【正文】 頻器 PWM 變頻器 (4) 按工作原理分類 U/f 控制變頻器 VC 控制變頻器 SF 控制變頻器 (5) 按照用途分類 通用變頻器 高性能專用變頻器 高頻變頻器 簡述通用變頻器的概況 通用變頻器的發(fā)展 上個世紀 80 年代初，通用變頻器實現(xiàn)了商品化。在近 20 年的時間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 兩個大發(fā)展過程： (1) 容量不斷擴大 80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實現(xiàn)了通用化。到了 90 年代初， BJT 通用變頻器的容量達到了 600KVA, 400KVA 以下的已經(jīng)系列化。前幾年主開關(guān)器件開始采用 IGBT，僅二、四年的時一間， IGBT 變頻器的單機容量已達 1800KVA,隨著 IGBT 容量的擴大，通用變頻器的 容量也將隨之擴大。 (2) 結(jié)構(gòu)的小型化 變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路 (LSI)和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜棍合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動電路、檢測電路、保護電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“能電力模塊” (Intelligent Module)這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強，保護電路和檢測電路與功率開關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護迅速可靠，傳感信號也十分迅速。 (3) 多功能和智能化 電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特別是微機的應用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實踐經(jīng)驗，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機械的工藝水平“升級”，達到以往無法達到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機種。 8 位、 16 位及 32 位 CPU 奠定了通用變頻器全數(shù)字控制的基礎(chǔ)。 32 位數(shù)字信號處理器(Digital Signal ProcessesDSP)的應用將通用變頻器的性能提高一大步，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無跳閘功能”。目前，新一代變頻器開始采用新的“精簡指令集計算機” (Reduced their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAXInstruction set ComputerRISC)，將指令執(zhí)行時間縮短到納秒級。它是一種矢量 (超標量 )微處理器，其功能著重點放在常用基本指令的執(zhí)行效率上，舍棄了某些運算復雜而使用率不高的指令，省下它們所占用的硬件資源用十提高基本的運算速度，達到了以“每秒上億條指令”為單位來衡量運算速度的程度。有文獻報道， RISC 的運算速度可達 1000MIPS,即 10 億次 /秒，相當十巨型計算機水平。指令計算時間為 Ins 量級，是一般微處理器所無法比擬的。有的變頻器廠家聲稱，以 RISC 為核心的數(shù)字控制，可以支持無速度傳感器矢量控制變頻器的矢量控制算法、轉(zhuǎn)速估計計算、 PID 調(diào)節(jié)器在線實時運算。 (4) 應用領(lǐng)域不斷擴大 通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)模混合控制，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產(chǎn)機械、各類生產(chǎn)工藝的適應性不斷增強。最初通用變頻器僅用十風機、泵類負載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行 等，到目前為止，其應用領(lǐng)域得到了相當?shù)臄U展。如搬運機械，從反抗性負載的搬運車輛、帶式運輸機到位能負載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器 。金屬加工機械，從各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床、加工中心超高速伺服機的精確位置控制都已應用通用變頻器 。在其它方面，如農(nóng)用機械、食品機械、木工機械、印刷機械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公園噴水池，可以說其應用范圍相當廣闊，并巨還將繼續(xù)擴大。 VG616G5 型通用變頻器 由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因此 ，電梯節(jié)約用電日益受到重視。 考慮以上各種因素，本設(shè)計選用安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器。它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補償、負載轉(zhuǎn)矩自適應等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率，同時降低了電機運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合。 另外， VS616G5 變頻器的啟動、制動具有可任意調(diào)節(jié)的 S 曲線和零頻仍可輸出 150%力矩的特點，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達 0. 01～ 0. 02%使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機，可自學習所配電機的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機。采用高性能 IGBT，載波頻率 20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。 VS616G5 型變頻器是安川電機公司面向世界推出的 21 世紀通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速圍 [5]。 VS616G5 變頻器的特點如下 : (1) 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。 (2) 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 (3) 由于采用了最新式的硬件，因 此，功能全、體積小。 (4) 保護功能完善、維修性能好。 (5) 通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能。 VS616G5 型變頻器的標準規(guī)格如表 所示。 表 VS616G5 型變頻器的標準規(guī)格 220V級 輸出特性 最大輸出電壓 3 相 ,200/208/220/230V(對應于輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX額定輸入電壓和 頻率 3 相， 200/208/220V 50Hz 200/208/220/230V 60Hz 電源 允許電壓波動 +10%， 15% 允許頻率波 動 177。5% 400V級 輸出特性 最大輸出電壓 3 相 ,380/400/415/440/460V(對應于輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz 額定輸入電壓和 頻率 3 相 ,380/400/415/440/460V 5060Hz 電源 允許電壓波動 +10%， 15% 允許頻率波動 177。5% 控制 特性 控制方式 正弦波 PWM (V/f 控制、帶 PG 反饋的 V/F 控制、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量控制 4 種控制方式任選性 ) 啟動力矩 150%/1Hz(帶 PG, 150%/Ormin) 速度控制范圍 1:100(帶 PG, 1:1000) 速度控制精度 177。0. 2%(帶 PG， 177。0. 02%) 速度響應 5Hz(帶 PG, 30Hz) 力矩限制 可采用 (參數(shù)設(shè)定： 4 級可變 ) 力矩精度 177。5% 力矩響應 20Hz(帶 PG, 40Hz) 頻率控制范圍 0. 1～ 400Hz 頻率控制精度 數(shù)字指令 :0. 01% ( 10 0C～ +40 ℃ ) 模擬指令 :% (250℃ ～ 177。10 ℃ ) 變頻器的參數(shù)設(shè)置 由于采用 PLC 作為邏輯控制部件，故變頻器 和 PLC通訊時采用開關(guān)量而不用模擬量。 (1) VS616G5 變頻器的參數(shù) 616G5 變頻器共有 9 組參數(shù)，每一組參數(shù)的設(shè)定都具有特定的含義。常用參數(shù)如表 所示。 參數(shù) 功用 A組 確定控制模式 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAXB組 C組 D組 E組 F組 G組 選擇運行功能 確定加減速時間及轉(zhuǎn)矩補償時間 選擇頻率 確定運行壓頻曲線 保護設(shè)置 確定偏差標準 (2) 參數(shù)設(shè)計的原則： ① 減小啟動沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些。 ② 提高了運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能 低些，以減小停車擊。 ③ 零速一般設(shè)計為 0Hz，速抱閘功能將影響舒適感。 ④ 變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入，具體的設(shè)置如表 安川 616G5 變頻器主要參數(shù)設(shè)置表 表 安川 616G5 變頻器主要參數(shù)設(shè)置 參數(shù) 名稱 設(shè)定值 說明 A102 控制方式選擇 2 不帶 PG 矢量控制方式 B101 頻率指令選擇 1 B102 運行指令選擇 1 B103 停止方法選擇 0 表 安川 616G5變頻器主要參數(shù)設(shè)置 續(xù)表 1 B104 反轉(zhuǎn)禁止選擇 0 B201 零速電平選擇 B204 停止時直流制動時間 C103 加速時間 2 C104 減速時間 2 C201 加速開始時 s 型曲線時間 C202 加速完了時 s 型曲線時間 C203 減速開始時 s 型曲線時間 C204 減速完了時 s 型曲線時間 C501 ASR 比例增益 1 5 C502 ASR 積分時間 1 3S D109 檢修速度 200rpm E101 輸入電壓設(shè)置 380 E104 最高輸出頻率 50Hz E105 最大電壓 380 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAXE106 額定電壓頻率 50Hz E109 最低輸出頻率電壓 0V E201 電機額定電流 按電機銘牌設(shè)置 E202 電機額定滑差 按電機銘牌設(shè)置 E203 電機空載電流 按電機銘牌設(shè)置 E204 電機極數(shù) 按電機銘牌設(shè)置 F101 PG 常數(shù) 根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器銘牌設(shè)置 F102 PG 斷線檢測時的動作選擇 0 F103 超速時的動作選擇 0 F104 超度偏差過大時的動作選擇 0 F105 PG 分頻比 根據(jù)電機極數(shù)設(shè)置 PLC 的選擇 PLC 的定義 1980 年 PLC 問世后，由美國電氣制造商協(xié)會對 PLC 下過如下的定義 : PLC 是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 1982 年，國際電工委員會 (International Electrical Committee IEC)頒布了 PLC 標準草案， 1985 年提交了第 2 版， 1987 年的第 3 版對 PLC 作了如下的定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 PLC 的主要功能和應用 PLC 的主要功能和應用如下： (1) 開關(guān)邏輯和順序控制這是 PLC 應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復雜的控制要求。 (2) 模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量 控制的廣泛要求，目前大部分 PLC 產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關(guān)量時， PLC 具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些 PLC 產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如 PID 模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的PID 等反饋 或其他模擬量的控制運算。 (3) 定時控制 PLC 具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設(shè)定。對于計數(shù)器，如果需要對于頻率較高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)器。 (4) 數(shù)據(jù)處理新型 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術(shù)運算，數(shù)據(jù)傳送，而還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些 PLC 還可以進行浮點運算、函their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX數(shù)運算。 (5) 信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產(chǎn)所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC 是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系 統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的 PLC 實現(xiàn)。