【产品应用】ZLM3100S应用--快速驱动永磁同步电机风机

《电机能效提升计划（2021-2023）》中提到，加快高效节能电机推广应用，推进电机系统智能化，电机系统数字化应用。ZLM3100S电机驱动器为此量身设计，助力工业风机、水泵行业电机能效提升改造。

永磁同步电机（PMSM）在转子上使用永磁体提供励磁，因此转子上无铜损和铁损，另一方面无励磁电流，不需要从电网吸收无功电流，所以电机在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率因数，高效节能。

随着近十年来高耐热性、高磁性能永磁体的成功研发并产业化，集成电路和电力电子元件技术的快速发展，永磁同步电机迎来了一个黄金时代，在新能源汽车、轨道交通、电梯、医疗器械、石油化工、家电、风机、水泵等行业得到了广泛的应用。风机主要应用于冶金、电力、城市轨道交通、养殖、工厂、高层建筑等各种场所通风换气，本章将带大家快速使用ZLM3100S驱动器驱动永磁同步电机风机。

驱动器工作原理简述

永磁同步电机的定子有三相绕组，三角形的联结方式由于三相绕组不完全对称，内部会产生环流，所以基本上都为星形联结方式，将定子三相绕组接到示波器测量它的电压，匀速转动它的转子，可以在示波器上看到3根正弦曲线，而且三根曲线两两相位差为120°，这是发电机。那么反过来我们在永磁同步电机定子的三相线圈上输入三相正弦电压，相位差两两相差120°，就可以让永磁同步电机平稳高效地运转，就是电动机啦。

驱动器的工作原理是先将三相（或单相）电压整流、滤波得到直流电，然后使用 SVPWM 技术产生调制信号，驱动三相逆变电路，合成出等效的三相正弦电压来驱动电机。

图1 驱动器系统框图

  ZLM3100S驱动器介绍

图2 ZLM3100S驱动器

1. 简介

ZLM3100S是新一代风机、水泵高效节能的永磁同步电机驱动器，该驱动器可以装在电机尾部，和电机进行全封闭一体式结构设计，结构紧凑，防护能力强；高功率密度，节能、高效，符合国家能效等级标准；该电机驱动器采用无感矢量变频技术，具有节能、安静、高可靠等特点；采用无位置传感器的技术，零速启动，自动弱磁控制，最大转矩控制等功能；其中支持“电压自适应”算法，硬件无高压电解电容器设计和“高压电源变换”技术，主板体积小、发热量低、抗干扰能力强、寿命长。

2. 驱动器参数

型号	ZLM3100S
输入电源	三相AC380V±15%，50/60Hz
通讯功能	RS485，Modbus通讯协议
可调转速范围	500RPM~1320RPM
保护功能	欠压、过压、过流、堵转、过温等
其他功能	顺逆风启动，缺相保护
散热方式	壳体散热，自冷
编码器	无
启动延时时间	20s(可设置)
工作/存储温度	-20℃~60℃/-40℃~85℃
海拔高度	2000m以下

ZLM3100S驱动器快速使用

ZLM3100S驱动器使用无感FOC控制，通过精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应等优点，其缺点在于需要进行参数整定，匹配电机参数。

1. 标配电机参数使用标配电机参数差不多的电机，可直接使用ZLM3100S驱动器平稳驱动。

参数	典型值	单位
额定电压	AC380	V
额定功率	1100	W
额定转速	1320	RPM
极对数	5	对极
线电阻	7.2	Ω
D轴电感	35	mH
Q轴电感	40	mH
反电动势常数	234	V/KRPM

2. 安装散热器

IGBT模块是大功率器件，在工作时会产生大量的热量，IGBT模块正常工作时结温的范围是-40℃~150℃，驱动器输出功率较大时需要安装散热器辅助散热，才能将IGBT模块的温度控制在工作范围内。一般将驱动器安装在电机后端盖，利用电机壳体散热，自然冷却。

图3 散热器安装过程

3.驱动器接线ZLM3100S驱动器单台设备接线图如下图所示，多台设备连接可根据单台设备接线图扩展。示例中使用空气开关作为主开关，由于空气开关不能频繁操作，所以这适用于不需要频繁通断电的使用场景，若需要频繁通断电，需要在空气开关和驱动器电源之间加装接触器。驱动器作为从设备，RS485通讯接口默认不焊接120Ω终端电阻，多台设备组网时，需要在最后一台设备的RS485接口处添加120Ω电阻（1/4W），以保证通讯质量。在复杂的工业环境和长距离通讯时，RS485通讯线使用双绞屏蔽线。ZLM3100S驱动器的RS485总线默认最大支持32个节点，若需要支持更多的节点需要联系我们修改电路配置，或使用RS485中继器。  

图4 ZLM3100S接线图

4.电位器调速接好线之后接通电源，电机就能运转起来了，默认以1320RPM转速运行，如果想要调节转速，有两种方式，RS485调速和电位器调速，电位器调速功能默认使能，接好电位器后，旋转电位器即可让电机在500RPM~1320RPM转速范围内运转。

图5风机运行

若只使用485调速，为防止误动作，用串口助手软件以16进制发送命令：01 06 0006 0000 69 CB，即可将模拟调速功能失能。

图6 模拟调速功能失能设置5.RS485调速示例-设置转速
设备地址：1
期望转速：1320RPM

• 请求帧

进制	地址	功能码	寄存器地址	数据	CRC
DEC	1	6	1	1320	17626
HEX	01	06	00 01	05 28	DB 44

• 应答帧

  与请求帧一致。

6. 智能风机系统

EsDA +MPC-ZC1工控单板+ ZLM3100S电机驱动器可快速搭建智能风机控制系统。具体实现过程请查阅文章《EsDA MPC-ZC1 应用——IoT 监测控制系统（三）》