变频器的原理与操作1.ppt

1、FR-700变频器简介,概述,变频是交流电机调速的主要方法,异步电动机的速度表达式：,转/分,频率f1=50Hz, 极对数np=2, 转差率s=0.04，,则转速=1440转/分,如果,交流电动机的转速与频率成正比,如果,频率f1=10Hz, 极对数np=2, 转差率s=0.04，,则转速=240转/分,如果,频率f1=100Hz, 极对数np=2, 转差率s=0.04，,则转速=2940转/分,变频时需要保持磁通恒定,磁力线的物理模型类似于拉长的橡皮筋 电动机的转矩源于磁力线的拉力，与磁通成正比。 为了调节频率时不降低转矩，应保持电动机磁通恒定。 怎样才能做到这一点呢？,恒压频比控制可近似保

2、持磁通恒定,调频的同时，线性的调节电压,额定频率以下，电压与频率成线性关系,额定频率以上，电压恒定在额定值不变,提高启动时的转矩,横压频比控制不能作到严格的恒转矩，低频启动时转矩达不到额定，有可能启动不起来。 为了提高启动时的转矩，需要提升低频时的电压值，称为电压补偿，如上左图的直线1所示。 频率等于零时的电压值可以由用户设定。,变频器的主电路,VT1 VT3 VT5,VT4 VT6 VT2,C1,C2,K,R0,VTb,Rb,M 3,U,V,W,整流,滤波,逆变,通用变频器FR-740-1.5K,变频器生产厂家和型号很多，技术上大同小异。 实验室装备的实训设备上使用的是三菱通用变频器FR-A

3、740-1.5K。 该型号变频器功能强大，通过几十种外围配件的使用和数百个参数的设定，可以满足用户的各种需求，适用于各种应用场合，因而称为通用变频器。 FR-A740-1.5K变频器可以驱动最大功率为1.5kW的交流电动机一台。,电气控制综合实训柜,综合实训电气柜中装有： 三菱FR-A740-1.5K变频器二台、 0.75kW三相异步电动机二台、 三菱FX2N-48MR可编程控制器一套、 三菱触摸屏一块， 还有继电器、接触器、断路器、变压器、熔断器、按钮、信号灯、检测仪表等若干。,使用前仔细阅读“用户使用手册”,下面有关变频器的内容来自三菱通用变频器FR-A700使用手册。 在安装、操作、维护

4、或检查变频器前，应该仔细阅读FR-A700用户使用手册。 用户使用手册可以从三菱网站下载，网址如下：http/www.mitsubishielectric-。,FR-A700系列通用变频器的 主要功能与技术指标,1. 功率覆盖范围从0.4kW到500kW，共 有30个功率级别。 2. 输出频率调节范围从0.2Hz到400Hz；分辨率：数字输入0.01Hz。 3. 主电路采用交-直-交电压型二极管整流、电解电容滤波、IGBT逆变。,FR-A700系列通用变频器的 主要功能与技术指标,5. 控制模式： 恒压频比V/F控制模式， 有速度传感器矢量控制模式， 无速度传感器矢量控制模式， 速度控制模式（

5、给定为速度）， 转矩控制模式（给定为转矩）， 位置控制模式（给定为距离）， 速度闭环控制模式。,FR-A700系列通用变频器的 主要功能与技术指标,6. 通讯接口： PU接口（连接计算机，对变频器进行监控） RS-485接口（连接计算机与可编程控制器，用可编程控制器对变频器进行监控） USB接口（连接计算机与变频器，用计算机进行参数设定） CCLIK接口（可插扩展卡） 速度反馈接口（可插扩展卡）,FR-A700系列通用变频器的 主要功能与技术指标,7. 启动转矩：0.5Hz时150(对于先进的磁 通矢量控制)。 8. 制动方式：DC制动 限制泵生电压能耗制动 （需内置或外接制动电阻） 9. 过

6、载能力: 15060秒，2000.5秒(反时 限特性),FR-A700系列通用变频器的 主要功能与技术指标,10. 运行功能： 上，下限频率设定，频率跳变运行， 瞬时停电再启动运行， 工频电源一变频器切换运行， 正转/反转限制，转差率补偿， 控制模式选择，PID闭环控制，程序运行， 计算机网络运行(RS-485) 等。,FR-A700系列通用变频器的 主要功能和技术指标,13. 保护/报警功能： 过电流断路(正在加速，减速，恒速)， 再生过电压断路，电压不足，瞬时停电，过负荷断路(电子过流保护)， 制动晶体管报警，接地过电流，输出短路，主回路元件过热，失速防止，过负荷报警，制动电阻过热保护，散

7、热片过热， 风扇故障，选件故障，参数错误，。,FR-700变频器外观图,操作面板,PLC接口,5.1 变频器的安装与接线,变频器一般安装在电器柜内，安装注意事项如下： 注意周围留有足够的通风空间。 为了安全和抗干扰，一定要外壳接地。 将电力线和控制线分开布线，不在一个走线槽内。 控制回路的接线应使用屏蔽线或双绞线，不与电力线平行走线。 控制回路的输入端子不要接触强电。 为了防止事故扩大，三相交流电源进线上要加装自动空气断路器或者熔断器。,变频器内部结构图,控制回路端子排,注意内部结构图中下部的注释文字“控制回路端子排”。 对变频器实施控制的一种主要的方法就是通过控制回路端子排完成的。 将外部开

8、关连接到端子排上可以控制变频器的启停、转向、甚至转速。 各端子的含义参看附录二 FR-A700使用手册的 P16-P17页。,主回路端子排,注意内部结构图中下部的注释文字“主回路端子排”。 三相交流恒频电源通过主回路端子排接入；三相交流变频电源通过端子排引出，接电动机。 各端子的含义参看附录二 FR-A700使用手册的 P9页。,变频器带电机运行, 用变频器驱动电机前，需要为变频器设定频率与启停指令，还需要为变频器选择控制方式。 将启动指令设定为ON后电机便开始转， 同时根据频率指令（设定频率）的大小决定电机的转速， 将启动指令设定为OFF后电机便停止运转。,启停指令的来源有三种：,1.控制面

9、板（PU） 变频器控制面板上有FWD、REV和STOP 按键，可以设定它们为启停指令。 这种启停变频器的方法是最基本的控制方 法，常用于单台变频器的控制或者变频器 的测试。,启停指令的来源有三种：,2.接线端子（EXT） 变频器外部接线端子条上有STF、STR、STOP等端子,可以设定它们与公共端子SD之间的通断(通过外部开关、扳钮、按钮或者PLC上的开关量输出)为启停指令。 这种启停变频器的方法用得最普遍，常用于多台变频器的联合控制或者安装在柜内的变频器控制。,启停指令的来源有三种：,3.通讯网络（NET） 变频器上配置有串行通讯接口，如RS485接口；或者现场总线接口，如CCLINK接口等

10、，通过它们可以将变频器变成计算机控制网络中的一个站点。由上位机通过串行通讯线发送启停指令和运行频率指令，控制变频器的启停和电动机的转速。上位机通常为PLC或者工业控制计算机。这种方法最受欢迎，最有应用前景，使用日益广泛。,频率指令的来源有七种：,1. 通过变频器控制面板的设定模式直接数字设定运行频率。 2. 通过变频器控制面板上的M旋钮实时调节运行频率。 3. 通过连接到变频器接线端子上的RH、RM、RL三速开关的ON/OFF来改变运行频率。 4. 通过连接到变频器端子2、5间的模拟量电压信号来主控制运行频率。,频率指令的来源有七种：,5. 通过连接到变频器端子1、5间的模拟量电压信号来辅助控

11、制运行频率。多电机同步运行时用来输入辅助频率给定信号，达到多电机同步的目的；高性能应用时用来输入反馈信号，达到闭环控制的目的。 6. 通过连接到变频器端子4、5间的模拟量电流输入信号来主控制运行频率，这种方法有较强的抗干扰能力。 7. 通过串行通讯由上位机发送运行频率给变频器。,控制方式的选择有六种：,1. V/F控制（普通应用，如风机、水泵、纺 织、造纸、印刷等）； 2. 矢量控制（高性能应用，如电梯、机 床、伺服控制等）； 3. 速度控制（给定为速度）； 4. 位置控制（给定为距离）； 5. 转矩控制（给定为转矩）； 6. 闭环控制（可插扩展卡）。,组合成多种变频器控制方法,根据上述三种启

12、停指令的来源和七种频率指令的来源结合六种控制方式，可以组合成多种变频器控制方法，适应各种电机运行场合，满足用户的各种特定需求。 操作变频器、运行电机的步骤，面板的基本操作方法、变频器参数的设定方法，主要参数的含义等详细内容可以参看FR-A700使用手册P37P52。,实训一 变频器的参数设定和基本操作,一、实验目的 了解并掌握通过控制面板设定变频器参数与操控变频器运行的基本方法.,二、变频器控制面板图,1. 按键表示,FWD键：变频器正转启动指令键。 REV键: 变频器反转启动指令键。 MODE键：模式切换键。可用于切换各设定模式。和PU/EXT键同时按下也可以用来切换运行模式。 SET键：各

13、设定的确定。运行中按动此键则监视器循环显示：运行频率输出电流输出电压。 PU/EXT键：运行模式的切换。用于切换PU运行模式和外部运行模式。 STOP/RESET键：停止运转指令，用于停止变频器运行；或者变频器出现严重故障停止运行后的复位。,2. 单位表示和运行状态指示灯表示,Hz：四位数码管显示频率值时，Hz灯亮。 A：四位数码管显示电流值时，A灯亮。 V：四位数码管显示电压值时，V灯亮。 FWD：变频器正转运行时，FWD灯亮/有正转指令但无频率指令的情况下闪烁。 REV：变频器反转运行时，REV灯亮/有反转指令但无频率指令的情况下闪烁。 MON：处于监视显示模式时，MON灯亮。 PU：处于

14、PU操作模式时，PU灯亮。 EXT：处于外部操作模式时，EXT灯亮。 NET：处于网络运行模式时，NET灯亮。,3. M旋钮,在参数设定模式下M旋钮用来设定参数号和参数值； 在PU运行模式下，将Pr-161设定为1，M旋钮可以用来调节变频器的运行频率。,三、基本功能参数一览表,三、基本功能参数一览表,四、基本操作,1.变更参数的设定 将1号参数由120Hz改为50Hz (1)接通电源，显示监视画面。 (2)按“PU/EXT”键切换到PU操作模式。 (3) 按“MODE”键进入参数设定模式。 (4)旋转旋钮，将参数编号设定为Pr. 1。 (5)按“SET”键，读取当前的设定值。显示“120.0”

15、(120Hz)。 (6) 旋转旋钮，将值设定为“50.00”（50.00Hz）。 (7) 按“SET”键确定，闪烁，参数设定完成。,四、基本操作,2. 监视输出电流和输出电压 变更监视器显示的内容频率-电流-电压。 (1) 接通电源，显示监视画面。 (2)按“PU/EXT”键切换到PU操作模式。 (3)按“SET”键，显示输出电流监视器。 (4)再按“SET”键，显示输出电压监视器。 (5)再次按“SET”键，显示输出频率监视器。,四、基本操作,3.参数全部清除的设定 将参数恢复到出厂设定。 (1)接通电源，显示监视画面。 (2)按“PU/EXT”键切换到PU操作模式。 (3)按“MODE”键

16、进入参数设定模式。 (4)旋转旋钮，将参数编号设定为 (Pr.CL)。 (5)按“SET”键，读取当前的设定值。显示“0”。 (6)旋转旋钮，将值设定为“1”。 (7)按“SET”键确定。闪烁，参数设定清除，参数恢复为初始值。,四、基本操作,4.用变频器对电机进行热保护 设定9号参数为电动机的额定电流值。 (1)接通电源，显示监视画面。 (2)按“PU/EXT”键切换到PU操作模式。 (3)按“MODE”键进入参数设定模式。 (4)旋转旋钮，将参数编号设定为Pr.9(电子过流保护)。 (5)按“SET”键，读取当前的设定值为“4”。 (6)旋转旋钮，将值设定为“2” （0.75kW电动机的额定

17、电流为2A）。 (7)按“SET”键确定。闪烁，参数设定完成。,四、基本操作,5.提高启动转矩 在启动按钮压下后电机不转动，或者出现过载“OL”过 流“OL1”跳闸等情况下，需要进行提高启动转矩设定。每 次把Pr.0的设定值提高1%，直到电动机顺利启动为止。 (1)接通电源，显示监视画面。 (2)按“PU/EXT”键切换到PU操作模式。 (3)按“MODE”键进入参数设定模式。 (4)旋转旋钮，将参数编号设定为Pr.0(转矩提升)。 (5)按“SET”键，读取当前的设定值。 (6)旋转旋钮，将设定值加“1”（1%）。 (7)按“SET”键确定。闪烁，参数设定完成。,四、基本操作,6.设定输出频

18、率的上限 设定参数Pr.1为50Hz。 (1)接通电源，显示监视画面。 (2)按“PU/EXT”键切换到PU操作模式。 (3)按“MODE”键进入参数设定模式。 (4)旋转旋钮，将参数编号设定为Pr.1(频率上限)。 (5)按“SET”键，读取当前的设定值。 (6)旋转旋钮，将值设定为“50.00” （50HZ）。 (7)按“SET”键确定。闪烁，参数设定完成。,实训二 从控制面板实施启动/停止操作 （PU运行）,一、实验目的 了解并掌握用控制面板（PU）上的FWD RES和STOP按键控制变频器的运行，从而控制电动机的启动与停止，这是操作变频器的最简单和最基本的方法。 二、要点 关键是频率指

19、令从何处取得？可以有多种变化：,、,频率指令从何处取得？,通过操作面板上的设定旋钮M直接进行频率的数值设定，注意设定Pr.161为0。详见P70页3.4.1。 将操作面板上的设定旋钮M作为电位器使用，通过模/数转换设定频率，注意设定Pr.161为1。详见P71页3.4.2。,三、控制要求,设定变频器的控制面板实施启动、停止操作（PU运行）； 使用上述二种方法分别调节变频器的输出频率； 切换控制面板上的数码管显示输出频率、电流和电压，记录它们的数值； 设定9号参数为0.15A，观察过载保护。,四、接线与实验操作,完成主电路接线： 将变频器主电路端子排上的R/L1、S/L2、T/L3端子通过熔断器

20、或断路器接三相380V电源； 将变频器主电路端子排上的U、V、W端子接三相交流电动机。 将参数Pr.79设定为0（PU/EXT切换模式），切换到PU模式。完成实验操作。,从控制面板操控变频器的运行（3.4.2）,FR-740的外部控制端子控制（EXT）,外部端子控制是变频器最主要、最基本的控制方式。 适用于安装在电气柜内内的多变频器系统，这时不宜使用操作面板对变频器逐一控制，而应使用外部按钮或PLC通过接线端子对变频器实行统一控制。 FR-740的外部接线控制端子如下图所示。,实训三 从端子实施启动/停止操作 （EXT运行）,一、实验目的 了解并掌握从端子控制变频器的运行（外部运行），从而控制

21、电动机的启动与停止。这是多电机自动化系统中最常用的变频器控制方法。 二、要点 关键是频率指令从何处取得？可以有多种变化：,频率指令从何处取得？,通过操作面板上的设定旋钮M直接进行频率的数值设定。详见P75页3.5.1 通过连接到端子上的开关的通断来改变频率设定（三速设定）。详见P76页3.5.2。 通过调节外接电位器上的模拟电压设定频率。详见P78页3.5.3。 通过外接电流输入信号在变频器内变成模拟电压设定频率。详见P80页3.5.5。,三、控制要求,设定从变频器外部端子控制启动、停止；使用上述四种方法中的中间二种方法分别调节变频器的输出频率，从而调节异步电动机的转速；切换控制面板上的数码管

22、显示运行频率。,四、接线与实验操作,完成主电路接线： 将变频器主电路端子排上R/L1、S/L2、T/L3端子通过熔断器或断路器接三相380V电源； 将变频器主电路端子排上的U、V、W端子接三相交流电动机。 完成控制回路接线： 将参数Pr.79设定为适当数值，完成实验。,从端子操控变频器的运行（3.5.3）,说明,有多种方案供选择，上图所示是其中之一，通过外接电位器调节运行频率。 图中的开关可以是继电器的触点，也可以是扳钮，或者是可编程控制器的继电器开关量输出。,实训四 从端子实施正反转/三速运行,一、实验目的 了解掌握从端子控制变频器启动、停止，从端子调节变频器的输出频率，达到控制交流电动机的

23、运行状态的目的。 生产机械上常需要周期性的在几种速度之间切换，如龙门刨床，低速进刀，中速加工，快速返回，加工时正转，返回时反转。,二、控制要求,1. 使用电器柜内PLC右侧的编程练习板上的扳钮实现变频器的低速、中速、高速正、反转运行，用扳钮实现对变频器相应端子STF、STR、RH、RM、RL的通断控制，实现电动机的正、反转运行和速度调节。 2. 使用电器柜门上的指针表显示电动机的转速,三、实验接线图,四、实验步骤,1.看懂接线图，按接线图将线连接好，请指导教师检查无误后，启动电源，准备设置变频器各参数。 2.按“MODE”键进入参数设置模式，将Pr.79设置为“0”：外部/PU切换模式。 3.

24、如果不是PU模式，切换到PU模式，完成控制要求中的参数设定： 4.设定控制要求的有关参数：,控制要求的有关参数,上限频率为50Hz， 下限频率为0Hz， 基准频率为50Hz， 加速时间为5秒， 减速时间为5秒， 电子过流（过载）保护电流为2A（电动机的额定电流）， 端子2的频率增益为50Hz（Pr.125，50Hz/5V）， AM端子输出为运行速度（158号参数为6）， 端子RH频率为40Hz（Pr.4）， 端子RM频率为20Hz（Pr.5）， 端子RL频率为10Hz（Pr.6）。,四、实验步骤,5. 按“MODE”按钮，退出参数设置模式。 6. 将转速表上的选择扳钮扳到1800转/分。 7.

25、 切换到外部（EXT）模式。 8. 将低速扳钮（RL）置为on，将正转启动扳钮置为on，这时显示“10.00“（Hz），电动机低速正转；将正转启动扳钮置为off,电动机停止。 9. 将中速扳钮（RM）置为on，将正转启动扳钮置为on，这时显示“20.00“（Hz），电动机中速正转；将正转启动扳钮置为off,电动机停止。,四、实验步骤,10.将高速扳钮（RL）置为on，将正转启动扳钮置为on，这时显示“40.00“（Hz），电动机高速正转；将正转启动扳钮置为off,电动机停止。 11.反转时的操作类推。 12.注意观察转速指针表的指示。 13.RH、RM、RL中二个或三个同时为ON时可以扩大为7

26、种速度，请参照使用手册。,五、说明,1. 为了简化接线，使用电气柜内PLC旁边编程练板上的扳钮作为STF、STR、RH、RM、RL使用。 2. 实用中这些扳钮要么安装在电器柜门上，要么用PLC的开关量输出代替。如果是龙门刨床，这些扳钮应该用限位开关或行程开关代替。 3. 三个开关RH、RM、RL的通、断组合可以实现七种速度的变化，而不仅仅是三速，如图6-7-2所示。,三个开关RH、RM、RL的通、断组合 可以实现七种速度的变化,工作台多段速往复运动,龙门刨床用限位开关和行程开关改变速度和运动方向。,t,v,中速加工RM,高速返回RH,低速进刀RL,龙门刨床工作台往返速度曲线,实训五 从端子实施

27、正反转/点动运行,一、实验目的 进一步了解掌握从端子控制变频器，实现交流电动机正转、反转、点动运行。,二、控制要求,1. 使用电器柜门上的按钮和扳钮，完成对变频器相应端子STF、STR、JOG、STOP的通断控制，实施电动机的正、反转运行和正、反转点动运行。 2. 使用电器柜门上的电位器调节变频器的输出频率，达到调节电动机运行速度的目的。 3. 使用电器柜门上的指针表显示电动机的转速。,三、实验接线图,四、实验步骤,1.看懂接线图，按接线图将线连接好，请指导教师检查无误后，启动电源，准备设置变频器各参数。 2.按“MODE”键进入参数设置模式，将Pr.79设置为“0”：外部/PU切换模式。 3

28、.如果不是PU模式，切换到PU模式，完成控制要求的有关参数设定。 4.设定变频器的主要有关参数：,设定变频器的主要有关参数：,上限频率为50Hz（1号参数）， 下限频率为0Hz（2号参数）， 基准频率为50Hz（3号参数）， 点动频率为5Hz（15号参数）， 加速时间为5秒（7号参数）， 减速时间为5秒（8号参数）， 电子过流（过载）保护电流为2A（9号参数）， 端子2的频率设定增益为50Hz（50Hz/5V）（125号参数）， AM端子输出为运行速度（158号参数为6）。,四、实验步骤,5. 按“MODE”按钮，退出参数设置模式。 6. 切换到外部EXT模式。 7. 将转速表后部的选择扳钮扳

29、到1800转/分的位置。 8. 选择“运行/点动”扳钮到运行位置，按下“STF”钮，正向启动电动机，调节电位器，电动机转速随之改变；按下“STR”钮，反向启动电动机，调节电位器，电动机转速随之改变。将”STOP”按钮按下，电动机停止运行。,四、实验步骤,9.选择“运行/点动”扳钮到点动位置，按下“STF”钮，正向启动电机，电动机以设定的点动速度正向运转，松开“STF“按钮，电动机停止运转；按下“STR”钮，反向启动电机，电动机以设定的点动速反向运转，松开“STR“按钮，电动机停止运转。 10.注意比较实验五与实验六的不同。 11.注意观察指针表的指示。,五、说明,1.点动与运行不同。 点动按钮

30、压下时，电动机以设定的较低速度运行；点动按钮释放时，电动机立即停止运行。对拖动对象的位置进行微调时，常采用电动机点动运行方式。 运行按钮压下时，电动机以设定的运行速度运行；运行按钮释放时，电动机仍然维持运行状态不变，只有压下停止按钮或者将“运行/点动”扳钮切换到点动位置，电动机才停止运行。,五、说明,2.为了简化接线，使用电气柜内、PLC旁边、编程练习用的按钮、扳钮，代替柜门上按钮、扳钮。实际应用中多采用可编程控制器的开关量输出完成按钮、扳钮的功能，这部分实验内容留到自动化综合实训完成。 3.使用三相380V交流电源时，电动机应该三角形连接。但本实验中，为了安全，电动机按星形连接。,实训六 从端子实施正反转运行,一、实验目的 进一步了解掌握变频器的外部端子控制模式，从端子控制变频器的启动、停止、正反转运行，用外接电位器调节运行转速，从而控制交流电动机的正反转调速运行。,二、控制要求,1. 使用电器柜门上的正/反转扳钮和启动、停止按钮，通过中间继电器，完成对变频器相应端子“STF“、“STR”的通断控制，实施电动机的正反转运行。 2. 使用电器柜门上的电位器调节变频器的输出频率，调节电动机的转速。 3. 使用电器柜门上的指针表显示电动机的