变频器模拟量控制..

1天津电子信息职业技术学院综合实训报告课题名称变频器模拟量控制姓名学号班级专业电气自动化技术所在系电子技术系指导教师完成日期2013年12月30日1一、实训目的1.了解变频器的基本概念、发展趋势、分类及应用方向。2.了解变频器的工作原理。3.掌握MM420变频器的模拟信号控制。4.进一步掌握变频器基本参数的输入方法。5.熟练掌握变频器的运行操作。二、实训单位天津电子信息职业技术学院三、实训内容1.变频器概述变频器是将固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电装置。它的问世使电气传动领域发生了深刻的技术革命。有数据显示，采用变频控制将会节电30%左右。近年来变频器作为商品在国内的销售呈逐年增长趋势，近几年市场保持12%～15%的增长率，超过了GTP的增长速度。变频器的出现是微电子技术、电力电子技术、计算机技术和自动控制理论不断发展创新的产物。它的问世使电气传动领域发生了深刻的技术革命。变频器具有对交流电动机进行软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流、过压、过载保护等功能。通过变频调速可以使控制系统节能、改善生产工艺流程、提高产品质量和易于实现自动控制，是目前最有发展前途的调速方式。变频器早期仅仅用于速度控制，随着技术发展和社会对能源运用效率要求的日益提高，逐渐被用于节能领域。它可以使得电动机及其拖动的负载在无需任何改动情况下，按照生产工艺要求调整转速输出，大大降低电动机功耗，实现系统高效运行目的。目前，我国很多企业已将变频器用于带式输送机起动、调速控制、风机调速以及水泵调速，对节约电能，减少排放量做出积极贡献。1.1变频器发展趋势经过40年的发展，变频器的发展趋势呈现以下特点。（1）智能化操作更加简便，有明显的工作状态显示，能够自诊断和故2障防范，甚至可以进行部件自动转换。能够利用互联网遥控监视，实现多台变频器按程序联动，组成优化的变频器综合管理控制系统。（2）专门化针对性的制造专门化变频器，不仅有利于对电动机经济有效地控制，并且降低生产成本。如风机、泵类变频器、起重机械变频器、电梯变频器、空调变频器等。（3）一体化将相关的功能部件集成一体，如PID调节器、PLC、通信单元，甚至电动机。不仅可减少连线，加强功能，提高系统可靠性，而且缩小体积，降低整体价格。1.2变频器的分类（1）按工作原理分类①交—交变频器。将恒压恒频的交流电源转换为变压变频电源，这种变频称为直接变频。②交—直—交变频器。先将工频交流电经整流变为直流电，再经逆变器变为频率和电压可调的交流电，这种变频称为间接变频。应用较多。（2）按用途分类①通用变频器通用变频器的特征体现在通用性，一般是指与通用鼠笼电动机配套使用。适用于拖动各种不同性质的负载并具有多种可供选择的功能，它包括简易型通用变频器和高性能多功能通用变频器。简易型通用变频器以节能为主要目的，一般应用于水泵、风扇和鼓风机等对系统调速性能要求不高的场合。它具有体积小、价格低特点。高性能多功能通用变频器在设计过程中，充分考虑了变频器在应用过程中可能出现的各种需要，并为满足这些需要在系统软件和硬件方面作了相应的准备。在控制手段上采用了全数字化，充分利用微机巨大信息处理能力，强化软件功能，使变频装置的灵活性和适应性不断增强。在硬件上一般都采用大功率自关断开关器件（GTO、BJT、IGBT）作为主开关器件，采用正弦波脉宽调制方式（SPWM），已成为通用变频器的主流。目前中小容量变频器大都具备高性能通用性。②专用变频器专用变频器主要是满足特定的产业需要，如高频、高压、大容量等专用变频器。3例如在超精密机械加工（如数控雕刻、精密磨床）以及高速离心等设备中，常用到的高速电动机的驱动频率要达到3KHz（电动机转速180000r/min），显然必须用高频变频器。除此之外，还有很多场合需要专用变频器，如重载专用变频器、数控机床专用变频器、注塑机专用变频器等等。1.3变频器的应用（1）节能方面传统的风机、泵类电动机是在全速（工频）下运行，即不论生产工艺需求大小都提供固定的流量。例如在纺织、印染等行业经常会使用定型机对棉织品进行拉幅和热定型，定型机内的温度通过循环风机送入的热风调节。由于风机在工频下运行风速不变，送入热风的多少只有调节风门或挡风板开度的大小。不仅造成了大量能源浪费，当风门调节失灵或调节不当甚至造成定型机失控，影响产品质量。此外，由于风机高速起动和恒功率运行，传送带与轴承之间磨损非常严重，使传送带成为易耗品。采用变频调速后，利用温度传感器采集定型机温度，控制变频器自动调节风机速度实现控温。不仅提高了产品质量，同时变频器的低速起动，可以减少传送带与轴承的磨损，延长设备寿命。因为风机、泵类负载的耗电功率基本与转速的三次方成比例，采用变频器调速后，节电率可达20%～60%。目前得到推广的恒压供水是泵类使用变频控制的典型应用，恒压供水如消防、喷灌、高层供水等。目前空调、冰箱等家用电器也采用变频调速技术，取得很好节能效果。（2）自动控制系统应用变频器内置有32位或16位中央处理器，具有多种逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度高达0.1%～0.01%，并且设置有完善的检测和多种保护功能，在工业自动控制中得到广泛的应用。如应用于传送、起重、挤压等控制领域；在化纤、玻璃制造工业中的卷绕、拉伸、搅拌；在机械加工中的金属切削；中央空调系统调速，大型锅炉的风机调速、鼓风调速；电梯的智能控制等。（3）提高工艺水平和产品质量由于可调电动机转速，使得机床设备在传送，加压等控制中大大提高了精度，使产品质量获得改善。此外，减速起动、减速停止避免了设备冲击和噪声，延长设备使用寿命。甚至变频技术可以改变原有工艺流程，简化机械系统，使操4作和控制更加方便，提高整个设备功能。2.变频器的工作原理电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组，交-直-交型变频器结构见图一。图一电压型变频器主电路（1）整流电路VD1～VD6组成三相不可控整流桥，220V系列采用单相全波整流桥电路；380V系列采用桥式全波整流电路。（2）中间滤波电路整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波；滤波电容CF除滤波作用外，还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰、提高功率因素，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而要在电容充分放电后才可进行操作。（3）限流电路由于储能电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大，过大的电流会损坏整流桥二极管，为保护整流桥上电瞬间将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流，当CF充电到一定程度时由开关SL将RL短路。5（4）逆变电路逆变管V1～V6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元。（5）续流二极管D1～D6其主要作用为：电机绕组为感性具有无功分量，VD1～VD7为无功电流返回到直流电源提供通道。当电机处于制动状态时，再生电流通过VD1～VD7返回直流电路。V1～V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也需要D1～D6提供通路。（6）缓冲电路由于逆变管V1～V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，C极和E极间的电压将由近乎0V上升到直流电压值UD，这过高的电压增长率可能会损坏逆变管，吸收电容的作用便是降低V1～V6关断时的电压增长率。（7）制动单元电机在减速时转子的转速将可能超过此时的同步转速（n=60f/P）而处于再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线（滤波电容两端）电压UD不断上升（即所说的泵升电压），这样变频器将会产生过压保护，甚至可能损坏变频器，因而需将反馈能量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元由开关管与驱动电路构成，其功能是用来控制流经RB的放电电流IB。3.西门子MM420变频器模拟信号操作控制西门子MM420变频器可以通过3个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制，可通过基本操作板BOP的，按增加，减少输出频率，来设置正反向转速的大小；也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。西门子MM420变频器为用户提供了一对模拟输入端口AIN＋和端口AIN－，即端口“3”和端口“4”。(1)实训内容6用自锁按钮SB1和按钮SB2，控制西门子MM420变频器，实现电动机的正转和反转功能，由模拟输入端控制电动机转速的大小，DIN1端口设为正转控制，DIN2端口设为反转控制。（2）电路接线如图二所示，西门子MM420变频器的“1”、“2”输出端为用户的给定单元提供了一个高精度的＋10V直流稳压电源。转速调节电位器RP1串接在电路中，调节RP1时，输入端口AIN＋给定模拟输入电压改变，变频器的输出量紧紧跟踪给定量的变化，平滑无级地调节电动机转速的大小。4.参数设置（1）检查电路接线正确后，合上主电源开关QS。（2）恢复变频器工厂默认值：设定P0010＝30和P0970＝1，按下P键，开始复位，复位过程大约为3min，这样就保证了变频器的参数恢复到工厂默认值。（3）设置电动机参数：电动机参数设置见表1。电动机参数设置完成后，设P0010＝0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。（4）设置模拟信号操作控制参数。模拟信号操作控制参数，见表1。L1L2L3UVW85612349～380VQSMM420M3～RP1+10V0V+24VSB2SB1图二模拟信号操作控制7表1模拟信号操作控制参数参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P000407命令和数字I／OP070022命令源选择“由端子排输入”P000312设用户访问级为扩展级P000407命令和数字I／OP070111ON接通正转，OFF停止P070212ON接通反转，OFF停止P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100022频率设定值选择为“模拟输入”P108000电动机运行的最低频率（Hz）P10825050电动机运行的最高频率（Hz）5.操作控制（1）电动机正转。按下电动机正转自锁按钮SB1，数字输入端口DIN1为“ON”，电动机正转运行，转速由外接电位器RP1来控制，模拟电压信号从0～+10V变化，对应变频器的频率从0～50Hz变化，对应电动机的转速从0～1492r／min变化。（2）当放开自锁按钮SB1时，电动机停止。（3）电动机反转。按下电动机反转自锁按钮SB2，数字输入端口DIN2为“ON”，电动机反转运行，与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器RP1来调节。（4）当放开自锁按钮SB2时，电动机停止。四、实训总结经过了这次变频器实训，我掌握了交-直-交变频器的使用方法，懂得了变频调速的原理。对变频器有了一定的认识，特别是通过变频器参数的设置来控制电动机的运转。在实训期间，我遇到了不少棘手的问题。首先对变频器的了解不足，导致在实训过程中处处碰壁。，因为弄不清参数的设置，导致多次的试8验都以失败告终。后来认真听取老师的讲解，查找相关资料之后，最终弄明白了。在实验的过程中，电路连接和参数设置是两大主要问题。接线可能会出现虚接、漏接等问题。由于要设置的参数很多，有时一个不留意就会设置错误或者漏设，导致实验的失败，拖慢了整个试验的进度。有时当自己百思不得其解的时候，同学的一句话，或者一个提示都可以令问题变得很简单，因此团体协作是非常重要的，他会另问题变简单，令你的工作得心应手。在这个实训过程中，我学到了很多很多。这些都是我在普通课堂中学不到的，虽然实训已经结束，但它对我的影响却是永远的。它会影响着我以后的学习与工作，为我的前进提供无尽的动力。使我明白了在实际工作中应该如何学习并掌握新的知识与技能。也让我增长了工作经验，提高自己的认知领域。不断丰富、完善自己。让自己能够尽快适应社会、融入社会。无论是什么样的人什么专业什么样的学历什么样的工作，都可以好好的努力，展现自己的能力，把握住属于自己的机会。没有事