變頻調(diào)速原理.doc

變頻調(diào)速器原理及應用實驗指導書（自動化類專業(yè)） 杭州電子科技大學 自動化分院 2007年6月 前 言 實驗指導書是為了讓本科學生在學習了電機原理與拖動基礎及電機控制等課程的基礎上，進一步理解和掌握電機變頻調(diào)速的原理和方法，學習變頻器的操作和使用而編寫的。實驗系統(tǒng)以三菱公司的FR-A500系列變頻調(diào)速器，三相感應電動機、磁粉制動器及電氣控制箱組成。指導書在下面的章節(jié)中給出了FR-A540-0.75K型號的變頻調(diào)速器的基本介紹。實驗指導書中的實驗安排基本按照操作者的使用習慣，每個實驗按從易到難，從簡單到復雜的規(guī)律安排。全書共三個實驗，涉及變頻器的三種操作模式的使用，適當增添了一些本科生不要求掌握的操作知識，教師可以根據(jù)不同需要選做。實驗前，仔細閱讀實驗須知和實驗設備使用方法。目 錄 1、實驗須知.32、三菱變頻調(diào)速器及調(diào)速原理.43、實驗一：外部操作模式的變頻調(diào)速實驗.5 4、實驗二：PU操作模式的變頻調(diào)速實驗.10 5、實驗三：組合操作模式的變頻調(diào)速實驗.19附錄：.21安全事項危險 當通電或變頻器正在運行時,請不要打開前蓋板,否則會發(fā)生觸電。 在前蓋板拆下時請不要運行變頻器,否則可能會接觸到高電壓端子和充電部分而造成觸電事故。 即使電源處于斷開時，除布線，定期檢查外，請不要拆下前蓋板。否則，由于接觸變頻器充電回路可能造成觸電事故。 布線或檢查，請在斷開電源，經(jīng)過 10 分鐘以后，用萬用表等檢測剩余電壓消失以后進行。 請不要用濕手操作開關，以防止觸電。 對于電纜, 請不要損傷它，對它加上過重的應力，使它承載重物或對它鉗壓。否則會導致觸電。 請勿在通電中進行通風扇的更換,否則會發(fā)生危險。 實驗期間嚴禁觸摸旋轉電機，帶強電端子。 若實驗過程中設備出現(xiàn)故障，請報告老師，檢查前斷開電源，10分鐘以后，用萬用表等檢測剩余電壓消失后方可進行。 不要隨便將物品放在實驗儀器上。 不要頻繁啟/停變頻器。 頻率設置不要超過60Hz實驗須知一、預習 參加實驗的學生應事先預習，以免實驗過程中因準備不充分而跟不上實驗進度 。預習內(nèi)容包括：1、指導書中有關三菱變頻調(diào)速器的介紹及與本次實驗有關的內(nèi)容。2、教科書中三相異步電動機變頻調(diào)速的原理及實現(xiàn)過程。3、實驗要求中的思考題。二、實驗過程1、 嚴格遵守實驗室紀律，注意人身、設備安全。2、 實驗前仔細檢查選件和外部設備的接線是否都連接無誤。3、 認真操作，仔細觀察實驗現(xiàn)象，做好記錄。4、 發(fā)生故障時立即斷電（按實驗箱左上角的紅色急停按鈕）并報告指導老師。5、 實驗結束后，將實驗結果交指導老師檢查，經(jīng)同意后關斷電源。6、 按原樣整理好實驗儀器、設備及有關資料。三、實驗報告 參加實驗的學生應認真按期完成實驗報告，報告格式如下：1、 用幅面16K紙，加封面裝訂。2、 封面上應包括：實驗名稱、分院及專業(yè)、班級、姓名、實驗日期及完成報告日期。3、 正文應包括：實驗名稱、實驗目的、使用儀器、實驗原理、簡要的實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)、有關曲線及實驗現(xiàn)象。4、 必須對可能造成實驗結果與理論結果間的偏差的因素作出分析、討論。實驗一 變頻調(diào)速裝置的操作面板使用及外部操作模式實驗一、實驗目的1、 熟悉變頻調(diào)速實驗系統(tǒng)裝置。2、 了解外部操作模式控制感應電動機的實現(xiàn)。3、 掌握變頻器操作面板功能和模式切換的方法。二、實驗預習要求1、掌握教科書中有關三相異步電動機變頻調(diào)速原理及實現(xiàn)過程。2、了解教科書中有關三相異步電動機變頻調(diào)速的特點。4、 預習實驗指導書變頻調(diào)速器的相關介紹和本實驗的內(nèi)容。三、實驗儀器和設備1、三相鼠籠式異步電動機 1臺2、磁粉制動器（作為加載器） 1臺3、M10-DP-303-E 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源 1臺 4、三菱交流變頻調(diào)速器(帶有FR-DU04操作面板)。 1臺5、變頻調(diào)速系統(tǒng)實驗電氣控制箱 1臺四實驗內(nèi)容變頻器能用“外部操作模式”,“PU操作模式”,“組合操作模式”和“通訊操作模式”。 “外部操作模式”即：通過對連接到變頻器端子輸入的外部信號(頻率設定電位器,啟動開關等) 的操作達到控制變頻器的運行。當電源接通時，接通啟動信號(STF，STR)，則開始運行。具體內(nèi)容：（1） 了解變頻器端子接線圖；掌握操作面板的使用；（2） 掌握變頻調(diào)速器操作面板模式切換方法；（3） 觀察正轉、反轉開關控制時電機的運行情況；（4） 觀察電機分別在高/中/低速運行時的情況及頻率的變化情況（本次實驗中高/中/低速的頻率設定采用默認值，分別為60HZ/30HZ/10HZ，若要改變，可參考后面PU操作時的參數(shù)設定方法）。五、實驗步驟與注意事項1、 （注意不要用手去觸摸電纜和接線點）2、 根據(jù)附錄1 變頻裝置端子接線圖及各端子說明，思考如何通過外部控制實現(xiàn)電機正反轉；3、 確認電機變頻器連接正常；4、 合上電氣控制箱三相交流電源開關，打開變頻調(diào)速系統(tǒng)斷路器開關，再打開系統(tǒng)電源開關；5、 對著變頻器操作面板，學習附錄2操作面板（FR-DU04）的名稱和功能；6、 把變頻調(diào)速器工作切換至外部操作模式，確認變頻調(diào)速器的運行狀態(tài)為外部操作模式（EXT）；7、 空載時，將電器箱啟動開關打到正轉或反轉狀態(tài)，此時表示運轉狀態(tài)的FWD或REV閃爍。8、 改變電氣控制箱上調(diào)速檔開關，使之分別打到高/中/低速檔，觀察電機的運行狀況和操作面板顯示頻率的變化，可用變頻調(diào)速器操作面板上SET鍵切換頻率/電流/電壓的監(jiān)視模式，記錄不同速度時的頻率和定子線電壓的值。注：1、由于在變頻器內(nèi)有漏電流，為了防止觸電，在使用以前，請確保變頻器和電機接地正確。2、由于本實驗使用的電源是380V，因此在使用時，一定要千萬當心。六、實驗報告參見“實驗須知”中關于“實驗報告”的部分。七、思考題通過外部控制，如何實現(xiàn)感應電動機正反轉、分段速度、和連續(xù)速度運行。從電機原理敘述感應電動機正反轉實現(xiàn)的原理。實驗二、PU操作模式的變頻調(diào)速實驗一、實驗目的1、熟悉變頻調(diào)速實驗系統(tǒng)裝置。2、熟悉并掌握變頻調(diào)速器操作面板的使用。3、掌握操作面板參數(shù)設定并能夠通過改變參數(shù)控制電動機運行。二、實驗預習要求在實驗一的基礎上預習本次實驗的內(nèi)容。三、實驗儀器和設備1、三相鼠籠式異步電動機 1臺2、磁粉制動器 1臺3、M10-DP-303-E 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源 1臺 4、三菱交流變頻調(diào)速器(帶有FR-DU04操作面板)。 1臺5、變頻調(diào)速系統(tǒng)實驗箱 1臺四實驗內(nèi)容變頻器能用“外部操作模式”,“PU操作模式”,“組合操作模式”和“通訊操作模式”。 PU操作模式即：用變頻器本身操作面板的參數(shù)設置，實現(xiàn)變頻器運行。（1）掌握變頻調(diào)速器操作面板的使用方法（參照附錄2）（2）測試空載時電機定子線電壓與給定頻率間的關系，及頻率與電機轉速之間的關系，并理解恒轉矩特性與恒功率特性，并繪制v/f曲線。（3）記錄感應電動機極對數(shù)，額定轉速，額定功率等電機名牌數(shù)據(jù)。 （4）實驗數(shù)據(jù)記錄表格：給定頻率f （HZ）定子線電壓（v）同步轉速n1（r/min） 實際轉速n（r/min） 五、實驗步驟與注意事項1、合上電氣控制箱上的三相交流電源開關，打開變頻調(diào)速系統(tǒng)斷路器開關，再打開系統(tǒng)電源開關，確認變頻調(diào)速器的運行狀態(tài)。2、熟悉變頻調(diào)速器上操作面板的使用（見附錄2）3、將變頻調(diào)速器操作模式切換到“PU操作模式”。4、電機不加負載，在空載的情況下，用操作面板在頻率設定模式下按UP/DOWN來設定運行頻率，按SET 鍵寫入設置的頻率。5、按FWD或 REV啟動變頻器，觀察電機轉速的變化。把對應的值填入上面的表格內(nèi)，并畫出v/f、f /n1曲線。頻率設置可在060Hz范圍內(nèi)，請不要超過60Hz。（注：在電機工作過程中，如果發(fā)生報警或保護功能動作，請按STOP/RESET鍵，復位變頻器。）(如果電機不轉,請確認Pr.13“啟動頻率”。在點動頻率設定為比啟動頻率低的值時,電機不轉。)六、變頻器參數(shù)設定變頻器需要進行參數(shù)設定以保證正確工作，如工作模式的切換，上下限頻率的設置、設定要求（見表1），表1中各參數(shù)的功能敘述見附錄3，參考附錄2中參數(shù)設置方法。在實驗前，變頻器已經(jīng)正確設定，一般不用改動。一些常規(guī)參數(shù)的設定如下：1、要設置其他參數(shù)，必須使變頻器處于PU操作模式，Pr.79應先設定為“1”（操作見附錄3）這樣才能對其他參數(shù)進行正確的設定。其余表內(nèi)參數(shù)可以使用默認值，也可另行設定。參數(shù)設定后，再根據(jù)運行模式，設置變頻裝置的操作模式。 2、在空載情況下，設定參數(shù)Pr.15“點動頻率”和Pr.16“點動頻率加/減速時間”的值，設定PU點動運行。按FWD或REV鍵，則運行。（如果電機不轉，請確認Pr.13“啟動頻率”。在點動頻率設定為比啟動頻率低的值時，電機不轉。）3、在空載的情況下，設定Pr.4、Pr.5、Pr6的值通過外部操作來觀察電機的運行情況。其中Pr.79應先設定為“1”（PU操作），然后設定其他參數(shù)，最后再把Pr79設定為“2”（外部操作）。其余表內(nèi)參數(shù)可以使用默認值，也可另行設定。*4、加上50ma、100ma負載后，重做上述步驟2和3（注：負載即為磁粉制動器），觀察電機的轉速與空載時的轉速有無何變化。表1：參數(shù)號Pr名稱默認值設定范圍備注0轉矩提升60至30%代表百分數(shù)設定0HZ時的電壓。本實驗采用默認。1上限頻率120HZ0至120HZ2下限頻率0HZ0至120HZ3基底頻率50HZ0至400HZ4多段速度設定（高速）60HZ0至400HZ5多段速度設定（中速）30HZ0至400HZ6多段速度設定（低速）10HZ0至400HZ7加速時間5s0至3600s當Pr.21=00至360s當Pr.21=18減速時間5s0至3600s當Pr.21=00至360s當Pr.21=113啟動頻率0.5HZ0至60HZ15點動頻率5HZ0至400HZ16點動加/減速時間0.5s0至3600當Pr.21=00至360s當Pr.21=119基底頻率電壓99990至1000V8888，99998888：電源電壓的95%9999：與電源電壓相同20加/減速基準頻率50HZ1至400HZ21加/減時間單元00，10：0至3600秒1：0至360秒60智能模式選擇00至871適用電機00至8 ，13至1820，23，240：適合標準電機的熱特性77參數(shù)寫入禁止選擇00，1，279操作模式選擇00至80：PU或外部操作可切換1：PU操作模式2：外部操作模式注：1、由于在變頻器內(nèi)有漏電流，為了防止觸電，在使用以前，請確保變頻器和電機接地正確。2、由于本實驗使用的電源是380V，因此在使用時，一定要千萬當心。3、對于點動運行，加速時間和減速時間不能分別設定。4、請把Pr.15“點動頻率”的設定值設定在Pr.13“啟動頻率”的設定值之上。 七、實驗報告參見“實驗須知”中關于“實驗報告”的部分。八、思考題 1、 本實驗對異步電動機采用了v/f控制的方式，它是一種開環(huán)調(diào)速控制方式（無速度檢出），思考一下v/f控制的基本原理和特征是什么？2、 變頻調(diào)速器由主回路和控制回路兩部分組成，這兩部分各自在電路中的作用？附錄1：端子接線圖及說明三菱變頻器主回路端子排的排列：三菱變頻器控制回路端子排的排列：部分端子說明端子記號 端子名稱 說明R，S，T交流電源輸入連接工頻電源，當使用高功率因素轉換時，確保這些端子不連接（FRHC）。 U，V，W變頻器輸出接三相鼠籠電機。 R1，S1控制回路電源與電源端子R，S連接。在保持異常顯示和異常輸出時或當使用高功率因素轉換器時（FR-HC）時，請拆下R-R1和S-S1之間的短路片，并提供外部電源到此端子。 STF正轉啟動STF信號處于ON便正轉，處于OFF便停止 STR 反轉啟動STR信號ON為逆轉，OFF為停止 STOP啟動自保持選擇使STOP信號處于ON，選擇啟動信號自保持RH，RM，RL 多段速度選擇用RH，RM和RL信號的組合可以選擇多段速度 JOG點動模式選擇ON時選擇點動運行，用（STF，STR）點動運行 MRS輸出停止MRS信號為ON（20ms以上）變頻器輸出停止，用電磁制動停止電機時，用于斷開變頻器的輸出。 RES復位用于解除保護回路動作的保持狀態(tài)，使端子RES信號處于ON在0.1秒以上，然后斷開。 AU電流輸入選擇只在端子AU信號處于ON時，變頻器才可以用直流420mA作為頻率設定信號。 CS瞬停電再啟動選擇處于ON，瞬間停電再恢復時變頻器便可自動啟動。出廠設置中為不能再啟動。 SD公共輸入端子（漏型）接點輸入端子和FM端子的公共端。直流24v，0.1A作為頻率設定信號。 PC直流24v電源和外部晶體管公共端，接點輸入公共端（源型）連接可編程時，將晶體管輸出用的外部電源公共端接到這個端子時，可以防止因漏電引起的誤動作，此端子可用于直流24v，0.1A電源輸出。當選擇源型時，這端子作為接點輸入的公共端。 2頻率設定（電壓）輸入05VDC（或010vDC）時5v（10VDC）對應于為最大輸出頻率。輸入輸出成正比。 4頻率設定（電流）DC420mA，20mA為最大輸出頻率，輸入輸出成正比例，在AU處于ON時該信號才有效。5頻率設定公共端頻率設定信號和模擬輸入端子AM的公共端子。不能接地。 A，B，C異常輸出指示變頻器因保護功能動作而輸出停止的轉換接點，異常時：B-C不導通（A-C導通）：正常時：B-C導通（A-C不導通） RUN變頻器正在運行輸出頻率為啟動頻率以上時為低電平，正在停止或正在直流制動時為高電平，容許負荷為DC24v 0.1A OL過負荷報警當失速保護功能動作時為低電平，失速保護解除時為高電平。容許負荷為DC24V，0.1A。SE集電極開路輸出公共端端子RUN，SU，OL，IPF，F(xiàn)U的公共端子附錄2：操作面板（FR-DU04）的名稱、功能和使用1、按MODE鍵改變監(jiān)視顯示2、在特定操作模式下的功能設定A. 顯示 監(jiān)視器顯示運轉中的指令 EXT指示燈亮表示外部操作； PU指示燈亮表示PU操作； EXT和PU燈同時亮表示PU和外部操作組合方式。 監(jiān)視顯示在運行中也能改變注：1.按下標有*1的SET鍵超過1.5秒能把監(jiān)視模式改為上電監(jiān)視模式。2.按下標有*2的SET鍵超過1.5秒能顯示包括最近4次的錯誤指示。B. 頻率設定在PU操作模式下，用操作面板設定運行頻率。C. 參數(shù)設定方法 參數(shù)以“Pr.數(shù)字”表示。不同的數(shù)字表示變頻器不同的功能。例：Pr.3設定基底頻率；Pr.13設定啟動頻率。 一個參數(shù)值的設定既可以用數(shù)字鍵設定也可以用UP/DOWN鍵增減。 在Pr.狀態(tài)下，按SET鍵出現(xiàn)P.000，通過UP/DOWN鍵和SET鍵來設定各位數(shù)字。 按SET鍵1.5秒寫入設定值。 D. 操作模式注：E. 幫助模式在HELP狀態(tài)下，按UP/DOWN鍵改變幫助模式。 報警記錄在報警記錄E.H15模式下用UP/DOWN鍵能顯示最近的4次報警。（帶有“.”的表示最近的報警。）當沒有報警存在時，顯示E._ _0.在報警記錄下也可查看報警發(fā)生時的頻率，電流，電壓等，具體操作如下圖： 報警記錄清除 參數(shù)清除 將參數(shù)值初始化到出廠設定值，標準值不被初始化。 （Pr.77設定為“1”時（即選擇參數(shù)寫入禁止），參數(shù)不能被消除。） 全部消除將參數(shù)值和校準值全部初始化到出廠設定值附錄3：參數(shù)功能詳述參數(shù)號名 稱備 注0轉矩提升在v/f系統(tǒng)中，由于連線及電機繞組的電壓降引起的有效電壓衰減，使電機轉矩不足，在低速時，非常明顯。所以預先估計電壓降并增加電壓以補償?shù)退贂r轉矩的不足。這就是轉矩提升。1上限頻率如果頻率設定值高于此上限頻率值，則輸出頻率被鉗位在上限頻率。2下限頻率如果頻率設定值低于此下限頻率值，則輸出頻率被鉗位在下限頻率。3基底頻率用于調(diào)整變頻器輸出頻率到電機額定值，當用恒轉矩電機時，通常額定頻率設定為50HZ。4多段速度設定（高速）高速頻率最好不要超過它的上限頻率（默認120HZ），低速頻率也不要小于啟動頻率（否則無法啟動）。本實驗通過外部控制擋開關來調(diào)節(jié)。5多段速度設定（中速）6多段速度設定（低速）7加速時間用于設定電機加/減時間。慢慢地加速時設定為較大值，快速加速時設定為較小值。具體量程取決于參數(shù)Pr.21的設定值。8減速時間13啟動頻率設定在啟動信號ON時的開始頻率，啟動頻率必須小于設定頻率，否則變頻器將不能工作。注意：當Pr.13設定值小于Pr.2的設定值時，即使沒有指令頻率輸出，只要啟動信號為ON