变频调速与伺服驱动技术课件 5 变频控制系统的典型应用

变频控制系统的典型应用安徽机电职业技术学院任务1变频器正反转控制电路的调试任务2风机工频变频切换系统的调试

任务1变频器正反转控制电路的调试知识目标：了解变频器主电路配件的功能掌握变频器上电电路的工作原理和设计要点掌握变频器的正反转控制电路工作原理能力目标：能够需要需求选择适当的主电路配件能够根据电气原理安装调试变频器正反转电路学会检修变频器正反转电路，解决出现的问题任务描述：利用继电-接触器系统设计变频器的正反转控制，并安装调试。要求可实现电机正反转控制，变频器上电后，正反转控制电路才有触发。电机运行期间不能直接断开变频器电源，变频器发生故障时应该立即停止工作。。由于变频器输出电量不是标准的正弦波，包含较强的高次谐波成分，会对同一电网上的其它设备产生很强的干扰；或工作时对电网造成冲击，或电网自身出现的电压波动、浪涌对变频器也产生干扰，影响其正常工作，甚至变频器损坏。为了提高变频器的工作性能，实现变频器和电动机的保护，减少变频器和周围其他电气设备的相互影响。必须为变频器配置相应的保护器件，变频器主电路外围器件主要包括接触器、断路器和电抗器和滤波器等设备。一、变频器的选配器件1.断路器作用：接通和关断电源，以及当电路发生过载和短路等故障时将变频器电源切断。例如变频器内部发生故障时，变频器本身有时将不能自行切断输出电流，而必须由接在线路上的断路器来切断变频器与电源的连接。一、变频器的选配器件2.接触器作用：是可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。考虑变频器时通过控制端子指令对异步电动机进行启动、停止等控制。一、变频器的选配器件3.电抗器作用：用于改善系统的功率因数和实现变频器与电源之间的匹配。分为进线电抗器和出线电抗器。

一、变频器的选配器件3.电抗器（1）输入电抗器减少变频器与电源间的相互低频干扰，既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元的谐波电流对电网的影响。（2）输出电抗器有助于改善变频器的过电流和过电压；可以补偿长线分布电容的影响，并能抑制变频器输出的谐波，减小变频器噪声，避免电动机绝缘过早老化和电动机损坏。一、变频器的选配器件4.滤波器（1）输入滤波器作用：有利于降低输入侧高频谐波电流，减少谐波对变频器的影响。在变频器工作环境中，如果高次谐波干扰源较多；或谐波强度较大，电磁噪声太强烈，最好使用输入滤波器。一、变频器的选配器件4.滤波器（2）输出滤波器作用：有利于降低变频器输出谐波造成的电动机运行噪声，减少噪声对其它电器的影响。如果变频器工作环境存在精密传感器或仪表等测量仪器，电动机运行噪声将导致它们运行异常，最好使用变频器输出滤波器。一、变频器的选配器件变频器的保护继电器输出端子10、11可以在变频器发生故障时断开变频器的电源，考虑变频器电容充放电，应避免频繁断开变频器的电源。二、变频器的外围电路1.变频器上电电路该电路由西门子MM420变频器、三相异步电动机M、塑料外壳式断路器QF、接触器KM、上电按钮SB2、断电按钮SB1、熔断器FU1等构成。KM用于变频器接通与断开电源。启动：按下变频器上电按钮SB2，回路经SB1→SB2→KM线圈→变频器输出端子10、11，接触器KM线圈得电，接触器KM主触点闭合，变频器控制面板LED指示灯点亮，变频器上电准备工作，接触器KM常开触点闭合自保持。停止：按下断电按钮SB1，控制回路断开，接触器KM线圈失电，接触器KM主触点断开，变频器断电停止工作，控制面板LED指示灯延迟几秒后熄灭。故障：若变频器内部发生故障，继电器输出端子10、11断开，控制回路断开，同时接触器KM主触点断开，变频器停止工作。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路接触器KM用于变频器接通与断开电源，中间继电器KA用于变频器正转与反转控制。当控制端子5和+24V短接时，变频器控制电动机正转；当控制端子6与+24V短接时，变频器控制电动机反转。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（1）电路中各元器件的作用KA1继电器，正转控制。KA2继电器，反转控制。（2）电路设计要点①KM接触器仍只作为变频器的上、断电控制。断电按钮SB1由运行继电器KA1或KA2封锁，使运行时SB1不起作用。接触器KM的作用：通过接触器迅速切断电源；可以方便地实现自锁、互锁控制。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路②变频器故障报警时变频器端子10、11，KM断开而停机。③变频器的上、断电，电动机的正、反转运行控制均采用主令按钮。④正反转继电器KA1和KA2互锁，必须先停机再改变转向。⑤变频器继电器输出端子10和11交流负载范围不大于250VAC/2A，直流负载范围不大于30VDC/5A。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（3）变频器的正反转控制工作原理①电机正转运行。当按下启动按钮SB2↑→KM线圈↑→KM主触头↑→变频器通电处于待机状态。这时如按下正转按钮SB4↑→KA1线圈↑→KA1常开触头↑→变频器的端子5↑→电动机正转→旋转RP→变频器输出频率。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（3）变频器的正反转控制工作原理②电机反转运行。如果要使电动机反转，先按下电机停止按钮SB3使电动机停止。按下正转按钮SB5↑→KA2线圈↑→KA2常开触头↑→变频器的端子6↑→电动机反转→旋转RP→变频器输出频率。二、变频器的外围电路2.变频器正反转控制电路（3）变频器的正反转控制工作原理③电机停止运行。先按下停止按钮SB3↑→使KA1和KA2线圈↓→解除对SB1的旁路供电→方可按下断电按钮SB1↑→使变频器断电。④变频器异常保护。若变频器异常期间出现故障，变频器端子10、11↓→接触器KM线圈失电↓→切断变频器电源。二、变频器的外围电路任务实施：变频器正反转控制电路的调试利用继电-接触器系统设计变频器的正反转控制，并安装调试。要求可实现电机正反转控制，变频器上电后，正反转控制电路才有触发。电机运行期间不能直接断开变频器电源，变频器发生故障时应该立即停止工作。（1）电气元件和耗材MM420变频器、三相异步电动机（WDJ26）、接触器、继电器、电气控制板、常用电工工具、数字万用表、铜导线、按钮等。任务实施：变频器正反转控制电路的调试（2）线路连接KA1和KA2的常开触点的一端接端子5和6；KA1和KA2的常开触点另一端接端子8。任务实施：变频器正反转控制电路的调试使用万用表检查电路通断，手动按压模拟触点吸合状态。①检查主电路：首先断开断路器QF，使用万用表分别测量断路器QF下的接线端子之间电阻值，应为断开（R→无穷大）。若测量结果有阻值且不趋向于无穷大，说明短路，核查排除故障，并以此类推检查其他主电路。任务实施：变频器正反转控制电路的调试②检查控制电路：使用万用表分别测量熔断器FU1和变频器端子11，控制电路阻值应为无穷大，否则说明控制电路存在短路故障，核查排除故障，并以此类推检查其他电路。然后按下SB2按钮测量控制电路阻值，测量结果应为接触器KM线圈阻值，松开SB2按钮测量结果应为无穷大，否则核查排除故障，并按照上述方法检查电机正反转电路。任务实施：变频器正反转控制电路的调试（3）参数设置①恢复工厂缺省值，其设置操作流程参数如下表所示。参数号出厂值设定值说明P0010030进入工厂复位准备状态P097001参数复位②快速调试电动机参数，为了使电动机与变频器匹配，需要设置电动机参数。参数号出厂值设定值说明P001001开始快速调试P010000功率以KW表示，频率为50HzP0304230380电动机额定电压（V）P03053.250.35电动机额定电流（A）P03070.750.06电动机额定功率（KW）P03105050电动机额定频率（Hz）P031101430电动机额定转速（r/min）P390001结束快速调试任务实施：变频器正反转控制电路的调试③功能参数设置，具体参数设置如下表所示。参数号出厂值设定值说明P000313设用户访问级为专家级P000400设定访问全部参数P070022命令源选择由端子排输入P070111ON接通正转，OFF1停止P0702122ON接通反转，OFF1停止P100022频率源由模拟AIN设定任务实施：变频器正反转控制电路的调试（4）运行调试变频器上电：按下SB2上电按钮，接触器KM线圈吸合，观察变频器控制面板LED指示灯是否点亮。电机正转：在变频器上电及电机静止的前提，按下SB4电机正转按钮，继电器KA1线圈吸合，变频器端子5、8接通，通过调节电位器RP，观察电机是否正转启动运行。电机反转：在变频器上电及电机静止的前提，按下SB5电机反转按钮，继电器KA2线圈吸合，变频器端子6、8接通，通过调节电位器RP，观察电机是否反转启动运行。电机停止：在变频器上电及电机运行的前提，按下SB3电机停止按钮，继电器KA1和KA2线圈失电，观察电机是否减速运行。变频器断电：按下SB1断电按钮，接触器KM线圈失电，观察变频器控制面板LED指示灯是否熄灭。任务2风机工频变频切换系统的调试知识目标：了解工频变频切换的功能掌握SA开关实现工频变频手动切换的工作原理工频变频自动切换的工作原理能力目标：能够正确描述工频变频切换的工作原理能够利用PLC模拟量设计工频变频自动切换方案学会工频变频切换相关参数的设置任务描述：随着工业技术的发展，风机的应用越来越广泛，对于风机系统来说，不同工况对风机运行特性有不同的要求。为了更好地适应不同工况下的要求，必须采用变频调速技术。当风机在50Hz以下运行时，使用变频器控制风机的运行，模拟量AIN的端子3、4给定变频器的运行频率；当风机运行频率达到50Hz，则变频器停止，电路切换到工频运行，并可以工频单独启动运行。一、继电器系统实现风机工频变频切换

1.风机工频变频切换顾名思义就是变频器与工频电动机之间的切换。主要方式：一是采用继电-接触器工频变频切换系统；二是采用PLC的工频变频切换系统，由PLC对变频器进行控制。主要有两种类型：①故障报警时自动切换。当变频器发生故障时，利用变频器输出端子，改变外围电路的运行状态，将变频器从电网脱开，将负载电动机直接接入电网，适用于负载比较重要、不能停机的场合。②频率检测切换。广泛应用于高楼恒压供水场合。假设有三台供水泵，当供水压力要求较低时，第一台水泵变频运行，实行对水压的自动调节；当供水压力要求逐渐升高，频率已近50HZ时，第一台水泵转换为工频运行，第二台水泵变频运行；当供水压力要求继续升高，第二台水泵已接近50HZ时，第二台水泵转换为工频运行，第三台水泵变频运行；依此类推。如此，三台水泵只需一台变频器，就可以实现对水压的自动调节。一、继电器系统实现风机工频变频切换

2.SA开关实现工频变频手动切换通过三位开关SA进行选择，变频器继电器输出端子10和11交流负载应不大于250V。（1）主电路的构成①KM1用于将电源接至变频器的输入端；②KM2用于将变频器的输出端接至电动机；③KM3用于将工频电源直接接至电动机。有必要接入热继电器FR，用于作为工频运行时的过载保护。一、继电器系统实现风机工频变频切换

2.SA开关实现工频变频手动切换符号功能符号功能SB1变频器断电SB5工频停止SB2变频器上电SB6工频启动SB3风机停止SA模式选择SB4风机启动

一、继电器系统实现风机工频变频切换

（2）控制按钮开关功能2.SA开关实现工频变频手动切换（3）工作原理①当SA合至“工频运行”模式2时：按下工频起动按钮SB6↑→KM3线圈↑→风机进入“工频运行”。②当SA合至“变频运行”模式1时：按下变频器上电按钮SB2↑→KM1和KM2线圈↑→KM1和KM2主触点↑→变频器上电。一、继电器系统实现风机工频变频切换

2.SA开关实现工频变频手动切换（2）变频运行”模式1时工作原理a.按下风机启动按钮SB4↑→KA线圈↑→“变频运行”状态。KA线圈↑→断电按钮SB1将失去作用，以防止切断变频器电源使风机停机。b.如果变频器因故障而跳闸→端子10、11↓→KM2和KM1↓→风机和变频器断电。c.KM2和KM3必须互锁，避免工频电接到变频器输出端子。一、继电器系统实现风机工频变频切换

二、风机工频变频自动切换当风机要在50Hz以下运行时，由变频器给风机供电运行。在变频器输出频率50Hz时，由工频给风机供电运行。P0731=53.4、P2155=50Hz时，变频器实际频率大于门限频率50Hz，变频器输出端子10、11动作。二、工频变频自动切换（1）工作原理①按下变频器上电按钮SB2↑→KM1和KM2线圈↑→变频器通电。②按下风机启动按钮SB42↑→KA1线圈2↑→变频运行状态。③当实际频率大于门限频率f时，输出端子10、11↑→KM3线圈↑→风机工频运行。任务实施：基于PLC模拟量工频变频切换的调试当风机在50Hz以下运行时，使用变频器控制风机的运行，模拟量AIN的端子3、4给定变频器的运行频率；当风机运行频率达到50Hz，则变频器停止，电路切换到工频运行，并可以工频单独启动运行。（1）电气元件和耗材

MM420变频器、1200PLC、三相异步电动机（WDJ26）、接触器、继电器、电气控制板、常用电工工具、数字万用表、铜导线、按钮等。任务实施：基于PLC模拟量工频变频切换的调试KM2和KM3绝对不允许同时吸合，相互之间必须设置可靠的互锁，为此在PLC的输出电路中用KM2和KM3的常闭触点组成硬件互锁电路。（2）线路连接变频器的模拟量输出端12和13与1200PLC本体自带的模拟量输入端0、2M连接;为了匹配转换信号，需要在其两端并联500欧姆的电阻R。任务实施：基于PLC模拟量工频变频切换的调试（3）输入输出分配表输入地址符号功能输出地址符号功能I0.1SB1断电按钮Q0.1KM1变频器通电I0.2SB2上电按钮Q0.2KM2变频运行I0.3SB3变频停止按钮Q0.3KM3工频运行I0.4SB4变频启动按钮Q0.4KA变频器正转I0.5SB5工频停止按钮

I0.6SB6工频启动按钮

IW64/模拟量输入

任务实施：基于PLC模拟量工频变频切换的调试（4）PLC梯形图程序设计程序段1为变频器实际输出频率检测，NORM_X指令和SCALE_X指令，将PLC模拟量输入的IW64电压信号对应数据值0~27648模拟量实际输出频率MD14中;若实际输出频率MD14大于49.5Hz时触发工频变频切换M0.0的线圈得电。任务实施：基于PLC模拟量工频变频切换的调试（4）PLC梯形图程序设计程序段2为变频器上电控制:按下变频器上电按钮I0.2，