第一篇：converteam變頻器簡介
變頻公司簡介
中發集團是我國輸配電行業領航企業之一，集輸配電制造業、現代服務業、物流貿易于一體，專業生產超高壓、高中壓成套裝置、工業/電力自動化控制系統、精密模具制造和微電子等四大產業板塊。中發生產的系列產品被國家質量監督檢驗檢疫總局和中國名牌產品推進委員會評為“中國名牌產品”;“中發”商標被上海市工商管理局和上海市名牌產品推薦委員會評定為“在滬國內知名品牌”、“上海市著名商標”和“上海名牌產品100強”，集團連續多年被評為“中國機械500強”。
上海中發變頻科技有限公司是中發集團的核心企業之一。
上海中發變頻科技有限公司長期致力于高壓變頻器研發和生產。公司秉承“技術創新，追求卓越，以人為本、科技興企”的方針和理念，以“為客戶創造價值”為企業的根本宗旨。公司擁有遍布全國的銷售服務網絡，雄厚的研發和工程技術力量，先進的生產設備、國際一流檢驗設備(國內至今唯一的德國Siemens公司定制的整機檢測設備)和具有近萬平米的現代化生產基地。
公司在多年高壓變頻技術儲備的基礎上，引進德國先進技術，組建一流的多國籍的研發團隊，開發了Glück系列高壓變頻器，作為一款非常成功的變頻器，采用獨特的DSP+FPGA矢量控制技術和完美無諧波技術，具有卓越的品質和出色的性能。應用領域遍及各個行業市場，包括電力、冶金、石化、水處理、水泥等等。我們可以根據客戶的實際需求提供量身定制的Glück系列高壓變頻器，最大程度提升客戶的生產水平和節能效率。
對于大多數高耗能生產領域，安裝Glück系列變頻器能大幅度降低能源成本，提高生產效率和保護環境。
上海中發變頻器科技有限公司已獲得ISO9001質量體系認證和ISO14001環境管理體系認證，并在生產中嚴格執行質量和環境管理體系規范要求。以優異的產品質量為企業立身之本
我們的使命是為國內廣大客戶提供先進、可靠、完美、經濟的高壓變頻產品和解決方案，提升客戶價值。我們的目標是迅速成長為客戶值得信賴的高壓變頻產品專家。
第二篇：變頻器和PLC恒壓供水變頻器系統的設計
摘要
隨著社會的不斷發展，工業自動化領域不斷走入正規和壯大。對于人們日常生存等需求日益增加，實現工業自動化與智能化已經迫在眉睫。其中在城市供水系統中，可以通過可編程控制器(PLC)、變頻器控制電機的轉速以及PID控制來實現對城市恒壓供水。
從上個世紀80年代至90年代中期，PLC領域得到了快速的發展，在這期間，PLC在處理模擬信號、數字信號以及人機交互等方面的發展，促使PLC技術大量應用于工業自動化控制領域。PLC具有通用性強、使用便捷簡單、抗干擾能力強等優點，也使得PLC在工業控制中的地位，在可預見的未來，是無法替代的。
本文是依照西門子三菱 PLC為控制系統，來實現對恒壓控制系統的手動及自動控制，通過三菱變頻器來直接控制三相異步電動機的轉速，從而實現恒壓輸出。變頻器可以接收來自PLC的信號，主要分為手動和自動方式來調節水壓。
本文主要針對恒壓供水來設計，需要PID控制系統來調節水壓，而一些變頻器內置了PID功能，這也顯示了變頻器在工業領域的可實施性。通過壓力設定值與壓力變送器返回值進行比較，將偏差反饋給變頻器內部的PID調節器，PID調節器經過運算處理，得出調節信號，從而實現閉環控制。
關鍵詞：PLC、變頻器、恒壓、PID控制
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第一章 緒論
隨著社會的迅速發展，工業也逐漸步入了4.0時代，機器人等一些智能化控制也逐漸進入了我們的生活。恒壓供水一直以來是工業以及生活中維持生存的命脈。為了實現日常生活和工業生產的正常供水，我們必須尋找一種穩定的供水系統來解決晝夜用水量不同以及用戶日益增加的問題。
PLC的快速發展發生在上世紀80年代至90年代中期。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到了很大的提高和發展。PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。
PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應用于過程控制中,尤其適用于可建立精確數學模型的確定性系統。PID控制的效果完全取決于其四個參數,即采樣周期ts、比例系數 Kp、積分系數Ki、微分系數Kd。因而,PID參數的整定與優化一直是自動控制領域研究的重要課題。PID在工業過程控制中的應用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世,但由于PID算法以它自身的特點，再加上人們在長期使用中積累了豐富經驗，使之在工業控制中得到廣泛應用。在PID算法中，針對P、I、D三個參數的整定和優化的問題成為關鍵問題。
1.1 PLC變頻調速恒壓供水系統的意義
近年來，由于工業迅猛的發展和人們日常物質的需求不斷提高，這使得高塔供水系統的水壓不穩定，從而影響工業生產和人們日常生活需求。為了提高供水水壓的穩定性和恒速輸出，我們可以通過三相異步電動機的轉速來控制水壓以及水速，三相異步電動機可以通過變頻器來調節頻率來控制電機的轉速，為了實現整個恒壓供水控制系統的手動以及自動控制，我們可以通過PLC來控制整個系統。
PLC是基于微型計算機技術的通用工業自動控制設備。由于PLC體積小、功能強、速度快、可靠性高，又具有較大的靈活性和可擴展性，目前已被應用到機械制造、冶金、化工、交通、電子、紡織、印刷、建筑等諸多領域。
變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、控制單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得
2 到了非常廣泛的應用。
通過變頻器、PLC以及繼電器等元件組成的恒壓控制系統具有較高的可靠性，對外界具有較高的抗干擾能力，PLC編程通俗易懂，易于控制，所需成本低等優良特點，使得PLC變頻調速恒壓供水系統在日常生活用水以及工業生產用水成為可能。
恒壓供水系統在無人操作的情況下，可以完成對供水管道的恒壓輸出，保持供水的恒壓輸出也就是供水流量的穩定，根據力學原理，水泵的流量與電機的轉速成正比。變頻恒壓供水系統的基本原理是依照系統中的壓力傳感器對系統供水管道中的壓力進行實時檢測，并通過過程控制的原理將壓力信號和設定值進行比較，反饋給處理器，通過執行機構變頻器，來完成對泵機轉速的控制，使得在外界干擾的作用下，水壓及水流量能穩定在某一范圍內，這就是所謂的恒壓控制系統。其意義可顯而易見，保障恒壓供水，可以使人們日常生活及工業生產更加方便和穩定。
1.2 國內外研究現狀及發展
現在社會上，隨著計算機的普及以及工業技術的不斷完善，使得對供水的恒壓控制已經成為可能。PLC技術的不斷發展以及變頻器的廣泛應用，也使得恒壓供水系統可靠性、實用性等性能得到體現。
從查閱的資料來看，國內供水系統發展比較緩慢，最開始是通過高塔供水系統來提供生活及工業生產供水，高塔供水系統最大缺點就是供水水壓不穩定，隨著社會的不斷發展以及工業技術的不斷進步，恒壓供水系統是在變頻器技術不斷改善的基礎上發展起來的，最先由于國外生產的變頻器功能的局限性，在恒壓供水控制系統中，變頻器僅僅作為執行機構，就是單單接收控制器信號來控制電機的轉速。為了滿足供水時的恒壓穩定輸出，變頻器也隨之改進，人們在變頻器內部囊括了PID控制，通過外部控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環控制。
最初由于變頻器技術的不成熟，國外的恒壓供水系統在設計時都采用一臺變頻器控制一臺電機的方式，很少使用一臺變頻器控制多臺電機組的形式，這使得整個恒壓供水控制系統成本高。隨著變頻技術的不斷改善，以及PLC技術的鞏固，使得變頻恒壓供水系統的穩定性、可靠性的性能顯著提高。目前國內有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉速，水管管網壓力的閉環調節及多臺水泵的循環控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實現;有的采用單片機及相應的軟件予以實現。但在系統的動態性能、穩定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。
變頻供水系統目前正在向集成化、維護操作簡單化方向發展,在國內外，專門
3 針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時維護操作也越來越簡明顯偏高，維護成本也高于國內產品。 目前國內有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產變頻器主要采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結合PLC 或PID調節器實現恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領域，國產變頻器發展較快，并以其成本低廉的優勢占領了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。目前在國內外變頻調速恒壓供水控制系統的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現代控制技術、網絡和通訊技術同時兼顧系統的電磁兼容性(EMC)，的變頻恒壓供水系統的水壓閉環控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統的性能，使其能被更好的應用于生活、生產實踐。
1.3本課題主要研究內容
本設計是按照中小城市自來水廠為研究背景，應用變頻技術、PLC技術、過程控制技術等，實現對供水系統的恒壓控制。
本設計采用三菱PLC和變頻器，通過PLC系統的控制和變頻器的變頻變壓，并且利用變頻器內置的PID控制器來完成恒壓的閉環控制。本文主要研究內容及結構如下：
1)針對PLC及變頻器技術基礎展開全文，介紹PLC的發展過程及應用、PLC的基本組成、工作原理等;簡單介紹了變頻器，包括變頻器的基本組成單元、變頻器的分類及工作原理。還簡單介紹了PID控制技術。
2)針對供水系統的恒壓控制的設計。本次設計采用選用三菱FX2N～32MR系列的可編程控制器，變頻器選用型號為三菱的FR—A540，首先通過介紹了三菱FX2N～32MR的PID控制器引入主題，通過使用PLC的編程控制、變頻器的主電路對電機的控制以及變頻器內部PID功能模塊對供水輸出水壓的反饋控制，我們僅需使用兩者變實現對恒壓供水系統的控制。本章還介紹了供水系統的組成、PLC編程軟件等的內容。
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第二章 PLC和變頻器技術基礎
PLC是專門應用于工業控制的一種計算機，也就是人們所說的可編程控制器，在工業控制領域，它作為整個系統的控制中心，執行邏輯、順序、計數、定時等功能，通過模擬量和數字量的輸入輸出信號，來控制工業生產的正常運行。
2.1 可編程控制技術
2.1.1 可編程控制器的發展過程及應用
PLC起源于美國，在1969年，美國數設備公司成功研制出第一臺可編程控制器PDP-14，由于技術的局限，該產品功能比較簡單，但這是首次采用程序化的手段應用于工業控制，因此被世界公認為第一臺PLC。1971年，日本從美國引進了這項技術，很快也研制出本國的第一臺PLC ，被命名為DSC-18。1973年西歐國家也相繼研發出他們的產品。我國可編程控制器發展較晚，是從1974開始研制，1977年才應用于工業控制領域。從20世紀70年代開始，隨著電子技術的迅猛發展，PLC采用通訊微處理器的技術逐漸發展成熟，使得PLC控制功能得到進一步的增強。20世紀80年代，隨著集成電路等微電子技術的發展，以16位和32位微處理器構成的微機化PLC，使得PLC功能進一步加強，如工作速度快，抗干擾能力強、可靠性高、成本低、編程及故障檢測更加靈活簡單等。目前，PLC已進入成熟階段，廣泛應用于我們的日常生活領域和工業生產領域，如石油、化工、電力、建筑、汽車、環保、水力等各個行業。
2.1.2可編程控制器的組成和工作原理
可編程控制器組成包括CPU控制單元、I/O輸入輸出單元、內存單元、電源模塊、底板或機架。
1.CPU控制單元
CPU控制單元是PLC的核心部分，CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現他們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。CPU按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，他們決定了PLC的工作速度，I/O輸入輸出信號點的數量及軟件的容量等，因此是PLC控制規模的決定性因素。
2. I/O輸入輸出模塊
5 PLC輸入輸出模塊是PLC控制系統接收信號和發出信號的模塊，也就是與電氣回路的接口。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入(DI)，開關量輸出(DO)，模擬量輸入(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。
常見的I/O信號的分類有：
開關量信號：輸入輸出信號按電壓高低分類，有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式劃分，有集體管隔離和繼電器隔離兩種。
模擬量信號：按信號類型分，有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數的限制。我們在設計過程中需要根據輸入輸出信號點的數量以及信號類型來選擇PLC的類型。
3. 編程器
編程器的作用是用來供用戶進行程序的輸入、編輯、調試和監視的。編程器一般分為簡易型和智能型兩類。簡易型只能聯機編程，且往往需要將梯形圖轉化為機器語言助記符后才能送入。而智能型編程器(又稱圖形編程器)，不但可以連機編程，而且還可以脫機編程。操作方便且功能強大。
4. 電源
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源(220VAC或110VAC)，直流電源(常用的為24VDC)。 可編程控制器的工作原理: PLC的工作方式與一般的計算機是不同的，它對I/O狀態和用戶程序作周期性的循環掃描、解釋并加以執行，這一周期稱為基本掃描周期，由程序長短和CPU指令執行時間所確定，一般為數十毫秒。開關控制輸出方式可為繼電器、晶閘管或晶體管，連續量輸出可為電流或電壓。
PLC工作的全過程可用圖 2-1 所示的運行框圖來表示。
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圖 2-1 可編程控制器運行框圖
2.1.3可編程控制器的分類及特點
(一)小型PLC 小型PLC 的I/O 點數一般在128 點以下，其特點是體積小、結構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執行包括邏輯運算、計時、計數、算術、運算數據處理和傳送通訊聯網以及各種應用指令。
(二)中型PLC 中型PLC 采用模塊化結構，其I/O 點數一般在256～1024 點之間，I/O 的處
7 理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯接各種特殊功能模塊，通訊聯網功能更強，指令系統更豐富，內存容量更大，掃描速度更快。
(三)大型PLC 一般I/O 點數在1024 點以上的稱為大型PLC，大型PLC 的軟硬件功能極強，具有極強的自診斷功能、通訊聯網功能強，有各種通訊聯網的模塊可以構成三級通訊網實現工廠生產管理自動化，大型PLC 還可以采用冗余或三CPU 構成表決式系統使機器的可靠性更高。
2.2 變頻器技術
變頻器的產生解決了啟動電流過大而損耗電機和工作電網不穩等問題，一定程度上它增加了電機的使用壽命，也起到了一定節能的效果。變頻器的產生主要是變頻技術和微電子技術發展的產物。變頻器是通過改變電機電源頻率的方式來控制電機的速度。變頻器最大特點是可以改變電源的頻率，通過改變頻率，來實現對交流異步電機的變頻調速、軟啟動、過流保護、過載保護、節能等功能。
2.2.1變頻器的組成
變頻器通常有四部分組成：整流單元、高容量電容、逆變器、控制器。 整流單元：整流單元的主要是通過變流器或者可逆變流器，將工頻交流電源轉換為直流電源。
高容量電容：存儲轉換后的電能。
逆變器：由大功率開關晶體管陣列組成電子開關，將直流電轉化成不同頻率、寬度、幅度的方波。
控制器：按設定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅動交流電動機。
2.2.2變頻器工作原理
主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。按照變換環節有無直流環節，變頻器可分為交一交變頻器和交一直一交變頻器。
交一直一交變頻器主電路可分三部分：
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+三相交流電源VT1VT2VT3ZAUVT4ABVT5VT6CZBZCO-整流電路逆變電路濾波電路
圖2-2交一直一交變頻器主電路
1. 整流電路：交一直部分整流電路通常由二極管或是可控硅構成的橋式電路組成。根據輸入電源不同，可以分為單相和三相橋式整流電路。常用的小型變頻器通常為單相220V輸入，而較大功率變頻器通常為380V三相輸入。
2. 中間環節：濾波電路
濾波電路一般可分為電感濾波電路和電容濾波電路。由于流過電感的電流不能突變，電容兩端的電壓不能突變，所以用電感濾波就構成電流源型變頻器，用電容濾波就構成了電壓源型變頻器。
3. 逆變電路：直一交部分
逆變電路部分是交一直一交變頻器的核心之處，其中6個三極管按其導通順序分別用VT1~VT6表示，與三極管反向并聯的二極管起續流作用。
按每個三極管的導通角度又分為120°導通型和180°導通型兩種類型。 逆變電路的輸出電壓為階梯波，雖然不是正弦波，卻是彼此相差120°的交流電壓，即實現了從直流電到交流電的逆變。輸出電壓的頻率取決于逆變器開關器件的切換頻率，達到了變頻的目的。
除此之外，逆變電路還有保護半導體元件的緩沖電路，三極管也可以用門極可關斷晶閘管代替。
交一交變頻器是指無直流中間環節，直接將電網固定頻率的恒壓恒頻交流電源變換成變壓變頻交流電源的變頻器，被人們稱為直接變壓變頻器，也稱為周波變頻器。
交一交變頻器的基本原理如下：
在有源逆變電路中，若才用兩組反向并聯的可控整流電路，適當控制各組可控硅的關斷和導通，就可以在負載上得到電壓極性和大小都改變的直流電壓。若再適當控制正反兩組可控硅的切換頻率，在負載兩端就能得到交變的輸出電壓，從而實現交一交直接變頻。
9 2.3 PID控制
在工業電氣控制方面，按照控制方式可分為開環控制和閉環控制兩種，PID控制是比例積分微分控制的簡稱，也是閉環控制的一種經典的控制規律。
開環控制方式是指控制裝置與被控對象之間，只有順向作用而沒有反向聯系的控制過程，按這種方式組成的系統稱之為開環控制系統，其特點是系統的輸出量不會對系統的控制作用發生影響。開環控制系統可以按給定量控制方式組成，也可以按照擾動控制方式組成。
閉環控制也稱為反饋控制，其控制方式是按照偏差進行控制的，其特點是不論什么原因使被控量偏離期望值而出現偏差時，必定會產生一個相應的控制作用去減少或者是消除這個偏差，使被控量與期望值接近相等。按閉環控制方式組成的閉環控制系統，具有抑制任何內、外擾動對被控量產生影響的能力，有較高的控制控制精度。
閉環控制的基本框圖如下：
給定值+-調節器D/A轉換器被控量執行器過程A/D轉換測量變送圖2-3 閉環控制框圖
上圖是閉環控制的一個經典的閉環控制系統的框圖。圖中用“○”號代表比較元件，它將測量元件檢測出的值與輸入值進行比較，“—”號代表兩者的符號相反，也就是所謂的負反饋;“+”號表示被控量與輸入量的符號相同，即正反饋。信號從輸入端經過調節器、執行結構等到達輸出端，稱為前向通道;系統輸出量經過測量元件的測量變送，反饋給輸入值，此段通道稱之為反饋通道。
通常，閉環控制系統的外作用有兩種形式，一種是系統的輸入量，另一種為外界的干擾因素，即擾動量。在正常的工業生產中，擾動是不可避免的，不同的生產環境，擾動的因素也有所不同，而且它可以在整個控制系統的任何元部件進行干擾作用。也正是因為干擾因素的作用，我們才引入了閉環控制系統。
閉環控制是過程控制的一種類型。過程控制是通過通過各種檢測儀表、控制儀表、電子計算機等自動化技術元件，對整個工藝生產過程進行自動檢測自動控制、自動監控。對于一個過程控制系統來說，是由被控過程及過程檢測儀表兩部分構成的，過程控制系統主要有調節器、檢測元件、調節閥、變送器等構成。對于過程控制系統的設計經驗而講，主要有兩方面，一是工業過程的工藝要求，其
10 次是過程特性，設計時可以根據實際生產需求來選用相應的過程控制儀表，進而創建系統，最后通過PID參數的設定，實現對工業生產過程的最佳控制。
在選擇控制器時，我們可根據過程特性來選擇，若無法準確的建?；蛘呤沁^程的數學建模很復雜時，可根據何種控制規律適用于何種過程特性與工藝要求來選擇，常用的控制規律有比例控制(P)、比例積分控制(PI)、比例微分控制(PD)、比例積分微分控制(PID)。
1. 比例控制規律(P)：
采用比例控制規律能較快地克服擾動的影響，使得系統穩定下來，但是存在余差。它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控參數允許在一定范圍內有余差的場合。
2. 比例積分控制(PI)
在工程設計上，比例積分控制是應用最常見的一種控制方式，其最大的特點是能消除余差，它適用于控制滯后較小、負荷變化不大、被控參數不允許有余差等范疇。如某些流量、液位等要求無余差的控制系統。
3.比例微分控制(PD)
比例微分控制的特點是具有超前作用，對于具有容量滯后的控制特性，可以使用微分控制規律來改善系統的動態性能指標。因此對于控制通道的時間常數或是容量滯后較大的場合，為了提高系統的穩定性，減少動態偏差等可選擇使用比例微分控制，但是對于純滯后較大，測量信號有噪聲或是周期性擾動的系統，則不宜采用微分控制。
4.比例積分微分控制(PID)
比例積分微分控制是一種較理想的控制規律，它在比例的基礎上應用積分的作用，來消除余差，再通過微分的作用，可以提高系統的穩定性。它適用于控制系統時間常數或是容量滯后較大、控制要求高的現場。如恒壓、恒溫的控制等。
PID控制器參數的設定是整個控制系統的核心內容，它決定了整個系統穩定性能，參數設定主要包括PID控制器的比例系數、微分時間和積分時間。PID控制參數設定方法主要分為兩大類：一是工程設定方法，主要通過工程的積累經驗，直接通過在控制系統的調試中進行，由于其通俗易懂、容易掌握，被工程調試廣泛應用。二是通過數學理論設定，它主要是根據數學理論模型，按照一定的數學運算規律來確定控制器的各個參數變量，這種參數計算方法一般不能直接應用到工業調試中，還需要結合現場實際情況進行調整和修改。
現場調試一般使用工程整定的方法來調節參數，主要有臨界比例法、衰減法和反應曲線三種方法。臨界比例法是最常見的一種設定方法。其整定步驟如下：
1) 預設定一個足夠短的采樣周期來讓控制系統工作。
2)僅加入比例控制參數進行調節，直到控制系統對輸入的階躍響應出現臨界
11 震蕩現象，記下純比例控制的放大系數和臨界狀態下的震蕩周期
3)在一定的控制力度下，使用公式計算得到相應的PID控制器的參數。
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第三章 恒壓控制電路的設計
本次設計是為了實現對供水系統的恒壓控制，通過使用PLC和變頻器可以完成對恒壓供水系統的設計。通過查閱資料和現場實踐，本文選用三菱FX2N～32MR系列的可編程控制器，變頻器選用型號為三菱的FR—A540，FR-A540變頻器內置PID控制模塊。壓力傳感器選擇沒什么特殊的要求，我們在此選用一般的壓力表Y-100和XMT-1270數顯儀實現壓力的顯示、檢測及傳送信號的功能。采用兩臺泵機來提供動力，使得系統穩定保障大大提高。
3.1三菱FR-A540變頻器的PID功能
三菱變頻器在工業應用非常廣泛，在設計供/排水系統時選用三菱變頻器后常會用到PID控制功能。目前所有的三菱變頻器均有PID控制功能。FR-A540變頻器采用矢量控制方式，使得驅動性能更加好，由于使用了智能功率模塊和調制原理，使得變頻器的噪聲降低、抗干擾性能更高、變頻器的輸出波形更加穩定。同時FR-A540內部置入PID控制單元、順序制動、變頻、工頻順序切換、停電減速制動等功能，使得FR-A540變頻器得到廣泛的應用。
三菱變頻器內部PID控制單元，通過對水壓的給定值和壓力檢測裝置的輸入信號進行對比，將偏差直接傳送給內部PID控制單元，按照預先設定的調節規律進行計算，得出調節信號，再直接控制變頻器的輸出電壓和頻率，實現對泵機的轉速控制，進而保持整個供水系統管道的恒壓控制。
控制框圖如下：
給定值+-反饋值偏差變頻器驅動回路電機MPID運算測量變送圖3-1 PID控制框圖
3.2 恒壓供水系統的設計思路
根據水廠的日常生產來看，工作人員通過操作系統控制面板上的按鈕以及指示燈的提示來完成對恒壓供水系統的實現。為了保障整個操作系統的穩定的前提下，必須盡可能的考慮到系統操作簡便易懂，安全系數高等因素。
13 本文通過手動和自動兩種運行形式來實現對變頻恒壓供水系統的控制。手動運行方式是通過操作面板上的按鈕來控制相應的設備，比如各個泵機的運行、停止等。在水廠正常運行期間，很少使用手動運行方式來控制供水的恒壓輸出，然而手動方式仍是必不可少的，手動運行方式的作用主要有：
1)方便調試。在整個系統正處于測試階段，還未進入生產時，可以通過手動的運行方式來試驗是否整個系統的各個環節已具備自動運行的條件。
2)有利于日后的維護、維修及保養。若出現某一電機不能正常運行或者警示燈閃爍等現象時，我們可以在手動運行的方式下進行檢測、維修相應的故障設備，日后也可以對相應的設備進行保養等。
系統的自動運行方式主要是通過對輸出水管的壓力和設備運行狀態的動態檢測，從而保證管道的正常供水。通過自動啟動的一鍵啟動運行，整個系統便處于自動狀態，之后整個系統無需人為的進行操作控制。啟動系統時，變頻器軟啟動其中的一臺水泵，水泵開始工作，供水管道的壓力逐漸上升，同時，系統中的壓力檢測裝置將檢測的水壓轉換成電流或是電壓的形式將電信號傳給變頻器中的PID控制器，再經過與設定的壓力參數進行比較，得到的偏差再傳送給該變頻器的主電路，再由變頻器來改變輸出頻率，從而實現供水管道的恒壓控制。
3.3 恒壓供水系統組成設計
現今，恒壓供水系統主要由變頻控制系統、PLC控制系統以及PID過程控制系統三部分組成。如圖3-2所示，該圖為中小型恒壓供水系統的整體組成。主要組成單元有電氣控制柜(主要包括PLC及變頻器等電控器件)、泵機、壓力傳感器、蓄水池、通水管道等。
電氣控制柜變頻器主電路PLCPID控制器反饋信號蓄水池用戶用水水泵電機通水管道壓力傳感器圖3-2 恒壓供水系統組成圖
電氣控制柜：電氣控制柜在工業現場應用非常廣泛，它一定程度上保證了一些電氣元件的工作環境的穩定。本設計電氣控制柜主要安裝PLC、變頻器、接觸器、繼電器等元器件。電氣控制柜是本設計的電氣控制中心。
壓力傳感器：通水管道的壓力作用于壓力傳感器上，壓力傳感器將檢測的壓
14 力值以一定的轉換方式，轉變為電信號，將電信號傳送給控制器，起到測量、變送的功能。本設計選用壓電式壓力傳感器，其工作原理是基于某些晶體材料的壓電效應。壓電效應指，某些離子型晶體電介質沿著某一個方向受力而發生機械形變(壓縮或伸長)時，其內部將發生極化現象，而在其某些表面上會產生電荷，此電荷經電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。當外力撤消后，又重新回到不帶電狀態。
泵機：泵機是整個系統的執行機構，它是供水的基礎，水壓可以通過泵機的轉速來控制，結合變頻器和PLC可以實現恒壓輸出的目的。
蓄水池：該設備是水廠的儲水裝置，是供水的保障。
通水管道：通水管道是輸送用水的動脈，它是用戶用水與供水廠的媒介。
3.4 恒壓供水系統主電路設計
根據實際應用，恒壓供水系統一般采用一臺變頻器控制多臺泵機并聯運行的控制方式，本次設計采用一臺變頻器對兩臺水泵的控制，主電路如圖3-3所示。
KM1A泵機三菱變頻器FR-540三相電源KM3B泵機~KM2KM4
圖3-3 恒壓供水系統主電路
在手動狀態下，通過繼電器和接觸器的關斷作用，可以分別對A、B泵進行變頻控制和工頻控制。注意的是在PLC編程設計時，手動狀態下應該保證僅有一種工作狀態運行，這種情況下，可以在軟件上進行互鎖的方式實現，或者在硬件上實現，比如通過使用接觸器的常閉觸點來進行關聯。當自動運行的條件滿足時，自動啟動按鈕按下，通過外部感應器件的檢測變送、變頻器、PLC控制器的控制執行，從而實現恒壓供水正常的自動運行。
KM
1、KM2及KM
3、KM4的關斷可以控制A和B泵在工頻和變頻之間的切換，通過PLC編程設計可以實現;接觸器之間需要互鎖，防止接觸器同時吸合，
15 發生故障。在自動運行的情況下，通過PLC的信號給出，首先給A泵通電信號，即KM1吸合，使得變頻器僅作用A泵運行，變頻器逐步控制A泵電機的輸入頻率，直至達到設定的信號值，若輸入頻率達到工頻時仍然沒有達到設定的信號值，即一臺泵機無法滿足流量及壓力的需求，此時要將A泵機切換到工頻的控制方式，同時以變頻的啟動方式啟動B泵機，通過B泵機的變頻調速，直至達到預期值。
當用戶用水量的減少時，此時若不改變泵機的工作頻率，水壓會升高，所以當水壓升高時，需要相應的減少泵機的工作頻率，通過PLC及變頻器的作用，首先將B泵機運行速度逐漸降低，直至使得管道壓力達到預定值，若仍無法達到預定值時，可以將B泵機電源切斷，同時將A泵機進入工頻運行模式，最后通過回復A泵機的變頻模式來控制泵機運行，從而控制水壓穩定輸出。
在正常生產時，由于會出現一臺泵機總是處于工作狀態，然而另一臺泵機處于待機狀態。本設計可以通過PLC中的時間定時器來控制兩臺泵機在 上述情況下的運行切換。
3.5變頻器設計
變頻器端子接線圖如下：變頻器的L
1、L
2、L3端接三相電的供電端，U、V、W端為變頻器的輸出端，輸出端的電壓和頻率會發生相應的改變，這主要取決于對變頻器的人為設置。其次還有接入PLC的輸入端和輸出端的端子，主要有頻率上限信號點、頻率下限信號點、故障信號點、正轉信號點、停止運行信號點。針對變頻器中的內置PID控制模塊，通過設定電位器設定，并將壓力傳感器檢測的壓力值傳送給變頻器
4、5號端子，兩者相互比較，有內部PID控制模塊處理，最終使變頻器輸出相應的頻率和電壓，與此同時變頻器也會給PLC相應的信號，促使PLC做出相應的處理，PLC經過處理在將處理后的信號傳送給繼電器、變頻器、接觸器等執行機構。
16
變頻器三相電源L1L2UV輸出電源PLC輸入X4X4X5COMPLC輸出Y11Y12COMFR-A540-3.7CHL3W10254FUSUACSESTFMRSSD反饋信號壓力傳感器24VDC
圖3-4 變頻器接線圖
變頻器參數設定主要是在現場中根據實際情況，來進行調試確定，但參數的設定是具有一定規律的，從供水系統的特性以及泵機為平方律負載等方面來比較，變頻器的參數設置主要有一下幾點需要注意：
1)下限頻率的設置。一般來說，轉速過低，由于泵機的實際工作性質，泵機容易產生“空轉”現象;再者，對于電機而言，在低頻的情況下運行時間過長時，電機會發熱厲害，對電機的壽命有一定的影響，所以下限頻率不能太低。
2)最高頻率設置。由于泵機屬于平方律負載，若泵機的實際轉速超過額定轉速時，轉矩將以平方的形式增加，使得泵機的壽命縮短，且很容易燒壞電機，因此變頻器的最大輸出頻率不能超過泵機的額定工作頻率，最高可以為泵機額定頻率。
3)上限頻率設置。在恒壓供水系統設計中，理論上將設置的上限頻率與額定工作頻率相等時，即在工頻下運行最好，但實際情況下，由于變頻器內部往往具有轉差補償的功能，所以應該將上限頻率設置的略低于額定頻率。
4) PID控制器參數的設置。設置PID參數時，需要保證整個恒壓控制系統穩定的條件下，來減小靜態誤差和提高動態響應。在調試過程中，通過對供水系統壓力傳感器的實際測量值的觀察及分析，通過調節各參數，進而維持系統的穩定性。
17 3.6 恒壓供水系統中PLC電氣設計 3.6.1三菱FX2N系列PLC的概述
三菱FX2N系列PLC是高性能、高運行速度、小型化的控制裝置，它也是FX系列中最高檔的超小控制裝置。FX系列的PLC具有無可匹及的運行速度，高級的定位控制及功能邏輯選件等優點。FX2N系列的可編程控制器的基本組成如下：
1)基本單元包括CPU、存儲器、輸入輸出口及電源。
CPU: CPU的功能作用有接收并存儲用戶程序和數據;診斷電源、編程的語法錯誤及PLC的工作狀態;接收輸入輸出信號，送入數據寄存器并保存;運行時順序讀取、解釋、執行用戶程序，完成用戶程序的各種操作;將用戶程序的執行結果送至輸出端。FX2N系列有各種不同性能檔次的CPU模塊可供使用，各種CPU有各種不同的性能。
存儲器：包括系統程序存儲器、系統數據存儲器和用戶存儲器。系統存儲器其功能是存放系統工作程序;存放模塊化應用功能子程序;存放命令解釋程序;存放功能子程序的調用管理程序;存放存儲系統參數。用戶存儲器作用是存放用戶工作程序和存放工作數據。
輸入輸出口：包括輸入單元和輸出單元，輸入輸出單元均為帶光電隔離電路。輸入單元有多種輔助電源類型，有AC電源DC24V輸入、DC電源DC24V輸入、DC電源DC12V輸入、開關量信號、模擬量信號等類型。輸出單元輸出方式有晶體管、晶閘管和繼電器三種方式，其中晶體管輸出方式為驅動直流負載，晶閘管為驅動非頻繁動作的交/直流負載，繼電器為驅動頻繁動作的交/直流負載。
通訊及編程接口：采用RS-485或RS-422串行總線。功能有連接專用編程器(FX-20P、FX-10P);連接個人PC機，實現編程及在線監控;連接工控機，實現編程及在線監控;連接網絡設備，實現遠程通訊;連接打印機等計算機外設裝置。
I/O擴展接口：采用并行通訊的方式。主要分為擴展I/O模塊、擴展位置控制模塊、擴展通訊模塊、擴展模擬量控制模塊。
3.6.2 PLC電氣電路設計
針對電氣PLC的電路設計，本文主要包括電氣主控柜的設計、PLC控制器的外部端子接線設計、PLC編程設計。 1.電氣控制柜設計
按照工業生產的需求以及安全生產的要求，需要對控制柜進行相應的操作和保護等設計。電氣控制柜內裝載了安裝板，用來安裝電氣元件，在安裝元器件時應該注意元器件的分布，盡可能將大功率大電流用電器與控制器及信號線遠離，
18 在允許的條件下可以使用屏蔽措施屏蔽，工業現場非常復雜，外界干擾很難杜絕，也很難解決。通過控制柜元器件的合理布置、線路的合理分布及接地的合理應用，可以使得設計人員在現場調試更加容易快捷。下面本節先介紹一下控制柜面板，如下圖3-5所示：
紅燈黃燈綠燈蜂鳴器故障報警三相電源控制電源指示指示指示24V電源指示系統運行指示A泵運行指示B泵運行指示手自動控制旋鈕啟/停 旋鈕A泵運行按鈕B泵運行按鈕備用按鈕系統啟動報警消音備用備用故障復位急停按鈕圖3-5 恒壓控制系統電氣控制柜面板
指示燈：加入故障報警指示、三相電源指示、控制電源指示、24V直流電源指示、系統運行指示、A泵運行指示、B泵運行指示。
柱形燈：有紅燈、黃燈、綠燈指示，還有蜂鳴器四部分組成，通過PLC輸出端子給定信號。紅燈主要起到變頻器故障、斷電停機、延時保護等指示。黃燈主要起到A、B泵機的運行狀態，黃燈閃爍一般為泵機開始運行。綠燈指示可有可無，本次設計使用綠燈來指示系統無故障可進行正常工作的指示。
控制按鈕：包括帶自鎖的急停按鈕、系統啟動旋鈕、手自動控制旋鈕、啟停旋鈕、A泵機運行按鈕、B泵機運行按鈕、報警消音按鈕、故障復位按鈕。急停按鈕是在出現緊急情況下，按下該按鈕，此按鈕由220V控制電源直接控制，一旦該按鈕按下，則從硬件上直接將控制回路斷電，從而將整個系統停止運行。系統啟動旋鈕采用鑰匙旋鈕，來實現對系統的開啟，選用鑰匙旋鈕可以防止非操作人員或維修人員的誤操作。手自動旋鈕采用兩位自鎖旋鈕，分為手動檔和自動檔，來實現系統的手自動運行。啟停按鈕，配合A、B泵機運行按鈕來控制A、B泵的啟
19 動和停止。報警消音按鈕選用白色的平頭按鈕，用來消除蜂鳴器的噪聲。故障復位選用普通的非自鎖旋鈕，用來在故障信號解決的情況下，恢復系統的正常運行。
電壓表、電流表：用來顯示主回路的電壓和電流。 2.PLC外部接線設計
本設計采用FX2N～32MR的三菱PLC控制器，I/O信號點為16個數字輸入量和16個數字輸出量。PLC的I/O端子分配及接線設計如下：
電源FX2N-32MRCOMXOX1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16YOY1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15X1-X16為輸入信號Y1-15為輸出信號
圖3-5 PLC的IO接線圖
3.PLC編程設計
本設計采用三菱FX2N系列的PLC,需要使用相應的編程軟件來對系統進行設計編程。本文采用GX Developer編程軟件對三菱FX2N系列PLC進行編程。下面簡單介紹編程過程。
1)首先打開編程軟件GX Developer，顯示如下主畫面
20
2)打開工程選項，新建新工程，會彈出如下畫面，選擇使用的PLC系列及類型，并選擇程序編寫的類型，創建工程名為PLC與變頻器的恒壓供水系統，新工程創建完成。
3)創建完工程，點擊創建新工程窗口的確定按鈕，會彈出如下框圖，在如下框圖完成對可編程控制器的程序編程和PLC參數的修改。
21
主程序在工程項目內MAIN里編寫。編寫程序時應該注意程序的互鎖，例如電機的正反轉問題;注重保護程序的編寫，大約為整個程序的30%左右，保護程序決定了日常的正常生產。在編程中應多使用中間繼電器，可以使得程序簡短，通俗易懂，編寫程序應在保證安全的基礎上盡量簡捷。
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結束語
本文通過使用三菱PLC及變頻器，應用過程控制中經典的PID控制，對供水廠實現恒壓供水控制。通過采用PLC的可編程控制、變頻器的變頻變壓輸出以及PID閉環控制，得到了一個精度比較高、反應比較迅速的恒壓供水控制系統。該系統主要特點如下：
1)運行方式為手動模式和自動模式。
采用手自動模式來控制系統，既實現了恒壓供水的自動控制，在維護維修等非正常工作的情況下，又能通過手動操作完成相應的控制。手自動模式的切換使得整個恒壓供水系統操作更加靈活方便。
2)采用一臺變頻器控制兩臺泵機來實現恒壓輸出。
使用兩臺泵機調節水壓，在一定程度上存在冗余的現象，但這使得供水系統更加可靠，而且對用水量的承載能力翻倍。在用水量少的情況下，通過兩臺泵機的輪流切換運行，可以使得整個恒壓供水控制系統更加安全可靠。采用一臺變頻器來控制兩臺泵機，使得系統的設計成本降低，符合工業設計要求。 3)采用PID控制技術
PID控制是過程控制中的經典控制規律，通過對各個參數的設定，可以較精確的對供水壓力進行控制。
當然，本設計內容還有很多不足之處。比如說，恒壓供水系統管道破裂檢測、蓄水池水位檢測、通水管道閥門的控制、消防供水等都沒有進行相應的設計。另外本文利用閉環控制系統中的簡單PID算法來實現對恒壓供水系統的設計，隨著工業技術的發展，工業領域不斷涌現出新型的PID控制算法，例如模糊控制算法、自適應控制算法、智能控制算法，這些先進的控制算法已經從一些高端的工業控制領域逐漸發展起來了，先進控制技術的引入可以使得恒壓供水系統更加可靠穩定。除此之外，隨著集成電路的發展，PLC與變頻器可以集成一體，將恒壓供水系統的控制機構與執行機構融為一體，只需外加一個壓力檢測裝置，即可方便地控制供水系統的恒壓輸出。
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致謝
在畢業設計即將順利完成之際，回顧整個學習過程，首先我要特別感謝我的指導老師。我的指導老師教學工作繁忙，但在我們畢業設計的各個階段，包括從開題、外出實習到查閱資料、方案修改都給予了我們無微不至的關心和幫助。他時刻地督促我們，激勵我們，使我們不斷的學習成長。我的指導老師嚴謹的治學精神、精益求精的工作作風以及忘我的奉獻精神，深深地感染和激勵著我們。
畢業設計是對大學所學知識的檢閱與升華。在設計過程中，遇到了很多問題，需要不斷分析問題和解決問題，使我查漏補缺的同時學到了很多課本無法涉及到的知識，體會到了工程設計的復雜與艱辛，和每次突破后都會感到的興奮。問題的解決以至畢業設計的完美結束，有我個人的努力，還有來自老師和同學們耐心的指導和幫助。在此感謝給予我幫助的同學，感謝他們仔細的為我尋找設計中的缺陷，感謝他們耐心的為我解答難題。
大學生活在師長、親友的支持下即將劃上一個句號，而對于人生而言只是一個逗號。學習仍要繼續，學習之路漫長而崎嶇。而我們積累的大量知識應該使我們更加沉穩和自信，相信自己可以像解決現在的問題一樣解決未來的問題。在此希望即將步入社會熔爐的我們都能夠百煉成鋼!
最后，向本屆畢業答辯委員會組織致以崇高的敬意!向擔任本次本專業畢業設計評審和答辯的所有老師們表示我最衷心的感謝和美好的祝福!
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參考文獻
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第三篇：變頻器如何制動
1. 引言
在通用變頻器、異步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中，當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將可能處于再生發電制動狀態;或當電動機從高速到低速(含停車)減速時，頻率可以突減，但因電機的機械慣性，電機可能處于再生發電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應該考慮考慮了。
在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：
(1)、耗散到直流回路中人為設置的與電容器并聯的“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態;
(2)、使之回饋到電網，則稱之為回饋制動狀態(又稱再生制動狀態)。還有一種制動方式，即直流制動，可以用于要求準確停車的情況或起動前制動電機由于外界因素引起的不規則旋轉。
在書籍、刊物上有許多專家談論過有關變頻器制動方面的設計與應用，尤其是近些時間有過許多關于“能量回饋制動”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動方法，它具有“回饋制動”的四象限運轉、運行效率高等優點，也具有“能耗制動”對電網無污染、可靠性高等好處。
2. 能耗制動
利用設置在直流回路中的制動電阻吸收電機的再生電能的方式稱為能耗制動，如圖1所示。
圖1 能耗制動原理圖
其優點是構造簡單;對電網無污染(與回饋制動作比較)，成本低廉;缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大。
一般在通用變頻器中，小功率變頻器(22kW以下)內置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器(22kW以上)就需外置剎車單元、剎車電阻了。
3. 回饋制動
實現能量回饋制動就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術，將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動如圖2所示。
圖2 回饋電網制動原理圖
回饋制動的優點是能四象限運行,如圖3所示，電能回饋提高了系統的效率。其缺點是：(1)、只有在不易發生故障的穩定電網電壓下(電網電壓波動不大于 10%)，才可以采用這種回饋制動方式。因為在發電制動運行時，電網電壓故障時間大于2ms，則可能發生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時，對電網有諧波污染。(3)、控制復雜，成本較高。
4. 新型制動方式(電容反饋制動) 4.1主回路原理 整流部分采用普通的不可控整流橋進行整流(如圖中的VD1——VD6組成)，濾波回路采用通用的電解電容(圖中C
1、C2)，延時回路采用接觸器或可控硅都行(圖中T1)。充電、反饋回路由功率模塊IGBT(圖中VT
1、VT2)、充電、反饋電抗器L及大電解電容C(容量約零點幾法，可根據變頻器所在的工況系統決定)組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成(如圖VT5—VT10)。保護回路，由IGBT、功率電阻組成。 (1) 電動機發電運行狀態
CPU對輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實時監控，決定向VT1是否發出充電信號，一旦νd比輸入交流電壓所對應的直流電壓值(如380VAC— 530VDC)高到一定值時，CPU關斷VT3，通過對VT1的脈沖導通實現對電解電容C的充電過程。此時的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容 C工作在安全范圍內。當電解電容C上的電壓快到危險值(比如說370V)，而系統仍處于發電狀態，電能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時，安全回路發揮作用，實現能耗制動(電阻制動)，控制VT3的關斷與開通，從而實現電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會出現的。 (2) 電動機電動運行狀態
當CPU發現系統不再充電時，則對VT3進行脈沖導通，使得在電抗器L上行成了一個瞬時左正右負的電壓(如圖標識)，再加上電解電容C上的電壓就能實現從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測，控制VT3的開關頻率以及占空比,從而控制反饋電流，確保直流回路電壓νd不出現過高。 4.4系統難點 (1)電抗器的選取
(a)、我們考慮到工況的特殊性，假設系統出現某種故障，導致電機所載的位能負載自由加速下落，這時電機處于一種發電運行狀態， 再生能量通過六個續流二極管回送至直流回路，致使νd升高，很快使變頻器處于充電狀態，這時的電流會很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時的電流。
(b)、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯(硅鋼片)是不能達到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價格也肯定不會很低。 所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個電抗器。 (2)控制上的難點
(a)、變頻器的直流回路中，電壓νd一般都高于500VDC，而電解電容C的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動(電阻制動)的控制方式了。其在電抗器上所產生的瞬時電壓降為νL=Ldi/dt，電解電容C的瞬時充電電壓為νc=νd-νL，為了確保電解電容工作在安全范圍內(≤400V)，就得有效的控制電抗器上的電壓降νL，而電壓降νL又取決于電感量和電流的瞬時變化率。
(b)、在反饋過程中，還得防止電解電容C所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統出現過壓保護。 4.5主要應用場合及應用實例
正是由于變頻器的這種新型制動方式(電容反饋制動)所具有的優越性，近些來，不少用戶結合其設備的特點，紛紛提出了要配備這種系統。由于技術上有一定的難度，國外還不知有無此制動方式?國內目前只有山東風光電子公司由以前采用回饋制動方式的變頻器(仍有2臺在正常運行中)改用了這種電容反饋制動方式的新型礦用提升機系列，到目前為止，這種電容反饋制動的變頻器正長期正常運行在山東寧陽保安煤礦及山西太原等地，填補了國內這一空白。
隨著變頻器應用領域的拓寬，這個應用技術將大有發展前途，具體來講，主要用在礦井中的吊籠(載人或裝料)、斜井礦車(單筒或雙筒)、起重機械等行業?？傊枰芰炕仞佈b置的場合都可選用。
第四篇：變頻器知識大全
變頻器知識大全 變頻器工作原理
變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變?
*1: r/min
電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm.
例如：2極電機 50Hz 3000 [r/min]
4極電機 50Hz 1500 [r/min]
結論：電機的旋轉速度同頻率成比例
本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機(以后簡稱為電機)的旋轉速度近似地確決于電機的極數和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由于該極數值不是一個連續的數值(為2的倍數，例如極數為2，4，6)，所以一般不適和通過改變該值來調整電機的速度。
另外，頻率能夠在電機的外面調節后再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。
因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調速設備的優選設備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極對數
結論：改變頻率和電壓是最優的電機控制方法
如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓(過勵磁)，導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續增加，最高只能是等于電機的額定電壓。
例如：為了使電機的旋轉速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
2. 當電機的旋轉速度(頻率)改變時，其輸出轉矩會怎樣?
*1: 工頻電源
由電網提供的動力電源(商用電源)
*2: 起動電流
當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流
變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動
電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。
通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。
3. 當變頻器調速到大于50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低
通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te, P<=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。
當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速. (P=Ue*Ie) 4. 變頻器50Hz以上的應用情況
大家知道, 對一個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的。
如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上。
當轉速為50Hz時, 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調速.
這時的轉矩情況怎樣呢?
因為P=wT (w:角速度, T:轉矩). 因為P不變, w增加了, 所以轉矩會相應減小。
我們還可以再換一個角度來看:
電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應電勢)
可以看出, U,I不變時, E也不變.
而E = k*f*X, (k:常數, f: 頻率, X:磁通), 所以當f由50-->60Hz時, X會相應減小
對于電機來說, T=K*I*X, (K:常數, I:電流, X:磁通), 因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小.
同時, 小于50Hz時, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時, 磁通(X)為常數. 轉矩T和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力. 并稱為恒轉矩調速(額定電流不變-->最大轉矩不變)
結論: 當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時, 電機的輸出轉矩會減小. 5. 其他和輸出轉矩有關的因素
發熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉矩能力。
載波頻率: 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環境溫度下能保證持續輸出的數值. 降低載波頻率, 電機的電流不會受到影響。但元器件的發熱會減小。
環境溫度：就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值.
海拔高度: 海拔高度增加, 對散熱和絕緣性能都有影響.一般1000m以下可以不考慮. 以上每1000米降容5%就可以了.
6. 矢量控制是怎樣改善電機的輸出轉矩能力的?
*1: 轉矩提升
此功能增加變頻器的輸出電壓(主要是低頻時)，以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉矩損失，從而改善電機的輸出轉矩。
$ 改善電機低速輸出轉矩不足的技術
使用"矢量控制"，可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz(對4極電機，其轉速大約為30r/min)時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩(最大約為額定轉矩的150%)。
對于常規的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"轉矩提升"(*1)。
轉矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量(如勵磁分量)。
"矢量控制"把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量(如勵磁分量)的數值。
"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。
1、什么是變頻器?
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。
2、PWM和PAM的不同點是什么?
PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節輸出量和波形的一種調值方式。
PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅度調制) 縮寫，是按一定規律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節輸出量值和波形的一種調制方式。
3、電壓型與電流型有什么不同?
變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波石電感。
4、為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變?
異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用于風機、泵類節能型變頻器。
5、電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加;對于變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加?
頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。
6、采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣?
采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據機種不同，為125%~200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為6~7倍，因此，將產生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉矩為70%~120%額定轉矩;對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。
7、V/f模式是什么意思?
頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇
8、按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化?
頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉矩,這種補償稱增強起動?？梢圆捎酶鞣N方法實現,有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法
9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎?
在6Hz以下仍可輸出功率，但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據機種為0.5~3Hz.
10、對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可以? 通常情況下時不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變，大體為恒功率特性，在 高速下要求相同轉矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。
11、所謂開環是什么意思?
給所使用的電機裝置設速度檢出器(PG)，將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環 ”，不用PG運轉的就叫作“開環”。通用變頻器多為開環方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋.
12、實際轉速對于給定速度有偏差時如何辦?
開環時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的范圍內(1%~5%)變動。對于要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近于給定速度下運轉的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。
13、如果用帶有PG的電機，進行反饋后速度精度能提高嗎?
具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決于PG本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。
14、失速防止功能是什么意思?
如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速(電角頻率)的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。
15、有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什么意義?
加減速可以分別給定的機種，對于短時間加速、緩慢減速場合，或者對于小型機床需要嚴格給定生產節拍時間的場合是適宜的，但對于風機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。
16、什么是再生制動?
電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變為異步發電機狀態運行，作為制動器而工作，這就叫作再生(電氣)制動。
17、是否能得到更大的制動力?
從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的10%~20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%~100%。
18、請說明變頻器的保護功能? 保護功能可分為以下兩類：
(1) 檢知異常狀態后自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。
(2) 檢知異常后封鎖電力半導體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。
19、為什么用離合器連續負載時，變頻器的保護功能就動作?
用離合器連接負載時，在連接的瞬間，電機從空載狀態向轉差率大的區域急劇變化，流過的大電流導致變頻器過電流跳閘，不能運轉。
20、在同一工廠內大型電機一起動，運轉中變頻器就停止，這是為什么?
電機起動時將流過和容量相對應的起動電流，電機定子側的變壓器產生電壓降，電機容量大時此壓降影響也大，連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷，因而有時保護功能(IPE)動作，造成停止運轉。
21、什么是變頻分辨率?有什么意義?
對于數字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號，輸出頻率也是有級給定。這個級差的最小單位就稱為變頻分辨率。
變頻分辨率通常取值為0.015~0.5Hz.例如，分辨率為0.5Hz，那么23Hz的上面可變為23.5、24.0 Hz，因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對于像連續卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下，如果分辨率為0.015Hz左右，對于4級電機1個級差為1r/min 以下，也可充分適應。另外，有的機種給定分辨率與輸出分辨率不相同。
22、裝設變頻器時安裝方向是否有限制。
變頻器內部和背面的結構考慮了冷卻效果的，上下的關系對通風也是重要的，因此，對于單元型在盤內、掛在墻上的都取縱向位，盡可能垂直安裝。
23、不采用軟起動，將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以?
在很低的頻率下是可以的，但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流(6~7倍額定電流)，由于變頻器切斷過電流，電機不能起動。
24、電機超過60Hz運轉時應注意什么問題? 超過60Hz運轉時應注意以下事項
(1)機械和裝置在該速下運轉要充分可能(機械強度、噪聲、振動等)。
(2) 電機進入恒功率輸出范圍，其輸出轉矩要能夠維持工作(風機、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加，所以轉速少許升高時也要注意)。
(3) 產生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。
(4) 對于中容量以上的電機特別是2極電機，在60Hz以上運轉時要與廠家仔細商討。
25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎? 根據減速機的結構和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結構上通?？煽紤]70~80Hz為最大極限，采用油潤滑時，在低速下連續運轉關系到齒輪的損壞等。
26、變頻器能用來驅動單相電機嗎?可以使用單相電源嗎?
機基本上不能用。對于調速器開關起動式的單相電機，在工作點以下的調速范圍時將燒毀 輔助繞組;對于電容起動或電容運轉方式的，將誘發電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相，但對于小容量的，也有用單相電源運轉的機種。
27、變頻器本身消耗的功率有多少?
它與變頻器的機種、運行狀態、使用頻率等有關，但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%，據此可推算損耗，但內藏再生制動式(FR-K)變頻器，如果把制動時的損耗也考慮進去，功率消耗將變大，對于操作盤設計等必須注意。
28、為什么不能在6~60Hz全區域連續運轉使用?
一般電機利用裝在軸上的外扇或轉子端環上的葉片進行冷卻，若速度降低則冷卻效果下降，因而不能承受與高速運轉相同的發熱，必須降低在低速下的負載轉矩，或采用容量大的變頻器與電機組合，或采用專用電機。
29、使用帶制動器的電機時應注意什么?
制動器勵磁回路電源應取自變頻器的輸入側。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作，將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動器動作。
30、想用變頻器傳動帶有改善功率因數用電容器的電機，電機卻不動，清說明原因
變頻器的電流流入改善功率因數用的電容器，由于其充電電流造成變頻器過電流(OCT),所以不能起動，作為對策，請將電容器拆除后運轉，甚至改善功率因數，在變頻器的輸入側接入AC電抗器是有效的。
31、變頻器的壽命有多久?
變頻器雖為靜止裝置，但也有像濾波電容器、冷卻風扇那樣的消耗器件，如果對它們進行定期的維護，可望有10年以上的壽命。
32、變頻器內藏有冷卻風扇，風的方向如何?風扇若是壞了會怎樣?
對于小容量也有無冷卻風扇的機種。有風扇的機種，風的方向是從下向上，所以裝設變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。還有，變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風扇發生故障時，由電扇停止檢測或冷卻風扇上的過熱檢測進行保護
33、濾波電容器為消耗品，那么怎樣判斷它的壽命?
作為濾波電容器使用的電容器，其靜電容量隨著時間的推移而緩緩減少，定期地測量靜電容量，以達到產品額定容量的85%時為基準來判斷壽命。
34、裝設變頻器時安裝方向是否有限制。
應基本收藏在盤內，問題是采用全封閉結構的盤外形尺寸大，占用空間大，成本比較高。其措施有：
(1)盤的設計要針對實際裝置所需要的散熱;
(2)利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積;
(3) 采用熱導管。
此外，已開發出變頻器背面可以外露的型式。
35、想提高原有輸送帶的速度，以80Hz運轉，變頻器的容量該怎樣選擇?
設基準速度為50Hz,50Hz以上為恒功率輸出特性。像輸送帶這樣的恒轉矩特性負載增速時，容量 需要增大為80/50≈1.6倍。電機容量也像變頻器一樣增大
第五篇：變頻器制動電阻分析
一例變頻器制動單元電路及圖解
一、《CDBR-4030C制動單元》主電路圖
《CDBR-4030C制動單元》主電路圖說
因慣性或某種原因，導致負載電機的轉速大于變頻器的輸出轉速時，此時電機由“電動”狀態進入“動電”狀態，使電動機暫時變成了發電機。負載電機的反發電能量，又稱為再生能量。
一些特殊機械，如礦用提升機、卷揚機、高速電梯等，當電動機減速、制動或者下放負載重物時(普通大慣性負荷，減速停車過程)，因機械系統的位能和勢能作用，會使變頻器的實際轉速有可能超過變頻器的給定轉速，電機繞組中的感生電流的相位超前于感生電壓，出現了容性電流，而變頻器逆變回路IGBT兩端并聯的二極管和直流回路的儲能電容器，恰恰提供了這一容性電流的通路。電動機因有了容性勵磁電流，進而產生勵磁磁動勢，電動機自勵發電，向供電電源回饋能量。這是一個電動機將機械勢能轉變為電能回饋回電網的過程。
此再生能量由變頻器的逆變電路所并聯的二極管整流，饋入變頻器的直流回路，使直流回路的電壓由530V左右上升到
六、七百伏，甚至更高。尤其在大慣性負載需減速停車的過程中，更是頻繁發生。這種急劇上升的電壓，有可能對變頻器主電路的儲能電容和逆變模塊，造成較大的電壓和電流沖擊甚至損壞。因而制動單元與制動電阻(又稱剎車單元和剎車電阻)常成為變頻器的必備件或首選輔助件。在小功率變頻器中，制動單元往往集成于功率模塊內，制動電阻也安裝于機體內。但較大功率的變頻器，則根據負載運行情況選配制動單元和制動電阻，CDBR-4030C制動單元，即是變頻器的輔助配置之一。
先不管具體電路，我們可先從控制原理設想一下。所謂制動單元，就是一個電子開關(IGBT模塊)，接通時將制動電阻(RB)接入變頻器的直流回路，對電機的反發電能量進行快速消耗(轉化為熱量耗散于環境空氣中)，以維持直流回路的電壓在容許值以內。有一個直流電壓檢測電路，輸出一個制動動作信號，來控制電子開關的通和斷。從性能上講，變頻器直流回路電壓上升到某值(如660V或680V)后，開關接通將制動電阻RB接入電路，一直至電壓降至620V(或620V)以下，開關再斷開，也是可行的。反正制動單元有RB的限流作用，并無燒毀的危險。若將其性能再優化一點的話，則由電壓檢測電路控制一個壓/頻(或電壓/脈沖寬度)轉換電路，進而控制制動單元中IGBT模塊的通斷。直流回路的電壓較高時，制動單元工作頻率高或導通周期長，電壓低時，則相反。此種脈沖式制動比起直接通斷式制動，性能上要優良多了。再加上對IGBT模塊的過流保護和散熱處理，那么這應是一款性能較為優良的制動單元電路了。
CDBR-4030C制動單元，從結構和性能上不是很優化，但實際應用的效果也還可以。內部電子開關是一只雙管IGBT模塊，上管的柵、射極短接未用，只用了下管，當然有些浪費，用單管的IGBT模塊就可以的呀。保護電路是電子電路和機械脫扣電路的復合，廠家將空氣斷路器QF0內部結構進行了改造，由漏電動作脫扣改為了模塊過熱時的動作脫扣。溫度檢測和動作控制由溫度繼電器、Q4和KA1構成，在模塊溫升達75ºC時，KA1動作引發脫扣跳閘，QF1跳脫，將制動單元的電源關斷，從而在一定程度上保護了IGBT模塊不因過流或過熱燒毀。 檢測電路(見下圖)的供電，是由功率電阻降壓、穩壓管穩壓和電容濾波來取得的，為15V直流供電。
該制動單元的故障主要多發于控制供電電路，表現為降壓電阻開路，穩壓管擊穿等;另外，因引入了變頻器直流回路的530V直流高壓，線路板因受潮造成絕緣下降而導致的高壓放電，使大片線路的銅箔條燒毀，控制電路的集成塊短路等。又因線路板全部涂覆有黑色防護漆，看不清銅箔條的連接和走向，也為檢修帶來了一定的不便。
電路由LM393集成運算放大器、CD4081BE四2輸入與門電路和7555(NE555)時基電路等構成?？刂圃砗喪鋈缦拢?/p>
由P、N端子引入的變頻器直流回路電壓，經R1至R7電阻網絡的分壓處理，輸入到LM339的2腳，LM339的3腳接入了經由15V控制供電進一步穩壓、RP1調整后的整定電壓，此電壓值為制動動作點整定電壓。LED1兼作電源指示燈。因LM393為開路集電極輸出式運放電路，故兩路放大器的輸出端接有R
13、R14的上拉電阻，以提供制動動作時的高電平輸出。第一級放大電路為一個遲滯電壓比較器(有時又稱滯回比較器)，D
1、R10接成正反饋電路，提供一定的回差電壓，以使整定點電壓隨輸出而浮動，避免了在一個點上比較而使輸出頻繁波動。第二級放大器為典型的電壓比較器的接法。實質上，運算放大器在這里是作為開關電路來使用的，中間不存在線性放大環節，而為開關量輸出。兩級放大電路對信號形成了倒相之倒相處理，使輸出電壓在高于整定電壓時，電路有高電平輸出。
LM393靜態時為高電平輸出，此高電平經D1和R10疊加到LM393的3腳上， “墊高”了制動動作整定點電壓值。當2腳輸入電壓(如P、N間直流回路電壓為660V)高于3腳電壓時，1腳由高電平變為低電平;經第二級倒相處理，輸出一個高電平信號給CD4081BE的1腳。同時，由于LM393的1腳變為低電平，3腳也由“墊高”了的電壓值跌落為整定值。如此一來，當制動單元動作，將制動電阻接入了P、N間，從而使P、N電壓由660V開始回落，一直回落到2腳電壓(P、N間電壓為580V)低于3腳整定電壓值，電路翻轉，制動信號停止輸出，避免了在660V電壓時，電路頻繁動作導致的不穩定輸出。
時基電路7555接成一個典型的多諧振蕩器，輸出一個固定占空比的脈沖頻率電壓。在LM393電壓采樣電路輸出制動動作信號——CD4081BE的1腳為高電平時，時基電路7555輸出矩形脈沖電壓的高電平成分與LM393的高電平信號相與，使CD4081BE的3腳產生一個正電壓的脈沖輸出。此脈沖再經主/從轉換開關、第二級與門開關電路相與處理后，由Q
1、Q2互補式電壓跟隨器做功率放大后，驅動電子開關IGBT模塊。
當主/從控制開關撥到上端時，本機器作為主機，實施制動動作，并將制動命令經端子OUT+、OUT-傳送給其它從機;當主/從控制開關撥至下端時，本機器即做為從機，從端子IN+、IN-接受主機來的制動信號，經光電耦合器U5將信號輸入CD4081BE的6腳，據主機來的信號進行制動動作。
我在圖紙上標為“此電路意欲何為”的這部分電路，讓我們從電路本身出發，來揣摩一下設計者的本意，如我分析的不對，希望讀者朋友能為之指正。正常狀態下，當實施制動動作時，可以看出，U2輸出的制動信號為矩形脈沖序列信號(此信號加到U4的1腳)，與PB端子經降壓電阻加到U4的2腳的信號恰為互為倒相的矩形脈沖序列信號，在任一時刻，U4的
1、2腳總有一腳為高電平，對或非門的“有高出低特性”來說，U4的3腳總是輸出低電平，Q3處于截止狀態，電路實施正常的制動動作;假定輸出模塊一直在接通中或已經擊穿，則經PB端子到U4的2腳的信號為直流低電平，與1腳的脈沖信號相或非，使有了“兩低出高”的輸出。經U8驅動Q3，將U2的3腳的輸出信號短接到地，進而使U2的8腳也為低電平，直到將U4的
1、2腳徹底鎖定為地(低)電平，則Q3持續進入飽合導通狀態，將U2輸出的制動信號徹底封鎖。須斷電才能解除這種封鎖。但這種保護性封鎖，對模塊本身瞬態過流狀態或Q
1、Q2驅動電路本身的故障，似乎是無能為力和鞭長莫及的。