變頻器基本原理介

紹科達公司海上項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單原理，日常維護，簡單參數的設置，故障的對策。變頻器在一變多控系統中的作用。在這個系統中，變頻器作為PROFIBUS從站，接受主站的控制，它起著：1：調節電潛泵的電壓。2：控制電潛泵的轉速。變頻器的基本原理交流變頻調速器的主要調速對象是交流感應電動機，變頻器對交流電機實施調速的過程中，其輸出電壓和輸出頻率的變化必須遵守一定的規則。這就是我們通常說的變頻變壓（VVVF）的基本原則。1、變頻變壓的基本原理三相感應電機的轉速：n=60f(1-s)/pn：電機的轉速；

p：電機的極對數；f：輸入交流電源頻率；

s：電機的轉差率。通過對公式的分析，發現影響電動機轉速有三個元素：電源頻率、電動機的極對數、電動機的轉差率。即有三種調速方法：變頻調速、變極調速、變轉差率調速。其中變轉差率調速主要包括調壓調速、串極調速等，在變頻調速未問世以前是主要的調速手段。交流電機是通過內部旋轉磁場來傳遞能量的為了保證交流電機能量傳遞的效率，必需保持氣隙磁通量為恒定值。如果磁通量太小，不能充分發揮電機的能力，導致出力不足。反之，如果磁通量太大，鐵芯過度飽和，會導致勵磁電流過大，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。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。三相異步電動機定子每項電動勢的有效值為Eg=4.44fNΦEg：定子每相由氣隙磁通感應的電動勢；

f：定子頻率；N：定子相繞組有效匝數；

Φ：每極磁通數。只要控制好Eg和f便可達到控制磁通φ的目的。基頻以下調速

Eg1/f1=Eg2/f2=常數即采用恒定的電動勢頻率比的控制方式

U/f=常數這是恒壓頻比的控制方式fU基頻以上調速在基頻以上調速時，頻率可以往上增高，但電壓卻不能超過額定電壓，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恒轉矩調速 恒功率調速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

-預充電電阻3：SIMOVERT

MASTERDRIVES系列變頻器的應用1：結構上分為緊湊型、書本型、裝機裝柜型、調速柜。2：結構特點所有結構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，功能強大，便于用戶使用。4：豐富的選購件，便于實現特殊控制功能。5：在平臺上使用的變頻器是調速柜+dv/dt濾波器的結構，主控板為CUVC，選件板是CBP板。3.1：西門子變頻器的調試原則給定源模擬量輸入外部端子排標準傳動V/F特性通用電機固定設定外部端子排轉矩調整轉矩控制NEMA感性電機電動電位計外部端子排加速驅動速度控制同步電機SIMOLINK通訊SIMOLINK通訊大負載沖擊頻率控制PROFIBUS通訊PROFIBUS通訊重負載啟動命令源 工藝條件 控制方式 電機規格3.2：參數的可變性必須包含有：一個功能數據組或電機數據組或BICO參數，用在參數標號中大寫字母未被定義。參數的存取必須得到改變參數源的同意，P053存取設定。（見下一頁的描述）必須選擇一個包含有參數變更的菜單。裝置必須處于允許改變參數的狀態。P053定義參數化接口功能參數0124無接口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：工廠設定6，是2和4的和，這就意味著參數化可以經過PMU和串行接口1或OP1S完成。3.3：改變參數的方法通過PMU進行參數設置。特點是參數太多，數值不直觀，需要配合《使用大全》進行設置。標準配置。通過0P1S進行參數設置。是一個可選擇的輸入/輸出單元，通過簡單的文字顯示；同時還有讀取、傳輸功能；使用比較方便。選購件通過SIMOVIS

(USS)軟件進行參數設置。通過軟件可以方便快速進行參數設置，節約時間。需要通訊電纜，軟件在隨機的光盤中。3.3-1 PMU

的操作Serial

interfaceIOPPMU操作鍵及其含義I開機鍵傳動系統接電。如果故障，回到故障顯示。O關機鍵傳動系統斷電。通過OFF1-3，決定于參數。反轉鍵傳動系統轉向改變。用P573、574激活。P切換鍵按一定的順序在參數號、參數標號、參數值之間轉換。如果激活故障，故障確認。增大鍵增加所顯示的值。點動數值逐步增加；按緊數值快速增加。減小鍵減小所顯示的值。點動數值逐步減小；按緊數值快速減小。PPPMU

X300串口691

n.c不用2RS232

RxD通過RS232接收數據3RS485P通過RS485D的數據4Boot軟件更改的控制信號5M5VP5V的參考電位6P5V5V輔助電源7RS232

TxD通過RS232發送數據8RS485N通過RS485的數據9n.c不用功能：變頻器和PC的通訊，或連接OP1S。

5

1針

名稱

含義參數設置步驟1：參數恢復到出廠設定。P53=6P60=2P366=0P970=02：簡單應用參數設置。3：專家應用參數設置。功率部分定義。（如果更換了CUVC板）配置電子板。

（PROFIBUS通訊板）系統設置。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CBP板P918.01=？輸入CB總線地址返回參數菜單3.3-3系統設定（參數值針對平臺變頻器應用）P60=5P95=10系統設置P68=2輸出配置dv/dt濾波器P71=690輸入電源電壓異步電機P100=1V/F控制P101=？電機電壓P102=？P114=0電機電流P107=50電機額定頻率P108=電機額定轉速工藝條件P115=1計算電機模型P330=1特性（風機、泵）3.3-3系統設定（參數值針對平臺變頻器應用）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速參考值P384.01=110

電機負載限制P452=100正向旋轉的最大速度P453=0P128=0反向旋轉的最大速度P107=50電機額定頻率P60=1返回參數菜單，同時校驗輸入的參數是否合理最大輸出電流P462=10加速時間3.3系統設定（參數值針對平臺變頻器應用）P463=0加速時間的單位秒）P464=10減速時間P465=0加速時間的單位（秒）以上參數僅是部分參數。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(錯誤的連接)KK

K

BxxxPxxx.BKBxxxPxxx.BKKPxxx.BPxxx.B功能塊的連接大量的開環和閉環控制功能、通訊及監控功能和操作控制器功能可以在變頻器軟件中功能塊來完成，這些功能塊可參數設置和自由連接。相互連接的方法相當于將各種不同的功能單元用工程方法進行電氣連接，相當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軟件來完成。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開關量連接器。它只有兩種狀態“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語。兩個功能塊之間的連接包含了一側上的連接器或開關量連接器，另一側必須有一個BICO參數。舉例說明P554.B（5）BSrc

ON/OFF1Src

ON/OFF1在控制字1的位0，是B參數，只能連接開關量。它的出廠值是5，5就是PMU上啟動、停止的輸出。將P554的值設置為5，就可以用PMU來控制變頻器的啟動和停止。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，即電動電位計的輸出。將P443設置為58，就能用電動電位計來控制變頻器的輸出頻率。備注1：開關量名的描述參閱《使用大全》矢量控制開關量表.備注2：連接器名的描述參閱《使用大全》矢量控制連接量表.參數表說明P573Src

MOP

UP參數描述數據讀/寫選擇讀入增加電動電位計指令(控制字1的位13)開關量的BICO參數.573Index1:8Unit:-Indices:2BDSType:L2,B菜單:-參數菜單+控制字和狀態字-讀取/隨意存取更改條件:-待機-運行數據欄說明:Dec,Plc:參數值小數點后的位數

Index1:工廠設定,例子中選擇開關量8Unit:參數的單位Indices:參數的標號,層BDS

:BICO數據組FDS:功能數據組

MDS:電機參數組lnit:參數初始值Max:參數設置最大值

Min:參數設置最小值Type:參數類型O2

:16位無符號數值I2

:16位帶符號數值

I4

:32位帶符號數值

L2

:Nibble碼V2:比特碼參數

C:單字連接量

CC:雙字連接量

B:開關量前面介紹了功能塊和連接器。我們需要實現的功能，用連接器將功能塊連接起來。這個連接的過程也就將參數進行了設置。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端子標志含義范圍1P24

AUX輔助電源DC24V/150mA2M24

AUX參考電位0V3DIO1開關量輸入/輸出124V,10mA/20mA4DIO2開關量輸入/輸出224V,10mA/20mA5DIO3開關量輸入/輸出324V,10mA/20mA6DIO4開關量輸入/輸出424V,10mA/20mA7DI5開關量輸入524V,10mA8DI6開關量輸入624V,10mA9DI7開關量輸入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P651—P654必須設置成0。其狀態用r646參數顯示。控制字1的說明Bit

o開/關（1）命令Bit

8點動開機1命令Bit

1關機OFF2命令Bit

9點動開機2命令Bit

2關機OFF3命令Bit

10PLC控制命令Bit

3逆變器使能Bit

11順時針旋轉命令Bit

4斜坡函數發生器封鎖命令Bit

12逆時針旋轉命令Bit

5斜坡函數發生器保持命令Bit

13電動電位計增加命令Bit

6設定值使能命令Bit

14電動電位計減小命令Bit

7確認命令Bit

15外部故障命令狀態字1的說明Bit

o開機準備信號Bit

8

設定值-實際值偏差信Bit

1運行準備Bit

9需號要控制PZD信號Bit

2運行信號Bit

10達到比較頻率Bit

3故障信號Bit

11低電壓故障信號Bit

4OFF2信號Bit

12主接觸器接通信號Bit

5OFF3信號Bit

13斜坡函數發生器激活Bit

6開機封鎖信號Bit

14順時針旋轉信號Bit

7報警信號Bit

15KIP/FLN激活PROFIBUS網絡中過程數據互連傳送示意圖PROFIBUS模塊指示燈的含義LED狀態紅閃閃斷由于EMC干擾，總線連接器拉出，連接極性接錯，對于可用數據主站沒有提供接點號等原因，沒有可用數據PROFIBUS傳送。黃綠LED狀態診斷信息紅閃CBP運行，電源接通黃閃與基本單元無差錯數據交換綠閃通過PROFIBUS可用數據無差錯傳送LED