天津电子信息职业技术学院
综合实训报告
姓 名
学 号
班 级
专 业 电气自动化技术
所 在 系 电子技术系
指导教师
完成日期 2013年12月30日
一、实训目的
1.了解变频器的基本概念、发展趋势、分类及应用方向。
2.了解变频器的工作原理。
3.掌握MM420变频器的模拟信号控制。
4.进一步掌握变频器基本参数的输入方法。
5.熟练掌握变频器的运行操作。
二、实训单位
天津电子信息职业技术学院
三、实训内容
1. 变频器概述
变频器是将固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电装置。它的问世使电气传动领域发生了深刻的技术革命。有数据显示，采用变频控制将会节电30%左右。近年来变频器作为商品在国内的销售呈逐年增长趋势，近几年市场保持12%～15%的增长率，超过了GTP的增长速度。
变频器的出现是微电子技术、电力电子技术、计算机技术和自动控制理论不断发展创新的产物。它的问世使电气传动领域发生了深刻的技术革命。
变频器具有对交流电动机进行软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流、过压、过载保护等功能。通过变频调速可以使控制系统节能、改善生产工艺流程、提高产品质量和易于实现自动控制，是目前最有发展前途的调速方式。
变频器早期仅仅用于速度控制，随着技术发展和社会对能源运用效率要求的日益提高，逐渐被用于节能领域。它可以使得电动机及其拖动的负载在无需任何改动情况下，按照生产工艺要求调整转速输出，大大降低电动机功耗，实现系统高效运行目的。目前，我国很多企业已将变频器用于带式输送机起动、调速控制、风机调速以及水泵调速，对节约电能，减少排放量做出积极贡献。
1.1 变频器发展趋势
经过40年的发展，变频器的发展趋势呈现以下特点。
（1）智能化 操作更加简便，有明显的工作状态显示，能够自诊断和故障防范，甚至可以进行部件自动转换。能够利用互联网遥控监视，实现多台变频器按程序联动，组成优化的变频器综合管理控制系统。
（2）专门化 针对性的制造专门化变频器，不仅有利于对电动机经济有效地控制，并且降低生产成本。如风机、泵类变频器、起重机械变频器、电梯变频器、空调变频器等。
（3）一体化 将相关的功能部件集成一体，如PID调节器、PLC、通信单元，甚至电动机。不仅可减少连线，加强功能，提高系统可靠性，而且缩小体积，降低整体价格。
1.2 变频器的分类
（1）按工作原理分类
① 交—交变频器。将恒压恒频的交流电源转换为变压变频电源，这种变频称为直接变频。
② 交—直—交变频器。先将工频交流电经整流变为直流电，再经逆变器变为频率和电压可调的交流电，这种变频称为间接变频。应用较多。
（2）按用途分类
① 通用变频器
通用变频器的特征体现在通用性，一般是指与通用鼠笼电动机配套使用。适用于拖动各种不同性质的负载并具有多种可供选择的功能，它包括简易型通用变频器和高性能多功能通用变频器。
简易型通用变频器以节能为主要目的，一般应用于水泵、风扇和鼓风机等对系统调速性能要求不高的场合。它具有体积小、价格低特点。
高性能多功能通用变频器在设计过程中，充分考虑了变频器在应用过程中可能出现的各种需要，并为满足这些需要在系统软件和硬件方面作了相应的准备。
在控制手段上采用了全数字化，充分利用微机巨大信息处理能力，强化软件功能，使变频
装置的灵活性和适应性不断增强。在硬件上一般都采用大功率自关断开关器件（GTO、BJT、IGBT）作为主开关器件，采用正弦波脉宽调制方式（SPWM），已成为通用变频器的主流。目前中小容量变频器大都具备高性能通用性。
② 专用变频器
专用变频器主要是满足特定的产业需要，如高频、高压、大容量等专用变频器。例如在超精密机械加工（如数控雕刻、精密磨床）以及高速离心等设备中，常用到的高速电动机的驱动频率要达到3KHz（电动机转速180 000r/min），显然必须用高频变频器。除此之外，还有很多场合需要专用变频器，如重载专用变频器、数控机床专用变频器、注塑机专用变频器等等。
1.3 变频器的应用
（1）节能方面
传统的风机、泵类电动机是在全速（工频）下运行，即不论生产工艺需求大小都提供固定的流量。例如在纺织、印染等行业经常会使用定型机对棉织品进行拉幅和热定型，定型机
内的温度通过循环风机送入的热风调节。由于风机在工频下运行风速不变，送入热风的多少只有调节风门或挡风板开度的大小。不仅造成了大量能源浪费，当风门调节失灵或调节不当甚至造成定型机失控，影响产品质量。此外，由于风机高速起动和恒功率运行，传送带与轴承之间磨损非常严重，使传送带成为易耗品。采用变频调速后，利用温度传感器采集定型机温度，控制变频器自动调节风机速度实现控温。不仅提高了产品质量，同时变频器的低速起动，可以减少传送带与轴承的磨损，延长设备寿命。
因为风机、泵类负载的耗电功率基本与转速的三次方成比例，采用变频器调速后，节电率可达20%～60%。目前得到推广的恒压供水是泵类使用变频控制的典型应用，恒压供水如消防、喷灌、高层供水等。目前空调、冰箱等家用电器也采用变频调速技术，取得很好节能效果。
（2）自动控制系统应用
变频器内置有32位或16位中央处理器，具有多种逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度高达0.1%～0.01%，并且设置有完善的检测和多种保护功能，在工业自动控制中得到广泛的应用。如应用于传送、起重、挤压等控制领域；在化纤、玻璃制造工业中的卷绕、拉伸
、搅拌；在机械加工中的金属切削；中央空调系统调速，大型锅炉的风机调速、鼓风调速；电梯的智能控制等。
（3）提高工艺水平和产品质量
由于可调电动机转速，使得机床设备在传送，加压等控制中大大提高了精度，使产品质量获得改善。此外，减速起动、减速停止避免了设备冲击和噪声，延长设备使用寿命。甚至变频技术可以改变原有工艺流程，简化机械系统，使操作和控制更加方便，提高整个设备功能。
2. 变频器的工作原理
电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组，交-直-交型变频器结构见图一。
图一 电压型变频器主电路
（1）整流电路
VD1～VD6组成三相不可控整流桥，220V系列采用单相全波整流桥电路；380V系列采用桥式全波整流电路。
（2）中间滤波电路
整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波；滤波电容CF除滤波作用外，还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰、提高功率因素，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而要在电容充分放电后才可进行操作。
（3）限流电路
由于储能电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大，过大的电流会损坏整流桥二极管，为保护整流桥上电瞬间将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流，当CF充电到一定程度时由开关SL将RL短路。
（4）逆变电路
逆变管V1～V6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元。
（5）续流二极管D1～D6
其主要作用为：
电机绕组为感性具有无功分量，VD1～VD7为无功电流返回到直流电源提供通道。
当电机处于制动状态时，再生电流通过VD1～VD7返回直流电路。
V1～V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也需要D1～D6提供通路。
（6）缓冲电路
由于逆变管V1～V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，C极和E极间的电压将由近乎0V上升到直流电压值UD，这过高的电压增长率可能会损坏逆变管，吸收电容的作用便是降低V1～V6关断时的电压增长率。
（7）制动单元
电机在减速时转子的转速将可能超过此时的同步转速（n=60f/P）而处于再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线（滤波电容两端）电压UD不断上升（即所说的泵升电压），这样变频器将会产生过压保护，甚至可能损坏变频器，因而需将
反馈能量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元由开关管与驱动电路构成，其功能是用来控制流经RB的放电电流IB。
3. 西门子MM420变频器模拟信号操作控制
西门子MM420变频器可以通过3个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制，可通过基本操作板BOP的，按 增加， 减少输出频率，来设置正反向转速的大小；也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。西门子MM420变频器为用户提供了一对模拟输入端口AIN＋和端口AIN－，即端口“3” 和端口“4” 。
(1) 实训内容
用自锁按钮SB1变频器恒压供水和按钮SB2，控制西门子MM420变频器，实现电动机的正转和反转功能，由模拟输入端控制电动机转速的大小，DIN1端口设为正转控制，DIN2端口设为反转控制。
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