变频调速技术实训指导书

变频调速技术

实训指导书

杭州职业技术学院

电气教研室

注意事项

在实训前，学生须仔细阅读和理解本指导书的各项内容，以确保正确使用变频调速实训装置，顺利完成各项实训任务。不正确的使用，将造成系统不正常运行或引起事故，如设备损坏、火灾、人身伤害甚至伤亡事故等。

1．变频调速实训装置均已调试完毕，不能自行拆装、更改变频器内部以及实验板连接线和控制选件及电动机。

2．不能对变频器内部零件进行耐压测试，这些半导体零件易受高电压损坏。

3．变频器接地端子务必正确接地。

4．变频器必须安装好前盖才能接通电源，通电后不能取下前盖，否则可能发生触电事故；不能在送电过程中实施接、配线。

5．变频器运行时不可以切离电动机，否则会造成变频器过电流跳闸，甚至变频器主电路烧毁。

6．变频器接通电源时，即使处于停止状态，其端子上仍带电，不能接触。否则可能发生触电事故。

7．变频器关闭电源后，在充电指示灯熄灭前，其端子上仍带电，不能接触。否则可能发生触电事故。

8．不能采用接通和断开主电路电源的方法来控制变频器的运行和停止。否则可能引起事故。

9．若变频器设置了自动重起功能，当发生跳闸停止情况时，按跳闸原因会自动实现再起动，此过程中不能靠近电动机及所拖动的机械，以免危险。

10．变频器可以很容易地实现由低频到高频的运行，务必确定电动机及其拖动机械的工作频率范围。

实训一变频器的结构和功能预置

一．实训目的

1．熟悉变频器的结构，了解各部分的作用；

2．熟悉变频器各端子的功能，掌握变频器的接线方法；

3．掌握变频器的参数设置方法；

4．熟悉变频器各面板操作键的名称和功能。

二．实训设备及仪器

1．万用表、螺丝刀、连接线

2．三菱FR-E500系列变频器

3．三相异步电动机

三．知识准备---变频器的分类

1.根据主开关器件分类

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。

根据变频器主开关器件的不同，变频器可分为：IGBT变频器、SCR变频器、BJT变频器、GTO变频器等，目前常用的是IGBT变频器。

2.根据变流环节不同分类：

（1）交-直-交变频器

先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，又称间接式变压变频器。低压变频器通用，调节频率范围较宽。（2）交-交变频器

把恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出。又称直接式变压变频器。转换前后的相数相同，变换效率高，可调频率范围窄，用于低速大容量的

调速系统。

3.按电压等级的划分

（1）低压变频器(110V，220V，380V)

（2）中压变频器(500V，660V，1140V)

（3）高压变频器(3KV，3.3KV，6KV，6.6KV，10KV)

4.根据直流电路的储能环节（滤波方式）分类：

（1）电压型变频器

其储能元件为电容器，中、小容量变频器以电压型变频器为主。（2）电流型变频器

其储能元件为电感线圈，适用于大容量变频器。

5.根据电压的调制方式分类：

（1）脉宽调制（SPWM）变频器

脉冲宽度调制，电压的大小是通过调节脉冲占空比来实现的，中、小容量的通用变频器几乎全都采用此类变频器。

（2）脉幅调制（PAM）变频器

脉冲幅度调制，电压的大小是通过调节直流电压幅值来实现的，比较少用。

6.根据输入电源的相数分类：

（1）三进三出变频器

变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电，绝大多数变频器都属此类。（2）单进三出变频器

变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电，家用电器里的变频器均属此类，通常容量较小。

7.按照工作原理分类

（1）V/f控制变频器

（2）转差频率控制变频器

（3）矢量控制变频器

（4）直接转矩控制型变频器

8.按照用途分类

（1）通用变频器

用于机械传动调速，功能齐全、性能好、价格贵。

（2）高性能专用变频器

为具体应用而设计，使用面窄、价格低、操作简单。

四．实训步骤

1．通过变频器的拆卸和安装，了解变频器的结构和各端子的功能以三菱FR-E500系列变频器为例

（1）变频器前盖板的拆卸和安装：

（2）变频器辅助盖板的拆卸和安装：

（3）变频器接线盖板的拆卸和安装：

（4）熟悉三菱FR-E500系列变频器常用端子功能：

2．变频器的输入、输出接线

注：将三相异步电动机接成星型或三角形3．熟悉变频器的操作面板

4．变频器的功能预置

5．变频器的监示功能

6．将变频器的参数值和校准值全部初始化到出厂设定值

7. 操作模式选择( Pr.79)

“1”--PU操作模式

是指起动信号和频率设定均用变频器的操作面板操作。

“2" --外部操作模式

是指根据外部的频率设定旋钮和外部起动信号进行的操作。频率设定用外部的接于端子2-5之间的旋钮（频率设定器）RP来调节,变频器操作面板只起到频率显示的作用。

“3"--组合操作模式1

是指起动信号由外部输入，运行频率由操作面板设定，频率设定用操作面板操作，不接收外部的频率设定信号和PU的正转、反转信号。

“4”--组合操作模式2

是指起动信号用操作面板来操作，频率设定用外部的接于端子2～5之间的旋钮（频率设定器）RP来调节。

“6" --切换模式。在运行状态下，进行PU操作和外部操作的切换。

“7”--外部操作模式（PU操作互锁）当MRS信号为ON，可切换到PU操作模式；当MRS信号为OFF，禁止切换到PU操作模式。

“8”--切换到除外部操作模式以外的模式。

四. 思考题

（1）若将R、S、T端子与U、V、W端子反接会怎样？

（2）〔SET〕键有什么功能？

（3）需要近距离操作变频器时（PU模式），应怎样设置参数？

（4）三菱FR-E500系列变频器有哪几种操作模式？各操作模式有什么异同？

实训二变频器的面板操作模式

一．实训目的

1．掌握变频器面板操作模式的操作过程；

2．熟悉变频起动、升降速、直流制动过程的特征；

3．进一步熟悉变频器参数的设定方法；

4．了解变频器基本参数的意义。

二．实训设备及仪器

1．万用表、螺丝刀、连接线

2．三菱FR-E500系列变频器

3．三相异步电动机

4．计时器

三．知识准备

1.面板显示

FR-E500系列变频器LED显示屏可以显示给定频率、运行电流和电压等参数。显示屏旁有单位指示及状态指示。

Hz-显示频率；

A-显示运行电流；

RUN-显示变频器运行状态，正转时灯亮，反转时灯闪亮；

MON-监视模式状态显示；

PU-PU操作模式显示；

EXT-外部操作模式显示。

注意：组合模式1、2时PU、EXT同时灯亮。

2.操作键盘

键盘各键的功能如下：

上下键——在设定模式中按下此键可连续设定参数，用于连续增加或降低运行

频率，按下此键可改变频率。

时复位变频器。

3．键盘控制过程

(1)接通电源，合上电源后，LED显示屏将显示“O.OO"。

(2)开始运行控制

①按

②按“上升或下降”键，使给定频率升至所需数值。

⑧按 1.5秒以上，写入给定频率。

④按

给定频率，电动机的运行方向由所按键决定。按

降速时间开始下降。

4．起动运行

(1)起动频率

对于静摩擦系数较大的负载，为了易于起动，起动时需有一点冲击力。为此，可根据需要预置起动频率fs (Pr.13=0～60Hz)，使电动机在该频率下“直接起动”，如图4.22所示。

(2)起动前的直流制动

用于保证拖动系统从零速开始起动，因为变频调速系统总是从最低频率开始起动的，如果在开始起动时，电动机已经有一定转速，将会引起过电流或过电压。起动前的直流制动功能可以保证电动机在完全停转的状态下开始起动。

5．升降速时间

(1)升速时间

在生产机械的工作过程中，升速过程属于从一种

状态转换到另一种状态的过渡过程，在这段时间内，

通常不进行生产活动。因此，从提高生产力

的角度出发，升速时间越短越好。但升速时间越短，

频率上升越快，越容易“过流’’。所以，预置升速时间( Pr.7=0～3600s/0～360s)的基本原则，就是在不过流的前提下越短越好。通常，可先将升速时间预置得长一些，观察拖动系统在起动过程中电流的大小，如起动电流较小，可逐渐缩短时间，直至起动电流接近最大允许值时为止。

(2)降速时间

电动机在降速过程中，有时会处于再生制动状态，将电能反馈到直流电路，产生泵升电压，使直流电压升高。降速过程和升速过程一样，也属于从一种状态转换到另一种状态的过渡过程。从提高生产力的角度出发，降速时间应越短越好。但降速时间越短，频率下降越快，直流电压越容易超过上限值。所以在实际工作中，也可以先将降速时间( Pr.8=0～3600s/0～360s)预置得长一些，观察直流电压升高的情况，在直流电压不超过允许范围的前提下，尽量缩短降速时间。

水泵类负载由于有液体（水）的阻力，一旦切断电源，水泵立即停止工作，故在降速过程中不会产生泵生电压，直流电压不会增大，但过快的降速和停机，会导致管路系统的“水锤效应”，必须尽量避免。所以直流电压不增大，也应预置一定的降速时间。风机的惯性较大，且风机在任何情况下都属于长期连续负载，因此，其降速时间应适当预置得长一些。

6.升、降速方式

①线性方式( Pr.29=0)

频率与时间呈直线性关系，如图4.23所示，多数负载可预置线性方式。

②S型A (Pr.29=1)

在开始阶段和结束阶段，升降速比较缓慢。如图4.24 (a)所示。

③S型B (Pr.29=2)

在两个频率f1，f2间提供一个S型升降速曲线，具有缓和升降速时的振动的作用，防止运输时负荷的倒塌。如图4.24 (b)所示。

7．直流制动

为了防止出现生产机械的“爬行”和“溜坡”现象，有必要加入直流制动。Pr.10是直流制动时的动作频率，Pr.11是直流制动时的动作时间（作用时间），Pr.12是直流制动时的电压（转矩），通过这三个参数的设定，可以提高停止的准确度，使之符合负载的运行要求。

(1)直流制动动作频率f

(Pr.10=0～120Hz)。在大多数情况下，直流制动都

DB

是和再生制动配合使用的。首先用再生制动方式将电动机的转速降至较低转速，

，然后再加入直流制动，使电动其对应的频率厂即作为直流制动的动作频率f

DB

机迅速停住。负载要求制动时间越短，则动作频率f

应越高。

DB

（Pr.12=0，增益为30%的

(2)直流制动电压U

电源电压）。在定子绕组上施加直流电压的大小，

决定了直流制动的强度。负载惯性越大，UDB也应

该越大。

(Pr.ll=O～lOs)。即施加

(3)直流制动时间t

DB

的主

直流制动的时间长短。预置直流制动时间t

DB

要依据是负载是否有“爬行”现象，以及对克服“爬

行”的要求，要求高的，t

应当长一些。

DB

风机在停机状态下，有时会因自然风的对流而旋转，且旋转方向总是反转的。如遇这种情况，应预置起动前的直流制动功能，以保证电动机茌零速下起动。在运行过程中：

8．查看运行参数

在运行状态下，可以通过按

在运行过程中变频器的输出电流或电压。每次按显示内容依次是；频率、电流、电压、报警、频率。

9．停止

按OHz。

四．实训步骤

1．按图2-1接线

图2-1 变频器的输入输出接线

2．将变频器的参数值和校准值全部初始化到出厂设定值

3.进入PU模式设定运行频率

4．观察变频器的运行情况

在PU模式下，观察并记录变频器的正转、停止、反转运行频率变化情况。（1）正转启动过程现象：

（2）停止过程现象：

（3）反转过程现象：

5．升降速时间对起动和停车过程的影响

升降速过程是从一种状态转换到另一种状态的过渡过程，从提高生产力的角度出发，升降速时间越短越好，但频率升降越快，越容易过流。所以，预置升降速时间的基本原则，就是在不过流的前提下越短越好。

升速时间（Pr7=0～360秒），厂家出厂设定值为5秒，是指从0HZ加速到50HZ 的时间；降速时间（Pr8=0～360秒），厂家出厂设定值也为5秒，是指从50HZ

减速到0HZ的时间。

（1）在PU模式下，观察设定频率为50HZ时的运行情况，并记录起动与停止过程的时间。

记录起动时间：秒

记录停止时间：秒

（2）将频率设定改为100HZ ，再观察运行情况，并记录起动与停止的时间。记录起动时间：秒

记录停止时间：秒

（3）将起动与停止的时间各改为1S和8S，在设定频率为100HZ的情况下，观察运行情况，并记录时间。

记录起动时间：秒

记录停止时间：秒

6．起动频率

对于静摩擦力较大的负载，为了易于起动，起动时需要有一定的冲击力，为此，可根据需要预置起动频率fs（Pr.13=0～360HZ）,使电动机在该频率下“直接起动”。

将Pr.13参数设定为20，观察起动频率为。

7．升降速方式

为了防止运输设备在运输时负荷的倒塌，起到缓冲和防止震动的作用，需改变升降速方式，升降速方式可通过参数Pr.29设定。

在设定频率为100HZ的情况下，观察频率升降规律：

将Pr.29参数设定为0，观察起动时的频率变化规律为。

将Pr.29参数设定为1，观察起动时的频率变化规律为。

将Pr.29参数设定为2，观察起动时的频率变化规律为。8．直流制动

设定以下参数：Pr.10=10；Pr.11=1；Pr.12=10%，观察制动过程中电机的转速变化规律。

电机在100HZ运行过程中，按下“停止”键，制动过程现象为：

。

五. 思考题

（1）升降速时间的长短对变频器有什么影响？

（2）在制动过程中加入直流制动的目的是什么？直流制动参数的大小对设备的运行有什么影响？

（3）电动叉车为了防止运输货物的倒塌，应该采用哪种升降速方式？变频器参数应怎样设置？

实训三变频器的外控操作模式

一．实训目的

1．掌握变频器外控操作模式的操作过程；

2．掌握频率给定线的设置方法；

3．掌握上下限频率、回避频率的设定方法；

4．进一步熟悉变频器参数的设定方法；

5.了解变频器基本参数的意义。

二．实训设备及仪器

1.万用表、螺丝刀、连接线

2．三菱FR-E500系列变频器

3．三相异步电动机

三．知识准备

1．频率的给定功能

当变频器设定为外部操作模式时，变频器的输出频率将跟随给定信号的变化，选择合适的给定方式和给定信号，是变频器正常运行的前提，给定方式分为模拟量给定和数字量给定。

（1）模拟量给定方式：

当给定信号为模拟量时，称为模拟量给定方式，模拟量给定时的频率精度略低，为最高频率的±0.50-/0以内。

①以电压大小作为给定信号的称电压信号，其范围有：0～5V或0～10V。

输入端为2，通过参数Pr.73切换。输入电压(Pr.73)可进行“0～5V，O～1OV 选择”。 Pr.73="0" -- DC 0～5V；Pr.73=“1”-- DC 0～10V。

②以电流大小作为给定信号的称电流信号，其范围为：4～20mA。

由于电流信号所传输的信号不受线路电压降、接触电阻及其压降、杂散的热效应以及感应噪声等的影响，因此抗干扰能力较强。

在远距离控制中，给定信号的范围常用4～20mA，其“零”信号为4mA。这是为了方便检查工作是否正常，在进行测量时，因为电流中还有4mA，说明给定信号电路的工作是正常的，如图 4.14 (a)所示；无电流信号说明是因传感器或