变频器的作用与基本原理是什么 变频器速度控制方式

变频器的结构与原理

目前公司变频器使用类型比较多，常用的有SEW、AB、三菱、伦茨等品牌。

一、变频器的作用与基本原理

变频器能实现对交流异步电机的软起动、无级调速、提高运转精度、改变功率因数、节能、过流/过压/过载保护等功能。变频调速技术的理论基础是三相交流异步电动机的转速与频率成正比，与极对数成反比，即：n=（1-s）60f/p其基本原理框图（应用最多的类型）是：

图8-1：变频器原理框图即三相（单相）交流电经过整流电路转换为直流电源，然后再逆变成三相交流电动机使用的经过调制的等幅脉动直流，脉动直流密度与对应交流应获得幅值成正比。输出驱动电流使用了脉冲宽度调制技术（PWM）。由于输出的波形是脉动直流，所以变频器对电网的谐波干扰非常大。

二、变频器速度控制方式

变频器常见的频率给定方式主要有：操作器键盘给定、接点信号给定、模拟信号给定、通讯方式给定等。1、操作键盘给定通过操作键盘给定速度，手工或自动操作启动、停止变频器。2、接点信号给定通过外部开关接点组合代码来选择速度，而速度要在参数表设置。3、模拟信号给定包括0-5VDC、（0）1-10VDC、20mA电流、电位器给定等。4、通讯方式给定通过总线或其它接口，由另一个控制器把速度写入变频器特定的缓冲字中。

三、外部接线

下图是一个三菱变频器接线的例子，这是变频器使用极其典型的电路。

图8-2：变频器的外部接线方式图中，使用了接点信号给定的速度输入方式。三级速度、停止、复位、正转、反转等都由PLC输出控制，运行、异常报警信号接入PLC输入端。

四、工作方式与运行特性

变频器由于其控制上的柔性，可以获得多种改良特性。

（一）工作方式：基本工作方式有恒转矩、恒功率两种。1、恒转矩控制根据转矩与“电压/频率”比值的平方成正比的数学关系，我们知道，要实现恒转矩方式，必须保持U/f为常数。这就是为什么恒转矩控制方式下，频率下降，输出电压也要跟着同比降低的原因。2、恒功率控制从电动机功率：P= MΩ=M*2лn/60=M*n/9554及转矩与（U/f）的平方成正比的关系，要实现恒功率调速，就必须保证U ^2/f为常数。

（二）变频器主要运行特性分析

1、额定频率以上调速特性分析在额定频率以上时，电压不允许继续增加，此时频率可以上升。具体上升幅度，与电机机械构件有关。根据以上数学关系可以得出两点结论：结论1：输出功率应与频率成反比，即功率将随着频率上升反比降低。结论2：电机转矩将随频率的平方成反比而快速下降。这个结论告诉我们，要在额定频率以上升速时，电动机和变频器都应该有较大的余量。2、变频时，电机的起动电流、起动转矩怎样？

采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下。一般根据机种不同，为125%~200%。而用工频电源直接起动时，起动电流为额定电流5~7倍。采用变频器传动，起动电流一般为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩。3、低频转矩补偿　频率下降时，由于交流阻抗变小而直流电阻不变，内阻压降占比上升将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f，要使输出电压提高一些，以便获得一定的起动转矩。这种补偿称增强起动，也即所谓的低频转矩补偿。补偿方法有多种，有自动进行的方法、选择V/f模式等。4、再生制动电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为异步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。如果整流器为晶体管桥，发出的电能还可以回馈到电网。5、变频器辅助制动　　从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20%。如采用选用件制动单元，可以达到50%~100%。6、挖土机特性电机负荷到极限状态时要自动进行电流限制。目的是使电机持续维持最大转矩，即使发生堵转，变频器也不会跳闸，即实现所谓挖土机特性。该特性需要专用的电路来实现。

图8-3：挖土机特性曲线图7、加（启动）减速方式变频器从一个速度过渡到另外一个速度的过程称为加减速，如果速度上升则为加速，速度下降则为减速。加减速方式主要有以下几种：

（a）直线加减速 （b） s型曲线加减速图8-4：加减速特性曲线（1）直线加减速变频器的输出频率按照恒定斜率递增或递减。变频器的输出频率随时间成正比地上升，大多数负载都可以选用直线加减速方式。一般定义加速时间为变频器从零速加速到最大输出频率所需的时间（t1）。减速时间则相反，为变频器从最大输出频率减至零频率所需的时间（t2）。在有些变频器定义中，加减速时间不是以最大输出频率fmax为基准，而是固定的频率（如50HZ）。加减速时间必须根据负载要求适时调整，否则容易引起加速过流和过压、减速过流和过压故障。注意直线加减速时，速度是无级的，而加速度是有级的。（2）s曲线加减速变频器的输出频率按照S型曲线递增或递减。要实现电机的S曲线启动，需在变频器内选择S曲线功能，现在的变频器一般都有S曲线功能。S曲线划分为3个阶段的时间，S曲线起始段时间如图中①所示，这里输出频率变化的斜率从零逐渐递增；s曲线上升段时间如图中②所示，这里输出频率变化的斜率恒定；s曲线结束段时间如图中③所示，这里输出频率变化的斜率逐渐递减到零。将每个阶段时间按百分比分配，就可以得到一条完整的s型曲线。因此，只需要知道三个时间段中的任意两个，就可以得到完整的s曲线，因此在某些变频器只定义了起始段①和上升段②，而有些变频器则定义两头起始段①和结束段③。S曲线加减速，非常适合于输送易碎物品的传送机、电梯、搬运传递负载的传送带，以及其他需要平稳改变速度的场合。例如，电梯在开始起动以及转入等速运行时，从考虑乘客的舒适度出发，应减缓速度的变化，以采用S形加速方式为宜。注意S曲线加减速时，速度是无级的，加速度也是无级的。

五、参数表

变频器的参数表是维修人员必须掌握的，维修人员除了掌握接线方法外，还必须详细阅读所有参数及设置方法。事实上，变频器的参数九成左右都是出厂时设置好的，实际应用时，一般要修改的参数不超过10%。经常需要修改的参数一般有：1、参数保护开关：用于保护不被修改，编辑参数时，要打开。2、自动目标速度外部开关输入有三个控制点：高速、中速、低速，这三个点的编码还可以选择更多的速度。具体速度可以在参数表中设定。3、点动速度变频器点动运行速度。4、U/F特性选择U/F控制方式，一般变频器都会提供类似的选择。5、加、减速时间不合适的加减速时间设定，会引起过电流报警。6、启动扭矩或启动电压主要用于低频启动时适度提升电压，以获取更大的启动扭矩。7、电子热继电器设置变频器过载保护电流，注意这个电流要根据电动机负荷来设置，否则就起不到保护电机的作用。8、输入方式选择速度输入方式。9、最大频率变频器允许的最大频率等等，一般变频器都有100个以上的参数，具体参数细节要参照变频器手册。参数表的输入方式有两种：一是使用袖珍键盘输入，它可以直接安装在变频器上；二是使用专用笔记本电脑软件。

8.2 SEW MDX60/61B变频器维修使用指导书

一．MDX60/61B系列变频器概述

1、型号含义：型号：MDX61 B 0011 – 5 A 3 – 4 – 00系列号 版本 电机功率 电压 无线干扰抑制 3相 象限 版本5：380-500V A、B：干扰抑制2：200-230V 0：无2、规格：该型变频器按功率大小，可以分为规格1-规格7（或尺寸0-尺寸6），规格1功率最小，规格7功率最大。

3、概况MDX61B相对60B有更多可选件，且可以带反馈控制。MDX60B有如下现场总线接口：• PROFIBUS DP/FMS、INTERBUS-S、CAN、Device-Net （准备）MDX61B还有：l EtherNet、EtherCatMDX还有PLC卡、位置控制板、扩展I/O、同步控制器、编码器接口、制动器等可选件。IPOS：内部逻辑控制与位置控制功能。该型变频器有如下种类：

VFC：电压矢量控制CFC：电流矢量控制

二、变频器接线图（一）主电路

图8-6：变频器应用主电路图（二）控制电路

图8-7：变频器应用控制电路图

三．DBG60B参数写入单元

写入单元只适合与VFC控制，其它模式变频器必须使用MOVETOOLS软件。

（一）构成

STOP：终止运行，可以通过RUN或者重新送电恢复。RUN：运行。DEL/左箭头：删除键，光标左移，部分子菜单状态的退出。OK/右箭头：确认键，光标右移。语言选择键：用于选择语言。切换键：显示模式到编辑模式之间切换。菜单选择键：选择上下文菜单。10 个数字键：输入数字。“±”号：切换正负号。小数点：输入小数点。

（二）连接写入单元

1、把电缆插到XTerminal接口。2、在出现SEW标志后几秒，用语言选择键选择语言种类，并用OK键确认。（三）启动与停止1、用STOP键可以停止变频器工作，或对故障进行复位。2、用RUN键重新启动变频器。3、参数P70可以屏蔽这两个键。

（四）菜单

1、菜单结构：通过菜单选取键进入上下文菜单，并用OK键激活：

2、参数模式：

3、变量模式：Ø 变量模式显示变量H…。Ø 对变量的操作与修改与对参数的操作相同。Ø 变量值以十进制/十六进制显示。4、基本显示：X.XX rpm ， X.XXX Amp ， 状态显示和 IPOS 操作显示。5、Wake-up参数：Ø 所谓唤醒参数就是送电后的显示屏幕。进入本项显示wake-up数据。Ø 它可以包括如下选项：基本显示；参数模式中的参数；用户菜单下的参数；变量模式下的H变量。Ø Wake-up设定方法：1）按菜单键进入上下文菜单“Wake-up参数”；2）选择要纳入的显示内容对应项目，如参数模式、变量模式等，OK键确认；3）选择要显示的具体数据，OK键确认；4）按菜单键返回上下文菜单；5）选择第12项“XXXX唤醒参数”，OK键确认。其中XXXX就是选定的项目。

6、手动操作：注意变频器禁止信号此时必须为1。Ø 用菜单键进入上下文菜单“手动操作”，OK键确认。Ø 通过10位数字键或用上下箭头设定速度。Ø 通过 START/STOP 按钮进行起停操作。Ø 手动运行只能通过键或激活出厂设定来退出。手动运行在移去DBG60B后继续有效。7、初始化（START-UP）操作：Ø 初始化设定 VFC & groups 和 VFC模式。Ø 菜单设置与 DBG11相同。以下数据是必需的：Ø 电机型号 （SEW 或非 SEW 电机）。Ø 技术数据。例如：电压和频率。对非SEW电机还需要一些附加数据：电流、cos j、速度等。Ø 电网电压。Ø 闭环控制需要编码器数据（型号和分辨率） stiffness和转动惯量。8、 拷贝到DBG操作面板上：选择此项把变频器数据拷贝到DBG内存，OK键确认。9、 拷贝到MDX内：把存有参数的DBG插到一台新的变频器上，选择此项，OK键确认。则把变频器数据拷贝到另一台变频器的MDX存储卡。10、用户菜单：Ø 是用户常用参数，可以添加删除，最多不超过50个。供货状态为DBG60的短菜单，包含了最常用的参数。用户菜单前加“”表示。这些参数顺序不能自动分类。

Ø 增加用户菜单项目：1）按菜单键调出上下文菜单。2）选择“参数模式”，OK键确认。3）按菜单键返回上下文菜单。4）选择“增加PXXX”，XXX就是选定的参数。OK键确认。Ø 删除用户菜单项目1）按菜单键调出上下文菜单。2）选择“用户菜单”，OK键确认。3）选择要删除的参数，OK键确认。4）按菜单键返回上下文菜单。5）选择“删除PXXX”，XXX就是选定的参数。OK键确认。11、增加 P0000：用来增加用户菜单参数。方法见10。12、删除P0000：用于删除用户菜单参数。方法见10。13、XXXX唤醒参数：参见“5、Wake-up参数”，两项配合使用。Ø 定义唤醒参数菜单显示。Ø xxxxx 可包括 P xxx （参数），H xxx （IPOS-变量） 或基本显示。Ø xxxxx 表示最后有效显示值。14、供货状态：键盘中所有数据将删除。不要与参数 802 （出厂设置）混淆。15、系统设定：设定LCD 对比度， LED 控制 （背景显示），波特率和硬件版本。16、退出：可通过wake-up 参数或基本显示离开此菜单。

四．调试（一）开发软件：软件名称：MOVITOOLS。适用于各类型的MDX变频器调试、维修。具体用法：略。开发软件连接接口方式如下：1、USB接口方式：转换器：选用USB11A转换器到PC：USB线。MDX到转换器：RJ10-RJ10连接线。

图8-9：USB接口方式2、RS232接口方式：转换器：选用UWS21B转换器到PC：9针RS232连接线。MDX到转换器：RJ10-RJ10连接线。

（二）变频器调试：用DBG60B可以调试VFC运行方式的应用。CFC、SERVO运行方式调试必须使用MOVITOOLS软件。使用DBG6B对变频器调试步骤如下：

（三）电动机启动

下表是以利用外部端口启动为例时，X13端子控制状态。

图8-10：电动机启动控制时序图

五．参数管理

（一）存储卡在更换变频器时，如果原来变频器使用了存储卡，则可以把存储卡直接换到新的变频器上，无须重新写入数据。

（二）参数一览该类变频器参数共十组，每组由有子参数组，其下才是具体参数。

读懂参数，并能根据设备实际需要进行设置、调试是学习变频器要求掌握的基本技能。下面列表中号码涂红的参数是用户要重点关注的。

1、 参数组0：显示值00_过程值（显示）：

01_状态（显示）

02_模拟量输入（显示）

03_到06_I/O二进制状态（显示）

07_系统参数（显示）

08_故障寄存器（显示）

09_总线监控（显示）

2、 参数组1：转速设定/斜率发生器10_转速设定选择

11_模拟量输入AI1

12_模拟量输入AI2（扩展可选件）

13­_转速斜坡1

14_转速斜坡2：与13_完全相同。15_电动电位计斜坡

16_/17_固定设定转速

P60X用于自由定义X13端子作用，该参数设置一个FIX SETPT SW OV端子后（如DI06-DI07），可以实现两组固定点转速之间的切换。

3、 参数组2：控制器参数

这组参数有三个作用：1）配置变频器控制性能参数，以优化性能；如增益、滤波、前馈等；2）配置同步控制参数；3）配置过程控制参数。具体内容此次培训略，实际使用参考厂家参数说明书。

4、 参数组3：电机参数

30_/31_限幅

32_/33_电机补偿

34_电机保护功能

Ø P340是依据电机利用率实现电机热保护的；Ø 电机利用率是一个综合参数：控制器的输出电流、风冷形式、电机的转速和运行时间。35_电机转向

以上为常用参数，下面参数简单介绍。

5、 参数组4：参考信号

用于监视速度、电流，当速度或电流达到、不等于或处于某个区间内时，输出外部信号。

6、 参数组5：监控功能

50_转速监控；用于同步控制反馈监视的有效性。51_同步操作监控；监视同步操作反馈故障。52_电源关闭响应

53_530/531：传感器类型1/2。取值：无或TF/TH/KTY。仅用于DS/Cm电机。默认为无传感器。54_减速机机械故障监视55_DCS安全监视56_电流极限EX-e电机

7、参数组6：端子分配60_/61_二进制输入

（后图箭头反）62_/63_二进制输出

（后图箭头反）64_模拟量输出（可选件）

模拟量输出选项：

8、 参数组7：控制功能

操作模式选择、静态电流、停车功能、制动功能、转速跳跃等功能设置。700/701：运行方式1/2。默认VFC方式，参数1/2分别有多达18/5种选择。其余略。

9、 参数组8：系统功能80_设定

其它数据为通讯、故障管理等，略。

10、 参数组9：IPOS参数

精确定位控制相关参数，略。

六．运行与维护（一）7段数码管显示器

显示设备运行状态及故障时的故障代码。

（二）故障信息及处理步骤l 故障代码

故障代码在7段数码管显示，显示方式是依次顺序出现F—故障代码百位—故障代码十位—故障代码个位。

l 故障存储器参数P080-084记忆了最后五次的故障状态。这些状态包括：发生故障、二进制输入/输出状态、变频器运行状态、变频器状态、散热片温度状态、转速、输出电流、有功电流、设备利用率、DC侧直流电压、接通时间、启动时间、参数设置、电动机利用率l 故障的三种响应状态

立即关闭：设备不制动，输出关断。迅速停止：输出关断，以t13/t23斜坡制动。紧急停止：输出关断，以t14/t24斜坡制动。

l 出现故障后的处理步骤：1、把变频器恢复到禁止状态。2、检查报警代码，并查询代码提示，并处理故障。3、对变频器复位（重送电、外部复位（配置X13）按钮、编程器复位等），恢复工作。

编辑：黄飞