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青岛理工大学毕业设计（论文）

IQ PLCM M

输入部分中间部分输出部分 图2.1 可编程控制器的等效图

开始自检和监控输入采样执行用户程序输出

图2.2 一个扫描周期分为四个阶段

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第3章 变频器基础知识

3.1 变频器概述

变频器是把固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的变换器，是异步电动机变频调速的控制装置。变频技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。变频器以其具有调速、节电、节能、可靠、高效的特性广泛应用于各个领域中。

3.2 变频器的分类

1. 按变频器主电路结构形式分类：交—直—交变频器和交—交变频器。 2. 按变频电源性质分类：电压型变频器和电流型变频器 3. 按VVVVF调制技术分类：PAM和PWM两种

3.3 变频器的工作原理及控制方式

3.3.1 变频器的工作原理

变频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统。

交流异步电动机转子的转速：

n = 60f(1-s)/p （3.1）

式（3.1）中：f为输入电流的频率；p为旋转磁场的极对数；s为转差率 由此可见，转速n与输入电流频率f成正比。

设计时，电动机的磁通通常处于接近饱和值，如果进一步增大磁通，将使电动机铁芯出现饱和，从而导致电动机中流过很大的励磁电流，增加电动机的铜损耗和铁损耗，严重时会因绕组过热而损坏电动机。因此，在改变电动机的频率时，应对电动机的电压进行协调控制，以维持电动机磁通的恒定。为此，用于交流电气传动中的变频器实际上是变压变频器，即VVVVF。

变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类

型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着如图3.1所示的基本结构。

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交流电商用电源整流电路直流中间电路逆变电路交流电频率和电压均可调的交流电控制电路

图3.1 变频器的基本构成

3.3.2 变频器的控制方式

进行电动机调速时，为保持电动机的磁通恒定，需要对电动机的电压与频率进行协调控制，对此，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

（1）恒定气隙磁通ΦM控制（恒定Eg/f1控制）。根据异步电动机定子的感应电势

Eg?4.44f1N1KN1?M （3.2) 式（3.2）中， Eg为气隙磁通在每相定子感应的电动势；f1为电源频率；N1

为定子每相绕组串联匝数；K、N1为与绕组结构有关的常数；ΦM为每极气隙磁通。要保持ΦM不变，当频率f1变化时，必须同时改变电动势Eg的大小，使E1/f1?常值 即采用恒定电动势与频率比的控制方式 。（恒定Eg/f1控制）

（2）恒定压频比控制（恒定U1/f1控制）。在电动机正常运行时，由于电动机定子电阻r1和漏磁电抗的压降较小，可以忽略，则电动机定子电压U1与定子感应电动势Eg近似相等，即

U1?Eg （3.3） 则得 U1/f1=常值

这就是恒压频比的控制方式。

恒定U1/f1控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较

好，能够满足一般的调速要求，突出优点是可以进行电动机的开环速度控制。恒

【3】定 U1/f1控制存在的主要问题是低速性能较差。

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2. 基频以上调速

当电动机的电压随着频率的增加而升高时，若电动机的电压已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，具有恒功率特性。

在基频以上调速时，频率可以从基频往上增加，但电压不能超过额定电压，此时，电动机属于恒功率调速。

3.4 MM440变频器

MicroMaster 440 变频器简称MM440变频器，是西门子公司一种适合于三相电动机速度控制和转矩控制的变频器系列，其应用较广。MM440变频器由微处理器控制，采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管IGBT作为功率输出器件。因此，它具有很高的运行可靠性和功能的多样性。

MM 440变频器的电路如图3.2所示。包括主电路和控制电路两部分。主电路完成电能的转换（整流、逆变），控制电路处理信息的收集、变换和传输。

在主电路中，由电源输入单相或三相恒压恒频的交流电，经过整流电路转换成恒定的直流电，供给逆变电路。逆变电路在CPU控制下，将恒定的直流电压逆变成电压和频率均可调的三相交流电压供给电动机负载。由图3.2中可以看出，MM440变频器直流环节是通过电容进行滤波的，因此属于电压型交--直--交变频器。

MM440变频器的控制电路由CPU、模拟输入（AIN1、AIN2）、模拟输出（AOUT1、AOUT2）、数字输入（DIN1~DIN6）、继电器输出（RL1、RL2、RL3）、操作板等组成。

端子1、2是变频器为用户提供的10V直流稳压电源。

模拟输入3、4和10、11端为用户提供两对模拟电压给定输入端，作为频率给定信号，经变频器内的A/D转换器，将模拟量转换成数字量，变传输给CPU来控制系统。

数字输入5、6、7、8和16、17端为用户提供了6个完全可编程的数字输入端，数字信号经光电隔离输入CPU，对电机进行正反转、正反向点动、固定频率设定值控制等。

端子9和28是24V直流电源端。

输出端子12、13和26、27端为两对模拟输出端；输出18~25端为输出继电器的触头；输入14、15端为电动机过热保护端；输入29、30端为串行接口RS-485

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