到达要求的值，上级控制器并不知道。即使已经到达要求的值，上级控制器并不知道。即使系统已经完全失控（如：失速、失步等），也不系统已经完全失控（如：失速、失步等），也不能产生报警或停止。能产生报警或停止

59、。4. 工频切换工频切换什么叫什么叫 工频切换？工频切换？ 将电机在变频器输出和电源输入间进行切换。将电机在变频器输出和电源输入间进行切换。 为什么要进行工频切换？为什么要进行工频切换？提高功率因数和效率（节省变频器损耗）；提高功率因数和效率（节省变频器损耗）；变频器维修不影响电机运行（不停电维修）；变频器维修不影响电机运行（不停电维修）；提高可靠性，延长变频器使用时间。提高可靠性，延长变频器使用时间。 要点：要点：只能在外部操作模式下使用；只能在外部操作模式下使用；主回路必须安装接触器；主回路必须安装接触器；电机要按照过载保护热继电器；电机要按照过载保护热继电器；5. 升降负载控制升降负载控

60、制 ： 负载特点：负载特点：存在重力作用，可能产生自落。存在重力作用，可能产生自落。必须使用机械制动器。必须使用机械制动器。制动器制动器电机电机升降升降负载负载 上升：上升：在制动器夹紧的情在制动器夹紧的情况下启动，当电机转矩增加况下启动，当电机转矩增加到足以克服重力转矩时松开到足以克服重力转矩时松开制动器，电机加速。制动器，电机加速。 下降：下降：在电机转矩能够克在电机转矩能够克服重力前，夹紧制动器，然服重力前，夹紧制动器，然后减速至停止。后减速至停止。 配套功能：配套功能：自动变速、挡块定位、机械制动。自动变速、挡块定位、机械制动。v 机械制动机械制动q 特点：特点： 只能用于矢量控制的高

61、性能变频器；只能用于矢量控制的高性能变频器； 对启动、停止过程均有效；对启动、停止过程均有效； 制动可靠，但不能实现准确定位；制动可靠，但不能实现准确定位； 不改变矢量控制参数。不改变矢量控制参数。q 用途：起重机控制。用途：起重机控制。q 功能选择功能选择 Pr 60 = 7或或8。其他参数见其他参数见P139表表5-5.36. 变频器的通信控制变频器的通信控制v 用途：用途： 数据传输，如读写变频器参数等；数据传输，如读写变频器参数等； 运行监控，利用计算机等监控变频器运行状态；运行监控，利用计算机等监控变频器运行状态； 网络控制，将变频器纳入到自动控制网络中，直网络控制，将变频器纳入到自动控制网络中，直接通过通信指令控制变频器运行。接通过通信指令控制变频器运行。网络控制功能只能在网络控制功能只能在A700等先进产品上使用。等先进产品上使用。v 接口：接口：RS485标准串行通信接口，也可用标准串行通信接口，也可用PU单元接口。单元接口。v 通信协议：通信协议：数据传输：简单的数据传输：简单的ASCII代码传送协议；代码传送协议；运行监控和网络控制：专用通信协议。运行监控和网络控制：专用通信协议。