变频及伺服应用技术项目1 西门子变频器的运行与功能解析2016.7
西门子变频器工作原理
西门子变频器工作原理西门子变频器也可用于家电产品。
使用西门子变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。
用于电机控制的西门子变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。
但用于荧光灯的西门子变频器主要用于调节电源供电的频率。
汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。
西门子变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。
例如计算机电源的供电，在该项应用中，西门子变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。
1 西门子变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：n ＝ 60 f(1 － s)/p (1)式中 n———异步电动机的转速；f———异步电动机的频率；s———电动机转差率；p———电动机极对数。
由式 (1) 可知，转速 n 与频率 f 成正比，只要改变频率 f 即可改变电动机的转速，当频率 f 在 0 ～ 50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。
西门子变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
2 西门子变频器控制方式低压通用变频输出电压为 380 ～ 650V ，输出功率为 0.75 ～ 400kW ，工作频率为 0 ～ 400Hz ，它的主电路都采用交—直—交电路。
其控制方式经历了以下四代。
2.1U/f=C 的正弦脉宽调制（ SPWM ）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。
但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。
另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。
变频及伺服应用技术教案-概述说明以及解释
变频及伺服应用技术教案-范文模板及概述示例1:标题：《探索变频与伺服应用技术的创新教学实践——构建高效能工控技术教案》引言：在当今工业自动化领域，变频及伺服应用技术作为核心技术之一，对于提升设备性能、节能降耗以及实现精确控制等方面发挥着至关重要的作用。
因此，如何将这些先进的技术理念融入到教学实践中，设计并实施一套科学且实用的变频及伺服应用技术教案，培养适应未来智能制造需求的技术人才，是当前职业教育和高等教育亟待解决的问题。
主体部分：一、变频与伺服技术基础理论概述这部分将详细解析变频与伺服技术的基本原理、工作方式及其在工业控制中的核心地位，为后续的应用教学奠定坚实的理论基础。
二、变频与伺服系统结构及功能分析深入探讨变频器和伺服驱动器的硬件组成、软件算法，结合实际案例讲解其在速度控制、位置控制、转矩控制等应用场景中的具体实现。
三、变频与伺服应用技术的教学设计与实施1. 教学内容设计：根据技术发展前沿和企业实际需求，设计涵盖基础知识、故障诊断、系统集成调试等内容的教学模块。
2. 教学方法与手段：采用理论授课、模拟仿真、实物操作相结合的方式，通过实验实训、项目式学习等方式让学生亲身体验变频与伺服技术的实际应用过程。
3. 评价体系构建：建立以能力为导向，知识、技能、素质全面发展的多元评价体系，检验学生对变频与伺服应用技术的掌握程度。
四、变频与伺服技术的发展趋势与人才培养展望结合工业4.0、智能制造等大背景，阐述变频与伺服技术在未来发展趋势，提出针对此类技术人才的培养目标和策略，强调创新思维与实践能力的重要性。
结语：变频与伺服应用技术教案的编制与实施，不仅有助于提高学生的专业技术素养，更能有效对接产业需求，为我国制造业的转型升级输送大批具备先进控制技术的专业人才。
只有不断深化教育教学改革，才能使我们的教育真正走在科技发展的前列，为社会进步提供源源不断的动力。
示例2:标题：探索变频与伺服应用技术的创新教案设计一、引言在现代工业自动化领域中，变频技术和伺服技术作为核心技术之一，发挥着至关重要的作用。
《西门子S7_1200应用技术》S7-1200与变频器的应用
MM420系列变频器外形
型号 额定功率
电源参数 电压 电流 频率
输出参数 电压 电流 频率
MM 420 1.6kVA 380~480V 2.8A 47~63Hz 380~480V 2.1A 0~650Hz
2. 变频器的结构
MM420变 频器基本 配线图
3. 变频器的端子功能
端子号 L1、L2、L3
0 1 0 2 1 12 0 2 0.00 5.00 10.00 10.00
设置值 30 1 2 1
按电动机铭牌 设置
1 2 7 2 16 16 10 3 25.00 −40.00 1.00 1.00
说明 调出厂设置参数，准备复位 复位出厂值 参数访问：扩展级 启动快速调试 电动机的额定电压（V） 电动机的额定电流（A） 电动机的额定功率（kW） 电动机的额定速度（r/min） 结束快速调试 参数访问：扩展级 参数过滤：命令通道7 默认外部数字端子控制 DIN1选择固定频率直接选择+ON命令 DIN2选择固定频率直接选择+ON命令 参数过滤：设定值通道10 固定频率 固定频率1 = 25Hz 固定频率2 = −40Hz 加速时间（s） 减速时间（s）
参数代号 P0010 P0970 P0003 P0010 P0304 P0305 P0307 P0311 P3900 P0003 P0004 P0700 P0701 P0702 P0004 P1000 P1001 P1002 P1120 P1121
出厂值 0 0 1 0
400 1.90 0.75 1395
（3）再按 ，进入该参数值的修改。
（4）再按
，最右边的一个数字闪
烁。
（5）按 / ，修改这位数字的
数值。
西门子变频器两种控制模式的分析及应用
西门子变频器两种控制模式的分析及应用变频器是一种重要的工业控制器件，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
变频器在应用的过程中通过与普通的交流电动机相配合可以在某些场合实现步进电机或是伺服电动机的一些功能。
西门子变频器是一种应用较多的变频器，对于其的控制主要是通过操作面板或是外部端子进行控制的。
文章介绍西门子变频器外部常用端子与面板的基础上对如何通过上述两种方式进行参数的设定实现对于交流电动机的运行控制。
标签：西门子变频器；控制方式；外部端子控制；控制面板前言西门子变频器是一种工业控制领域中应用较多的一种控制设备，其通过对固定输入的电压和频率进行内部的转换，依据控制信号将其转换为所需的电压和频率的交流电进而实现对于电动机的控制。
在西门子变频器工作的过程中首先需要将输入的工频交流电转换为直流电，而后再根据需要将直流电逆变为控制要求的交流电。
在西门子变频器工作的过程中通过PWM技术使得在电动机启动的过程中使用较小的启动电流并获得较大的启动转矩并调速平滑。
在分析西门子变频器外部端子的功能及作用的基础上做好对于西门子变频器的参数设置，确保其正常工作。
1 西门子变频器的组成及外部端子简述1.1 西门子变频器的组成西门子变频器主要是由操作面板、控制模块与外部端子等三个部分组成，其主要与普通交流电动机相配合在一些对于电动机控制精度要求一般的场合进行工作，以取代步进电机或是交流伺服电机，降低成本与能耗。
随着科技的进步与经济的快速发展，西门子变频器正被应用于越来越多的领域。
西门子MM420系列变频器是一种应用较多的变频器，其多应用于对三相交流电动机的变频控制。
西门子MM420系列的变频器在出厂时各参数为系统默认，在使用时与西门子工控装置和设备相连接时如无特殊要求可不经调试而直接进行使用，可靠性与适应性较强，西门子MM420系列变频器是一款功能较齐全的变频器。
1.2 西门子MM420系列变频器外部端子西门子MM420系列变频器的外部端子如图1所示，其中1、2端子输入的是模拟量10V电源公共端，3、4端子为模拟量输入端可以外接电位器来实现对于频率设定值的更改，5-7号端子为数字量输入端子，其中默认情况下5为正转控制，6为反转控制，7为故障复位，8、9端子则代表的是直流24V电源公共端。
变频器与伺服应用-第1章 变频器操作入门
《变频器应用技术》
在模拟量给定方式下，变频器的给定信号P与对应的变频器 输出频率f（x）之间的关系曲线f（x）=f（P）。这里的给 定信号P，既可以是电压信号，也可以是电流信号，其取值 范围在10V或20mA之内。一般的电动机调速都是线性关系， 因此频率给定曲线可以简单地通过定义首尾两点的坐标（模 拟量，频率）即可确定该曲线。如图1-20a所示，定义首坐 标为（Pmin，fmin）和尾坐标（Pmax，fmax），可以得到设 定频率与模拟量给定值之间的正比关系。如果在某些变频器 运行工况需要频率与模拟量给定成反向关系的话，也可以定 义首坐标为（Pmin，fmax）和尾坐标（Pmax，fmin），如图 1-20b。
《变频器应用技术》
1.1.4变频器V/f曲线定义
1.基本概念 变频器V/f控制的基本思想是V/f=C，因此定义在频率为fx时， Ux的表达式为Ux/fx=C，其中C为常数，就是“压频比系 数”。
《变频器应用技术》
2.预定义的V/f曲线和用户自定义V/f曲线
• 由于电动机负载的多样性和不确定性，因此很多变频器厂 商都推出了预定义的V/f曲线和用户自定义的任意V/f曲线。
这是恒压频比的控制方式,其控制特性如图1.9所示。 低频时,Us和Eg都较小,定子电阻和漏磁感抗压降所占的分量
相对较大,可以人为地抬高定子相电压Us,以便补偿定子压 降,称为低频补偿或转矩提升。
《变频器应用技术》
《变频器应用技术》
(2)基频以上调速 在基频以上调速时,频率从f1N向上升高,但定子电压Us却不
《变频器应用技术》
※了解交流电动机的调速方式；； ※熟悉熟悉变频调速的基本原理及其优点； ※掌握恒压频比工作方式及其特点； ※掌握变频器的电路基本结构
《变频及伺服应用技术》项目1 西门子变频器的运行与功能解析2016.7
重庆工业职业技术学院 郭艳萍
变频及伺服应用技术
2 、变转差率调速
（1）改变定子电压调速 异步电动机的机械特性方程式:
Te1[R (1R 2 '3 /p s)21 U 2 R 2 ' /1 2s(Ll1L 'l2)2]
其中：p为电机极对数； U1为相电压有效值
电机参数一定，当S ，f1不变时，T 仅与 U1有关。
变频及伺服应用技术
变极时，调换相序，以 保证变极调速以后，电 动机转动方向不变。
目前，我国多极电动机定子绕组联绕方式常用的有两种：一种是从星形改成 双星形，写作Y/YY，如图1-3所示；
Y-YY后,电动机极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY 2n，Y 容许输出功率增大 一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适
变频器在英文译名是VFD（Variable-frequency Drive）。
变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作 VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。
2020/10/24
重庆工业职业技术学院 郭艳萍
变频及伺服应用技术
它与直流调速系统相比具有以下显著优点：
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
将△U忽略，则E1≈U1∝ƒ1Φm
2020/10/24
因此，为维持电动机的输出转矩不变，必须使主磁通Φm =const，即
西门子变频器说明书
本书将按照这三个步骤，通过案例介绍和相关参数的说明，逐步的介绍全部MM440的调试流程。
9 MICROMASTER 440 简明调试指南 / 操作介绍
第四章 参数复位操作
参数复位： 参数复位，将变频器的参数恢复到出厂时的参数默认值。在变频器初次调试，或者参数设置混乱 时，需要执行该操作，以便于将变频器的参数值恢复到一个确定的默认状态。
全》中“警告”的规定，或不按照其中的要求操作，就可能造成死亡，严重的人生伤害或重大 财产损失。 • 只有经过认证合格的专业人员才允许操作本设备，并且在使用设备之前要熟悉本手册中所有的 安全说明和有关安装、操作和维护的规定。正确地进行搬运装卸就位安装和操作维护，是实现 本设备安全和成功地投入运行的可靠保证。 • 注意触电的危险。即使电源已经切断，变频器的直流回路电容器上仍然带有危险电压，因此， 在电源关断5分钟以后才允许打开本设备。 • 输入电源线只允许永久性紧固连接。设备必须接地（按照 IEC 536 Class 1，NEC 和其他适用的 标准）。 • MICROMASTER440 变频器是在高压下运行。 • 电气设备运行时，设备的某些部件上不可避免的存在危险电压。 • 本设备不可作为“紧急停车机构”使用（参看 EN60204，9.2.5.4.） • 本设备可按照UL508C第42节的要求在变频器内部提供电动机过载保护功能。在缺省状态下I2t保 护功能在缺省状态下是有效的。 • 最高允许的环境温度决定于设备，请参看选型样本中的数据。 • 使用前请阅读所有的安全规则和警告，并粘贴所有的警告标志。确保警告标志置于醒目的地 方，并更换已脱落或损坏的标志。
3
西门子变频器讲解
西门子变频器讲解1．西门子变频器的结构及各部分的功能;整流部分：主要是把三相交流电整成直流；直流回路部分：对整流部分出来的直流电压进行稳压和滤波逆变部分：将直流回路的电压逆变成可调频的三相交流电2．在变频器内部有的电路板,分别起的作用CUVC控制板：控制功能及参数设定电源板：24V控制电源的提供,直流母线的采集IVI背板：电流互感器,变频器测温线,与触发板进行通讯整流单元触发板：触发晶闸管,将三相交流电整流成直流IGBT触发板：触发IGBT,将直流电转换为交流电3．西门子变频器CUVC控制板上的端子功能4个可以作为输入或输出的IO端子3.4.5.6,3个只能作为输入的IO端子7.8.9;两个模拟输入口和,两个模拟输出口和4. 西门子变频器中如何使其运行在40HZA．由面板直接给定40HZB．由参数给固定频率,比如将P443=45,将P405=40HZC．由模拟信号给定,比如为模拟通道1给定,设置=44—20MA,在模拟通道中输入的电流值;5.在西门子变频器参数中,控制字和状态字的意思,并介绍以下参数的意思：P330、P443、P590、P571和P572、P578和P579; 控制字为变频器的输入型号,用来控制变频器的启动,停止,快停,方向,变频器内部的参数等,状态字为变频器的输出信号,用来显示变频器的运行状态,如准备信号,运行反馈信号,故障反馈等P330：负载类型0为线性恒转矩负载,1为抛物线特性,如风机等P443：为变频器的速度给定源P590：用来选择开关量连接器的BICO参数P571和P572：用来选择变频器的旋转磁场方向;P578和P579：用来选择变频器内部的电机数据组常见问题：1．西门子变频器出现F037故障模拟信号有出错,检查模拟输入的电缆是否有断路,模拟信号线是否接反;2．西门子变频器出现F011故障F011为变频器过流报警,需检查以下机个方面1.检查负载情况,机械是否被卡死2.拆开电机电缆,用摇表检查电机和电缆是否存在短路和对地情况3.用万用表检查功率单元是否完好4.用万用表检查电流互感器时候玩完好5.更换IVI背板,测试6.更换CUVC控制板,测试3．西门子变频器出现F015故障,如何进行检查F015为变频器堵转报警,应检查以下几个方面：1.检查负载情况,机械是否被卡死2.如有编码器,应检查编码器的接线,或直接更换新的编码器；检查编码器的电缆和屏蔽电缆是否良好3.更换CUVC控制板,测试。
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其中：p为电机极对数； 仅与 U1有关。 U1为相电压有效值 R1为定子每相绕组的内阻 Ll1为每相漏感 R2′为折算到定子侧的每相电阻 Ll2′为折算到定子侧的漏感
2017/8/31
电机参数一定，当S ，f1不变时，T
四个关键点
额定运行点
N0 NN Sm
D: 理想空载点（同步点）
N=N0，S=0，T=0 C: 额定运行点 N=NN，S=SN，T=TN B: 最大转矩点 (拐点）
2017/8/31
另一种是从三角形改成双星形，写作△/YY，如图6-4所示，这两种接法 可使电动机极对数减少一半。
变极时，调换相序，以 保证变极调速以后，电 动机转动方向不变。
∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY 2n ，容许输出功率近似不变， 所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。
图5-4 晶闸管相位控制下
理
2017/8/31
晶闸管三相交流调压电路如图所示。这种电路接法的特点是负载输出谐波分量 低，适用于低电压大电流的场合。
VT1
U
R
VT4
VT3
R
V
VT6 VT5
R
W
VT2
图5-6 三相全波星形联结的调压电路
2017/8/31
（3）采用转速负反馈闭环调速系统（既保证低速时机械特性 硬度，又保证一定负载能力）。 转子电阻的增大使调速范围扩大，机械特性变软，转速转 差率变大。解决方法：采用带速度负反馈的闭环控制。
反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁 场。
2017/8/31
变极时，调换相序，以 保证变极调速以后，电 动机转动方向不变。
目前，我国多极电动机定子绕组联绕方式常用的有两种：一种是从星形改成 双星形，写作Y/YY，如图1-3所示；
Y-YY后,电动机极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY 2n ，容许输出功率增大 Y 一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适 用于恒转矩负载。
60 f1 (转/分) p
磁极对数
p 1
p2
p3
p4
2017/8/31
( f1 50Hz )
同步转速n0
360
180
3000 (转/分） 1500 (转/分）
120
1000 (转/分）
750 (转/分）
90
以4极变2极为例： U相两个线圈，顺向串联，定子绕组 产生4极磁场。
最大转矩点
理想空载点
TN
Tm
S Sm , T Tm
点
起 动
临界转差率
A: 起动点
最大转矩
n 0, S 1, T TQ
起动转矩
2017/8/31
调压调速的机械特性
当s一定时， T ∝ U
2
，改变U1得到一组不同的人为特性。在带恒转矩负载TZ时，
可得到不同的稳定转速，如下图中的1、2、3点。 同步转速n0不变，临界 转差率Sm不变
2017/8/31
相关知识 一、交流异步电动机的调速方法 由异步电动机的转速公式：
60 f1 n n1 ( 1 s ) (1 s ) p
可知，异步电动机有下列三种基本调速方法： （1）改变定子极对数 （2）改变电源频率 （3）改变转差率
p
调速。
f1 调速。
调速。
s
2017/8/31
异步电动机的调速方式：
2017/8/31
变极调速只用于笼型电动机。
这种方法的缺点是十分 明显的:一台电动机最多只能 安臵两套绕组，每套绕组最 多只能有两种接法。所以最 多只能得到4种转速，与所要 求的无级调速相去甚远。
2017/8/31
2 、变转差率调速
（1）改变定子电压调速 异步电动机的机械特性方程式:
' 3 pU12 R2 /s Te ' 1[( R1 R2 / s ) 2 12 ( Ll1 L'l 2 ) 2 ]
0.7UN
0
TZ
Tm
T
2017/8/31
（2）解决问题的措施 使用高转子电阻的电机。高转子电阻电机的机械特性 如图所示。
S 0
n n0
A B C
U1N 0.7U1N 0.5U1N
可见：恒转矩负载下，调速范围 变大，转子电流减小。
1 0
TL
Te
图5-7 高转子电阻异步电动机 高转子电阻异步电动机在不同电压下的机械特性 在不同电压下的机械特性
项目1 西门子变频器的运行与 功能解析
2017/8/31
教 学 内 容
任务1.1 认识变频器 任务1.2 西门子变频器的面板运行操作 任务1.3 西门子变频器的外部运行操作 任务1.4 西门子变频器的组合运行操作 任务1.5 西门子变频器的多段速运行操作
2017/8/31
学 习 目 标
1．了解交流电动机调速的3种基本方法。
2．掌握通用变频器的基本结构及变频原理。
3．认识西门子MM440变频器的接线图、操作面
板及其拆卸方法。
4．学会西门子变频器的运行操作方式。
5. 掌握西门子变频器的常用功能。
2017/8/31
任务1.1
认识变频器 任务导入
MM440系列变频器是德国西门子公司广泛应用与工业场 合的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提 供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载 能力，以满足不同的交流电动机调速应用场合。西门子 MM440变频器的外观和结构是怎么样的，如何拆装变频器的 操作面板、前盖板和I/O板呢？
n
n0
U1'' U1' U N '' ' U1 U1 T kn2
Z
（1）异步电动机调压调速时存在的问题 1）改变定子调压时调速范围不大（恒转 矩负载）。如图1、2、3点。
1 3 c
2
Sm
b
0.5UN
a
2）低速时运行稳定性不好（如c点），转 子电流相应增大。为了既低速运行 稳定又不致过热，要求电动机转子 绕组有较高的电阻。
变频 (他控式、自控式）
调压
60 f1 n (1 S )n1 (1 S ) p
变极
串电阻
耗能型
电磁转差离合器
串级
设备费用高
有级调速
2017/8/31
1、变极调速
磁极对数 p 的改变，取决于电动机定子绕组的结构和接线。通过改 变定子绕组的接线，就可以改变电动机的磁极对数。
电动机的同步转速取决于磁场的极对数
2017/8/31
知识拓展
晶闸管交流调压装臵
~ VVC
~ U1
获取交流电源的方法
如下左图所示。单相调压电路如右图所示。
VT1
VT2 R
U
图5-3 晶闸管单相调压电路
晶闸管单相调压电路 U
M
3~ (c)
通过改变晶闸管的导通角来改 变输出交流电压的大小。 0
2
t
晶闸管相位控制下的负载电压波形 的负载电压波形