机械电子学第四章-变频器

第四章变频器,4.1变频器介绍4.2变频器的分类、结构、特点4.3三菱FR-E740的接线端子及作用4.4基本参数含义及设定4.5PLC控制变频器,4.1变频器介绍,1、变频器概述变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和电压的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在英文译名是VFD（Variable-frequencyDrive）。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF（VariableVoltageVariableFrequencyInverter）。,中国市场竞争情况竞争品牌,欧美品牌西门子、科比、伦茨、施耐德、ABB丹佛斯、ROCKWELL、VACON、AB、西威日本品牌富士、三菱、安川、三垦、日立、欧姆龙松下电器、松下电工、东芝、明电舍国产品牌安邦信、佳灵、森兰、英威腾、康沃、科姆龙、惠丰韩国品牌LG、现代、三星、收获,380V50HZ,f=050HZ,变频调速f变极对数调速P变转差率调速S,2、变频调速原理,3、三菱变频器生产厂家作为引领全球市场的机电产品综合供应商，三菱电机在中国的FA（FactoryAutomation）事业随着中国经济的蓬勃发展蒸蒸日上。从社会基础设施建设领域到半导体制造等高科技产业，从现场控制到远程监控，三菱电机FA技术为创造更快生产效率和更高生产力提供强大的支持。,4.2变频器的分类、结构、特点,1、变频器的分类变频器分为：1）交交型2）交直交型a：交交型变频器可将工频交流电直接换成频率电压均可以控制的交流，又称直接式变频器b：交直交型变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可以控制的交流电，又称为间接型变频器。,变频器分类,注：交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高，目前广泛使用,2、变频器的基本组成（交直交型）主要有主电路和控制电路组成主电路：1）整流器2）中间直流环节3）逆变器控制电路,变频器主电路的基本构成,中间环节,逆变环节,整流环节,1）VD1VD6整流，构成整流桥。2）RL是缓冲电阻，刚接通电源的时候，晶闸管或SL是断开的，电流从RL流过，起到限流作用，避免电流瞬时增加，电路接通一段时间后，SL或者晶闸管就导通。3）CF1和CF2是滤波电容。三相电源经过VD1VD6后产生脉动的直流，通过CF1和CF2可以把脉动的直流转变成平缓的直流电源。因为上下直流母线的电压比较高，所以串联了两个CF，提高了电容的耐压，因为电容值不同可能会导致电压不均，所以使用了均压电阻，因为R1=R2,所以CF1和CF2两端的电压值是相同的。,4）HL是变频器的电源指示灯。因为CF1和CF2在电源关断后会继续放电，从安全上考虑，一定必须等指示灯灭掉之后，方能去触碰导线端子，防止触电。5）VB（大功率的晶体管）和RB（制动电阻）构成制动环节。RB（制动电阻）电机减速或者刹车产生的电流（因为电机的绕组是感性负载），会通过续流二极管在直流母线上产生电压，若电压足够高，则容易烧毁整流管（VD1VD6）或逆变管(V1V6),为了克服这种情况，加入了VB和RB，在减速或停止时，触发VB，让电流消耗在RB中。若电机的容量很大，则要增加外带制动电阻，此时RB和RB1并联，电阻减小，加速电能的消耗。,另外一种方法就是把短路片P1断开，加入直流电抗器，改善电路的功率因素。在不接直流电抗器的时候，一定要接上电路片，否则，直流母线上产生的电能无法通过RB被消耗，因为容易烧毁逆变器IGBT（V1V6大功率的电力晶体管）。6）逆变器V1V6.把直流电转变成交流电若V1V2V6和V3,V4,V2和V5V4V6以某个频率让其导通，则在电机内部绕组产生一个交流电源，促使电机工作。为了对V1V6进行保护，给逆变器分别并联了一个续流二极管，让电流经过续流二极管把电能消耗在RB上。,3、变频器特点,变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF(VariableVoltageVariableFrequency）,变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）,4.3三菱FR-E740的接线端子及作用,图中，控制电路端子分为控制输入、频率设定（模拟量输入）、继电器输出（异常输出）、集电极开路输出（状态检测）和模拟电压输出等5部分区域，各端子的功能可通过调整相关参数的值进行变更，在出厂初始值的情况下，各控制电路端子的功能说明如表所示。,控制电路网络接口的功能说明,4.4基本参数含义及设定(Pr设定）,1、输出频率的限制（Pr.1、Pr.2、Pr.18）为了限制电机的速度，应对变频器的输出频率加以限制。用Pr.1“上限频率”和Pr.2“下限频率”来设定，可将输出频率的上、下限位。当在120Hz以上运行时，用参数Pr.18“高速上限频率”设定高速输出频率的上限。2、加减速时间（Pr.7、Pr.8、Pr.20、Pr.21）各参数的意义及设定范围如表1-7所示。,加减速时间相关参数的意义及设定范围,设定说明：用Pr.20为加/减速的基准频率，在我国就选为50Hz。Pr.7加速时间用于设定从停止到Pr.20加减速基准频率的加速时间。Pr.8减速时间用于设定从Pr.20加减速基准频率到停止的减速时间。3、多段速运行模式的操作变频器在外部操作模式或组合操作模式2下,变频器可以通过外接的开关器件的组合通断改变输入端子的状态来实现。这种控制频率的方式称为多段速控制功能。,FR-E740变频器的速度控制端子是RH、RM和RL。通过这些开关的组合可以实现3段、7段的控制。转速的切换：由于转速的档次是按二进制的顺序排列的，故三个输入端可以组合成3档至7档（0状态不计）转速。其中，3段速由RH、RM、RL单个通断来实现。7段速由RH、RM、RL通断的组合来实现。7段速的各自运行频率则由参数Pr.4-Pr.6（设置前3段速的频率）、Pr.24-Pr.27（设置第4段速至第7段速的频率）。对应的控制端状态及参数关系见图1-7。,多段速控制对应的控制端状态及参数关系,多段速度设定在PU运行和外部运行中都可以设定。运行期间参数值也能被改变。3速设定的场合（Pr.24Pr.27设定为9999），2速以上同时被选择时，低速信号的设定频率优先。最后指出，如果把参数Pr.183设置为8，将RMS端子的功能转换成多速段控制端REX，就可以用RH、RM、RL和REX（由）通断的组合来实现15段速。详细的说明请参阅FR-E700使用手册。,操作模式选择（Pr.79）,4、通过模拟量输入（端子2、4）设定频率变频器的频率设定，除了用PLC输出端子控制多段速度设定外，也有连续设定频率的需求。例如在变频器安装和接线完成进行运行试验时，常常用调速电位器连接到变频器的模拟量输入信号端，进行连续调速试验。需要注意的是，如果要用模拟量输入（端子2、4）设定频率，则RH、RM、RL端子应断开，否则多段速度设定优先。,模拟量输入信号端子的选择FR-E700系列变频器提供2个模拟量输入信号端子（端子2、4）用作连续变化的频率设定。在出厂设定情况下，只能使用端子2，端子4无效。要使端子4有效，需要在各接点输入端子STF、STR、RES之中选择一个，将其功能定义为AU信号输入。则当这个端子与SD端短接时，AU信号为ON，端子4变为有效，端子2变为无效。例：选择RES端子用作AU信号输入，则设置参数Pr.184=“4”，在RES端子与SD端之间连接一个开关，当此开关断开时，AU信号为OFF,端子2有效；反之，当此开关接通时，AU信号为ON,端子4有效。,模拟量信号的输入规格如果使用端子2，模拟量信号可为05V或010V的电压信号，用参数Pr.73指定，其出厂设定值为1，指定为05V的输入规格，并且不能可逆运行。参数Pr.73参数的取值范围为0，1，10，11，具体内容见表1-8。如果使用的端子4，模拟量信号可为电压输入（05V、010V）或电流输入（420mA初始值），用参数Pr.267和电压电流输入切换开关设定，并且要输入与设定相符的模拟量信号。Pr.267取值范围为0，1，2，具体内容见表5-8。,必须注意的是:若发生切换开关与输入信号不匹配的错误（例如开关设定为电流输入I，但端子输入却为电压信号；或反之）时，会导致外部输入设备或变频器故障。对于频率设定信号（DC05V、010V或420mA）的相应输出频率的大小可用参数Pr.125(对端子2)或Pr.126(对端子4)设定，用于确定输入增益（最大）的频率。它们的出厂设定值均为50Hz，设定范围为0400Hz。,注：电压输入时：输入电阻10k1k、最大容许电压DC20V电流输入时：输入电阻2335、最大容许电流30mA,5、参数清除如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，可用参数清除操作方法实现。即，在PU运行模式下，设定ALLC参数设为1，全部清除，可使参数恢复为初始值。（但如果设定Pr.77参数写入选择“1”，则无法清除。）,4.5PLC控制变频器,某传动系统所用三相异步电动机的频率在0-50HZ区间运行，额定电流为4.5A，加速时间为2s，减速时间为3s。变频器使用FR-E740-0.75K。从原点启动，中速40HZ行驶30S，开始高速50HZ行驶，当碰撞到行程开关SQ1时，开始低速20HZ行驶，低速行驶到终点碰撞到SQ2停车。停顿2s。反向以高速50HZ行驶，高速行驶到碰撞行程开关SQ3处开始低速20HZ行驶。到达原点碰撞SQ4停车，停顿2s后重新开始往返。（1）试确定变频器参数与PLC的接线，并写出控制程序。(2)假设PLC采用FX2N-2DA来控制变频器，确定变频器参数与PLC的接线，并写出PLC控制电机以40Hz反转运行的控制程序。,第一问变频器参数设置,上下限频率设定Pr.1=50Hz，Pr.2=0基本参数：Pr.7=2s(加速时间)；Pr.8=3s(减速时间)；Pr.9=电动机的额定电流x1