變頻控制技術及應用——基於西門子MM4系列與S120系列驅動產品

付麗君

副教授，碩士研究生導師，一直從事電氣傳動方面的教學與科研工作20餘年。
先後主講《電力拖動自動控制系統》《變頻控制技術》《電機的DSP控制》等專業課。
遼寧省本科精品資源共享課《電力電子技術》主要成員。主編和參編教材3部，發表了多篇科研與教研論文。
多次指導大學生參加“西門子杯”中國智能製造挑戰賽比賽，曾獲得全國一等獎、省級特等獎和一等獎等獎項。

孫金根

副教授，碩士研究生導師，從事電氣技術工作30餘年，高校從教20餘年。
先後主講《電力電子技術》《電氣控制與PLC》《工廠供電》等課程。
遼寧省本科精品資源共享課《電力電子技術》項目主持人及主講人，
本課程已在遼寧省本科教學平台和學習強國平台遼寧頻道上線。
近年來，完成多項西門子驅動器應用的工程項目；發表多篇科研和教改論文；參編教材4部；發明專利3項。

第1章異步電動機變頻調速原理及變頻器的電路結構
1.1異步電動機的調速方式
1.2異步電動機變頻調速原理
1.3變頻器的基本電路結構
1.4變頻器主電路結構
1.4.1交—交變頻器主電路結構及工作原理
1.4.2交—直—交變頻器主電路結構
1.5異步電動機變頻供電時的機械特性
1.5.1基頻以下變頻供電時的機械特性
1.5.2基頻以上變頻供電時的機械特性
1.6變頻器的發展
1.6.1變頻器的發展歷程
1.6.2變頻器的主要發展方向
1.7變頻器的分類
小結
習題

第2章異步電動機變頻調速
2.1的脈寬調製技術
2.1.1正弦脈寬調製控制技術(SPWM控制技術)
2.1.2電流滯環跟踪控制技術(CHBPWM控制技術)
2.1.3電壓空間矢量控制技術(SVPWM控制技術)
2.2轉速開環恆壓頻率比控制的變頻調速
2.3異步電動機矢量控制
2.3.1異步電動機動態數學模型
2.3.2矢量控制理論中的坐標變換和坐標變換陣
2.3.3異步電動機在兩相同步旋轉坐標系下的動態數學模型
2.3.4異步電動機在兩相靜止坐標系下的動態數學模型
2.3.5異步電動機按轉子磁鏈定向旋轉坐標系下的動態數學模型
2.3.6按轉子磁場定向的異步電動機矢量控制
2.4直接轉矩控制
2.4.1直接轉矩控制的基本思路
2.4.2異步電動機按定子磁鏈定向旋轉坐標系下的數學模型
2.4.3直接轉矩控制的構成
小結
習題

第3章西門子MM4系列變頻器介紹
3.1MM4系列變頻器類型
3.2MM4系列變頻器的基本構成
3.3MM4系列變頻器參數介紹
3.3.1MM4系列變頻器的參數類型
3.3.2MM4系列變頻器參數說明
3.3.3MM4系列變頻器的參數組
3.3.4信號互聯BICO參數
3.4MM4系列變頻器的控制方式
3.5用BOP修改MM4系列變頻器參數的操作方法
3.6MM4系列變頻器常用的頻率術語及參數
3.7MM4系列變頻器的基本功能
3.7.1頻率給定功能
3.7.2可編程的V/f特性曲線功能
3.7.3多段速功能
3.7.4多種控制方式選擇功能
3.7.5轉矩提升功能
3.7.6加減速曲線設定功能
3.7.7停車和製動功能
3.7.8自動再啟動和捕捉再啟動功能
3.7.9參數靜態識別和動態優化功能
3.7.10PID功能
3.7.11保護功能
小結
習題

第4章MM4系列變頻器的參數調試
4.1MM4系列變頻器的外部端子參數設定
4.1.1數字量輸入參數配置
4.1.2繼電器輸出參數配置
4.1.3模擬量輸入參數配置
4.1.4模擬量輸出參數配置
4.2MM4系列變頻器參數調試步驟
4.3MM4系列變頻器基本功能參數調試
小結
習題

第5章SINAMICS S120驅動構成
5.1SINAMICS系列驅動器介紹
5.2SINAMICS S120單軸驅動器
5.3SINAMICS S120多軸驅動器
5.3.1SINAMICS S120多軸驅動器控制單元CU3202
5.3.2SINAMICS S120多軸驅動器的電源模塊
5.3.3SINAMICS S120多軸驅動器的電動機模塊
5.4典型SINAMICS S120多軸驅動的基本構成
5.5SINAMICS S120驅動器主要的附加組件
5.5.1操作面板
5.5.2I/O端子插板和端子模塊
5.5.3通信板
5.5.4DRIVECLiQ集線器模塊
5.5.5編碼器轉換模塊
5.5.6CF卡
小結
習題

第6章SINAMICS S120參數及BOP20的基本操作
6.1SINAMICS S120系列驅動器參數簡介
6.2BOP20設置的基本參數
6.2.1控制單元參數的設置
6.2.2驅動單元參數的設置
6.3BOP20的基本操作
6.3.1BOP20顯示與按鍵功能
6.3.2BOP20參數訪問及修改操作方法
6.3.3BOP20故障與報警顯示
6.3.4BOP20基本功能操作
6.3.5採用BOP20控制電動機運行時參數的簡單設置
小結
習題

第7章STARTER軟件介紹及項目組態和基本調試功能
7.1SINAMICS S120調試軟件介紹
7.2SINAMICS S120項目的創建及組態
7.2.1設置通信接口
7.2.2創建驅動項目
7.2.3配置驅動對象
7.2.4項目配置的保存與下載
7.3STARTER軟件對驅動對象參數的設置功能
7.4STARTER軟件的調試功能
7.4.1控制面板
7.4.2設備跟踪記錄
7.4.3函數發生器
7.5電動機數據辨識與驅動數據動態優化
小結
習題

第8章SINAMICS S120基本定位功能
8.1SINAMICS S120基本定位功能的激活
8.2SINAMICS S120位置控制中的長度單位LU
8.3SINAMICS S120驅動中機械軸的分類
8.4SINAMICS S120的基本定位器(EPOS)
8.4.1SINAMICS S120基本定位中的極限功能
8.4.2SINAMICS S120基本定位中的點動功能
8.4.3SINAMICS S120基本定位中的回零功能
8.4.4SINAMICS S120基本定位中的程序步功能
8.4.5SINAMICS S120基本定位的直接設定值輸入/MDI功能
8.5SINAMICS S120中的位置控制器
8.6SINAMICS S120基本定位中的監視功能
小結
習題

第9章SINAMICS 驅動器的編程工具DCC
9.1工藝包裝載到驅動器
9.2DCB庫文件導入到DDC編輯器
9.3DCC編程及基本規則
9.3.1DCC圖表介紹
9.3.2DCC編輯器中圖表和功能塊​​的插入
9.3.3DCC中功能塊的參數聲明及互聯方法
9.3.4DCC中圖表的複制
9.3.5分配圖表執行組和採樣時間及DCC功能塊處理順序的調整
9.4DCC程序在線監控及動態顯示
小結
習題

第10章SINAMICS S120驅動器的通信功能
10.1SINAMICS S120驅動器與HMI的直接通信
10.2PROFIdrive通信協議
10.3SINAMICS S120驅動器的報文類型
10.3.1標準報文
10.3.2製造商專用報文
10.4SINAMICS S120驅動器與SIMATIC S7300 PLC之間通信
10.4.1運動控制工程項目的硬件組態
10.4.2週期性通信與非週期性通信
小結
習題

第11章變頻調速電氣設備的選擇與安裝
11.1變頻器的選擇
11.1.1根據負載的特性選擇變頻器
11.1.2變頻器容量的選擇
11.1.3變頻器箱體結構選用
11.2變頻器外圍設備及其選擇
11.3變頻器的安裝
11.3.1變頻器的安裝環境要求
11.3.2變頻器的安裝方式
11.4變頻器的接線
小結
習題

第12章變頻調速設計
12.1生產機械的負載特性
12.1.1恆轉矩負載特性
12.1.2平方降轉矩負載特性
12.1.3恆功率負載特性
12.2生產機械對調速電氣性能指標要求
12.3變頻供電時對異步電動機的影響
12.4變頻調速時異步電動機的有效轉矩線
12.5恆轉矩負載的變頻調速
12.5.1控制方式的選擇
12.5.2改變低頻性能與提高電動機轉矩控制性能
12.5.3提高恆轉矩負載的變頻調速範圍
12.6恆功率負載的變頻調速
12.6.1恆功率負載下的電動機容量選擇問題
12.6.2降低電動機容量的方法
12.7平方降轉矩負載的變頻調速
12.7.1V/f控制特性曲線的選擇與節能效果
12.7.2風機的變頻調速
12.7.3水泵的變頻控制
小結
習題

第13章MM4和SINAMICS S120驅動產品應用實例
13.1MM440變頻器在電梯上的應用
13.1.1概述
13.1.2組成和基本原理
13.1.3變頻器參數的設定
13.2MM430變頻器在恆壓供水中的應用
13.2.1恆壓供水變頻調速的節能原理
13.2.2恆壓供水變頻調速
13.3MM440變頻器在離心機中的應用
13.3.1常規電器實現的電桿生產離心機變頻調速
13.3.2利用BICO功能實現的電桿生產離心機變頻調速
13.4SINAMICS S120驅動器在擰緊機定位控制中的應用
13.4.1擰緊機自動裝配工藝
13.4.2擰緊機定位控制的組成
13.4.3擰緊機定位控制的軟件設計
13.5SINAMICS S120在深海光電複合纜雙絞車控制中的應用
13.5.1光電複合纜雙絞車機構及功能
13.5.2驅動及控制構成
13.5.3控制策略設計
13.6SINAMICS S120在鑄造起重機中的應用
13.6.1鑄造起重機電力拖動調速簡介
13.6.2鑄造起重機控制單元與通信結構的方案
13.6.3鑄造起重機採用SINAMICS S120變頻調速的優點
小結
習題
參考文獻