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[摘 要]随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为现代电气传动的主要发展方向，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。
[关键词]变频器 PLC 控制 系统 设计
中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0038-01
一、概述
1.1 交流变频调速的发展概况
变频器自1965年问世以来，已经历40多年的发展过程。20世纪80时代在北美、西欧和亚东等地区的发达工业国家已经被广泛使用。20世纪90年代，随着中国国内各行业节能环保意识的加强，变频器已被广泛应用于国民经济的各个领域，在空调、电梯、冶金、机械、电子、石化、造纸、纺织等行业有十分广阔的应用空间。因此，变频器控制技术是从事变频调速设计和应用工程技术人员必须掌握的工程技术之一。
1.2 变频器的构成与功能
结构：变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。
1.3 变频器主要研究内容及关键技术
（1）高压、大电流技术：动态、静态均压技术（6kV、10kV回路中3英寸晶闸管串联，静动态均压系数大于0.9）；均流技术，大功率晶闸管并联的均流技术，均流系数大于0.85）；浪涌吸收技术（10kV、6kV回路中）；光控及电磁触发技术（电/光，光/电变换技术）；导热与散热技术（主要解决导热及散热性好、电流出力大的技术，如热管散热技术）；高压、大电流系统保护技术（抗大电流电磁力结构、绝缘设计）；等效负载模拟技术。
（3）全数字自动化控制技术：参数自设定技术；过程自优化技术；故障自诊断技术；对象自辨识技术。
（4）现代控制技术：多变量解耦控制技术；矢量控制和直接力矩控制技术；自适应技术。
二、变频器调速
2.1 变频调速的原理
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型，俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。
2.2 变频器的控制方式
2.2.1 转差频率控制
转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。与U/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，速度的静态误差小。然而要达到自动控制系统稳态控制，还达不到良好的动态性能。
2.2.2 矢量控制
矢量控制，也称磁场定向控制。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流 ， It1相当于直流电动机的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。
2.2.3 直接转矩控制
转矩控制的优越性在于 ，转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。
2.3 变频器调速方式
变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。
交流异步电动机的输出转速由下式确定：
n=60f（1—S）/p （1）
式中 n——电动机的输出转速；
f——输入的电源频率；
S——电动机的转差率；
p——电机的极对数。
由公式（1）可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速（调整p）、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）和变频调速（调整f）等。
变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。
三、变频调试技术
3.1 变频器的结构和功能预置
3.1.1 三相异步电动机的变频开环调速实验面板
3.1.2 全部清除操作
设置步骤如下：
1）按动MODE键至参数给定模式，此时显示P..。2）旋转M旋钮，使功能码为ALLC。3）按下SET键，读出原数据。4）按动旋转M旋钮更改，使数据改为l。5）按下SET键写入给定。此时ALLC和1之间交替闪烁，说明参数清除成功。按SET键再次显示设定值。按2次SET显示下一个参数。6）参数清除成功，即恢复出厂设置。
3.1.3 给定频率的修改
例如：将给定频率修改为40Hz。
1）按动MODE键至频率设定模式，此时显示0.00。2）旋转M旋钮，使频率给定出40Hz。3）按下SET键写入给定，给定频率修改成功。
3.2 变频器的运行
3.2.1 试运行
PU点动运行
1）按动MODE键至参数设定模式，此时显示P..。2）旋转M旋钮，使功能码为Pr.15（点动频率的设置）。3）按SET键读出原数据，旋转M旋钮至25.00。4）按SET键写入给定。5）按动两次SET键显示下一个参数Pr.16（点动运动时的加减速时间设定），也可以按动MODE键至参数设定模式，然后旋转M旋钮至功能码Pr.16。6）按动SET键读出原数据。7）旋转M旋钮，设定点动运动时的加减时间。8）按SET键写入给定。9）按动PU/EXT键至PU点动运行模式，此时PU灯亮，显示JOG。10）按住REV或FWD键电动机旋转，松开则电机停转。PU点动试运行成功。
总结
变频器以及可编程控制器以其优越的调速和起保停性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果而广泛应用于大、中型交流电机等，被公认为最有发展前途的调速控制。
参考文献
[1] 参考文献：《变频器的应用技术》 杨一平
[2] 《变频器技术与原理》 吕汀
[关键词]变频器 PLC 控制 系统 设计
中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0038-01
一、概述
1.1 交流变频调速的发展概况
变频器自1965年问世以来，已经历40多年的发展过程。20世纪80时代在北美、西欧和亚东等地区的发达工业国家已经被广泛使用。20世纪90年代，随着中国国内各行业节能环保意识的加强，变频器已被广泛应用于国民经济的各个领域，在空调、电梯、冶金、机械、电子、石化、造纸、纺织等行业有十分广阔的应用空间。因此，变频器控制技术是从事变频调速设计和应用工程技术人员必须掌握的工程技术之一。
1.2 变频器的构成与功能
结构：变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。
1.3 变频器主要研究内容及关键技术
（1）高压、大电流技术：动态、静态均压技术（6kV、10kV回路中3英寸晶闸管串联，静动态均压系数大于0.9）；均流技术，大功率晶闸管并联的均流技术，均流系数大于0.85）；浪涌吸收技术（10kV、6kV回路中）；光控及电磁触发技术（电/光，光/电变换技术）；导热与散热技术（主要解决导热及散热性好、电流出力大的技术，如热管散热技术）；高压、大电流系统保护技术（抗大电流电磁力结构、绝缘设计）；等效负载模拟技术。
（3）全数字自动化控制技术：参数自设定技术；过程自优化技术；故障自诊断技术；对象自辨识技术。
（4）现代控制技术：多变量解耦控制技术；矢量控制和直接力矩控制技术；自适应技术。
二、变频器调速
2.1 变频调速的原理
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型，俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。
2.2 变频器的控制方式
2.2.1 转差频率控制
转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。与U/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，速度的静态误差小。然而要达到自动控制系统稳态控制，还达不到良好的动态性能。
2.2.2 矢量控制
矢量控制，也称磁场定向控制。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流 ， It1相当于直流电动机的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。
2.2.3 直接转矩控制
转矩控制的优越性在于 ，转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。
2.3 变频器调速方式
变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。
交流异步电动机的输出转速由下式确定：
n=60f（1—S）/p （1）
式中 n——电动机的输出转速；
f——输入的电源频率；
S——电动机的转差率；
p——电机的极对数。
由公式（1）可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速（调整p）、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）和变频调速（调整f）等。
变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。
三、变频调试技术
3.1 变频器的结构和功能预置
3.1.1 三相异步电动机的变频开环调速实验面板
3.1.2 全部清除操作
设置步骤如下：
1）按动MODE键至参数给定模式，此时显示P..。2）旋转M旋钮，使功能码为ALLC。3）按下SET键，读出原数据。4）按动旋转M旋钮更改，使数据改为l。5）按下SET键写入给定。此时ALLC和1之间交替闪烁，说明参数清除成功。按SET键再次显示设定值。按2次SET显示下一个参数。6）参数清除成功，即恢复出厂设置。
3.1.3 给定频率的修改
例如：将给定频率修改为40Hz。
1）按动MODE键至频率设定模式，此时显示0.00。2）旋转M旋钮，使频率给定出40Hz。3）按下SET键写入给定，给定频率修改成功。
3.2 变频器的运行
3.2.1 试运行
PU点动运行
1）按动MODE键至参数设定模式，此时显示P..。2）旋转M旋钮，使功能码为Pr.15（点动频率的设置）。3）按SET键读出原数据，旋转M旋钮至25.00。4）按SET键写入给定。5）按动两次SET键显示下一个参数Pr.16（点动运动时的加减速时间设定），也可以按动MODE键至参数设定模式，然后旋转M旋钮至功能码Pr.16。6）按动SET键读出原数据。7）旋转M旋钮，设定点动运动时的加减时间。8）按SET键写入给定。9）按动PU/EXT键至PU点动运行模式，此时PU灯亮，显示JOG。10）按住REV或FWD键电动机旋转，松开则电机停转。PU点动试运行成功。
总结
变频器以及可编程控制器以其优越的调速和起保停性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果而广泛应用于大、中型交流电机等，被公认为最有发展前途的调速控制。
参考文献
[1] 参考文献：《变频器的应用技术》 杨一平
[2] 《变频器技术与原理》 吕汀