第8章变频器的用途和构造PPT课件

1、第第8章章 变频器的用途和构造变频器的用途和构造8.1.1变频器的构成变频器的构成 1.主电路主电路 变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着下图场主流的变频器基本上有着下图8.1所示的基本结构所示的基本结构 :图8.1 通用变频器的构成 变频器的主电路主要由变频器的主电路主要由整流电路整流电路、直流中间电路直流中间电路和和逆变电路逆变电路三部三部分以及有关的辅助电路组成。分以及有关的辅助电路组成。 （1）整流电路 整流电路的主

2、要作用是对电网的交流电源进行整流后给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。（2）直流中间电路 虽然利用整流电路可以从电网的交流电源得到直流电压或直流电流但是这种电压或电流含有频率为电源频率六倍的电压或电流纹波。为了保证逆变电路和控制电源能够得到较高质量的直流电流或电压，必须对整流电路的输出进行平滑，以减少电压或电流的波动，这就是直流中间电路的作用。而正因为如此，直流中间电路也被称为平滑电路。（3）逆变电路 逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将直流中间电路输出的直流电压（电流）转换为具有所需频率的交流电压（电流）。逆变电路的输出即为变频器的输出，它被用来实现对异

3、步电动机的调速控制。 2.控制电路控制电路 与主电路相对应，为主电路提供所需驱动信号的电路称为变频器的控制电路。控制电路的主要作用是根据事先确定的变频器控制方式产生进行V/f或电流控制时所需要的各种门极驱动信号或基本驱动信号。此外，变频器的控制电路还包括对电流、电压、电动机速度进行检测的信号检测电路，为变频器和电动机提供保护的保护电路，对外接口电路和对数字操作盒的控制电路，如图8.2所示。 图8.2 通用变频器的控制电路框图8.1.2 变频器的功能变频器的功能 随着变频器技术的发展，变频器尤其是高性能通用型变频器的功随着变频器技术的发展，变频器尤其是高性能通用型变频器的功能越来越丰富能越来越丰

4、富,这里主要介绍和频率设定有关的功能。这里主要介绍和频率设定有关的功能。1.多级转速设定功能多级转速设定功能 多级转速设定功能是为了使电动机能够以预定的速度按一定的程多级转速设定功能是为了使电动机能够以预定的速度按一定的程序运行。用户可以通过对多功能端子的组合选择记忆在内存中的频率序运行。用户可以通过对多功能端子的组合选择记忆在内存中的频率指令。与用模拟信号设定输入频率相比，采用这种控制方式时可以达指令。与用模拟信号设定输入频率相比，采用这种控制方式时可以达到对频率进行精确设定和避免噪音影响的目的。此外，该功能还为和到对频率进行精确设定和避免噪音影响的目的。此外，该功能还为和PLC进行连接提供

5、了方便的条件。进行连接提供了方便的条件。2.频率上下限设定功能频率上下限设定功能 频率上下限设定功能是为了限制电动机的转速，从而达到保护机频率上下限设定功能是为了限制电动机的转速，从而达到保护机械设备的目的而设置的。它通过设置频率指令的上下限，相对于输入械设备的目的而设置的。它通过设置频率指令的上下限，相对于输入信号的信号偏置值和信号增益完成。信号的信号偏置值和信号增益完成。3.特定频率设定禁止功能特定频率设定禁止功能(频率跳越功能频率跳越功能) 由于在进行调速控制的过程中，机械设备在某些频率上可能因与由于在进行调速控制的过程中，机械设备在某些频率上可能因与系统的固有频率形成共振而造成较大振动

6、应该避开这些共振频率。系统的固有频率形成共振而造成较大振动应该避开这些共振频率。该功能就是为了这个目的而设置的。它可以用于泵、风机，机床等机该功能就是为了这个目的而设置的。它可以用于泵、风机，机床等机械设备，以达到防止机械系统发生共振的目的。械设备，以达到防止机械系统发生共振的目的。4.禁止加减速功能 为了提高变频器的可操作性，在加减速过程中，可以通过外部信号，使频率的上升下降在短时间暂时保持不变，如图8.3所示。图8.3频率保持功能5.加减速时间切换 加减速时间切换功能的作用是利用外部信号对变频器的加减速时间进行切换。该功能主要用于机械设备的紧急停止，用一台变频器控制两台不同用途的电动机，或

7、在调速控制过程中对加减速速率进行切换等用途。6.S型加减速功能 S型加减速功能的作用是为了使被驱动的机械设备能够进行无冲击的起停和加减速运行，在选择了该功能时，变频器在收到控制指令后可以在加减速的起点和终点使频率输出的变化成为弧形从而达到减轻冲击的目的。8.2变频器的工作原理变频器的工作原理8.2.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 1逆变电路的工作原理逆变电路的工作原理 逆变电路的基本作用是将直流电源转换为交流电源。图逆变电路的基本作用是将直流电源转换为交流电源。图8.4给出了一个三相逆变电路。在这个逆变电路中，由六个开给出了一个三相逆变电路。在这个逆变电路中，由六个开关组成了

8、一个三相桥式电路。交替打开和关断这六个开关，关组成了一个三相桥式电路。交替打开和关断这六个开关，就可以在输出端得到相位上各相差就可以在输出端得到相位上各相差120度度(电气角电气角)的三相交流的三相交流电源。该交流电源的频率由开关频率决定而幅值则等于直电源。该交流电源的频率由开关频率决定而幅值则等于直流电源的幅值。为了改变该交流电源的相序从而达到改变异流电源的幅值。为了改变该交流电源的相序从而达到改变异步电动机转向的目的，只要改变各个开关打开和关断的顺序步电动机转向的目的，只要改变各个开关打开和关断的顺序即可。因为这些开关同时又起着改变电流流向的作用，所以即可。因为这些开关同时又起着改变电流流

9、向的作用，所以它们又被称为换流开关或换流器件。它们又被称为换流开关或换流器件。 在图8.4给出的逆变电路的原理图中，当位于同一桥臂上的两个开关同时处于开通状态时将会出现短路现象，井烧毁换流器件。所以在实际的变频器逆变电路中还设有各种相应的辅助电路，以保证逆变电路的正常工作和在发生意外情况时对换流器件进行保护。 图8.4 逆变电路基本工作原理 脉冲宽度调制波（PWM）是改变输出电压的脉宽的占空比（振幅值不变），来代替等效的波形。将正弦波的一个周期分成N等份，并把每一等份所包围的面积用一个等幅矩形脉冲来表示，且矩形波的中点与相应正弦波等份的中点重合，就得到与正弦波等效的脉宽调制波，称为SPWM。如

10、图8.5所示。 图8.5 正弦波脉宽调制波8.2.2 变频器的控制原理工作原理变频器的控制原理工作原理 逆变电变频器按工作原理分类，有逆变电变频器按工作原理分类，有V/f控制变频器控制变频器、SF控控制变频器制变频器和和VC控制变频器控制变频器三种。三种。1. V/f控制变频器路的工作原理控制变频器路的工作原理 V/f控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。 异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改

11、变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。2. SF控制变频器控制变频器 SF控制变频器又称转差频率控制变频器。 在对交流调速系统进行研究的过程中人们发现，如果在对异步电动机进行控制过程中能够像控制直流电动机那样，用直接控制电枢电流的方法控制转矩，那么就可以用异步电动机来得到与直流电动机同样的静、动态特性。而转差频率控制就是这样一种直接控制转矩的方法。3. VC控制变频器控制变频器 VC控制变频器又称矢量控制变频器。 矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的调速特点，把异步电动机的定子电流，即变频器输出电流

12、分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)。因此，通过控制电动机定子电流的大小和相位(即定子电流矢量)就可以分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电动机转矩的目的，进而控制电动机的转速。矢量控制分两类： （1）带速度反馈的矢量控制 （2）无速度反馈矢量控制8.3变频器的配线变频器的配线（以三菱（以三菱FRA500系列为例）系列为例） 变频器的端子接线如图变频器的端子接线如图8.6所示。所示。 为安全起见，变频器主电路电源输入通过电磁接触器及漏电断路器或无熔丝断路器与插头接入，电源的开闭， 用电磁接触器来实施。 变频器的输入端和输出端是绝对不变频器的输入

13、端和输出端是绝对不允许接错的允许接错的。万一将电源进线接到了U，V，W端，则不管哪个逆变管导通，都将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏。图8.6 端子接线图（1）接线说明端子“SD”、“SE”和“5”为I/O信号的公共端子，相互隔离,请不要将这些公共端子互相连接或接地；控制回路端子的接线应使用屏蔽线或双绞线,而且必须与主回路,强电回路(含200V继电器程序回路)分开布线；由于控制回路的频率输入信号是微小电流,所以在接点输入的场合,为了防止接触不良,微小信号接点应使用两个并联的接点或使用双生接点；控制回路建议用0.75mm的电缆接线。如果使用1.25mm或以上的电缆,在布线太多和布线不恰当时,前

14、盖将盖不上,导致操作面板或参数单元接触不良。（2）端子排的排列 在变频器控制回路,端子安排如图8.8所示。图8.8 控制回路端子排布8.4 三菱通用变频器三菱通用变频器FRA500系列的使用系列的使用8.4.1 变频器的使用变频器的使用 1. 操作面板简介操作面板简介 用操作面板(FRDU04),可以设定运行频率,监视操作命令,设定参数,显示错误和参数拷贝。 （1）操作面板各部分的名称和作用 如下图8.9所示是操作面板示意图。 图8.9 操作面板示意图 （2）操作界面切换 按操作面板上的【MODE】键，可以进行五个操作界面的切换，如图8.10所示，即监示模式、频率设定模式、参数设定模式、运行模

15、式及帮助模式。图8.10 操作界面的切换注：注：频率设定模式，仅在操作模式为PU操作模式时显示。2. 变频器的基本操作模式变频器的基本操作模式（1）监示模式 监示模式下监示器显示运转中的指令，可以通过“SET”键切换显示的内容，有频率监示（Hz指示灯亮）、电流监示（A指示灯亮）、电压监示（V指示灯亮）及报警监示四种监示模式，如图8.11所示。注：注：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；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；监示显示在运行中也能改变。图8.11 频率、电流、电压及报警监视示意图（2）频率设定模式 在PU操作模式下，用/键改

16、变设定频率，用【RUN】 键（ 【FWD 】或 【REV】 键）检验设定运行频率值，如图8.12所示。图8.12 频率设定模式 注：注：此模式只在PU操作模式时显示。（3）参数设定模式 除一部分参数之外，参数的设定仅在用Pr.79选择PU操作模式时可以实施。一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用/键增减。按下 SET 键1.5秒写入设定值并更新。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8.13所示。图8.13 参数设定模式 （4）操作模式 Pr.79“操作模式选择”=0时，如下图8.14所示，有PU操作模式、PU点动模

17、式、外部操作模式三种操作模式。此外，当Pr.79“操作模式选择”选择不同的参数时，还有组合操作模式、程序运行模式等等。 图8.14 操作模式选择 （5）帮助模式 主要有报警记录报警记录、清除报警记录清除报警记录、清除参数清除参数、全部清除全部清除、用户清除用户清除及读软读软件版本号件版本号六种模式，如图8.15所示。 图8.15 帮助模式 报警记录用键能显示最近的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。如图8.16所示。 图8.16 报警记录显示 报警记录清除 清除所有报警记录。如图8.17所示。图8.17 清除所有报警记录 参数清除将参数值初始化到出厂

18、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8.18所示。注：注： Pr.75“复位选择PU脱离检测PU停止选择”不被初始化。图8.18 参数清除全部消除 将参数值和校准值全部初始化到出厂设定值。如图8.19所示。图8.19 初始化到出厂设定用户消除 初始化用户设定参数，其它参数被初始化为出厂设定值。如图8.20所示。图8.20 初始化用户设定参数8.4.2. 主要参数的功能及意义主要参数的功能及意义1.输出频率范围 (Pr.1，Pr.2，Pr.18)(1)Pr.1：上限频率； Pr.2：下限频率； Pr.18：高速上限频率。(2)用Pr.1

19、设定输出频率的上限，即使有高于此设定值的频率指令输入，输出频率也被钳位在上限频率。(3)在120Hz以上运行时，用参数Pr.18设定输出频率的上限。 (当Pr.18被设定时，Pr.1自动地变为Pr.18的设定值。或者，如果Pr.1被设定，Pr.18自动地切换到Pr.1的频率。)(4)用Pr.2设定输出频率的下限。如图8.21所示。图8.21 输出频率范围 2.基波频率，基波频率电压 ( Pr.3，Pr.19，Pr.47，Pr.113)(1)Pr.3：基底频率； Pr.19：基底频率电压； Pr.47：第二V/F（基底频率）； Pr.113：第三V/F（基底频率）。(2)用Pr.3，Pr.47和

20、Pr.113设定基波频率(电机额定频率)，能设定三种不同的基波频率，并且可从中选择所需要的频率。(3)当RT信号为ON时， Pr.47“第二V/F（基波频率）”有效，当X9信号ON时，Pr.113“第三V/F（基底频率）”有效。(4)用Pr.19设定基波电压(电机的额定电压等)。如图8.22所示：图8.22 基波频率，基波电压 3.多段速度运行 (Pr.4,Pr.5,Pr.6,Pr.24Pr.27,Pr.232Pr.239)决定运行速度，可用端子转换到该速度。(1)Pr.4：3速设定(高速)； Pr.5：3速设定(中速)； Pr.6：3速设定(低速)； Pr.24Pr.27：多段速度设定(4至

21、7段速度设定)； Pr.232Pr.239：多段速度设定(8至15段速度设定)。(2)可通过开启、关闭外部触点信号（RH，RM，RL，REX信号），选择各种速度。(3)借助于点动频率（Pr.15），上限频率（Pr.1）和下限频率（Pr.2）的组合，最多可以设定18种速度。(4)在外部操作模式或PU/外部并行模式（ Pr.79=3，4）中有效。(5)运行期间参数值也能被改变。如图8.23所示：图8.23 多段速度运行 a）七段速度运行 b）十五段速度运行4.加减速时间 (Pr.7,Pr.8,Pr.20,Pr.21,Pr.44,Pr.45，Pr.110，Pr.111)用于设定电机加减速时间。慢慢地

22、加减速时设定为较大值，快速加减速时设定为较小值。(1)Pr.7：加速时间； Pr.8：减速时间； Pr.20：加/减速基准频率； Pr.21：加/减速时间单位； Pr.44：第二加/减速时间； Pr.45：第二减速时间； Pr.110：第三加/减速时间； Pr.111：第三减速时间。(2)可用Pr.21设定加减速时间和最小设定单位: 设定值“0”(出厂设定)03600s(最小设定单位:0.1s) 设定值“1” 0360s(最小设定单位:0.01s)(3)用Pr.7，Pr.44和Pr.110设定从0Hz到达Pr.20所设定频率的加速时间。(4)用Pr.8，Pr.45和Pr.111设定从Pr.20

23、所设定频率到达0Hz的减速时间。(5)当RT信号为ON时，Pr.44和Pr.45有效；当X9信号为ON时，Pr.110和Pr.111有效；当RT和X9同事为ON时，Pr.110和Pr.111有效。(6)当Pr.45设定为“9999”时，减速时间与加速时间(Pr.44，Pr.110)相同。 如图8.24所示。图8.24 加减速时间 5.起动频率(Pr.13)起动频率能设定在060Hz之间，如果设定频率小于Pr.13 “起动频率”的设定值，变频器将不能起动。例如，当Pr.13设定为5Hz时，只有当设定频率达到5Hz时，电机才能起动运行。如图8.25所示。图8.25 起动频率6.点动运行 (Pr.1

24、5，Pr.16)Pr.15 “点动频率”Pr.16 “点动加减速时间” 注意：点动运行的加速时间和减速时间不能分别设定，请把 Pr.15“点动频率”的设定值设定在Pr.13“起动频率”的设定值之上。如图8.26所示：图8.26 点动运行7.频率跳变 (Pr.31Pr.36)此功能可用于避开机械系统固有频率产生的共振。可以使其跳过共振发生的频率点，最多可设定三个区域。跳跃频率可以设定为各区域的上点或下点。1A，2A或3A的设定值为跳变点，用这个频率运行。如图8.27所示：图8.27 频率跳变8.参数写入禁止选择（Pr.77） 可选择参数写入禁止或允许，此功能用于防止参数值被意外改写。如表8.2所

25、示。 Pr.77设定值功能0 仅限于PU操作模式的停止中可以写入（在附录（一）参数表中加有底纹表示的参数值任何时候都可以设定）1 不可写入参数。Pr.22，Pr.75，Pr.77和Pr.79“操作模式选择”可写入，且禁止“参数清除”、“所有参数清除”和“用户清除”2 即使运行时也可以写入，但Pr.23，Pr6061，Pr.66，Pr.71，Pr.7981，Pr8384，Pr.9596，Pr100109，Pr135139，Pr.180Pr.186，Pr.190Pr.195的参数值在运行时不能被写入，当修改这些参数设定值时，需停止运行。表8.2 参数写入禁止选择9.操作模式选择（Pr.79） 用于

26、选择变频器的操作模式。其中用操作面板、参数单元的操作称为PU操作；用外部信号的操作称为外部操作；用PU操作和外部操作的组合称为外部/PU组合操作。出厂设定值为外部操作模式。如表8.3所示。 Pr.79设定值功能0PU或外部操作模式1PU操作模式2外部操作模式3外部/PU组合操作模式1运行频率从PU设定(直接设定, 或)/键设定)或外部输入信号(仅限多段速度设定)起动信号外部输入信号(端子STF,STR)4外部/PU组合操作模式2运行频率外部输入信号(端子2,4,1,点动,多段速度选择)起动信号从PU输入(FWD 键,REV键)5程序运行模式可设定10个不同的运行起动时间,旋转方向和运行频率各三

27、组。运行开始STF, 定时器复位STR组数选择RH, RM, RL6切换模式运行时可进行 PU操作,外部操作和计算机通讯操作的切换。7外部操作模式 (PU 操作互锁)X12信号ON可切换到PU操作模式(正在外部运行时输出停止)X12信号OFF禁止切换到PU操作模式8切换到除外部操作模式以外的模式(运行时禁止)X16信号ON 切换到外部切换模式X16信号OFF 切换到PU切换模式表8.3 操作模式8.4.3 运行操作运行操作 1多段速度运行多段速度运行操作操作三菱变频的多段速度运行共有15种运行速度,通过外部接线端子的控制可以运行在不同的速度上,特别在PLC联合起来控制更方便,在需要经常改变速度

28、的生产机械上得到广泛的应用。若进行七段速度控制。根据实际需要在PU模式（参数单元操作）下设定基本运行参数，再通过设定Pr.4Pr.6和Pr.24Pr.27参数(在外部、组合、PU模式下均可设定)，在操作模式选择方面选择外部操作模式或PU组合操作模式，可通过Pr.79=3设定。按图8.28在接通RH与SD的情况下，接通STF与SD，电动机以速度1运行（高速）正转运行。在接通RM与SD情况下，接通STF与SD，电动机以速度2（中速）正转运行。如此类推。在同时接通RH、RM、RL与SD情况下，接通STF与SD，电动机以速度7正转运行。若需要反转，只需将STF改接为STR。十五段速度运行控制是在七段的基础上，将Pr.186=8，使CS端子功能变为REX功能。在Pr.232Pr.239下设定运行参数。图8.28 七段速度运行接线示意图2多段速度运行多段速度运行PLC控制控制例：用PLC、变频器设计一个电动机三速运行的控制系统，控制要求如下：按下起动按钮，电动机以30Hz速度运行，5s后转为45Hz速度运行，再过5s后转为20Hz速度运行，按停止按钮，电动机即停止。电动机的三速运行，采用变频器的多段运行来控制，变频器的多段运行通过P