高级维修电工三级变频器部分.docx
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高级维修电工三级变频器部分
四、变频器简介
变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）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任意可调的三相交流电的电器设备，用以驱动交流异步（同步）电动机进行变频调速。
变频器的出现，使交流电动机的调速变得和直流电动机一样方便，并且在许多方面显得比直流调速更有优势，它可由计算机直接联网控制，除此外，变频器还有很多保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器的实物照片如图7-163所示。
图7-163变频器
五、变频器的应用
目前，国外已有众多生产厂家定型生产多个系列的变频器，基本使用方法和提供的基本功能小异，现以三菱FR-E700系列变频器为例，介绍变频器的应用。
1、FR-E700系列变频器的基本电路
（1）主电路接线
三菱FR-E700系列变频器主电路接线如图7-164所示。
1）输入端。
其端子号为R/L1、S/L2、T/L3，接工频电源。
2）输出端。
其端子号为U、V、W，接三相鼠笼式电动机。
3）直流电抗器接线端。
将直流电抗器接至“+”与P1之间可以改善功率因素，出厂时“+”与P1之间有一短路片相连，需接电抗器时应将短路片拆除。
4）制动电阻和制动单元接线端。
制动电阻器接至“+”与PR之间，而“+”与“－”之间连接制动单元或高功率因数整流器。
图7-164三菱FR-E700系列变频器主电路
（2）控制电路接线
变频器的控制方式有面板控制（PU运行模式）、外部控制（EXT运行模式）、网络控制（NET运行模式）以及采用以上两种控制模式组合的组合运行模式。
具体操作时可根据用户的要求进行相关线路设计与连接。
三菱FR-E700系列变频器外部控制电路接线端如图7-165所示。
图7-165三菱FR-E700系列变频器外部控制电路
1）模拟量控制频率给定端。
相关联的输入端为10、2、5、4和启动信号控制端STF、STR。
当模拟量为电压时，把“电压/电流输入切换开关”拨到“V”端，当模拟量为电流时，把“电压/电流输入切换开关”拨到“I”端。
通过电压输入进行频率控制的接线图如图7-166所示。
图7-166通过电压输入进行频率控制的接线图
电位器的电阻值选择：
1/2W1KΩ。
选择正转时，与STF对应的触点闭合，即STF与公共端SD连接，正转时的频率则由电位器提供。
选择反转时，与STR对应的触点闭合，即STR与公共端SD连接，反转时的频率则由电位器提供。
STF、STR信号同时ON时，变成停止指令。
效果与STF、STR信号同时OFF时一样。
通过电流输入进行频率控制的接线图如图7-167所示。
将输入端子RH设定为“AU”信号（参数P182设置为4），并使之为ON（连接SD端）。
图7-167通过电流输入进行频率控制的接线图
2）开关量控制频率给定端。
相关联的输入端为STF、STR、RH、RM、RL。
接线图如图7-168所示。
STF、STR给定电动机旋转方向信号，而RH、RM、RL分别给定输出频率信号。
RH、RM、RL对应的三个触点，共有8个组合方式，如单独闭合的方式有3个，两个闭合的方式也有3个，全闭合1个，全断开1个，全断开时，输出频率为0，电动机不转动。
其它7个方式可以提供7种不同的频率，具体的频率值分别由相应的参数可以设置（请查阅手册）。
图7-168开关量控制频率接线图
3）随机电源。
像三菱PLC一样，三菱变频器的输入端也提供直流24V的电源，相应的端子为PC-SD，PC端为“+”。
在利用这个电源工作时，要防止两端子间产生短路。
4）故障信号输出端。
A、B、C三个端子为故障信号输出端，变频器没有故障时，B-C导通，A-C不导通。
故障时，保护功能动作，B-C间不导通，A-C间导通。
这部分触点可以接入AC220V电路中，如图7-169所示。
图7-169接入故障信号输出端的控制线路
在图7-169中，变频器的正常启动与停止最好通过SB4（启动）、SB3（停止）按钮来实施。
接触器MC须在变频器与电动机都停止时才切换。
安装MC的目的是在紧急状态或故障状态下停止向变频器供电。
5）运行状态信号输出端。
相关联的端子为RUN、FU、SE。
它们只能接至30V以下的直流电路中。
RUN——运行信号，变频器运行时有信号输出。
FU——频率检测信号，当变频器的输出频率在设定的频率围时，有信号输出。
6）频率测量输出端。
相关联的端子为AM、5。
为方便外接显示仪表，它们以模拟电压（DC0~10V）的形式输出，接至相应电压表显示。
所显示电压的大小即表示频率的高低。
2、FR-E700系列变频器的操作面板及按键控制。
变频器的操作面板如图7-170所示，它主要用来参数设定、显示工作方式和实时控制等。
图7-170变频器的操作面板
相关容说明如下：
（1）监视器。
由4位LED显示，用来显示频率、电压、电流、参数编号、故障报警等。
（2）单位显示。
监视器上显示的值是频率时，Hz灯亮。
监视器上显示的值是电流时，A灯亮。
当Hz灯、A灯都不亮时，显示的是电压、或者其它容。
（3）M旋钮。
用于变更频率设定、参数设定值。
按压该按钮可显示监视模式时的设定频率、校正时的当前设定值、错误历史模式时的顺序。
（4）运行模式显示。
PU：
PU运行模式（面板控制）时亮灯。
EXT：
外部运行模式时亮灯。
NET：
网络运行模式时亮灯。
PU、EXT：
在外部/PU组合运行模式1、2时亮灯。
（5）运行状态显示（RUN）。
正转运行时，长亮。
反转运行时，缓慢闪烁（1.4秒循环）
如果出现快速闪烁（0.2秒循环），则表示：
1）有启动指令，但频率指令在启动频率以下。
2）输入了MRS（输出停止）信号。
3）按下RUN键或输入外部启动指令，却无法运行。
（6）模式切换（MODE）。
用于切换各设定模式。
长按此键（2秒），可以锁定操作。
（7）各设定值的确定（SET）。
选择好需要的参数值时，按此按钮进行确定，直到参数号与设定值循环显示为止。
如果运行中按此键，则监视器显示容会在运行频率、输出电流和输出电压之间循环，根据用户需要显示相应容。
（8）启动指令（RUN）。
在PU模式下，用面板控制电机的正转与反转启动。
“正转与反转”可以通过P40参数设定。
（9）停止运行指令（STOP）。
在PU模式下，用面板控制电机的停止。
如果变频器出现故障，保护功能动作时，也可以按此按钮（RESET），进行报警复位。
（10）运行模式切换（PU/EXT）。
用于切换PU/外部运行模式。
（11）监视器显示。
监视模式时亮灯。
（12）参数设定模式显示。
参数设定模式时亮灯。
3、变频器基本操作介绍：
（1）恢复出厂数据（初始值）。
在处理别人用过的变频器时，因为不知道此前各参数的定值，一个一个查又很麻烦，所以，通常的做法是恢复初始值，后根据工艺要求重新设置参数值。
初始值是产品出厂时被统一设定的值，在变频器的使用手册《参数一览表》中都能查到。
恢复出厂数据的方法是：
在PU模式下（所有参数修改、设定都必须在PU模式下进行，即PU灯点亮时进行。
如果不在PU模式下，请切换到PU模式），按MODE键，转动M旋钮，直到显示ALLC为止，按SET键，显示0，转动M旋钮，变成1，长按SET键，直到ALLC与1循环跳转，这时，变频器所有参数的数据均恢复到出厂数据，ALLC自动会回到参数0。
（2）禁止写入。
为了防止设置的参数被意外改写，三菱变频器中专门安排了一个参数P77。
如果P77被设置成1，则所有写入功能失效，即无法再写入。
显示屏会出现Er1，提示写入错误。
如果想设置参数，必须先修改P77参数。
P77参数共有三个值，它们是0、1、2。
P77为0时，仅限于变频器停止时可以写入；P77为1时，禁止写入；P77为2时，可以在所有运行模式中不受运行状态限制地写入参数。
（3）正反转输出。
三菱FR-E700系列变频器面板上没有正转与反转按键，只有一个RUN键，要实现反转，需设置参数P40，P40出厂时的初始值为0，即按下RUN键后，电动机正转，如果需要改成反转，只需把参数P40改成1即可。
（4）点动输出。
按下PU/EXT键，显示为JOG，即点动。
按下RUN键，变频器以点动的方式输出，出厂时点动频率设置为5Hz，如果要改动点动频率，需修改参数P1（P1的设定围为0~400Hz）。
点动的加减速时间设置参数为P16，出厂时设置为0.5s。
如果要改变点动方向，就要设置参数P40。
（5）参数设定值检查。
当需要对已设置的参数值进行检查时，按一下MODE键，后转动M旋钮，转到需要检查的参数项，按SET键，显示该参数的设定值。
再按SET键，显示下一条参数。
如果要改变参数设定值，则在按下SET后，旋转M旋钮，到需要的值出现时，长按SET键，直到该参数与设定值循环跳转为止。
循环跳转了，说明参数的值已经被设定。
六、触摸屏、变频器、PLC的综合应用实例
在现代工业控制中，触摸屏、PLC、变频器结合一起组成自动控制系统的现象越来越普遍。
许多自控设备都以触摸屏作为人机界面进行人机互动，指令与数据的输入、相关参数的显示都通过触摸屏来实施，而PLC作为控制程序编制与运行中心，可以方便地把复杂的加工过程用程序来实施，变频器直接与电动机连接，执行各种操作功能。
如果掌握了这三种设备的使用方法，尤其是能把它们结合一起使用，就能较顺利地去从事各种自动化设备的制造与改造工作，对设备的性能提升、提高生产效率具有十分重要的意义。
接下来以控制电动机正反转的例子来详解三者综合应用的做法。
控制电动机正反转的接线图如图7-171所示，正转启动、反转启动、停止均在触摸屏上操作实施。
图7-171控制电动机正反转的接线图
1、给触摸屏接上电源
触摸屏的电源DC24V可以从PLC输入端获取。
PLC有一个自带的DC24V电源，一般用作给传感器提供电源。
连线时，触摸屏24V电源“+”端接PLC输入端子中的24V端，触摸屏24V电源“－”端接PLC输入端子中的COM端。
2、制作触摸屏操作界面。
用MCGSE软件编制触摸屏界面，该编制过程也叫做“组态”，方法如本节第三小点所述。
先是新建文件，后选择设备，在新建窗口时，如果没有出现画图工具栏，可以点击“查看”，如图7-172所示。
在“查看”下拉菜单中找到“绘图工具箱”，点击，出现如图7-173所示的“工具箱”。
接下来就可以选择需要的工具进行画图制作。
图7-172“查看”菜单栏图7-173工具箱
把正转启动按钮设为M0，反转启动按钮设为M1，停止按钮设为M2，界面效果图如图7-174所示。
图7-174组态结果
3、下载。
用USB连接线把电脑与触摸屏连接，在“工具”下拉菜单上找到“下载配置”，下载时要注意把连接方式改为USB通讯。
触摸屏默认的下载通讯方式为TCP/IP，这点特别要提醒，否则会出现“下载失败”。
4、编写PLC程序。
PLC程序如图7-175所示。
Y0为正转启动输出信号，Y1为反转启动输出信号，Y2为频率输出信号。
程序编写完成后，把程序下载到PLC中。
图7-175PLC程序
5、连接触摸屏与PLC。
把程序从电脑下载到PLC的下载线，采用的通讯电缆是RS422电缆（RS485-4W），它同样可作为触摸屏与PLC的通讯线用，如图7-176所示
图7-176触摸屏与PLC的通讯线
具体的端口连接如图7-177所示。
图7-177PLC与触摸屏端口连接示意图
6、用触摸屏上的按键调试程序。
PLC与触摸屏连接完成后，在与变频器连接前，最好先调试程序，万一发现有错，可以及时修改。
调试的方法是给PLC供电后，轻按触摸屏上的相关按键，观察PLC输出点的变化，看它是否满足要求。
7、连接变频器。
按图7-171连接变频器。
变频器STF、STR、RH、SD接线端螺丝规格很小，需要用仪表专用起子操作。
R/L1、S/L2、T/L3接三相电源，U、V、W接电动机，绝对不能接错，否则，会造成变频器主板烧掉的后果。
8、设置变频器参数
变频器参数设置必须是在变频器通电的情况下实施，一旦设置成功，停电时其设置值不会丢失。
此控制系统为外部控制，所以，操作模式选择参数P79设为2；加速时间设置参数P7和减速时间设置参数P8可根据需要设置，其初始值为5、10、15秒，根据变频器的容量不同而不同，3.7KW及以下的加减速时间初始值为5秒，5.5KW及7.5KW的加减速时间初始值为10秒，11KW及15KW的加减速时间初始值为15秒。
参数P4设定高速挡频率，初始值为50Hz，可根据需要修改此值。
上限频率设置参数P1、下限频率设置参数P2、基准频率设置参数P3可以按初始值工作，也可以根据工艺要求作出相应改变。
9、系统总调试
按触摸屏正转启动按键，电动机正转缓慢启动，启动时间即为预先设置的加速时间，运行速度由变频器参数P4设置，此时运行状态显示灯RUN长亮。
按触摸屏反转启动按键，电动机按预先设置的减速时间停止，后再按预先设置的加速时间反转启动，运行状态显示灯RUN由长亮变成缓慢闪烁。
按停止按钮，电动机按预先设置的减速时间停止。
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