《电工技能训练》第11章 变频控制器的使用

第11章变频控制器的使用11.1变频器的基本结构与操作【技能训练三十一】变频器的基本操作【技能训练三十二】变频器的PU操作【技能训练三十三】变频器的外部操作【技能训练三十四】变频器的组合操作11.2变频器的综合应用【技能训练三十五】变频器频率跳变的设置【技能训练三十六】变频器控制电动机多段速运行【技能训练三十七】PLC控制变频器多段速运行【技能训练三十八】PLC控制的变频与工频切换运行

11.1变频器的基本结构与操作

本节学习内容及目标

了解变频器的基本结构和基本配置；掌握变频器主控回路的接线；熟练掌握变频器的各种操作模式设定和参数设定。

20世纪后半叶，随着电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，变频调速技术开始出现，并日益完善。21世纪的今天，变频技术正朝着网络智能化、专门化、一体化、环保节能方向发展，变频调速已被公认为最理想、最有发展前途的调速方式之一。按变频的原理，变频器可分为：交-交变频器和交-直-交变频器。本章以三菱FR-E540系列变频器为例讲解。对于不同品牌、不同型号的变频器，可以参照其说明书对本章书中的指令和功能码进行适当的修改。11.1.1变频器的硬件结构与接线

1．FR-E540系列变频器的外观结构和型号含义

(1)FR-E540系列变频器的外观图如图11-1所示，拆掉前盖板和辅助板后的视图如图11-2所示。

(2) FR-E540-0.4K变频器的型号含义如图11-3所示。图11-1FR-E540系列变频器外观图图11-2拆掉前盖板和辅助板的视图图11-3FR-E540-0.4K变频器的型号含义

2．变频器的相关配置及说明

变频器不能单独运行，应选择正确的外部设备，以正确的连接来确保正确的操作。不正确的系统配置和连接会导致变频器不能正常运行，同时还会显著地降低变频器的寿命，甚至会损坏变频器。变频器的相关配置及说明如表11-1所示。表11-1变频器的相关配置及说明

3．变频器的端子接线图

变频器的端子接线图如图11-4所示。图11-4变频器端子图

4．三相电源输入的主回路接线图

三相电源输入的主回路接线图如图11-5所示。图11-5主回路接线图11.1.2变频器的操作面板及基本操作

1．变频器的操作面板

(1)变频器的操作面板如图11-6所示。

(2)操作面板上各键的名称及作用见表11-2。

(3) LED监示器上各单位及运行状态说明见表11-3。图11-6变频器操作面板图表11-2操作面板上各键的名称及作用表11-3监示器上各单位及运行状态说明

2．变频器的基本操作

(1)模式选择的操作流程如图11-7所示。

(2)监示类型的选择流程，如图11-8所示。

图11-7各种模式的操作过程图11-8监示类型选择流程图(3) PU操作模式下的频率设定操作流程如图11-9所示。

(4)参数设定操作流程如图11-10所示。

(5) PU操作模式的运行模式选择流程如图11-11所示。

(6)帮助模式操作流程如图11-12所示。

①图11-13所示为报警记录清除操作的流程。

②图11-14所示为全部清除操作的流程。图11-9频率设定操作流程图图11-10参数设定操作流程图图11-11PU模式下运行模式选择流程图图11-12帮助模式操作流程图图11-13报警记录清除操作图11-14全部清除操作

3．操作模式种类及相应的参数设定

1)操作模式种类、参数及功能介绍

操作模式种类及相应的参数见表11-4。表11-4操作模式种类及相应参数

2)其他运行模式和参数介绍

(1) PU点动运行：电动机仅在按下“RUN”(或“FWD”、“REV”)键时运行；松开按键，电动机则停止。电动机的点动运行主要用于检测和试运行。注意：点动频率设置的前提条件是在PU操作模式下，监示屏上显示JOG表示点动操作。

主要参数：“Pr.15”设置点动频率；“Pr.16”设置点动加减速时间。

(2)上限频率和下限频率设置：频率的上限一旦设定，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。具体参数及设定范围见表11-5。

(3)加减速时间设置：用于设定电动机加减速时间，主要参数及功能见表11-6。表11-5上下限频率参数及功能表11-6加减速时间参数及功能

【技能训练三十一】变频器的基本操作

一、技能训练目标

(1)了解FR-E540系列三菱变频器的基本结构。

(2)掌握FR-E540系列三菱变频器的主控回路接线。

(3)掌握参数设置的基本方法。

(4)培养良好的安全文明操作习惯和职业道德。二、工具、仪表与器材

(1)工具：一字螺丝刀、十字螺丝刀、尖嘴钳。

(2)仪表：MF47型万用表。

(3)器材：FR-E540型三菱变频器、Y2-132M-4型电动机及连接线若干。三、技能训练内容与指导

(1)自己动手，拆装FR-E540系列变频器的前盖板、辅助盖板，充分了解本系列变频器的结构特点。

①前盖板的拆装示意图如图11-15所示。图11-15前盖板的拆装示意图拆卸：前盖板是用位于A、B、C位置的插销固定的，请按箭头方向以C为支点，同时按下A、B，取下前盖板。

安装：安装时请固定好插销。请不要在拆掉前盖板的状态下投入电源。

②辅助盖板的拆装示意图如图11-16和图11-7所示。

拆卸：按下箭头A的同时，以箭头B为支点使右侧提起，朝右方拉出可拆卸下来，如图11-16所示。

安装：将辅助盖板的安装爪插入变频器本体的安装位置的同时，按下右侧的安装爪即可安装上，如11-17所示。图11-16辅助盖板拆卸示意图图11-17辅助盖板安装示意图

(2)参照图11-18完成变频器主控回路接线。接线时一定要注意电源线要和L1、L2、L3相连，绝对不能接到U、V、W接线柱上，否则变频器将被烧坏。

图11-18主回路接线图

注意：

①拆装变频器的过程中，要注意方法得当，不能强拉硬拽；

②变频器与电源、电动机连接时，相线间的导线连接和地线的连接一定不能出错，否则会损坏变频器。

(3)操作前清零。操作前为了避免以前的参数设置对本次操作的影响，在参数设置前应进行参数清零，将参数值和校准值全部初始化到出厂设定值。具体操作步骤如下：

①用MODE模式键进入HELP模式；

②设置ALLC=1，长按SET键1.5 s。

(4)分别在外部操作模式、PU操作模式、组合操作模式1、组合操作模式2下设置电动机的运行频率为50 Hz。具体操作步骤如下：

①用MODE键进行模式选择；

②用SET键进行参数设置；

③频率设定；

④操作运行。

注意：在参数写入时，要长按SET键1.5 s。

(5)误操作的处理。误操作后，变频器的监示器上会出现PS、Err等显示。此时可以通过下列操作对变频器进行复位，恢复变频器的出厂设置：

①各外部操作按钮处于“OFF”状态；

②按下面板上的RESET键，稍等片刻后，重新进行参数设定。四、思考题

(1)变频器与电源、电动机连接时要注意哪些问题？

(2)请写出组合操作模式1和组合操作模式2参数设定的详细过程及注意问题。五、技能考核评分

完成技能训练内容后，对照表11-7中的各项进行考核评分。表11-7技能考核评分表

【技能训练三十二】变频器的PU操作

一、技能训练目标

(1)熟练使用操作面板设置PU操作。

(2)正确设置电动机点动运行时的频率。

(3)掌握电动机的加减速时间设置及监视各种参数的方法。

(4)培养良好的安全文明操作习惯和职业道德。二、工具、仪表与器材

(1)工具：一字螺丝刀、十字螺丝刀、尖嘴钳。

(2)仪表：MF47型万用表。

(3)器材：FR-E540系列三菱变频器、Y2-132M-4型电动机及连接线若干。三、技能训练内容与指导

(1)在PU操作模式下，设置电动机的运行频率为30 Hz和50 Hz。操作运行，并监视两种运行状态下的电压大小。

操作步骤：

①操作前清零；

② PU操作模式设置；

③频率设置；

④操作运行。

(2)在PU操作模式下，设置点动频率为10 Hz，点动加减速时间分别为0.5 s和1.0 s。操作运行，比较两次运行的区别。

操作步骤：

①操作前清零；

② PU操作模式设置；

③ PU点动参数设置；

④操作运行，监视输出。

(3)在PU操作模式下，设置电动机的运行频率为40 Hz，加速时间为3.0 s，减速时间为5.0 s，操作运行，并监视运行时的频率和电压变化情况。

操作步骤：

①操作前清零；

②PU操作模式设置；

③加减速时间设置；

④频率设置；

⑤操作运行，监视输出。四、技能训练报告与思考题

(1)记录电动机30 Hz和50 Hz运行时的电压大小。

(2)点动频率为10 Hz时，说出加减速时间分别为0.5 s和1.0 s时的区别。

(3)电动机的运行频率为40 Hz，加速时间为3.0 s，减速时间为5.0 s，记录电动机启动和停止时的电压变化情况。

(4)误操作后，变频器的监示器上会出现PS、Err等出错显示时，该如何操作？五、技能考核评分

完成技能训练内容后，对照表11-8中的各项进行考核评分。表11-8技能考核评分表

【技能训练三十三】变频器的外部操作

一、技能训练目标

(1)熟练掌握变频器外部操作的设置过程。

(2)掌握上限频率和下限频率的设置方法。

(3)培养良好的安全文明操作习惯和职业道德。二、工具、仪表与器材

(1)工具：一字螺丝刀、十字螺丝刀、尖嘴钳。

(2)仪表：MF47型万用表。

(3)器材：FR-E540系列三菱变频器、Y2-132M-4型电动机及连接线若干。三、技能训练内容与指导

(1)在外部操作模式下，设置电动机的“上限频率”= 40 Hz，“下限频率”= 20 Hz，并用外部操作按钮调整电动机的运行频率，监视电动机运行时的频率可调范围。

操作步骤：

①操作前清零；

②外部操作模式设置；

③上、下限频率设置；

④频率设置；

⑤操作运行，监视输出。注意：外部操作时，只能用外部按钮控制电动机停止或运行，若误操作面板上的STOP键，监示屏上会显示PS或Err字样。此时根据前面介绍的“误操作后变频器复位”的操作方法可以消除错误。

(2)验证上下限频率的钳位作用。设置电动机的“上限频率”= 30 Hz，“下限频率”= 10 Hz。用外部操作按钮调整电动机的输出频率，观察监示器屏幕上的频率输出范围。四、技能训练报告与思考题

(1)欲改变电动机的频率，使其超过上限频率，结果监示器上只能显示上限频率，这说明上、下限频率对电动机的运行频率起什么作用？

(2)巩固练习：用外部操作模式设置，电动机的“上限频率”= 60 Hz，“下限频率”= 15 Hz，用外部操作按钮调整电动机的输出频率，观察监示器屏幕上的频率输出情况。五、技能考核评分

完成技能训练内容后，对照表11-9中的各项进行考核评分。表11-9技能考核评分表

【技能训练三十四】变频器的组合操作

一、技能训练目标

(1)通过实践训练，能够熟练设置变频器的组合操作。

(2)进一步熟悉变频器的各种操作过程。

(3)培养良好的安全文明操作习惯和职业道德。二、工具、仪表与器材

(1)工具：一字螺丝刀、十字螺丝刀、尖嘴钳。

(2)仪表：MF47型万用表。

(3)器材：FR-E540系列三菱变频器、Y2-132M-4型电动机及连接线若干。三、技能训练内容与指导

(1)在组合操作模式1下设置电动机的“上限频率”= 60 Hz，“下限频率”= 15 Hz，再分别设置频率为60 Hz、40 Hz和10 Hz，操作运行，并记录三种状态下的运行频率和电压。

操作步骤：

①操作前清零；

②组合操作模式1设置；

③上、下限频率设置；

④频率设置；

⑤操作运行，监视输出。

(2)在组合操作模式2下设置电动机的“上限频率”= 50 Hz，“下限频率”= 25 Hz，分别设置频率为45 Hz、35 Hz和30 Hz，操作运行，记录三种状态下的运行频率和电压。

操作步骤：

①操作前清零；

②组合操作模式2设置；

③上、下限频率设置；

④频率设置；

⑤操作运行。

(3)巩固练习：用组合操作模式1和组合操作模式2设置电动机分别在55 Hz、50Hz和25 Hz下运行。四、技能训练报告与思考题

(1)将组合操作模式1三种频率运行时的频率和电压显示数值填入表11-10。表11-10输出状态比较

(2)将组合操作模式2下三种频率运行时的频率和电压显示的数值填入表11-11。表11-11输出状态比较五、技能考核评分

完成技能训练内容后，对照表11-12中的各项进行考核评分。表11-12技能考核评分表

11.2变频器的综合应用

11.2.1变频器的频率跳变及瞬时停止再启动

1．频率跳变

(1)频率跳变：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。

(2)频率跳变的主要参数及功能见表11-13。表11-13频率跳变的主要参数及功能其中：1A、2A或3A的设定值为跳变点。假若频率在1A～1B范围内，电动机将以1A设定的频率运行。

2．瞬时停止再启动设置

(1)瞬时停止再启动：瞬时掉电再恢复时，电机可以不停(保持惯性运行状态)，变频器可再启动。

(2)瞬时停止再启动的相关参数及功能见表11-14。表11-14瞬时停止再启动的参数及功能11.2.2变频器多段速运行

(1)多段速运行：通过参数设置，利用外部操作按钮开关状态，控制电动机三速(高、中、低)、7速或15速运行。

(2)多段速运行的主要参数及功能如表11-15所示。表11-15多段速运行的主要参数及功能

(3)如图11-19所示为七段速运行的输出频率和开关状态。

(4)注意事项：在利用外部操作按钮进行三速(高、中、低)速操作时，首先应先把STF或STR按钮打到ON状态，且每次只能使RH、RM、RL中的一个按钮处于ON状态；4速～6速时，RH、RM、RL中只能有任意两个按钮处于ON状态。图11-19七段速运行的输出频率和开关状态【技能训练三十五】变频器频率跳变的设置

一、技能训练目标

(1)掌握瞬时停止再启动的参数设置方法。

(2)熟练掌握频率调变的设置和检测操作。

(3)培养良好的安全文明操作习惯和职业道德。二、工具、仪表与器材

(1)工具：一字螺丝刀、十字螺丝刀、尖嘴钳。

(2)仪表：MF47型万用表。

(3)器材：FR-E540系列三菱变频器、Y2-132M-4型电动机及连接线若干。三、技能训练内容与指导

(1)设置电动机运行频率为40 Hz，下限频率为10 Hz，上限频率为60 Hz，加速时间为3 s，减速时间为5 s，运行中有一跳变区(频率为15～25 Hz)，跳变时以15 Hz运行，试操作运行。

操作步骤：

①操作前清零；

②组合操作模式1设置；

③上、下限频率设置；

④加减速时间设置；⑤频率跳变设置；

⑥瞬时停止再启动设置；

⑦频率设置；

⑧操作运行。

(2)设置某电机运行频率为50 Hz，运行中有三个跳变区，分别是0～10 Hz、20～25 Hz、50～60 Hz，在这三个范围内，电动机分别以10 Hz、25 Hz和60 Hz的频率运行，观察电动机的运行情况。四、技能训练报告与思考题

(1)正确操作“瞬时停止再启动设置”，并观察在短时停电时间内，电动机的运转情况。

(2)用组合操作模式2完成技能训练内容(1)和(2)。完成训练内容(2)时，调节电动机运行频率，观察监示屏，是否显示过15 Hz、22 Hz和55 Hz？为什么？五、技能考核评分

完成技能训练内容后，对照表11-16中的各项进行考核评分。表11-16技能考核评分表

【技能训练三十六】变频器控制电动机

多段速运行

一、技能训练目标

(1)进一步熟悉组合操作模式的设置方法。

(2)能够熟练操作控制电动机在多段速度下运行。

(3)培养良好的安全文明操作习惯和职业道德。二、工具、仪表与器材

(1)工具：一字螺丝刀、十字螺丝刀、尖嘴钳。

(2)仪表：MF47型万用表。

(3)器材：FR-E540系列三菱变频器、Y2-132M-4型电动机及连接线若干。三、技能训练内容与指导

(1)设置电动机三段速运行：即设置电动机在高、中、低三种速度下运行。“高速”= 60 Hz；“中速”= 40Hz；“低速”= 10 Hz。试操作运行。

操作步骤：

①操作前清零；

②外部操作模式设置；

③三段速参数设置；

④操作运行；

⑤根据RH、RM、RL的状态，完成表11-17。表11-17三段速频率输出

(2)在组合操作模式2下设置电动机在7段速下运行。7种速度下的频率设置分别为：Pr.4 = 50Hz；Pr.5 = 30Hz；Pr.6 = 10Hz；Pr.24 = 20Hz；Pr.25 = 35Hz；Pr.26 = 40Hz；Pr.27 = 45Hz。试操作运行。

操作步骤：

①操作前清零；

②组合操作模式2设置；

③多段速参数设置；

④操作运行；

⑤根据RH、RM、RL的状态，完成表11-18。表11-18七段速频率输出

(3)在外部操作模式下设置电动机在5种速度下运行。五种频率分别是10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz。试操作运行，并完成表11-19。表11-19五段速端子状态及频率输出四、技能训练报告与思考题

(1)设置电动机多段速运行，只能在哪几种操作模式下进行？为什么？

(2) RH、RM、RL三个开关的开关状态共有几种组合？写出组合方式。五、技能考核评分

完成技能训练内容后，对照表11-20中的各项进行考核评分。表11-20技能考核评分表

【技能训练三十七】PLC控制变频器

多段速运行

一、技能训练目标

(1)熟练掌握PLC与变频器之间的外部接线。

(2)掌握变频器多段速运行的各参数的设置方法。

(3)能够正确分析、理解和设计PLC控制程序。

(4)培养良好的安全文明操作习惯和职业道德。二、工具、仪表与器材

(1)工具：一字螺丝刀、十字螺丝刀、钢丝钳、斜口钳、剥线钳、尖嘴钳。

(2)仪表：MF47型万用表。

(3)器材：FR-E540型变频器、CPM1A-40CDR型可编程控制器、手编器或计算机、低压断路器、交流接触器、Y2-132M-4型电动机、按钮(2个，红、绿各1个)、转换开关、指示灯(2个，红、绿各1个)、电工胶布、导线若干。三、技能训练内容与指导

(1)控制要求。

①电动机的三段速运行采用变频器的多段运行来控制；

②当按下启动按钮后，电动机以20 Hz运行，3 s后以40 Hz运行，再过3 s后以60 Hz运行；电动机运行时绿灯亮。按下停止按钮后，电动机停止，且红灯亮。

本项目的实现以三菱FR-E540型变频器和三菱FX2N系列PLC为例进行。

(2) I/O口分配见表11-21。表11-21I/O口分配表

(3)根据系统接线图(如图11-20所示)完成实物连线。

(4)根据状态转移图(如图11-21所示)正确输入PLC程序。

(5)变频器参数设置。

①外部操作模式设置；

②多段速频率设置；

③变频器加减速时间设置。

(6)操作运行。

图11-20控制电动机多段速运行系统接线图图11-21控制电动机多段速运行的状态转移图四、技能训练报告与思考题

(1)根据状态转移图画出梯形图并写出指令表。

(2)监视变频器不同频率输出时的各项参数，并将数值记录在表11-22中。表11-22不同频率的参数记录表

(3)用PLC、变频器控制电动机7种速度运行，试画出相应的状态转移图和梯形图并操作运行。

(4)若变频器的通断不需要交流接触器控制，试画出系统接线图，并编程操作运行。五、技能考核评