变频驱动与控制技术介绍
变频的原理与应用
变频的原理与应用一、概述变频技术作为一种先进的电力调节技术，广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍变频的原理及其在不同领域中的应用。
二、变频的原理变频器通过改变电源频率来控制电机的转速，从而实现对电机的调节。
具体而言，变频器将交流电源输入经过整流、滤波、逆变等处理后，得到所需的变频电源输出。
其主要原理可以概括如下：1.输入电源整流滤波：将交流电源通过整流电路转换为直流电源，并经过滤波电路削去输出纹波。
2.逆变输出：将直流电源通过逆变器电路转换为可调节的交流电源输出，在逆变过程中通过改变逆变电路的开关频率来实现输出频率的调节。
3.控制单元：变频器通过控制单元对逆变器进行调节，实现频率、电压等参数的控制。
常见的控制方式包括串行通信、模拟控制和数字控制等。
三、变频的应用1. 工业领域变频技术在工业领域中得到了广泛应用，主要体现在以下几个方面：•变频电机驱动：传统的电机驱动方式使用固定频率的电源供电，而变频电机驱动将电机与变频器相结合，可以实现对电机转速的精确控制，大大提高了生产效率。
•节能降耗：通过变频器控制电机转速，能够根据实际负载情况自动调整电机的输出功率，以达到节能降耗的目的。
•调速精度高：变频器可以实现电机转速的精确控制，适用于对转速要求较高的设备，如机床、风机、泵等。
2. 暖通空调领域暖通空调系统是变频技术应用的又一个重要领域，其主要应用在以下几个方面：•变频压缩机：传统的空调系统使用固定频率的压缩机，无法根据负载变化的实际需求进行调节。
而采用变频技术的空调系统可以根据室内温度、负载情况等实时调整压缩机的转速，从而实现能耗的降低。
•精确控制温度：变频技术可以实现空调系统的整体调节，根据室内外温度、湿度等参数来精确控制空调的运行，提供更加舒适的室内环境。
•节能环保：通过变频技术，空调系统可以实现高效运行，避免能量的浪费，达到节能环保的目的。
3. 水处理领域在水处理领域，变频技术也起到了重要作用，常见应用包括：•潜水泵变频调速：将潜水泵与变频器相结合，能够根据实际需求调整泵的运行频率和转速，从而实现水位的稳定控制。
变频器的工作原理与控制方式
变频器的工作原理与控制方式变频器（Variable Frequency Drive，缩写为VFD），又称为交流调速器（AC Drive），是一种用于调节交流电机转速的电子装置。
它通过改变输入电压的频率和幅值来控制电机的转速。
变频器工作原理主要涉及开关技术、PWM调制技术、电机驱动理论等方面内容，下面将详细介绍。
一、变频器的工作原理1.开关技术变频器利用开关电子器件（如晶体管、IGBT等）来实现对输入电源的开关控制。
通过不断开关电路，形成等效于几十千赫兹至几千千赫兹的高频方波，从而形成理想的正弦波输出。
2.PWM调制技术PWM（Pulse Width Modulation）调制技术是指通过改变开关装置的导通时间和关断时间，以一定占空比形式控制开关管工作的方式。
在变频器中，PWM技术可以实现加减压、变频和控制电机的转速。
3.电机驱动理论变频器通过改变输入电压的频率和幅值来调节电机的转速。
在工作过程中，通过改变开关器件导通时间和关断时间，将输入电压的频率调节到所需的频率范围，实现对电机转速的精准控制。
二、变频器的控制方式1.V/f控制方式V/f控制方式（Voltage/frequency ratio control）是一种常用的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速，并根据转速信号和预设的转速曲线进行比较，计算所需输出频率，并根据预设的V/f比值进行控制，实现对电机速度的调节。
2.向量控制方式向量控制方式（Vector Control）又称矢量控制方式，是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩和位置等信息，并根据这些信息进行精确计算和控制，实现对电机速度、转矩和位置等的准确控制。
3.矢量控制方式矢量控制方式（Direct Torque Control，缩写为DTC）是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩等信息，并根据转速、转矩的变化率进行预测和计算，在每个采样周期内调节电机的转速和转矩，实现对电机的精确控制。
变频驱动与控制技术介绍.
IGBT
微机控制技
术
单片机
DSP
IGBT大容量化
更高速率和容量
如:矩阵式变频器大功率传
动使用变
频器,体
积大,价
格高
未来发展方向
完美无谐波
PWM技术
SPWM技术
PWM优化
新一代开关技术
无速度矢量控制
电流矢量V/F
70年代80年代
60年代90年代
高速DSP
专用芯片
00年代
超静音变频器开始流行
解决了GTR噪声问题
1.按变换环节分类
按变换环节来分可以分为交-交直接变频器和交-直-交
间接变频器。
优点:没有中间环节,变换效率高。
缺点:总设备投资大,交-交变频器的最大输出频率为30HZ ,其应用受到限制。
8.1.4变频器的分类
1交-交直接变频器
2交-直-交变频器:
~整流部分储能环节逆变部分M交流直流直流交流
控制系统
(4交-交变频器供电的交流变频调速设备。这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大
需求,台数不多,功率大。主要靠进口,国内只有少数科研单位有能力制造。目前最大容量做到7000~8000kW。功率部分国产,数字控制装置进口,包括开发应用软件。
8.1.1变频技术及变频器
1、变频器
变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置。
一般频率是从额定频率f
1N
向下调,所以需要
同时降低电源电压。
4基频以上恒功率(恒电压变频调速
当f
1>f1N时,U1=const,f↑→ Φm↓(属于弱磁调速→电磁转矩T↓→P不
变频及伺服技术
1. 变频技术2. 变频器的认识一、定义1. 什么叫变频器：变频器就是改变电源频率的电气设备。
2. 三相异步电动机：以三相电源为动力源，实际转速与同步转速不一致的电动机。
如：抽水泵上的电动机。
3. 什么叫三相电源：三相电源就是相与相之间的电压相等，相角度相差120的三相电源。
4. 什么叫单相电源：只有一相的电源叫单相电源，电压参考点为大地或中性点。
如：每家每户所用的照明电源。
5. 什么叫线电压：相线与相线之间的电压叫做线电压。
（国标为380V）6. 什么叫相电压：相线与零线之间的电压叫做相电压。
（国标为220V）3. 二、三相异步电动机的作用和特性：1. 三相异步电动机的作用：通过三相异步电动机运转（正转或反转）来带动其它设备做各种各样的机械运动。
2. 三相异步电动机的特性：1) 运转方式：靠旋转磁场来带动电动机转子额定电流为约等于其功率的二倍额定电流为约等于其功率的二倍V/F控制变频器力矩力电机力力转。
2) 接线方式：有星形（Y形）和三角形（△形）两种，Y形接线时，电动机的电流小，但力矩也小，三角形（△形）接线时电动机的电流大，但力矩大；3) 变速：n=60f (1-K)/pn—电动机转速 60—常数 p—极对数f —电源频率 k—滑差系数公式说明：只要改变电源频率“f”或极对数“p”，就可以改变电动机转速。
三相异步电动机有2极、4极、6极、8极……,工业用的三相异步电动机一般极数不会超过8极，极数越多，转速越慢，但力矩就越大，极数越少，转速就越快，但力矩就越小；每种极数所对应的转速如下：a) 2极──2950转/分（理想3000转/分，即同步转速）b) 4极──1450转/分（理想1500转/分，即同步转速）c) 6极──950转/分（理想1000转/分，即同步转速）d) 8极──700转/分（理想750转/分，即同步转速）4. 三、变频器的作用：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。
吊扇的技术创新：变频驱动技术解析
吊扇的技术创新：变频驱动技术解析在现代生活中，吊扇是我们家庭生活中不可或缺的电器之一。
吊扇的技术创新一直在不断演进，其中变频驱动技术是目前吊扇市场上的一项重大革新。
本文将对吊扇的变频驱动技术进行深入解析，探讨其原理、优势和在实际应用中的效果。
1. 变频驱动技术的原理在传统的吊扇中，电机的转速通常是固定的，无法通过调节来满足用户不同的需求。
而变频驱动技术的出现，解决了这个问题。
变频驱动技术通过调整电机的供电频率，使电机的转速可以自由调节。
这一变频驱动技术主要由三个部分组成：变频器、传感器和控制器。
首先，变频器是变频驱动技术的核心设备，用于将电源的交流电转换为可变频率的交流电。
变频器通过改变电源的频率，使电机的转速得以调节。
其次，传感器用于感知环境的温度、湿度等信息，并将这些信息传输给控制器。
最后，控制器根据传感器的反馈信号和用户的需求，调整变频器的输出频率，从而改变吊扇的转速。
2. 变频驱动技术的优势2.1 节能高效变频驱动技术能够根据不同的使用环境和需求，调整吊扇的转速，使其始终处于最佳工作状态。
传统的吊扇在工作时通常是以最高速度运行，而变频驱动技术可以根据实际需要将电机的转速调节到合适的水平，从而减少能耗并延长电机的使用寿命。
相比传统的固定频率驱动技术，变频驱动技术在节能方面具有明显的优势。
2.2 细致调节传统吊扇的转速通常只有几个档位可选，无法满足用户对风速的不同需求。
而变频驱动技术可以实现无级调速，用户可以根据个人需求来设置吊扇的转速。
无论是需要强劲的风力还是柔和的微风，变频驱动技术都能够满足用户的要求，提供更加舒适的使用体验。
2.3 低噪音传统吊扇在高速旋转时会产生较大的噪音，给用户的使用体验带来不便。
而采用变频驱动技术的吊扇，由于能够准确控制电机的转速，可以降低噪音的产生。
变频驱动技术通过合理的控制电机的运行，让吊扇在工作时保持平稳、静音的状态。
这不仅提高了用户的使用舒适度，也在一定程度上减少了对家庭安宁的干扰。
数控机床主轴驱动变频控制
数控机床主轴驱动变频控制一、前言数控机床是传统机床向智能化方向发展的结果，其操作简单、精度高、效率高等特点，使得其在现代制造业中大有用处。
数控机床中的主轴驱动控制是其中的一个重要环节，其精度和可靠性对整个机床的操作效果有着至关重要的作用。
本篇文档将主要介绍数控机床主轴驱动变频控制相关知识。
二、数控机床主轴驱动变频控制的原理数控机床的主轴驱动控制系统主要是由相关电气元件组成的变频器控制系统。
变频器就是将市电通过整流、滤波、逆变后输出一定的频率、电压并控制电机转速的电子装置。
在数控机床的主轴驱动系统中，变频器通过对电机控制进行电压和频率的调整，来实现主轴的旋转，进而控制其转速和输出功率。
变频器输出的频率、电压均可调整，因此可以通过控制变频器的输出，来实现对主轴的速度调节。
电气控制系统通过实时监测机床运行状态、主轴运行状态、机床速度、主轴转速等信息，根据预先设定的运转条件，通过控制变频器输出的电压、频率实现对机床的工作状态并实现对主轴的速度调节。
三、数控机床主轴驱动变频控制的优点与传统机床的主轴驱动方式相比，数控机床主轴驱动变频控制有诸多优点，主要体现在以下几个方面：1.可调性强：通过对变频器的控制，可以实现精确的主轴转速调节，可以满足不同需求的工件加工。
2.精度高：由于采用了电气控制系统，可以实现主轴转速的精确控制，进而实现加工精度的提高。
3.效率高：数控机床主轴驱动变频控制由于能够实现电气控制，减少了机械传动过程中的机械损耗，因此其效率远高于传统机床主轴驱动方式。
4.运转平稳：变频器可以调节输出电压和频率，可以进一步实现对主轴转速的控制，从而实现机床运转的平稳。
四、数控机床主轴驱动变频控制的应用数控机床主轴驱动变频控制技术的应用相当广泛，可以应用于各种数控机床类型，包括数控车床、数控加工中心、数控铣床等。
特别是在高速、高精度、高效率的加工应用中，其优势更加明显。
五、数控机床主轴驱动变频控制的维护和保养为了确保数控机床主轴驱动变频控制系统的长期稳定运行，必须进行日常的维护和保养。
变频器永磁同步电机控制介绍
变频器永磁同步电机控制介绍变频器是一种能够控制电机运行速度和实现精确控制的设备。
永磁同步电机则是一种采用永磁体作为励磁源的同步电机。
本文将介绍变频器在永磁同步电机控制方面的应用。
一、变频器的原理和作用变频器的原理是通过改变电机供电频率来控制其转速。
传统的交流电机一般由交流电源供电，而交流电源的频率是固定的。
变频器通过改变电源的频率，可以实现对电机转速的调节。
在变频器中，主要有三个部分：整流器、逆变器和控制器。
整流器将交流电源转换为直流电，逆变器将直流电转换为可调频率的交流电，控制器负责对逆变器进行速度和转向的控制。
在永磁同步电机控制中，变频器的作用是将电机与逆变器连接，通过控制逆变器的输出频率，驱动电机旋转。
由于永磁同步电机具有较高的转矩密度和效率，因此在需要实现高效率和高精度控制的应用中广泛使用。
二、变频器在永磁同步电机控制中的应用1. 转速控制变频器通过改变输出频率，可以实现对永磁同步电机的转速控制。
通过调节变频器的输出频率和转矩，可以使电机以不同的转速运行，满足不同工况下的需求。
例如，在工业生产中，经常需要根据生产需要调整电机转速，变频器可以通过简单的设置实现这一功能。
2. 转矩控制除了转速控制外，变频器还可以实现对永磁同步电机的转矩控制。
通过调整变频器输出的电压和频率，可以控制电机的转矩大小。
在一些需要精确转矩控制的场合，如机械加工和物料输送系统等，变频器的转矩控制功能非常重要。
3. 节能控制使用变频器驱动永磁同步电机，可以实现能耗的有效控制。
传统的电机通过改变输入电压或闭环调速来实现控制，效率较低。
而变频器可以根据实际需求调节输出频率，以最佳的效率工作，从而节约能源。
4. 反馈控制变频器通过实时监测电机的转速和电流等信息，可以反馈给控制器进行精确的控制。
这种反馈控制可以实现对电机运行状态的监测和调整。
通过变频器的反馈控制，可以提高电机的运行精度和稳定性。
三、变频器在永磁同步电机控制中的优势1. 高效率：由于永磁同步电机的特性，结合变频器的控制，可以实现高效率的转速和转矩控制，提高能源利用效率。
变频技术介绍(讲义)
一、异步电机变频调速原理
一、异步电机变频调速原理
定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力 线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力， 电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一 般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则 转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生 电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电 动机。
异步电动机的同步转速由电动机的磁极对数（极对数）和电源频率所决 定。
电机的同步转速： ns = 60f / p
且转差率 ： s = ns - n / ns
因此，电动机的转速： n = ns × ( 1 – s ) = 60f / p × ( 1 – s )
其中： n ———电动机转速，r/min； ns———同步转速，r/min； f ———电源频率，Hz； p ———电动机磁极对数； s ———转差率。
一、异步电机变频调速原理
U/f关系
、nc.To.sI1 1
n
cos1 I1
T
P2 异步电动机的工作特性
一、异步电机变频调速原理
异步电机调速时的输出特性
异步电机调速方式 1、变极调速 2、转子回路串电阻调速， 3、滑差电机（电磁调速异步电动机） 4、定子调压调速方法 5、串级调速方法 6、变频调速
一、异步电机变频调速原理
变频器技术简介 1、通过改变电源频率来改变交流电机运转速度的驱动器。 2、交-交变频 交-直-交变频 3、电压型变频 电流型变频 4、V/F 矢量控制 直接转矩
一、异步电机变频调速原理
技术发展
变频驱动原理
变频驱动原理
变频驱动是一种用于控制电机速度的技术，通过改变电机驱动频率来调节电机转速。
其原理是利用变频器（也称为变频电源）将输入电源的频率转换为可调节的输出频率，然后将这个可调节的频率传递给电机。
该技术的基本原理是根据电机负载的需求改变电源的频率。
通常情况下，电机的转速是由输入电源的频率决定的。
而通过变频驱动，我们可以改变输出电源的频率，从而改变电机的转速。
这样，我们就可以根据实际需求灵活地调节电机的转速。
变频驱动主要是通过改变输入电源的频率来实现的。
一般来说，输入电源的频率是固定的，例如50Hz或60Hz。
然而，通过
使用变频器，我们可以改变这个频率，使其成为可调节的。
为了实现这一点，变频器内部通常包含有一些电子元件，如晶闸管、功率晶体管等，来控制电源频率的调节。
当我们改变输出频率时，可以使电机的转速相应地改变。
例如，如果我们将频率增大，电机的转速也会增加；而如果我们将频率减小，电机的转速也会减小。
通过不断调节输出频率，我们可以实现对电机转速的精确控制。
变频驱动有着广泛的应用，例如在工业生产中，可以用于控制机械设备的转速；在家电领域，可以用于调节风扇、空调等设备的风速。
通过利用变频驱动的原理，我们可以实现对电机转速的灵活调节，从而提高设备的效率和性能。
变频器及电机应用关键技术讲解
变频器及电机应用关键技术讲解概述变频器（Variable Frequency Drive，VFD）是一种能够调整交流电机转速和输出电压频率的设备，通过改变电机供电频率，实现对电机速度的精确控制。
它广泛应用于工业自动化、能源节约和电动机驱动等领域。
本文将从原理、功能、应用、未来发展以及注意事项等方面进行变频器及电机应用关键技术的讲解。
原理变频器基于PWM（PulseWidthModulation，脉宽调制）原理工作。
它接收输入电源，并通过内部电路将电源直流化。
然后，使用电子器件（如IGBT）将直流电转换成可调的交流电，以供给电机。
通过调整变频器的输出频率和电压，可以实现对电机转速的控制。
功能1.调速功能：变频器可以根据需求精确地控制电机的转速，使其适应不同的工况要求。
2.节能功能：通过变频器控制电机的转速，可以避免电机在低负载情况下运行过快，从而降低功耗，实现节能效果。
3.启动控制功能：变频器具有软启动功能，可以减小电机启动时的冲击和过电流现象，延长电机寿命。
4.频率保护功能：当电网频率波动或超出设定范围时，变频器能够通过调整输出频率稳定电机运行，避免因频率异常引起的故障。
应用变频器及电机应用广泛，以下是一些常见的应用领域：1.工业自动化：在生产线上，变频器可以精确控制电机转速，实现工艺参数的精确控制，提高生产效率和产品质量。
2.交通运输：在轨道交通、电动汽车等领域，变频器可用于电动机驱动系统，提供高效、精确的动力输出。
3.水泵与风机：变频器可根据需要调整水泵和风机的转速，实现节能运行，降低噪音和维护成本。
4.空调与制冷：变频器可调节空调和制冷设备的压缩机转速，以适应室内温度变化，提高舒适度和能源利用率。
未来发展随着工业自动化和能源节约的需求不断增加，变频器及电机应用技术也在不断发展。
未来可能出现以下趋势：1.高效节能：随着对能源利用效率要求的提高，变频器及电机应用技术将进一步提高功率密度和转换效率，实现更高效的节能效果。
变频器的基本操作与控制
2. 2变频器的外部运行操作
任务训练 一、训练内容 用自锁按钮SB1和SB2，外部线路控制MM440变频器的运行，
实现电动机正转和反转控制。其中端口“5" ( DINT)设为正 转控制，端口“6"DIN1)设为反转控制。对应的功能分别由 P0701和P0702的参数值设置。 二、训练工具、材料和设备 西门子MM440变频器一台、三相异步电动机一台、断路器 一个、熔断器三个、自锁按钮二个、导线若干、通用电工工 具一套等。
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2. 2变频器的外部运行操作
相关知识点 一、MM440变频器的数字输入端口 MM440变频器有六个数字输入端口，具体如图2-3所示。 二、数字输入端口功能 MM440变频器的六个数字输入端口(DIN1~DING)，即端口
“5”;“6”;“7”; “8”; “16”和“17”，每一个数字输入端口功能 很多，用户可根据需要进行设置。参数号P0701~P0706为与 端口数字输入1功能至数字输入6功能，每一个数字输入功能 设置参数值范围均为0~99，出厂默认值均为1。以下列出其中 几个常用的参数值，各数值的具体含义见表2-5。
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2. 1变频器的面板操作与运行
任务训练 一、训练内容 通过变频器操作面板对电动机的启动、正反转、点动、调速
控制。 二、训练工具、材料和设备 西门子MM440变频器、小型三相异步电动机、电气控制柜、
电工工具一套、连接导线若干等。 三、操作方法和步骤 1.按要求接线 系统接线如图2-1所示，检查电路正确无误后，合上主电源
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2. 1变频器的面板操作与运行
(4)电动机停车:在变频器的前操作面板上按停止键 ，则变 频器将驱动电动机降速至零。
变频器与plc控制原理及应用技术
变频器与plc控制原理及应用技术变频器与PLC控制是现代工业自动化领域中常见的控制技术，下面我将详细介绍变频器与PLC控制的原理及应用技术。
首先，我们先了解一下变频器的原理和应用技术。
变频器（Variable Frequency Drive，VFD）是一种能够通过改变电机转速来实现对电机驱动力的控制的设备。
其主要原理是通过改变输入电压的频率和电压幅值来控制驱动电机的速度。
变频器主要由整流器、逆变器和控制电路组成。
其中，整流器将交流电源转换为直流电压，然后逆变器将直流电压转换为可调的交流电压，进而通过控制电路调节输出电压和频率，从而实现对电机的转速控制。
变频器的应用技术非常广泛，主要应用于电机的调速控制领域。
对于工业生产中的一些需要调速的场合，如风机、泵站、空调等设备，变频器能够通过调整电机的转速来满足不同负载和使用要求，节约能源和降低生产成本。
同时，变频器还可以通过其自带的保护功能，实现对电机的过载、短路、过压、欠压等情况的监测和保护，提高设备的安全性和可靠性。
接下来，我们来了解一下PLC（可编程逻辑控制器）控制的原理和应用技术。
PLC是一种用于工业自动化控制的数字运算设备，它具有可编程性、可扩展性和可靠性强的特点。
PLC控制系统的核心部分是中央处理器（CPU），其通过编程后的控制指令来对输入信号进行处理，并通过输出信号来控制外围设备的动作。
PLC控制的基本原理是通过内部的逻辑运算和数据处理来实现对工业生产过程的控制。
首先，PLC通过输入模块来接收和采集外部设备的信号，如开关、传感器等。
然后，PLC的CPU根据预先编制好的程序，对输入信号进行逻辑运算和数据处理。
最后，PLC通过输出模块将处理后的信号发送给外围设备，如电磁阀、电机等，以实现对设备的控制。
PLC的应用技术非常广泛，主要应用于各种自动化控制系统中。
例如，在工业自动化生产中，PLC可以用于对生产线的控制和调度，实现对生产过程的自动化和灵活调度；在电力系统中，PLC可以用于对电力系统的监测和控制，实现对电力设备的自动化控制和保护；在交通控制系统中，PLC可以用于对交通信号灯的控制和调度，实现交通运输的安全和高效。
基于变频器的电机驱动系统设计及控制技术分析
基于变频器的电机驱动系统设计及控制技术分析
廖旺;董俊杰
【期刊名称】《集成电路应用》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】阐述电机驱动系统的原理,分析基于变频器的电机驱动系统设计方法和关键技术。
探讨该系统的控制方法,包括数学模型和控制策略,实验验证该方法的有效性和可行性。
【总页数】2页(P190-191)
【作者】廖旺;董俊杰
【作者单位】湖北科技学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.51
【相关文献】
1.基于四开关三相变频器的永磁同步电机驱动系统转矩脉动优化控制
2.基于PLC 和变频器的直线电机驱动门控制系统
3.一种基于PLC控制变频器三相电机调速控制系统设计
4.基于电机串联变频器主从控制的驱动系统设计
5.基于MCGS、变频器、PLC的电机七段速控制系统设计
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变频器的工作原理和控制方式
本文介绍了变频器的工作原理和控制方式，文中遵循理论和实际相结合的原则，对变频器的工作原理和控制方式作了详细的对比和分析。
改变工频电源的频率和电压，从而改变电动机转速。
电动机转速的大小和频率是正比关系。
和功耗三次方成比例。
在不需要电机全速运行的时候实时的降低其转速可以大大节省能耗。
变频器的工作原理变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（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的。
[注:再次整流（直流变交流）---更贴切的叫法是逆变!在这里感谢蔡工给我们编辑们提的意见!也欢迎大家多给我们编辑组提出更多宝贵的意见和建议!mym(2005.08.23) ]1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？*1: r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：2极电机50Hz 3000 [r/min] 4极电机50Hz 1500 [r/min] $电机的旋转速度同频率成比例本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。
感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。
由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。
由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。
另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。
因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
n = 60f/p n: 同步速度f: 电源频率p: 电机极对数$ 改变频率和电压是最优的电机控制方法如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。
因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。
输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？*1: 工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）*2: 起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流------变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动------电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。
变频器控制技术介绍
项目一
输送带变频器控制
图1.2中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电 流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋 转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。 旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是： 每分钟转数。根据此式我们知道，电机的转速与磁极 数和使用电源的频率有关。
项目一
输送带变频器控制
图1.3 同步电机的结构模型
项目一
输送带变频器控制
除了转场式同步电机外，还有转枢式同步电机，其磁 极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内， 这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX、BY、 CZ三个在空间错开120电角度分布的线圈代表三相对 称交流绕组。
项目一
输送带变频器控制
职业素养目标：树立用电安全意识，并能从电机调
速系统的发展轨迹看待变频器在实际工程中的应用背 景。
项目一 1.1.1
输送带变频器控制 项目背景
物料分拣输送带是现代物流系统的重要组成部分，通过 变频器来控制输送带电机，可以使得物料分拣系统方便 地进行系统集成，因此已经成为目前物流行业控制系统 发展的趋势。如图1.1所示为物料分拣输送带与物料分 拣过程示意。
《变频器控制技术》
项目一 物料分拣输送带的变频控制
主编 李方园
项目一
输送带变频器控制
1.1 项目背景及要求 1.2 知识讲座（变频器原理及基本应用） 1.3 技能训练一（A700变频器的认识） 1.4 技能训练二（变频器运行模式与参数设置）
1.5 项目设计方案
项目一
输送带变频器控制
变频器主要用于交流电动机转速的调节，是 理想的调速方案。变频调速以其自身所具有的 调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点， 在许多需要精确速度控制的应用中发挥着提高 产品质量和生产效率的作用。
变频器控制技术介绍资料
变频器控制技术介绍资料变频器（VFD）是一种用于控制电动机运行速度的装置。
它通过调整电动机的频率和电压，实现电动机的无级调速。
在工业控制领域，变频器广泛应用于水泵、风机、压缩机等设备的控制，能够节省能源、提高生产效率和产品质量。
一、变频器的基本原理变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制系统组成。
整流器将交流电源转换为直流电源，滤波器对直流电进行过滤，逆变器将直流电转换为可调频率的交流电并输出给电动机。
控制系统根据实际需求，通过对变频器的控制，调节电动机的转速。
变频器通过改变电压的大小和频率，控制电动机的输出转速。
具体原理如下：1.电源输入：交流电源输入到整流器中，经过整流和滤波后，转换为直流电源。
2.逆变器输出：直流电源进入逆变器，经过逆变器的调节，转变为可调频率的交流电，并输出给电动机。
3.电动机驱动：交流电经过变频器的调节，改变电动机的频率和电压，从而控制电动机的转速。
二、变频器的优势1.无级调速：变频器可以实现电动机的无级调速，通过改变电动机的频率和电压，达到提高生产效率和产品质量的目的。
2.节能减排：变频器的调速功能可以根据实际负载需求，自动调整电动机的转速，减少空载和满载运行时的能耗，从而节约能源。
3.启动平稳：变频器的软启动功能可以实现电动机的平稳启动，减少启动冲击，延长设备的使用寿命。
4.减少机械损坏：通过变频器的调速功能，可以减少电动机的机械损坏，降低设备维护成本。
5.自我保护：变频器具有过载保护、短路保护、过压保护、低压保护等功能，可以有效保护电动机和设备的安全运行。
三、变频器的应用领域1.水泵控制：变频器可以根据水泵系统的需求，自动调整水泵的转速，实现水泵的节能运行。
2.风机控制：变频器可以控制风机的转速和风量，适应不同工况的需求，提高风机系统的运行效率。
3.压缩机控制：变频器可以调整压缩机的转速，根据气体需求的变化，控制压缩机的输出。
4.石油化工：变频器可以控制泵、风机、压缩机等设备的运行，实现石油化工设备的自动化控制。
数控机床主轴驱动变频控制
数控机床主轴驱动变频控制数控机床是以计算机技术和数控技术为基础的高精度机床，其主轴是重要的动力部件，主轴的驱动直接影响到加工效率和加工质量。
传统机床主轴驱动通常采用电动机和机械传动，但无法满足数控机床高速、高精度、轻快、稳定的要求。
因此，数控机床主轴驱动采用变频控制技术，已成为现代数控机床的发展趋势之一。
1. 变频控制技术简介变频控制是指通过改变电源频率来控制电机转速的技术，可以有效提高电机运行效率、降低能耗、延长机器寿命、减少机器噪音和振动等。
变频调速系统由电源、整流器、滤波器、逆变器、电机等组成，通过对逆变器输出频率、电压、电流等参数的调节，实现对电机的精确控制，从而达到理想的速度和负载要求。
2. 数控机床主轴驱动变频控制系统设计数控机床主轴驱动变频控制系统包括功率部分和控制部分。
功率部分主要由电机、电容器、混波器、逆变器、滤波器组成；控制部分主要由控制器、编码器、触摸屏、通信模块、接口电路等组成。
(1) 电机选择首先要确定数控机床主轴使用的电机类型和功率。
大多数数控机床采用交流永磁同步电机或交流无刷电机作为主轴电机，其优点是具有稳定、高效、精度高和可控性强等特点。
在选择电机时，应该根据机床的加工工艺、精度和产量等需求来确定电机型号和功率。
(2) 逆变器设计逆变器是数控机床主轴变频控制系统的核心部件，其主要功能是将直流电源变成交流电源，并根据控制信号输出不同的频率、电压、电流等，以控制电机转速和负载。
在设计时应该确定逆变器的大小、频率、输出电压、电流、控制方式等参数，以充分满足机床的技术要求。
(3) 控制器选择控制器是数控机床主轴变频控制系统的重要部件。
它接受编码器等输入信号，根据控制程序计算要输出的电机控制信号，并将其传递给逆变器，以实现精确的转速和负载控制。
在选择控制器时，应该根据机床的加工需求和控制要求，选择性能稳定可靠、精度高的控制器。
(4) 触摸屏设计触摸屏是数控机床主轴变频控制系统的操作界面，其主要功能是提供人机交互的接口，方便操作员进行参数设置、调整和监测。
变频器智能控制系统
变频器智能控制系统变频器智能控制系统是近年来自动化领域快速发展的一项关键技术。
它将变频器与智能控制技术相结合，实现了对电机驱动系统的精准监测和控制。
本文将重点介绍变频器智能控制系统的原理、优势以及应用领域。
一、变频器智能控制系统的原理1. 变频器的基本原理变频器是一种能够改变电源频率并使之输出可调频率电压的电力变换设备。
它主要由整流器、滤波器、逆变器和控制电路组成。
变频器可以将输入的交流电源转换为可调节频率和电压的交流电源供给电机使用。
2. 智能控制系统的基本原理智能控制系统是通过传感器感知外部环境的物理量，经过数据采集、传输和处理，最后通过执行器实现对被控对象的控制。
智能控制系统主要包括传感器、数据采集与处理、决策与判断、执行器四个部分。
3. 变频器智能控制系统的原理变频器智能控制系统是将智能控制技术应用于变频器中，通过传感器对电机运行状态进行监测，实时采集相关数据，并通过数据处理、决策和控制，实现对电机参数的调节和优化，从而提高电机的运行效率和稳定性。
二、变频器智能控制系统的优势1. 高效节能变频器智能控制系统可以根据电机负载的需求实时调整输出频率和电压，避免过量供电和能量浪费，从而实现高效节能。
根据统计数据，应用变频器智能控制系统可以达到30%以上的节能效果。
2. 提高电机运行效率和稳定性通过变频器智能控制系统，可以实现对电机的精准控制，使其在不同负载下始终保持最佳运行状态。
同时，变频器智能控制系统还可以对电机的温度、振动等参数进行实时监测和预警，及时采取措施避免电机故障。
3. 增强系统的可靠性和安全性变频器智能控制系统可以对电机进行全方位的监测和控制，及时发现并修复潜在问题，有效提高系统的可靠性和安全性。
此外，变频器智能控制系统还具备过载、过压、过流等保护功能，可以避免电机因异常运行而损坏。
三、变频器智能控制系统的应用领域1. 工业制造变频器智能控制系统广泛应用于工业制造领域，特别是需要精确定时和控制电机转速的场景。
变频驱动与控制技术介绍
变频驱动与控制技术介绍变频驱动与控制技术是一种用于调节电机转速和电机负载的技术，通过改变电源电压和频率，可以实现电机的速度控制和负载调节。
变频驱动与控制技术在工业自动化领域广泛应用，可以提高设备的精确控制、能耗降低和运行稳定性。
一、变频驱动技术原理变频驱动技术通过改变电源电压和频率，从而改变电机的转速和负载。
其主要原理如下：1.电源输入：将电网交流电转换为直流电，通过整流器将交流电转换为直流电，然后通过滤波器对直流电进行滤波，得到稳定的直流电源。
2.逆变器：将直流电源转换为可调变频的交流电源，通过逆变器将直流电转换为交流电，并且可以通过调节逆变器的频率，实现电机的速度调节。
3.控制系统：通过变频器，将输入的控制信号转换为逆变器的控制信号，从而实现对电机转速和负载的控制。
二、变频驱动技术的优势在工业自动化领域，变频驱动技术具有以下几个优势：1.能耗节约：变频驱动技术可以根据实际需求调节电机的转速和负载，避免了电机在轻负荷状态下运行，降低了能耗。
2.运行稳定性：变频驱动技术可以根据负荷的变化调节电机的转速，使得电机始终在最佳效率点运行，提高了设备的运行稳定性。
3.精确控制：变频驱动技术可以实现对电机转速的精确控制，并且可以通过外部输入信号对转速进行调节，满足不同的控制需求。
4.机械保护：变频驱动技术可以监测电机的工作状态，当出现异常情况时，可以及时停机或者进行报警，避免了设备的损坏。
5.软启动：变频驱动技术可以实现电机的软启动，避免了电机在启动过程中的冲击和损坏。
三、变频驱动技术在不同领域的应用变频驱动技术在各个行业都有广泛的应用，如下所示：1.工业生产：在制造业中，变频驱动技术可以应用于各类电动机驱动系统，如风机、水泵、压缩机等，实现工艺参数的控制和能耗降低。
2.交通运输：在交通运输领域，变频驱动技术可以应用于电动汽车、电动列车等交通工具的驱动系统，提高能效和稳定性。
3.水处理：在水处理领域，变频驱动技术可以应用于水泵和风机等设备的控制系统，实现水压和水流的调节。
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交流
控制系统
交-直-交变频器主要有3种结构形式
调压和调频分别在两个环节上， 由控制电路进行协调，但电网侧 的功率因数低，输出谐波大。
整流环节采用不可控 整流，增设斩波器进行 调压，再用逆变器变频 ，克服了功率因数低的缺 点，输出谐波仍大。
调压和调频都在逆变器上 进行，输出电压是一系列 脉冲，调节脉冲宽度就可 以调节输出电压值，是最 好的一种调压调频方法。
间
变频调速
交流异步电动机 电机最大出力能力不变，效率高
交流同步电动机 系统复杂，性能好
可以和直流调速系统相媲美
晚
在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用
三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉
还是在一些性能较低的传动现场使用
2）变频调速的条件
2、变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）
序号 优点
1 平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全 2 在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度 3 无级调速，调速精度大大提高 4 电机正反向无需通过接触器切换 5 非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制
8.1.4 变频器的分类
1.按变换环节分类
按变换环节来分可以分为交-交直接变频器和交-直-交间接变频器。
1）交-交直接变频器
优点：没有中间环节，变换效率高。 缺点：总设备投资大，交-交变频器的最大输出频率为30HZ，其 应用受到限制。
2）交-直-交变频器：
～
整流部分
储能环节
逆变部分
M
交流
直流
直流
将△U忽略，则E1≈U1∝ƒ1Φm
当U1 ≈ E1=const时，由E1≈U1∝ƒ1Φm 知，ƒ1↓→Φm↑→电动机磁路过饱和， 导致过大的励磁电流，电动机因绕组过热而损坏。
当U1 ≈ E1=const时，由E1≈U1∝ƒ1Φm 知，ƒ1 ↑ →Φm↓，铁芯利用不充分，同 样的转子电流下，电磁转矩T ↓ ，电动机的负载能力下降，电动机的容量得不到 充分利用。
5)按用途分类
❖ 通用变频器 通用变频器是指能与普通的笼型异步电动机配套使用，能适应各种不同性
质的负载，并具有多种可供选择功能的变频器。 ❖ 高性能专用变频器
高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求较高的系统，与通用变 频器相比，高性能专用变频器大多数采用矢量控制方式，驱动对象通常是变频 器厂家指定的专用电动机。 ❖ 高频变频器
2．PWM控制技术
❖ PWM (Pulse Width Modulation) 脉宽调制型，就是对逆变电路开关器件的 通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲列，用这些脉 冲列代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉 冲，使各脉冲的等值电压为正弦波状，由此所获得的输出平滑且低次谐波较少。 按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小， 也可以改变输出频率。
变 频 驱 动技 术
绪论
以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流 （直流） 调速系统，也称交流（直流）电气拖动系统。变频调速技术是交 流电气传动系统的一种。
目的
根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转 矩。 意义
序号 1 2 3
意义 节能 提高产品质量 改善工作环境
（2）脉宽调节
脉宽调节（Pulse Width Modulation，PWM）方式指变频器 输出电压的大小是通过改变输出脉冲的占空比来实现的。调节过 程中，逆变器负责调频调压。
8.1.5 变频调速原理
1）交流异步电动机变频调速原理
由异步电动机的转速公式：
n
n1( 1
s
)
60 f1 p
(1
s
)
可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：
有代表意义的行业或设备 风机、水泵、注塑机 机床、印刷、包装等生产线 电梯、中央空调
注：并不是所有的设备使用调速装置后都可以节能
调速系统构成
交流电源 输入
变频器
直流 调速 装置
直流输出 直流 电机
中间传动机构
终端机械
交流 调速 装置
交流输出
交流 电机
皮带轮、齿轮箱等
执行机构
风机、泵等
交、直流调速系统的特点
求一般不高，当用变频器实现恒转矩调速时，必须加大电动机和变频器的容量， 以提高低速转矩。恒转矩变频器主要应用于挤压机、搅拌机、传送带、提升机 等。 ➢ 平方转矩变频器
平方转矩变频器控制的对象，在过载能力方面要求较低，由于负载转矩与转 速的平方成正比，所以低速运行时负载较轻，并有节能的效果。平方转矩变频 器主要应用于风机、泵类。
变的适合交流电机调速的电力电子变换装置。 我们常见的驱动器可以包括：交流驱动器（驱动交流电机：如异步电机、同步电机、步进
电机、伺服电机等，）、直流驱动器（驱动直流电机）两个部分。 变频器是VVVF（变压变频）的简易说法，国外的资料一般都叫交流驱动器（AC driver
（ inverter）），很明显变频器其实是交流驱动器的一种。
（2）IGBT等逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大，总容量占的比例不 大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的V/f控制到高性能 的矢量控制。约有50家工厂和公司生产，其中合资企业占很大比重。
（3）负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品在抽水蓄水能电 站的机组起动，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科 研单位有能力制造，目前容量最大做到12MW。功率装置国内配套，自行开发的控制装 置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。
直流调速系统特点： 控制对象：直流电动机 控制原理简单，一种调速方式 性能优良，对硬件要求不高 电机有换向电刷（换向火化） 电机设计功率受限 电机易损坏，不适应恶劣现场 需定期维护
交流调速系统特点： 控制对象：交流电动机 控制原理复杂，有多种调速方式 性能较差，对硬件要求较高 电机无电刷，无换向火化问题 电机功率设计不受限 电机不易损坏，适应恶劣现场 基本免维护
（1）改变定子极对数 调p速。 （2）改变电源频率 调f速1 。 （3）改变转差率 调s 速。
交流调速方式
调速方式名称
控制对象
特点
早
变极调速
有级调速，系统简单，最多4段速
发
调压调速
交流异步电动机 无级调速，调速范围窄 电机最大出力能力下降，效率低
展
转子串电阻调速
系统简单，性能较差
时
真正无级调速，调速范围宽
更高速率和容量
PWM优化 新一代开关技术
大功率传 动使用变 频器，体 积大，价 格高
变频器体 积缩小， 开始在中 小功率电 机上使用
超静音变频器开始流行 解决了GTR噪声问题 变频器性能大幅提升 大批量使用，取代直流
未来发展方向 完美无谐波 如：矩阵式变频器
8.1.3 变频调速技术的发展趋势
❖ 1）实现变频器的人工智能化； ❖ 2）开发清洁电能的变频器； ❖ 3）实现软开关化； ❖ 4）实现变频器硬件的集成化； ❖ 5）实现变频器的通信网络化和技术规格标准化。
三相异步电动机定子绕组的反电动势E1的表达式为 :
定子电压
E1=4.44ƒ1N1KN1Φm=U1+△U
漏阻抗压降
式中:
E1——定子绕组的感应电动势有效值 N1 ——定子每相绕组的匝数
KN1——定子绕组的绕组系数， KN1 <1
ƒ1 ——定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率 Φm ——主磁通
可见：
E1∝ƒ1Φm
电流型变频器
中间环节是电感很大的电抗器滤 波，电源阻抗很大，直流环节中 的电流ID可近似于恒定，逆变器 输出电流随之恒定，相当于理想 的电流源，称为交－直－交电流 型变频器。
输出交流电流是矩形波或阶梯波， 电压波形接近于正弦波
3)按控制方式分类
➢ 电压频率比控制变频器
电压频率比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。
➢ 直接转矩控制变频器
直接转矩控制是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。它是利用空间电 压矢量PWM（SVPWM）通过磁链、转矩的直接控制、确定逆变器的开关状态来实现的。直接转矩控 制还可用于普通的PWM控制，实行开环或闭环控制。
4)按功能分类
➢ 恒转矩变频器 恒转矩变频器控制的对象具有恒转矩特性，在转速精度及动态性能等方面要
在超精密加工和高性能机械中，常常要用到高速电动机，为了满足这些高 速电动机的驱动要求，出现了采用PAM控制方式的高频变频器，其输出频率可 达到3 kHz。
6.按输出电压调制方式分类
按输出电压的调制方式分为脉幅调制（PAM）方式和 脉宽调制（PWM）方式。
（1）脉幅调制
可控整流器调压，逆变器调频， 调压和调频分别在两个不同的 环节上进行，控制复杂，较少 采用。
❖
SPWM（Sinusoidal PWM）正弦波脉宽调制型 ，SPWM控制方式就是对
逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等
➢ 转差频率控制变频器
转差频率控制方式是对电压频率比控制的一种改进，这种控制需要由安装在电动机上的速度传感 器检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电 动机的实际转速与所需转差频率之和决定。
➢ 矢量控制变频器
矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和 相位，以便对电动机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。无速度 传感器的矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定 子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽， 启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算。