第五章变频控制系统的组成

变频器应用技术第五章变频控制系统的组成学习目标1、了解电动机和负载的机械特性。2、掌握变频调速系统主电路的构成。3、掌握主电路外接电器的选择方法。4、理解控制电路的原理。5、理解PLC控制变频器的方法。在详细了解变频器的功能选择与参数后，本章主根据负载特性选择变频器，进行变频器与外围设备的接线，并在此基础上，利用一节内容简要介绍国产SINE003通用变频器的外部接线与参数设定。5.1电力拖动系统的组成5.1.1拖动系统组成与参数拖动系统组成5.1电力拖动系统的组成拖动系统主要参数1）转速拖动系统的基本工作就是由电动机以一定转速带动生产机械运行。因此，转速是拖动系统的主要参数之一。用nM表示电动机的转速；用nL表示生产机械的轴转速。2）转矩

电动机的输出转矩TM克服负载阻转矩TL，使得拖动系统运行工作。这是两种转矩平衡的结果。5.1电力拖动系统的组成5.1.2三相异步电动机的机械特性5.1电力拖动系统的组成1．额定参数的机械特性1）四个特殊工作点2）两段运行区5.1电力拖动系统的组成2．影响机械特性的人为因素(l)改变电源电压5.1电力拖动系统的组成(2)改变转子电阻(3)降低电源频率5.2生产机械的负载特性负载的机械特性就是生产机械的负载特性。它表示同一转轴上转速与负载转矩之间的函数关系，即n=f(TL)。虽然生产机械的类型很多，但是大多数生产机械的负载特性可概括为下列3类。5.2生产机械的负载特性5.2.1恒转矩负载1.反抗性恒转矩负载5.2生产机械的负载特性2.位能性恒转矩负载5.2生产机械的负载特性5.2.2恒功率负载特性5.2生产机械的负载特性5.2.3通风机类负载特性5.3拖动系统的运行状态5.3.1拖动系统的工作点在电力拖动系统中，电动机的机械特性与负载机械特性的交叉点，称为拖动系统的工作点，如图5-11所示。图中曲线1为电动机机械特性，曲线2为负载机械特性，两条特性曲线的交叉点Q为工作点。Q点的意义是：只有当转速为nQ时，电动机转矩TM与负载转矩TL才能达到平衡。5.3拖动系统的运行状态（a）恒转矩负载

（B）恒功率负载

（c）通风机类负载5.3拖动系统的运行状态2．负载变化对工作点影响5.3拖动系统的运行状态

5.3.2拖动系统动态过程分析当TM﹥TL时，系统是升速过程，转速上升；

当TM﹤TL时，系统是降速过程，转速下降；

当TM=TL时，系统是等速运行，转速不变。5.3拖动系统的运行状态5.3.3拖动系统的传动机构1．转动惯量在工程力学中，对旋转体的运动常用转动惯量来衡量，它是描述旋转体惯性大小的物理量。5.3拖动系统的运行状态2．传动机构5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.1变频调速系统主电路5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.2自动空气开关1.自动空气开关的作用（1）隔离作用（2）自动保护作用5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择2．自动空气开关参数选择①变频器接通瞬间，对变频器中间直流环节电容器的充电电流是其额定电流的2-3倍。②变频器输出是脉冲电流，峰值经常超过额定电流。一般变频器允许的过载能力是额定电流的150%，且可工作1min。为避免误动作，自动空气开关的额定电流IQN应选为5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择在变频与工频切换控制的电路中，自动空气开关的额定电流应该大于电动机在工频下的额定电流5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.3输入侧交流接触器1．安装交流接触器的必要性

①交流接触器主要用于远距离接通或分断三相交流电源。

②当变频器出现故障时能及时切断主电源，并且防止掉电或出现故障后的再起动。

③当出现故障进行维修时，使变频器与电源隔离，以保障人身安全。

接触器的应用位置不同，其型号的选择也不尽相同。常用的有国产CJ10和CJ12系列产品。5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择2．输入侧接触器的选择以图4-17为例，变频器输入侧接触器的选择原则、是接融器主触点额定电流IKN大于或等于变频器的额定电流ICN即5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.4输出侧交流接触器

1.安装的必要性

①变频器输出侧的接触器通常用于变频与工频的切换。

②用一台变频器控制两台以上电动机时，必须在变频器停止时进行切换。

③在电动机停止期间，切断电动机与变频器的连接。

5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择2．接触器的选择因为变频器输出电流中含有较强的谐波成分，其电流有效值应略大于工频运行的有效值，所以，主触点的额定电流IKN应该大于l.1倍电动机额定电流IMN,即5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择3．工频接触器的选择工频接触器的选择应该考虑到电动机在工频下的起动情况，读者可参考有关电力拖动等方面的书籍。5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.5保护电器1.熔断器的选择2．热继电器的选择5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.6交流电抗器1．安装交流电抗器的必要性2．对电抗器的技术要求5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.7直流电抗器

1．直流电抗器接法和功能5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择

2．直流电抗器规格5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4.8直流制动电阻与制动单元

1.直流制动电阻的选择5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择5.4变频调速系统主电路及外接电器的选择2．直流制动单元通常情况下，配用电动机大于7.5kW的变频器，其内部没有直流制动单元，需根据变频器容量及负载情况配置外接选件。5.5变频调速系统控制电路为变频器主电路提供通、断控制信号的电路，称为控制电路。变频器本身具备多种控制功能，但有些功能是靠外接控制电路与内部控制电路协调完成的。由外接电路来控制变频器的运行工作方式，称为远控方式，也称为外控运行方式。在需要进行外控方式时，首先要对变频器的操作模式进行设置，如三菱FR-A540系列变频器，功能设置Pr.79=2为外部操作模式。5.5变频调速系统控制电路5.5.1正转控制电路5.5变频调速系统控制电路

2．继电器控制电路5.5变频调速系统控制电路5.5.2正、反转控制电路5.5变频调速系统控制电路

2．继电器控制的正、反转电路5.6变频器与PLC的连接可编程控制器(PLC)是一种数字运算与操作的控制设备。PLC作为传统继电器替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小、安装灵活、编程简单、抗干扰能力强和可靠性高等特点，所以对以变频器组成的自动控制系统进行控制时，很多情况下是采用PLC和变频器配合使用，由PLC提供控制信号。PLC系统包括中央处理单元、I／O接口模块和编程单元等。5.6变频器与PLC的连接5.6.1开关指令信号输入1.PLC的作用5.6变频器与PLC的连接

2．PLC的输出PLC在使用继电器模块输出时，要求继电器的触点容量为直流35V和IOOmA以上。在使用继电器接点时，在继电器动作过程中，线圈通、断的浪涌电流会产生噪声，有时会出现触点接触不良而引起变频器的误动作。在维护和使用系统时应该注意检查PLC与变频器的信号连接电路。5.6变频器与PLC的连接5.6.2数值型信号输入1．数字信号输入2．模拟信号输入5.6变频器与PLC的连接5.6.3PLC与变频器的匹配1.连接阻抗

2.传输时间5.6变频器与PLC的连接3．注意事项(1)接线问题(2)电源问题(3)安装问题(4)连线问题5.7SINE003系列通用型变频器基本接线及参数设定SINE003系列变频器是我国深圳市正弦电气有限公司自主开发的针对各种恒转矩负载机械配套的变频器。产品特点：各种恒转矩负载机械配套、可靠稳定。针对造纸、起重机、印刷机、纺织机、电线电缆机械、塑胶机械、化工印染机械、化工搅拌机配套的难点题目量身定做。自辩识电机参数，最优化控制策略。自动提升转矩，低频0.5HZ100%额定转矩平稳输出。5.7SINE003系列通用型变频器基本接线及参数设定自动补偿滑差,调速精度+0.5%。随机载波调制,电机静音变频运行。键盘数字编码器,在线修改参数。故障重试,无人值守系统不中断工作。典型应用：电线电缆机械。规格型号：SINE003系列变频器额定

输进电源：三相交流380V。适用电机功率范围为：0.75~280kW。最大输出电压与输进电压相同。5.7SINE003系列通用型变频器基本接线及参数设定5.7.1SINE003系列变频器型号及规范额定输入电压型号适用电机功率（kW）额定输出电流（A）三相交流380VSINE003-0R70.752.5SINE003-1R51.54.5SINE003-2R22.26.2SINE003-4R04.09.6SINE003-5R55.513SINE003-7R57.517SINININE003-01818.539SININININININININE003-110110220SINE003-132132265SINE003-160160310SINE003-185185360SINE003-200200380SINE003-220220420SINE003-250250470SINE003-2802805305.7SINE003系列通用型变频器基本接线及参数设定5.7.2SINE003系列变频器基本功能1.闭环PID控制2.开环V/F控制3.V/F曲线设定4.启动自动追踪5.过压失速6.能耗制动5.7SINE003系列通用型变频器基本接线及参数设定5.7.3SINE003系列变频器的外部接线1.开关启停、旋钮调速5.7SINE003系列通用型变频器基本接线及参数设定2.按纽启停、旋钮调速5.7SINE003系列通用型变频器基本接线及参数设定3