什么是變頻器

變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）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）、制動單元、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、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

基本組成

變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。

整流單元：將工作頻率固定的交流電轉換為直流電。

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。

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

plc與變頻器連接方式

1、PLC的數字量輸出與變頻器的數字量輸入連接，這樣通過PLC可以進行多段數以及起停的控制。

2、PLC的模擬量輸出與變頻器的模擬量輸入連接，這樣可以進行無級調速。

3、PLC與變頻器進行通訊控制，但是要求變頻器與PLC擁有同一的通訊硬件架構與通訊協議。

PLC與變頻器在數控車床中的應用

數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比，是衡量一個國家工業制造整體水平的重要標志之一。數控車床是數控機床的主要品種之一，它在數控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視，并得到了迅速的發展。其中主軸運動是數控車床的一個重要內容，其動力約占整臺車床的動力的70%～80%，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，提升加工質量都有著很重要的作用。基本控制是主軸的正、反轉和停止，可自動換檔和無級調速。采用變頻器和plc對主軸進行有效的控制是當前數控車床技術改造過程中的重要環節。本文主要介紹plc和變頻器應用于數控車床主軸驅動控制的應用情況。

1、工藝要求

數控車床一般加工回轉表面、螺紋等。要求其動作一般是x、z向快進、工進、快退。加工過程中能進行自動、手動、車外圓與車螺紋等轉換；并且能進行單步操作。

數控車床應用恒線速功能加工，加工工序如圖1所示，步驟如下：

（1）按起動按鈕，切削①號部位，電機正轉，轉速2400r/min，主軸正轉。

（2）切削②，電機正轉，轉速1500r/min，主軸正轉。

（3）工序③鉆孔，電機正轉，轉速2700r/min，主軸正轉。

（4）工序④攻絲，電機正轉，轉速600r/min，主軸正轉。

（5）工序⑤退出絲錐，電機反轉，轉速1200r/min，主軸反轉。

（6）按停止按鈕，電機停，主軸停轉。

2、控制要求

（1）用plc和變頻器控制交流電機工作，有交流電機帶動數控車床主軸運轉，交流電機工作轉速變化情況如圖2所示，應能連續運轉。

（2）主軸電機也可單獨選用任一級速度恒速旋轉。

（3）主軸電機也可進行正、反點動控制，利于檢修或調整，電機轉速選用600r/min。

（4）變頻器頻率設置估算公式f=np/60。f為變頻器設置頻率，n為電機轉速，p為極對數（設p=1）。

3、plc選型和i/o分配

根據輸入和輸出信號的數量、類型以及控制要求，同時考慮到維護、改造和經濟等諸多因素，選用fx2n-64mr型plc和fr-a540變頻器。plc的i/o地址分配和電路接線如圖3所示。

4、變頻器選用和參數設定

在該系統中，選用三菱系列變頻器，變頻器采用外部端子控制，電機轉速的高低通過變頻器來設置參數。電機的正反向運行有外圍通過變頻器的str、stf與plc程序實現控制。

（1）基本參數：pr.7=2（加速度），pr.8=2（減速度）；pr.9=設定電動機的額定電流；

（2）操作模式：pr.79=3；

（3）設定各段速度參數；pr.4=40hz（1段）、pr.5=35hz（2段）、pr.6=45hz（3段）、pr.24=10hz（4段）、pr.25=20hz（5段）。

5、plc控制梯形圖的設計

根據工藝要求和控制要求，設計出plc梯形圖如圖4所示：

對于數控車床的主軸電機，使用了plc和變頻器控制，具有以下顯著優點：可以實現軟起動和無級調速，方便的進行加減速控制，是電動機獲得高性能，大幅度地節約電能，大幅度降低維護費用；可實現高效率的切割和較高的加工精度；實現低速和高速情況下強勁的力矩輸出。