【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 人的耳朵都聽不見，但其高次諧波始終存在。如果采用控制方式較好，也可減少一些諧波量。 使用變頻器的目的及效果 變頻器的應(yīng)用范圍很廣，凡是使用三相交流異步電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的地方都可裝置變頻器，對(duì)設(shè)備 來講，使用變頻器的目的無非有三個(gè)： 對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能 使用頻率范圍為 0～ 50HZ，具體值與設(shè)備類型、工況條件有關(guān)。 對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速 使用頻率范圍為 0～ 400HZ，具體值按工藝要求而定，受電動(dòng)機(jī)允許最大工作頻率的制約。 對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟件起動(dòng)、軟制動(dòng) 頻率的上升或下降，可人為設(shè)定時(shí)間、實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、制動(dòng)平滑無沖擊電流或機(jī)械沖擊。變頻器的使用可節(jié)省電能，降低生產(chǎn)成本，減少維修工作量，給實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化帶來方便和好處，應(yīng)用效果十分明顯，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、合格率都有很大提高。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 8 3 電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 電機(jī)變頻控制系統(tǒng)的硬件組成 本控制系統(tǒng)采用一拖一的控制方式。系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)， RS232/485轉(zhuǎn)換模塊，及 LG的 IG5系列變頻器組成。 圖 31 圖 31 電機(jī)變頻控制系統(tǒng)的硬件組成 SV004IG51 變頻器 本文所選用的變頻器為 IG5系列小容量通用變頻器 SV004IG51。其采用 IGBT開關(guān)元件和 U/f空間矢量 PWM控制方式。產(chǎn)品特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，控制靈活，可以滿足一般應(yīng)用要求，尤其適合于提升機(jī)械、包裝機(jī)械、紡織機(jī)械等需要大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及需要有防 跳閘功能需要的場(chǎng)所。具有可設(shè)置的 U/f 曲線、多功能輸入 /輸出端子、集電極開路輸出。具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能、 8級(jí)預(yù)設(shè)速度和 3段跳躍頻率、點(diǎn)動(dòng)功能、自動(dòng)再起動(dòng)功能、防失速功能、手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能等。內(nèi)置 RS48 MudbugsRTU、 PID 控制器和制動(dòng)單元。控制面板可拆卸 ，通過控制面板可轉(zhuǎn)移程序。保護(hù)功能有過流、過電壓、欠電壓、變頻器過熱、電動(dòng)機(jī)過熱、 CPU錯(cuò)誤、控制面板錯(cuò)誤等。可選件有外接制動(dòng)電阻、擴(kuò)展操作單元、 PI控制軟件。 SV004IG51的功能特性如下： 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 9 表 31 SV004IG51的性能參數(shù) 控制方式 控制方式 V/F控制 頻率設(shè)定分辨率 數(shù)字設(shè)定： （低于 100Hz） ,（高于 100Hz） 模擬設(shè)定： 頻率精度 數(shù)字： %最大輸出功率 模擬： %最大輸出功率 V/F比率 線性，平方，用戶 V/F 過載能力 額定電流 150%1分鐘，額定電流 200% (特性與時(shí)間成反比 ) 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 手動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 (020%),自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 運(yùn)行方式 輸入信號(hào) 運(yùn)行方式 控制盤 /端子 /通訊方法 頻率設(shè)定 模擬 ： 0～ 10V/4～ 20mA 數(shù)字：控制盤 起動(dòng)信號(hào) 正向，反向 多步數(shù) 可達(dá) 8步速度給定（使用多功能端子） 多步加速 /減速時(shí)間 06,000秒，對(duì)于每個(gè)設(shè)定可以選擇和設(shè)定 8種類型（使用多功能端子）加速 /減速方式：線型、 U型、 S型 緊急停止 中斷變頻器輸出 寸動(dòng) 寸動(dòng)運(yùn)行 輸出信號(hào) 故障重置 當(dāng)保護(hù)功能處于有效狀態(tài)時(shí)，可以解除故障狀態(tài) 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 10 運(yùn)行狀態(tài) 頻率等級(jí)檢測(cè)、過載報(bào)警、堵轉(zhuǎn)、過壓、欠壓、變頻器過熱、運(yùn)行、停止、恒速，節(jié)能運(yùn)行，速度跟蹤，自動(dòng)多步運(yùn)行、自動(dòng)順序運(yùn)行 故障輸出 接觸器輸出 (30A,30C,30B)AC250V1A,DC30V1A 輸出指示儀表 從輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，直流電壓中選擇 1種 (輸出脈沖： 500Hz，輸出電壓： 0～ 10V) 運(yùn)行功能 直流制動(dòng)，頻率限制，跳頻，第二功能，滑差補(bǔ)償，反 轉(zhuǎn)保護(hù)，自動(dòng)重起動(dòng)，節(jié)能運(yùn)行、自整定、 PID控制 保護(hù)功能 變頻器保護(hù) 過電壓，欠電壓，過電流，保險(xiǎn)絲斷，接地故障，變頻器過熱，電機(jī)過熱，缺相，過載保護(hù)，外部故障 1， 2，通訊錯(cuò)誤，速度指令丟失，硬件故障，選件故障等 變頻器報(bào)警 堵轉(zhuǎn)防護(hù)，過載 報(bào)警 瞬間掉電 小于 15 毫秒：連續(xù)運(yùn)行，大于 15 毫秒：可以自動(dòng)重新啟動(dòng) 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 11 顯示 運(yùn)行信息 輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，頻率設(shè)定值，運(yùn)行速 度，直流電壓 故障信息 發(fā)生故障時(shí)顯示故障原因，可以保留 5次故障原因 環(huán)境 環(huán)境溫度 10176。 C～ 40176。 C 儲(chǔ)存溫度 20176。 C～ 65176。 C 環(huán)境濕度 最大 90%RH（無結(jié)露） 高度178。振動(dòng) 1,000m 以下， （ =）以下 應(yīng)用場(chǎng)合 無腐蝕氣體，易燃?xì)怏w，油霧，或灰塵 規(guī)格應(yīng)用 變頻器 電阻容量 電阻值 平均制動(dòng)轉(zhuǎn) 矩 執(zhí)行轉(zhuǎn) 矩 [%] 連續(xù)制動(dòng)時(shí)間 [W] [Ω ] [%] [sec] SV004iG51 100 400 100 5 5 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大時(shí) 變頻器 電阻容量 電阻值 平均制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 執(zhí)行轉(zhuǎn) 矩 [%] 連續(xù)制動(dòng)時(shí)間 [W] [Ω ] [%] [sec] SV004iG51 100 400 100 5 5 變頻器 電阻容量 電阻值 平均制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 執(zhí)行轉(zhuǎn) 矩 [%] 連續(xù)制動(dòng)時(shí)間 [W] [Ω ] [%] [sec] SV004iG51 150 300 150 5 5 型號(hào) 額定電流（ A） 說明 SV004iG51 功率 （輸入： 3相 220V/輸出： 3相0~220V） RS232/485 轉(zhuǎn)換器 1概述 RS232/485 通訊模塊采用 瑞賽特 8520 型。 瑞賽特 8520 可將 RS232 串行口的數(shù)據(jù)發(fā)送（ TD）和數(shù)據(jù)接收（ RD）信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩線平衡的半雙工 RS485信號(hào)。它是遠(yuǎn)距離控制設(shè)備或點(diǎn)到多點(diǎn)總線通信的最佳選擇，該轉(zhuǎn)換器 由直流電源供電 ，不必重新設(shè)置硬件重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 12 或安裝軟件，完善浪涌保護(hù)，可以確保整個(gè) RS485網(wǎng)絡(luò)的安全。 2性能參數(shù) （ 1） 自動(dòng)內(nèi)部 RS485總線管理，無需 外部控制信號(hào) RS485數(shù)據(jù)線上有瞬態(tài)干擾、浪涌保護(hù) 總線上可掛 32個(gè)設(shè)備 隔離遠(yuǎn)傳 1200M 傳輸速率： 300BPS～ 115200BPS 電源要求： 10～ 30VDC，有防反接保護(hù) 電源功耗： 隔離電壓： 1000V 傳輸距離：最大 2公里（視線路而定） 尺寸： 88㎜ 179。 78 ㎜179。 25㎜ 使用環(huán)境：－ 25℃ ～８５ ℃ 支持工業(yè) DIN導(dǎo)軌安裝 3連接器和信號(hào) 圖 32 RS232端（ DB9公端） 圖 33 RS485端（ DB9母端） 瑞賽特 8520型轉(zhuǎn)換器采用 DB9型的母頭連接器與 RS232接口相連，其中 8引腳 6引腳短接。另一端 DB9公頭連接器 RS485接口相連。接口定義如下。 表 32 RS232C引腳定義 DB9Female (PIN) RS232C (DCE) 1 DCD 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 13 2 TD 3 RD 4 DTR 5 GND 6 DSR 7 RTR 8 CTS 表 33 RS485引腳定義 DB9MALE (PIN) RS485 2 485 7 485+ 5 GND 4連接示意圖 圖 34 點(diǎn)到點(diǎn)兩線半雙工通信 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 14 圖 35 點(diǎn)到多點(diǎn)兩線半雙工通信 圖 36 HZ01S之間兩線半雙工通信 5故障及排除 數(shù)據(jù)通信失敗 A、 檢查 RS232 接口連接是否正確 B、 檢查 RS485 接口連接是否正確 C、 檢查 RS232 接口信號(hào)電平（ TD、 DTR、 RTS）是否低于177。 5V D、 檢查線路是否過長(zhǎng) E、 檢查是否按 RS485規(guī)則進(jìn)行布線 F、 檢查所布線路是否為雙絞線 數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤 A、 檢查數(shù)據(jù)通信設(shè)備兩端數(shù)據(jù)速率、格式是否一致 B、 檢查是否按 RS485規(guī)則進(jìn)行布線 C、 檢查所布線路是否為雙絞線 D、 終端匹 配電阻未連接 E、 變頻專用電動(dòng)機(jī) 電機(jī)采用 浙江省嘉興市巨能電機(jī)廠的 YVP8041變頻專用電動(dòng)機(jī)。 YVP系列電動(dòng)機(jī)吸取了國(guó)外先進(jìn)國(guó)家產(chǎn)品這技術(shù)，應(yīng)用 CAD設(shè)計(jì)。低速時(shí)（頻率＜50HZ）能在 1： 10范圍內(nèi)作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速運(yùn)行且運(yùn)行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象，并具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流。電動(dòng)機(jī)高速能輸出恒功率特性。本系列電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍寬、振動(dòng)小、噪聲低、能與國(guó)內(nèi)外各種 SPWM 變頻裝置（如：日本富士、三菱）相配套，構(gòu)成交流變頻無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 YVP系列電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)與安裝尺寸、機(jī)座中心高均符合國(guó)際 IEC標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系與 Y系列（ IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)相一致，互換性通用性強(qiáng)。本系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)為籠型結(jié)構(gòu)、運(yùn)行可靠、維修方便，并裝有獨(dú)立的冷卻風(fēng)機(jī)、保證電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下、均具有較好的冷卻效果。 YVP系列變頻電機(jī)是一種交流、高效、節(jié)能型調(diào)速電動(dòng)機(jī)，專為匹配變頻調(diào)速設(shè)計(jì)制造，是機(jī)電一體化的調(diào)速節(jié)能新產(chǎn)品。與其他調(diào)速方式相比，變頻調(diào)速系統(tǒng)具有應(yīng)用范圍廣、節(jié)能效果明顯、調(diào)速性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、低頻起動(dòng)電流小、調(diào)速比寬、快速響應(yīng)性優(yōu)良、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行可靠、維修方便等特點(diǎn)，能夠保證電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低速重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 15 或高速運(yùn)行，是目前交流 調(diào)速方案中最先進(jìn)的系統(tǒng)之一。廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的主軸傳動(dòng)、紡織、化工、冶金、塑膠、輕工、造紙等行業(yè)的恒轉(zhuǎn)矩、恒功率調(diào)速以及風(fēng)機(jī)水泵等場(chǎng)合的節(jié)能調(diào)速。 表 34 YVP8041變頻專用電機(jī)性能參數(shù) Nominal Power標(biāo)稱功率（ KW） 4 Poles 極 Frame Size機(jī)座號(hào) Rated Torque 額定轉(zhuǎn)矩（ ） Current電流（ A） 801 電機(jī)變頻控制系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì) 及設(shè)計(jì)原則 電機(jī)變頻控制系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的 變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是有人工干預(yù)參與的在線實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控的自動(dòng)化系統(tǒng)。它能夠通過 485 總線向遠(yuǎn)程主機(jī)自動(dòng)的發(fā)送變頻器的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在線、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制。 本系統(tǒng)以普通 PC 機(jī)作為主機(jī)， SV004IG51變頻器作為從機(jī)，通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。它實(shí)現(xiàn)了在線控制與監(jiān)測(cè)的功能。主機(jī)上的程序以 NI 公司的 LABVIEW 作為開發(fā)平臺(tái)，以模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在該平臺(tái)下，開發(fā)出變頻器的控制模塊，變頻器的監(jiān)測(cè)模塊及相關(guān)數(shù)據(jù)的 判斷及 顯示模塊。 在發(fā)送控制及參數(shù)監(jiān)測(cè)命令前，先將各個(gè)命令幀按照 LG 變頻器的專用通訊協(xié)議進(jìn) 行打包 ；然后將打包好的命令幀發(fā)送到串口傳輸緩沖，交由串口將命令幀送到目標(biāo)變頻器的目標(biāo)寄存器 ；變頻器寄存器在接收到到命令幀后作出相應(yīng)的響應(yīng)，然后根據(jù)響應(yīng)動(dòng)作，返回相關(guān)數(shù)據(jù)幀到串口接收緩存； 數(shù)據(jù)接收模塊將串口接收緩存中的數(shù)據(jù)讀出，經(jīng)過數(shù)據(jù)判斷模塊判斷數(shù)據(jù)是否為所需要的數(shù)據(jù)，然后決定該數(shù)據(jù)顯示與否。 圖 37 軟件組織結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)原則 主 VI 變頻器控制模塊 變頻器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊 數(shù)據(jù)接收模塊 數(shù)據(jù)判斷模塊 數(shù)據(jù)顯示模塊 VISA 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科 畢業(yè)論文 3電機(jī)變頻控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 16 由于 LABVIEW是以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的，比較浪費(fèi) CPU的時(shí)間，采用事件結(jié)構(gòu)進(jìn)行程序編制可以從一定程度上降低 CPU的功耗。 采用 RS485總線進(jìn)行通信，雖然可以滿足遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，但是由于其易于受到外界噪聲的干擾，故其可靠性不高。本文從軟件上進(jìn)行了相應(yīng)的彌補(bǔ)，在 數(shù)據(jù)采集回來后，進(jìn)行校驗(yàn)后再 予以顯示，較大程序上隔離了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，提高了可靠性。