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变频器应用与维修活页教材变频器应用与维修浙江机电职业技术学院前 言本书为国家精品课程建设阶段性成果，也是国家示范性高职院校建设项目成果。根据高职自动化类专业的培养目标和特点，参照自动化类专业学生所从事的变频器相关的工作岗位所必须具备的职业能力要求，以培养学生变频器实际操作技能、工程实施能力、维修维护能力及其自主学习、职业素养培养为目的，并结合编者长期的工程实践和教学经验，我们编写了本书。根据变频器的制造、应用工程、操作及维护维修3类工作岗位，结合“先易后难、先简单后复杂、核心技能多重循环”的教学要求，以完成工作任务为主线，精心安排学习内容。教学内容选取与安排体现以下特点：1. 教学内容“源于岗位且高于岗位” 以典型工作任务及其工作过程为依据，结合认知规律，整合、序化课程结构。工程实例来自由企业工程设计调试人员提供并经教师和企业人员共同归纳、提炼加工及实施。2. 考核以“能否胜任工作任务、能否解决问题”为重点重视过程性考核、多元考核、量化指标和感性指标相结合等，切实推进学生对“习惯养成、能力培养”的重视。3. 适合“教、学、做一体”教学方法每个学习项目或工作任务具有可操作性，包括：目标、知识准备（应用背景、相关知识、控制电路、参数设置）、实际操作、总结与自我测试等。在编写过程中，得到了杭州通灵自动化有限公司邵建群工程师、杭州大仁科技有限公司羊建平工程师、杭州德力西变频器有限公司段龙高级工程师等同志的大力帮助，在此表示衷心的感谢！同时，也感谢有关参考资料和文献的作者们！ 编者目 录学习情境1-变频器操作与认识任务1-变频器结构认识任务2 安装与接线任务3 面板操作与参数设置学习情境2-变频器的基本应用任务1-正转连续控制任务2-正反转控制任务3-点动控制任务4-异地控制任务5-多段速控制任务6-PID控制任务7-工频/变频切换任务8-网络控制学习情境3-变频器的典型工程实施任务1-变频器恒压供水系统任务2-塑料软管生产线变频器集中控制任务3-数控车床的变频器主轴控制任务4-变频器在电梯中的应用学习情境4-变频器的维护与维修任务1-器件的选型与测试任务2-主电路维修任务3-接口电路维修任务4-整机测试任务5-日常维护与保养附录1 E540变频器参数设置参考附录2 E540变频器故障代码表附录3 变频器主电路参考图纸学习情境1 变频器操作与认识【学习目标】通过情境三个任务的学习，了解变频器的基本功能、基本结构，会操作变频器。知识目标：.熟悉变频器的基本功能、种类、特点、应用状况；.了解国内、外常见变频器的性能；.了解变频器的基本工作原理；.熟悉变频器的接口特性、面板操作方法和基本参数功能。 技能目标：. 能完成变频器的基本接线. 能进行面板操作和参数操作。 方法目标：会阅读相关变频器的产品使用手册；会根据用户要求选用合适的变频器； . 初步具备节能意识和环保意识。任务1 变频器结构认识任务描述 通过观察、操作、查阅资料，了解变频器的功能特性、外部结构、内部组成、铭牌参数、应用背景等。 1. 熟悉FR-E540变频器的型号、参数等；2. 熟悉FR-E540变频器外部接口信号端子的名称、功能等；3. 查阅手册，熟悉实验室制定的变频器的主要功能、技术参数、工作环境等。 图1-1 FR540变频器外观图知识准备变频器通常是指将频率固定的工频交流电，变换成频率可调的三相交流电的电力控制装置。下面以通用变频器为例，简要介绍变频器的基本原理、内外部结构、功能特点及其主要应用领域。1.1 异步电动机调速基础知识1.1.1 异步电动机调速基本原理根据电机学原理，异步电动机转速的计算公式如下： （1-1）其中，为电流的频率（Hz）；为电机磁极对数；为转差率；为同步转速（r/min）。式（1-1）中， （1-2） （1-3）由式（1-1）可知，异步电动机的调速方法主要有三种：1）改变转差率 通常只能在绕线式异步电动机中使用，在转子绕组回路中串入电阻，通过改变电阻值，可以改变转差率大小。电阻值越小，转差率越小，转速越高。调速范围一般为3：1。2）改变磁极对数 磁极对数可变的交流电动机称为多速电动机。通常磁极对数设计成4/2、8/4、6/4、8/6/4等几种。磁极对数只能成对改变，无法实现无级调速。3）改变频率 通过改变电源三相交流电压（或电流）的频率，实现交流电动机的调速。能改变电源频率的装置称为变频器。上述三种调速方法各有特点，其中变频调速应用最为广泛。1.1.2 变频调速基本原理在实际调速中，单纯改变频率是不够的，还要考虑负载等因素的影响。交流电动机的主磁通（式1-4）、输出转矩（式1-5）满足下列关系：磁通 （1-4）转矩 （1-5）由上式可知，在电源电压U1不变的情况下，电动机的磁通将随频率的变化而变化。而在一般电动机设计时， 值通常是根据工频额定电压的运行条件确定的，为了充分利用电动机的铁芯，通常把磁通量选在接近磁饱和的数值上。因此，在变频调速过程中，如果频率从工频往下调，由式1-4可知，将增加，导致电动机的磁路过饱和，励磁电流增加，铁心过热，功率因素下降，电动机的带负载能力降低；而如频率升高，电动机的磁通减小，将导致输出转矩T下降，最大转矩也降低，严重时将使电动机堵转(停车)。为了避免出现上述问题，在改变频率的同时，必须保持磁通不变，即保持U1/f1不变。这种在改变频率的同时，协调控制电压以保持U1/f1不变的控制方式，称之为UF控制，其目的是维持磁通不变。见图1-2。图1-2 UF控制方式示意图在实际控制时，要考虑两种情况：在基频fN(如50 Hz)以下调速时，由于U和f都较小，定子绕组的感抗也小，使得定子内阻的压降相对增加，则电动机转矩不仅无法维持，反而下降。为此，必须通过检测定子电流来适当提高U，以补偿定子的电压损失，所以这种调速近似为恒转矩调速。 在基频fN以上调速时，由于电动机受到定子绕组绝缘强度的限制，U不允许超过UN(额定电压)，所以随着f的升高反而下降，导致转矩T减小。同时，电动机的同步机械角速度（=2f/Pd）随f升高而增加。由电动机的功率Pd=T可知，这种调速近似为恒功率调速。一般来说，若电动机需要低于额定转速运行时，可采用恒转矩调速；若电动机需要高于额定转速运行时，应采用恒功率调速。变频器提供有多种的Uf曲线，用户可根据电动机的负载性质和运行状况加以设定。 1.2 变频器的分类目前国内外变频器种类很多，可按以下几种方式分类。（1）按变换环节分类 交-直-交变频器 交一直一交变频器又称为间接变频器。首先将频率固定的交流电整流成直流电，经过滤波，再将平滑的直流电逆变成频率连续可调的交流电。目前，此种变频器应用最为广泛。图1-3所示为交一直一交变频器原理框图。图1-3 交一直一交变频器原理框图 交-交变频器 交一交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电。其主要优点是没有中间环节，变换效率高，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/20以下，故它主要用于低速大容量的拖动系统中。图1-4所示为交一交变频器原理框图。图1-4 交一交变频器原理框图（2）按电压等级分类低压型变频器 这类变频器电压单相为220-240 V，三相为220 V或380-460V。通常用200 V类、400 V类来标称这类变频器。容量一般为0.2-500 kW。因此，这类变频器又称做中小容量变频器。高压型变频器 它有两种形式，一种采用升降压变压器形式的，称之为“高一低一高”式变频器，亦称做间接高压变频；另一种采用高压大容量 GTO晶闸管或晶闸管功率元件串联结构，无输人、输出变压器，也称做直接高压变频器。（3）按电压的调制方式分类 PAM （脉幅调制） 所谓PAM，是Pulse Amplitude Modulation的简称，它是通过调节输出脉冲的幅值来调节输出电压的一种方式，调节过程中，逆变器负责调频，相控整流器或直流斩波器负责调压。目前，在中小容量变频器中很少采用，这种方式基本不用。 PWM （脉宽调制） 所谓PWM，是Pulse Width Modulation的简称，它是通过改变输出脉冲的宽度和占空比来调节输出电压的一种方式，调节过程中，逆变器负责调频调压。目前，普遍应用的是SPWM方式，即脉宽按正弦规律变化的正弦脉宽调制方式。中小容量的通用变频器几乎全部采用此类型的变频器。图1-5 所示为SPWM脉宽调制方式调压时输出的波形.图1-5 脉宽调制方式调压时输出的波形（4）按滤波方式分类 电压型变频器 在交一直一交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下可以等效成一个内阻抗为零的恒压源，输出的交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置称做电压型变频器。一般的交一交变压变频装置虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压型变频器。 电流型变频器 在交一直一交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置称作电流型变频器。有的交一交变压变频装置用电抗器将输出电流强制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它也是电流型变频器。（5）按输入电源的相数分类 三进三出变频器 变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电，绝大多数变频器都属于此类。 单进三出变频器 变频器的输人侧为单相交流电，输出侧是三相交流电，家用电器里的变频器都属于此类，通常容量较小。（6）按控制方式分类U/F控制变频器 U/F控制是在改变变频器输出频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的主磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率和功率因数保持不变。因为是控制电压和频率的比，所以称为U/F控制。它是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，是目前通用变频器中使用较多的一种控制方式。转差频率控制变频器 转差频率控制需检测出电动机的转速，构成速度闭环。速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定输出频率。转差频率控制是指能够在控制过程中保持磁通中f1的恒定，能够限制转差频率的变化范围，且能通过转差频率调节异步电动机的电磁转矩的控制方式。与U/F控制方式相比，加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，还有速度调节器，它是利用速度反馈进行速度闭环控制。速度的静态误差小，适用于自动控制系统。矢量控制方式变频器 上述的UF控制方式和转差率控制方式式的控制制思想都建立在异步电动机的静态数学模型上，因此动态性能指标不高。而矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，它基于电动机的动态模型，分别控制电动机的转矩电流和励磁电流，具有直流电动机相类似的控制性能。采用矢量控制方式的目的，主要是为了提高变频器调速的动态性能。直接转矩控制 直接转矩控制是继矢量控制之后发展起来的另一种高性能的异步电动机的控制方式，该技术在很大程度上解决了矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动态性能得到了迅速发展。不同于矢量控制，直接转矩控制具有鲁棒性强、转矩动态响应好、控制结构简单、计算简便等优点，在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题。然后作为一种新技术，自然有其不完善之处，一是在低速区，由于定子电阻的变化带来了一系列的问题，主要是电子电流和磁链的畸变非常严重；二是低速区转矩脉动大，因而限制了调速范围。目前，直接转矩控制已成功应用于电力机车牵引的大功率交流传动上。（7）按用途分类通用变频器 低频下能输出大力矩功能，载频任意可调，调节范围为112kHZ。有很强的抗干扰能力，噪声小。也有采用空间电压矢量随机PWM控制方法的，功率因数高，动态性能好，转矩大，噪声低。还有的设三段速、四段速、八段速没调节，具有转速提升功能和失速调节功能，能模拟通道及端子触发方式选择功能。通用型变频器是用途最为广泛的变频器. 风机、泵类专用变频器。这类变频器具有无水、过压、过流、过载等保护功能。水泵控制时，采用“一拖一”、“一拖二”控制模式。V/F补偿曲线更加适合风机泵类的负载特性内置PID调节器和软件制动功能模块。变频器运行前的制动保护功能，保护变频器和风机泵类不受损害。注塑机专用变频器。注塑机专用变频器具有更强的过载能力，有更高的稳定性和更快的响应速度，且抗干扰性强。具有隔离双通道模拟输人，提供电压型或电流型分离变量的加权比例控制，控制灵活。具有模拟量输人输出补偿的电流补偿功能，可提供丰富富多彩的补偿方法和补偿参数。其他专用变频器。如电梯专用变频器、能量可回馈变频器、地铁机车变频器、络纱机专用变频器等。1.3 变频器的组成 变频器是把电压、频率固定的交流电压变成电压、频率可调的交流电的一种电力电子装置。图1-6所示为“交一直交”变频器的结构示意图。图1-6 “交一直交”变频器的结构示意图变频器通常由整流电路、直流中间电路、逆变电路、可控频率三相交流电源输出电路、控制电路和保护电路等构成。1）整流电路 整流电路用于将工频交流电变换为直流电；2）直流中间电路 直流中间电路用于提供稳定的直流电源(恒压或恒流)，有的变频器还提供交流电动机反馈制动时的再生电流通路；3）逆变电路 逆变电路主要是将直流电源变换为频率和电压均可控的三相交流电源。4）交流输出电路 交流输出电路，一般包括输出滤波电路、驱动电路以及反馈电路等。上述这些电路部分通常称为主电路。控制电路的功能是按要求产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变器开关管的导通和关断，从而配合逆变电路完成逆变任务。在变频技术中，控制电路和逆变电路同样重要，都是衡量变频器质量的重要指标。控制电路大多采用计算机技术，以实现自动控制和增强变频器的功能。保护电路主要包括输入和输出的过压保护、欠压保护、过载保护、过流保护、短路保护、过热保护等。在不少应用场合，变频器自身还有过速保护、失速保护、制动控制等辅助电路。详见图1-7。图1-7 通用变频器内部结构组成框图图1-2 变频器内部组成框图1.4 变频器的应用领域现代工业对节能的重视以及变频调速技术的飞速发展，使变频器的应用范围得到扩大。早期一直由直流调速占领的应用领域，已经逐步被交流变频调速所取代。原来直流调速难以应用的超大容量、极高转速和环境恶劣的场所，现在由变频器发挥了作用；原来使用交流传动但不能调速的领域，通过采用变频调速系统，不仅具有良好的调速性能，而且大大节约了能源。因为变频调速具有节约能量损耗，提高生产效率和提升产品质量等主要特点，所以它的应用场合遍及国民经济的各行各业，主要涉及冶金机械、电气牵引、数控机床、矿井提升机械、起重和装卸机械、建筑电气设备、纺织和食品机械、家用电器等领域。下面举一应用实例-变频器在高炉卷扬机中的应用。在冶金高炉炼铁生产线上，一般是通过生产机械将炉料从地面运送到炉顶，如图1-8所示。在工作过程中，两个料车交替上料，共用一个卷扬机拖动，以节约能耗。因此，要求卷扬机能够频繁起动、制动、停车、反向运行，在运行过程中转速平稳，能够按照一定速度曲线运行，而且具有高可靠性以及较宽的调速范围。为此，选用一台变频器作为控制设备，可较好满足上述要求，而且便于控制操作。图1-8 变频器在高炉卷扬机中的应用根据高炉卷扬机的工作要求和电动机特性，选择相应变频器。例如高炉卷扬机调速范围通常为1：10，对应变频器的工作频率范围为550 Hz；高炉卷扬机的料车为摩擦性恒转矩特性，拖动电动机在低频时的有效转矩必须满足它的要求。因此要求变频器有恒转矩工作方式，同时变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择，即变频器的额定电流大于电动机的最大工作电流。除此之外，保护是卷扬机的重要环节，在拖动系统中应绝对保证安全可靠，而且高炉炼铁生产现场环境较为恶劣，所以要求系统还应有必要的故障检修和诊断功能。任务实施 一、变频器的外观结构认识图1-9 FR-540E变频器的外部结构前视图1. 外观与结构认识图1-9为FR-540E变频器的外部结构前视图。容量铭牌位于前盖板上，指示变频器的型号、容量及其编号。额定铭牌位于机身侧面，指示变频器的型号、输入参数、输出参数、序列号等。如图1-10所示。图1-10 FR-540E变频器的容量铭牌和额定铭牌 图1-11列出了变频器容量铭牌上各参数的含义。图1-11 变频器容量铭牌含义 拆掉前盖板和辅助板，可看到变频器各接口插座，如图1-12所示。图1-12拆掉前盖板和辅助板后结构图 1）PU接口 用于连接选件FR-PA02-02(操作面板)、FR-PU04以及RS485通信接口。2）控制回路端子排 变频器的控制信号输入/输出端子，每个接线排有11个控制端子，两排共22个控制端子。3）主回路端子排 L1、L2、L3为三相交流电源输入端子；U、V、W为输出接线端子,接三相电动机；-、P1之间接直流电抗器，+、PR之间接制动电阻器。如图1-13所示。图1-13 主回路端子排自己动手练一练：找到变频器的容量铭牌与额定铭牌，根据铭牌填写下表。表1-1 记录表单1-变频器的容量铭牌与额定铭牌查看记录号项目内容记录号项目内容1生产厂家5容量2型号6额定输入电流3输入电压相数7额定输出电流4输入电压等级82. 操作面板认识 图1-14是FR540的操作面板图。图1-14 操作面板查阅手册，熟悉变频器操作面板的操作键功能。各按键说明如表1-2所示。表1-2 操作键说明按 键说明正转运行指令键可用于选择操作模式或设定模式用于确定频率和参数的设定用于连续增加或降低运行频率按下这个键可改变频率在设定模式中按下此键则可连续设定参数用于给出正转指令用于给出反转指令用于停止运行用于保护功能动作输出停止时复位变频器二、外围电路和接线端子认识变频器单独不能运行，选择正确的外部设备正确的连接以确保正确的操作，不正确的系统配置和连接会导致变频器不能正常运行，显著地降低变频器的寿命甚至会损坏变频器。1.参考图1-15检查实训电路接线，绘制变频器主电路和控制电路图。图1-15变频器外围器件图注：在下面空白处画绘制电路图：绘制电路图区2. 查阅手册，说明上图中各器件在电路中的功能和作用表1-2 典型外围器件功能编号器件名称功能作用编号器件名称功能作用【学习小结】 变频器通常是指将频率固定的工频交流电，变换成频率可调的三相交流电的电力控制装置。变频器通常由整流电路、直流中间电路、逆变电路、可控频率三相交流电源输出电路、控制电路和保护电路等构成。其中，整流电路用于将工频交流电变换为直流电。直流中间电路用于提供稳定的直流毛源(恒压或恒流)，有的变频器还提供交流电动机反馈制动时的再生电流通路。逆变电路主要是将直流电源变换为频率和电压均可控的三相交流电源。交流输出电路，一般包括输出滤波电路、驱动电路以及反馈电路等。目前国内外变频器种类很多，可按以下几种方式分类：按变换环节分，有交-直-交变频器、交-交变频器；按电压等级分，有低压型变频器、高压型变频器；按电压的调制方式分，有 PAM （脉幅调制）、PWM （脉宽调制）；按滤波方式分，有 电压型变频器、电流型变频器；按输入电源的相数分，有三进三出变频器变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电、单进三出变频器变频器的输人侧为单相交流电，输出侧是三相交流电；按控制方式分，V/F控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制方式变频器、直接转矩控制；按用途分，有通用变频器、风机、泵类专用变频器、注塑机专用变频器、其他专用变频器：如电梯专用变频器、能量可回馈变频器、地铁机车变频器、络纱机专用变频器等。【自我评估】 1. 什么电动机额定容量单位是kW? 而变频器额定容量单位是kVA？ 2. 什么是V/F控制？变频器在变频的同时为什么要变压？ 3. V/F控制和矢量控制有什么区别？各有何特点？4. 列举变频器的用途。5. 查阅资料，简述你所用的变频器的功能特点。任务2 安装与接线任务描述 通过观察、实际操作、查阅资料、听课，掌握变频器的主回路、控制回路等各接线端子的功能，实际安装变频器并完成接线。1. 掌握变频器的安装工艺； 2. 设计、绘制变频器控制基本电气原理图；3. 按照规范要求，完成接线并上电试运行。知识准备 2.1 变频器的安装要求 为了使变频器能稳定可靠地工作，充分发挥性能，必须确保设置环境能充分满足电气标准和国家标准对变频器所规定的允许值。 1）环境温度要求 温度是影响变频器寿命及其可靠性的重要因素，一般要求为-1040。如散热条件好，则上限温度可提高到50，否则应安装空调。 2）环境湿度要求 相对湿度不超过90%（无结露现象）。 3）安装场所要求 宜在海拔1000m以下使用。如海拔过高，则其散热能力会下降，从而影响变频器的性能，使用时应降低最大输出电流和电压。在室内使用时，安装位置应选择无直射阳光、无腐蚀性气体及易燃气体、尘埃少的环境。潮湿、腐蚀性气体及尘埃是造成变频器内部电子器件生锈、接触不良、绝缘性能下降的重要因素。对于有导电性尘埃的场所，要采用封闭的结构。对有可能产生腐蚀性气体的场所，应对控制板进行防腐处理。 请安置在不易受震动的地方（5.9m/s2 以下），注意台冲床等的震动。4）在两台或两台以上变频器以及通风扇安装在一个控制内时应注意正确的安装位置以确保变频器周围温度在允许值以内如安装位置不正确会使变频器周围温度上升降低通风效果。2.2 变频器的安装方法（1）柜式安装当周围尘埃较多时，或其他控制电器与变频器安装在一起时，通常采用柜式安装。柜式安装需要考虑柜内散热、通风、抗干扰设计等问题。具体安装方法：1)在比较洁净、尘埃很少时，尽量采用柜外冷却方式。如图116(a)所示；2)如果采用柜内冷却时，应在柜顶加装抽风式冷却风扇。冷却风扇的位置应尽量在变频器的上方，如图116(b)所示。 3）当一台控制柜内装有两台或两台以上变频器时，应尽量并排安装(横向排列)，如图117(a)所示；如必须采用纵向排列时，则应在两台变频器间加一块隔板，以避免下面变频器出来的热风直接进入到上面的变频器内，如图1-17(b)所示。 图1-16 柜式安装变频器冷却方式 图1-17 两台变频器在电气柜中的安装（a）柜外领冷却 （b）柜内冷却 （a）横向排列 （b）纵向排列变频器在控制柜内切勿上下颠倒或平放安装，变频控制柜在室内的空间位置，要便于变频器的定期维护。图1-18 墙挂式安装的变频器周围的间隙要求（2）墙挂式安装 由于变频器本身具有较好的外壳，故在一般情况下，允许直接靠墙安装，称为墙挂式。如图所示1-18所示。为了具有良好的通风，变频器与周围阻挡物之间的距离应符合以下要求：1）两侧大于或等于100mm；2）上下方大于或等于150mm。3）为了防止异物掉在变频器的出风口而阻塞风道，最好出风口的上方加装保护网。2.3 变频器的接线要求2.3.1 主电路电缆选择 主电路线路包括变频器与电源、变频器与电动机之间的线路。 （1）电源与变频器之间的导线 电源与变压器之间的导线的选择方法和同容量普通电动机的电线选择方法相同，考虑到变频器输入侧的功率因素较低，线径可 （2）变频器与电机之间的导线变频器输入电流的有效值往往比电动机的电流大。变频器与电动机间的电缆铺设距离越长，则电压降越大，有时会引起电动机转矩不足。特别是当变频器输出频率低时，其输出电压也低，电压降所占的比例会增大。变频器与电动机间的压降以额定电压的2为允许值，可依此选择电缆。在采用专用变频器时，如果有条件补偿变频器的输出电压，取额定电压的5左右为允许值。允许压降给定时，主电路电缆的电阻值必须满足下式：式中 Rc单位长电缆的电阻值(彤km)； u-允许线间电压降(V)； L1相电缆的铺设距离(m)； I-电流(A)。 实际进行变频器与电动机之间的电缆铺设时，根据计算出的RC值，从厂家提供的相关资料中选用电缆，见表1-3。表1-3列出的常用电缆的电阻电缆截面积/mm223.55.591422305090100125导体电阻/(/km)9.245.203.332.311.300.9240.6240.3790.2290.1900.1442.3.2 控制电路的接线要求 （1）模拟量控制线 模拟量控制线主要包括：输入侧的给定信号与反馈信号线，输入侧的频率信号线和电流信号线。 模拟量信号的抗干扰能力较差，因此必须使用屏蔽线。屏蔽线靠近变频器一侧应接控制电路的公共端（COM），而不是接到变频器的地端（E）或大地，屏蔽层的另一端应悬空。 布线时还应遵循以下原则： 1）尽量远离主电路100mm以上； 2）尽量不要和主电路交叉，必须有交叉时，应采取垂直交叉的方法。 （2）开关量控制线 启动、点动、正转、反转等控制信号属于开关量信号。开关量控制信号的抗干扰能力比模拟信号要强，因此在距离不远时，可以不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须双绞在一起。2.3.3接地 变频器专门有一个接地端子“E”，用户应将此端子与大地相接。2.4 变频器外部接口电路电路 变频器的外部接口电路通常包括逻辑控制指令输入电路、频率指令输入/输出电路、过程参数检测信号输入/输出和数字信号输入/输出电路，如图1-19所示。图1-19 变频器外部接口电路2.4.1. 主电路接线端子和接地端子 E540变频器主电路接线端子主要有电源输入端子、变频器输出端子及其连接制动单元或制动电阻的接线端子，接线端子排列如图1-20所示，表列出了各接线端子的详细说明。图1-20 主电路接线端子和接地端子排列表1-4 主电路接线端子和接地端子端子标记端子名称说明L1,L2,L3电源输入连接工频电源，当使用高功率因数整流器时不要接任何东西U, V, W变频器输出接三相电动机+,PR连接制动电阻在端子+与PR之间，连接选件制动电阻器+，-连接制动单元连接选件制动单元或高功率因数整流器+，P1连接改善功率因数的DC电抗器拆开端子+与-P1间的短路片，连接选件改善功率因数用直流电抗器接地变频器外壳接地用，必须接大地注：单相电源输入时，接L1、 N端子2.4.2 控制回路接线端子 E540变频器控制回路接线端子排列如图1-21所示，其详细功能说明见表1-4、表1-5。图1-21 控制回路接线端子排列表1-4 控制回路输入端子功能类型端子标记端子名称说明输入信号接入点输入STF正转启动STF信号处于ON便正转处于OFF便停止当STF和STR信号同时处于ON时, 相当于给出停止指令STR反转启STR信号ON为逆转OFF为停止RH/RM/RL多段速度选用RH,RM和RL信号的组合可以选择多段速度输入端子功能选择(Pr.180Pr.183) 用于改变端子功能MRS输出停止MRS信号为ON 20ms以上时变频器输出停止用电磁制动停止电机时用于断开变频器的输出RES复位用于解除保护回路动作的保持状态使端子RES信号处于ON在0.1秒以上,然后断开SD公共输入端子(漏型)接点输入端子的公共端直流24V,0.1A(PC端子)电源的输出公共端PC电源输出和外部晶体管公共端接点输入公共端(源型)当连接晶体管输出集电极开路输出例如可编程控制器时将晶体管输出用的外部电源公共端接到这个端子时可以防止因漏电引起的误动作端子PCSD之间可用于直流24V,0.1A电源输出模拟信号频率设定10频率设定用电源5VDC, 容许负荷电流10mA2频率设定(电压)输入0 5V(或0 10V)时,5V(或10V)对应于为最大输出频率输入输出成比例 输入直流0 5V(出厂设定)和0 10VDC的切换,用 Pr.73进行输入阻抗10K ,容许最大电压为20V4频率设定(电流)输入DC4 20mA时,20mA为最大输出频率,输入,输出成比例只在端子AU信号(注)处于ON时,该输入信号有效,输入阻抗约250 , 容许最大电流为30mA5频率设定公共端频率设定信号(端子2,1或4)和模拟输出端子AM的公共端子请不要接大地表1-5 控制回路输出端子功能类型端子标记端子名称说 明信号输出接点ABC异常输出指示变频器因保护功能动作而输出停止的转换接点AC230V 0.3A, DC30V0.3A 异常时B-C间不导通 (A-C间导通), 正常时B-C间导通 (A-C间不导通输出端子的功能选择通过(Pr.190Pr.192)改变端子功能集电极开RUN变频器正在运行变频器输出频率为启动频率(出厂时为0.5Hz,可变更)以上时为低电平, 正在停止或正在直流制动时为高电平(*1)容许负荷为DC24V,0.1AFU频率检测输出频率为任意设定的检测频率以上时为低电平,未达到时为高电平(*1)容许负荷为DC24V,0.1ASE集电极开路输出公共端端子RUN,FU的公共端子模拟AM模拟信号输出从输出频率,电机电流或输出电压选择一种作为输出(*2) 输出信号与各监示项目的大小成比例出厂设定的输出项目:频率容许负荷电流 1mA输出信号 DC 010V通讯RS485-PU接口通过操作面板的接口, 进行RS-485通迅1）遵守标准EIA RS-485标准；2）通讯方式多任务通信3）通迅速率最大19200bps； 4）最长距离500m2.4.3 通信接口图1-22 E540变频器RS485通信接口E540变频器采用RS485通信接口，连接插座为标准RI45插座。通信接口各引脚如图1-22所示。 任务实施1. 在导轨上安装变频器、接触器及其控制开关。2. 根据图1-23，完成接线。图1-23 变频器基本接线图3. 上电试运行，观测运行情况。【学习小结】 变频器的外部接口电路主要由主电路接线端子、控制回路输入端子、控制回路输出端子及其RS485通信接口组成。控制回路接线端子，按线号类型分为模拟量信号接线端子和开关量接线端子。模拟量信号因抗干扰能力较差，因此必须使用屏蔽线，并在布线上应尽量避免与主电路交叉。关量控制信号的抗干扰能力比模拟信号要强，因此在距离不远时，可以不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须双绞在一起。【自我评估】 1.简述安装变频器的注意事项 2.查阅资料，设计一个最简单的变频器应用电路。设计要求：二个按钮（启动、停止），变频器转速固定，通过操作面板设定。任务3 面板操作与参数设置任务描述 通过实际操作、查阅资料，熟练掌握变频器的面板操作方法和主要参数功能。1. 根据要求，设置指定参数。运行频率由操作面板设置，设置运行频率为45Hz。 2. 运行变频器，进行运行状态的监视。知识准备通过操作面板，可以进行变频器的参数设置、频率设定、运行、运行监视及其报警显示等，掌握变频器的参数结构、主要参数功能及其设置方法，是应用变频器的基本要求。 下面以三菱FR-E540E为例说明。 3.1操作面板说明FR-540E变频器的操作面板如图1-24 所示。图1-24 FR-E540变频器的操作面板操作面板各按键功能如表1-6 所示。表1-6 操作键说明按 键说明正转运行指令键可用于选择操作模式或设定模式用于确定频率和参数的设定用于连续增加或降低运行频率按下这个键可改变频率在设定模式中按下此键则可连续设定参数用于给出正转指令用于给出反转指令用于停止运行用于保护功能动作输出停止时复位变频器3.2面板操作方法3.2.1 菜单操作模式及其操作方法 操作菜单有五种模式，通过按 MODE 键轮流改变。五种模式分别是监视模式-频率设定模式-参数设定模式、操作模式及帮助模式，如图所示1-25。图1-25 操作模式及其操作流程1. 监视模式 在监视模式下，监示器显示运转中的指令，EXT指示灯亮表示外部操作，PU指示灯亮表示PU操作，EXT和PU灯同时亮表示PU和外部操作组合方式，监示显示在运行中也能改变。按SET键，可轮流进入频率监视、电流监视、电压监视、报警监视显示界面，如图1-26所示。图1-26 监视模式操作流程(注)1. 按下标有*1的 SET 键超过1.5秒能把电流监示模式改为上电监示模式2. 按下标有*2的 SET 键超过1.5秒能显示包括最近4次的错误指示3. 在外部操作模式下转换到参数设定模式 。2. 频率设定模式在PU操作模式下用 RUN 键 FWD 或 REV 键设定运行频率值，如图1-27所示。图1-27 PU模式下，运行频率设定操作流程3. 参数设定模式 举例：将Pr.79 “操作模式选择” 的设定值, 由“2”(外部操作模式)变更为“1”(PU操作模式)的情况，如图1-28所示。 操作步骤：图1-28 Pr.79 “操作模式选择”操作实例4. 操作模式：Pr.79“操作模式选择”=0时，通过键可在PU操作、PU点动操作、外部操作之间切换。如图1-29所示。图1-29 操作模式下，切换“PU操作、PU点动、外部操作”流程5. 帮助模式：在帮助模式下，通过键可在报警记录显示、清楚报警记录、清楚参数、读软件版本号、全部清楚之间切换。如图1-30所示。图1-30 帮助模式下功能切换1）用 键能显示最近的4次报警 (带有“.”的表示最近的报警)，当没有报警存在时，显示 E._ _0. 2）清除所有报警记录，如图1-30所示图1-30 “清除所有报警记录”操作流程3）参数清除将参数值初始化到出厂设定值，校准值不被初始化(Pr.77设定为“1”时(即选择参数写入禁止) 参数值不能被消除)，如图1-31所示。图1-31 “参数清除”操作流程(注) Pr.75 Pr.180 Pr.183 Pr.190 Pr.192 Pr.901 Pr.905不被初始化。4）全部消除将参数值和校准值全部初始化到出厂设定值，(注) Pr.75不被初始化。如图1-32所示。图1-32 “全部消除”操作流程任务实施一、 将参数值初始化到出厂设定值二、设定下列参数 PR.79=0, PR.3=50三、 改变频率为45Hz。 四、 按RUN键运行，按STOP停止。运行中，监视运行频率。【学习小结】 操作菜单有五种模式，通过按 MODE 键轮流改变。五种模式分别是监视模式-频率设定模式-参数设定模式、操作模式及帮助模式。在帮助模式下，通过键可在报警记录显示、清楚报警记录、清楚参数、读软件版本号、全部清楚之间切换。在某些条件下，可通过该功能恢复到出厂设置。【自我评估】 1. 如要求启动、停止由外部接线端子控制，电机转速由外接电位器调节，则变频器的操作模式应选哪种？PR.79参数设多少？ 学习情境2 变频器的基本应用【学习目标】通过8个任务的学习，掌握变频器的基本控制功能，能根据基本控制要求，完成变频器的接线、参数设置和运行调试。知识目标：.熟悉变频器的基本控制方式：U/F控制、矢量控制，了解不同控制方式的应用领域；.熟悉变频器的基本工作参数及其设置.熟悉变频器的起动、加减速控制、制动、普通运行、点动、多段速、闭环、串行总线等运行控制方式的特点、参数设置及其应用电路；.熟悉变频器的保护功能；.理解不同负载类型的特性及其对变频器控制的影响。 技能目标：. 能熟练完成相关参数的设置；. 会典型控制电路的设计、接线与调试；. 能用PLC控制变频器. 能用变频器专用软件设置或备份参数。 方法目标：会阅读相关变频器的产品使用手册；初步具备一定的工程设计能力； . 具备节能意识和环保意识。本学习情境的工作任务：n 任务1-正转连续控制n 任务2-正反转控制n 任务3-点动控制n 任务4-异步控制n 任务5-多段控制n 任务6-PID控制n 任务7-工频/变频切换n 任务8-网络控制任务1 正转连续控制任务描述 设计变频器控制线路，使电机按指定的速度正转连续运行。基本要求如下： 1. 设计启动、停止两个控制按钮。启动-电机按指定速度连续运行，停止-电机停止运行； 2. 根据要求，通过面板设定指定速度值，运行时能显示实际速度； 3. 完成控制电路的设计、接线与调试运行。知识准备1.2 应用背景图2-2 变频器在汽车传送带中的应用图2-1 变频器在跑步机中的应用正转连续控制是变频器最基本的应用方式，一般还包含在正反转控制、多段速控制等其它应用方式之中。单纯的正转连续控制也在生产线传送带、跑步机等设备中得到应用。图2-1是某一跑步机的应用实例。变频器正方向连续运行，运行速度通过UP/DOWN键调节。图2-2是某生产线传送带的应用实例。通过变频器实现了电动机的无级调速，同时还可以节能。 1.2 相关知识-基本控制方式及其操作模式1.2.1 基本控制方式为了在不同负载条件下发挥变频器的优点，必须了解变频器的基本控制方式，如：U/F控制方式、矢量控制方式等。在图2-1的跑步机实例中，利用无传感器矢量功能，发挥从低速到高速的转矩特性，以实现轻松的加减速控制。变频器的基本控制方式有U/F控制、矢量控制、直接转矩控制等，在不同的应用场合，采用不同的控制方式。三菱E540变频器有U/F控制、矢量控制两种功能，由参数Pr.80选定。三菱A740变频器有矢量控制、速度控制、转矩控制、V/F控制等多种选择。1. U/F控制、矢量控制应用特点 大部分变频器都具有U/F控制、矢量控制（VC控制）两种控制方式，其在应用上各有优缺点。V/F电路成本较低，多用于精度要求不高的变频器；矢量控制调速范围宽、控制精度高，多用于需要精密或快速控制的领域。表2-1仅列出其应用特点。表2-1 变频器U/F控制、矢量控制应用特点比较 控制方式应用特性U/F控制VC控制加减速加减速的控制有限度，在第四象限运行时在零速度附近有空载时间，过电流抑制能力小加减速的控制无限度，可在第四象限连续运行，过电流抑制能力大速度控制调速范围1：101：100动态响应30100rad/s控制精度与负载有关模拟：0.5%；数字：0.05%转矩控制无法实现可以控制静止转矩通用性不需要根据电动机的差异性进行调整需给定详细的电动机参数，一般可通过自学习得到2. Pr.80参数设置 Pr.80=9999时，选择V/F控制；Pr.80=0.27.5时，用于设定在通用矢量控制方式下的电机容量。表2-2 Pr.80参