主頁（yè） > 新聞動態 > 變頻器基本結構功能及變頻調速係統PLC控製設計思路 2021-12-16

變頻器基本結構功能及變頻（pín）調速（sù）係（xì）統PLC控製設計思路

變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入（rù）頻率成正比的關係（xì）： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分（fèn）別表示轉速、輸入頻（pín）率、電機（jī）轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器（qì）就是基於上述原（yuán）理采用交-直-交電源變換（huàn）技術（shù），電力電子、微（wēi）電腦控製等技術於一身的綜合性電（diàn）氣產品。
一、變頻器的基本結構：
目前，變頻器的變換環節大多采（cǎi）用交－直－交變頻變壓方式。交－直－交變頻器是先把工頻交（jiāo）流電通過整流器變成（chéng）直流電，然後再把直流電逆（nì）變成頻率、電壓可調的交流電。通用變頻器主要由主電路和控（kòng）製電路（lù）組成（chéng），而主電路又包括（kuò）整流電路、直流中間電（diàn）路和逆變電路三部分，其基本構成框（kuàng）圖如圖所示。

1.變頻器的主電路：
下圖所示為通用（yòng）變頻器的主電路（lù），各部分的作用見表

整流電路部分：將頻（pín）率固定的三個交流電變換成直流（liú）電
作用：將交流電變（biàn）換成脈動直流電。若電源線電壓為（wéi）UL,則整（zhěng）流後的平均電壓UD=1.35UL濾平橋式整流後的電壓紋波，保持直流電壓平穩接通電源時，將電容（róng）器CF的充電（diàn）衝擊電流限製在允許範圍內，以保護（hù）整流橋。而當（dāng）CF充電（diàn）到一定程度時，令開關S接通，將RL短路（lù）。在有些變頻（pín）器裏，S由晶閘管代替HL除了表示（shì）電源是否接通外（wài），另一個功能（néng）是變（biàn）頻器切斷電源後，指示電容器CF上的（de）電荷是否已經釋放完畢。
逆變電路部分：將直流電逆變成頻率、幅值都可調的（de）交流電
作用：通（tōng）過逆變管V1~V6按一定規律輪流導通（tōng）和截止，將直流電（diàn）逆變成頻率、幅值都可調的三相交流電在換相過程中為電流提供通路限製過高的電流和電壓，保護逆變管免遭損壞（huài）當電動（dòng）機減速、變頻器輸（shū）出頻率（lǜ）下降過快時，消耗因電動機處於再發生電製（zhì）動狀態而回饋到直流電路中的能量，以避免變（biàn）頻器本身（shēn）的（de）過電壓保護電路動作（zuò）而切斷變頻器的正常輸出。
2.變頻器的控製電路
變頻器的控製電路為主電路提供控製信號，其主要任務是完成對逆變器開（kāi）關元件的開關控（kòng）製（zhì）和提供多種（zhǒng）保護功能。控製方式有模擬控製和數字控製兩種。通用變頻器控（kòng）製電路的控製（zhì）框圖（tú）如下圖所示，主要由主控板、鍵盤與顯示板、電源板與驅動（dòng）板、外接控製電路等構成。各（gè）部分的功能見表。

1）主（zhǔ）控板
主控板是變頻器運行的控製中心（xīn），其核心器件是控製器（單片微（wēi）機）或數字信號處理器（qì）（DSP），其主要（yào）功（gōng）能（néng）有：
(1)接受並處理從鍵盤、外部控製電（diàn）路輸入的各（gè）種信號，如修改（gǎi）參數、正反轉指令等
(2)接受並處理內部的各種（zhǒng）采樣信號，如主電路中（zhōng）電（diàn）壓與電流的采樣信號、各部分溫度的采樣信號、各（gè）逆變管工作狀態的采樣信號等
(3)向外電路發出控製信號及顯示信號，如正常運行信號、頻率到達信號等，一旦發現（xiàn）異常情況（kuàng），立刻發出（chū）保護指令進行保護或（huò）停車，並（bìng）輸出故障信號
(4)完成SPWM調製，將接受的各種信號（hào）進行（háng）判斷和綜合運算，產生相（xiàng）應的SPWM調製指令，並分配給各逆（nì）變管的驅（qū）動電路
(5)向顯示板和顯（xiǎn）示屏（píng）發出（chū）各種顯示信號
2）鍵盤與（yǔ）顯示板
鍵盤（pán）與顯示板（bǎn）總是組合在一起（qǐ）。鍵盤向主（zhǔ）控板發出各種信號或（huò）指令，主要用於向變頻器發出運行控（kòng）製指令（lìng）或修改運行數據（jù）等
顯（xiǎn）示板將主控（kòng）板（bǎn）提供（gòng）的各種（zhǒng）數據進行顯示，大部分變頻器（qì）配置了液晶或數碼管顯示（shì）屏，還有指（zhǐ）示燈，還有RUN（運行）、STOP（停止）、FWD（正轉）、REV（反轉）、FLT（故障）等狀態指示燈和單位指示燈，如HZ、A、V等。可以完成以下指示功（gōng）能：
(1)在運行監視模式下，顯示各種（zhǒng）運行數據，如頻率、電壓、電流等
(2)在參數模（mó）式下，顯示功能碼和數據碼（mǎ）
(3)在故障狀態下，顯示故障原因代（dài）碼
3）電源板與驅動板
變頻器（qì）的內容電源普遍使用（yòng）開（kāi）關穩壓電（diàn）源，電源板主要提（tí）供以下直流電源：
(1)主控板（bǎn）電源（yuán）具有（yǒu）極（jí）好穩定性和抗幹擾能力的一（yī）組直流電源
(2)驅（qū）動電源（yuán）逆變電路中上橋臂的三隻逆變管驅動電路的電源是相互隔離的三組獨立（lì）電源，下橋臂三隻逆變管驅動電源則可共“地”。但驅動電源與主控板電源必須可靠絕緣
(3)外控電源為變頻器（qì）外電路提供的穩恒直流（liú）電源
中小功率變頻器驅動電路（lù）往往與電源電路在同一塊電路板上，驅動電路接受主控板發來（lái）的SPWM調製信（xìn）號，在進行光電隔離、放大後驅動（dòng）逆（nì）變管（guǎn）的開關工作
4）外接控製電路
外接電路可實現由電位器、主令（lìng）電器、繼電器及其他（tā）自控設備對變頻器的運行控（kòng）製，並輸出其運行狀態、故障報警、運行數據信號（hào）等（děng）。一般包括：外部給定電路、外接輸入控製電路、外接輸出電路、報警輸出電路等大（dà）多數中小容量通用變頻（pín）器中，外接（jiē）控製電路往往與主控電路設計在同一電路板上（shàng），以減（jiǎn）小其整機的體積，提高電路可靠性，降低生產成本。
二、變頻（pín）器的功能：
1.全範圍轉矩自（zì）動增強功能由於（yú）電動機（jī）繞組中（zhōng）阻抗的作用，采用U/f控製的變頻器在電動機的（de）低速運（yùn）行（háng）區域會出現轉矩不足的情況。為提高係統的性（xìng）能，具有全範圍轉矩自動增強功能的變頻器在電動機（jī）的加（jiā）速、減速（sù）和正（zhèng）常運行的所有區域中可以根據負載情況自動調節（jiē）U/f值，對電動機的輸出轉矩進行（háng）補償。
2.防失速功能變（biàn）頻器的（de）防失速功能包括加速過程的防失速功能、恒速（sù）運行過程的防失速功能和（hé）減速過程的（de）防失速功能三種。
加速過程和恒速運行過程中的防（fáng）失速功能的基本（běn）作用（yòng）是：當電動機由於加速過快或負載（zǎi）過大等原（yuán）因出現過電流現象時，變頻（pín）器將自動降低輸出（chū）頻率（lǜ），以避免出現變頻器因過電流（liú）保（bǎo）護電路動作而停止工作。
對（duì）於電壓型變頻器，在電動機的減速（sù）過程中回饋能量將使變頻器的直流中間電路的電壓上升，可能會出現過電壓保護電路動作而使變頻器停止工作的情況。減速過程的防失速（sù）功能的基本作用是：在過電壓保護電路動作之前暫停降低變頻器的（de）輸出頻率或減小輸（shū）出頻率的降低速率，達到防止失速的目（mù）的。
3.過（guò）轉（zhuǎn）矩限定運行功能（néng）這種功能的作用是對機械設備（bèi）進行保（bǎo）護並保證（zhèng）運（yùn）行的連續性。利用該功能（néng）可以對電動機的輸出轉（zhuǎn）矩極限值進行設定，當電動機的輸出轉矩達到該設定值時，變頻器停止工作（zuò）並發出報警信號。
4.運行狀態檢測顯示功能該功能主要用於檢測變頻器的工作狀態並及時（shí）顯示。
5.自動節能運行功能該功能的作用是使變頻（pín）器能自動選擇工作參數，使電動機在滿足負載轉（zhuǎn）矩要（yào）求的（de）情況下以最小電流運行。
6.自動電壓調整功能當電源電壓下降時，使用自動電壓調整功能可（kě）以維護電動機的高啟動轉矩。
7.通過外（wài）部信號對（duì）變頻器進行啟停（tíng）控製的功能變頻器通常都具有通過外部信號控製變（biàn）頻器啟停（tíng）的功能。
三、變頻調速係統PLC控製設計思路

1. 設計目的
通過變頻調速係（xì）統PLC控製的設計，對專（zhuān）業知識進（jìn）行鞏固，並熟悉掌握組（zǔ）態軟件的使用。在完（wán）成課程學習（xí）的同時實際動手設計，通過理論和實踐（jiàn）相結合，把專業的理論（lùn）知識應用到實（shí）際設計中，既能對所學知識加深理解，又能對（duì）專業（yè）知識的應用有更深刻的熟悉和（hé）掌握，從而將變頻調速係統PLC的相關知識理解的更紮實透徹，完（wán）整掌握PLC的相關內容。
2.設計任務
完成一個由組態軟件為上位機控製，PLC為下位機控製，變頻器、異步電動機組成的變頻調速控製係統的設計（jì），並完成組態控製界麵的設（shè）計，控製梯形圖以及（jí）PLC接線圖（tú）。利用實驗裝置實現上下位（wèi）機的（de）聯通，完成PLC端子、變頻器以及異步電動（dòng）機的接線，然後利用PC機輸入梯形圖（tú）控（kòng）製程（chéng）序，並在實驗室（shì）內進行調試。
3.控製係統的要求
PLC、變頻器以（yǐ）及異步電動機共同組成了控（kòng）製係（xì）統。其中可編程控製器（PLC）的作（zuò）用是處理各種信息的邏輯問題（tí），並向變頻（pín）器發出起、停等指令，同時變頻器也會將工作狀（zhuàng）態信號反饋回PLC，形成（chéng）雙向聯通的關係，這是此係統的核心部分。變頻器能對電機進行調速控製。按下啟動鍵，可選擇工頻或變頻控製（zhì），能完成自動控製和手（shǒu）動控製之間的轉換，即自動轉換和手動輸入，同（tóng）時實現高、低速的轉換。
4.設計過程（chéng）
調速係統由PLC控製變頻器，同時由變頻器實現電機的調速（sù）。變頻調速係統主要分為兩部（bù）分：手（shǒu）動控（kòng）製和（hé）自動控製。手動控製可以選擇電機正轉或是反轉，在一到七速之間也能自由轉換。自動控製則是先將電機設置為正轉或反轉，然後逐漸（jiàn）從低（dī）速升為高（gāo）速，通過複（fù）位能自動（dòng）從高（gāo）速降（jiàng）回低速。最後手動控製停止可以直接切換成自動控製。
5.電氣設備詳細表
電源控製屏：提供三相四線製380V、220V電（diàn）壓；變頻調（diào）速裝置；三菱（líng）PLC主機；異步電（diàn）動機；力控監控組態軟件實戰指南；力控監控組態軟件。
四、變頻調（diào）速係統PLC設計（jì）係統（tǒng）思考

1.設計係統過程中出（chū）現問題及解決方法
第一：根（gēn）據控製要求直（zhí）接編寫控製程序，始終不知道如何動手（shǒu）。對於該問（wèn）題的解決方法為從頭開始了解（jiě）硬件（jiàn），學習變頻（pín）器資料，掌握變頻器和電機的使用，在熟練（liàn）掌握的基礎上才會（huì）知道怎麽去控製。
第二：在編寫梯形圖完（wán）成後，plc始終沒（méi）有輸出。該問題的出現主（zhǔ）要是因為沒有熟練使用plc編（biān）程步驟，編寫程（chéng）序中沒（méi）有end。仔細檢查，一步一步從新學習plc編程，從最（zuì）簡單的控製開始。
第（dì）三：電機在接線（xiàn）時不知道是（shì）星型接線還是（shì）三角形接線。筆者為了更好的解（jiě）決該問題（tí），在回去後仔細研究（jiū）電機發現（xiàn），我們使（shǐ）用的是（shì）小型異步電動機不帶負載，可（kě）以直接啟動（dòng），星型（xíng）和三角形接線影響（xiǎng）不大。
第四：手動程（chéng）序在plc上可以直接（jiē）實現控製（zhì），而把變頻（pín）器和電動機連起來，電動機直接受變頻器控製，我們的手動程序沒有用。該問（wèn）題的出現主（zhǔ）要是變頻器資料（liào）沒有學習深入，我們始終（zhōng）讓變頻器運行在內部(PU)模式，這款FR-S500沒有通訊功（gōng）能。在PU模式下可以直接在（zài）變頻器上調節電動機不同速度，而用plc程序控製必須使變頻器工作（zuò）在外部（exit）模式下。
第五（wǔ）：手動程序和自動（dòng）程序不能結合起來。導致這種情況的出現與（yǔ）自己沒有太深（shēn）入的了解三菱plc有些功能（néng）以及內部運行狀態（tài）有很（hěn）大的（de）關（guān）係，在老師指導下采用功能語句，一（yī）步（bù）一步調試出來。
第六：組態（tài）軟件在使用中（zhōng）出現（xiàn）的問題。若想解決該問（wèn）題，就必須組態軟（ruǎn）件需要把底層（céng）控製出來，在來監控，設（shè）置I/O點。
2.課程設計（jì）心得
這（zhè）次課程設計做變頻調速係統plc控製，從拿到題目就感覺（jiào）很難（nán），經過兩個多星期的設計，調試終於做出來。但是心得感觸頗深：
1）重新學習了plc編（biān）程，把以前忘掉的知識都撿回來了。從（cóng）中也懂得了學過的知識很容易忘掉的道理（lǐ）。對於知識（shí）真（zhēn）的是溫故而知（zhī）新（xīn），經常複習才能在使用時不盲目。
2）學習變頻器的知識。以前總在電器商場看見變頻（pín）空調，不懂（dǒng）變頻是怎麽變的，我（wǒ）們國家（jiā）一直是工頻50HZ，變頻怎麽做到的！這（zhè）次課程設計讓（ràng）我懂得了（le）變頻調速的原理，變（biàn）頻（pín）器的工作原理，同時學會使（shǐ）用簡單的變頻器。
3）鍛煉自己（jǐ）動手能力（lì）。變頻調速係（xì）統涉及到變頻器，異步電動機，plc，還有上（shàng）位機，這些都需要接線（xiàn）。記得（dé）當時在實驗室調試時根本不敢把電源加上去，很怕自己在接線處（chù）出現問題，出現燒毀（huǐ）電（diàn）機，變頻器等故障。
4）學習組態軟件。對於（yú）這個軟（ruǎn）件我現在發現隻要有簡單的指點，花上大量時間，就會學好。

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