目录

一、论文目的及意义 1

1、目的 1

2、意义 1

二、变频器基础 2

1、变频器的结构 2

2、变频的作用 4

3、变频器控制方式 4

4、变频器调速方式 4

三、通用变频器 5

1、概述 5

2、特点： 5

四、通用变频器控制举例（西门子变频器面板控制方法） 6

1、西门子变频器部分常用参数功能介绍 6

2、变频器出厂值恢复 6

3、变频器常用参数设置 6

4、快速调试参数设置 6

五、心得 7

一、论文目的及意义

1、目的

变频是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频器。变频器控制技术也就成了从事变频调速设计和应用工程技术人员必须掌握的工程技术之一。所以本文通过介绍变频器基本原理来更深刻理解变频原理及变频器构成；由于通用变频器适用范围广有利于变频器批量化生产，标准化控制所以本文通过介绍西门子通用变频器的基本操作希望可以举一反三清楚其他类型变频器的基本操作，可以在操作其它变频器时可以更快更好的上手操作。

2、意义

变频器主要研究内容及关键技术主要有以下几种：高压、大电流技术、新型电力电子器件的应用技术、全数字自动化控制技术、现代控制技术。变频器近年来在工业生产各环节得到了广泛的应用，不管是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器，变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。但是随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频器，进而变频逐渐进入了各行各业。

我国工业技术虽然有了较大的发展，但目前仍是处于一个工业化中期社会，技术发展还不平衡，在很多企业生产中，表现出来最明显的特征依旧是能源消耗多，生产效率较低，产品质量参差不齐；能效比不高，陈、旧、老设备在国民生产中仍旧占较大的比重。变频调速的应用，就是要改造这些设备，以达到节约能源的目的。了解通用变频器的基本工作原理，可以更好的学习使用工业变频器完成对机械执行器件的变频控制达到节能效果。

二、变频器基础

1、变频器的结构

变频器主要是由主电路、控制电路组成，如图1。

图 1

1.1、 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 主电路由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”即直流中间环节，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

（1）整流器：整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块.大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，所以可以进行再生运转。如图2为PWM整流器原理图，图中VT1～VT6为主开关管IGBT，构成整流电路。

图 2

（2）平波回路：平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。如图中Ld为直流侧滤波电感，主要作用是存储电能变换过程中的无功能量。

（3）逆变器：逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压。以电压型PWM逆变器为例示出开关时间和电压波形。如图3为三相逆变电路

图 3

1.2、控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，如图4所示即为控制电路一般原理图。控制电路由频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 现在变频调速器基本是用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化控制。

图 4

（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。

（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

2、变频的作用

2.1、调速：普通的三相异步电动机，加装变频后可以实现调速功能。即任意地改变电动机的转速，本公司变频器的频率范围是：0-650HZ 　

2.2、节能：变频器调速比传统的电磁调速可以节电25%-80%，具体节电的多少就要在看客户的设备的不同而不同；

2.3、软启动：变频器启动对机械设备没有危害，而硬启动则反之。

3、变频器控制方式

根据不同的变频控制理论，其常用非智能控制模式主要有以下几种。

3.1、 V/f控制 ：V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。

3.2、 转差频率控制 ：转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。

3.3、 矢量控制 ：矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。

3.4、其他非智能控制方式 ：在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如直接转矩控制、最优控制、自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。

4、变频器调速方式

变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。 交流异步电动机的输出转速由下式确定：

n=60f(1—S)/p （1）

式中： n——电动机的输出转速；

f——输入的电源频率；

　 S——电动机的转差率；

p——电机的磁极对数。

由公式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整S)和变频调速(调整f)等。

三、通用变频器

1、概述

能够适用于所有负载的变频器，就是通用型变频器。电力电子器件的自关断化、模块化，变流电路开关模式的高频化和控制手段的全数字化促进了变频电源装置的小型化、多功能化、高性能化。尤其是控制手段的全数字化，利用了微型计算机的巨大的信息处理能力，其软件功能不断强化，使变频装置的灵活性和适应性不断增强。目前中小容量的一般用途的变频器已经实现了通用化。采用大功率自关断开关器件（GTO、BJT、IGBT）作为主开关器件的正弦脉宽调制式（SPWM）变频器，已成为通用变频器的主流。

2、特点：

 低频转矩输出180% ，低频运行特性良好；

 输出频率最大600Hz，可控制高速电机；

 全方位的侦测保护功能(过压、欠压、过载)瞬间停电再起动；

 加速、减速、动转中失速防止等保护功能；

 电机动态参数自动识别功能，保证系统的稳定性和精确性；

 高速停机时响应快；

 丰富灵活的输入、输出接口和控制方式，通用性强；

 采用SMT全贴装生产及三防漆处理工艺，产品稳定度高；

 全系列采用IGBT功率器件，确保品质的高质量。

四、通用变频器控制举例（西门子变频器面板控制方法）

1、西门子变频器部分常用参数功能介绍

电动机的可变状态信息都以固定参数的形式固化在变频器的内部，我们通过变频器来控制电动机的实质就是通过改变内部参数的设定值来改变电动机的运行状态。采用面板操作模式控制电动机运行，其核心在于通过操作面板对变频器内部参数进行修改。西门子变频器的参数有标准访问级、扩展访问级、专家访问级和维修级４个用户访问级。访问等级由参数P0003来选择。对于大多数应用对象，只要标准访问级（P0003设置为1）和扩展访问级（P0003设置为2 ）参数就足够了。

2、变频器出厂值恢复

当初次拿到变频器进行电动机控制时，首先要将变频器内部的全部参数复位为工厂缺省值，以避免由于上次使用对本次操作造成的影响。其具体方法是使用操作面板将参数P0010设置为30，参数P0970设置为1 ，完成复位一般需要10s。

3、变频器常用参数设置

西门子变频器参数P0004为参数过滤功能，一般情况下设置为0，显示所有参数。参数0005为LCD显示选择，可以显示频率、输出电压、输出电流等，一般设置为21，显示当前电动机运行频率。P0700为操作模式选择，如果要采用面板操作的控制模式，需要将内部参数设置为1。P1000为频率及设定选择，采用面板操作时需要将参数设置为１ ，就可以使用数值增加键和减少键来控制频率大小。P1080 和P1082为最大和最小频率，P1120和P1121为加速和减速时间，在设定好上述两组参数后，电动机将在指定的频率范围内运行，并按照设定好的时间运行到相应的频率。

4、快速调试参数设置

西门子变频器驱动西门子标准电动机时，如无特殊控制要求，可直接连接使用。因为西门子变频器出厂时已按西门子标准电动机的常规控制对象进行编程。如果用户采用的是其他型号的电动机，使用西门子变频器控制时，就必须输入电动机铭牌上的规格数据。P0304和P0305分别为电动机的额定电压和额定电流。P310是电动机的额定频率，P311是电动机的额定转速。

五、心得

首先，通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术，变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的，但是现在变频技术已经深入到我们生产生活的方方面面例如家电、电机控制、照明、电源等。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部电力电子器件的开关来调整输出电源的电压和频率，根据外部负载的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。

其次，在变频技术这门课程中通过对变频器原理的分析更加深刻的了解到变频技术原理，电力电子元器件的使用更大大扩大了变频的功能，随着电力电子技术与信息技术的发展变频逐渐趋向与集成化智能控制。同时通过对变频应用于在工业生产方面的也更加明白了变频器在节能方面的巨大潜力。对变频器的内部构造与工作流程进行学习，了解到变频器的基本组成模块与构成原理。

最后，系统地学习了各种变频器的工作原理、基本组成，每部分的功能、日常维护以及故障处理。在课程中学习一些变频实例的介绍例如VACON NX系列、VFD-007V23A、TD2100以及通用变频器的变频实例，是在学习原理的同时更能很好的联系实际。在本文中通过介绍通用变频器的基本使用以及一些参数设置很好的了解到变频器的使用以及实际操作，同时对通用变频器的介绍可以使自己在通用变频器基础上更容易的理解甚至操作其他专用变频器。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/f9b096a4f605cc1755270722192e453610665bed.html