变频器常用的控制电路

上节作业：•1、变频器的电气制动方法有哪些？介绍不同方法的特点。•2、变频器的外接输入控制信号的类别，外接输出控制端子的种类有哪些？第四章变频器常用的控制线路主要内容•变频器输入端子控制方法•变频器的外接主电路•变频器的起停控制电路•变频器正反转控制电路•变频器的外接两地控制电路•变频器并联控制电路•变频器制动及保护控制电路•工频切换电路•变频器多段速电路4.1变频器输入端子控制方法•一、模拟控制端子信号输入方法•1．模拟电压控制端子VRF改变模拟输入电压值，可以改变变频器的输出频率。应用时的两种情况及特点：•2．模拟电流控制端子IRF•大多是反馈信号或远程控制信号。•二、接点控制端子的通断控制•接点控制端子是以“通”、“断”来进行控制的，因此其控制信号也是以“有”和“无”相区别。应用时可由以下信号进行控制：•1．接点开关控制•将需要控制的端子由手动开关、继电器触点开关及PLC的接点输出量等进行控制。图4-2所示为用继电器的KA1、KA2动合触点控制变频器的正转和反转；用点动开关SB控制复位等。•接点开关控制的控制电路与变频器没有直接的电联系，应用时无需考虑它们之间的相互影响。•2．晶体管开关控制•用晶体管的“饱和”与“截止”作为开关信号。当给晶体管基极加入控制信号时，晶体管饱和导通，此时相当于开关闭合；当没有控制信号时晶体管截止，此时相当于开关断开。•3．光电耦合器开关控制•由光电耦合器作为端子的开关控制信号，当给光电耦合器通入电流，光电二极管发光，光电三极管饱和导通，相当于开关闭合；当光电耦合器没有信号输入，光电三极管截止，相当于开关断开。光电耦合器控制的控制电路与变频器之间各自构成回路，也没有电的联系，使用方便。4.2变频器的外接主电路•4.2.1外接主电路的接线•LAC1——电源侧交流电抗器。•Zl——进线侧无线电干扰抑制电抗器。•LDC——直流电抗器。•RB——制动电阻。•PW——制动单元。•LAC2——输出侧交流电抗器•Z2——输出侧无线电干扰抑制电抗器4.2.2外接主电路主要电器的功能和选择•1.低压断路器QF•（1）主要作用•低压断路器QF主要有两个作用：一是隔离作用，当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF切断，使变频器与电源隔离；二是保护作用，当变频器的输入侧发生短路等故障时，进行保护。•（2）选用原则•由于：•①变频器在刚接通电源的瞬间，对电容器的充电电流可高达额定电流的2～3倍。•②变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流。•③变频器允许的过载能力为150％、1min。•所以，为了避免误动作，低压断路器的额定电流IQN≥（1.3～1.4）IN，其中IN为变频器的额定电流。•2.接触器KM•（1）主要作用•①可通过按钮方便地控制变频器的通电与断电。•②变频器发生故障时，可自动切断电源。•注意，请不要用接触器起动和停止变频器，这样将降低变频器的寿命。•（2）选择原则•由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是，主触点的额定电流IKN≥IN。•3.输出接触器•变频器的输出端一般不接接触器。如由于某种需要而接入时，如工频切换电路图4.2所示的KM2，则因为电流中含有较强的谐波成分，故变频器的主触点的额定电流IKN≥1.5IMN。其中IMN是电动机的额定电流。图4.2工频切换主电路•4.制动电阻RB和制动单元YB（1）主要作用•电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压UD不断上升（该电压通常称为泵升电压），甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内。制动电阻RB就是用来消耗这部分能量的。•制动单元YB是由GTR或IGBT及其驱动电路构成。其功能是当直流回路的电压UD超过规定的限值时，接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻RB释放能量。•（2）制动电阻的连接•一般每个变频器制造厂家都会为变频器提供合适的制动单元，称为独立选件单元。•①连接专用外接制动电阻（选件）。•内置制动电阻是连接在P和PR端子上。当内置制动电阻在频繁地制动时，由于散热能力不足，需要安装外接制动电阻（选件）替代内置制动电阻。•②连接FR-BU制动单元（选件）•如图4.3所示，为了提高减速时的制动能力，连接FR-BU制动单元选件。•注意：连接时应使变频器端子（P、N）与FR-BU制动单元的端子的记号相同。（接错时会损坏变频器）。另外，对7.5kW以下型号的变频器，请拆下PR-PX间的短路片。图4.3制动单元的接线4.3变频器的起停控制电路图4.4变频器起停控制电路•接触器KM:控制变频器接通或断开电源，•中间继电器KA:控制变频器起动或停止。通过接触器KM的按钮SB1可以使变频器运行或停止，可以通过变频器起动控制用端子（STF，STR）来使变频器运行或停止，此时应设定Pr.79＝2（外部操作模式）。•只有当接触器接通电源后，KM的常开触点闭合，此时按下变频器起动按钮SB3，中间继电器线圈KA才会得电并自锁，KA的常开触点闭合，接通变频器的STR或STF端子，变频器开始运行。在KA线圈电路中串联KM的常开触点，是保证KM未吸合前，继电器KA线圈不得电，从而防止先接通KA的误动作。而当KA接通时，其常开触点闭合使停止按钮SB2失去作用，从而保证了只有在电动机先停机的情况下，才能使变频器切断电源。在图4.4所示的控制电路中，串入了报警输出端子B-C的常闭触点，其作用是当变频器发生故障而报警时，B-C触点断开，使KM和KA线圈失电，将变频器的电源切断。1.将控制回路的电源端子R1、S1接到变频器主触点之前在变频器的保护回路动作后，需要保持异常信号的输出时，请将控制回路的电源端子L11、L21连接到KM的一次侧。2.改变电动机的旋转方向如果电动机的旋转方向反了，可以不必更换电动机的接线，而通过以下方法来更正：（1）继电器的常开触点KA由正转端子STF接到反转端子STR上。（2）接至STF端子上的接线不变，而通过功能预置来改变旋转方向。例如三菱FR-S540变频器就可以通过将Pr.7的设定值变为1来实现。•3.变频器电源侧接接触器的原因•当变频器通过外接信号进行控制时，一般不推荐由接触器KM来直接控制电动机的起动和停止。这是因为：•（1）控制电路的电源在尚未充电至正常电压之前，其工作状况有可能出现紊乱。尽管近代的变频器对此已经作了处理，但所作的处理仍须由控制电路来完成。因此，其准确性和可靠性难以得到充分的保证。•（2）通过接触器KM切断电源时，变频器已经不工作了，电动机将处于自由制动状态，不能按预置的减速时间来停机。•（3）变频器在刚接通电源的瞬间，充电电流是很大的，会构成对电网的干扰。因此，应将变频器接通电源的次数降低到最少程度。PLC控制的变频器起停电路•1.设计思路•采用PLC控制变频器起停运行时，首先根据控制要求，确定PLC的输入输出，并给这些输入输出分配地址。这里的PLC采用三菱FX2N-48MR继电器输出型PLC，变频器采用三菱FR-A540变频器，其起停控制的I/O分配如表4.1所示。输入输出输入继电器输入元件作用输出继电器输出元件作用X0SB1接通电源按钮Y0KM接通KMX1SB2切断电源按钮Y1STF-SD变频器起动X2SB3变频器起动Y4HL2电源指示X3SB4变频器停止Y5HL2运行指示X4A-C报警信号Y6HL3报警指示图4.9变频器起停控制电路•2.参数设置•由于变频器采用外部操作模式，所以设定Pr.79＝2。3.程序设计4.4变频器正反转控制电路图4.5继电器控制的变频器正反转电路•按钮SB1、SB2用于控制接触器KM，从而控制变频器接通或切断电源；•按钮SB3、SB4用于控制正转继电器KAl，从而控制电动机的正转运行；•按钮SB5、SB4用于控制反转继电器KA2，从而控制电动机的反转运行；•在KA1和KA2线圈电路中串入KM的常开触点，是为了实现正转与反转运行只有在接触器KM已经动作、变频器已经通电的状态下才能进行。•在SB2按钮两端并联继电器KA1、KA2的常开触点用以防止电动机在运行状态下通过KM直接停机。作业•1、外接主电路主要电器的功能和选择•2、绘制变频器的起停控制电路•3、分析变频器正反转控制电路的工作原理4.5变频器的外接两地控制电路•1.电位器控制•如图4.6所示，当三位选择开关SA合至A时，由电位器RPA调节转速；当SA合至B时，由电位器RPB调节转速。变频器起动端子STF一直闭合。图4.6电位器实现的两地控制电路2.升降速端子控制•为了克服电位器控制缺点，采用变频器中的升、降速端子进行两地控制，如图4.7所示。SB3和SB4是A地的升、降速按钮；SB5和SB6是B地的升、降速按钮。首先通过参数预置使变频器的RH和RM端子具有升降速调节功能：•Pr.79＝2（外部操作模式）；•Pr.59=1（使“遥控方式”有效）；•Pr.182＝2（在遥控方式中，使RH端子具有升速功能）；•Pr.181＝1（在遥控方式中，使RM端子具有降速功能）。•只要“遥控方式”有效，通过RH和RM端子的通断就可以实现变频器的升降速，而不用电位器来完成。•在A地按下SB3或在B地按下SB5按钮，RH端子接通，频率上升，松开按钮，则频率保持，即具有记忆功能；在A地按下SB5或在B地按下SB6按钮，RM端子接通，频率下降，松开按钮，则频率保持。从而在异地控制时，电动机的转速都是在原有的基础上升降的，很好地实现了两地控制时速度的衔接。图4.7升降速端子实现的两地控制电路•变频器的并联运行、比例运行多用于传送带、流水线的控制场合。•一、由模拟电压输入端子控制的并联运行•1.运行要求•(1)变频器的电源通过接触器由控制电路控制；•(2)通电按钮能保证变频器持续通电；•(3)运行按钮能保证变频器连续运行，且运行过程中变频器不能断电；•(4)停止按钮只用于停止变频器的运行，而不能切断变频器的电源。•(5)任何一个变频器故障报警时都要切断控制电路，从而切断变频器的电源。•2．主电路的设计过程•(1)空气开关QF控制电路总电源，KM控制两台变频器的通、断电；•(2)两台变频器的电源输入端并联；•(3)两台变频器的VRF、COM端并联；•(4)两台变频器的运行端子由继电器触点控制。4.6变频器并联控制电路•3.控制电路的设计过程•(1)两台变频器的故障输出端子串联在控制电路中；•(2)通电按钮与KM的动合触点并联，使KM能够自锁,；保持变频器持续通电。•(3)断电按钮与KM线圈串联，同时与运行继电器动合触点并联，受运行继电器的封锁。•(4)运行按钮与运行继电器KA的动合触点并联，使KA能够自锁，保持变频器连续运行。•(5)停止按钮与KA线圈串联，但不影响KM的状态。•4．变频器功能参数码设定：•两变频器的速度给定用同一电位器，若同速运行，可将两变频器的频率增益等参数设置相同；若比例运行，根据不同比例分别设置各自的频率增益，每台变频器的输出频率由各自的多功能输出端子接频率表指示。•5．电路工作过程分析•二、由升降速端子控制同速运行•1．运行要求•(1)两台变频器要同时运行，运行速度一致，且调速通过各自的UP、DOWN端子实现，即两变频器的UP、DOWN端子要由同一个器件控制；•(2)两台变频器能通过各自的UP、DOWN端子微调输出频率；•(3)两台变频器的规格型号、加/减速时间必须相同。•(4)任何一个变频器故障报警时均能切断控制电路，变频器主电路由KM断电。•(5)各台变频器的输出频率要由面板上的LED数码显示屏或数字频率计进行指示。•(6)此控制电路多应用于控制精度不很高的场合，如纺织、印染、造纸等多个控制单元的联动传动中。•2．主电路设计过程•(1)空气开关QF控制电路总电源，KM控制两台变频器的通、断电；•(2)两台变频器的电源输入端并联；•(3)两台变频器的FWD端子、UP端子、DOWN端子分别由同一继电器的动合触点控制；•(4)两台变频器的UP端子、DOWN端子接入按钮可进行频率微调。•3.控制电