变频及基础技术 1

变频器基本操作课题一12任务1认识变频器任务2变频器面板运行操作任务3变频器外部运行操作任务4变频器多段速运行操作任务5变频器PID控制运行操作任务6变频器的选择、安装与维护变频器是由计算机控制电力电子器件，将工频交流电转变为频率和电压可调的交流电，以用来控制交流电动机的电力控制设备。变频器的问世对电气调速领域具有十分重要的意义。变频器广泛应用于钢铁冶金、电力、煤炭、化工、纺织、化纤、水泥、造纸、医药、印染、注塑、污水处理、食品和包装等行业。变频器在一些代表性设备中的应用见下表。34变频器在一些代表性设备中的应用5变频器在一些代表性设备中的应用任务1认识变频器6学习目标1.熟悉变频器的外观、结构、铭牌、操作面板和接线端子。2.熟悉变频器的内部结构。3.能正确识读变频器的铭牌参数。4.能正确进行变频器的硬件拆装。5.能正确认识变频器的内部结构。7任务引入三相交流异步电动机在工农业生产中的应用非常广泛。一般机械设备的调速框图如下图所示常用的调速方法有变频调速、变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等。随着工农业生产对调速性能要求的不断提高和电力电子技术及微电子技术的迅速发展，变频调速技术日趋成熟，其对应的调速框图如下图所示。由此可知，实现变频调速最主要的设备就是变频器，要掌握变频调速技术，首先要认识变频器，了解变频器是由哪些部分组成的，它是如何实现变频调速的，怎样进行变频器的拆卸和安装。89一般机械设备的调速框图变频调速框图一、变频器简介1.变频器的外观和结构（1）G120C紧凑型一体变频器G120C紧凑型一体变频器是西门子G120系列通用变频器家族成员之一，其实物图如右图所示，具有结构紧凑、高功率密度等优点，功率范围为0.55~132kW，可满足众多应用的需求。相关知识10G120C紧凑型一体变频器实物图（2）G120标准模块式变频器G120标准模块式变频器（以下简称G120变频器）实物图如图所示，每个G120变频器都由控制单元（CU）和功率模块（PM）构成，功率范围为0.37~250kW，适用于大多数普通用途的电动机变频调速控制的场合，它具有完善的控制功能。11G120标准模块式变频器实物图1）控制单元。根据应用领域不同，G120变频器提供三个系列的控制单元，见下表。12G120变频器的控制单元2）功率模块。功率模块用于对电动机供电，功率范围为0.37~250kW。G120变频器的功率模块包含PM230、PM240、PM240－2和PM250几种功率单元，见下表。13G120变频器的功率模块14G120变频器的功率模块

2.变频器的铭牌变频器铭牌中一般包括代表该厂商的产品系列、序号或标志码、基本参数、电压级别和标准可适配电动机容量等，可作为选择变频器的参考，订货时一般根据该型号所对应的订货号订货，不可忽视。如图所示为G120C变频器的铭牌。铭牌含有最重要的技术参数和订货号。G120C变频器的主要技术参数见下表。15G120C变频器的铭牌16G120C变频器的主要技术参数17G120C变频器的主要技术参数18G120C变频器的主要技术参数193.变频器的操作面板G120变频器操作面板包括基本操作面板BOP－2和智能操作面板IOP－2，如图所示。G120变频器操作面板a）BOP－2

b）IOP－220操作面板的安装比较简单，以基本操作面板BOP－2为例，先将BOP－2的外壳底边插入控制单元壳体正面中间的低凹槽中，如图所示，然后将操作面板推入控制单元通道，听到“咔嗒”声即可。如果将操作面板从控制单元上取出，只要按下操作面板顶部的蓝色释放卡（如图所示）并将操作面板沿斜上方从控制单元取出即可。

安装BOP－2示意图按下蓝色释放卡214.变频器的接线端子如图所示为外形尺寸为FSA的G120C变频器的接线端子，其功能说明见下表。外形尺寸为FSA的G120C变频器的接线端子22外形尺寸为FSA的G120C变频器接线端子功能说明23二、变频器的内部结构通用变频器内部基本结构框图如图所示，主要由主控电路，主电路，控制电源、采样及驱动电路等组成。通用变频器内部基本结构框图241.主控电路（1）主控电路的基本任务1）接收各种信号①在功能预置阶段，接收对各功能的预置信号。②接收从键盘或外接输入端子输入的给定信号。③接收从外接输入端子输入的控制信号。④接收从电压、电流采样电路以及其他传感器输入的状态信号。2）进行基本运算。最主要的运算包括：①进行向量控制运算或其他必要的运算。②实时地计算出正弦脉宽调制（SPWM）波形各切换点的时刻。3）输出计算结果①输出至逆变器件模块的驱动电路，使逆变器件按给定信号及预置要求输出SPWM波形。②输出给显示器，显示当前的各种状态。③输出给外接输出端子。25（2）主控电路的其他任务1）实现各项控制功能。接收从外接输入端子输入的各种控制信号，对SPWM信号进行启动、停止、升速、降速、点动等控制。2）实施各项保护功能。接收从电压、电流采样电路以及其他传感器输入的信号，结合功能中预置的限值，进行比较和判断，如认为已经出现故障，则：①停止发出SPWM信号，使变频器中止输出。②向输出控制端输出报警信号。③向显示器输出故障原因信号。26272.主电路变频器的主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换电路，由三部分组成：一是交－直变换部分（将工频电源变换为直流电的整流滤波电路）；二是能耗制动部分（直流中间电路）；三是直－交变换部分（将直流电变换为交流电的逆变电路）。如图所示为变频器主电路框图，如下图所示是交－直－交变频器的主电路。变频器主电路框图28交－直－交变频器的主电路（1）整流滤波电路整流电路的功能是将交流电转换为直流电，变频器中应用最多的是三相桥式整流电路。通用变频器中采用的整流模块实物如图所示，小功率整流桥输入多为单相220V，较大功率的整流桥输入一般为三相380V或440V。29通用变频器中采用的整流模块实物按使用的器件不同，整流电路可分为不可控整流电路和可控整流电路。三相桥式整流电路如图所示。不可控整流电路使用的器件为电力二极管，可控整流电路使用的器件通常为普通晶闸管。30三相桥式整流电路a）不可控整流电路b）可控整流电路1）电力二极管。电力二极管是指可以承受高电压、大电流，且具有较大耗散功率的二极管。电力二极管的内部结构是一个PN结，加正向电压导通，加反向电压截止，是不可控的单向导通器件。电力二极管的图形符号、外形和伏安特性曲线如图所示，其中A为阳极、K为阴极。31电力二极管的图形符号、外形和伏安特性曲线a）图形符号b）螺旋式二极管外形c）平板式二极管外形d）伏安特性曲线2）普通晶闸管。普通晶闸管是双极型电流控制器件，其图形符号和外形如图所示，其中A为阳极、K为阴极、G为门极，其伏安特性曲线如图所示。32普通晶闸管的图形符号和外形a）图形符号b）螺栓式外形c）平板式外形晶闸管的伏安特性曲线（2）直流中间电路直流中间电路的作用是变频器在频率下降的过程中，将回馈的电能通过此电路消耗掉，以避免变频器本身的过电压保护电路动作而切断变频器的正常输出。（3）逆变电路逆变电路的作用是将直流电转换为交流电，变频器中应用最多的是三相桥式逆变电路。如下图所示为由电力晶体管组成的三相桥式逆变电路，该电路的关键是对开关器件电力晶体管进行控制。目前，常用的开关器件有门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR或BJT）、电力场效应晶体管（PowerMOSFET）以及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。3334由电力晶体管组成的三相桥式逆变电路1）门极可关断晶闸管。门极可关断晶闸管的开通控制与晶闸管一样，但门极加负电压可使其关断，具有自关断能力，属于全控器件。2）电力晶体管。电力晶体管通常又称双极结型晶体管，是一种大功率高反压晶体管，属于全控型器件。3）电力场效应晶体管。电力场效应晶体管简称电力MOSFET，是单极型全控器件，属于电压控制，具有驱动功率小、控制线路简单、工作频率高等特点。354）绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是复合型全控器件，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等优点，是功率开关电源和逆变器的理想电力半导体器件。

5）智能功率模块（IPM）。智能功率模块是一种混合集成电路，它将大功率开关元件和驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内，是电力集成电路的一种。36373.控制电源、采样及驱动电路（1）控制电源控制电源为以下各部分提供稳压电源。1）主控电路。主控电路以计算机电路为主体，要求提供稳定性非常高的0~5V电源。2）外控电路①为给定电位器提供电源，通常为1~5V或0~10V。②为外接传感器提供电源，通常为0~24V。38（2）采样电路采样电路的作用主要是提供控制用数据和保护采样。1）提供控制用数据。进行向量控制时，必须测定足够的数据，提供给计算机进行向量控制运算。2）提供保护采样。将采样值提供给各保护电路（在主控电路内），在保护电路内与有关的限值进行比较，必要时采取跳闸等保护措施。（3）驱动电路驱动电路用于驱动各逆变管。但现在大多数中、小容量变频器的逆变管都采用IGBT，逆变管的控制极和集电极、发射极之间是隔离的，不再需要隔离变压器，故驱动电路常和主控电路在一起。任务2变频器面板运行操作39学习目标1.熟悉BOP－2操作面板上各按键的功能和菜单结构。2.掌握BOP－2操作面板的使用方法和对G120变频器进行快速调试的方法。3.熟悉变频器的基本参数和停车方法。4.能对G120变频器进行快速调试。5.能独立操作变频器控制电动机的运行。40任务引入在工厂生产机械设备中，一些设备的运动是由异步电动机拖动实现的。如果要对设备的运动实现调速控制，一般采用变频器对异步电动机进行控制。例如，如下图所示为物料分拣装置，传送带的变速运行是由变频器控制电动机来实现的，其控制线路如下图所示。电动机带动传送带实现运行的曲线如下图所示。现要求利用变频器操作面板控制电动机进行连续运行（运行频率为20Hz），从而实现传送带的运行。4142物料分拣装置变频器控制线路电动机带动传送带实现运行的曲线一、变频器的基本操作面板BOP－21.BOP－2操作面板及按键功能如下图所示是BOP－2操作面板，用于显示参数的序号和数值、报警和故障信息以及该参数的设定值和实际值，但不能存储参数的信息。BOP－2操作面板按键功能说明见下表。变频器运行过程中的当前状态，通过图标的形式显示在显示屏上，这些图标的功能说明见下表。相关知识4344BOP－2操作面板45BOP－2操作面板按键功能说明46BOP－2操作面板按键功能说明47图标的功能说明2.BOP－2操作面板菜单结构基本操作面板BOP－2是一个菜单驱动设备，菜单主要包括监控“MONITOR”、控制“CONTROL”、诊断“DIAGNOS”、参数“PARAMS”、设置“SETUP”、附加“EXTRAS”6个菜单，可以通过向下键浏览菜单，通过确认键选择进入该菜单。（1）监控“MONITOR”菜单“MONITOR”菜单允许用户访问各种显示设备的运行参数，如速度、电压和电流等。在监控屏幕上显示的信息是只读信息，不能修改。48（2）控制“CONTROL”菜单按下BOP－2操作面板上的手动/自动键可以切换变频器的手动/自动模式，在变频器手动模式下可进入“CONTROL”菜单。在BOP－2操作面板“CONTROL”菜单下提供了以下3个功能。1）SETPOINT：用来设置变频器手动运行方式的运行速度。2）JOG：使能点动控制。3）REVERSE：改变旋转方向。（3）诊断“DIAGNOS”菜单在“DIAGNOS”菜单项下的各个画面，显示设备运行时的故障/报警信息、控制字和状态字。49（4）参数“PARAMS”菜单在参数“PARAMS”菜单下主要完成的是参数的查看与修改设置。借助BOP－2操作面板可以选择所需参数号、修改参数并调整变频器的设置。参数值的修改是在“PARAMS”和“SETUP”菜单下进行的。（5）设置“SETUP”菜单在设置“SETUP”菜单下可以按照固定的顺序对变频器进行快速调试。变频器的快速调试是通过设置电动机参数、变频器的命令源、频率给定源等基本设置信息，从而使电动机简单、快速运转。50（6）附加“EXTRAS”菜单在附加“EXTRAS”菜单下主要允许用户执行以下功能。1）DRVRESET：变频器复位到出厂默认值。2）从RAM拷贝数据到ROM。3）备份参数到BOP－2。4）从BOP－2下载参数到变频器。5）备份数据到记忆卡（如SD卡）。6）从记忆卡下载参数到变频器。513.BOP－2操作面板的使用（1）监控“MONITOR”菜单的操作通过使用方向键移动光标至所需的菜单，按确认键选择并显示该菜单，操作步骤见下表。52监控“MONITOR”菜单的操作步骤53监控“MONITOR”菜单的操作步骤（2）控制“CONTROL”菜单的操作通过使用方向键移动光标至所需的菜单，按确认键选择并显示该菜单，操作步骤见下表。54控制“CONTROL”菜单的操作步骤55控制“CONTROL”菜单的操作步骤56控制“CONTROL”菜单的操作步骤（3）诊断“DIAGNOS”菜单的操作通过使用方向键移动光标至所需的菜单，按确认键选择并显示该菜单，操作步骤见下表。57诊断“DIAGNOS”菜单的操作步骤58诊断“DIAGNOS”菜单的操作步骤59诊断“DIAGNOS”菜单的操作步骤60诊断“DIAGNOS”菜单的操作步骤61诊断“DIAGNOS”菜单的操作步骤62诊断“DIAGNOS”菜单的操作步骤（4）参数“PARAMS”菜单的操作下面介绍在参数“PARAMS”菜单下选择参数号和修改参数值的操作步骤，见下表。63

在参数“PARAMS”菜单下选择参数号和修改参数值的操作步骤64在参数“PARAMS”菜单下选择参数号和修改参数值的操作步骤65在参数“PARAMS”菜单下选择参数号和修改参数值的操作步骤（5）设置“SETUP”菜单的操作在使用变频器之前，需要了解和设置变频器必要的基本参数，并进行相关的调试，否则变频器不能正常工作。下面简单介绍与变频器调试相关的参数，见下表。66与变频器调试相关的参数67与变频器调试相关的参数68与变频器调试相关的参数69与变频器调试相关的参数70与变频器调试相关的参数（6）附加“EXTRAS”菜单的操作在附加“EXTRAS”菜单下，用BOP－2操作面板实现参数的备份与下载，下面详细介绍具体选项的操作。1）使变频器复位到出厂默认值。对于初次使用的G120变频器，或变频器在调试过程中出现异常，或变频器已经使用过需要重新调试时，都需要将变频器恢复到出厂默认值。可利用BOP－2操作面板，通过“EXTRAS”菜单下的“DRVRESET”实现变频器复位，操作步骤见下表。7172变频器复位操作步骤73变频器复位操作步骤2）从RAM拷贝数据到ROM。该功能允许将存储在变频器随机存取内存中的数据保存到ROM中，数据将永久性存储，直至被另一个RAM→ROM命令覆盖，具体操作步骤见下表。74将数据从RAM保存到ROM的操作步骤75将数据从RAM保存到ROM的操作步骤3）备份参数数据到BOP－2。该功能将保存在变频器中的参数数据写到BOP－2内存中，具体操作步骤见下表。BOP－2中的内存为非易失性内存，所以数据会一直保留到被另一个复制指令覆写。76将保存在变频器中的参数数据写到BOP－2内存中的操作步骤77将保存在变频器中的参数数据写到BOP－2内存中的操作步骤78将保存在变频器中的参数数据写到BOP－2内存中的操作步骤4）从BOP－2下载参数数据到变频器。该功能将保存在BOP－2内存中的参数数据写到变频器内存中，具体操作步骤见下表。79将保存在BOP－2内存中的参数数据写到变频器内存中的操作步骤80将保存在BOP－2内存中的参数数据写到变频器内存中的操作步骤5）备份参数数据到存储卡。该功能将参数数据从变频器的内存中写到控制单元的存储卡中，具体操作步骤见下表。81将参数数据从变频器的内存中写到控制单元的存储卡中的操作步骤82将参数数据从变频器的内存中写到控制单元的存储卡中的操作步骤6）从存储卡下载参数数据到变频器。该功能将参数数据从控制单元的存储卡中下载到变频器的内存中，具体操作步骤见下表。83将参数数据从控制单元的存储卡中下载到变频器的内存中的操作步骤84将参数数据从控制单元的存储卡中下载到变频器的内存中的操作步骤4.用BOP－2操作面板对G120变频器进行快速调试用BOP－2操作面板对G120变频器进行快速调试的流程图如图所示，具体的调试步骤说明如下。85用BOP－2操作面板对G120变频器进行快速调试的流程图86（1）启动快速调试1）接通变频器电源，操作面板显示设定值和实际值

。2）按下退出键，返回“MONITOR”菜单状态。3）按下向上或向下键，直到显示“SETUP”菜单并闪烁。4）在“SETUP”菜单中按确认键，以启动快速调试。5）按确认键后，显示屏显示“RESET”复位提示。建议按照提示恢复变频器的默认设置。（2）选择应用等级当变频器恢复默认设置后，操作面板显示“DRVAPPL”时，按确认键进入P0096参数设置界面，选择应用等级。这里选择P0096参数为专家“Expert”模式来进行下面的调试工作。G120变频器P0096参数下的应用等级有标准驱动控制、动态驱动控制和专家（Expert）三种。87标准驱动控制和动态驱动控制的特性对比见下表。88标准驱动控制和动态驱动控制的特性对比89标准驱动控制和动态驱动控制的特性对比（3）检测电动机数据并优化控制变频器可通过电动机数据检测功能测量静止电动机的数据。此外，变频器还能根据旋转电动机的特性进行适当的矢量控制设置。变频器必须通过端子排、现场总线或操作面板接通电动机，才能启动电动机数据检测功能。1）在操作面板中按手动/自动键，进入HAND（手动）运行模式。2）按开机键，接通电动机。3）在进行电动机数据检测期间，BOP－2操作面板上的“MOTID”会闪烁。根据电动机的额定功率，电动机数据检测最多会持续2min。4）在电动机数据检测结束后，变频器报警A07991消失，根据设置，变频器会关闭电动机或使电动机加速至当前设定值，必要时应关闭电动机。5）关闭电动机，将变频器由手动运行模式切换为自动运行模式，完成电动机数据检测，快速调试结束。在完成上述快速调试后，变频器就可以正常驱动电动机了，其他功能要求可以根据需要，通过设置控制方式和各种工艺参数实现。90二、变频器的基本参数1.运行控制方式（1）面板操作控制面板操作控制是变频器最简单的运行控制方式，用户可以通过变频器操作键盘上的运行键、停止键、点动键和复位键直接控制变频器的运行。（2）端子控制端子控制是变频器的运转指令通过其外接输入端子从外部输入开关信号（或电平信号）来进行控制的方式，主要由按钮、选择开关、继电器等替代操作面板上的运行键、停止键、点动键和复位键，可以远距离控制变频器的运行。91（3）通信控制通信控制是在不增加线路的情况下，改变上位机传输给变频器的数据，即可对变频器进行正反转、点动、复位等控制。所有的变频器都会配置通信端子，但其接线方式因变频器的通信协议不同而不同。92确定好变频器的运行控制方式后，可通过变频器的命令源来完成参数设置。在G120变频器的默认设置中，通过预定义的接口宏（参数号P0015）对命令源进行定义，变频器对命令源定义举例见下表。93变频器对命令源定义举例2.频率（转速）给定方式变频器频率给定方式通过改变变频器的输出频率来改变电动机的运转速度。（1）操作面板给定通过操作面板上的键盘或电位器进行频率给定（即调节频率）的方式，称为操作面板给定方式。1）键盘给定频率的大小通过键盘上的▲和▼键进行调整。键盘给定属于数字量给定，精度较高。2）电位器给定是部分变频器在操作面板上设置了电位器，频率大小可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定，精度稍低。94（2）外接信号给定通过外接输入端口输入频率给定信号，来调节变频器输出频率的大小，称为外接信号给定，或远程控制给定。给定方式可通过信号端口设置和变频器参数设置确定。外接信号给定方式有如下两种。1）外接数字量输入端口给定。通过外接数字量输入端口的通断来控制变频器的频率给定，通常有两种方式：一是频率升/降给定；二是多段速给定。2）外接模拟量输入端口给定。通过外接模拟量输入端口，从变频器外部输入模拟量信号（电压或电流）进行给定，并通过调节给定信号的大小来调节变频器的输出频率。95（3）通信方式给定由PLC（可编程序控制器）或计算机通过通信接口进行频率给定的方式，称为通信方式给定。大部分变频器所提供的通信接口都是RS－485接口。如果上位机的通信接口是RS－232接口，需要接一个RS－485与RS－232转换器。G120变频器根据控制单元不同，主要支持现场总线USS、Modbus和PROFINET通信协议。确定好变频器的频率给定方式后，可通过变频器的设定值源来完成参数设置。963.最大转速与最小转速电动机在一定的场合应用时，其转速应在一定的范围，超出此范围会造成事故或损失。为了避免由于错误操作造成电动机的转速超出应用范围，变频器具有设置最大转速与最小转速的功能。（1）最大转速最大转速可以限制两个旋转方向的转速设定值，当需要根据方向来限制转速时，可以确定每个方向的最大转速。根据生产机械的要求来设置变频器的最大转速。（2）最小转速设置最小转速后，变频器可防止电动机长期以低于最小转速的速度运行。974.加速时间与减速时间变频器驱动的电动机采用低频启动，为了保证电动机正常启动而又不发生过电流保护，变频器须设置加速时间。减速时间与电动机拖动的负载有关，有些负载对减速时间有严格要求，因此，变频器须设置减速时间。加速时间与减速时间设置情况如下图所示。9899加速时间与减速时间设置情况（1）加速时间电动机从0加速到最大转速的时间称为加速时间。（2）减速时间电动机从最大转速下降到0的时间称为减速时间。5.转矩提升转矩提升（转矩补偿）是通过增大变频器低频时的输出电压，以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电动机的低频输出转矩，如图所示。G120变频器通过设置启动电流（参数号P1310、P1311和P1312）来增大输出电压。100转矩提升6.过电流保护在矢量控制中，电动机的电流始终保持在设置的转矩限值范围内，如果使用V/F控制，则无法设置转矩限值。V/F控制通过限制输出频率和电动机电压来防止电动机过载。IMAX控制器用于限制输出频率和电动机电压。如果电动机加速时其电流达到限值，IMAX控制器会延长加速过程；如果电动机在稳定运行时负载过大，即电动机电流达到限值，IMAX控制器会减小转速并降低电动机电压，直到电动机电流降至允许的范围内；如果电动机减速时电流达到限值，IMAX控制器会延长减速过程。101三、变频器的停车方法1.OFF1停车方法能使变频器按照选定的斜坡下降速率减速并停止转动，斜坡下降时间可通过P1121来设置。2.OFF2停车方法能使电动机按照惯性滑行并缓慢停车，最后停车脉冲被封锁。3.OFF3停车方法能使电动机快速减速并停车，斜坡下降时间可通过P1135来设置。102任务3变频器外部运行操作103学习目标1.熟悉变频器的标准接线。2.熟悉变频器各端子的功能并能正确使用。3.熟悉G120变频器端子接口宏定义。4.熟悉变频器外部运行控制方式。5.能进行变频器外部运行操作。104任务引入在实际生产中，采用BOP－2面板对变频器的控制只能是本地控制，而一些需要远程控制的场合需要用按钮、开关等器件接在变频器外部端子上来完成控制。例如，某移动传送带的工作是用变频器控制三相笼型异步电动机带动机械设备实现的，电动机运行曲线示意图如图所示。当用外部接线的方式控制电动机的正反转运行时，该如何对变频器进行外部运行操作？下面学习变频器端子接口宏定义和电动机正反转控制。105电动机运行曲线示意图一、变频器的标准接线与端子功能不同系列的变频器都有其标准的接线端子，接线时要根据变频器使用说明书进行连接。变频器的接线主要有两部分：一部分是主电路，用于电源及电动机的连接；另一部分是控制电路，用于控制及监测电路的连接。相关知识1061.G120变频器控制单元CU240E－2标准接线原理图如图所示是G120变频器控制单元CU240E－2标准接线原理图。107G120变频器控制单元CU240E－2标准接线原理图2.G120变频器控制单元CU240E－2I/O端子功能介绍G120变频器控制单元CU240E－2的I/O端子主要有数字量输入（DI）端子、数字量输出（DO）端子、模拟量输入（AI）端子和模拟量输出（AO）端子等，各端子功能都是可以设置的。G120变频器控制单元CU240E－2的I/O端子说明见下表。108109G120变频器控制单元CU240E－2的I/O端子说明110G120变频器控制单元CU240E－2的I/O端子说明二、G120变频器端子接口宏定义G120变频器的端子接口具备由厂家预设的多种定义，把接口的多种预定义称为接口宏。利用接口宏可以方便地设置变频器的命令源和设定值源。可通过P0015选择相应接口宏的功能。在实际工程中，如果预定义的其中一种接口宏符合现场应用，那么按照该接口宏的接线方式设计原理图，应用非常方便。不同类型的控制单元有不同数量的接口宏。111三、变频器外部运行控制方式1.通过外接变频器数字量端子来控制电动机启停及运行频率G120变频器通过外部端子启停电动机及进行运行转速给定时，常用的接口宏有接口宏1、接口宏2和接口宏3。（1）接口宏1的变频器接线原理图（如图所示）112接口宏1的变频器接线原理图（2）接口宏1的端子对应的参数功能设置变频器设置为接口宏1后，变频器自动设置的参数见下表，手动设置的参数见下表。113变频器自动设置的参数变频器手动设置的参数2.通过外部端子启停电动机，运行频率由外接模拟信号给定G120变频器通过外部端子启停电动机，运行频率由外接模拟信号给定时，常用的接口宏有接口宏12、接口宏13、接口宏17~20。（1）接口宏18的变频器接线原理图（如图所示）114接口宏18的变频器接线原理图（2）模拟量输入端子功能设置G120变频器根据型号不同提供了两个模拟量输入端子AI0和AI1，如图所示是AI0通道功能参数互联图。使用模拟量输入端子时，首先设置模拟量的输入类型，其次确定模拟量输入端子的功能，最后调整定标曲线。115AI0通道功能参数互联图1）设置模拟量的输入类型。G120变频器模拟量的输入类型有电流输入和电压输入两类。2）确定模拟量输入端子的功能。确定模拟量输入端子的功能只需要将选择的模拟量互联输入CI的P1070与AI的P0755相连，以通过模拟量输入给定主设定值。1163）调整定标曲线。修改了P0756的数值，就意味着修改了模拟量输入的类型，变频器会自动调整模拟量输入的定标。线性的定标曲线由两个点（P0757，P0758）和（P0759，P0760）确定。电压类型定标曲线和电流类型定标曲线如图所示。定标曲线参数含义见下表。117电压类型定标曲线电流类型定标曲线118定标曲线参数含义任务4变频器多段速运行操作119学习目标1.熟悉数字量输入端子的功能设置。2.熟悉变频器多段速控制方式。3.能进行变频器多段速运行操作。120任务引入多段速控制也称固定转速（频率）控制。由于工艺上的要求，很多生产机械设备在不同的阶段需要不同的转速运行。为了便于这种负载的控制，变频器提供了多段速控制功能，其多段速控制是通过外接开关对输入端子的状态组合来实现的。本任务要求完成变频器三段速控制。121一、数字量输入端子的功能设置G120变频器数字量输入端子DI0~DI6对应的状态参数分别为r0722.00~r0722.06，如图所示。若要设置或修改数字量输入端子的功能，必须将数字量输入端子的状态与选中的二进制互联输入（BI）功能关联起来。部分二进制互联输入（BI）参数见下表。相关知识122数字量输入端子对应的状态参数123部分二进制互联输入（BI）参数124部分二进制互联输入（BI）参数二、变频器多段速控制方式变频器多段速控制是选择固定转速为设定值，将设定值参数与固定设定值互联。如图所示为功能互联图。图中设置P1070=1024，表示将主设定值与固定转速设定值互联。如果设置P1075=1024，表示将附加设定值与固定转速设定值互联。G120变频器提供了两种选择固定转速设定值的方法，一种是直接选择，另一种是二进制选择。125功能互联图1.直接选择直接选择模式下，1个数字量输入选择1个固定转速设定值。固定转速设定值参数（对应参数号P1001~P1004）用于给定设定值，最多可设置4个数字量输入，通过将各固定转速设定值进行组合，最多能得到16个不同的设定值。126直接选择模式下相关端子与参数设置对应表见下表。127直接选择模式下相关端子与参数设置对应表2.二进制选择当P1016=2时，选择模式为二进制选择，在此模式下通过数字量输入不同的组合，最多可实现15个固定转速控制。固定转速组合对应表见下表。固定转速设定值由P1001~P1015给定，电动机的转速方向是由P1001~P1015所设置的转速正负决定的。128固定转速组合对应表129固定转速组合对应表任务5变频器PID控制运行操作130学习目标1.熟悉变频器PID的基本概念。2.掌握变频器PID功能参数的设置方法。3.熟悉PID控制参数的选择和现场调试PID参数的一般原则。4.能进行变频器PID控制运行操作。131任务引入PID控制是一种在闭环控制系统中实现被控物理量快速控制目标值的控制方法。在变频器应用技术领域，PID控制占据着重要地位，并且是展现变频器高效性能的关键技术手段之一。本任务将利用变频器的PID控制功能实现如图所示的电动机调速控制。PID控制的目标值由AI0给定（目标值用外部给定模拟），PID的反馈值由AI1控制（反馈值用外部给定模拟），正常工作时反馈值与目标值比较并按预置的PID值调整变频器的输出，从而达到改变电动机转速的目的。132133电动机调速控制一、变频器PID的基本概念PID控制也称比例、积分、微分控制，属于闭环控制。PID控制是指用传感器检测被控量的实际值并反馈给变频器，与被控量的目标值进行比较，如果实际值与目标值相比较有偏差，则通过PID的控制作用，使偏差减小，直到达到预定的控制目标。大部分变频器都具有PID控制功能。PID控制器的结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，在过程控制中应用广泛。PID控制器可用于压力控制、温度控制、流量控制等。相关知识1341.PID控制原理在G120变频器PID控制电动机调速中，首先需要设定一个目标转速，然后将目标转速输入PID控制器中，PID控制器会根据实际转速和目标转速之间的差值，通过比例、积分和微分三个环节来计算控制量，并将控制量输出到变频器中。变频器接收到控制量后，会根据控制量的大小自动调整输出频率，从而改变电动机的转速。135如图所示是G120变频器PID控制原理功能图。136G120变频器PID控制原理功能图2.PID控制类型（1）P控制P控制是一种最简单的控制方式，比例系数的大小表示其控制作用的强弱，比例系数越大，系统的控制作用越强，响应越快，但稳定性较差；比例系数越小，系统的控制作用越弱，响应越慢，但稳定性较好。（2）PI控制PI控制是由比例控制和积分控制组合而成的，它根据偏差及时间变化，产生一个执行量，只要偏差存在，利用积分的作用将执行量向使偏差减小的方向移动，直到偏差为零，系统达到稳定运行状态。137（3）PD控制PD控制是由比例控制和微分控制组合而成的，它通过实时检测偏差及其变化率，动态调整控制输出，从而抑制偏差的快速变化，改善系统在调节过程中的动态特性，有效地减少超调量并缩短调节时间。（4）PID控制PID控制是同时具有PI控制和PD控制优点的组合控制。1383.PID控制特点（1）应用范围广虽然很多工业过程展现出非线性或时变性特征，但通过适当的简化处理，它们可以转化为近似线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可以对其进行控制了。（2）参数较易整定PID参数

Kp、Ti

和

Td

可以根据过程的动态特性实时整定。（3）技术更新快PID控制器在实践中不断得到改进。139二、变频器PID功能参数设置G120变频器的闭环控制是PID控制，凡是内置了PID控制功能的变频器都设置了一组PID参数群，其PID控制的主要参数包括设定通道，反馈通道，比例、积分和微分参数。PID主要参数见下表。140PID主要参数141PID主要参数1.PID使能信号的选择PID闭环运行时必须选择PID功能有效。2.设定信号与反馈信号输入方式选择（1）设定信号（又称给定信号）是与被控物理量的控制目标对应的信号，在PID控制中，是指在测量值全范围内，根据现场控制要求确定一个特定的数值，并以该数值为目标值，使系统最终稳定在此数值或其附近的范围内，且越接近越好。（2）反馈信号，也就是实际值，是通过现场传感器测量的与被控物理量的实际值对应的信号。在控制过程中，通过PID的调节功能将给定值与反馈值进行比较，将得到的差值进行微调，以判断控制系统是否达到预定的控制目标。142三、PID控制参数的选择当使用内置PID参数进行控制时，只需设定比例增益

Kp、积分时间

Ti

和微分时间

Td

三个参数。一般在实际应用中，需要现场设定比例和积分参数，微分参数一般不设定。143四、现场调试PID参数的一般原则一般在初次调试时，比例增益可按中间偏大值预置或者暂时选择默认值，待设备运转时再按实际情况细调。细调的原则是当被控物理量在目标值附近振荡时，先延长积分时间，如仍有振荡，再适当减小比例增益；若被控物理量在发生变化后难以恢复，先加大比例增益，如果恢复仍较缓慢，可适当缩短积分时间，还可延长微分时间，直至被控物理量基本不振荡。144任务6变频器的选择、安装与维护145学习目标1.了解变频器的选择方法。2.了解变频器的安装环境、安装要求和安装方法。3.能进行变频器的日常维护与检查。4.能进行变频恒压供水控制系统的安装。146任务引入在使用变频器控制电气设备运行时，首先要选择变频器，应根据负载情况选择相应的变频器及其外部设备。在进行设备安装时应注意变频器的安装环境、安装空间、主电路线径的选择、控制电路的接线方法等，并了解变频器通电前需检查的内容。变频调速系统在长时间运行时，为了减少故障、保证系统能安全可靠地运行，需要对变频器进行日常维护与检查。因此，本任务主要针对变频器控制恒压供水系统电气柜的安装，来学习变频器的选择、安装与维护。147一、变频器的选择1.变频器容量的选择采用变频器对异步电动机进行调速时，在异步电动机确定后，通常根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。（1）电动机连续运行场合变频器容量的选择由于变频器供给电动机的电流是脉动电流，其脉动值比工频供电时的电流要大，因此，须将变频器的容量留有适当的余量。相关知识148（2）电动机加、减速时变频器容量的选择变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的。一般情况下，对于短时间的加、减速而言，变频器的最大输出电流允许达到额定输出电流的130%~150%（视变频器容量而定），在短时加、减速时的输出转矩也可以增大。149（3）电动机频繁加、减速运转时变频器容量的选择变频器频繁加、减速运转时，可根据加速、恒速、减速等各种运行状态下变频器的电流值来确定变频器的额定输出电流

IINV

。IINV=[（I1

tl+I2

t2+…）/（tl+t2+…）]K0式中Il、I2———各运行状态下的平均电流，A;

tl、t2———各运行状态下的时间，s;

K0———安全系数（频繁运行时

K0

取1.2，一般取1.1）。150（4）电动机电流变化不规则场合变频器容量的选择电动机运行中如果电流不规则变化，此时不易获得运行特性曲线，可将电动机在输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流内，以进行变频器容量的选择。（5）电动机直接启动时变频器容量的选择通常，三相异步电动机直接用工频启动时启动电流为其额定电流的5~7倍，直接启动时可按下式选取变频器的额定输出电流。IINV≥IK/Kg式中IK———在额定电压、额定频率下电动机启动时的堵转电流，A;

Kg———变频器的允许超载倍数，Kg=1.3~1.5。151（6）多台电动机共用一台变频器供电时变频器容量的选择上述5条仍适用，但应考虑以下几点。1）在电动机总功率相等的情况下，由多台小功率电动机组成的一组电动机的效率比台数少但电动机功率较大的一组低，因此，两者电流总值并不等，可根据各电动机的电流总值来选择变频器。2）在整定软启动、软停止时，一定要按启动最慢的那台电动机进行整定。1523）若有一部分电动机直接启动，可按下式进行计算。IINV≥[N2

IK+（Nl－N2）IN]/Kg式中N1———电动机总台数；

N2———直接启动的电动机台数；

IK———电动机直接启动时的堵转电流，A；

IN———电动机的额定电流，A；

Kg———变频器允许超载倍数（1.3~1.5）；

IINV———变频器的额定输出电流，A。多台电动机依次进行直接启动，到最后一台时，启动条件最不利。153（7）变频器容量选择注意事项1）并联追加投入启动。用一台变频器使多台电动机并联运转时，如果所有电动机同时启动加速，可按如前所述选择容量。变频器容量与同时启动时相比需要大一些。2）大超载容量。根据负载的种类往往需要超载容量大的变频器。3）轻载电动机。电动机的实际输出功率（由负载决定）比电动机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际负载相称的变频器容量。1542.变频器输出电压的选择变频器的输出电压按电动机的额定电压进行选择。在我国，低压电动机的额定电压多数为380V，可选用400V系列变频器。应当注意变频器的工作电压是按

U/f

曲线变化的。变频器规格表中给出的输出电压是变频器的最大输出电压，即基频下的输出电压。1553.变频器输出频率的选择变频器的最高输出频率根据机种不同而有很大不同，有50Hz/60Hz、120Hz、240Hz或更高。变频器内部产生的热量大，考虑到散热的经济性，除小容量变频器外几乎都是开启式结构，采用风扇进行强制冷却。变频器设置场所在室外或周围环境恶劣时，变频器最好装在独立盘上，采用具有冷却热交换装置的全封闭式结构。对于小容量变频器，在粉尘、油雾多的环境或棉绒多的纺织厂也可采用全封闭式结构。1564.变频器外围设备的选择变频器的运行离不开某些外围设备，这些外围设备通常都是选购件。选用外围设备通常是为了提高变频器的某些性能，对变频器和电动机进行保护以及减小变频器对其他设备的影响等。变频器的外围设备如图所示，下面分别说明其用途与注意事项等。157变频器的外围设备（1）电源侧开关QF电源侧开关QF（低压断路器）用于控制电源回路的通断，在电路出现过流或短路事故时自动切断电源，以防事故扩大。如果需要进行接地保护，也可采用漏电保护式开关。使用变频器时都应采用低压断路器，如图所示。158低压断路器（2）接触器接触器用于控制变频器电源的通断。在变频器保护功能起作用时，接触器切断电源。对于电网停电后的复送电，接触器可以防止变频器自动再投入，以保护设备及人身安全。（3）滤波器在变频器输入、输出电路中，有许多高频谐波电流，滤波器用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导，也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。变频器输入滤波器如图所示。159变频器输入滤波器（4）电抗器1）进线电抗器（如图所示）。进线电抗器串联在电源进线与变频器输入侧（R/L1、S/L2、T/L3），用于抑制输入电流的高次谐波，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数。160进线电抗器2）输出电抗器（如图所示）。输出电抗器串联在变频器输出侧（U、V、W）和电动机之间，用于限制电动机连接电缆的容性充电电流和电动机绕组的电压上升率，减少变频器功率元件动作时产生的干扰和冲击，改善变频器输出电流的波形，降低电动机的噪声。161输出电抗器（5）制动电阻R制动电阻（如图所示）主要用于吸收电动机再生制动的再生电能，可以缩短大惯量负载的自由停车时间，还可以在位能负载下放时，实现再生运行。162制动电阻1631）制动电阻值的确定。制动电阻值的取值范围为

式中UD———制动电压准位；

IMN———电动机的额定电流。1642）制动电阻容量的确定。选择制动电阻容量的原则是在制动电阻的温升不超过其允许数值（即额定温升）的前提下，尽量减小容量，粗略算法如下。式中λ———变频器降额使用系数；

ED%———刹车使用率；

R———实际选用的制动电阻值。通常，在变频器的使用手册中都有制动电阻的选配表，可在选用时参考。G120小功率变频器制动电阻的选配见下表。165G120小功率变频器制动电阻的选配166G120小功率变频器制动电阻的选配二、变频器的安装1.安装环境变频器是精密的电子设备，为了确保其稳定运行，计划安装时，应考虑其工作场所和环境，以使其充分发挥应有的功能。如下图所示为不宜安装或使用变频器的场所。如果在这些场所安装或使用变频器，有可能导致变频器动作异常或发生故障。167168不宜安装或使用变频器的场所a）日光直射b）振动5.9m/s2

以上c）高温、多温d）横置e）柜内安装时f）握住前盖板或M旋钮搬运g）油雾、可燃性气体、腐蚀性气体、飞絮、尘埃等h）在可燃物体上安装（1）设置变频器场所的条件1）结构房或电气室应保持低湿度状态，无水浸的顾虑。2）无易燃、易爆气体，腐蚀性气体、液体、粉尘少。3）变频器易于搬入和搬出。4）易于进行变频器的定期维修和检查。5）应备有通风口或换气装置，以排出变频器产生的热量。6）应与易受高次谐波干扰的装置隔离。169（2）长期维持变频器可靠运行的条件1）环境温度：－10~40℃

。2）相对湿度：20%~90%。3）海拔：1000m以下。装设环境为1000m以上时，每超过100m，额定容量减少10%。4）振动：设置场所的振动加速度应限制在0.6g以内，振动超过限值时会使变频器的紧固件松动，继电器和接触器等触点部件误动作，可能导致变频器不能稳定运行。所以在振动场所应用变频器时，应采取防振措施，并进行定期检查和维护、加固。1702.柜内安装要求（1）柜内安装时，变频器必须垂直安装。（2）安装多个变频器时，要并列放置，安装后采取冷却措施，如图所示。171多台变频器并列安装（3）多台变频器若采用上下安装时，中间应用导流隔板，如图所示。172多台变频器上下安装3.安装空间变频器运行时会产生热量，为了便于通风，使变频器散热，变频器应垂直安装，不可倒置，并且安装时要使其与其他设备、墙壁或电路管道有足够远的距离。（1）环境温度和湿度要求很多生产现场将变频器安装在电控柜内，为达到环境温度和湿度要求，要确保变频器有足够的安装空间，同时应注意散热问题，如图所示。173变频器安装环境要求（2）周边空间尺寸要求在40℃

以下环境中使用变频器时可以密集安装（0间隔）。若环境温度超过40℃，变频器横向周边空间应在1cm以上（如图所示）；若变频器容量超过5.5kW，变频器横向周边空间应在5cm以上