变频技术第三章.docx
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变频技术第三章
第三章通用变频器的操作与运行
3.1三菱变频器及其端子接线图
3.1.1三菱变频器的特点和铭牌
1特点（p86）
（1）通用型的A系列.一般用于工业应用
（2）简易型的S系列。
（3）经济型的E系列。
适用于位能性负载
（4）节能型的F系列。
适用于风机和泵类负载。
2铭牌
3.1.2三菱FR-A540变频器的端子接线图
3.1.3主回路接线端子
1.主回路接线端子功能
端子符号
端子名称
说明
R、S、T
交流电源输入端子
连接工频电源，当使用高功率因数转换器选件时，确保这些端子不连接（FR-HC）
U、V、W
变频器输出端子
接三相笼型异步电动机
R1、S1
控制回路电源输入端子
与交流电源端子R、S连接。
在保持异常显示和异常输出时或当使用高功率因数转换器（FR-HC）时，必须拆下R-R1和S-S1之间的短路片，并提供外部电源到此端子。
P、PR
连接制动电阻器端子
拆开端子PR-PX之间的短路片，在P-PR之间连接选件制动电阻器（FR-ABR）
P、N
连接制动单元端子
连接选件FR-BU型制动单元或电源再生单元（FR-RC）。
或高功率因数转换器（FR-HC）
P、P1
连接改善功率因数DC电抗器端子
拆开端子P-P1间的短路片，连接选件改善功率因数用电抗器（FR-BEL）
PR、PX
连接内部制动回路端子
用短路片将PX-PR间短路时（出厂设定）内部制动回路便生效（7．5kW以下装有）
接地
变频器外壳接地用，必须接大地
2．主回路接线说明
（1）主回路电源和电动机的连接如图2.3所示。
（2）接线后，保持变频器清洁。
（3）选用适当型号的电线接线。
（4）布线距离最长为500m。
（5）在P和PR端子间建议连接制定的制动电阻选件，端子间原来的短路片必须拆下。
（6）电磁波干扰。
（7）变频器运行后，若需要改变接线的操作，必需在电源切断l0min以上，用万用表检查电压后进行。
（8）由于变频器内有漏电流,为了防止触电，变频器和电机必须分别接地。
3.1.4控制回路接线端子
1控制回路接线端子功能
控制回路接线端子见图。
2控制回路端子接线说明
（1）端子SD、SE和5为I/O信号的公共端子，相互隔离，不要将这些公共端子互相连接或接地。
（2）控制回路端子的接线应使用屏蔽线或双绞线，而且必须与主回路、强电回路（含200V继电器程序回路）分开布线。
（3）由于控制回路的频率输入信号是微小电流，所以在接点输入的场合，为了防止接触不良，微小信号接点应使用两个并联的接点或使用双生接点。
（4）输入信号中RL、RM、RH、RT、AU、JOG、CS等端子以及输出信号中RUN、SU、IPF、OL、FU、A、B、C等端子是多功能端子，又称为可编程端子。
3.1.5三菱变频器的操作面板
1操作面板的名称及功能
表3.4按键功能表示
表3.5单位和运行状态显示
2操作面板的使用
监示模式
频率设定模式
参数设定模式
运行操作模式
帮助模式
复制模式
3变频器的运行操作模式
•PU运行操作模式
PU操作模式主要通过变频器的面板设定变频器的运行频率、起动指令、监示操作命令、显示参数等。
这种模式不需要外接其他的操作控制信号，可直接在变频器的面板上进行操作。
操作面板也可以从变频器上取下来，通过FR-CB2选件或通过RJ45接口和符合EIA568的电缆连接进行远距离操作。
采用PU操作模式时，可通过设定“运行操作模式选择”参数Pr.79=1或0来实现。
•外部运行操作模式
外部操作模式通常为出厂设定。
这种模式通过外接的起动开关、频率设定电位器等产生外部操作信号，控制变频器的运行。
外部频率设定信号为0-5V、0-10V或4-20mA的直流信号。
起动开关与变频器的正转起动STF端/反转起动STR端连接，频率设定电位器与变频器的10、2、5端相连接，外部控制操作的基本电路如图2.14所示。
采用外部操作模式时，可通过设定“运行操作模式选择”参数Pr.79=2或0来实现。
•组合运行操作模式
PU和外部操作模式可以进行组合操作，此时Pr.79=3或4，采用下列两种方法中的一种：
（1）起动信号用外部信号设定（通过STF或STR端子设定），频率信号用PU模式操作设定或通过多段速端子RH、RM、RL设定。
（2）起动信号用PU键盘设定，频率信号用外部频率设定电位器或多段速选择端子RH、RM、RL进行设定
•程序运行操作模式
（1）工作方式，包括正转、反转、停止、本程序步结束后应转入的程序步的步号等。
（2）工作频率。
（3）工作时间。
图2.14外部操作模式的接线图
•计算机通信模式
通过RS485接口和通信电缆可以将变频器的PU接口与PLC、工业用计算机（PC）等数字化控制器进行连接，实现先进的数字化控制、现场总线系统等。
这个领域有着广阔的应用和开发前景。
当计算机（通常称为上位机）的通信接口为RS232C时，应该加接一个RS485与RS232C的转换器，例如RC-55A。
计算机通信模式可以通过设定参数Pr.79＝6来实现，这时不仅可以进行数字化控制器与变频器的通信操作，还可以进行计算机通信操作与其他操作模式的相互切换。
作业：
1、介绍一下三菱FR-A540变频器主回路，控制回路端子的功能？
2、介绍三菱FR-A540变频器的各种操作模式。
3.2与频率有关的功能设置
3.2.1频率给定的方法与原则
1给定方法的基本含义
要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，称为频率给定信号，也称为频率指令信号或频率参考信号。
所谓给定方法，就是调节变频器输出频率的具体方法,也就是提供给定信号的方式。
2频率给定方法
（1）面板给定
（2）预置给定
（3）外接给定
①外接电压给定信号端（10、2、5）。
图3.1三菱变频器的给定信号图
②外接电流给定信号端（4、5）。
（4）通信给定
由上位机或PLC通过通信接口进行给定。
该给定属于数字量给定。
需要注意的是，三菱FR-A540变频器所提供的都是RS485接口，如果上位机的通信接口位RS232C接口的话，须加接一个RS485与RS232C的转换器。
3选择给定方式的原则
（1）面板给定和外接给定中，优先选择面板给定。
因为变频器的操作面板包括键盘和显示屏，而显示屏的显示功能十分齐全。
例如，可显示运行过程中的各种参数，以及故障代码等。
但由于受联接线长度的限制，控制面板与变频器之间的距离不能过长。
（2）数字量给定和模拟量给定中，优先选择数字量给定。
因为数字量给定时频率精度较高，且抗干扰能力强。
（3）在电压信号和电流信号中，优先选择电流信号。
3.2.2外接给定时的频率给定线及相关参数设置
1频率给定线的定义
由模拟量进行外接频率给定时，变频器的给定信号X与对应的给定频率fX之间的关系曲线fX=f（X），称为频率给定线。
这里的给定信号X，既可以是电压信号UG，也可以是电流信号IG。
2基本频率给定线
在给定信号X从0增大至最大值Xmax的过程中，给定频率fX线性地从0增大到fmax的频率给定线称为基本频率给定线。
其起点为（X＝0，fX＝0），终点为（X＝Xmax，fX＝fmax），如图3.2中曲线①所示。
图3.2频率给定线
3频率给定线的调整
（1）调整的必要性。
（2）调整的要点。
（a）起点坐标（X＝0，fX＝fBI）。
这里，fBI为给定信号X＝0时所对应的给定频率，称为偏置频率。
（b）终点坐标（X＝Xmax，fX＝fXM）。
这里，fXM为给定信号X＝Xmax时对应的给定频率，称为最大给定频率。
预置时，偏置频率fBI是直接设定的频率值；而最大给定频率fXM常常是通过预置“频率增益”G％来设定的。
G％的定义是：
最大给定频率fXM与最大频率fmax之比的百分数，即
G％＝（fXM/fmax）×100％
在这里，fXM是虚拟的最大给定频率，其值不一定与最大频率fmax相等。
若G％＞100％，则fXM＞fmax。
这时的fXM为假想值，其中，fXM＞fmax的部分，变频器的实际输出最大频率等于fmax，其频率给定线如图3.2中③所示；
若G％＜100％，则fXM＜fmax，变频器能够输出的最大频率由fXM决定，fXM与fmax对应，其频率给定线如图3.2中②所示。
图3.2频率给定线
4频率给定线的参数设置
频率给定线的设置对变频器的运行具有重要的意义。
变频器“偏置”和“增益”功能调节从变频器外部输入的输入信号到设定输出频率的关系，设置的内容包括运用偏置、增益功能实现频率给定线的设置，涉及频率设定、电压偏置设定和增益调整。
图3.3所示曲图3.3频率给定线设置说明线来说明频率给定线相关参数的设置。
图3.3频率给定线设置说明
表3.1频率给定线设置的相关参数意义及设定范围
参数号
出厂设定
设定范围
功能
Pr.13
0.5Hz
0.01～60Hz
起动频率
Pr.73
1
0～5，10～15
0～5V/0～10V选择
Pr.902
0V，0Hz
0～10V，0～60Hz
频率设定电压偏置
Pr.903
5V，50Hz
0～10V，0～400Hz
频率设定电压增益
Pr.904
4mA，0Hz
0～20mA，0～60Hz
频率设定电流偏置
Pr.905
20mA，50Hz
0～20mA，1～100Hz
频率设定电流增益
3.2.3与工作频率有关的功能设置
1基本频率fb
当变频器的输出电压等于额定电压时的最小输出频率，称为基本频率，用来作为调节频率的基准。
基本频率的参数号是Pr.3，设定范围是0～400Hz，出厂设定值为50Hz。
2最大频率
当频率给定信号为最大值（X＝Xmax）时，变频器的给定频率。
3上限频率fH和下限频率fL
变频器在运行前必须设定其上限频率和下限频率，用Pr.1设定输出频率的上限，如果频率设定值高于此设定值，则输出频率被钳位在上限频率，用Pr.2设定输出频率的下限频率，若频率设定值低于此设定值，则输出频率被钳位在下限频率，如图3.4所示。
图3.4输出频率和设定频率的关系
表3.2上限频率、下限频率的参数意义及设定范围
参数号
出厂设定
设定范围
功能
Pr.1
120Hz
0～120Hz
上限频率
Pr.2
0Hz
0～120Hz
下限频率
4频率跳变
无级调速时，有可能出现在某一转速或某几个转速下，机械的振动频率和它的固有频率相一致而发生谐振的情形。
频率跳变的定义：
为了避免机械谐振的发生，必须使拖动系统“回避”可能引起谐振的转速，与回避转速对应的工作频率就是频率跳变。
三菱FR-A540变频器最多可设定3个区域可以使其跳过共振发生的频率点。
表3.3频率跳变各参数意义及设定范围
参数号
出厂设定
设定范围
功能
Pr.31
9999
0～400Hz，9999
频率跳变1A
Pr.32
9999
0～400Hz，9999
频率跳变1B
Pr.33
9999
0～400Hz，9999
频率跳变2A
Pr.34
9999
0～400Hz，9999
频率跳变2B
Pr.35
9999
0～400Hz，9999
频率跳变3A
Pr.36
9999
0～400Hz，9999
频率跳变3B
例如：
设定Pr.34=35Hz,Pr.33=30Hz,回避30~35Hz之间的频率。
图3.5频率跳变
5点动频率
表3.4点动频率设定范围
参数号
出厂设定
设定范围
功能
备注
Pr.15
5Hz
0～400Hz
点动频率
Pr.16
0.5s
0～3600s
点动加/减速时间
当Pr.21=0
0～360s
当Pr.21=1
Pr.20
50Hz
0～400Hz
加/减基准频率
图3.6点动频率输出示意图
作业
1与频率有关的功能有哪些？
如何设置？
2频率给定的方法有哪些？
3频率给定线参数如何设置？
3.3变频器的PID控制功能
PID闭环控制的特点：
首先，PID应用范围广。
其次，PID参数较易整定。
第三，PID控制器在实践中也不断地得到改进，如结合人工智能系统、模糊控制等。
1PID控制原理
（1）PID的分类。
①PI控制。
PI控制是由比例控制（P）和积分控制（I）组合成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。
PI运算是P和I运算之和。
②PD控制。
PD控制是由比例控制（P）和微分控制（D）组合成的，根据改变动态特性的偏差速率，产生一个执行量。
PD运算是P和D运算之和。
③PID控制。
利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。
PID运算是P、I和D三个运算的总和。
（2）PID的控制逻辑。
①负作用。
图3.23PID负作用示意图
②正作用。
图3.24PID正作用示意图
2P、I、D的控制作用
（1）比例控制
比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出信号XG与输入误差（XT－XF）成比例关系，当仅有比例控制时，系统输出存在稳态误差。
也称为静差。
XG＝KP（XT－XF）
式中，XG——频率给定信号；XT——目标信号；XF——反馈信号；KP——放大倍数，也叫比例增益。
对于变频器来说，比例控制实际上就是将偏差信号（XT－XF）放大了KP倍后再作为频率给定信号。
（2）积分控制
在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的积分成正比关系。
即使给定频率信号XG的变化与KP（XT－XF）对时间的积分成正比。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个系统为有稳态误差的系统，简称有差系统。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。
积分项对偏差取决于时间的积分。
尽管（XT－XF）一下子增大（或减小）了许多，但XG只能在“积分时间”内逐渐地增大（或减小），从而缓解了XG的变化速度，防止了振荡。
积分时间越长，XG的变化越慢。
（3）微分控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性环节或滞后环节，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用变化“超前”，即在误差接近于零时，抑制误差仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项。
它能预测误差变化的趋势。
3变频器内置PID功能
PID闭环运行，必须首先选择PID闭环功能有效的情况下，变频器按照给定值和反馈值进行PID调节。
PID调节是过程控制中应用得十分普遍的一种控制方式。
它是使控制系统的被控物理量能够迅速而准确地接近于控制目标的基本手段。
在PID调节中，必须有两种控制信号：
（1）给定值（又称为设定值）。
它是与被控物理量的控制目标对应的信号。
在PID方式中，它指的是对测量值全范围中确定一个符合现场控制要求的一个数值，并以该数值为目标值，使系统最终稳定在此值的水平上或范围内，并且越接近越好。
一方面，给定值是和所选传感器的量程有关的。
给定信号的大小由传感器量程的百分数表示。
例如，当目标压力为0.7MPa时，如所选压力传感器的量程为0-1.0MPa（4-20mA电流输出），则对应于0.7MPa的给定量为70％；如所选压力传感器的量程为0-5.0MPa（4-20mA电流输出），则对应于0.6MPa的给定量为14％。
另一方面，常用的给定值给定方式主要有两种：
一种是通过变频器的模拟量输入端给定，其给定信号可以是电压信号，也可以是电流信号。
另一种是面板给定，即直接通过面板上的键盘来给定。
例如，在供水系统中所选用传感器的测量范围是0-1MPa，而需保持0.7MPa的压力，因此0.7MPa就是给定值（即设定值）。
它可用模拟量给定，即在外部操作模式时由变频器2、5端子间施加对应的3.5V（5×70%=3.5V）电压；也可在参数中给定，令P133=70%（仅限于PU和PU/EXT模式下有效）。
当系统未达到设定压力时，电机以上限频率fH运行，而达到或超过设定压力时，电机降速或停止运行。
（2）反馈值。
它是通过现场传感器测量的与被控物理量的实际值对应的信号。
PID调节功能将随时对给定值和反馈值进行比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。
具体地说，它将根据两者的差值，利用比例P、积分I、微分D的手段对被控物理量进行调整，直至反馈值和给定值基本相等，以达到预定的控制目标为止。
因各控制系统结构特征不同，况且也很难计算出PID准确数值，故而需对变频器中默认的PID参数进行再调整。
为调试简便起见，一般在供排水、流量控制中只需用P、I控制即可，D参数较难确定，它容易和干扰因素混淆，在此类场合也无必要，通常用在温度控制场合。
PI参数中，P是最为重要的，定性的讲，由于P=1/KP，所以P越小系统的反应越快，但过小的话会引起振荡而影响系统的稳定，它起到稳定测量值的作用。
而I是为了消除静差，即使测量值接近设定值，原则上不宜过大。
试运行时可于在线条件下边观察测量值的变化边反复调节P、I参数，直至测量值稳定并与设定值接近为止。
4.变频器的接线和输入输出端子功能设定
表3.16I/O信号使用功能表
5.参数设定参数设定表
6调节过程
（1）参数设定。
根据系统控制要求，调节Pr.128～Pr.133的PID控制参数。
（2）端子设定。
设定PID控制用的输入输出端子（Pr.180～Pr.186、Pr.190～Pr.195）。
（3）接通X14，选择PID控制功能。
（4）运行。
3.4多段速控制端子的功能
在变频器的外接输入控制端子中，通过功能预置，可以将若干个（通常为2～4）输入端作为多段速（3～16挡）控制端。
其转速的切换由外接的开关器件通过改变输入端子的状态及其组合来实现，转速的挡次是按二进制的顺序排列的，故二个输入端可以组合成3或4挡转速，三个输入端可以组合成7或8挡转速，四个输入端可以组合成15或16挡转速。
表3.10多段速参数的意义及设定范围
参数号
出厂设定
设定范围
功能
备注
Pr.4
50Hz
0～400Hz
设定RH闭合时的频率
Pr.5
30Hz
0～400Hz
设定RM闭合时的频率
Pr.6
10Hz
0～400Hz
设定RL闭合时的频率
Pr.24～Pr.27
9999
0～400Hz，9999
设定4～7段速
9999：
未选择
Pr.232～Pr.239
9999
0～400Hz，9999
设定8～15段速
9999：
未选择
图3.13多段速运行的接线图
（1）3段速设定
RH信号为ON时按Pr.4中设定的频率运行，RM信号为ON时按Pr.5中设定的频率运行，RL信号为ON时按Pr.6中设定的频率运行。
（2）4段以上的多段速设定
通过RH、RM、RL、REX信号的组合可以进行4～15段速的设定，Pr.24～Pr.27、Pr.232～Pr.239设定运行频率。
输入信号组合与各挡速度的对应关系如图3.14所示。
例如在图3.14中，当RH和RL信号同时为ON时，按Pr.25中设定的频率（即速度5）运行。
对于REX信号输入所使用的端子，通过将Pr.180～Pr.186中的任一个参数设定为“8”来进行功能的分配。
借助于点动频率（Pr.15）、上限频率（Pr.1）和下限频率（Pr.2）最多可以设定18种速度。
（3）多段速只有在在外部操作模式或PU/外部组合操作模式（Pr.79=3，4）中有效。
（4）当用Pr.180～Pr.186改变端子功能分配时，有可能对其他的功能产生影响。
请确定各端子的功能后再进行设定。
图3.14多段速运行示意图
作业
1、PID参数如何设定？
输入输出端子如何设定？
3.5工频运行切换功能
1切换电路图及输入输出端子设定
（1）控制电源输入端。
R1、S1端子必须如图3.26连接。
因为在变频器因故障脱离电源后，要求切换过程和报警信号继续工作，故R1、S1应接在接触器KM1的主触点之前。
（2）控制信号输入输出端子设定及功能。
在图3.26中﹡1所标的3个输出端子必须由Pr.192～Pr.194（输出端子功能选择）设定其功能。
﹡3所标的输入端子JOG必须由Pr.185设定其功能。
设定值如下：
Pr.185＝7（将JOG端子改变为OH端子，用于接受外部热继电器的控制信号）。
Pr.186＝6（将CS端子用于瞬时掉电自动再起动控制）。
Pr.192＝17（将IPF端子改变为工频切换时控制KM1线圈得电）。
Pr.193＝18（将OL端子改变为工频切换时控制KM2线圈得电）。
Pr.194＝19（将FU端子改变为工频切换时控制KM3线圈得电）。
MRS-切换控制的允许信号，该信号为ON时，允许切换，为OFF时，不能切换。
CS-切换控制的执行信号，该信号为ON时，由工频切换到变频运行，为OFF时，由变频切换到工频运行。
STF-正转运行指令输入端。
JOG-接收外部故障信号的OH输入端子。
RES-复位信号输入端。
（3）在图3.26中，输出端子IPF、OL、FU属于集电极输出，它们驱动接触器KM1、KM2和KM3的线圈时必须采用直流电源驱动，并且需要在每个线圈上并联反向保护二极管。
若采用交流电源驱动接触器线圈，必须选用继电器输出选件FR-A7AR。
（4）电磁接触器（KM1、KM2、KM3）的作用如表3.19所示。
由于在变频器的输出端是不允许与电源相连接的，因此，接触器KM2和KM3除了采用Pr.136设定切换时间外，还必须在图3.26中采用机械互锁。
表3.19电磁接触器的作用
2与工频运行切换有关的参数
参数号
名称
出厂
设定
设定范围
说明
Pr.135
工频电源-变频器切换顺序输出端子选择
0
0
无工频切换顺序
1
有工频切换顺序
Pr.136
KM切换互锁时间
0.1s
0～100.0s
设定KM2和KM3动作的互锁时间。
Pr.137
起动等待时间
0.5s
0～100.0s
设定值应比信号输入到变频器时到KM3实际接通的时间稍微长点（大约0.3至0.5s）。
•与工频切换控制有关的参数
参数号
名称
出厂
设定
设定范围
说明
Pr.138
异常时的工频电源-变频器切换选择
0
0
变频器停止运行，电动机自由运转。
当变频器发生故障时，变频器停止输出。
（KM2和KM3断开。
）
1
停止变频器运行并自动切换变频器运行到工频电源运行。
当变频器发生故障时，变频器运行自动切换。
工频电源运行（KM2:
：
ON，KM3：
OFF）。
Pr.139
自动变频器-工频电源切换选择
9999
0-60Hz
电动机由变频器起动和运行到达设定频率，当输出频率达到或超过设定频率，变频器运行自动切换到工频电源运
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