《电工电子技术应用与实践》-第11章

11.1电动机调速基础11.1.1三相异步电动机的机械特性1.电动机拖动系统工业企业中的各种生产机械在完成生产的过程中，普遍采用各种类型的电动机来拖动生产机械。这种以电动机为动力拖动生产机械的拖动方式叫作电力拖动，或电动机拖动、电气传动等。电力拖动系统一般由电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源等基本环节组成，如图11−1所示。电动机是一个机电能量转换元件，它把从电源输入的电能转换为生产机械所需要的机械能。下一页返回11.1电动机调速基础传动机构则是用以传递动力，实现速度和运动方式变换的机构。不同的传动方式，其使用场合不同、传动效率不同、工作原理也不同。生产机械作为电动机的负载，靠传动机构将电动机轴上输出的机械功率传递给工作机构，它是实现电力拖动能量传递的主体对象。控制设备的主要作用是应用电力电子技术和计算机控制技术，从对电动机的控制入手，实现对生产机械运行特性的控制。异步电动机主要用作电动机，是目前生产、生活中应用最广泛的一种电动机。据统计，在供电系统的动力负载中，约有85%是由异步电动机驱动的。异步电动机具有结构简单、制造方便、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、检修维护方便等一系列优点；上一页下一页返回11.1电动机调速基础它还具有较高的运行效率和令人满意的工作特性，能满足各行各业大多数生产机械的传动要求。但异步电动机的启动和调速性能较差；且其需从电网吸收无功功率以建立磁场，从而使电网的功率因数下降。三相异步电动机广泛应用在各种拖动系统中。单相异步电动机由单相电源供电，使用方便，广泛应用于家电、电动工具、医疗器械中。与同等容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积大、运行性能较差，所以单相电动机只做成小容量的电动机。2.三相异步电动机的机械特性三相异步电动机工作在额定电压时，其电动机的电磁转矩T与转子转速n之间的关系，称为电动机的机械特性，如图11−2所示。上一页下一页返回11.1电动机调速基础当三相异步电动机工作在UN和fN下时，由电动机本身固有的参数所决定的机械特性称为电动机的固有机械特性。在正常工作情况下，其与直流他励电动机一样，二者的固有机械特性都是硬特性。在分析电动机拖动系统的运行时，常利用人为机械来进行分析。由机械特性的参数表达式可知，人为地改变异步电动机的任何一个参数（U1、f1、p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗等），都可以得到不同的机械特性，这些机械特性统称为人为机械特性。例如，降低定子端电压的人为机械特性如图11−3（a）所示，转子回路串对称电阻的人为机械特性如图11−3（b）所示。上一页下一页返回11.1电动机调速基础11.1.2三相异步电动机的启动电动机从静止状态加速到某一个转速并稳定运行的过程称为启动。异步电动机启动时存在两个问题：一是其启动电流大，导致母线电压降大，因而影响同一供电电网上的其他用电设备的正常运行；二是其启动转矩不大，如带较重负载时，启动较困难，即使能启动，启动时间也会较长，对电动机不利。对电动机启动的一般要求为：启动电流小，启动转矩大，且在启动过程中电动机的转速平稳上升；启动时间短，设备简单，投资少；启动时的能量损耗小。三相笼型异步电动机有全压启动和降压启动两种方法。上一页下一页返回11.1电动机调速基础11.1.3三相异步电动机的制动在拖动系统中，有时需要快速停车、减速或定时定点停车，这时需要在电动机转轴上施加一个与转向相反的转矩，即进行制动。制动可分为机械制动和电气制动。机械制动是由机械方式（如制动闸）施加制动；电气制动是使电动机的电磁转矩方向与转速方向反向，迫使电动机减速或停止转动。11.1.4三相异步电动机的调速当三相电动机定子绕组通入三相交流电后，电子绕组会产生旋转磁场，旋转磁场的转速n0与交流电源的频率f1和电动机的磁极对数p有如下关系：n0=60f1/p（11−3）上一页下一页返回11.1电动机调速基础电动机转子的旋转速度略低于旋转磁场的旋转速度n0（又称同步转速），两者的转速差称为转差率s，此时，电动机的转速n为：n=(1−s)n0=(1−s)60f1/p（11−4）由式（11−4）可知，若要改变电动机的转速n，有三种方法，即变极调速、改变转差率调速、变频调速。目前，常见的调速方式主要有串级调速、降压调速、转子串电阻调速、变极调速、变频调速，其中前三者均属于变转差率调速方式。转差率是异步电动机运行时的一个重要物理量，异步电动机运行时，s的取值范围为0＜s＜1。异步电动机在额定负载条件下运行时，一般额定转差率sN取0.01～0.06。上一页返回11.2变频器基础11.2.1变频器概述1.变频器变频器是由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电气设备。图11−6所示为西门子变频器。变频器作为异步电动机的交流电源，其输出电压的大小和频率都可以连续调节，从而驱动交流电动机进行连续而平滑的变频调速。变频调速是以变频器向交流电动机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电动机的宽范围内的无级调速。变频调速是目前效率最高、性能最好、应用最广的调速技术，它可以构成高动态性能的交流调速系统，从而取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。下一页返回11.2变频器基础2.变频器的发展历程（1）电力电子器件的发展变频技术是在电力电子技术基础之上发展起来的。早期的变频器主电路由晶闸管等分立电子元件组成，可靠性差、频率低，而且输出电压和电流的波形是方波。随着GTR和GTO成为逆变器的功率器件，脉宽调制（PWM）技术也进入到应用阶段，这时的逆变电路已能够得到相当接近正弦波的输出电压和电流，与此同时，微处理器成为变频器的控制核心，按压频比（U/f）控制原理来实现异步电动机的变频调速，使其在工作性能上有了很大的提高。近年来，人们陆续研制出绝缘栅双极晶体管IGBT和性能更为完善的智能功率模块IPM，使得变频器的容量和电压等级得到不断的扩大和提高。上一页下一页返回11.2变频器基础IGBT和IPM是目前通用变频器中广泛使用的主流功率器件，由于其采用沟道型栅极技术、非穿通技术等方法大幅降低了集电极−射极之间的饱和电压，使得变频器的性能有了很大的提高。20世纪90年代，市场上又出现了一种新型半导体开关器件——集成门极换流晶闸管（IGCT），该器件是GTO和IGBT结合的产物。电力电子器件在变频器的主电路中起核心作用，它的性能优劣标志着变频器档次的高低，从某种意义上来说，变频器的发展过程正是电力电子器件发展过程的反映。变频器的发展刺激并调动了对电力电子器件的研究与发展，而电力电子器件的发展则进一步推动了变频器的发展及其水平的提高。上一页下一页返回11.2变频器基础（2）微处理器与自动控制技术的发展计算机科学技术的飞速发展使变频器的中央处理单元从采用8位微处理器迅速升级为16位乃至32位微处理器，使变频器的功能从单一的变频调速发展为包含算术、逻辑运算及智能控制的综合功能。自动控制技术的发展使变频器在改善压频比控制性能的同时，推出了能实现矢量控制、直接转矩控制、模糊控制和自适应控制等多种模式。现代的变频器已经内置参数辨识系统、PID调节器、PLC控制器和通信单元等，并可根据需要实现拖动不同负载、宽调速和伺服控制等多种功能。上一页下一页返回11.2变频器基础（3）交流调速系统的推进直流调速系统具有结构简单、调速平滑与调速性能好等优点。但直流电动机具有结构复杂、价格昂贵、维修工作量大、事故率高等特点，同时直流电动机的容量、电压、电流和转速的上限值均受到换向条件的制约，在一些大、特大容量的调速领域中无法应用。交流调速系统电动机的结构简单、工作可靠、价格低廉、限制较少，但其调速较困难，难以进行连续平滑地变频调速。变频器的问世正好解决了这一问题。（4）PWM控制技术的发展PWM控制技术一直是变频技术的核心之一。PWM可以同时实现变频和变压，其在交流传动乃至其他能量交换系统中得到广泛应用。上一页下一页返回11.2变频器基础PWM控制技术大致可以分为三类，即正弦PWM、优化PWM和随机PWM。正弦PWM已广为人知，正弦PWM因其具有改善输出电压和电流波形、降低电源系统谐波的多重PWM技术，在大功率变频器中具有独特的优势。优化PWM追求实现电路谐波畸变率（THD）最小、电压利用率最高、效率最优、转矩脉动最小及其他特定的优化目标。随机PWM的原理是随机改变开关的频率，使电动机的电磁噪声近似为限带白噪声，尽管噪声的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪声的强度大大减弱。目前，采用磁通矢量控制技术的变频器，其调速性能已达到直流电动机调速的水平。上一页下一页返回11.2变频器基础目前，电力电子器件已进入到高电压大容量化、高频化、组件模块化、微小型化、智能化和低成本化的时代，随着电子信息技术与控制理论的不断发展，变频器技术正朝着网络智能化、专门化、一体化、安全可靠和小型化的方向发展。3.变频器的应用随着新型的电力电子器件、大容量微处理器和先进的控制理论的发展，交流变频调速的综合性能已经赶上并在某些方面超过了直流调速，并已经上升为电气调速传动的主流。变频器调速系统的优点很多，例如，其输出功率可以连续调节，并可以实现电动机的无级提速；其功率因数高，利用效率高，节能效果显著；上一页下一页返回11.2变频器基础其稳压性能好，适用于输入电压一定的波动情况；其可调范围宽，能实现大范围调速，并能保证输出特性；它的启动、停止平稳，极大地缓和了对电动机的冲击。变频器传动已成为实现工业自动化的主要手段之一，它在各种生产机械中，如风机、水泵、生产装配线、机床、纺织机械、轻工包装机械、造纸机械、食品、化工、矿山、冶金、轧钢等工程设备及家用电器中得到广泛应用。变频调速技术可获得提高自动化水平，提高机械性能，提高生产效率，提高产品质量和节约能源等方面的综合效益。实践证明，变频器的应用已成为节能、改造传统工业、提高产品质量、改善环境、推动技术进步和提高自动化水平的主要手段之一。上一页下一页返回11.2变频器基础4.我国变频器的应用现状我国应用变频器起步较晚，从20世纪80年代后期开始引进交流变频技术，推广使用变频器至今，变频器已广泛应用在各行业，并取得了巨大的经济效益和社会效益，但是我国在应用变频器方面仍有巨大的空间。我国在交流电动机上使用变频调速运行的仅占总数的6%左右，而世界上工业发达的国家在这方面已达到60%～70%。变频器最主要的应用领域是节能调速和工艺调速领域，单从节能调速方面来讲，我国现运行的风机、水泵、空调类负载在4200万台以上，占全国用电总量的1/3，其中60%适合用调速变频器。近几年，随着环保节能需求的上升和变频器价格的下调及其性能的提高，大力推动了变频器的应用。上一页下一页返回11.2变频器基础5.变频器的发展方向随着变频器应用的日益广泛，变频器的性能和相关技术也在飞速发展，其主要表现在以下几个方面：（1）模块化模块化是将整流电路、逆变电路、逻辑控制、驱动和保护、电源回路等全部集成在一个模块内，从而减小变频器的体积、降低功耗、提高可靠性。上一页下一页返回11.2变频器基础（2）专用化为更好地发挥变频器控制技术的独特功能，并尽可能地满足现场控制的需要，变频器派生出了许多专用机型，如风机、水泵、空调专用型，注塑机专用型，电梯专用型，纺织机械专用型，中频驱动专用型，机车牵引专用型等变频器。（3）软件化新型变频器的功能的软件化已进入实用阶段，通过内置软件编程可实现其所需的功能。变频器内置多种可选的应用软件，以满足现场过程控制的需要，如PID控制软件、同步控制软件、变频器调试软件与通信软件等。上一页下一页返回11.2变频器基础（4）网络化新型变频器内设RS−485接口，可提供多种兼容的通信接口，以支持多种不同的通信协议，并可由计算机控制和操作变频器，通过选件可与Modbus、Profibus、CAN等多种现场总线联网通信，并可通过提供的选件支持上述几种或全部类型的现场总线。（5）智能化变频器控制技术在现有的基础上进一步发展，并融入了基于现代控制理论的自适应技术、多变量解耦控制技术、最优控制技术和基于智能控制技术的模糊控制、神经元网络、专家系统和故障自诊断技术等，使变频器更加智能化。上一页下一页返回11.2变频器基础11.2.2变频器的分类1.按照电流变换的方式分类变频器按主电路电流变换的方式可分为交−直−交变频器与交−交变频器。2.按照直流电源的性质分类在交−直−交变频器中，根据中间部分的电源性质不同，又可以将其分为两大类，即电压型变频器和电流型变频器，其原理如图11−8所示。上一页下一页返回11.2变频器基础3.按照输出电压的调制方式分类按照输出电压的调制方式可以分为正弦波脉宽调制变频器和脉幅调制变频器。（1）正弦波脉宽调制变频器正弦波脉宽调制（SPWM）变频器是指在变频器逆变电路部分同时对输出电压的幅值和频率进行控制的变频器。（2）脉幅调制变频器脉幅调制（PAM）变频器是指在变频器整流电路部分对输出电压的幅值进行控制的变频器。上一页下一页返回11.2变频器基础4.按照功能用途分类按照功能和用途的不同，可以将其分为通用变频器与专用变频器。11.2.3变频器的控制方式在变频调速系统中，根据工程的需要，有的系统需要开环运行，有的系统需要闭环才能满足控制需要，也有的系统需要在闭环前提下实现较硬的机械特性和快速响应能力。为了适应工程及控制系统的需要，变频器可以根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当的控制，一般通用变频器具有基本U/f控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等四种控制方式。不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的。上一页下一页返回11.2变频器基础11.2.4变频器的结构市场上变频器的品牌很多，控制方式各异，但其主电路的形式和结构大体相同。交−直−交变频器通常由主电路、控制电路、外接端子及操作面板等组成。如图11−10所示的上面部分为变频器的主电路，下面部分为变频器的控制电路、外接端子与操作面板。1.主电路主电路包括整流电路、中间电路与逆变电路。2.控制电路控制电路的主要任务是完成对逆变电路的开关控制、对整流电路的电压控制以及完成各种保护功能等。上一页下一页返回11.2变频器基础控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。目前，高性能的变频器已经采用微型计算机进行全数字控制，其主要靠软件完成各种功能，采用的硬件电路尽可能简单。3.外接端子（1）主电路端子主电路接线端子包括三相电源接线端子、电动机接线端子、直流电抗器接线端子、制动单元和制动电阻接线端子。（2）控制电路接线端子控制电路接线端子用于控制变频器的启动、停止、外部频率信号的给定、故障报警输出等。上一页下一页返回11.2变频器基础4.操作面板操作面板用于设定变频器的控制功能、参数和监视变频器的运行。11.2.5变频器常用的电力电子器件电力电子器件是变频器主电路的核心元件，是实现电能变换与控制的半导体器件。电力电子器件能承受的电压高，允许通过的电流大，其通常工作在开关状态。其所处理的电功率大，工作时需要驱动电路提供足够的控制信号，而且它的功耗大、温度高，一般需要安装散热片。常用的电力电子器件按其被控制信号所控制的程度可以分为不可控器件、半控型器件与可控器件。上一页下一页返回11.2变频器基础不可控器件不能用控制信号来控制其通断，如电力二极管器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的；半控型器件通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，如晶闸管及其大部分派生器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定；全控型器件通过控制信号既可以控制其导通又可以控制其关断，如绝缘栅双极晶体管IGBT和门极可关断晶闸管GTO等。电力电子器件按其驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质可分为电流驱动型器件与电压驱动型器件。电流驱动型器件通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制，常见的电流驱动型器件有普通晶闸管、门极可关断晶闸管GTO；上一页下一页返回11.2变频器基础电压驱动型器件是通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号来实现导通或者关断的控制，常见的电压驱动型器件有功率场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT等。电力电子器件按其器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况可分为单极型器件、双极型器件与复合型器件三种。单极型器件是只有一种载流子参与导电的器件，常见的单极型器件有功率场效应晶体管MOSFET和静电感应晶体管SIT；双极型器件是由电子和空穴两种载流子参与导电的器件，常见的双极型器件有功率晶体管GTR、门极可关断晶闸管GTO等；复合型器件是由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件，一般是以普通晶闸管、GTR或GTO为主导元件，以MOSFET为控制元件复合而成的，常见的复合型器件有绝缘栅双极晶体管IGBT。上一页下一页返回11.2变频器基础11.2.6PWM原理1.脉冲宽度调制（PWM）PWM（PulseWidthModulation）脉冲宽度调制方式是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变调制周期来控制其输出频率的方式。SPWM（SinusoidalPWM）是正弦波脉宽调制方式，就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，并用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。2.PWM基本原理变频器期望的输出电压波形是纯粹的正弦波形，但就目前的技术而言，还不能制造出功率大、体积小、输出波形如同正弦波发生器那样标准的可变频变压的逆变器。上一页下一页返回11.2变频器基础目前很容易实现的逆变器的输出波形是一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，如图11−18所示。可以使这些等幅不等宽的矩形脉冲波形与正弦波等效，等效的原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n等份，然后把每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，其脉冲幅值不变，宽度为δ（t），使各脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合，因此就有n个等幅不等宽的矩形脉冲组成的波形与正弦波的正半周等效，称为正弦波脉冲宽度调制（SPWM）波形。同样，正弦波的负半周也可以用同样的方法使之与一系列负脉冲等效。上一页下一页返回11.2变频器基础虽然SPWM的电压波形与正弦波相差甚远，但由于变频器的负载是电感性负载电动机，而流过电感的电流是不能突变的，当把调制频率为几千赫兹的SPWM电压波形加到电动机上时，其电流波形就是比较好的正弦波了。3.SPWM的分类按照调制脉冲的极性关系，则SPWM逆变电路的控制方式有单极性控制方式和双极性控制方式两种。上一页下一页返回11.2变频器基础11.2.7变频器主电路变频器的主电路是从整流到逆变的整个功率电路，典型的交−直−交变频器主电路如图11−21所示，工频交流电从R、S、T端子输入，由U、V、W端子输出，它主要由整流电路、限流电路、滤波电路、高压指示电路、制动电路、逆变电路等部分组成。11.2.8变频器的保护功能在工业变频调速系统中，工业现场的各种干扰因素都会影响调速系统的正常运行，导致系统发生故障，甚至引起安全事故。为了保证系统的正常可靠运行，必须要有相应的保护功能。在变频器中，有些功能是通过变频器内部的软件和硬件直接完成的，有些功能则需要根据系统要求具体设定。上一页下一页返回11.2变频器基础1.变频器过载功能当变频器的过电流值为1.5倍的额定电流并持续1min时，变频器处在过载状态，此时，变频器的过载保护功能动作，对变频器主电路的换流器件进行保护。2.过压与过流保护功能当变频器主电路的直流中间电路的直流电压超过过电压规定值时，保护功能开始起作用，停止变频器输出；过电流是由于对电动机进行直接启动、相间短路或对地短路等原因而导致的变频器输出端出现过大的电流峰值，或者当电流超过变频器输出的50%时，过流保护功能将开始起作用，停止变频器的输出。上一页下一页返回11.2变频器基础3.欠压保护功能由于变频系统长时间在欠电压状态下工作，会使变频器发出误动作。因此，当主电路的直流中间电路的直流电源出现规定时间以上的低电压现象时，保护功能将停止变频器工作。4.瞬时停电再启动保护功能瞬时停电再启动功能是指电源瞬间停电又很快恢复供电的情况下，变频器是继续停止输出，还是自动重启的功能。变频器瞬时停电再启动功能有多个参数可供选择，如瞬时停电后不启动、瞬时停电后以原速重新启动、瞬时停电后速度从0重新启动等，在使用时要注意选择，如选择不当将会出现瞬时停电后停机，从而影响产品质量或造成停产事故。上一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器11.3.1富士5000G11S/P11S变频器简介FRENIC5000G11S/P11S系列低噪声高性能多功能变频器是富士公司推出的新一代产品，适应于一般工业用途，它采用富士电动机独自开发的动态转矩矢量控制方式，在0.5Hz时的启动转矩可达到200%，并具有包括自整定功能在内的许多便利的功能，同时，具有小型、全封闭防护结构，机种规格齐全等优点。其中，G11S系列主要应用于普通电气设备，其输出功率从0.4～280kW共有23种规格型号；P11S系列主要应用于风机、泵类负载，其输出功率从7.5～280kW共有17种规格型号。G11S和P11S两大系列的产品具有相同的外端子和功能参数码，只是个别功能参数码的设置范围有所不同，其外形如图11−22所示。下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器FRENIC5000G11S/P11S系列变频器采用动态转矩矢量控制技术，能在各种运行条件下实现对电动机的最佳控制，是变频器中低噪声、高性能和多功能的理想结合。它主要具有以下特点：1）采用动态转矩矢量控制技术。2）使用PG反馈卡构成带PG反馈的矢量控制系统，能实现更高性能、更高精度的运行。3）电动机低转速时脉动大大减小。4）具有方便使用的键盘面板。5）在电动机运行过程中时常进行自整定，时常核对电动机的特性变化，从而能实现高精度的速度控制。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器6）一般工业用的G11S系列变频器的容量范围为0.2～400kW，风机、泵用的P11S系列变频器的容量范围为7.5～500kW。7）有适应各种环境的机型结构，一般对功率小于22kW的标准产品采用全封闭结构IP40，耐环境性好。对于功率≤22kW的变频器，允许进行横向密集安装，这样可节省控制盘的安装空间。8）采用低噪声控制电源系统，从而大大减小了对周围传感器等设备的噪声干扰，它装有连接抑制高次谐波电流的DC电抗器端子，具有优良的环境兼容性。9）标准内装接口RS−485。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器10）丰富的实用功能。例如，它可用于风机、泵的PID控制功能，变频器风扇的ON/OFF控制功能，商用电切换顺序的功能；其也可用于搬运、传送设备，可选择预先设定的16种速度运行，程序运行时，可使用连续、单循环或单循环终速继续运行等功能。11.3.2富士5000G11S/P11S变频器接口电路富士变频器具有丰富的接口电路，其详细的外接端子如图11−26所示。1.主电路端子（1）L1、L2、L3端子L1、L2、L3端子为变频器的电源输入端子，通过断路器接到三相电源上。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器为使变频器的保护功能动作时能及时切断电源，一般在电源电路中连接接触器。（2）U、V、W端子U、V、W端子为负载输出端子，作为电源接入三相异步电动机。（3）P1、P(+)端子P1、P(+)端子为直流电抗器连接端子，出厂时短路，需外接电抗器时应去掉其短路片。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（4）RO、TO端子RO、TO端子为控制电源辅助输入端，当保护功能动作电源接触器断开时，变频器断电，此时变频器面板的显示功能消失，总报警器输出也不能保持。为了使控制电路不断电，应将与主电路电源相同的电压接入RO、TO端，为变频器提供辅助电源。2.输入控制端子（1）模拟量输入控制端子13、12、C1、1113端为+10V电源端，为输入控制电位器提供直流电源；12端为模拟电压设定输入端，通过模拟电压设定频率，电压范围为0～10V，可用电位器设定，也可用外接直流模拟信号设定或外接PID反馈信号；上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器C1端为模拟电流设定输入端，电流范围为4～20mA；11端为模拟输入信号公共端子（0V）。（2）运行控制端子FWD、REVFWD、REV是运行控制端子，当FWD与CM闭合时，变频器输出正转运行电源；当二者断开时，电动机减速停止。当REV与CM闭合时，变频器输出反转运行电源；当二者断开时，电动机减速停止。（3）多功能输入控制端子X1～X9X1～X9端子是多功能输入控制端子，该端子有32种功能可供选择，可根据需要进行设定。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（4）公共端CMCM端子是接点输入公共端，即接点输入信号的公共端子，非接地端子。3.输出控制端子（1）模拟量输出监视端子FMAFMA端子是多功能模拟量监视端子，其输出正比于监视量的直流电压信号（0～10V），由功能参数码F31设定其监视对象。（2）数字量输出监视端子FMPFMP端子是多功能输出量监视端子，用来输出数字监视信号，由F35功能参数码设置监视对象。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（3）继电器接点输出报警端子30A、30B、30C30A、30B、30C端子为总报警输出继电器，其动作模式由F36设置。如设F36=0，当变频器报警动作时，30A与30C闭合、30B与30C断开，并输出报警信号。（4）多功能输出监视端子Y1～Y4、Y5Y1～Y4端子为晶体管集电极开路输出端，工作时需外加24V直流电压，且电流小于50mA。Y5为继电器接点输出端。Y1～Y4、Y5输出监视端子有34种监视信号供选择，可根据需要进行预置。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器4.通信端子DX+、DX−、SD为RS−485通信接口，该接口能与个人计算机和PLC等主机连接进行串行通信，可通过主机命令变频器的运行/停止，监视变频器的运行状态和修改其功能数据等。11.3.3富士5000G11S/P11S变频器操作与运行1.键盘面板操作体系（1）正常运行时正常运行时，两个显示屏均显示运行的相关信息，键盘面板操作体系的基本组成如图11−27所示。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器当按下“PRG”键时，变频器显示程序菜单，再按下“FUNC/DATA”键，即可按菜单方式选择必要的功能画面和补充画面。其各层次显示的内容如表11−1所示。（2）发生报警时发生报警时，键盘面板将由正常运行时的操作体系转换为报警时的操作体系，画面转换层次如图11−28所示。报警时的画面显示各种报警信息，报警时的程序菜单、各功能画面及补充画面仍与正常运行时一样，但是由程序菜单转换为报警模式只能通过操作“PRG”键。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器2.键盘面板操作方法（1）显示屏画面选择LCD显示屏有两种显示方式，这两种方式的切换通过功能参数码E45的设置实现。E45=0时，显示运行状态和操作信息，如图11−29所示；E45=1时，用棒图显示运行数据，如图11−30所示。（2）频率的键盘面板设定功能参数码F01=0或C30=0时，变频器显示“运行模式”画面，按“∧”“∨”键，LED显示设定频率值。还可用“SHIFT/＞＞”键任意改变数据的位，从而直接改变设定数据。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器当需要保存设定的频率时，按“FUNC/DATA”键将其存入存储器，按“PRG”或“RESET”键可恢复运行模式，如图11−31所示。（3）菜单画面显示更换运行模式按“PRG”键显示菜单画面，再按“∧”键或“∨”键可移动光标选择项目，再按“FUNC/DATA”键即可显示出相应的项目内容，如图11−32所示。（4）功能数据设定按“FUNC/DATA”键，显示出功能选择画面，显示功能代码及其名称，选择所需功能再按“FUNC/DATA”键，则出现数据设定画面。其设定过程如图11−33所示。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器功能参数码由字母和数字组成，每一功能组都有特定的字母标志，如图11−34所示的F00～F03。在选择功能时，用“＞＞”+“∧”或“＞＞”+“∨”键可以以功能组为单位进行移动，便于大范围快速地选择所需功能码，如图11−34所示。（5）功能数据确认按“FUNC/DATA”键显示数据设定画面，再按“∧”“∨”键或用“SHIFT/＞＞”键改变设定数据，最后按“FUNC/DATA”键确认，如图11−35所示。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（6）运行状态监视按“PRG”键显示菜单画面，按“∧”“∨”键移动光标，选择“3.运行监视”，再按“FUNC/DATA”键显示画面，按“∨”键切换到监视画面，如图11−36所示。（7）维护信息按“PRG”键显示菜单画面，按“∧”“∨”键移动光标，选择“5.维护信息”，再按“FUNC/DATA”键显示维护信息画面，按“∨”键切换画面，如图11−37所示。维护信息包括变频器累计运行时间、变频器箱内最高温度、变频器中间直流电路电压值、主电容器容量、电容器累计运行时间、冷却风扇累计运行时间、通信出错次数。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（8）I/O巡回检查按“PRG”键显示菜单画面，按“∧”“∨”键移动光标，选择“4.I/O检查”，再按“FUNC/DATA”键显示变频器和选件的输入、输出状态画面，共7幅画面，按减小键（“∨”键）切换画面，如图11−38所示。（9）负载率测定按“PRG”键显示菜单画面，按“∧”“∨”键移动光标，选择“6.负载率”，按“FUNC/DATA”键显示负载率测定画面，可测定和显示设定时间内的最大电流、平均电流及平均制动功率，如图11−39所示。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（10）报警信息按“PRG”键显示菜单画面，按“∧”“∨”键移动光标，选择“7.报警信息”，按“FUNC/DATA”键显示报警信息画面（9幅），按“∧”“∨”键更换画面，确认报警发生时的各种数据，如图11−40所示。（11）报警原因按“PRG”键显示菜单画面，按“∧”“∨”键移动光标，选择“8.报警原因”，按“FUNC/DATA”键显示报警历史及原因，如图11−41所示。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器3.变频器保护动作变频器发生异常时，保护功能开始动作，变频器立即跳闸，同时LED显示报警符号，LCD显示报警内容，电动机立即停止运行。故障原因消除后，必须按面板上的“RESET”键或对复位端子输入复位信号，才能解除跳闸状态。报警显示内容如表11−2所示。11.3.4富士5000G11S/P11S变频器功能参数功能参数码是变频器基本功能的指令形式，它存储在变频器中，预置这些功能参数码没有先后顺序，只要预置进去后即被记忆。G11S/P11S系列变频器的功能很强，其主要应用的功能参数码分成以下六类。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（1）基本功能参数码F××基本功能参数码从F00～F42共包含36条有效功能的参数码。其中主要包括变频器的一些基本功能，具体参数码如表11−3所示。实际工程应用时，要查阅变频器的操作说明书，其中有完整的功能参数码表和每个功能参数码的详细说明。（2）扩展端子功能参数码E××扩展端子是指输入、输出多功能端子，其功能参数码从E01～E47共包含39条有效功能参数码，具体参数码如表11−4所示。其中多功能输入扩展端子有9个（X1～X9），有33种控制方式可选择；多功能输出监视端子有5个（Y1～Y5），有35种控制方式可选择。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器这些控制选择内容和监视选择内容多由E功能参数码设定，只有当这些功能被设定有效时，才可由X、Y端子控制或监视。（3）频率控制功能参数码C××频率控制功能参数码从C01～C33，共有32条有效功能参数码，其具体参数码如表11−5所示。（4）电动机1的功能参数码P××电动机1的功能参数码共有9条，其功能是输入电动机1的额定参数，其具体参数码如表11−6所示。上一页下一页返回11.3富士5000G11S/P11S变频器（5）电动机2的功能参数码A××电动机2的功能参数码从A01～A18共有18条有效参数码，其功能参数码的含义与电动机1的功能参数码的含义相同，其具体参数码如表11−7所示。（6）高级功能参数码H××高级功能参数码从H03～H39共有34条有效参数码，其具体参数码如表11−8所示。上一页返回11.4实训项目11.4.1变频器基本操作实训1.实训任务了解实验室所用的富士5000G11S/P11S通用多功能变频器的铭牌及其命名，熟悉其安装方法、电气接线、面板操作体系与常用功能参数设置。2.变频器认识与安装（1）变频器整体认识了解变频器的铭牌标识及含义。下一页返回11.4实训项目（2）变频器的安装变频器安装时应注意以下事项：1）变频器应垂直安装。2）变频器运行时要产生热量，为确保冷却空气的通路，在设计时要在变频器的各个方向留有一定空间。3）变频器运行时，散热板的温度很高，所以变频器背面的安装面必须要用能耐受较高温度的材质。（3）变频器的电气接线依据电路图11−47所示完成电气接线。上一页下一页返回11.4实训项目并注意以下事项：1）电源一定要连接于主电路电源端子L1/R、L2/S、L3/T。2）接地端子必须良好接地。3）一定要用压接端子连接端子和导线，保证连接的高可靠性。3.变频器操作面板的熟悉实训1）检查线路无误后，报告指导教师，教师同意后方可接通电源。2）恢复出厂设定（H03），熟悉操作面板。3）运行指令由面板设定，进行试运行。上一页下一页返回11.4实训项目4）变频器的停机。注意停机时要先用“STOP”键停止变频器的运行，等电动机停止转动后，再切断变频器的电源。在显示屏熄灭前变频器是带电的，不要用身体触及变频器各端子。4.变频器的运行模式熟悉实训仔细阅读本章第3节的内容，依据变频器键盘面板操作体系的讲解，熟悉变频器的操作。实训内容主要包括以下几项：1）显示屏画面选择。2）频率的键盘面板设定。3）菜单画面显示更换运行模式。上一页下一页返回11.4实训项目4）功能数据设定。5）运行状态监视。6）I/O巡回检查。7）维护信息。8）负载率测定。9）报警信息。11.4.2变频器频率设定方式实训1.实训任务熟悉变频器的基本频率设置方式，掌握其常用的频率设定方式。上一页下一页返回11.4实训项目2.实训内容1）电气接线见图11−47。2）基本参数设置，需要设置的基本参数：变频器初始化：H03=1；电动机基本参数：P01、P02、P03；用变频器对电动机进行热保护：F10=1，F11=1.2A，F12=1min；常用频率参数：F03、F04、F05、F06、F15、F16、F23、F24、F25、F26、F27；加速时间1与减速时间1：F07，F08；直流制动参数：F20、F21、F22。上一页下一页返回11.4实训项目3）由操作面板上的“∧”“∨”键设定运行频率。4）通过模拟端子设定运行频率（电位器模式）。5）通过接点控制端子控制运行频率。3.实训报告简述各种频率设定方式的特点与应用场合。11.4.3变频器运行方式实训1.实训任务熟悉变频器的远程与本地操作模式，熟悉变频器的点动与连续运行模式，掌握工程实践中以上设定及操作方式的应用。上一页下一页返回11.4实训项目2.实训内容1）电气接线见图11−47。2）基本参数设置，需要设置的基本参数：变频器初始化：H03=1；电动机基本参数：P01、P02、P03；用变频器对电动机进行热保护：F10=1，F11=1.2A，F12=1min；常用频率参数：F03、F04、F05、F06、F15、F16、F23、F24、F25、F26、F27；加速时间1与减速时间1：F07，F08；直流制动参数：F20、F21、F22。上一页下一页返回11.4实训项目3）控制面板运行方式（LOCAL）：控制变频器运行。4）外端子运行方式（REMOTE）：控制变频器运行。5）控制面板运行模式：点动控制。6）外部端子运行模式：连续控制。3.实训报告简述各种运行方式的特点与应用场合。上一页下一页返回11.4实训项目11.4.4变频器段速运行实训1.实训任务变频器的段速运行是由外功能端子控制变频器的输出频率分段运行的一种运行状态，用户可以根据不同的生产工艺和机械设备的控制要求，在多段速范围内进行任意速度段的设定与运行操作。若运行曲线如图11−48所示，按图11−47所示进行电路接线。2.实训内容1）电气接线见图11−47。2）基本参数设置：变频器初始化：H03=1；上一页下一页返回11.4实训项目电动机基本参数：P01、P02、P03；