項目3-變頻器常用控制電路2017.12

項目3變頻器常用控制電路

任務(wù)3.1變頻器正反轉(zhuǎn)控制電路任務(wù)3.2變頻器同步運行控制電路任務(wù)3.3變頻器工頻切換控制電路教學(xué)內(nèi)容2024/9/13任務(wù)3.4變頻器PID控制電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1．熟練掌握變頻器常用控制電路的接線方法及工作原理。2．能運用變頻器的升降速功能實現(xiàn)變頻器同步運行。3．了解PID控制原理。

4．掌握變頻器PID控制時的接線方法和參數(shù)設(shè)置方法。2024/9/132024/9/13任務(wù)3.1變頻器正反轉(zhuǎn)控制電路任務(wù)導(dǎo)入

如圖3-1所示是一個帶式傳送帶變頻控制系統(tǒng)，變頻器通過交流電動機拖動傳送帶運行，要求按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕，傳送帶正轉(zhuǎn)運行，按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕，傳送帶反轉(zhuǎn)運行，按下停止按鈕，傳送帶停止運行。圖3-1傳送帶變頻控制系統(tǒng)組成相關(guān)知識一、變頻器的外接主電路變頻器內(nèi)部具有電子熱保護(hù)功能，故在只接一臺電動機的情況下，可不必接熱繼電器

外部接線及說明外接能耗制動電阻直流電抗器高頻噪聲濾波器（鐵氧體磁環(huán)）交流接觸器

交流電抗器（隔離變壓器）斷路器電源U、V、W操作面板快速切斷變頻器，防止變頻器極其電路故障導(dǎo)致電源短路在變頻器故障時切斷電源，并防止掉電及故障后的再啟動改善輸入功率因數(shù)，減小高次諧波的影響，并抑制浪涌電流改善功率因數(shù)，抑制尖峰電流用于大慣量負(fù)載、頻繁啟制動及正反轉(zhuǎn)的場合變頻器減小變頻器產(chǎn)生的高頻干擾信號●熱繼電器：變頻器內(nèi)置的熱敏元件是作為過負(fù)載保護(hù)之用的。

對于缺相保護(hù)，請使用帶缺相保護(hù)的熱繼電器。注意變頻器電源側(cè)需要接入電抗器交流電抗器直流電抗器

（1）交流電抗器除了可以將功率因數(shù)提高至（0.75~0.85）外，還具有削弱浪涌電流和電源電壓不平衡的影響。（2）配接直流電抗器，功率因數(shù)可提高至0.9以上。變頻器輸出端需要接入電抗器的場合a）電動機與變頻器距離遠(yuǎn)b）小變頻器帶輕載大電動機

在輕載大電動機配用小容量變頻器的情況下，如電動機的容量為90kW，實際運行的功率只有45kW，配用的變頻器的功率為55kW。因為大電動機的等效阻抗相對較小，故電流的峰值較大，可能會損壞變頻器，接入輸出電抗器后，可以消減輸出電流的峰值，從而保護(hù)了變頻器。當(dāng)變頻器與電動機距離較遠(yuǎn)時，傳輸線路中的分布電容和電感的作用變得強烈，可能會出現(xiàn)電動機側(cè)電壓升高，電動機振動等。使用電抗器后可降低電動機的噪音，延長電機的絕緣壽命。■接線時的注意點

●變頻器的輸出端請勿安裝進(jìn)相電容器或浪涌吸收器?！襁@會導(dǎo)致變頻器發(fā)生故障或使電容器等受損，如果已經(jīng)接上了，請拆除。注意電容器電流【理由】變頻器的輸出電壓波形是高電壓脈沖波形，所以在進(jìn)相電容器充/放電中會產(chǎn)生過電流！變頻器電機輸出電壓波形故障變頻器運行中５０Ｈｚ電磁接觸器（或斷路器）ＯＮ?ＯＦＦ產(chǎn)生的沖擊電流是電機額定電流的6倍以上如果輸出側(cè)安裝了電磁接觸器（或斷路器），在變頻器運行中進(jìn)行ON／OFF操作，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，導(dǎo)致變頻器損壞。?電機的啟動和停止應(yīng)使用變頻器的運行信號來進(jìn)行不可！2024/9/13二、變頻器啟停控制電路接觸器KM控制變頻器接通和斷開電源KA控制變頻器啟動和停止逆序停止觸點順序啟動觸點變頻器發(fā)生故障報警時，切斷電源變頻器電源側(cè)接接觸器的原因①變頻器的保護(hù)功能動作時可以通過接觸器迅速切斷電源。②變頻器在剛接通電源的瞬間，充電電流是很大的，會構(gòu)成對電網(wǎng)的干擾。因此，應(yīng)將變頻器接通電源的次數(shù)減少到最少程度。③通過接觸器KM切斷電源時，變頻器已經(jīng)不工作了，變頻器立即停止輸出，電動機將處于自由制動狀態(tài)，不能按預(yù)置的減速時間來停機。因此不允許運行中的變頻器突然斷電。2024/9/13任務(wù)實施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機1臺電位器按鈕接觸器三菱FR-D740變頻器1臺2024/9/131．硬件電路變頻器上電變頻器正轉(zhuǎn)變頻器反轉(zhuǎn)接觸器KM控制變頻器接通和斷開電源KA1和KA2控制變頻器正反轉(zhuǎn)變頻器發(fā)生故障報警時，切斷電源SB控制變頻器復(fù)位2024/9/132．參數(shù)設(shè)置Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=5s，加速時間。Pr.8=5s，減速時間。Pr.9=2.5A，電子過電流保護(hù)，一般設(shè)定為變頻器的額定電流。Pr.73=1，端子2輸入0～5V電壓信號。Pr.125=50Hz，端子2頻率設(shè)定增益頻率。Pr.178=60，端子STF設(shè)定為正轉(zhuǎn)端子。Pr.179=61，端子STR設(shè)定為反轉(zhuǎn)端子。Pr.182

=62，將RH端子功能變更為RES端子功能。Pr.192=99，將變頻器輸出端子A、B、C設(shè)置為異常輸出功能。Pr.79=2，選擇外部運行模式。

2024/9/133．運行操作（1）正轉(zhuǎn)運行。按下按鈕SB1，接觸器KM得電并自鎖，其3對主觸點閉合，變頻器上電；按下按鈕SB3，中間繼電器KA1得電并自鎖，KA1的常開觸點閉合，將端子STF接通，變頻器正轉(zhuǎn)運行，此時調(diào)節(jié)電位器RP，就可以調(diào)節(jié)變頻器的速度。按下按鈕SB4，KA1失電，STF端子斷開，變頻器停止運行。（2）反轉(zhuǎn)運行。按下按鈕SB1，接觸器KM得電并自鎖，其三對主觸點閉合，變頻器上電；按下按鈕SB5，中間繼電器KA2得電并自鎖，KA2的常開觸點閉合，將端子STR接通，變頻器反轉(zhuǎn)運行，此時調(diào)節(jié)電位器RP，就可以調(diào)節(jié)變頻器的速度。按下按鈕SB4，KA2失電，STR端子斷開，變頻器停止運行。（3）在KA1和KA2線圈電路中串入KM的常開觸點，是為了實現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)運行只有在接觸器KM已經(jīng)動作、變頻器已經(jīng)通電的狀態(tài)下才能進(jìn)行。（4）在SB2按鈕兩端并聯(lián)繼電器KA1、KA2的常開觸點用以防止電動機在運行狀態(tài)下通過KM直接停機。

變頻器安裝時為了防止電磁干擾、提高功率因數(shù)以及電動機的制動等，要選用一些選配件（又稱為選件），這些選配件由廠家另外供應(yīng)。右圖是變頻器安裝時的連接圖，圖中各選件可根據(jù)需要選用。知識拓展——變頻器外圍電器元件的選擇

1．低壓斷路器QF

（1）主要作用。一是隔離作用；二是保護(hù)作用，當(dāng)變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時，進(jìn)行過電流及欠電壓保護(hù)。

（2）選用原則。由于以下原因：①變頻器在剛接通電源的瞬間，對電容器的充電電流可高達(dá)額定電流的2～3倍；②變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流；③變頻器允許的過載能力為150%、1min。所以，為了避免誤動作，低壓斷路器的額定電流

斷路器：ＩQN≥（1.3～1.4）ＩN式中，IN為變頻器的額定電流

在工頻和變頻切換控制電路中，斷路器應(yīng)按電動機在工頻下的啟動電流來進(jìn)行選擇

IQN≥2.5IMN2．接觸器KM（1）主要作用。①可通過按鈕方便地控制變頻器的通電與斷電。②變頻器發(fā)生故障時，可自動切斷電源，并防止掉電及故障后的再啟動。請不要用接觸器啟動和停止變頻器，這樣將降低變頻器的壽命。（2）選擇原則。由于接觸器自身并無保護(hù)功能，不存在誤動作的問題，故選擇原則是主觸點的額定電流IKN≥IN。注意輸入側(cè)KM1：ＩKM≥ＩN輸出側(cè)

KM2：ＩKM≥1.5ＩMN3．制動電阻（1）連接專用外置型制動電阻器。①外置型制動電阻器的連接。使用變頻器驅(qū)動的電機通過負(fù)載旋轉(zhuǎn)時或者需要急速減速時，需要在外部安裝專用制動電阻器（FR-ABR）。專用制動電阻器（FR-ABR）連接到端子P/+、PR，如圖3-6（a）所示。3．制動電阻②外置型制動電阻器（FR-ABR）的保護(hù)。為防止外置型制動電阻器（FR-ABR）在高頻度使用時過熱、燒損，建議使用熱敏繼電器對其進(jìn)行保護(hù)，如圖3-6（b）所示。在圖3-6（b）中，一旦制動電阻R過熱，熱敏繼電器熱元件FR檢測到其溫度超過設(shè)定溫度，其常閉觸點斷開，接觸器KM線圈失電，其三對主觸點斷開，將變頻器一次側(cè)的電源切除。3．制動電阻（2）制動單元（FR-BU2）的連接。如圖3-6（c）所示，為了提高減速時的制動能力，連接FR-BU2制動單元選件。2024/9/13任務(wù)3.2變頻器的同步運行控制電路任務(wù)導(dǎo)入

在紡織、印染以及造紙機械中，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，往往劃分成許多個加工單元，每個單元都有各自獨立的拖動系統(tǒng)，如圖3-7所示，如果后面單元的線速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積；反之，如果后面單元的線速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。因此，要求各單元的運行速度能夠步調(diào)一致，即實現(xiàn)同步運行。（1）統(tǒng)調(diào)（2）微調(diào)（3）單獨調(diào)試2024/9/131．運行要求（1）3臺變頻器的電源通過接觸器KM由控制電路控制。（2）按下SB1的上電按鈕，接觸器KM得電并自鎖，接觸器的3對主觸點閉合，保證變頻器持續(xù)通電。

（3）按下SB3的運行按鈕，中間繼電器KA得電并自鎖，其常開觸點閉合，3臺變頻器上的5端子閉合，保證變頻器連續(xù)運行，且運行過程中變頻器不能斷電。

（4）SB4停止按鈕只用于停止變頻器的運行，而不能切斷變頻器的電源。

（5）任何一個變頻器故障報警時都要切斷控制電路，從而切斷變頻器的電源。相關(guān)知識——模擬電壓輸入端子控制的同步運行2024/9/132．電路的設(shè)計接觸器KM控制3變頻器通電、斷電中間繼電器KA控制3變頻器運行電位器控制3臺變頻器調(diào)速2024/9/133．參數(shù)設(shè)置3臺變頻器均需設(shè)置如下參數(shù)。Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=5s，加速時間。Pr.8=5s，減速時間。Pr.9=2.5A，電子過電流保護(hù)，一般設(shè)定為變頻器的額定電流。Pr.160=0，擴展參數(shù)。Pr.73=1，端子2輸入0～5V電壓信號。Pr.125=50Hz，端子2頻率設(shè)定增益頻率。Pr.158=1，使AM端子輸出頻率信號。Pr.55=50，輸出頻率監(jiān)視值輸出到端子AM時的滿刻度值為50Hz。Pr.178=60，端子STF設(shè)定為正轉(zhuǎn)端子。Pr.192=99，將變頻器輸出端子A、B、C設(shè)置為異常輸出功能。Pr.79=2，選擇外部運行模式。電位器控制變頻器同步運行的缺點？2024/9/13任務(wù)實施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機3臺按鈕接觸器三菱FR-D740變頻器1臺2024/9/131．運行要求（1）3臺變頻器要同時運行，運行速度一致，且調(diào)速通過各自的升降速端子實現(xiàn)，即3臺變頻器的升降速端子要由同一個器件控制。（2）3臺變頻器能通過各自的升降速端子微調(diào)輸出頻率。（3）3臺變頻器的規(guī)格型號、加/減速時間必須相同。（4）任何一臺變頻器故障報警時均能切斷控制電路，變頻器主電路由KM斷電。（5）各臺變頻器的輸出頻率要由面板上的LED數(shù)碼顯示屏或數(shù)字頻率表進(jìn)行指示。（6）此控制電路多應(yīng)用于控制精度不很高的場合，如紡織、印染、造紙等多個控制單元的聯(lián)動傳動中。2024/9/132．硬件電路接觸器KM：控制3臺變頻器上電；中間繼電器KA：控制3臺變頻器啟動；KA1：控制3臺變頻器同步升速；KA2：控制3臺變頻器同步降速；按鈕SB11、SB21、SB31分別對3臺變頻器進(jìn)行升速微調(diào)；按鈕SB12、SB22、SB32分別對3臺變頻器進(jìn)行降速微調(diào)；將3臺變頻器輸出端B、C串聯(lián)在一起，一旦有一臺變頻器故障，就切斷電源2024/9/133．參數(shù)設(shè)置每一臺變頻器的參數(shù)設(shè)置如下。Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=5s，加速時間。Pr.8=5s，加速時間。Pr.160=0，擴展參數(shù)。Pr.59=1，將變頻器的RH端子預(yù)置為升速端子，RM端子預(yù)置為降速端子。Pr.158=1，使AM端子輸出頻率信號。Pr.55=50，輸出頻率監(jiān)視值輸出到端子AM時的滿刻度值為50Hz。Pr.178=60，將STF預(yù)置為正轉(zhuǎn)啟動端子。Pr.192=99，將變頻器輸出端子A、B、C設(shè)置為異常輸出功能。Pr.79=2，選擇外部運行模式。2024/9/134．運行操作（1）按下通電按鈕SB1，KM線圈得電并自鎖，3對主觸點閉合，3臺變頻器上電。按下運行按鈕SB3，KA線圈得電并自鎖，其常開觸點閉合，3臺變頻器的正轉(zhuǎn)端子5閉合，變頻器開始運行。此時，按下升速按鈕SB5，KA1線圈得電，KA1的常開觸點閉合，3臺變頻器的升速端子6閉合，3臺變頻器同步升速，松開按鈕SB5，變頻器以一定頻率保持運行；按下降速按鈕SB6，KA2線圈得電，KA2的常開觸點閉合，3臺變頻器的降速端子7閉合，3臺變頻器同步降速，松開按鈕SB6，變頻器以一定頻率保持運行。在變頻器運行過程中，注意觀察3臺頻率表顯示的頻率是否相同。（2）按下停止按鈕SB4，KA線圈失電，其常開觸點復(fù)位，3臺變頻器停止運行。按下斷電按鈕SB2，KM線圈失電，把3臺變頻器的電源切除。將2個頻率表FA、FB并聯(lián)于輸出端子AM和5之間。這時，還需要進(jìn)行以下參數(shù)預(yù)置。Pr.158

=

1（使AM端子輸出頻率信號）。Pr.55

=

50（使輸出頻率表的量程為0～50Hz）。知識拓展——升、降速端子實現(xiàn)兩地控制

2024/9/13任務(wù)3.3變頻器的工頻切換控制電路任務(wù)導(dǎo)入

變頻控制系統(tǒng)一般都會設(shè)置兩種工作方式，即變頻運行工作方式和工頻運行工作方式。其控制要求如下。（1）用戶可根據(jù)工作需要選擇“工頻運行”或“變頻運行”。（2）在“變頻運行”時，一旦變頻器因故障而跳閘時，可自動切換為“工頻運行”方式，同時進(jìn)行聲光報警。1.切換電路圖及輸入輸出端子設(shè)定KM1、KM2控制工頻運行KM1和KM3控制變頻運行相關(guān)知識——變頻器內(nèi)置工頻切換功能

1．切換電路圖及輸入輸出端子設(shè)定（1）控制電源輸入端。R1、S1端子必須如上圖所示進(jìn)行連接。（2）控制信號輸入輸出端子設(shè)定及功能。*1所標(biāo)的3個輸出端子必須由Pr192～Pr194（輸出端子功能選擇）設(shè)定其功能。*2輸出端子IPF、OL、FU屬于集電極輸出，它們驅(qū)動接觸器KM1、KM2和KM3的線圈時必須采用直流電源驅(qū)動，并且需要在每個線圈上并聯(lián)反向保護(hù)二極管。

*3所標(biāo)的輸入端子JOG必須由Pr185設(shè)定其功能。設(shè)定值如下

Pr185=7（將JOG端子變更為OH端子，用于接受外部熱繼電器的控制信號）。Pr186=6（將CS端子用于瞬時停電自動再啟動控制）。Pr192=17（將IPF端子改變?yōu)楣ゎl切換時控制KM1線圈得電）。Pr193=18（將OL端子改變?yōu)楣ゎl切換時控制KM2線圈得電）。Pr194=19（將FU端子改變?yōu)楣ゎl切換時控制KM3線圈得電）。MRS—切換控制的允許信號。該信號為ON時，允許切換；為OFF時，不能切換。CS—切換控制的執(zhí)行信號。該信號為ON時，由工頻運行切換為變頻運行；為OFF時，由變頻運行切換為工頻運行。STF—變頻器正轉(zhuǎn)運行指令輸入端。該信號為ON時，運行；為OFF時，減速停止。JOG—接受外部故障信號的OH輸入端子。RES—復(fù)位信號輸入端。（3）電磁接觸器（KM1、KM2、KM3）的作用。

表3-1 電磁接觸器的作用電磁接觸器安裝位置動作（ON：閉合；OFF：斷開）工頻運行時變頻運行時變頻器異常時KM1電源與變頻器之間ONONOFFKM2電源與電動機之間ONOFFOFFKM3變頻器輸出與電動機之間OFFONOFF2．參數(shù)預(yù)置（1）運行模式預(yù)置。由于變頻器的切換功能只能在外部運行操作模式或組合運行操作模式下有效，因此，必須首先對運行模式進(jìn)行預(yù)置：Pr.79=2或Pr.79=3。（2）切換功能預(yù)置。Pr.135

=

1，使切換功能有效。Pr.136

=

2，使切換KM2、KM3互鎖時間為2s。Pr.137

=

1，使啟動等待時間為1.0s。Pr.138

=

1，使報警時切換功能有效。Pr.139

=

9

999，使到達(dá)某一頻率的自動切換功能失效。（3）調(diào)整部分輸入端的功能。Pr.185

=

7。Pr.186

=

6。（4）調(diào)整部分輸出端的功能。Pr.192

=

17;Pr.193

=

18;Pr.194

=

193．各輸入信號對輸出的影響

表3-2 輸入信號的功能信號使用端子功能開-關(guān)狀態(tài)MRSMRS切換是否有效ON：允許工頻-變頻運行OFF：不允許工頻-變頻運行CSCS變頻運行與工頻運行切換ON：變頻運行OFF：工頻運行STF（STR）STF（STR）變頻運行指令（工頻無效）ON：正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）OFF：停止OH將Pr.180～Pr.189中的某一個設(shè)定為“7”外部熱繼電器輸入ON：電動機正常OFF：電動機過載RESRES運行狀態(tài)初始化ON：初始化OFF：通常運行4．變頻器的工作過程首先接通MRS再接通CS接通STF，變頻器運行變頻器發(fā)生故障時，CS斷開Pr.136是互鎖切換時間Pr.137是KM3啟動時間2024/9/13任務(wù)實施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機1臺電位器按鈕接觸器三菱FR-D740變頻器1臺變頻運行工頻運行控制變頻器啟動聲光報警切換控制要點1）KM2和KM3必須可靠互鎖；

2）電動機切換到工頻時，其轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于額定轉(zhuǎn)速的80%。必須正確決定切換延時（時間繼電器KT的延時整定）。1.硬件電路2．參數(shù)設(shè)置

Pr.1=50Hz，上限頻率。Pr.2=0Hz，下限頻率。Pr.7=5s，加速時間。Pr.8=5s，減速時間。Pr.9=2.5A，電子過電流保護(hù)，一般設(shè)定為變頻器的額定電流。Pr.73=1，端子2輸入0～5V電壓信號。Pr.125=50Hz，端子2頻率設(shè)定增益頻率。Pr.178=60，端子STF設(shè)定為正轉(zhuǎn)端子。Pr.182

=62，將RH端子功能變更為RES端子功能。Pr.192=99，將變頻器輸出端子A、B、C設(shè)置為異常輸出功能。Pr.79=2，選擇外部運行模式。3.運行操作（1）工頻運行。（2）變頻運行。（3）變頻切換工頻運行。

當(dāng)變頻器正在變頻運行時，KA1、KM1、KM3線圈都得電。若此時變頻器因故障而跳閘，則B、C間斷開，接觸器KMl和KM3均斷電，變頻器和電源之間，以及電動機和變頻器之間，都被切斷；與此同時，A、C間接通，一方面由蜂鳴器HA和指示燈HL進(jìn)行聲光報警。同時，時間繼電器KT延時后閉合，使KM2線圈通電，電動機進(jìn)入工頻運行狀態(tài)。2024/9/13任務(wù)3.4變頻器PID控制電路任務(wù)導(dǎo)入

圖3-15采用外部電位器給定目標(biāo)值，壓力傳感器的量程為0～1.0MPa，對應(yīng)4～20mA，目標(biāo)壓力為0.6MPa，電機的揚程為0.8MPa（應(yīng)該大于目標(biāo)壓力），如何設(shè)置變頻器的PID參數(shù)，才能實現(xiàn)變頻器的恒壓供水控制呢？

恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時，出水口壓力保持不變的供水方式。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施實現(xiàn)的。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛的應(yīng)用，利用內(nèi)部包含用PID調(diào)節(jié)器、單片機或PLC等器件有機結(jié)合的供水專用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵輸出流量，以實現(xiàn)恒壓供水。一、恒壓變頻供水系統(tǒng)的組成①變頻調(diào)速供水的供水壓力可調(diào)，可以實現(xiàn)全流量供水。

③水泵屬于二次方律負(fù)載，實施變頻調(diào)速后的供水系統(tǒng)，節(jié)能效果十分明顯。④供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速后，還能徹底消除水錘效應(yīng)，使水泵軸承受磨損和葉片承受的應(yīng)力減小，大大延長水泵和管道的使用壽命。②有的變頻器集成了工頻切換和多泵切換功能，這為變頻調(diào)速供水提供了充分的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。變頻供水的優(yōu)點：恒壓供水的目的:

對供水系統(tǒng)進(jìn)行的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。但流量的測量比較復(fù)雜，考慮到在動態(tài)情況下，管道中水壓P的大小與供水能力和用水流量之間的平衡情況有關(guān)，如果以安裝壓力表的位置作為分界點，把壓力表之前的流量稱為供水流量QG，壓力表之后的流量稱為用水流量QU，如下圖所示。電源壓力表水泵變頻器供水流量QG用水流量QU用水需求QU＞供水能力QG，則壓力P下降；用水需求QU＜供水能力QG，則壓力P上升；用水需求QU＝供水能力QG，則壓力不變（P

=

const）。恒壓供水的目的：保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定。

恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成

壓力給定信號反饋信號（4～20mA電流）1．系統(tǒng)中的感壓元件

●采用16位計算機的智能壓力變送器?！駱?biāo)準(zhǔn)4～20mA電流信號●支持現(xiàn)場總線電容式智能壓力變送器壓力變送器2．系統(tǒng)運行中的3個狀態(tài)（1）穩(wěn)態(tài)運行。水泵裝置的供水能力與用戶用水需求處于平衡狀態(tài)，供水壓力P穩(wěn)定而無變化，反饋信號與目標(biāo)信號近乎相等，PID的調(diào)節(jié)量為0。此時變頻器控制的電動機處在fx下勻速運行。（2）用水流量增大。當(dāng)用戶的用水流量增大，超過了供水能力時，供水壓力P有所下降，反饋信號減小，合成信號（目標(biāo)值?反饋值）增大，PID產(chǎn)生正的調(diào)節(jié)量，變頻器的輸出頻率和電動機的轉(zhuǎn)速上升，使供水能力增大，壓力恢復(fù)。（3）用水流量減小。當(dāng)用戶的用水流量減小時，供水能力小于用水需求，則供水壓力P上升，反饋信號增大，合成信號則減小，PID產(chǎn)生負(fù)的調(diào)節(jié)量，結(jié)果是變頻器的輸出頻率和電動機的轉(zhuǎn)速下降，使供水能力下降，壓力又開始恢復(fù)。當(dāng)壓力大小重新恢復(fù)到目標(biāo)值時，供水能力與用水需求又達(dá)到新的平衡，系統(tǒng)又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)運行。

2024/9/13二、PID控制功能

PID控制是閉環(huán)控制中的一種常見形式，是使控制系統(tǒng)的被控量在各種情況下都能夠迅速而準(zhǔn)確地?zé)o限接近控制目標(biāo)的一種手段。1．PID控制系統(tǒng)構(gòu)成具有內(nèi)置PID功能的變頻器。（1）反饋信號XF和目標(biāo)信號XT反饋信號XF：就是壓力傳感器實際測得的壓力信號。目標(biāo)信號XT：就是與所要求的水泵壓力相對應(yīng)的信號。無論用水量如何變化，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后，要求XF永遠(yuǎn)無限接近于XT，即始終保持供水管道中的壓力為恒值。

（2）PID控制的工作過程目標(biāo)信號與反饋信號的偏差信號為

X：

X=XT?XF

當(dāng)用水流量減小時，供水能力QG＞用水流量QU時，則供水壓力上升P↑→XF↑→合成信號

X

=

(XT?XF)＜0→變頻器輸出頻率fX↓→電動機轉(zhuǎn)速n↓→供水能力QG↓→直至壓力大小回復(fù)到目標(biāo)值、供水能力與用水流量重又平衡（QG

=

QU）時為止。當(dāng)用水流量增加，QG＜QU時，則P↓→XF↓→

X

=

(XT?XF)＞0→變頻器輸出頻率增大fX↑→電動機轉(zhuǎn)速n↑→水泵壓力P↑→QG↑→QG

=

QU，又達(dá)到新的平衡。

結(jié)論：比例控制就是當(dāng)被控變量偏離給定值產(chǎn)生偏差時，控制器的輸出能與偏差大小成比例變化關(guān)系。XT與XF之間總會一個差值，稱為靜差比例增益KP靜差ε2．PID的控制作用（1）比例控制（P）。

比例控制就是當(dāng)被控變量偏離給定值產(chǎn)生偏差時，其控制器的輸出與輸入偏差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時，系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差ε（又叫靜差）。KP越大，則XT?XF越小，XF越接近于XT。

超調(diào)與振蕩由于系統(tǒng)有慣性，因此，KP太大了，當(dāng)反饋值隨著目標(biāo)值的變化而變化時，有可能一下子增大（或減?。┝嗽S多，使變頻器的輸出頻率很容易超調(diào)（調(diào)過了頭），于是又反過來調(diào)整，引起被控量忽大忽小，形成振蕩

超調(diào)結(jié)論:

①積分控制作用輸出信號的大小不僅取決于偏差信號的大小,而且主要取決于偏差存在的時間長短。②積分控制器輸出的變化速度與偏差成正比。

③積分控制作用在最后達(dá)到穩(wěn)定時，偏差等于零。即積分環(huán)節(jié)可以有效地消除靜差。

（2）積分控制（I）

為了防止超調(diào)，可以適當(dāng)減小比例增益KP，而增加積分環(huán)節(jié)。在積分控制中，控制器的輸出與輸入偏差信號的積分成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。結(jié)論：

①微分控制輸出Δp與偏差的變化率成正比，而與偏差本身數(shù)值大小無關(guān)。②微分控制的作用是用比較大的輸出“超前”調(diào)整，克服由于積分時間過長而使恢復(fù)滯后的缺點。

（3）微分控制（D）

在微分控制中，控制器的輸出與輸入偏差信號的微分（即誤差的變化率）成比例關(guān)系。其作用是，可根據(jù)偏差的變化趨勢，提前給出較大的調(diào)節(jié)動作，從而縮短調(diào)節(jié)時間，克服了因積分時間過長而使恢復(fù)滯后的缺點。3．PID的控制邏輯負(fù)反饋

在恒壓變頻供水控制中，壓力越高（反饋信號越大），要求變頻器的輸出頻率下降，以降低電動機的轉(zhuǎn)速。這種反饋量的變化趨勢與變頻器輸出頻率的變化趨勢相反的控制方式，稱為負(fù)反饋。由于閉環(huán)控制中，負(fù)反饋控制較多，故有的變頻器把這種控制邏輯稱為正邏輯。

一般來說，在供水、流量控制、加溫時應(yīng)為負(fù)反饋，通俗講，測量值（水壓、液體流量、溫度）升高時，應(yīng)減小執(zhí)行量，反之則應(yīng)增大執(zhí)行量正反饋

反饋量的變化趨勢與變頻器輸出頻率的變化趨勢相同的控制方式，稱為正反饋。有的變頻器把這種控制邏輯稱為負(fù)邏輯。

在排水、降溫時為正反饋，測量值（水壓、溫度）升高時，應(yīng)增大執(zhí)行量，反之則應(yīng)減小執(zhí)行量。2024/9/13任務(wù)實施【訓(xùn)練工具、材料和設(shè)備】《三菱FR-D700通用變頻器使用手冊》通用電工工具一套三相異步電動機3臺按鈕壓力變送器三菱FR-D740變頻器1臺1.硬件電路

圖3-19變頻器恒壓供水接線為了進(jìn)行PID控制，請將X14信號置于ON目標(biāo)值通過變頻器端子2、5設(shè)定反饋值信號通過變頻器端子4、5輸入圖3-19是漏型邏輯接線

①如圖3-19所示，為了進(jìn)行PID控制，請將X14信號置于ON，選擇PID內(nèi)置功能有效。該信號置于OFF時，不進(jìn)行PID動作，而為通常的變頻器運行。②目標(biāo)值通過變頻器端子2、5或從Pr.133中設(shè)定，反饋值信號通過變頻器端子4、5輸入。

PID調(diào)節(jié)的依據(jù)是反饋值和目標(biāo)值之間進(jìn)行比較的結(jié)果。因此準(zhǔn)確地預(yù)置目標(biāo)值是十分重要的。主要有以下兩種方法。面板給定外接給定◆面板給定

直接通過面板上的鍵盤來給定。目標(biāo)值的確定方法通常是取目標(biāo)壓力與傳感器量程之比的百分?jǐn)?shù)。例如，在供水系統(tǒng)中所選用壓力傳感器的量程是0～1MPa，而需保持0.7MPa的壓力，則70%就是目標(biāo)值（即給定值），在三菱變頻器中，通過參數(shù)Pr.133=70%（僅限于PU和PU/EXT模式下有效）預(yù)置。◆外接給定

由外接電位器進(jìn)行預(yù)置。目標(biāo)值和所選傳感器的量程有關(guān)。

在三菱變頻器中，在外部運行模式時由變頻器10、2、5端子進(jìn)行預(yù)置，假設(shè)傳感器量程為0～1.0MPa，則對應(yīng)于0.7MPa的目標(biāo)值應(yīng)該在2、5端子間施加對應(yīng)的3.5V（5

×

70%

=

3.5V）電壓預(yù)置。

反饋值

它是通過現(xiàn)場傳感器測量的與被控物理量的實際值對應(yīng)的信號，它將被控量轉(zhuǎn)換成電壓信號或電流信號。其接線如圖：

通常是1～5V或0～5V的電壓信號

4～20mA的電流信號

在三菱變頻器中，若傳感器測得的是電流信號，反饋值需要接到變頻器的4、5端子上。2．參數(shù)設(shè)置

2．參數(shù)設(shè)置

（1）基本參數(shù)預(yù)置。①上限頻率Pr.1。水泵是二次方率負(fù)載，所以上限頻率Pr.1不應(yīng)該超過額定頻率fN。②下限頻率Pr.2。因為：1）供水系統(tǒng)有靜揚程，頻率太低，將無法供水。

2）在多臺水泵“并聯(lián)”的情況下，管路內(nèi)有一定壓力。頻率太低，變頻泵將難以供水。所以：需要預(yù)置下限頻率，通常為，Pr.2

≈25～35Hz。③加減速時間Pr.7和Pr.8。因為：1）為了徹底消除水錘效應(yīng)，加、減