OMRON变频器培训资料.ppt

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1、OMRON 变频器培训变频器培训欧姆龙自动化(中国)统辖集团 客户服务中心SMAC 秦波 2007-07OMRON 总括电动机种类和特性1.1.概要1.2.步进电动机的动作原理和特征1.3.直流电动机的动作原理和特征1.4.同步电动机的动作原理和特征1.5.感应电动机的动作原理和特征1.6.使交流电动机旋转的旋转磁场1.7.感应电动机的详细特性变频器的动作原理2.1.概要2.2.输入电路2.3.输出电路的基本2.4.通电法2.5.实际的变频器输出（PWM控制）变频器的控制3.1.V/f控制3.2.转矩控制3.3.V/f调试3.4.V/f控制时的抖动调试3.5.矢量控制的原理3.6.矢量控制自学

2、习3.7.V/f控制和矢量控制的优缺点比较3.8.制动控制3.9.PID控制3.10.过载检测3.11.过载的几种情况的处理办法3.12.参数监控参考资料OMRON 电电电电动动动动机机机机的的的的种种种种类类类类和和和和特特特特性性性性 1.1.1.1.概概要要种类名称特征使用例直流步进电动机收到脉冲信号后，照预定的角度旋转优点：高速动作、简单位置控制（便宜）。缺点：转矩小、易产生失调的位置偏差。输送机打印机直流电动机具有急剧的加速性。转子为电磁铁、定子为永久磁铁的结构上，维修保养非常费工夫。优点：高速动作。转矩大。缺点：电刷装置有一定寿命。永久磁石价格昂贵。吸尘器、搅拌器、缝纫机交流同步电

3、动机为了控制位置及角度，电动机上带有检测器。优点：高速动作。转矩大。缺点：永久磁石价格昂贵。控制困难。工业用机器人机床感应电动机制造简单，在商用电源（AC100V/200V）下可以运转，结构牢固且使用简单。优点：简单的电源控制。转矩中。便宜。缺点：有失调的特性。速度精度不好。单相电动机：家电设备三相电动机：工厂动力用客客户户的的装装置置里里必必须须需需要要有有动动作作机（机（MotionMotion）。）。电电动动机机是是这这其中最主要的。其中最主要的。来来理理解解一一下下它它的的特特征征吧。吧。OMRON步步进电动进电动机是机是对简单对简单的定位控制最合适的的定位控制最合适的电动电动机机。价

4、价格格也也便便宜宜。永永久久磁磁石石与与电电磁磁石石以以StepStep的的方方式互相拉拽而旋式互相拉拽而旋转转。有有3 3相相TypeType与与5 5相相TypeType。在在停止停止中中也也会会有有位位置置保持保持力。力。一一旦旦超超过过最最大大转转矩矩(失失调转调转矩矩)、会、会发发生位置偏差。生位置偏差。因因为为是是以以StepStep的的形形式式来来动动作作的的、所所以以速速度度是是有有变变动动的的。电电电电动动动动机机机机种种种种类类类类和和和和特特特特性性性性 1.2.1.2.步步进电动进电动机机的的动动作作原原理理和和特特性性OMRON直流直流直流直流电动电动电动电动机机机机

5、可高速可高速动动作作、且且价价格比格比较较便便宜。宜。转转矩很大矩很大(额额定的定的300%300%以上以上)。外外侧侧为为永永久久磁磁石石。内内侧侧为为电电磁磁石。石。由电刷装置与换向器来切换电的方向从而旋转。电电流流与与转转矩是矩是比例关系，速度控制比例关系，速度控制简单简单。而且由于是直流。而且由于是直流电压电压控制，控制，DriverDriver便便宜。宜。电刷装置有寿命 约5000小时(1年)由由于交流同歩于交流同歩电动电动机机的的性性能能提提升升、加速了它的切、加速了它的切换换。电动电动电动电动机种机种机种机种类类类类和特性和特性和特性和特性 1.3.1.3.1.3.1.3.直流直

6、流直流直流电动电动电动电动机机机机的的的的动动动动作作作作原原原原理理理理和和和和特特特特征征征征换向器电刷装置（極）机座主磁极电枢（绕组、铁心）电刷装置（極）OMRON 电动电动电动电动机种机种机种机种类类类类和特性和特性和特性和特性 1.4.1.4.1.4.1.4.同步同步同步同步电动电动电动电动机机机机的的的的动动动动作作作作原原原原理理理理和和和和特特特特征征征征同歩同歩同歩同歩电动电动电动电动机机机机可可高高速速动动作作、转转距很大距很大(额额定定的的300%300%以上以上)。很。很贵贵。外外侧侧为为电电磁磁石。石。内内侧侧为为永永久久磁磁石石。DriverDriver因因为为是复

7、是复杂杂的旋的旋转转控制控制、所以很、所以很贵贵。对准永久磁石来控制旋转磁场。电电流流与与转转矩矩为为比比例例关关系系，速速度度控控制制简单简单。最适用于伺服控制。过过去去尺尺寸寸大大。最近最近几几年年、随随着着制制造造技技术术的的提提高高尺尺寸寸可可做做到到很很小。小。OMRON 电动电动电动电动机種類和特性机種類和特性机種類和特性机種類和特性 1.5.1.5.1.5.1.5.感感感感应电动应电动应电动应电动机机机机的的的的动动动动作作作作原原原原理理理理和和和和特征特征特征特征感应电动机控制简单、转矩中(额定的200%)。很便宜。没有永久磁石。电动机很便宜。尺寸很大。（通过旋转磁场可简单地

8、控制）可以做成大功率的电动机。转矩变大时速度会下降。也有失调的特性。可用Vector控制来提高速度精度。也能做伺服控制。AxisDirection of disk motion轴磁石圆盘旋转方向涡电流旋转方向旋转方向磁束圆盘旋转方向OMRON 电动电动电动电动机种机种机种机种类类类类和特性和特性和特性和特性 1.6.1.6.使使交流交流电动电动机机旋旋转转的的旋旋转转磁磁场场3）三项交变电流产生旋转磁场）三项交变电流产生旋转磁场三相电机，使用三相交流电三相电机，使用三相交流电代替磁铁的旋转，产生了代替磁铁的旋转，产生了【旋转旋转磁场磁场】。UVWUV V相相VWUVW022U,V,W U,V,

9、W 线线圈圈的的始始绕绕点点U,V,WU,V,W线圈的终线圈的终绕点绕点U UV VW WU UV VW W1 1个周期个周期（电电流流 ）三三相相交交流流 磁磁场场方方向向三三相相交交流流（电源）电源）和和磁场磁场方向方向感应电机感应电机U U相相OMRON 电动电动电动电动机种机种机种机种类类类类和特性和特性和特性和特性 1.7.1.7.感感应电动应电动机机的的详详细细特性特性2.2.4 三相感应电机的转速三相感应电机的转速将上式换算一下，得到如下结果。因而同步转速 旋转磁场的速度又叫转速(NS)，此速度由定子线圈结构所决定的磁极对数（极对数）P和 电源频率f决定。旋转速度 转子的速度N(

10、min-1)比同步旋转速度Ns略慢。相差量叫做转差。NS:同步旋转速度 (min-1)f:频率(Hz)(min-1)(min-1)极数P电源频率50Hz60Hz2300036004150018006100012008750900OMRON36003600180018000 0(P(P4,4,60Hz60Hz的时候的时候 (min(min-1-1)额定额定旋转速度旋转速度同步旋转速度同步旋转速度600600700700500500-1800-1800起动电流起动电流额定电流额定电流空载电流空载电流转转矩矩停止转矩停止转矩起动转矩起动转矩额定转矩额定转矩反相制动领域反相制动领域反相制动反相制动转差

11、（额定）转差（额定）电动领域电动领域再生制动领域再生制动领域（感应发电机）（感应发电机）电电流流2.2.5 三相感应三相感应 电机的特性电机的特性 电动电动电动电动机种机种机种机种类类类类和特性和特性和特性和特性 1.7.1.7.感感应电动应电动机机的的详详细细特特性性OMRON2.2.5 2.2.5 三相感应电机的特性三相感应电机的特性例 题 P4，额定旋转速度 1740(min-1)的额定转矩额定转矩 TM 电机额定输出 P(W)额定旋转速度 N(r/min)(Nm)602额定转矩 TM 7.51031740(Nm)41.2602 电动电动电动电动机种机种机种机种类类类类和特性和特性和特性

12、和特性 1.7.1.7.感感应电动应电动机机的的详详细细特性特性OMRON1.1.负载转矩变动时负载转矩变动时 负载转矩增大时，电机旋转速度减慢（转 差增大）；负载转矩减小时，旋转速度加快。此时，负载转矩越大，电机电流也越大。2.2.电机外加电压变化时电机外加电压变化时 电机的输出转矩和电压的平方成正比。电压降低的话，输出转矩下降，则电机 旋转速度减慢。（转差增大）2.2.6 负载变化和电压变化负载变化和电压变化负载变动和速度变化负载变动和速度变化输出转矩旋转速度转矩负载转矩大负载转矩小电压变动和速度变化电压变动和速度变化输出转矩转矩电压大电压小旋转速度负载转矩一定 电动电动电动电动机种机种机

13、种机种类类类类和特性和特性和特性和特性 1.7.1.7.感感应电动应电动机机的的详详细细特性特性OMRON 变频器的动作原理变频器的动作原理2.1.变变频频器概要器概要电动机交流直流直流交流整流平波逆变固定频率（50/60Hz）任意频率（0400Hz）OMRON 变频器的动作原理变频器的动作原理2.2.变频器输入电路变频器输入电路MCPNCRD3D2D1D6D5D4VVEdEdVsVs抑制浪涌电流的电阻Vs（V）Ed=（2）VsOMRON 变频器的动作原理变频器的动作原理2.3.变变频频器器输输出出电电路路的的基基本本利用开关的导通闭合，形成交变电流OMRON 变频器的动作原理变频器的动作原理

14、2.4.120通通电电法法OMRON 变频器的动作原理变频器的动作原理2.5.实实际际的的变变频频器器输输出出（PWM控控制）制）PWM（Pulse宽度放大）控制变频器输出电路实际的变频器输出控制OMRON 变频器的控制 电电压压频频率率电电阻阻Z Z：CoilCoil 电抗抗mHmH：角角速速度度：频频率率HzHz：常数：常数电电流流I一定一定电动电动机机转转矩一定矩一定3.1.V/f控制控制OMRON 变频器的控制3.1.V/f控制控制额定电压电压(V)转矩负载按平方递减的场合定转矩负载的场合E/f 一定电机 初级线圈电压降低的补偿量电压 偏差频率f(Hz)额定频率V/f 一定在V/f 控

15、制方式下，当E/f磁通量保持恒定时，会补偿电机初级线圈的电压降低量。OMRON 变频器的控制Load torqueThe operating speed is at the intersection of the generated motor torque and the load torque.Increased number of polesChanging p(pole change motor)Reduced voltageChanging s(primary voltage control)Increased secondary resistanceChanging s(secon

16、dary resistance control)Changing f(primary frequency control,inverter drive)Reduced frequency3.2.转矩控制转矩控制OMRON 变频器的控制3.2.转矩控制转矩控制 设置转矩补偿参数后，变频器在检测到转矩不足 的时候自动提升转矩，以满足负载变化的要求。注意事项：转矩补偿以提升变频器的输出电流 为手段来执行，补偿时应在监控变 频器输出电流的同时逐步提升，保 证输出电流在额定范围内。转矩补偿在VF控制中效果最明显，在矢量控制中不明显。多台电动机時,不需要设转矩补偿因为控制困难,输出电流会变得很大。OMRO

17、N 变频器的控制频率输出电压Hzn1.02n1.02n1.06n1.06n1.04n1.04n1.00n1.00n1.01n1.01n1.03n1.03n1.05n1.050调试时设定为重要的频率值为了输出必要的转矩把电压提升上去3.3.V/f调调试试OMRON 变频器的控制3.4.V/f控控制制时时的的抖抖动动调调试试当按照项与项调大了转矩后动作仍然不稳定的时候转矩补偿与机械发生了谐振。将转矩补偿的一次延迟时间常数设大。OMRON 变频器的控制3.5.矢量控制的原理矢量控制的原理直直流流电电路路交交流流电电路路jj jj1图图OMRON 变频器的控制(a)(a)电机一相分电机一相分 等价回路

18、等价回路 (b)矢量图 V:电机端子电压 r11:初级线圈电阻 E:电机（内部）感应电压 r22:次级线圈电阻 I1:电机初级（定子）电流 l1:初级线圈漏电感 I2:电机次级（转子）电流 M:励磁电感 Im:励磁电流（初级电流的励磁电流成分）S:转差：位相角 ：功率因数角 L1：定子自感系数 L2：转子自感系数 3.5.矢量控制的原理矢量控制的原理OMRON变频器的控制考虑到某些机械设备不方便拆除负载的情况下，实行停止型自学习。请确认电机是否正常连接。确认已经正常完成了基本V/f 模式的设定和电机额定电流的设定。与电机厂家确认电机空载电流，并设定之之下调整步骤同旋转型自学习。重要的参数电动机

19、额定电流值电动机空载电流值电动机额定频率电动机额定电压电动机线间电阻值3.6.矢量控制自学习矢量控制自学习OMRON 变频器的控制3.7 V/f控制和矢量控制的优缺点比较控制和矢量控制的优缺点比较 控制方式比较项目V/f控制矢量控制（无PG）矢量控制（带PG）变频器方式电压型变频器适合适合适合电流型变频器适合适合适合旋转编码器不要不要要速度控制失速传感器（零速度运行）不可以不可以可以速度控制范围1：401：1001：1000响应性慢快快稳定精度23%0.2%0.02%力矩控制可否不可以不可以可以响应性-快快回路构成最简单稍复杂复杂特点长处结构简单调节容易可用于通用电机不要PG力矩的响应好力矩控

20、制性能良好力矩的响应好速度控制范围广短处低速力矩较难保证不能力矩控制急加速负载激增时会失速需正确设定电机参数需有自动测试的功能要正确设置电机参数要高精度PG需自动测试OMRON 变频器的控制3.8.制动控制制动控制 3.1 为何需要制动控制 在负载减速过程中，负载的运动能量将转化为电能返回变频器直流 母线上导致变频器直流电压的上升，这部分能量称为回生能量因此 必须控制回生能量以保护变频器的内部元件。回生能量=负载常数转动惯量转动角速度 降低回升能量冲击方法：延长负载的减速时间，负载减速时间延长后，回生能量在较长的时间内逐渐回到变频器，可以完全被电容吸收，有效的保护变频器 内部电路。OMRON

21、变频器的控制 3.2 制动电阻的应用 在有些生产工艺中对减速时间的要求比较严格，不能延长减速时间 时，可以外接制动电阻，将变频器吸收不完的回升能量加到制动电 阻上以发热的形式散发掉。注意：制动电阻必须接在制动晶体管 两端，若无晶体管需先安装制动 晶体管后才能使用。（制动电阻值）电动机容量额定转矩最大制动转距（400V级变频器）、（200V级变频器）3.8.制动控制制动控制OMRON 变频器的控制3.8.制动控制制动控制 共直流母线接法 将一台或几台变频器在制动 过程中产生的回生能量转移 到其他在电动状态的变频器 的直流母线上。OMRON变频器的控制3.9.3.9.PID PID控制控制PIDP

22、ID原理原理PIDPID的正反特性的正反特性反馈值泵1泵2图中水泵特性变频器输出反馈值变化泵正特性FWD RUN泵反特性FWD RUNOMRONPIDPID参数含义参数含义 P比例增益控制器的输出与输入误差信号成比例关系。I积分时间常数控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。D微分时间常数 控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。变频器的控制OMRONGain调试变频器的控制OMRON过载检测时的处理过载检测时的处理过载的检测方法过载的检测方法1）变频器过载检测的方法：输出电流超过变频器额定电流150且持续1分钟以上，检出变频器过载。2）电机过载检测方法：以电机额定电

23、流150、电机保护功能选择、电机护动作时间为基准，检出电机过载。变频器的控制OMRON3.11.过载的几种情况的处理办法过载的几种情况的处理办法1）负载过大）负载过大检查机械安装，确认轴安装良好，润滑良好选用更高功率的变频器2）电机长时间低速运行）电机长时间低速运行选择更大功率变频器选用变频专用电机3）单台变频器带动多台电机）单台变频器带动多台电机选择合适容量的变频器。功率1.1N电机功率和多台同时起停。变频器额定电流1.1N电机最大运行电流之和顺序起停。变频器额定电流1.1（N-1)电机最大运行电流之和48N电机最大运行电流。启动电流大，有大的冲击。加输出电抗器，抑制谐波，降低电机发热4）变

24、频器参数设定不合适）变频器参数设定不合适参照电机铭牌准确设置电机额定参数延长加减速时间V/F曲线设置不合适，初始化V/F曲线后再反复调整变频器的控制OMRON3.12.参数监控参数监控变频器提供了丰富的参数监控功能，常用的主要是两类：1）变频器运行状态监控2）故障报警运行状态监控运行状态监控1）通过数字操作器面板可以直接显示频率指令、输出频率、输出电流、正/反转2）通过设定可以选择监控计数器值、主回路直流电压、输出电压、PID反馈量、功率因数、输出功率、输出转矩、A1端子输入电压、A2端子输入电流、IGBT温度 异常历史记录异常历史记录1）发生异常状况时，显示故障/报警代码。报警闪烁，可以复位

25、，故障常亮，不能复位。2）依次记录最近的5次故障报警记录。变频器的控制OMRON何何谓谓无无传传感感器矢量控制？器矢量控制？与其与其他公司他公司产产品相品相比比怎怎么么样样？系系列列转转矩矩特特性性(MI(MI社社)系系列列转转矩矩特特性性1001002002003003000 01001002002004004008008001200120018001800%速度速度r/minr/min1001002002003003000 01001002002004004008008001200120018001800%速度速度r/minr/min无无传传感感器器地地检检测测出出电电机机速速度、度、速速

26、度度变变动动少少！在在低低速速时时有有更更强强的的转转矩！矩！转转矩矩特特性性的的波波形形越越是垂直，当是垂直，当转转矩矩(负载负载)变变化化时时速速度度的的变变动动越越是是少少。看一下特性看一下特性图图，优势优势是是一目了然的一目了然的参考资料OMRON时时能能输输出出的的转转矩矩，有有什什么么优优势势？与其与其他公司相他公司相比比怎怎么么样样？缩缩短短生生产产间间隔隔时时间间 低速度领域的高转矩、可以缩短加速时间。这样一来、就能增加运转停止的次数、实现对生产间隔时间的缩短。大大负负载载时时也也有有超超群群的的耐耐久久力力 可完全对应突然的过大负载、可进行无跳闸失速动转。竞竞争争比比较较 相

27、比于系列的全领域自动转矩提升、（社）、（社）都为手动设定。因此在通常动转时会消耗不必要的电力。定格（）（）的转矩特性（）1.5Hz3.0Hz6.0Hz（）10.0Hz20.0Hz30.0Hz40.0Hz50.0Hz60.0Hz（）（）（）（）U（MI社）的转矩特性10.0 Hz30.0 Hz60.0 Hz定格（）定格（）定格（）（）参考资料OMRONU/T1V/T2W/T3PMPMRectifier moduleSmoothing capacitorBraking register(optional)B1B2Control circuit Power supply 5 V DCMPU(CPU)

28、Up Vp Wp Un Vn Wn BrOC OHCUCVCWRelay outputPhotocoupler outputPulse monitor outputPWMPhotocouplerControl inputAnalog input(PWM)PhotocouplerPulse train inputPhotocouplerInrush current preventive circuitDC reactor(optional)21EEPROMFLASH MEMORYGATE ARRAYAnalog voltage outputPhotocouplerRS-422/RS-485 co

29、mmunicationsFan controlPhotocouplerInput circuit operation24-V DC power supplyAnalog circuit operation12-V DC power supplyIGBT gate power supplyPower supply circuitMain circuit(Motor power supply)3-phase 200 or 400 V ACR/L1S/L2T/L3Key operation and monitoringRS-232C communicationsRS-232C communicati

30、onsAnalog inputFrequency reference adjusterEEPROMDigital OperatorMCurrent detectionIGBT gate drive circuitOC/OH error detection circuit参考资料OMRONOutput circuit3-phase output voltage/frequency(vector control)operationPWM conversionCurrent detectionUVWMR S TPower supplyRegeneration circuitRectifierVolt

31、age detectionAcceleration/Deceleration timeFrequency referenceV/f pattern3-phase current operationTorque compensation functionSlip compensation functionStall prevention functionOvertorque detectionOther functionEnergy-saving controlOV/UV detectionOC/OH detectionOL1/OL2/OL3 detectionProtective functionOutput shut offRegeneration energy calculationProtective functionOutput voltage/frequency control(Basic motor control)Each advanced functionMotor constantPID controlVoltage automatic controlRS-422/RS-485 communicationsOptional connectionsPulse train input参考资料OMRON参考资料