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SIEMENS潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司
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SIEMENS 西門子PLC模塊系列技術(shù)參數(shù)
1. 變頻調(diào)速原理
① 變頻器的功用 變頻器的功用是將頻率固定（通常為工頻50Hz）的交流電（三相的或單相的）變換成頻率連續(xù)可調(diào)（多數(shù)為0～400Hz）的三相交流電源。
如圖所示，變頻器的輸入端（R.S.T）接至頻率固定的三相交流電源，輸出端（U.V.W）輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動機。
② 變頻調(diào)速的工作原理 由式可知，當(dāng)頻率f連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)。又因為異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是比同步轉(zhuǎn)速略低一些。所以，當(dāng)連續(xù)可調(diào)時，也連續(xù)可調(diào)。
2. 變頻器的類別
按電壓的調(diào)制方式分
⑴ PAM（脈幅調(diào)制） 變頻器輸出電壓的大小通過改變直流電壓的大小來進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式幾近絕跡。
⑵ PWM（脈寬調(diào)制） 變頻器輸出電壓的大小通過改變輸出脈沖的占空比來進(jìn)行調(diào)制。目前普遍應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方式。
3. 變頻器的額定值和頻率指標(biāo)
⑴ 輸入側(cè)的額定值 主要是電壓和相數(shù)。在我國，中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值有以下幾種（均為線電壓）：
① 380V，3相 這是絕大多數(shù)（CT變頻器為380V～480V±10％）。
② 220V，3相 主要用于某些進(jìn)口設(shè)備中。
③ 220V，單相 主要用于家用小容量變頻器中。
此外，對輸入側(cè)電源電壓的頻率也都作了規(guī)定，通常都是工頻50Hz或60Hz。
⑵ 輸出側(cè)的額定值
① 輸出電壓 由于變頻器在變頻的同時也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的大值。在大多數(shù)情況下，它就是輸出頻率等于電動機額定頻率時的輸出電壓值。通常，輸出電壓的額定值總是和輸入電壓相等的。
② 輸出電流 是指允許長時間輸出的大電流，是用戶在選擇變頻器時的主要依據(jù)。
③ 輸出容量 取決于和的乘積。
④ 配用電動機容量 對于變頻器說明書中規(guī)定的配用電動機容量，需說明如下：
a. 它是根據(jù)下式估算的結(jié)果：
式中 --------電動機的效率
----------電動機的功率因數(shù)
由于電動機容量的標(biāo)稱值是比較統(tǒng)一的，而和值卻很不*，所以配用電動機容量相同的不同品牌的變頻器的容量卻常常不相同。
b. 說明書中的配用電動機容量，僅對長期連續(xù)負(fù)載才是適合的，對于各種變動負(fù)載來說，則不適用。
⑤ 過載能力 變頻器的過載能力是指其輸出電流超過額定電流的允許范圍和時間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定為150％、1min。
⑶ 頻率指標(biāo)
① 頻率范圍 即變頻器輸出的頻率和低頻率。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不盡*。通常，低工作頻率約為0.1～1Hz；工作頻率約為200～500Hz。
② 頻率精度 指變頻器輸出頻率的準(zhǔn)確精度。由變頻器的實際輸出頻率與給定頻率之間的大誤差與頻率之比的百分?jǐn)?shù)來表示。
例如，用戶給定的工作頻率為，頻率精度為0.01％，則大誤差為
通常，由數(shù)字量給定時的頻率精度約比模擬量給定時的頻率精度高一個數(shù)量級。
③ 頻率分辨率 指輸出頻率的小改變量，即每相鄰兩檔頻率之間的小差值。
例如，當(dāng)工作頻率為時，如變頻器的頻率分辨率為0.01Hz，則上一檔的小頻率為
下一檔的大頻率為
4. 主電路構(gòu)成
5. 主電路說明
⑴ 交-直部分
① 整流管 組成三相整流橋，將電源的三相交流電全波整流成直流電。
如電源的線電壓為，則三相全波整流后平均直流電壓的大小是
我國三相電源的線電壓為380V，故全波整流后的平均電壓是
② 濾波電容器 其功能是：
a. 濾平全波整流后的電壓紋波；
b. 當(dāng)負(fù)載變化時，使直流電壓保持平穩(wěn)。
由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，濾波電路通常由若干個電容器并聯(lián)成一組，又由兩個電容器組串聯(lián)而成，如上圖中的和。因為電解電容器的電容量有較大的離散性，故電容器組和的電容量常不能*相等，這將使它們承受的電壓和不相等。為了使和相等，在和旁各并聯(lián)一個阻值相等的均壓電阻和。
③ 限流電阻與開關(guān) 當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器的充電電流是很大的。過大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二極管損壞；同時，也使電源電壓瞬間下降而受到“污染”。
為了減小沖擊電流，在變頻器剛接通電源后的一段時間里，電路內(nèi)串入限流電阻，其作用是將電容器的充電電流限制在允許范圍以內(nèi)。
開關(guān)的功能是：當(dāng)充電到一定程度時，令接通，將短路掉。
許多新系列的變頻器里，已由晶閘管代替，如圖中虛線所示。
④ 電源指示HL HL除了表示電源是否接通以外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。
由于的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以沒有快速放電的回路，其放電時間往往長達(dá)數(shù)分鐘。又由于上的電壓較高，如不放完，對人身安全將構(gòu)成威脅。故在維修變頻器時，必須等HL*熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。
⑵ 直-交部分
① 逆變管 組成逆變橋，把整流所得的直流電再“逆變”成頻率可調(diào)的交流電。這是變頻器實現(xiàn)變頻的具體執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。
當(dāng)前常用的逆變管有絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、電力晶體管（GTR）、門極關(guān)斷（GTO）晶閘管以及電力MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）等。
② 續(xù)流二極管 其主要功能有：
a． 電動機的繞組是電感性的，其電流具有無功分量。為無功電流返回直流電源時提供“通道”。
b． 當(dāng)頻率下降、電動機處于再生制動狀態(tài)時，再生電流將通過整流后返回給直流電路。
c． 進(jìn)行逆變的基本工作過程是，同一橋臂的兩個逆變管處于不停地交替導(dǎo)通和截至的狀態(tài)。在這交替導(dǎo)通和截至的換相過程中，也不時地需要提供通路。
制動電阻和制動單元
⑴ 制動電阻 電動機在工作頻率下降過程中，將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至可能達(dá)到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。
⑵ 制動單元 制動單元由GTR或IGBT及其驅(qū)動電路構(gòu)成。其功能是為放電電流流經(jīng)提供通路。
1. 變頻調(diào)速原理
① 變頻器的功用 變頻器的功用是將頻率固定（通常為工頻50Hz）的交流電（三相的或單相的）變換成頻率連續(xù)可調(diào)（多數(shù)為0～400Hz）的三相交流電源。
如圖所示，變頻器的輸入端（R.S.T）接至頻率固定的三相交流電源，輸出端（U.V.W）輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動機。
② 變頻調(diào)速的工作原理 由式可知，當(dāng)頻率f連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)。又因為異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是比同步轉(zhuǎn)速略低一些。所以，當(dāng)連續(xù)可調(diào)時，也連續(xù)可調(diào)。
2. 變頻器的類別
按電壓的調(diào)制方式分
⑴ PAM（脈幅調(diào)制） 變頻器輸出電壓的大小通過改變直流電壓的大小來進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式幾近絕跡。
⑵ PWM（脈寬調(diào)制） 變頻器輸出電壓的大小通過改變輸出脈沖的占空比來進(jìn)行調(diào)制。目前普遍應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方式。
3. 變頻器的額定值和頻率指標(biāo)
⑴ 輸入側(cè)的額定值 主要是電壓和相數(shù)。在我國，中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值有以下幾種（均為線電壓）：
① 380V，3相 這是絕大多數(shù)（CT變頻器為380V～480V±10％）。
② 220V，3相 主要用于某些進(jìn)口設(shè)備中。
③ 220V，單相 主要用于家用小容量變頻器中。
此外，對輸入側(cè)電源電壓的頻率也都作了規(guī)定，通常都是工頻50Hz或60Hz。
⑵ 輸出側(cè)的額定值
① 輸出電壓 由于變頻器在變頻的同時也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的大值。在大多數(shù)情況下，它就是輸出頻率等于電動機額定頻率時的輸出電壓值。通常，輸出電壓的額定值總是和輸入電壓相等的。
② 輸出電流 是指允許長時間輸出的大電流，是用戶在選擇變頻器時的主要依據(jù)。
③ 輸出容量 取決于和的乘積。
④ 配用電動機容量 對于變頻器說明書中規(guī)定的配用電動機容量，需說明如下：
a. 它是根據(jù)下式估算的結(jié)果：
式中 --------電動機的效率
----------電動機的功率因數(shù)
由于電動機容量的標(biāo)稱值是比較統(tǒng)一的，而和值卻很不*，所以配用電動機容量相同的不同品牌的變頻器的容量卻常常不相同。
b. 說明書中的配用電動機容量，僅對長期連續(xù)負(fù)載才是適合的，對于各種變動負(fù)載來說，則不適用。
⑤ 過載能力 變頻器的過載能力是指其輸出電流超過額定電流的允許范圍和時間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定為150％、1min。
⑶ 頻率指標(biāo)
① 頻率范圍 即變頻器輸出的頻率和低頻率。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不盡*。通常，低工作頻率約為0.1～1Hz；工作頻率約為200～500Hz。
② 頻率精度 指變頻器輸出頻率的準(zhǔn)確精度。由變頻器的實際輸出頻率與給定頻率之間的大誤差與工作頻率之比的百分?jǐn)?shù)來表示。
例如，用戶給定的工作頻率為，頻率精度為0.01％，則大誤差為
通常，由數(shù)字量給定時的頻率精度約比模擬量給定時的頻率精度高一個數(shù)量級。
③ 頻率分辨率 指輸出頻率的小改變量，即每相鄰兩檔頻率之間的小差值。
例如，當(dāng)工作頻率為時，如變頻器的頻率分辨率為0.01Hz，則上一檔的小頻率為
下一檔的大頻率為
4. 主電路構(gòu)成
5. 主電路說明
⑴ 交-直部分
① 整流管 組成三相整流橋，將電源的三相交流電全波整流成直流電。
如電源的線電壓為，則三相全波整流后平均直流電壓的大小是
我國三相電源的線電壓為380V，故全波整流后的平均電壓是
② 濾波電容器 其功能是：
a. 濾平全波整流后的電壓紋波；
b. 當(dāng)負(fù)載變化時，使直流電壓保持平穩(wěn)。
由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，濾波電路通常由若干個電容器并聯(lián)成一組，又由兩個電容器組串聯(lián)而成，如上圖中的和。因為電解電容器的電容量有較大的離散性，故電容器組和的電容量常不能*相等，這將使它們承受的電壓和不相等。為了使和相等，在和旁各并聯(lián)一個阻值相等的均壓電阻和。
③ 限流電阻與開關(guān) 當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器的充電電流是很大的。過大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二極管損壞；同時，也使電源電壓瞬間下降而受到“污染”。
為了減小沖擊電流，在變頻器剛接通電源后的一段時間里，電路內(nèi)串入限流電阻，其作用是將電容器的充電電流限制在允許范圍以內(nèi)。
開關(guān)的功能是：當(dāng)充電到一定程度時，令接通，將短路掉。
許多新系列的變頻器里，已由晶閘管代替，如圖中虛線所示。
④ 電源指示HL HL除了表示電源是否接通以外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。
由于的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以沒有快速放電的回路，其放電時間往往長達(dá)數(shù)分鐘。又由于上的電壓較高，如不放完，對人身安全將構(gòu)成威脅。故在維修變頻器時，必須等HL*熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。
⑵ 直-交部分
① 逆變管 組成逆變橋，把整流所得的直流電再“逆變”成頻率可調(diào)的交流電。這是變頻器實現(xiàn)變頻的具體執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。
當(dāng)前常用的逆變管有絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、電力晶體管（GTR）、門極關(guān)斷（GTO）晶閘管以及電力MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）等。
② 續(xù)流二極管 其主要功能有：
a． 電動機的繞組是電感性的，其電流具有無功分量。為無功電流返回直流電源時提供“通道”。
b． 當(dāng)頻率下降、電動機處于再生制動狀態(tài)時，再生電流將通過整流后返回給直流電路。
c． 進(jìn)行逆變的基本工作過程是，同一橋臂的兩個逆變管處于不停地交替導(dǎo)通和截至的狀態(tài)。在這交替導(dǎo)通和截至的換相過程中，也不時地需要提供通路。
制動電阻和制動單元
⑴ 制動電阻 電動機在工作頻率下降過程中，將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至可能達(dá)到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。
⑵ 制動單元 制動單元由GTR或IGBT及其驅(qū)動電路構(gòu)成。其功能是為放電電流流經(jīng)提供通路。
