变频调速器原理及应用实验指导书.docx
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变频调速器原理及应用实验指导书
〈〈变频调速器原理及应用〉〉
实验指导书
（电梯专业）
中山职业技术学院
2009年11月
前言
实验指导书是为了让学生在学习了《电工电子基础》及《PLC编程与变频技术》等课程的基础上，进一步理解和掌握电机变频调速的原理和方法，学习变频器的操作和使用而编写的。
实验系统以三菱公司的FR-S500系列变频调速器，三相感应电动机及电气控制箱组成。
指导书在下面的章节中给出了FR-S5500-0.75K型号的变频调速器的基本介绍。
实验指导书中的实验安排基本按照操作者的使用习惯，每个实验按从易到难，从简单到复杂的规律安排。
全书共三个实验，涉及变频器的三种操作模式的使用，适当增添了一些不要求掌握的操作知识，教师可以根据不同需要选做。
实验前，仔细阅读实验须知和实验设备使用方法。
目录
1、实验须知………………………………………..……………………3
2、三菱变频调速器及调速原理………………………….……………4
3、实验一：
外部操作模式的变频调速实验……………….………………………5
4、实验二：
PU操作模式的变频调速实验………………………………………..10
5、实验三：
组合操作模式的变频调速实验……………………………………....19
附录：
……….……………..………………..………………………21
安全事项
危险
●当通电或变频器正在运行时,请不要打开前盖板,否则会发生触电。
●在前盖板拆下时请不要运行变频器,否则可能会接触到高电压端子和充电部分而造成触电事故。
●即使电源处于断开时，除布线，定期检查外，请不要拆下前盖板。
否则，由于接触变频器充电回路可能造成触电事故。
●布线或检查，请在断开电源，经过10分钟以后，用万用表等检测剩余电压消失以后进行。
●请不要用湿手操作开关，以防止触电。
●对于电缆,请不要损伤它，对它加上过重的应力，使它承载重物或对它钳压。
否则会导致触电。
●请勿在通电中进行通风扇的更换,否则会发生危险。
●实验期间严禁触摸旋转电机，带强电端子。
●若实验过程中设备出现故障，请报告老师，检查前断开电源，10分钟以后，用万用表等检测剩余电压消失后方可进行。
●不要随便将物品放在实验仪器上。
●不要频繁启/停变频器。
●频率设置不要超过60Hz
实验须知
一、预习
参加实验的学生应事先预习，以免实验过程中因准备不充分而跟不上实验进度。
预习内容包括：
1、指导书中有关三菱变频调速器的介绍及与本次实验有关的内容。
2、教科书中三相异步电动机变频调速的原理及实现过程。
3、实验要求中的思考题。
二、实验过程
1、严格遵守实验室纪律，注意人身、设备安全。
2、实验前仔细检查选件和外部设备的接线是否都连接无误。
3、认真操作，仔细观察实验现象，做好记录。
4、发生故障时立即断电（按实验箱左上角的红色急停按钮）并报告指导老师。
5、实验结束后，将实验结果交指导老师检查，经同意后关断电源。
6、按原样整理好实验仪器、设备及有关资料。
三、实验报告
参加实验的学生应认真按期完成实验报告，报告格式如下：
1、用幅面16K纸，加封面装订。
2、封面上应包括：
实验名称、分院及专业、班级、姓名、实验日期及完成报告日期。
3、正文应包括：
实验名称、实验目的、使用仪器、实验原理、简要的实验步骤、实验数据、有关曲线及实验现象。
4、必须对可能造成实验结果与理论结果间的偏差的因素作出分析、讨论。
实验一变频调速装置的操作面板使用及外部操作模式实验
一、实验目的
1、熟悉变频调速实验系统装置。
2、了解外部操作模式控制感应电动机的实现。
3、掌握变频器操作面板功能和模式切换的方法。
二、实验预习要求
1、掌握教科书中有关三相异步电动机变频调速原理及实现过程。
2、了解教科书中有关三相异步电动机变频调速的特点。
4、预习实验指导书变频调速器的相关介绍和本实验的内容。
三、实验仪器和设备
1、三相鼠笼式异步电动机1台
2、
3、交流可调稳压电源1台
4、三菱交流变频调速器（带有FR-DU04操作面板）。
1台
5、变频调速系统实验电气控制箱1台
四．实验内容
变频器能用“外部操作模式”,“PU操作模式”,“组合操作模式”。
“外部操作模式”即：
通过对连接到变频器端子输入的外部信号（频率设定电位器,启动开关等）的操作达到控制变频器的运行。
当电源接通时，接通启动信号（STF正转，STR反转），则开始运行。
具体内容：
（1）了解变频器端子接线图；掌握操作面板的使用；
（2）掌握变频调速器操作面板模式切换方法；（Pr79=2）
（3）观察正转、反转开关控制时电机的运行情况；
（4）观察电机分别在高/中/低速运行时的情况及频率的变化情况（本次实
验中高/中/低速的频率设定采用默认值，分别为50HZ/30HZ/10HZ，若
要改变，可参考后面PU操作时的参数设定方法Pr4=50,Pr5=30,Pr6=10）。
五、实验步骤与注意事项
1、（注意不要用手去触摸电缆和接线点）
2、根据附录1变频装置端子接线图及各端子说明，思考如何通过外部控制实现电机正反转；
3、确认电机变频器连接正常；
4、合上电气控制箱三相交流电源开关，打开变频调速系统断路器开关，再打开系统电源开关；
5、对着变频器操作面板，学习附录2操作面板（FR-DU04）的名称和功能；
6、把变频调速器工作切换至外部操作模式，确认变频调速器的运行状态为外部操作模式（EXT）；
7、空载时，将电器箱启动开关打到正转或反转状态，此时表示运转状态的FWD或REV闪烁。
8、改变电气控制箱上调速档开关，使之分别打到高/中/低速档，观察电机的运行状况和操作面板显示频率的变化，可用变频调速器操作面板上[SET]键切换频率/电流/电压的监视模式，记录不同速度时的频率和定子线电压的值。
注：
1、由于在变频器内有漏电流，为了防止触电，在使用以前，请确保变频器和电机接地正确。
2、由于本实验使用的电源是380V，因此在使用时，一定要千万当心。
六、实验报告
参见“实验须知”中关于“实验报告”的部分。
七、思考题
通过外部控制，如何实现感应电动机正反转、分段速度、和连续速度运行。
从电机原理叙述感应电动机正反转实现的原理。
实验二、PU操作模式的变频调速实验
一、实验目的
1、熟悉变频调速实验系统装置。
2、熟悉并掌握变频调速器操作面板的使用。
3、掌握操作面板参数设定并能够通过改变参数控制电动机运行。
二、实验预习要求
在实验一的基础上预习本次实验的内容。
三、实验仪器和设备
1、三相鼠笼式异步电动机1台
2、1台
3、交流可调稳压电源1台
4、三菱交流变频调速器（带有FR-DU04操作面板）。
1台
5、变频调速系统实验箱1台
四．实验内容
变频器能用“外部操作模式”,“PU操作模式”,“组合操作模式”和“通讯操作模式”。
PU操作模式即：
用变频器本身操作面板的参数设置，实现变频器运行。
（1）掌握变频调速器操作面板的使用方法（参照附录2）
（2）测试空载时电机定子线电压与给定频率间的关系，及频率与电机转速之间的关系，并理解恒转矩特性与恒功率特性，并绘制v/f曲线。
（3）记录感应电动机极对数，额定转速，额定功率等电机铭牌数据。
（4）实验数据记录表格：
给定频率f
（HZ）
定子线电压
（v）
同步转速n1
（r/min）
实际转速n
（r/min）
五、实验步骤与注意事项
1、合上电气控制箱上的三相交流电源开关，打开变频调速系统断路器开关，再打开系统电源开关，确认变频调速器的运行状态。
2、熟悉变频调速器上操作面板的使用（见附录2）
3、将变频调速器操作模式切换到“PU操作模式”。
4、电机不加负载，在空载的情况下，用操作面板在频率设定模式下按[UP/DOWN]来设定运行频率，按SET键写入设置的频率。
5、按[FWD]或[REV]启动变频器，观察电机转速的变化。
把对应的值填入上面的表格内，并画出v/f、f/n1曲线。
频率设置可在0~50Hz范围内，请不要超过50Hz。
（注：
在电机工作过程中，如果发生报警或保护功能动作，请按[STOP/RESET]键，复位变频器。
）
（如果电机不转,请确认Pr.13“启动频率”。
在点动频率设定为比启动频率低的值时,电机不转。
）
六、变频器参数设定
变频器需要进行参数设定以保证正确工作，如工作模式的切换，上下限频率的设置、设定要求（见表1），表1中各参数的功能叙述见附录3，参考附录2中参数设置方法。
在实验前，变频器已经正确设定，一般不用改动。
一些常规参数的设定如下：
1、要设置其他参数，必须使变频器处于PU操作模式，Pr.79应先设定为“1”（操作见附录3）这样才能对其他参数进行正确的设定。
其余表内参数可以使用默认值，也可另行设定。
参数设定后，再根据运行模式，设置变频装置的操作模式。
2、在空载情况下，设定参数Pr.15“点动频率”和Pr.16“点动频率加/减速时间”的值，设定PU点动运行。
按[FWD]或[REV]键，则运行。
（如果电机不转，请确认Pr.13“启动频率”。
在点动频率设定为比启动频率低的值时，电机不转。
）
3、在空载的情况下，设定Pr.4、Pr.5、Pr6的值通过外部操作来观察电机的运行情况。
其中Pr.79应先设定为“1”（PU操作），然后设定其他参数，最后再把Pr79设定为“2”（外部操作）。
其余表内参数可以使用默认值，也可另行设定。
**4、加上50ma、100ma负载后，重做上述步骤2和3（注：
负载即为磁粉制动器），观察电机的转速与空载时的转速有无何变化。
表1：
参数号
Pr
名称
默认值
设定范围
备注
0
转矩提升
6
0至30%
代表百分数设定0HZ时
的电压。
本实验采用默认。
1
上限频率
5HZ
0至120HZ
2
下限频率
0HZ
0至120HZ
3
基底频率
50HZ
0至400HZ
4
多段速度设定1（高速）
50HZ
0至400HZ
5
多段速度设定2（中速）
30HZ
0至400HZ
6
多段速度设定3（低速）
10HZ
0至400HZ
7
加速时间
5s
0至3600s
当Pr.21=0
0至360s
当Pr.21=1
8
减速时间
5s
0至3600s
当Pr.21=0
0至360s
当Pr.21=1
13
启动频率
0.5HZ
0至60HZ
15
点动频率
5HZ
0至400HZ
16
点动加/减速时间
0.5s
0至3600
当Pr.21=0
0至360s
当Pr.21=1
19
基底频率电压
9999
0至1000V
8888，9999
8888：
电源电压的95%
9999：
与电源电压相同
20
加/减速基准频率
50HZ
1至400HZ
21
加/减时间单元
0
0，1
0：
0至3600秒
1：
0至360秒
24
多段速度设定4
25
多段速度设定5
26
多段速度设定6
27
60
智能模式选择
0
0至8
71
适用电机
0
0至8，13
至18
20，23，24
0：
适合标准电机的热
特性
77
参数写入禁止选择
0
0，1，2
79
操作模式选择
0
0至8
0：
PU或外部操作可切换
1：
PU操作模式
2：
外部操作模式
注：
1、由于在变频器内有漏电流，为了防止触电，在使用以前，请确保变频器和电机接地正确。
2、由于本实验使用的电源是380V，因此在使用时，一定要千万当心。
3、对于点动运行，加速时间和减速时间不能分别设定。
4、请把Pr.15“点动频率”的设定值设定在Pr.13“启动频率”的设定值
之上。
七、实验报告
参见“实验须知”中关于“实验报告”的部分。
八、思考题
1、本实验对异步电动机采用了v/f控制的方式，它是一种开环调速控制方式（无速度检出），思考一下v/f控制的基本原理和特征是什么？
2、变频调速器由主回路和控制回路两部分组成，这两部分各自在电路中的作用？
附录1：
端子接线图及说明
三菱变频器主回路端子排的排列：
三菱变频器控制回路端子排的排列：
部分端子说明
端子记号
端子名称
说明
R，S，T
交流电源输入
连接工频电源，当使用高功率因素转换时，确保这些端子不连接（FR—HC）。
U，V，W
变频器输出
接三相鼠笼电机。
R1，S1
控制回路电源
与电源端子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素转换器时（FR-HC）时，请拆下R-R1和S-S1之间的短路片，并提供外部电源到此端子。
STF
正转启动
STF信号处于ON便正转，处于OFF便停止
STR
反转启动
STR信号ON为逆转，OFF为停止
STOP
启动自保持选择
使STOP信号处于ON，选择启动信号自保持
RH，RM，RL
多段速度选择
用RH，RM和RL信号的组合可以选择多段速度
JOG
点动模式选择
ON时选择点动运行，用（STF，STR）点动运行
MRS
输出停止
MRS信号为ON（20ms以上）变频器输出停止，用电磁制动停止电机时，用于断开变频器的输出。
RES
复位
用于解除保护回路动作的保持状态，使端子RES信号处于ON在0.1秒以上，然后断开。
AU
电流输入选择
只在端子AU信号处于ON时，变频器才可以用直流4—20mA作为频率设定信号。
CS
瞬停电再启动选择
处于ON，瞬间停电再恢复时变频器便可自动启动。
出厂设置中为不能再启动。
SD
公共输入端子（漏型）
接点输入端子和FM端子的公共端。
直流24v，0.1A作为频率设定信号。
PC
直流24v电源和外部晶体管公共端，接点输入公共端（源型）
连接可编程时，将晶体管输出用的外部电源公共端接到这个端子时，可以防止因漏电引起的误动作，此端子可用于直流24v，0.1A电源输出。
当选择源型时，这端子作为接点输入的公共端。
2
频率设定（电压）
输入0～5VDC（或0～10vDC）时5v（10VDC）对应于为最大输出频率。
输入输出成正比。
4
频率设定（电流）
DC4～20mA，20mA为最大输出频率，输入输出成正比例，在AU处于ON时该信号才有效。
5
频率设定公共端
频率设定信号和模拟输入端子AM的公共端子。
不能接地。
A，B，C
异常输出
指示变频器因保护功能动作而输出停止的转换接点，异常时：
B-C不导通（A-C导通）：
正常时：
B-C导通（A-C不导通）
RUN
变频器正在运行
输出频率为启动频率以上时为低电平，正在停止或正在直流制动时为高电平，容许负荷为DC24v0.1A
OL
过负荷报警
当失速保护功能动作时为低电平，失速保护解除时为高电平。
容许负荷为DC24V，0.1A。
SE
集电极开路输出公共端
端子RUN，SU，OL，IPF，FU的公共端子
附录2：
操作面板（FR-DU04）的名称、功能和使用
1、按[MODE]键改变监视显示
2、在特定操作模式下的功能设定
A.显示
▪监视器显示运转中的指令
EXT指示灯亮表示外部操作；
PU指示灯亮表示PU操作；
EXT和PU灯同时亮表示PU和外部操作组合方式。
▪监视显示在运行中也能改变
注：
1.按下标有*1的[SET]键超过1.5秒能把监视模式改为上电监视模式。
2.按下标有*2的[SET]键超过1.5秒能显示包括最近4次的错误指示。
B.频率设定
在PU操作模式下，用操作面板设定运行频率。
C.参数设定方法
▪参数以“Pr.数字”表示。
不同的数字表示变频器不同的功能。
例：
Pr.3设定基底频率；Pr.13设定启动频率。
▪一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用[UP/DOWN]键增减。
▪在Pr.状态下，按[SET]键出现P.000，通过[UP/DOWN]键和[SET]键来设定各位数字。
▪按[SET]键1.5秒写入设定值。
D.操作模式
注：
E.帮助模式
在HELP状态下，按[UP/DOWN]键改变帮助模式。
•报警记录
在报警记录[E.H15]模式下用[UP/DOWN]键能显示最近的4次报警。
（带有“.”的表示最近的报警。
）
当没有报警存在时，显示E.__0.
在报警记录下也可查看报警发生时的频率，电流，电压等，具体操作如下图：
•报警记录清除
•参数清除
将参数值初始化到出厂设定值，标准值不被初始化。
（Pr.77设定为“1”时（即选择参数写入禁止），参数不能被消除。
）
•全部消除
将参数值和校准值全部初始化到出厂设定值
附录3：
参数功能详述
参数号
名称
备注
0
转矩提升
在v/f系统中，由于连线及电机绕组的电压降引起的
有效电压衰减，使电机转矩不足，在低速时，非常明
显。
所以预先估计电压降并增加电压以补偿低速时转
矩的不足。
这就是转矩提升。
1
上限频率
如果频率设定值高于此上限频率值，则输出频率被钳
位在上限频率。
2
下限频率
如果频率设定值低于此下限频率值，则输出频率被钳
位在下限频率。
3
基底频率
用于调整变频器输出频率到电机额定值，当用恒转矩电机
时，通常额定频率设定为50HZ。
4
多段速度设定
（高速）
高速频率最好不要超过它的上限频率（默认120HZ），
低速频率也不要小于启动频率（否则无法启动）。
本实验通过外部控制挡开关来调节。
5
多段速度设定
（中速）
6
多段速度设定
（低速）
7
加速时间
用于设定电机加/减时间。
慢慢地加速时设定为较大值，快速加速时设定为较小
值。
具体量程取决于参数Pr.21的设定值。
8
减速时间
13
启动频率
设定在启动信号ON时的开始频率，启动频率必须小
于设定频率，否则变频器将不能工作。
注意：
当Pr.13设定值小于Pr.2的设定值时，即使
没有指令频率输出，只要启动信号为ON，电机也可
在设定频率下旋转。
15
点动频率
请把Pr.15“点动频率”的设定值设定在
Pr.13“启动频率”的设定值之上。
16
点动加/减速时间
对于点动运行，加速时间和减速时间不能分别设定。
19
基底频率电压
用于调整变频器输出电压到电机额定值。
20
加/减速基准频率
Pr.7中设定值是从0HZ到达Pr.20所设定频率的加速时间
Pr.8中设定值是从Pr.20到达0HZ所设定频率的减速时间
21
加/减时间单位
用于设定加/减时间最小设定单位
设定值“0”：
范围为0至3600秒，最小设定单位为0.1秒
设定值“0”：
范围为0至360秒，最小设定单位为0.01秒
60
智能模式选择
根据使用需要，选择精确的控制。
本实验默认值即可。
71
适用电机
0：
适合标准电机的热特性。
（默认为0）
2：
适合通用电机的特性，V/F5点可调整控制
77
参数写入禁止选择
（可选择参数写入禁止或允许。
此功能用于防止参数值被意外改写。
）
0：
仅限于停止可以写入。
在PU模式下，仅限于停止时可以写入。
1：
不可写入参数。
Pr.75,Pr.77和Pr.79可写入。
2：
即使运行时也可以写入。
79
操作模式选择
0：
PU和外部操作可切换。
1：
PU操作模式。
2：
外部操作模式。
如果变频器发生异常，保护功能动作，报警停止后，PU显示部上自动切换到显示下列错误（异常）。
保护功能动作后，请处理引起的原因后，变频器再复位，然后开始运转。
复位的方法：
如果保护功能动作，变频器保持输出停止状态（电机惯性停止），不复位则不会再启动。
复位有三种方法，
（1）电源切断后再投入，
（2）复位端子RES-SD之间0.1秒以上短路后再打开，（3）按下操作面板，参数单元的
键。
（使用参数单元的帮助功能）。
如果持续保持RES-SD之间短路状态，操作面板显示“Err.”，告知参数单元处于复位状态。
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