電力電子與變頻技術 第2版 課件項目七：變頻器的控制與運行

項目七變頻器的控制與運行通過本項目的學習，使得學生能夠掌握變頻系統(tǒng)的組合控制電路和多檔速度控制電路的連接、調(diào)試、參數(shù)設置和控制運行。任務7.1變頻器的面板操作與內(nèi)部和外部控制運行一、教學目標：1.了解三菱A500變頻器的面板各按鍵名稱和功能2.了解三菱變頻器的控制方式和各種外接給定電路3.了解三菱變頻器的主要參數(shù)設置與運行4.了解三菱A500變頻器的PU運行和外部控制運行二、工作任務：1.三菱變頻器的基本參數(shù)及其控制方式2.三菱A500變頻器的基本參數(shù)預置與運行3.三菱A500變頻器的PU模式運行與外部控制運行三、相關知識：

1.三菱A500變頻器的面板名稱和功能變頻器的面板示意圖，面板上各按鍵的名稱如表7-1所示，表7-1A500變頻器的面板按鍵名稱和功能表7-2A500變頻器的單位顯示和運行狀態(tài)顯示說明2.三菱變頻器的控制模式變頻器按照控制方式分，可分為控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器三種，下面分別簡要敘述三種方式的基本原理。（1）控制原理（2）轉(zhuǎn)差頻率控制方式(3)矢量控制方式1)矢量控制的控制原理矢量控制是一種高性能異步電動機的控制方式，它基于電動機的動態(tài)數(shù)學模型，分別控制電動機的轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流，具有直流電動機相類似的控制性能。2)異步電動機的坐標變換交流電動機的轉(zhuǎn)子能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的原因，是因為交流電動機的定子能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。而旋轉(zhuǎn)磁動勢是交流電動機三相對稱的靜止繞組A，B，C，通過三相平衡的正弦電流所產(chǎn)生的。

以所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢相同為準則，各種磁動勢之間可以進行等效變換。三相交流繞組與兩相直流繞組可以彼此等效。圖7-3電動機的坐標變換結(jié)構(gòu)圖既然異步電動機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電動機，那么，模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，就能夠控制異步電動機了；由于進行坐標變換的是電流的空間矢量，所以通過坐標變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量變換控制系統(tǒng)，所設想的結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。圖7-4矢量變化控制系統(tǒng)的基本構(gòu)想圖3.變頻器的各種頻率參數(shù)及功能變頻器需要對各參數(shù)進行預置，才能使變頻后電動機的特性滿足生產(chǎn)機械的要求。下面介紹一些與頻率相關的參數(shù)及設置。（1）各種基本頻率參數(shù)

①給定頻率②輸出頻率2）基頻及基頻電壓1）給定頻率和輸出頻率①基頻②基頻電壓3）轉(zhuǎn)矩提升

4）上、下限頻率

5）跳躍頻率6）點動頻率（2）加速和起動

1）加速時間

2）加速模式

①線性方式②S形方式

③半S形方式

3）起動頻率（3）減速和制動

1）減速的時間和方式

①減速時間是指變頻器的輸出頻率從基本頻率減至OHz所需的時間。減速時間的給定方法同加速時間一樣，其值的大小主要考慮系統(tǒng)的慣性。慣性越大，減速時間也越長。②減速方式也有線性和S形、半S形等幾種方式。

2）直流制動（4）基本運行控制基本運行控制包括正轉(zhuǎn)運行（FWD），反轉(zhuǎn)運行（REV），停止運行（STOP）等，控制方式有兩種

1）開關狀態(tài)控制方式脈沖信號控制方式（5）多檔轉(zhuǎn)速頻率的控制

由于工藝上的要求，很多生產(chǎn)機械在不同的階段需要在不同的轉(zhuǎn)速下運行。為方便這種負載，大多數(shù)變頻器均提供了多檔頻率控制功能。它是通過幾個開關的通、斷組合來選擇不同的運行頻率。常見的形式是用3個輸入端來選擇7～8檔頻率。在變頻器的控制端子中選擇三個開關X1、X2、X3來選擇各檔頻率。一共可選擇7個頻率檔次。四、實踐指導：三菱變頻器有5種工作模式：“監(jiān)視模式”，“頻率給定模式”，“參數(shù)給定模式”，“運行模式”，“幫助模式”，連續(xù)按MODE動鍵，可在5種模式之間進行切換，如圖7-11所示（1）監(jiān)視模式

（2）運行模式（也叫操作模式）（3）頻率設定模式（4）參數(shù)設定模式（5)幫助模式2.變頻器的面板操作（1）仔細閱讀變頻器面板介紹（2）全部清除操作為了能使電動機變頻調(diào)速控制能正常進行，在使用前要進行“全部清除”操作，具體步驟如下：按下MODE鍵至運行模式，選擇PU（PU燈亮）。按動MODE鍵至幫助模式。按動▲/▼鍵至“ALLC”。按下SET鍵，（3）參數(shù)預置變頻器運行前，通常要根據(jù)負載和用戶的要求（即實際情況要求），給變頻器預置一些參數(shù)：上下限頻率以及加減速時間等。如要想將上限頻率設置為50Hz，從三菱變頻器的功能碼表查得，管控上限頻率的功能碼為Pr.1，要想把上限頻率設置為50Hz，可以通過把Pr.1設置為不同的數(shù)值來實現(xiàn)，改設Pr.1的數(shù)值的方法有兩種：方法一：1)按動【MODE】鍵至參數(shù)給定模式，此時顯示Pr...。2)按動▲/▼鍵，改變功能碼的值，使其值變?yōu)?.3)按下【SET】鍵，讀出原來的功能碼值。4)按動▲/▼鍵更改Pr.1的值，使得其數(shù)值變?yōu)?0Hz。5)按住SET鍵1.5S寫入設置的數(shù)值，此時Pr.1的數(shù)值一直為50Hz，直至下次修改此值為止。方法二：

1）按動【MODE】鍵至參數(shù)給定模式，此時顯示Pr..。

2）按下【SET】鍵，再用▲/▼鍵逐位更改功能碼到P001。

3）按下【SET】鍵，讀出原來數(shù)據(jù)。4）按動▲/▼鍵更改Pr.1的值為50Hz。以上兩種方法均可參照圖7-15。當看到顯示器交替顯示功能碼Pr.1和參數(shù)50.00時，表明參數(shù)設置已經(jīng)成功（即已經(jīng)將上限頻率預置為50Hz），否則預置失敗，必須重新預置。按照同樣方式。下限頻率設置為5Hz，即Pr.2=5Hz加速時間設置為10S，即Pr.7=10S減速時間設置為10S，即Pr.8=10S（4）給定頻率的修改如果想要改變電動機的運行速度，則必須修改給定頻率，例如要想把給定頻率修改為40Hz，則可以按照以下步驟進行：

1）按下【MODE】鍵至運行模式，選擇PU運行（PU燈亮）。2）按動【MODE】鍵至頻率設定模式。3）按動▲/▼修改給定頻率為40Hz。3.變頻器的運行（1）試運行變頻器正是投入運行前應該試運行。試運行可選擇運行頻率為5Hz點動運行，此時電動機因旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無不正常震動和噪音，能夠平滑地增速和減速。PU點動運行①按動【MODE】鍵至“運行模式”。②按動▲/▼鍵至PU點動操作（即JOG狀態(tài)）PU燈點亮。③按住REV或FWD鍵電動機旋轉(zhuǎn)，松開則電動機停轉(zhuǎn)。2）外部點動運行①按下圖接線②預置點動頻率Pr.15為6Hz。③預置點動加減速時間為Pr.16為10S。④按動【MODE】鍵選擇“運行模式”。⑤按動▲/▼鍵選擇外部運行模式（OP.nd）EXT燈亮。⑥保持起動信號（變頻器正、反轉(zhuǎn)控制端子STF或STR）為ON，即STF或STR與公共點SD接通，點動運行。3）變頻器的PU運行

PU運行：就是利用變頻器的面板直接輸入給定頻率和啟動信號，實施步驟如下：①預置基本頻率Pr.3為50Hz。②預置給定頻率為60Hz。③按下【FWD】（或【REV】）鍵，電動機起動。④用▲/▼鍵可以用來改變給定的頻率值，從而使電動機運行在不同的轉(zhuǎn)速下。4）變頻器的外部運行外部運行：就是給定頻率和起動信號，都是通過變頻器控制端子的外接線來實現(xiàn)，而不是從變頻器的操作面板輸入的。①按動【MODE】鍵至運行模式，用▲/▼鍵使其至外部運行模式，EXT燈亮。②將起動開關STF（或REV）處于ON，表示運行的RU燈點亮（如果STF和REV同時處于ON狀態(tài)，電動機將不起動）。③一直加速得到恒定速度。將頻率給定電位器慢慢旋大，顯示頻率數(shù)值從0開始慢慢增加到50Hz。④減速。將給定頻率電位器慢慢旋小，顯示頻率數(shù)值回歸到0Hz，電動機停止運行。⑤反復③、④兩步，掌握調(diào)節(jié)點位的速度以便與加減速時間相匹配。⑥要使得變頻器停止輸出，只要將起動開關STF（或REV）置于OFF。任務7.2變頻器的組合運行與多段速度運行一、教學目標：1.了解變頻器的組合運行功能2.了解變頻器的多段速度運行功能3.掌握多段速度運行與組合運行的參數(shù)的設置二、工作任務：1.三菱A500變頻器的組合運行電路的接線與參數(shù)設置2.三菱A500變頻器的多段速度運行電路的接線與參數(shù)設置三、相關知識：1.三菱A500變頻器的組合運行的參數(shù)設置組合運行操作時運用參數(shù)設置和外部接線共同控制變頻器運行的一種方法，一般而言有兩種。1)通過面板設置參數(shù)控制電動機的啟停，外部接線控制電動機的運行頻率。2)通過面板來設置電動機的運行頻率，外部接線控制電動機的啟停。第一種組合運行方式的參數(shù)設置如表7-5所示，第二種組合運行方式的參數(shù)設置如表7-6所示。參數(shù)號設定值功能Pr.793組合操作模式1Pr.150上限頻率Pr.20下限頻率Pr.350基地頻率Pr.2050加、減速基準頻率Pr.73加速時間Pr.85減速時間Pr.91電子過電流保護Pr.450高速反轉(zhuǎn)頻率Pr.550低速正傳頻率表7-5第一種方式的基本參數(shù)參數(shù)號設定值功能Pr.794組合操作模式2Pr.150上限頻率Pr.22下限頻率Pr.350基地頻率Pr.2050加、減速基準頻率Pr.75加速時間Pr.83減速時間Pr.91電子過電流保護表7-6第二種方式的基本參數(shù)設置2.三菱A500變頻器的多段速度運行的參數(shù)設置三菱A500變頻器的多段速度給定運行共有15種運行速度，通過外部端子接線的控制可以運行在不同的速度上，下面給出七段速度運行和十五段速度給定運行時的基本參數(shù)設置。表7-7是基本參數(shù)設置，在實際控制電動機運行時還需要設定七段和十五速度運行時的運行控制參數(shù)的具體設置。參數(shù)名稱參數(shù)號設定值提升轉(zhuǎn)矩Pr.05%上限頻率Pr.150Hz下限頻率Pr.23Hz基地頻率Pr.350Hz加速時間Pr.74S減速時間Pr.83S電子過電流保護Pr.93A(由電動機頻率定)加減速基準時間Pr.2050Hz操作模式Pr.793表7-7基本參數(shù)設置四、實踐指導：1.三菱A500變頻器的組合運行控制（1）外部信號控制啟停，操作面板設定運行頻率。1）電動機的變頻起組合控制接線如圖所示2）按動變頻器操作面板上的【MODE】鍵，切換到PU模式下，按照上述表7-4設置。3）設定Pr.79=3,此時“EXT”燈和“PU”燈同時亮起。4）設定Pr.4=40Hz，RH端子對應的運行參數(shù)；設Pr.6=15Hz,RL端子對應的運行參數(shù)。5）接通RH和SD端子，同時接通SD和STF，電動機正傳運行在40Hz；若接通SD和STR，則電動機反轉(zhuǎn)運行在40Hz。6）首先接RL和SD，然后接通SD和STF電動機正傳運行在15Hz，若接通SD和STR，則電動機反轉(zhuǎn)運行在15Hz。7）在“頻率設定”畫面下，設定頻率f=30Hz，僅僅接通SD和STF（或者接通SD和STR），電動機運行在30Hz。8）在兩種速度下，每次斷開SD與STF或者SD與STR，電動機均停止。9）改變Pr.4和·Pr.6的參數(shù)設置，電動機可以獲得不同的頻率，也就是說電動機會以不同的速度運行。（2）外接電位器設定頻率，通過操作面板控制電動機的起停

1）電動機與變頻器的外部接線圖依然如7-22所示，變頻器的基本參數(shù)的設置如表7-7所示。

2）設定Pr.79=4,“EXT“和”PU“燈同時亮起。

3）按下操作面板上的【FWD】鍵，轉(zhuǎn)動電位器，電動機正轉(zhuǎn)加速。

4）按下面板上的【REV】鍵轉(zhuǎn)動電位器，電動機反向加速。

5）按下【STOP】鍵，電動機停止運行。2.三菱A500變頻器的多段運行控制（1）七段速度運行的操作1）變頻器的七段速度運行的參數(shù)設定，見表7-8所示控制端子RHRMRLRM,RLRH,RLRH,RMRH,RM,RL參數(shù)號Pr.4Pr.5Pr.6Pr.24Pr.25Pr.26Pr.17設定值（Hz）15305020254510表7-8七段速度運行參數(shù)設定2）電動機變頻調(diào)速七段速度運行的操作步驟控制回路接線按照圖所示。①在PU模式下，按照表7-6設定基本參數(shù)。②設定Pr.4～Pr.6和Pr.24～Pr.27參數(shù)（在外部、組合、PU模式下均可設定）。③設定Pr.79=3，“EXT”和“PU”燈均亮。④在接通RH和SD情況下，接通STF和SD，電動機正轉(zhuǎn)在15Hz。⑤在接通RM與SD情況下，接通STF與SD，電動機正轉(zhuǎn)在30Hz。⑥在接通RL和SD情況下，接通STF與SD，電動機正轉(zhuǎn)在50Hz。⑦在同時接通RM、RL與SD的情況下，接通STF與SD，電動機正轉(zhuǎn)在20Hz。⑧在同時接通RH、RL與SD的情況下，接通STR與SD，電動機反轉(zhuǎn)在25Hz。⑨在同時接通RH、RM與SD的情況下，接通STR與SD，電動機反轉(zhuǎn)在45Hz。⑩在同時接通RH、RM、RL與SD的情況下，接通STR與SD電動機反轉(zhuǎn)在10Hz。

（2）十五段速度運行操作

在前面七段速度基礎上，再設定下面八種速度，就變成15種速度運行。其方法是：1）改變端子功能，設Pr.186=8，使得CS端子的功能變?yōu)镽EX功能。2）設定運行參數(shù)，見表7-9所示參數(shù)號Pr.232Pr.233Pr.234Pr.235Pr.236Pr.237Pr.238Pr.239設定（Hz）4048382818103626表7-9數(shù)據(jù)設定運行參數(shù)表①Pr.232～Pr.239在外部、PU、組合模式下均可設定。②Pr.232～Pr.239沒有優(yōu)先級。③基本運行參數(shù)同表7-6所示。3）各運行參數(shù)和對應接線端狀態(tài)，見表7-10所示端子名稱REXREX、RLREX、RMREX、RM、RLREX、RHREX、RH、RLREX、RH、RMREX、RM、RH、RL參數(shù)號Pr.232Pr.233Pr.234Pr.235Pr.236Pr.237Pr.238Pr.239表7-10運行參數(shù)與接線端子的對應狀態(tài)表4）運行曲線如圖7-24所示。5）操作步驟（按圖7-22所示接線）①接通REX與SD端，運行40Hz。②同時接通REX、RL與SD端，運行48Hz。③同時接通REX、RM與SD端，運行38Hz。④同時接通REX、RL、RM與SD端，運行28Hz。⑤同時接通REX、RH與SD端，運行18Hz。⑥同時接通REX、RL、RH與SD端，運行10Hz。⑦同時接通REX、RH、RM與SD端，運行36Hz。⑧同時接通REX、RL、RH、RM與SD端，運行26Hz。圖7-24八至十五段速度運行曲線圖任務7.3變頻器的PID控制運行一、教學目標：1.熟悉使用三菱A500系列變頻器的PID控制功能2.掌握三菱A500變頻器PID操作的參數(shù)設定和接線方法二、工作任務：1.三菱500變頻器的PID控制功能電路的接線方法2.三菱A500變頻器PID控制系統(tǒng)的參數(shù)設定三、相關知識：

1.三菱PID變頻控制系統(tǒng)的接線功能端子下圖是用三菱變頻器構(gòu)成的一個恒壓供水系統(tǒng)的接線端子圖，圖示畫出了主電路和控制電路的端子接線圖，為我們今后在實踐中應用變頻器實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能提供了較好的指導作用。表7-12是PID控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號端子號及其說明，表7-13是給定信號和反饋信號端子及其說明，各端子號以及詳細數(shù)據(jù)較表。（1）輸入端子信號使用端子功能說明備注輸入X14設Pr183=14，“R7”端子有效PID功能RT端子閉合，變頻器為PID控制2

“2”端子有效設定值輸入輸入PID的設定值4“4”端子有效反饋量輸入從傳感器來的4～20mA的反饋信號Pr128=20，PID負反饋SDSD輸入公共端子RT、2、4的公共端子RT、2、4的公共端子閉合有效輸出FUP設置Pr194=14“FU”端子有效上限輸出輸出指示反饋量信號已超過上限值該端子為集電極開路輸出FDN設置Pr193=15“OL”端子有效下限輸出輸出指示反饋量信號已超過下限值RL設置Pr192=16“IPF”端子有效正(反)轉(zhuǎn)方向信號輸出參數(shù)單元顯示“HI”表示正轉(zhuǎn)，顯示“LOV”表示反轉(zhuǎn)表7-12輸入輸出端子號及其信號說明項目輸入說明設定值通過端子2～5設定0V為0%,設定5V為100%當Pr73設定為1，3,5,11，13，15時端子2選擇為5V設定0V為0%,設定10V為100%當Pr73設定為0，2,4,10，12，14時端子2選擇為10V反饋值通過端子4～54mA相當于0%，20mA100%相當于表7-13給定信號和反饋信號的說明（1）變頻器PID控制系統(tǒng)的參數(shù)設置

詳細設置數(shù)據(jù)見表7-14。2.PID變頻控制系統(tǒng)參數(shù)設置（2）必設參數(shù)和調(diào)整參數(shù)Pr183-14（變頻器的PID控制端子，RT閉合，變頻器為PID控制，該端子任何變頻器必需設置，否則變頻器不能進入PID狀態(tài)）。Pr73=2（目標量給定電壓為10V，該參數(shù)必需設置，Pr73的預置值見表7-13）。Pr128=10（壓力控制，負反饋引入，該參數(shù)必需設置，Pr128的預置值見表7-14）。

2)三個調(diào)整的參數(shù)（在工作中可以調(diào)整）Pr129=500（P參數(shù)先預置為中間值，在調(diào)整中修改）。Pr130=10（I參數(shù)先設為10s，調(diào)整中修改）。Pr134=5（D參數(shù)先設為9999，不起作用）。四、實踐指導：1.三菱A500變頻器PID控制電路的的接線為了掌握變頻器的PID功能和相關參數(shù)設置，我們以設計一個供水系統(tǒng)為例來闡述如何實現(xiàn)變頻器的PID的調(diào)節(jié)功能，首先準備實踐材料和備件，一臺三菱變頻器、180W的三相異步電動機、壓力變送器、三線型電位器、給定電位器以及其他輔助工具盒材料。下面從電路的接線，變頻器系統(tǒng)的運行參數(shù)的設置和實踐注意事項幾方面說明；(1)系統(tǒng)電路的接線常規(guī)元器件的連接主要根據(jù)電工接線要求，按照圖7-31把電路連接起來便可以了，下面針對反饋信號和壓力變送器及其連接做一下簡要介紹。1)反饋信號的接入方法反饋信號的接入常有兩種方法：①變頻器在使用PID功能時,將傳感器測得的反饋信號直接接到給定信號端,其目標量由鍵盤給定。②有的變頻器專門配置了獨立的反饋信號輸入端,有的變頻器還為傳感器配置了電源,這類變頻器的目標值可以由鍵盤給定,也可以從給定輸入端輸入。(2)常見的壓力變送器及其接線1)遠傳壓力表其基本結(jié)構(gòu)是在壓力表的指針軸上附加一個能夠帶動電器的滑動觸頭裝置。因此從電路器件的角度看,實際上是一個電阻值隨壓力變化的·電位器。使用時，需要另外設計電路，將壓力的大小轉(zhuǎn)換成電壓和電流信號。遠傳壓力表的價格低廉，但是由于電位器的滑動觸頭總在一個地方摩擦，故壽命較短。2)壓力傳感器其輸出信號隨壓力而變化的電