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第4章变频器系统的选择与操作4.1变频器的原理框图及接线端子4．1．1变频器的外形与结构l一底座2一外壳3一控制电路接线端子4一充电指示灯5一防护盖板6一前盖7一螺钉8一数字操作面板9一主电路接线端子10一接线孔图4-2变频器的结构4.1.2变频器的原理框图4.1变频器的原理框图4.1.3变频器与外部连接的端子4.1.3外部连接的端子1.主电路端子4.1.3变频器与外部连接的端子2．控制电路端子4.2变频器的频率参数及预置4.2.1各种基本频率参数1.给定频率2.输出频率3．基准频率4.上限频率和下限频率5.跳跃频率4.2.2变频器的其他频率参数1.点动频率2.载波频率(PWM频率)3.起动频率4.直流制动起始频率5.多挡转速频率4.3变频器的主要功能及预置4.3.1变频器的运行功能及预置1.加速时间指工作频率从0Hz升至基本频率fb所需要的时间，给定加速时间的基本原则是在电动机的起动电流不超过允许值的前提下，尽量地缩短加速时间。2.加速模式根据各种负载的不同要求，给出了各种不同的加速曲线(模式)供用户选择。常见的曲线有线性方式、S形方式和半S形方式等。3.减速时间输出频率从基本频率fb减至0Hz所需的时间，减速时间的给定方法同加速时间一样，其值的大小主要考虑系统的惯性。4.减速模式减速模式设置与加速模式相似，也有线性和S形、半S形等几种方式。5.多功能端子多功能端子的功能由用户可根据需要通过功能代码进行设置，以节省变频器控制端子的数量。6.程序控制也称简易PLC控制。对于一个需要多挡速操作的拖动系统来说，多挡速的选择可用外部控制来切换，也可依靠变频器内部定时器来自动执行。4.3.2优化特性功能及预置1.节能功能很多变频器都提供了自动节能功能，只需用户选择“用”，变频器就可自动搜寻最佳工作点，以达到节能的目的。2.PID控制功能给定信号与反馈信号相比较的偏差值，经过P、I、D调节，变频器通过改变输出频率，迅速、准确地消除拖动系统的偏差，回复到给定值。3．自动电压调整当遇到输入电压降低时，变频器会适当提高其输出电压，以保证电动机的带负载能力不变。4．瞬间停电再起动是在发生瞬时停电又复电时，使变频器仍然能够根据原定的工作条件自动进入运行状态。5.电动机参数的自动调整很多变频器都提供了电动机参数的自动调整功能，对电动机的参数进行测试。6.变频器和工频电源的切换4.3.3变频器的保护功能及预置1．过电流保护过电流是指变频器的输出电流的峰值超出了变频器的容许值。由于逆变器的过载能力很差，大多数变频器的过载能力都只有150％，允许迟续时间为1min。因此变频器的过电流保护，就显得尤为重要。2．电动机过载保护当变频器的输出电流大于过载保护电流，在超过时限后过载电流仍然存在，则变频器将跳闸，停止输出。3.过电压保护电动机处于再生制动状态，若减速时间设置得太短，或是由于电源系统的浪涌电压都可以引起的过电压。对于电源过电压的情况，规定：电源电压的上限一般不能超过电源电压的10％。如果超过该值，变频器将会跳闸。4.欠电压保护和瞬间停电的处理当电网电压过低时，会引起变频器中间直流电路的电压下降，从而使变频器的输出电压过低并造成电动机输出转矩不足和过热现象。欠电压保护的作用就是在变频器的直流中间电路出现欠电压时，使变频器停止输出。4.4变频器的选择变频器的拖动对象是电动机，变频器的选择与电动机的结构形式及容量有关，还与电动机所带负载的类型特性相关。8.4.1笼型电动机1．依据负载电流选择变频器2．考虑低速转矩特性3．考虑短时最大转矩4．考虑容许最高频率范围8.4.2绕线式异步电动机绕线式异步电动机采用变频器控制运行，大多是对老设备进行改造，利用已有的电机。改用变频器调速时，可将绕线式异步机的转子短路，去掉电刷和起动器。考虑电机输出时的温度上升的问题，所以要降低容量的10％以上。应选择比通常容量稍大的变频器。4.5变频调速系统的主电路及电器选择变频调速系统的主电路是指从交流电源到负载之间的电路。4.5.1断路器变频调速系统的主电路是指从交流电源到负载之间的电路。1.断路器的功能1)隔离作用;2)保护作用2.断路器的选择低压断路器的额定电流IQN应选：IQN≥（1.3～1.4）IN（8-2）式中IN——变频器的额定电流。在电动机要求实现工频和变频的切换控制的电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来进行选择：IQN≥2.5IMN（8-3）式中IMN——电动机的额定电流。4.5.2电磁接触器电磁接触器的功能是在变频器出现故障时切断主电源，并防止掉电及故障后的再起动。1)输入侧接触器的选择IKN≥IN（8-4）2)输出侧接触器的选择IKN≥1.1IMN（8-5）3）工频接触器的选择工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。4.5.3输入交流电抗器输入交流电抗器可抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善功率因数。输入交流电抗器为另购件，在以下情况下应考虑接入交流电抗器：①变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10﹕1以上；②同一电源上接有晶闸管变流器负载或在电源端带有开关控制调整功率因数的电容器；③三相电源的电压不平衡度较大（≥3%）；④变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分，这些高次谐波电流都是无功电流，使变频调速系统的功率因数降低到0.75以下⑤变频器的功率＞30kW。4.5.4无线电噪声滤波器滤波器就是用来削弱这些较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成。a)输入侧滤波器b)输出侧滤波器c)滤波电抗器的结构图8-30无线电噪声滤波器各相的连接线在同一个磁心上按相同方向绕4圈(输入侧)或3圈(输出侧)构成。需要说明的是：三相的连接线必须按相同方向绕在同一个磁心上，这样，其基波电流的合成磁场为0，因而对基波电流没有影响。4.5.5制动电阻及制动单元制动电阻及制动单元的功能是当电动机因频率下降或重物下降(如起重机械)而处于再生制动状态时，避免在直流回路中产生过高的泵生电压。1.制动电阻RB的选择1）电阻值大小的选择RB=UDH/2IMN～UDH/IMN（8-6）式中UDH——直流回路电压的允许上限值(V)，在我国，UDH≈600V。2)电阻的功率PB（8-7）式中γ——修正系数。2.制动单元VB一般情况下，只需根据变频器的容量进行配置即可。BDHBRUP/24.5.6直流电抗器直流电抗器除了提高功率因数外，还可削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流。如果同时配用交流电抗器和直流电抗器，则可将变频调速系统的功率因数提高至0.95以上。图4-31直流电抗器的外形4.6变频器系统的控制电路8.6.1变频器控制电路的主要组成为变频器的主电路提供通断控制信号的电路，称为控制电路。其主要任务是完成对逆变器开关器件的开关控制和提供多种保护功能。控制方式有模拟控制和数字控制两种。目前已广泛采用了以微处理器为核心的全数字控制技术，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件完成各种控制功能，以充分发挥微处理器计算能力强和软件控制灵活性高的特点。4.6.2正转控制电路图4-34由继电器控制的正转运行电路4.6.3正、反转控制图4-35三位旋钮开关控制正、反转电路4.6.3正、反转控制图8-36继电器控制的正反转电路4.6.4升速与降速控制以森兰BT40系列变频器为例，通过对频率给定方式的功能进行设定后，可使“X4”和“X5”控制端子具有如下功能：“X5-CM”接通—→频率上升；“X5-CM”断开—→频率保持。“X4-CM”接通—→频率下降；“X4-CM”断开—→频率保持。图8-37变频器升速、降速控制4.6.5变频与工频切换的控制电路图4-38变频与工频切换的控制电路4.6.6变频器的程序控制变频器的程序控制方式主要有两种：1．用变频器的编程功能进行程序控制(1)基本要求的预置以森兰SB61系列变频器为例，有：1)程控功能选择(F700)“0”——程控功能无效；“1”——循环N个周期后停止；“2”——循环N个周期后，以第15挡频率运行；“3”——连续循环运行；“4”——程序控制优先；2)计时单位选择(F701)“0”——计时单位为s；“1”——计时单位为min。(2)各程序段的预置1)运行时间功能码如F703、F705、F707……等。2)运行频率第一程序的频率为多挡转速的第一挡运行频率(F616)、第二程序的频率为多挡转速的第二挡运行频率(F617)，以此类推。3）运行方向及加减速时间功能码如F704、F706、F708……等。2.多挡转速控制电路几乎所有的变频器都具有多挡转速的功能，各挡转速间的转换是由外接开关的通断组合来实现的。三个输入端子可切换8挡转速(包括0速)。4.7变频器的操作与运行8.7.1变频器的操作面板及显示图8-40森兰SB60系列变频器的操作面板1.变频器操作面板显示状态1）停机状态2）运行状态3）故障状态2.按键功能说明3.操作面板的使用1）变频器运行时显示内容切换(F800=0)，如图8-41所示。图8-41变频器运行时显示内容切换(F800=0)3.操作面板的使用2）变频器运行时显示内容切换(F800=1)，如图8-42所示。图8-42变频器运行时显示内容切换(F800=1)3.操作面板的使用3）变频器参数设定操作(将F009第一加速时间设定为20S)，如图8-43所示。图8-43变频器参数设定操作3.操作面板的使用3）变频器运行操作，如图8-44所示。图8-44变频器运行操作4.7.2变频器的预置与运行变频器运行前需要三个步骤：功能参数预置，运行方式的选择，给出起动信号。1.功能参数预置1)查功能码表，找出需要预置参数的功能码。2)在参数设定模式(编程模式)下，读出该功能码中原有的数据。3)修改数据，送入新数据。2.运行模式的选择运行模式是指变频器运行时，给定频率和起动信号从哪里给出。根据给出地方的不同，运行方式主要可分为：面板操作，外部操作(端子操作)，通信控制(上位机给定)。3.给出起动信号经过以上两步，变频器巳做好了运行的准备，只要起动信号一到，变频器就按照预置的参数运转。4.8外接给定电路8.8.1频率给定信号的种类和电路1.数字量给定方式（1）面板给定（2）通讯接口给定2.模拟量给定方式（1）电位器给定（2）直接电压(或电流)给定由外部仪器设备直接向变频器的给定端输出电压或电流信号，端子“VRF”为给定电压信号输入端，端子“IRF”为给定电流信号输入端。4.8.2频率给定线1．频率给定线的定义由模拟量进行外接频率给定时，变频器的给定频率fx与给定信号x之间的关系曲线fx=f(x)，称为频率给定线。2．基本频率给定线在给定信号x从0增大至最大值xmax的过程中，给定频率fx线性地从0增大到fmax的频率给定线称为基本频率给定线。4.9变频器与PLC的联结8.9.1PLC与变频器联结时注意的问题1.开关指令信号的输入PLC通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件(如晶体管)与变频器连接，获取运行状态指令。2.数值信号的输入变频器中也存在一些数值型(如频率、电压等)指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种，数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来设定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常是通过0～10V（或5V）的电压信号或者0（或4）～20mA的电流信号输入。4.9.2PLC与变频器联结实现多挡速控制例：某机床有8挡转速(0挡转速为0)，由手柄的8个位置来控制，采用PLC控制是比较方便的。4.10变频器“1控X”切换技术“1控3”供水电路原理图图8-52BT12S系列变频器“1控3”供水电路原理图4.10变频器“1控X”切换技术图8-52中，以成都森兰BT12S系列变频器为例，在进行多台切换控制时，须附加一块继电器扩展板，以便控制线圈电压为交流220V的接触器。接触器1KM1用于接通变频器的电源，接触器1KM2、2KM2、3KM2分别用于将各台水泵电动机接至变频器；接触器1KM3、2KM3、3KM3分别用