PLC及变频调速器的多电机控制系统毕业论文.doc

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1、摘要随着自动化控制理论、工业控制网络和计算机、通信网络技术等的飞速发展，在工业场合中，单台电机的控制已经不能满足实际生产过程的需求，越来越多的场合需要对多台电动机同时进行控制，多电机控制问题已经成为控制行业发展研究的一个重要内容。本文在系统阐述变频调速技术相关知识以及对PLC功能分析的基础上，在充分考虑了成本、维护可靠性等诸多因素的情况下，提出了一种由PC机、西门子PLC、变频器、异步电机等构成的多电机控制系统的方案。文中对控制系统进行了总体设计，对多电机同步控制的原理及特点重点分析，确定了同步控制方案，提出来一种基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略，并给出了模糊PID补偿器的设计方法。然

2、后采用基于RS485接口的USS协议实现了PLC与变频器的串行通信，重点讨论了USS协议对变频器进行控制的方法和程序设计，通过USS协议，S7-200PLC可以实时读取和设置变频器的相关参数，通讯速率较高。同时还详细讨论了上位机与西门子S7-200型PLC串口通信的条件以及运用高级语言编写PLC与PC机通信的接口程序原理等。利用PLC自由端口通信方式实现与上位机的串行数据传输，将变频器的信息通过S7-200实时传送到上位机中，实现了计算机与PLC的实时通信，利用PLC自身所具备的逻辑运算和数据处理功能，实现了监控系统的设计，最终实现计算机对PLC所连接设备工作状态的实时监控。文中通过PLC对变

3、频器的控制从而达到对电机的控制目的，实现对电机运行状态的监控。该系统能够对变频器的运行参数、电机的运行状况进行在线监测，并进行远程控制，能有效地减少系统布线、减少电缆的数量，提高系统的抗干扰能力、系统的自动化水平及运行的可靠性。关键词：PLC；变频器；变频调速；电机；USS协议 6ABSTRACTWith the rapid development of the automatic control theory,the networks of theindustrial control and the technology of the computer,communication netwo

4、rk and so on,Onthe occasions in the industrial,a single motor control can no longer meet the needs of theactual production process,more and more occasions,the need for simultaneous control ofmultiple motors is existed,the problem of the multi-motor control has become an importantelement of the devel

5、opment and research in control industry.In this paper,on the basis of the describing VVVF technology-related knowledge,andfunctional analysis of the PLC,based on full consideration of the cost,maintenance reliabilityand many other factors,a multi-motor control system program is proposed，it is consti

6、tute of amachine from the PC,Siemens PLC,frequency conversion devices,and asynchronous motoretc.We have the overall design of the control system,and have a key analysis for theprinciple and characteristics of multi-motor synchronous control,identify synchronous controlprogram,propose a control strat

7、egy for multi-motor synchronous based on fuzzy PIDcompensator,and give the design method of fuzzy PID compensator.Using the USS protocolbased on the RS485 interface to carry out the serial communication of the PLC and frequencyconverter,and discussing the USS agreement how to control the inverter an

8、d procedures forthe design.Through the USS protocol,S7-200PLC could read and set the inverter parametersin real-time.It also details the serial port communication conditions between Host Computerand the type of Siemens S7-200 PLC as well as the use of high-level language to compile theprinciple of c

9、ommunication interface between PLC and the PC machine.The use ofPLC-free-port communication could achieve the serial data transmission between PC andHost Computer,the inverters information will send to the upper machine in real-time throughS7-200,achieving the real-time communications between the co

10、mputer and PLC.By the useof PLCs own logic of operation and data processing capability to enable a design ofmonitoring system,and ultimately carry out the devicesreal-time monitoring of the workingconditions which is connected to the PLC.The paper by inverter control to achieve thepurpose of motor c

11、ontrol，and to achieve the surveillance of the motor running state.The system can monitor the inverters operating parameters on-line and remote control,and can effectively reduce the systems wiring and the number of cables and improve thesystems anti-jamming capability,the automation level of the sys

12、tem and operation reliability.Key words:PLC;Frequency inverter; frequency control;Fuzzy control;USS protocol目录摘要1ABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究的背景11.2 方案选择11.3 相关技术背景简介21.3.1 变频调速技术21.3.2 PLC技术21.4 论文的研究内容32 变频调速技术分析与应用42.1 变频器的选择42.1.1 使用变频器的目的42.1.2 变频器的原理42.1.3 变频器的控制电路62.1.4 负载的分类72.1.5 变频器的选型82.1.6 变频

13、器容量计算92.1.7 西门子M420变频器性能介绍92.2变频调速技术102.2.1 变频调速的定义102.2.2 变频调速的基本原理102.2.3 变频调速系统的类型122.3 变频调速控制系统133 可编程控制器的分析与应用153.1 可编程控制器的应用与发展153.1.1 PLC的发展现状和应用领域153.2 PLC的工作原理及功能特点153.3 PLC控制系统的结构173.4 可编程控制器的选型183.4.1 可编程控制器的选型要求183.4.2 西门子CPU 226简介203.5 西门子 S7-200 PLC213.5.1 西门子S7-200 PLC模块及功能概述213.5.2 西

14、门子S7-200 PLC的工作模式213.5.3 S7-200 PLC网络的通信协议224 多电机控制系统的分析与设计254.1 控制方案研究254.2 系统硬件组成264.3 PID控制274.4 电机转速测量284.5 软件编程294.5.1 误差部分程序294.5.2 PID部分控制程序295 系统通信设计和实现305.1 PLC与变频器的通讯305.1.1 变频调速装置驱动设置305.1.2 PLC与变频器的连接315.1.3 通过USS协议实现PLC和变频器的通讯325.1.4 PLC控制变频器的程序设计335.2 PLC与监控计算机通讯的实现355.2.1 通讯方法选择355.2.

15、2 PC与PLC的通信硬件接线365.2.3 自由口模式下创建用户定义的通信方法365.2.4 自由口模式下S7-200 PLC与计算机的通信方法375.3 系统调试406 监控界面的设计416.1 人机界面设计416.1.1 人机界面设计时应考虑的几个问题416.1.2 人机界面设计的基本方法416.1.3 人机界面设计原则426.1.4 人机界面HMI的选型426.2 系统的界面设计436.2.1 触摸屏编程软件PROTOOL436.2.2 参数设定446.2.3 开机画面设计456.2.4 监控界面466.3实验研究46结论与展望48参考文献49481 绪论1.1 课题研究的背景近年来，

16、随着工业的发展和对各种机械性能、产品质量要求的逐步提高，单单针对一台电机的控制在许多场合己经不能满足实际生产的要求，在生产过程中，一个生产线经常要用多台电动机，这些电动机可能是分工协作完成一个设备的生产，也可能是分别完成各自的工作，相互之间没有任何联系，这就需要人们去控制多台电机，使其协调运行，这样多电机控制问题就产生了。迄今为止的设计经验大多主张每台变频器和电机都拥有专门属于自己的控制器，但是这样的设计就会提高系统的成本和复杂度，降低系统的性能和可靠性。本设计正是基于以上背景，提出了一种变频调速器多电机控制系统的设计方案，通过对变频器的控制来实现对电机的控制。变频调速是电机调速其中的一种。它

17、不仅操作方便，故障率低，且节能效果明显,优于调压调速、变级调速、滑差调速、串级调速、整流子调速和液力偶合器调速等。变频调速的主要特点是：体积小、重量轻，可挂墙安装,不占地面；可手控、摇控，亦可与可编程控制器、计算机等联接，实现自控；启动电流低，约为电机额定电流的1.7倍(电机启动电流为56倍额定电流),对电网设备冲击小；具有许多种保护功能(如过压、欠压、过流、短路、瞬时停电等)；可减振降噪，延长设备使用寿命。选用正确的控制方式对系统的实现有很重要的作用，在以前的设计方案中，使用常规电器搭建控制部分非常困难，同时因大量使用继电器、时间继电器又造成控制部分的可靠性降低和故障率的升高，因此很少有这样

18、的设计方案。因此，就需要选择更好的控制方式来实现。近年来，由于可编程控制器（PLC）发展极为迅速，应用面极广，它具有功能齐全、使用方便、可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，操作方便，系统的设计，安装，调试工作量小，维护容易；体积小，能耗低；配套齐全，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；性能价格比高等优点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，将会向着微型化，专业化，大型化，高速化，高性能方向发展，并将成为实现工业自动化的一种强有力工具。因此，选择使用PLC来实现变频调速器的多电机控制。1.2 方案选择要实现对多台电动机的控制，可以有两种方案来选择。一是利用变频器来拖动多台电机实现。现

19、在变频器的技术已经比较成熟，基本型的变频器都有一拖二甚至更高的功能，这样就可以用变频器来带动多台电动机运行从而实现多电机的控制。使用这种方式，由于只用一台变频器，所以投资少，减少了额外的硬件，又降低了整个系统的成本，同时最大限度的提高设备利用率，挖掘增效潜力。但是此方案只对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统比较合适。二是采用每台电动机各由一台变频器来控制的方式，那么这就要用到多台交流变频调速器，再利用PLC来控制多台变频调速器，从而达到多电机控制的目的。采用这种方法，由于使用多台变频器，相较于第一种方案投资较大，但是适用于大规模生产线中电机数目较多，电机分布距离较远的情况，而且，用PLC

20、和变频器搭建的程控系统，不但可以实现设备运行的自动化管理和监控，提高了系统的可靠性和安全性，而且提高了企业经济效益和工作效率。因此，该系统具有一定的工程应用和推广价值。本系统中采用的就是利用PLC控制多台变频器的方式来实现多电机控制的研究。1.3 相关技术背景简介1.3.1 变频调速技术变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是目前运用最广泛且最有发展前途的调速方式。交流电动机变频调速系统的种类很多，从早期提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型，脉宽调制等各种变频器。目前变频调速的主要方案有：交-交变频调速，交-直-交变频调速，同步电动机自控式变频调速，正弦波脉宽调制（SPWM）变频调

21、速，矢量控制变频调速等。变频调速系统由电力半导体变流器、电动机、控制、检测四部分组成。这四部分相互依存，共同作用，实现交流驱动的高精度、使用方便、低转矩脉动、低噪音、无传感器、小型化等性能指标。异步电动机变频调速具有调速范围广，平滑性较高，机械特性较硬的优点，可以方便地实现恒转矩或恒功率调速。1.3.2 PLC技术PLC英文全名为Programmable Controller，即可编程控制器，包括逻辑运算、顺序控制、时序、计数以及算术运算等程序。它用一串指令形式存放在存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟、数字等输入输出部件，对生产设备与生产过程进行控制。一套典型的PLC通常包括CPU模块

22、、电源模块和一些I/O模块，这些模块被插在一块背板上。如果配置增加，可能会包括一个操作员界面、监控计算机、通信模块、软件以及一些可选的特殊功能模块。可编程控制器不仅容易安装，占用空间小，能源消耗小，带有诊断指示器可以帮助故障诊断，而且可以被重复使用到其他的项目中去。现在，尽管PLC的功能，如运行速度、接口种类、数据处理能力已经获得了很大的提高，但PLC一直保持了最初设计的原则，那就是简单之上的原则。1968年，通用汽车公司确立了第一个可编程逻辑控制器的标准，目的在于替代既复杂又昂贵的继电器控制系统。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用

23、。到1969年，第一个PLC诞生，当时称为可编程控制器，英文称为Programmable Controller，缩写为PC。由于第一代PLC是为了取代继电器，因此，采用采用了梯形图语言作为编程方式，形成了工厂的编程标准。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术发展的大门。在很短时间内，PLC就迅速扩展到食品、饮料、金属加工、制造等多个行业。PLC通常根据CPU所带的I/O点数的规模分为微型PLC、小型PLC、大型PLC、PC插卡式PLC以及PC兼容的PLC。PLC的技术不断发展取得了很大的成就，PLC控制系统13应用的越来越广泛。过去，PLC使用与离散过程控制，如开关、顺序运动

24、执行等场所，但随着PLC的功能越来越强大，PLC也开始进入过程自动化领域。1.4 论文的研究内容本论文主要讨论了一种变频调速器多电机控制系统的设计方案，能够实现设备运行的自动化管理和监控，提高系统的可靠性和安全性，全文共分为六章。第一章为绪论。简单介绍了课题研究的背景以及方案的选择和相关技术的介绍。第二章介绍了变频调速技术的原理、分类、控制方式以及变频器的选择等内容。第三章介绍了可编程控制器的有关知识，包括它的原理、功能特点、结构以及选型、发展状况等相关知识，最后还详细介绍了本系统所要采用的SIEMENS S7-200 PLC等有关内容。第四章是系统设计的内容。根据多电机同步的发展现状提出了多

25、电机同步控制方案，研究了此种策略的设计方法。第五章是系统通信的设计与调试。重点介绍了变频器与PLC，PLC与上位机通讯的设计内容与调试。包括通信协议的选定、协议内容以及程序设计等相关内容。第六章是监控界面设计的相关内容。包括人机界面的选型、编程软件的选择和系统界面设计等。最后总结本论文所做的主要工作，并提出一些今后需要进一步研究的问题和方向。本章小结本章阐述了论文研究的课题的背景意义，以及方案的选择，简单介绍了变频调速技术和PLC技术，西门工业控制网络技术的背景知识。阐述说明了本文研究的内容、方法和要实现的目的。2 变频调速技术分析与应用变频调速技术近年来发展很快，变频器在节约电能的同时可以减

26、少排放、降低能耗，理解并掌握变频器的控制具有十分重要的现实意义，而且现在越来越多的工业控制场合选用PLC和变频器用于电机的调速控制。2.1 变频器的选择变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器的基本构成如图2.1所示，其主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。整流电路中间直流电路逆变电路电动机控制电路可控频率的交流工频交流电源图2.1 变频器的基本结构框图2.1.1 使用变频器的目的变频器应用可分为用于传动调速和用于各种静止电源两大类。变频器的目的使用见表2.1。2.1.2 变频器的原理变频器可分为间

27、接变频器和直接变频器两大类。间接变频器先将工频交流电源整流成电压大小可控的直流，再经过逆变器变换成可变频率交流，由此也称交-直-交变频器；直接变频器则将工频交流一次性变换成可变频率交流，故可称交-交变频器。目前以间接变频器应用较为广泛。本文所述变频器也属于这一类。（1） 交-直-交变频器按照电压、频率的控制方式，交-直-交变频器有三种结构形式：可控整流器调压、逆变器调频方式。如图2.2（a）所示：其调压与调频功能分别在两个环节上实现，由控制电路协调配合，故结构简单、控制方便。由于装置输入环节采用可控整流，当低频低压运行时，移相触发角u很大，致使输入功率因数低下，此外逆变器多用晶闸管型2阶梯波，

28、每周换流2次的逆变器，器件开关频率低输出谐波成分大，当然，可控器件如IGBT的出现使得PWM控制成为可能，可以大大的改善其工作性能，但成本较高。不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。如图2.2（b）所示：由于采用二极管整流,使输入功率因数提高。由于输出逆变环节功率器件采用晶闸管，仍有输出谐波成分大的弊病。不控整流器整流、脉宽调制型（PWM）逆变器同时实现调压调频方式。如图2.2（c）所示：此时除装置输入功率因数高，又因采用高开关频率的逆变器，输出谐波很小，性能优良。可控整流逆变不控整流斩波器逆变不控整流PVM逆变AC DC AC AC调压 调频AC DC DC AC调压 调频AC DC

29、AC50HZ50HZ50HZfff调压调频、a）b）c）图2.2 交-直-交变频器结构图（2）交-交变频器交-直-交变频器控制简单，所用晶闸管元件少，但它要经过两次能量转换损耗比较大，而且大部分变频器都用不可控器件作逆变开关，采用电容强迫换流，电路结构复杂。交-交变频器可直接将电网频率交流变成频率可调交流，无需中间直流环节，从而可提高整个变频装置的变换效率。又由于交-交变频器中晶闸管可利用交流电网实现电源自然换流，无需专门设计换流电路，简化了变流器结构。再由于这种变频器基本单元是由三相可逆整流装置所构成、每相装置均为两个反并联的三相整流器、变频器容量就由它们来分担，因此在不采用元件串、并联的条

30、件下，可将交-交变频器容量做得很大，使这种变频器在大容量低速同步电机的无齿系传动、大型线绕异步电机的超同步双馈调速，以及新型交流励磁变速恒频发电系统中得到了相当广泛的应用。交-交变频器输出的每一相都是由两组晶闸管可控整流器反并联的可逆线路构成。如图2.3所示。其中图（a）电路可控整流器进线侧接入了足够大滤波电感使输出电流近似方波，称电流源型；图（b）两组整流器直接反并联,构成电压源型电路。当正组工作在整流状态时，反组封锁。负载上电压为上（）下（）。当反组处于整流状态而正组封锁时，0u为上（）下（）；两组交替工作就使负载上得到交流电压，如图（c）所示,其输出频率即为两组整流器的交替工作切换频率。

31、由于交-交变频器输出的交流电压是经晶闸管整流后获得，晶闸管利用了电网电压换流，其输出频率不能高于电网频率。通常最高输出频率被限制为电网频率的1/3-1/2。图2.3 交-交变频器原理图2.1.3 变频器的控制电路给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路，称为控制电路。如图2.4所示，控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、丰电路的电压、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。图2.4 变频器控制电路在图2.4点划线内，无速度检测电路，为开环控制。在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电

32、动机的速度进行控制更精确的闭环控制。（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）驱动电路为驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使丰电路器件导通、关断。（4）I/0输入输出电路为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入(比如运行、多段速度运行等)信号，还有各种内部参数的输出(比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。（5）速度检测电路山东大学硕士学位论文以装在异步电动轴机上的速度检测器(TG、PLG等)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

33、速度运转。（6）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。逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，表2.l为保护功能一览。表2.l 保护功能一览：保护对象保护功能逆变器保护瞬时过电流保护过载保护再生过电压保护瞬时停电保护接地过电流保护冷却风机保护异步电动机保护过载保护超频(超速)保护其它保护防止失速过电流防止失速再生过电压2.1.4 负载的分类变频器的选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。电动机的功率与负载转矩和转速的积成比例为：

34、 （2.1）式中P功率(kW)；T转矩(Nm)；角速度(rad/s)；N转速(r/min)。根据转矩T与转速n的关系，通常将生产机械负载分为三种类型见图2.5。功率转矩功率转速转速a）功率转矩功率转速转速b）功率转矩功率转速转速c）图2.5 负载转矩特性a)恒转矩负载b)恒功率负载c)平方转矩负载（1）恒转矩负载恒转矩负载（T为定值）如图，负载转矩T与转速无关，任何转速下T总保持恒定或基本恒定，即使转速变化，转矩也不大变化。（2）恒功率负载恒功率调速包含两种含义：负载具有恒功率的转矩-转速特性，恒功率的转矩-转速特性指的是负载在转速变化时需要电动机提供的功率为恒定。电动机具有输出恒功率能力，当

35、电动机的电压随着频率的增加而升高时，若电动机的电压己经达到电动机的额定电压，继续增加电压有可能破坏电动机的绝缘。为此，在电动机达到额定电压以后，即使频率增加仍维持电动机电压不变。这样电动机所能输出的功率由电动机的额定电压和额定电流的乘积所决定，不随频率的变化而变化，即具有恒功率特性。（3）平方转矩负载平方转矩负载（T/n2为定值)如图，即随着转速的降低，转矩也变小。随着转速减小，转矩按转速的二次方减小。这种负载所需的功率与速度的三次方成正比。2.1.5 变频器的选型在交流调速系统设计中，在保证系统指标的前提下，应以系统结构简单、成本低、技术成熟、维护工作量小为目标来选择最佳的系统配置，应克服追

36、求高新技术的系统配置，减少造成投资高、维护工作量大、复杂的技术储备型设计。在工程扩建和技术改造中选用变频装置的原则是，根据负载及工艺条件确定变频装置的控制算法，在保证系统的技术指标前提下尽可能减少工程投资。根据实际运行经验可按照以下原则设计以保证高的性能价格比：（1）按负载类型选择调速装置。负载变化时通常希望速度变化越小，系统工作越稳定越好，所以大多数负载希望静态速度误差越小，机械特性越硬越好。但也存在某些负载要求较软的机械特性如电车、电梯等负载，当负载超重时为安全起见要求其速度自动地慢下来。（2）考虑调速经济性，优先考虑设备投资，从两方面考虑。一方面在符合系统调速要求条件下选择合适类型的调速

37、装置，如风机、水泵等的一般性节能调速尚可考虑选用一般的v/f型SPMW（正弦脉宽调制）通用型变频器，毋需选择矢量控制或直接转矩控制变频器。在要求启动转矩大或调速特性要求高的场合，应选用矢量或直接转矩控制型变频器。在某些要求测量运转设备扭力矩的场合，选直接转矩控制的变频器就非常合适，因为该类型变频器可以直接测出其输出的转矩作为测量参数输出。另一方面应考虑设备性能价格比，在价格相近时应选择性能更优异的变频器。还应考虑调速系统的故障率，包括电动机本身、生产机械因调速系统故障而停工、修理，由此引起的损失往往超过调速装置本身价格的若干倍。在选择变频器型号时，应充分考虑变频器的性能和可靠性，单纯考虑变频器

38、价格是片面的。2.1.6 变频器容量计算（1）根据电动机电流选择变频器容量变频器驱动异步电动机调速，在电机的容量确定并选定其型号以后，通常应根据电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。（2）容量选择注意事项并联追加投入起用一台变频器使多台电动机并联运转时，如果所有电动机同时起动加速可按如前所述选择容量。但是对于一小部分电动机电动机开起后再追加投入其他电动机起动场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电动机将产生大的起动电流。因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。大过载容量根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器，但通用变频器过载容量

39、通常多为125%,60s或150%,60s,需要超过此值的过载容量时必须增大变频器的容量。轻载电动机电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际相称的变频器容量。但是对于通用变频器，即使实际负载小，使用比按电动机额定功率选择的变频器容量小的变频器并不理想。根据系统综合考虑因素，选择西门子MM420型变频器，并且选用专门的变频调速电机。2.1.7 西门子M420变频器性能介绍 通用型西门子M420系列变频器采用先进磁通矢量控制方式，实现在线自动调整功能，调速比可达l：120(05-60Hz)。可拆卸风扇和接线端子，维护方便。柔性PWM，实现更低噪音运行。内置RS485通信口，可

40、插扩展卡符合全世界主要通信标准。PID等各种功能适合各种应用场合。功能特点：(1)快速电流限幅，无跳闸功能。即使设定的加速时间超出了变频器的过电流限制，也可以自动减缓加速、不跳闸、失速；运行有负载冲击，能自动降低频率，防止跳闸失速。(2)用磁通矢量控制，实现1Hz运行150转矩输出。(3)PID，15段速度等功能选择。(4)内置RS-485通信口，可实现远程通信(5)内置柔性RWM，实现更低噪音运行。(6)可设定加速时间(0.1秒至3600秒)，具有S形加减速功能，让加减速过程变得缓和，防止冲击和载物倒塌。保护功能：(1)变频器过电压欠电压保护、短路保护；(2)对变频器和电机的过热保护。(3)

41、电机的锁死保护、缺相保护； (4)电机热敏电阻PTC的接口。由上可见，变频器和电机得到全面如图所示： 图2.6 MicroMaster4202.2变频调速技术2.2.1 变频调速的定义由于异步电动机的转速表达式为：。其中为定子电压频率，p为电动机极对数，s为转差率，为异步电动机的同步转速。根据上式，即异步电动机的转速：当极对数p不变时，电动机转子转速n与定子电源频率f1成正比，因此连续地改变供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电动机的转速，这种调速方法称为变频调速。它具有较好的调速性能，是现代交流调速方法中具有重要意义的一种调速方法。通过改变定子供电频率来改变同步转速实现对异步电动机的调速，在

42、调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想的调速方法。2.2.2 变频调速的基本原理当在一台三相异步电动机的定予绕组上加上三相交流电压时，该电压将产生一个旋转磁场，其速度由定子电压的频率所决定。当磁场旋转时，位于该磁场中的转予绕组将切割磁力线，并在转子绕组中产生相应的感应电动势和感应电流，而此感应电流又将受到旋转磁场的作用而产生电磁力，即转矩，使转子跟随旋转磁场旋转当将三相异步电动机绕组的任意两相进行交换时，所产生的旋转磁场的方向将发生改变。因此，电动机的转向也将发生改变。异步电动机定了磁场的转速被

43、称为异步电动机的同步转速，其同步转速由电动机的磁极个数和电源频率所决定： （2-1）-同步频率 -电源频率 -磁极对数异步电动机的转速总是小于其同步转速，异步电机的实际转速可由下式给出： (2-2)-电动机的实际转速 -异步电动机的转差率由(2-2)可知，改变参数f，s中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制。因此，可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制。从某种意义上说，变频器就是一个可以任意改变频率的交流电源。在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量。为额定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导

44、致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持西。不变是很容易做到的。在交流异步电机种，磁通是定子和转子合成产生的。三相异步电机定子每相电动势的有效值是： （2-3）-气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V；-定子频率，单位为；-基波绕组系数；-每极气隙磁通量，单位为；由公式可知，只要控制好色和石，便可以控制磁通。不变。需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况：（1）基频以下调速：即采用恒定的电动势。由上式可知，要保持m不变，但频率石从额定值石。向下调节时，必须同时降低臣。然而绕组中的感应电动势是难以控制的

45、，但电动势较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定了相电压UE，则得=常数。低频时，U和都较小，定予阻抗压降所占的份量都比较显著，不能在忽略。这时，可以人为的把电压U抬高一些，以便近似的补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性为b线，无补偿的为口线。如图2.7所示。UI (定子相电压)UUlnba0flnfl(频率)图2.7恒压频比控制特性（2）基频以上调速在基频以上调速时，频率可以从无往上增高，但电压U磁通与频率成反比的降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制特性，如图2.8。如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上，基本上属于“恒功率调速”。恒转矩调速 恒功率调速U1（定子相电）U1mU1f1m f1/频率图28 异步电动机变频调速控制特性2.2.3 变频调速系统的类型（1）按应用的场合分：以一般工艺调速和节能为主要目的的变频调速系统。