变频器的使用介绍

第2章变频器的使用2.1变频器概述2.2变频器输出频率的设置或修改2.3三菱通用变频器FR-E500系列的使用2.1变频器概述2.1.1三相交流异步电动机的调速方法由公式可知，改变三相交流异步电动机的转速可通过以下三种方法来实现。三相交流异步电动机的转速公式为1.变极调速2.变转差率调速3．变频调速变频调速具有调速范围宽，调速平滑性好，机械特性硬的特点。可以认为，在转差率s变化不大的情况下，电动机的转速n与电源频率f1大致成正比，若均匀地改变电源频率f1，则能平滑地改变电动机的转速n。160(1)fnsP2.1.2变频器的用途和构造使用变频器的电动机大大降低了启动电流，启动和停机过程平稳，减少了对设备的冲击力，延长了电动机及生产设备的使用寿命。1．变频器的用途（1）平滑调速。图2.1变频器变频输出（2）节能。（3）提高自动化控制水平。2．通用变频器的构造图2.2变频器的基本构造图2.3变频器主电路结构1．正弦脉宽调制波（SPWM）2.1.3变频器的工作原理图2.4正弦脉宽调制波（SPWM）2．单相正弦脉宽调制电路图2.5单相正弦脉宽调制电路（1）在调制波的正半周，V1保持导通，V2保持截止。当V4受控导通时，负载电压Uo=Ud，当V4受控截止时，负载感性电流经过V1和VD3续流。（2）在调制波的负半周，V2保持导通，V1保持截止。当V3受控导通时，负载电压Uo=−Ud，当V3受控截止时，负载感性电流经过V2和VD4续流。3．三相正弦脉宽调制过程图2.6变频器逆变电路V1～V6管导通及输出线电压波形图在一个周期内，V1～V6晶体管的导通电角度均为180˚，同一相的上下两个晶体管交替导通。例如在0˚～180˚电角度内，V1导通、V2截止；在180˚～360˚电角度内V2导通、V1截止。各相开始导通的相位差为120˚，例如V3从120˚、V5从240˚开始导通，据此可画出V3与V4、V5与V6的导通波形。可以看出，在任意时刻，均有3只晶体管导通。（1）u/f控制方式（2）矢量控制方式4．变频调速控制方式图2.7u/f曲线矢量控制方式是变频器的高性能控制方式，特别是低频转矩性能优于u/f控制方式。2.1.4变频器电路配线与注意事项变频器的主电路配线如图2.8所示。图2.8变频器主电路配线配线注意事项如下（1）绝对禁止将电源线接到变频器的输出端U、V、W上。（2）在变频器不使用时，可将断路器断开，起电源隔离作用；当线路出现短路故障时，断路器起保护作用，以免事故扩大。但在正常工作情况下，不要使用断路器启动和停止电动机。（3）在变频器的输入侧接交流电抗器可以削弱三相电源不平衡对变频器的影响，延长变频器的使用寿命，同时也降低变频器产生的谐波对电网的干扰。（4）当电动机处于直流制动状态时，电动机绕组呈发电状态，会产生较高的直流电压反送直流电压侧。可以连接直流制动电阻进行耗能以降低高压。（5）由于变频器输出的是高频脉冲波，所以禁止在变频器与电动机之间加装电力电容器件。（6）变频器和电动机必须可靠接地。（7）变频器的控制线应与主电路动力线分开布线，平行布线应相隔10cm以上，交叉布线时应使其垂直。变频器模拟信号线的屏蔽层应妥善接地。（8）通用变频器仅适用于一般的工业用三相交流异步电动机。（9）变频器的安装环境应通风良好。2.2变频器输出频率的设置或修改2.2.1设置或修改变频器输出频率的方法1．面板功能键按面板上增、减键设置或修改输出频率值。2．面板电位器旋动面板电位器旋钮可以设置或修改连续变化的输出频率值。3．外部接点端子用外部高速、中速、低速或多段速接点端子的通断来改变输出频率。4．外部模拟信号端子用外部模拟电压值或模拟电流值的变化设置或修改输出频率。1．最大频率fmax、基准频率fN和基准电压UN图2.9输出频率与输出电压的关系2.2.2变频器输出频率的含义在调速过程中，有时需要多个不同速度的阶段，通常可设置为3～15段不同的输出频率。2．上限频率fＨ和下限频率fL变频器的输出频率被限定在上下限频率之间，以防止误操作时发生失误。3．启动频率启动信号为ON的开始频率，通常出厂设定值为0.5Hz。4．点动频率点动操作时的频率，通常出厂设定值为几赫兹。5．跳跃频率跳跃频率是指运行时避开某个频率。如果电动机在某个频率下运行时生产设备发生机械谐振，则要避开这个频率。6．多段速频率载波频率偏低，电动机运行时会产生噪声；载波频率偏高，工作损耗增大。变频器出厂时已设置了较好的载波频率，一般不需要重新设定。7.制动频率当变频器停止输出时，频率下降到进行直流制动的频率。在生产工艺需要准确定位停机时，需要设置制动频率、制动时间和制动电压。例如，三菱变频器FR-E540-0.75K-CHT的出厂设定值分别为3Hz、0.5s和电源电压的6%。8．输入最大模拟量时的频率指输入模拟电压5V（10V）或模拟电流20mA时的频率值，通常出厂设定值为50Hz。9．载波频率2.3通用变频器FR-E500的使用图2.10变频器FR-E500外形与端子板三菱通用变频器FR-E540-0.75K-CHT的容量和输入/输出参数见表2.2。变频器的型号额定容量额定输出电流适配电机功率输入参数输出参数电压频率电压频率FR-E540-0.75K-CHT2kVA2.6A0.75kW380～480V50/60Hz380～480V0～400Hz表2.2通用变频器FR-E540-0.75K-CHT容量和输入/输出参数2.3.1变频器的配线图与端子板1．变频器的基本配线图图2.11三菱变频器FR-E500基本配线图控制电路端子如图2.12（b）所示，控制电路端子符号与功能说明见表2.4。图2.12变频器主电路、控制电路端子2．主电路端子主电路端子如图2.12（a）所示，主电路端子符号与功能说明见表2.3。3．控制电路端子表2.3主电路端子符号与功能说明端子符号端子功能说明、E接地端。变频器外壳必须可靠接大地+、−连接制动单元+、PR在+、PR间可接直流制动电阻+、P1拆除短路片后，可接直流电抗器，将电容滤波改为LC滤波，以提高滤波效果和功率因数L1、L2、L3三相电源输入端。接电网三相交流电源U、V、W变频器输出端。接三相交流异步电动机端子符号端子功能说明备注STF正转控制命令端输入信号端与SD端子闭合有效STR反转控制命令端RH、RM、RL高、中、低速及多段速度选择控制端MRS输出停止端RES复位端PCDC24V负极，外部晶体管公共端的接点（源型）SDDC24V正极，输入信号公共端（漏型）与PC之间输出直流24V、0.1A10频率设定用电源、直流5V输入模拟电压、电流信号来设定频率5V（10V）对应最大输出频率20mA对应最大输出频率2模拟电压输入端，可设定0～5V、0～10V4模拟电流输入端，可设定4～20mA5模拟输入公共端A、B、C变频器正常：B-C闭合，A-C断开变频器故障：B-C断开，A-C闭合触点容量：AC230V/0.3ADC30V/0.3ARUN变频器正在运行（集电极开路）变频器输出频率高于启动频率时为低电平，否则为高电平FU频率检测（集电极开路）变频器输出频率高于设定的检测频率时为低电平，否则为高电平SERUN、FU的公共端（集电极开路）AM模拟信号输出端（从输出频率、输出电流、输出电压中选择一种监视），输出信号与监视项目内容成比例关系输出电流1mA，输出直流电压0～10V。5为输出公共端RS-485PU通信端口最长通信距离500m表2.4控制电路端子符号与功能说明2.3.2变频器操作面板与参数设定1．变频器的操作面板图2.13变频器操作面板表2.5按键与状态指示灯说明按键、状态说明RUN启动键STOP/RESET停止/复位键。用于停止运行和保护动作后复位变频器MODE模式键。用于选择操作模式或设定模式SET选择/确定键。用来选择或确定频率和参数的设定FWD、REV正转、反转键。用来给出正转、反转指令▲、▼增减键。连续增、减频率，或连续增减参数值Hz灯表示输出频率时，灯亮A灯表示输出电流时，灯亮RUN灯变频器运行时灯亮，正转/灯亮，反转/闪烁MON灯监视模式时灯亮PU灯面板操作模式（PU模式）时灯亮EXT灯外部操作模式时灯亮PU灯、EXT灯两灯同时亮，表示面板操作和外部操作的组合模式1或组合模式22.3.3实习操作：变频器面板操作模式操作内容为：恢复出厂设定值；由面板【▲】、【▼】键设定输出频率；由面板按键完成正转、反转、停止控制。控制电路基本接线图如图2.14所示。操作步骤如下。（1）按图2.14接线，检查无误后接通电源。（2）恢复变频器出厂设定值。有关出厂设定值如下。参数【1=120】，上限频率为120Hz。参数【2=0】，下限频率为0Hz。参数【3=50】，基准频率为50Hz。参数【7=5】，启动加速时间为5s。参数【8=5】，停止减速时间为5s。参数【79=0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。图2.14变频器面板操作运行基本接线图（3）修改不符合控制要求的出厂设定值。修改参数【79=1】，选择面板操作模式，【PU】灯点亮。（4）设定输出频率。用【MODE】键选择【频率设定模式】，用【▲】、【▼】键设定频率值为50Hz，用【SET】键写入。（5）正转。按【FWD】键，电动机加速启动，显示输出频率。【RUN】灯点亮。（6）反转。按【REV】键，电动机加速启动，显示输出频率。【RUN】灯闪烁。（7）停止。按【STOP/RESET】键，电动机减速停止。【RUN】灯灭。（8）切断电源。2.3.4实习操作：变频器外部操作模式操作内容为：恢复出厂设定值；由外部模拟电压信号端设定输出频率；由外部开关完成正转、反转、停止控制。控制电路基本接线图如图2.15所示。操作步骤如下。（1）按图2.15接线，接线无误后接通电源。图2.15变频器外部控制方式基本接线图（2）恢复变频器出厂设定值。有关出厂设定值如下。参数【1=120】，上限频率为120Hz。参数【2=0】，下限频率为0Hz。参数【3=50】，基准频率为50Hz。参数【7=5】，启动加速时间为5s。参数【8=5】，停止减速时间为5s。参数【38=50】，5V（10V）输入时频率为50Hz。参数【73=0】，选择5V的输入电压。参数【79=0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。（3）把外接电位器逆时针旋转到底，输出频率设定为0。把外接电位器慢慢顺时针旋转到底，输出频率逐步增大到50Hz。（4）正转。接通STF-SD，【RUN】灯亮，输出频率逐步增大到50Hz。（5）反转。接通STR-SD，【RUN】灯闪烁，输出频率逐步增大到50Hz。（6）停止。断开STF、STR。（7）切断电源。2.3.5实习操作：变频器组合操作模式操作内容为：恢复出厂设定值；由面板设定输出频率；由外部开关完成正转、反转、停止控制。控制电路基本接线图如图2.16所示，操作步骤如下。（1）按图2.16接线，接线无误后接通电源。图2.16变频器组合操作控制方式基本接线图（2）恢复变频器出厂设定值。有关出厂设定值如下。参数【1=120】，上限频率为120Hz。参数【2=0】，下限频率为0Hz。参数【3=50】，基准频率为50Hz。参数【7=5】，启动加速时间为5s。参数【8=5】，停止减速时间为5s。参数【79=0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。（3）修改不符合控制要求的出厂设定值。修改参数【79=3】，外部与面板组合操作模式，【PU】和【EXT】两灯亮。（4）设定输出频率。用【MODE】键选择【频率设定模式】，用【▲】、【▼】键改变设定值为50Hz，用【SET】键写入。（5）正转。接通STF-SD，【RUN】灯亮，输出频率逐步增大到50Hz。（6）反转。接通STR-SD，【RUN】灯闪烁，输出频率逐步增大到50Hz。（7）停止。断开STF、STR。（8）切断电源断路器。2.3.6实习操作：继电器控制的变频器调速电路控制要求：用继电器控制电动机低速启动，中、高速运行，控制原理图如图2.17所示。图2.17变频器3速控制方式原理图各按钮名称及动作如下