【終稿全套】三菱變頻器對異步電動機調(diào)速控制-三相異步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計【3張CAD圖紙】

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有,請放心下載，原稿可自行編輯修改=喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有,請放心下載，原稿可自行編輯修改=喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有,請放心下載，原稿可自行編輯修改= 摘 要 隨著變頻調(diào)速異步電動機在國內(nèi)外市場上日益擴大應(yīng)用，自 90 年代中期以來，我國 有眾多電動機生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計、研制和生產(chǎn)適用于不同應(yīng)用的各種系列變頻調(diào)速三相異步 電動機，例如:通用變頻調(diào)速電動機系列、起重冶金變頻調(diào)速電動機系列、隔爆變頻調(diào)速 電動機系列、電梯變頻調(diào)速電動機系列、輥道變頻調(diào)速電動機系列、牽引變頻調(diào)速電動 機系列等。從目前情況看，這些系列電動機能基本滿足國內(nèi)市場的需求原理是當定子三 繞組通三相對稱電流后，定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)右手定則，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動 勢，由于繞組是閉合的，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)左手定則，轉(zhuǎn)子繞組相當于空間繞組， 進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，合成磁轉(zhuǎn)距大于阻轉(zhuǎn)距時，電機起動，重點是三相異步電動機變頻 調(diào)速，一方面當 f1fN 時，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，轉(zhuǎn)矩不變，額定轉(zhuǎn)速降低，增大起動轉(zhuǎn)矩 Tst，另一方面當 f1fN 時，為恒功率調(diào)速，調(diào)速前后功率不變，額定轉(zhuǎn)速升高，減小啟 動轉(zhuǎn)矩 Tst。變頻調(diào)速可以實現(xiàn)寬范圍內(nèi)的平滑調(diào)速，變頻調(diào)速電機以簡單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良 的調(diào)速性能、較高的調(diào)速比，應(yīng)用越來越廣泛 。本論文的主要就是利用三菱變頻器，對 三相異步電動機進行變頻的調(diào)速。 關(guān)鍵詞：三相異步電動機；三菱變頻器；變頻調(diào)速 Abstract With the increasing application of VVVF asynchronous motors in the domestic and foreign markets, since the middle of 90s, Chinas motor manufacturers design, development and production is suitable for various series of Variable-Frequency Adjustable-Speed Three-Phase Asynchronous Motor, different applications such as: General VVVF motor series, crane and metallurgical VVVF motor series, flameproof inverter motor series, VVVF elevator motor series, roller VVVF motor series, inverter-fed motor series. Judging from the current situation, these series motors can basically meet the needs of the domestic market is the principle when the stator winding through three symmetrical three-phase current, stator and rotor rotating magnetic field is generated, according to the right-hand rule, the rotor winding induced electromotive force, the winding is closed, so generate induction current, according to the left, the rotor winding is equivalent to space winding, and electromagnetic torque, starting motor magnetic torque is greater than the resistance of synthesis of torque, the focus is variable frequency speed control of three-phase asynchronous motor, hand when F1 fN, for constant power speed, speed regulation and constant power, rated speed increased, reduce the starting torque Tst. VVVF can achieve smooth speed wide range, frequency conversion motor with simple structure, good performance of speed regulation, high speed adjustment, more and more extensive application. The main of this paper is to utilize Mitsubishi inverter frequency, speed control of three- phase asynchronous motor. Key words: threephase asynchronous motor ；Mitsubishi inverter ； frequency control V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 .1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 .2 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 .3 2 三相異步電動機的研究 .4 2.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu) .4 2.2 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理 .5 2.3 異步電機的等效電路 .6 2.4 異步電動機的調(diào)速原理及方法 .7 2.5 電動機和電源的連接 .8 3 三菱變頻器 .9 3.1 三菱變頻器的結(jié)構(gòu) .9 3.2 三菱變頻器的操作面板 .10 3.3 三菱變頻器的安裝 .11 3.4 三菱變頻器的接線 .12 4 三菱變頻器的變頻系統(tǒng)設(shè)計 .17 4.1 三菱變頻器的操作系統(tǒng) .17 4.2 頻率系統(tǒng)的設(shè)定 .19 4.3 三菱變頻器系統(tǒng)的調(diào)速設(shè)定 .22 4.4 加減速時間設(shè)定 .24 4.5 保護系統(tǒng)的設(shè)計 .26 4.6 調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .26 4.7 變頻器出錯對策 .27 4.7.1 電機保持不轉(zhuǎn) .27 4.7.2 電機旋轉(zhuǎn)方向相反 .27 4.7.3 速度與設(shè)定值相差很大 .27 4.7.4 加減速不平穩(wěn) .27 4.7.5 速度不能增加 .28 5 結(jié)論與展望 .29 5.1 結(jié)論 .29 5.2 展望 .29 致謝 .30 參考文獻 .31 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 近年來，電動機作為主要的動力設(shè)備被廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防科技、日常 生活等各個方面，其負荷約占總發(fā)電量的 60%-70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備，根據(jù) 采用的控制方式不同，電動機分為直流電動機和交流電動機兩大類。其中交流電動機形 式多樣，用途各異，擁有數(shù)量最多。交流電動機又分為同步電動機和異步電動機兩大類， 根據(jù)統(tǒng)計，交流電動機用電量占電機總用電量的 85%左右，可見交流電動機應(yīng)用的廣泛 性及其在國民生產(chǎn)中的重要地位。 電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的主要設(shè)備，在實際應(yīng)用中，一是要使電動機具有 較高的機電能量轉(zhuǎn)換效率；二是根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動機的旋轉(zhuǎn)速度。 電動機的調(diào)速性能的好壞對提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定 性影響。眾所周知，直流電動機的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速 系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜動態(tài)調(diào)速特性。因此長期以來，在變速傳動領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直 占據(jù)主導地位。但是，由于直流電動機的機械式換向器和電刷存在著諸多弱點，因此有 時直流調(diào)速也受到限制。然而，采用無換向器的交流電動機組成的交流調(diào)速系統(tǒng)代替直 流調(diào)速系統(tǒng)可以突破這些限制，滿足生產(chǎn)發(fā)展對調(diào)速、傳動的各種不同的要求。 20 世紀 60 年代以后，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國重視 交流調(diào)速技術(shù)的研究和開發(fā)。尤其是 20 世紀 70 年代以后，由于科學技術(shù)的迅速發(fā)展為 交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。大致體現(xiàn)在一下四個方面：1、電 力電子的蓬勃發(fā)展促進了交流技術(shù)的迅速發(fā)展和交流調(diào)速系統(tǒng)裝置的現(xiàn)代化。2、脈寬調(diào) 制（PWM ）技術(shù)的發(fā)展與研究。3、矢量交換控制技術(shù)的誕生和發(fā)展，奠定了現(xiàn)代交流調(diào) 速系統(tǒng)高性能化的基礎(chǔ)。4、微型計算機控制技術(shù)與大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng) 用為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)提供了技術(shù)手段和保障。變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動機 的供電頻率來到交流電動機調(diào)速目的及技術(shù)。大家知道，從大范圍來分，電動機有直流 電動機和交流電動機。由于直流電動機調(diào)速容易實現(xiàn)，性能好，因此，過去生產(chǎn)機械的 調(diào)速多用直流電動機。但直流電動機固有的缺點是，由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳 刷要經(jīng)常拆換，故費時費工，成本高，給人們帶來不少的麻煩。因此人們希望，讓簡單 可靠價廉籠型交流電動機也能像直流電動機那樣調(diào)速。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào) 速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串極調(diào)速等交流調(diào)速方式；由此出現(xiàn)了滑差電機、繞 線式電機、同步時交流電機。 異步電機可以采用調(diào)壓調(diào)速、改變極對數(shù)調(diào)速、串電阻調(diào)速、變頻調(diào)速等。在交流 調(diào)速諸多方式中，變頻調(diào)速是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式，也是交流調(diào)速的基礎(chǔ) 和主干內(nèi)容，變頻裝置有交直交系統(tǒng)和交交系統(tǒng)兩大類。交直交系統(tǒng)在傳統(tǒng) 電壓型和電流型變頻器的基礎(chǔ)上正向著脈寬調(diào)制 PWM 型變頻器和多重化技術(shù)方向發(fā)展， 而交交變頻器應(yīng)用于低速大容量可逆系統(tǒng)上升趨勢現(xiàn)代電力電子、微電子技術(shù)和計算 機技術(shù)的飛速發(fā)展，以及控制理論的完善、各種工具的日漸成熟，尤其是專用集成電路、 DSP 和 FPGA 無錫太湖學院學士學位論文 近來令人矚目的發(fā)展，促進了交流調(diào)速的不斷發(fā)展。目前異步電機變頻調(diào)速控制已 經(jīng)成為一門集電機、電力電子、自動化、計算機控制和數(shù)字仿真為一體的新興學科。 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展過程表明，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及社會發(fā)展的需要推動了交流調(diào)速的 飛速發(fā)展；現(xiàn)代控制理論、電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，微機控制技術(shù)及大規(guī)模集成電 路的發(fā)展和應(yīng)用為交流調(diào)速的飛速發(fā)展創(chuàng)造了技術(shù)和物質(zhì)條件。實踐證明，交流調(diào)速系 統(tǒng)的應(yīng)用為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及節(jié)省電能方面帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益?，F(xiàn)在，交流調(diào)速 系統(tǒng)正在逐步的代替直流調(diào)速系統(tǒng)，交流調(diào)速系統(tǒng)在電氣傳動領(lǐng)域占據(jù)統(tǒng)治地位已是不 爭的事實。 總之，交流電機調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，特別是變頻器傳動本身固有的優(yōu)勢，必將使之應(yīng) 用于社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，以體現(xiàn)出不同的功能，達到不同的目的，收到相應(yīng)的效益。 因此，本論文通過對變頻器的研究，對于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)理論的應(yīng)用，有著實際的意 義和一定的應(yīng)用價值。 本設(shè)計所設(shè)計的題目屬于間接變頻調(diào)速技術(shù)。它主要包括整流部分、逆變部分、控 制部分及保護部分等。逆變環(huán)節(jié)為三相SPWM逆變方式。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 隨著變頻技術(shù)的不斷的發(fā)展，通用變頻器以其優(yōu)異的控制性能現(xiàn)已在調(diào)速領(lǐng)域、工 業(yè)領(lǐng)域及家電產(chǎn)品中得到迅速推廣。此外，變頻技術(shù)和變頻器制造己經(jīng)從傳統(tǒng)的拖動技 術(shù)中分離出來，現(xiàn)已成為各國在工業(yè)自動化和機電一體化領(lǐng)域中爭強占先的陣地，而發(fā) 達國家更是在該技術(shù)領(lǐng)域投入了極大的人力、物力、財力，逐步向高新技術(shù)行業(yè)發(fā)展。 近年來，電力電子器件的基片已從 Si（硅）變換為 SiC（碳化硅）,使電力電子新元 件具有耐高壓、低功耗、耐高溫的優(yōu)點；并制造出體積小、容量大的驅(qū)動裝置；永久磁 鐵電動機也正在開發(fā)研制之中。隨著 IT 技術(shù)的迅速普及，以及人類思維理念的改變，變 頻器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展迅速，未來主要朝以下幾個方面發(fā)展： （1）網(wǎng)絡(luò)智能化 智能化的變頻器可以進行故障自診斷、遙控診斷以及部件自動置換，從而保證變頻 器的長壽命。利用互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)多臺變頻器聯(lián)動等綜合管理控制系統(tǒng)。 （2）專業(yè)化和一體化 變頻器的制造專業(yè)化，可以使變頻器在某一領(lǐng)域的性能更強，如風機、水泵、電梯、 起重機械和張力控制專用變頻器等。此外變頻器與電動機一體化的發(fā)展趨勢，使變頻器 成為電動機的一部分，逐漸向體積小、易控制的方向發(fā)展。 （3）適應(yīng)新能源 以太陽能和風力為能源的燃料電池以其低廉的性能已得到廣泛的應(yīng)用。這些發(fā)電設(shè) 備的最大特點是容量小而分散，將來的變頻器就要適應(yīng)這樣的新能源，既要高效，又要 低耗。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速傳動技術(shù) 也隨之取得了日新月異的進。主要表現(xiàn)在交流調(diào)速裝置的大容量化、變頻器的高性能化 和多功能化、結(jié)構(gòu)的小型化等方面。 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 3 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 熟練地掌握電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解三菱變頻器，對一些操作系統(tǒng)的了解， 很好的利用三菱變頻器對三相異步機進行調(diào)速。 無錫太湖學院學士學位論文 2 三相異步電動機的研究 2.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 三相異步電動機的構(gòu)造 三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子,固定部分,轉(zhuǎn)子 和旋轉(zhuǎn)部分。此外還有端蓋、風扇等附屬部分如圖 2.1 所示。 圖 2.1 三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖 （1）定子 三相異步電動機的定子由三部分組成： 表 2-1 定子的組成部分 定子鐵心 由厚度為 0.5mm 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片 內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組 AX、BY、CZ。 定子繞組 三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。定子 機座 機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組 （2）轉(zhuǎn)子 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 5 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由三部分組成： 表 2-2 轉(zhuǎn)子的組成部分 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心 由厚度為 0.5mm 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片 外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。 轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式 - 鼠籠式異步電動機。 繞線式 - 繞線式異步電動機。 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸上加機械負載 鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用 得最廣泛的一種電動機。 為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動 機的空氣隙約在 0.21.0mm 之間。 2.2 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理 1基本原理 為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖 2.2 所示。 圖 2.2 三相異步電動機工作原理 (1) 演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導體，當轉(zhuǎn)動手柄帶動 蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。 (2) 現(xiàn)象解釋：當磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對運動，鼠籠式導體切割磁 力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導體受到一個電磁力的作用， 于是導體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。 無錫太湖學院學士學位論文 (3) 結(jié)論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。 2.3 異步電機的等效電路 異步電動機的轉(zhuǎn)子能量是通過電磁感應(yīng)而得來的。定子和轉(zhuǎn)子之間在電路上沒有任 何聯(lián)系，其電路如圖 2.3。 圖 2.3 異步電動機的定、轉(zhuǎn)子圖 圖 2.1 中參數(shù)：定子的相電壓，定子的相電流，定子每相繞組的電阻和漏抗； 、 、sE2SI 分別是轉(zhuǎn)子電路產(chǎn)生的電動勢、電流、漏電抗；SX2 每相定子繞組反電動勢，它是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生的。 其有效值可計算如下： 114.NmEfK （2.4） 式中: 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值； 定子頻率；1E 1f 定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù)； 基波繞組系數(shù)； 極氣隙磁通。N1Nm 由電動機的基礎(chǔ)知識可知：轉(zhuǎn)子回路的頻率 ，與轉(zhuǎn)差率成正比，所以轉(zhuǎn)子回12sf 路中的各電量也都與轉(zhuǎn)差率成正比。 為了方便定量分析定、轉(zhuǎn)子之間的各種數(shù)量關(guān)系，將定子、轉(zhuǎn)子放在同一個電路。 根據(jù)電機學原理，在下列假定條件下：a.忽略空間和時間諧波，各繞組的自感和互感都是 線性的；b.忽略磁飽和；c.忽略鐵損。 可以得到電動機的 T 形等效電路圖，由于交流異步電動機三相對稱，所以現(xiàn)只取 A 相進 行計算分析。A 相的 T 形等效電路如圖 2-5 所示。 圖 2-5 電動機的 T 形等效電路圖 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 7 圖 2.1 中參數(shù)： 勵磁電阻，是表征異步電動機鐵心損耗的等效電阻；mr 勵磁電抗，是表征鐵心磁化能力的一個參數(shù)；x 勵磁電流；0 . 機械負載的等效電阻，在 =在LRLR 上消耗的功率就相當于異步電動機輸出的機械功率；LR 等參數(shù)經(jīng)過折算后的轉(zhuǎn)子參數(shù)。22 、 、 I 2.4 異步電動機的調(diào)速原理及方法 交流調(diào)速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調(diào)速的目的的，但定子繞組上 接入三相交流電時，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。使電動機 轉(zhuǎn)起來。電機磁場轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用 表示：0n p fn60 （2.6） 式中： 為三相交流電源頻率，一般是 50Hz； 為磁極對數(shù)。當 =1 是，f =3000rmin； =2 時， = min。1500r0np0n 由上式這個可知磁極對數(shù) 越多，轉(zhuǎn)速 就越慢，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速 比磁場的同步轉(zhuǎn)p0nn 速 要慢一點，所以稱為異步電動機，差別用轉(zhuǎn)差率 表示：0 s %10n （2.7） 在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動瞬間， =0，這時 =1；啟動后的極端情況 = ，則 =0，即ns 0ns 在 01 之間變化，一般異步電動機在額定負載下的 =1%6%。綜合（2.6）和s s （2.7）式可以得出： 06(1)()fsnp （2.8） 由式（2.8）可以看出，對于成品電機，其極對數(shù) 已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率 的變化不大，s 則電機的轉(zhuǎn)速 與電源頻率 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)nf 速，進而達到異步電機調(diào)速的目的。變頻調(diào)速的構(gòu)成，要實現(xiàn)變頻調(diào)速，必須有頻率可 調(diào)的交流電源，但電力系統(tǒng)卻只能提供固定頻率的交流電源，因此需要一套變頻裝置來 完成變頻的任務(wù)。歷史上曾出現(xiàn)過旋轉(zhuǎn)變頻機組，但由于存在許多缺點而現(xiàn)在很少使用。 現(xiàn)代的變頻器都是由大功率電子器件構(gòu)成的。相對于旋轉(zhuǎn)變頻機組，被稱為靜止式變頻 裝置，是構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。一個變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由靜止式變頻裝置、交 流電動機和控制電路 3 大部分組成 靜止式 2s1r 無錫太湖學院學士學位論文 變頻裝置的輸入是三相式單相恒頻、恒壓電源，輸出則是頻率和電壓均可調(diào)的三相 交流電。至于控制電路，變頻調(diào)速系統(tǒng)要比直流調(diào)速系統(tǒng)和其他交流調(diào)速系統(tǒng)復雜得多， 這是由于被控對象感應(yīng)電動機本身的電磁關(guān)系以及變頻器的控制均較復雜所致。因此 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制任務(wù)大多是由微處理機承擔。變頻器在工控中主要應(yīng)用于異步電動 機調(diào)速、啟動控制，異步電機的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變。異步電機的同步轉(zhuǎn)速 n = 60f/p n: 同步速度 f:電源頻率 p：磁極對。 2.5 電動機和電源的連接 圖 2.5 電動機和電源的連接 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 9 3 三菱變頻器 3.1 三菱變頻器的結(jié)構(gòu) 交-直- 交變頻器主電路 目前通用型變頻器絕大多數(shù)是交直交型變頻器，通常以 電器變頻器為通用，其主電路圖， （見圖） ，它是變頻器的核心電路，由整流電路（交 直交換） ，直流濾波電路（能耗電路） ，及逆變電路（直交變換）組成。 變頻器最早是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機組作為可變頻率電源供給交流電動機。隨著電力半導體器 件的發(fā)展，靜止式的變頻電源成為了變頻器的主要形式。靜止式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為 兩大類：交-直- 交變頻器和交-交變頻器。 （1）交-交型變頻器：是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率可調(diào)電壓的交流電 （轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。由于中間不經(jīng)過直流環(huán)節(jié)，不需換流， 故效率很高。因而多用于低速大功率系統(tǒng)中，如回轉(zhuǎn)窯、軋鋼機等。但這種控制方式?jīng)Q 定了最高輸出頻率只能達到電源頻率的 1/31/2,所以不能高速運行。 （2）交-直- 交型變頻器：是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再直流變換成頻 率電壓可調(diào)的交流，又稱間接變頻器，交-直-交變頻器是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器。它 根據(jù)直流部分電流、電壓的不同形式，又可分為電壓型和電流型兩種： 電流型變頻器：是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，即 扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波，由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故稱電流源型變 頻器。 電壓型變頻器：是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無 功功率，直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn)，直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較小，相當于電壓源，故稱電壓型變頻 器。 由于交-直- 交型變頻器是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器，作為電壓源向交流電動機提供 交流電功率，所以其主要優(yōu)點是運行幾乎不受負載的功率因數(shù)或換流的影響，它主要適 用于中、小容量的交流傳動系統(tǒng)。所以本次設(shè)計中選用此種間接變頻器，在交-直-交變頻 器的設(shè)計中，雖然電流型變頻器可以彌補電壓型變頻器在再生制動時必須加入附加電阻 的缺點，并有著無須附加任何設(shè)備即可以實現(xiàn)負載的四象限運行的優(yōu)點，但是考慮到電 壓型變頻器的通用性及其優(yōu)點，在本次設(shè)計中采用電壓型變頻器。 無錫太湖學院學士學位論文 圖 3.1 交直交變頻器主電路 3.2 三菱變頻器的操作面板 圖 3.2 操作面板 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 11 表 3-1 操作面板按鍵 按 鍵 說 明 鍵 正轉(zhuǎn)運行指令鍵 鍵 可用于選擇操作模式或設(shè)定模式 鍵 用于確定頻率和參數(shù)的設(shè)定 鍵 用于連續(xù)增加或降低運行頻率按下這個鍵可改變頻率 在設(shè)定模式中按下此鍵則可連續(xù)設(shè)定參數(shù) 鍵 用于給出正轉(zhuǎn)指令 鍵 用于給出反轉(zhuǎn)指令 鍵 用于停止運行 用于保護功能動作輸出停止時復位變頻器 表 3-2 操作面板表示 表 示 說 明 Hz 表示頻率時燈亮 A 表示電流時燈亮 RUN 變頻器運行時燈亮正轉(zhuǎn)時/燈亮反轉(zhuǎn)時/閃亮 MON 監(jiān)示顯示模式時燈亮 PU PU 操作模式時燈亮 EXT 外部操作模式時燈亮 3.3 三菱變頻器的安裝 1 小心使用 變頻器使用了塑料零件，因此，為了不造成破損，請小心地使用，其次，不要僅在前蓋 板上使用太大的力。 2 請安置在不易受震動的地方5.9m/s2 以下 請注意臺車沖床等的震動 3 注意周圍的溫度 周圍溫度對變頻器的壽命影響很大，因此，安裝場所的周圍溫度不能超過允許溫度(10C +50C) 4 請安裝在不可燃的表面上 無錫太湖學院學士學位論文 變頻器可以達到的最高溫度為150度。 安裝在不可燃燒的表面上。 安裝在金屬上面可以有利于散熱。 安裝的地方要夠?qū)挸ā?5 請避免高溫多濕的場所 請避免太陽光直射高溫和多濕的場所。 6 請回避油霧易燃性氣體棉塵和塵埃等等漂浮的場所 將變頻器安裝在清潔的場所或安裝在可阻擋任何懸浮物質(zhì)的封閉型屏板內(nèi)。 7 注意變頻器安裝在控制柜內(nèi)的散熱方法 在兩臺或兩臺以上變頻器以及通風扇安裝在一個控制內(nèi)時應(yīng)注意正確的安裝位置以確保 變頻器周圍溫度在允許值以內(nèi)。 安裝位置不正確會使變頻器周圍溫度上升降低通風效果 8 變頻器要用螺絲垂直且牢固地安裝在安裝板上。 3.4 三菱變頻器的接線 1. 設(shè)定器操作頻率高的情況下請使用2W1K 的旋鈕電位器 2. 使端子SD和SE 絕緣 3. 端子SD和端子5是公共端子請不要接地 4. 端子 PC-SD 之間作為直流 24V 的電源使用時請注意不要讓兩端子間短路 一旦短路會 造成變頻器損壞。 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 13 圖 3.3 變頻器的連接圖 主電路端子 主電路端子如圖（a ）所示 控制電路端子 無錫太湖學院學士學位論文 控制電示路端子如圖（b）所 圖 3.4 主電路端子和控制電路端子 （1） 主電路端子說明 表 3-5 主電路端子說明 子記號 端子名稱 說明 L1,L2,L3 (注) 電源輸入 連接工頻電源。 當使用高功率因數(shù)整流器時， 不要接任何東西。 U, V, W 變頻器輸出 接三相鼠籠電機 +, PR 連接制動電阻器 在端子 +-PR 之間連接選件制動電阻器 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 15 表 3-5 主電路端子說明 續(xù)表 （2）控制回路端子說明 表 3-6 控制電路端子 +；- 連接制動單元 連接選件制動單元或高功率因數(shù)整流器 +，p1 連接改善功率因數(shù) DC 電 抗器 拆開端子 +-P1 間的短路片 連接選件改善功率 因數(shù) 用直流電抗器 接地 變頻器外殼接地用 必須接大地 類型 端子記 號 端子名稱 說明 STF 正轉(zhuǎn)啟動 STF 信號處于 ON 便正轉(zhuǎn) 處于 OFF 便 停止 STR 反轉(zhuǎn)啟動 STR 信號 ON 為逆轉(zhuǎn) OFF 為停止 STF 和 STR 信 號同時處 ON 時,相當于給出 停止指令 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 MPS 輸入停止 MRS 信號為 ON 20ms 以上 時 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 輸入端子功能 選 擇 用 于改變端子功 能 接 點 輸 入 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 輸 入 信 號 SD 公共輸入端 子(漏型) 接點輸入端子的公共端 直流 24V,0.1A(PC 端子)電源 的輸出公共端 無錫太湖學院學士學位論文 表 3-6 控制電流端子 續(xù)表 PC 電源輸出和外部晶體管公共 端接點入公共端（源型） 當連接晶體管輸出 集電極開路輸出 例如可編程 控制器時 將晶體管輸出用的外部電源公共端接這 個端子時 可以防止因漏電引起的誤動作 端子 PC-SD 之 間可用于直流 24V,0.1A 電源輸出 10 頻率設(shè)定用電源 5VDC, 容許負荷電流 10mA 2 頻率設(shè)定（電壓） 輸入 0 5V(或 0 10V)時,5V( 或 10V)對應(yīng)于為最大 輸出頻率 輸入輸出成比例 輸入直流 0 5V(出廠 設(shè)定 )和 0 10VDC 的切換 ,用 Pr.73 進行 輸入阻抗 10K ,容許最大電壓為 20V 4 頻率設(shè)定（電流） 輸入 DC4 20mA 時,20mA 為最大輸出頻率,輸入,輸出成比 例 只在端子 AU 信號( 注)處于 ON 時,該輸入信號有效,輸 入阻抗約 250 , 容許最大電流為 30mA 模 擬 5 頻率設(shè)定公共端 頻率設(shè)定信號(端子 2,1 或 4)和模擬輸出端子 AM 的公共 端子 請不要接大地 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 17 4 三菱變頻器的變頻系統(tǒng)設(shè)計 4.1 三菱變頻器的操作系統(tǒng) 操作模式 PU 操作模式 PR.79（“ 操作模式選擇”=1 ） 用操作面板，參數(shù)單元的鍵進行數(shù)字設(shè)定 準 備 操作單元.操作面板(FR-PA02-02)，或參數(shù)單元(FR-PU04) 連接電纜.請準備操作面板(FR-PA02-02)從變頻器本體拆下使用和參數(shù)單元(FR- PU04)使用的兩種情況。 FR-E5P（選件）.請準備操作面板從變頻器本體拆下使用的情況。 外部操作模式（出廠設(shè)定， “操作模式選擇”=0） 出廠時，已設(shè)定 Pr.79“操作模式選擇”=0，接通電源時，為外部操作模式。根據(jù)外部 啟動信號和頻率設(shè)定信號進行的運行方法。 準 備 啟動信號.開關(guān)，繼電器等 頻率設(shè)定信號.外部旋鈕或來自外部的 DC0 5V，010V 或 420mA 信號 (注)只有啟動信號不能運行。必須與頻率設(shè)定信號一起準備。 PU操作模式用操作面板操作 (1) 用操作面板 (FR-PA02-02)設(shè)定數(shù)字頻率數(shù)在50HZ下運行的情況 在電機運行中重復下述的步驟2 可改變運轉(zhuǎn)速度 運行指令RUN 鍵或操作面板(FR-PA02-02)的 FWD / REV 鍵 頻率設(shè)定 鍵 表4-1 PU操作面板 步驟 說明 圖示 1 上電確認運行狀態(tài) 將電源處于 ON 參照 44 頁設(shè)定 Pr.79“操作模式選擇” =“1”PU顯示點亮 無錫太湖學院學士學位論文 表4-1 PU操作面板 續(xù)表 PU點動運行 僅在按下 RUN (或 FWD REV )鍵的期間內(nèi)運行松開后則停止。 設(shè)定參數(shù)“點動頻率 ” 和“點動加/減速時間” 的值僅在按下 RUN (或 FWD REV )鍵的 期間內(nèi)運行。 (如果電機不轉(zhuǎn)請確認“ 啟動頻率 ” 在點動頻率設(shè)定為比啟動頻率低的值時電機不轉(zhuǎn)) 啟動信號由外部輸入(開關(guān)繼電器等) 運行頻率由操作面板設(shè)定,不接受外部的頻率設(shè) 定信。和PU的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止鍵信號 運行指令接于外部的啟動信號。 頻率設(shè)定操作面板(FR-PA02-02)的 鍵或多段速指令 (多段速指令優(yōu)先) 表4-2 操作面板 步驟 說明 圖示 1 上電 電源 ON 2 運行頻率設(shè)定 設(shè)定運行頻率為 50Hz 用 MODE 鍵選擇頻率設(shè)定模式 用 改變設(shè)定值 用 SET 鍵寫入 3 開始按 RUN(或 FWD REV)鍵電 機啟動 自動地變?yōu)楸O(jiān)示模式 顯 示輸出頻率RUN顯示正轉(zhuǎn)時點 亮 反轉(zhuǎn)時閃爍 4 停止按 STOP/RESET 鍵電機減速后停止 RUN顯示熄滅 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 19 2 操作模式選擇 式選擇”=“4” PU顯示和EXT顯示點亮 表 4-2 操作面板 續(xù)表 3 開始按下操作面板的 RUN 鍵 或 FWD REV 鍵RUN 顯示正轉(zhuǎn)時亮 反轉(zhuǎn)時閃爍 4 加速恒速把端子 2-5 間連接的 旋鈕 頻率設(shè)定器 慢慢向右轉(zhuǎn)到 滿刻度顯示的頻率數(shù)值逐漸增大 到 50.00Hz 5 減速把端子 2-5 間連接的旋鈕 頻率設(shè)定器 慢慢向左轉(zhuǎn)到頭顯 示的頻率數(shù)值逐漸減小到 0.00Hz 電機停止運行 6 停止按下 STOP/ESET 鍵RUN 顯示熄滅 4.2 頻率系統(tǒng)的設(shè)定 在PU操作模式下 用RUN鍵FWD或REV鍵 設(shè)定運行頻率值。 此模式只在PU操作模式時顯示。 無錫太湖學院學士學位論文 圖 4.1 頻率設(shè)定模式 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 21 參數(shù)設(shè)定方法 除一部分參數(shù)之外 參數(shù)的設(shè)定僅在用Pr.79選擇PU操作模式時可以實施。 一個參數(shù)值的設(shè)定既可以用數(shù)字鍵設(shè)定也可以用 鍵增減按下SET鍵1.5秒寫入設(shè)定值并 更新。 圖 4.2 參數(shù)的設(shè)置 無錫太湖學院學士學位論文 圖 4.3 模式的選擇 在幫助模式下，按“MOOE” 鍵切換到“ALLC” 頁面，按“SET”鍵進入設(shè)定，出廠默認設(shè)置 是“0”，按“”或“”切換到“1”，再按“SET”設(shè)定，頁面出現(xiàn)“ALLC”和“1”交替閃爍，說明 數(shù)據(jù)清除成功。 （注：一定要在“PU”模式或者組合模式且變頻器處于停止狀態(tài)下才能進行 參數(shù)的設(shè)定） (1)報警記錄 用 鍵能顯示最近的 4 次報警 (帶有“.” 的表示最近的報警 ) 圖 4.4 報警模式 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 23 (2)報警記錄清除 清除所有報警記錄 4.3 三菱變頻器系統(tǒng)的調(diào)速設(shè)定 主要希望設(shè)定的參數(shù) 表 4-3 參數(shù)的設(shè)定 參數(shù)號 名稱 用途 1 上限頻率 2 下限頻率 可以設(shè)定最大和最小輸出頻率 7 加速時間 8 減速時間 可以設(shè)定加減速時間 9 電子過電流保護 可以設(shè)定電子過電流保護的值防止電機過熱 14 適用負荷選擇 可以選擇與用途負荷特性等最適宜的輸出特性 71 適用電機 可以按使用電機設(shè)定電子過電流保護器的熱特性 73 0 5V/0 10V 選擇 用輸入電壓信號運行時請設(shè)定端子 2-5 之間輸入的頻率設(shè)定信 號的規(guī)格 901 AM 端子校正 校正連接 AM-5 的儀表 902 頻率設(shè)定電壓偏置 903 頻率設(shè)定電壓增益 904 頻率設(shè)定電流偏置 905 頻率設(shè)定電流增益 可以任意設(shè)定輸出頻率大小(斜率) 與頻率設(shè)定 信號 (DC05V010V 或 420mA) 的關(guān)系 變頻器和電機相距較遠 低速范圍時電機轉(zhuǎn)矩不足等情況下 把設(shè)定值調(diào)大使用 可以調(diào)整低頻域電機轉(zhuǎn)矩使之配合負荷并增大啟動轉(zhuǎn)矩 通過 RT 信號的切換 可以切換兩種啟動轉(zhuǎn)矩提升 表 4-4 設(shè)置 參數(shù)號 出廠設(shè)置 設(shè)置范圍 備注 0 6%/4%(注) 0 30% 注) FR-E520S-0.4K 2.2K-CH : 6% FR-E540-0.4K 3.7K-CH : 6% FR-E540-5.5K 7.5K-CH : 4% 46 9999 0 30% 9999 9999: 功能無效 無錫太湖學院學士學位論文 圖 4.5 輸出頻率 可以將輸出頻率的上限和下限進行鉗位 在高于 120Hz 頻率運行的場合下使用 用于電機轉(zhuǎn)速上限和下限的參數(shù) 表 4-5 上下參數(shù) 參數(shù)號 出廠設(shè)定 設(shè)定范圍 1 120Hz 0120Hz 2 0 0120Hz 18 120Hz 120400Hz 圖 4.6 頻率輸出 決定運行速度 可用端子轉(zhuǎn)換到該速度僅可通過開啟 關(guān)閉接點信號 RH RM RL REX 信號 選擇各種速度 “上限頻率” “下限頻率”的組合 最多可以設(shè)定 17 種速度 表 4-6 速度的組合 參數(shù)號 出廠設(shè)定 設(shè)定范圍 備注 4 50Hz 0400Hz 5 30Hz 0400Hz 6 10Hz 0400Hz 2427，,232239 9999 0400Hz，9999 9999：未選擇 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 25 圖 4.7 速度輸出頻率 4.4 加減速時間設(shè)定 1. 用于設(shè)定電機加減速時間 慢慢地加減速時設(shè)定為較大值 快速加減速時設(shè)定為較小值 表 4-7 加減速 參數(shù)號 出廠設(shè)定 0.4K3.7K 5s7 5.5K,7.5K 10s 03600s/0360s 0.4K3.7K 5s8 5.5K,7.5K 10s 03600s/0360s 20 50Hz 1400Hz 21 0 0,1 0: 0 3600s 1: 0 360s 44 5s 03600s/0360s 45 9999 03600s/0360s， 9999 9999: 加速時間=減速時 間 無錫太湖學院學士學位論文 圖 4.8 加減速時間 可用 Pr.21 設(shè)定加減速時間和最小設(shè)定范圍: 設(shè)定值“0”( 出廠設(shè)定 )0 3600s(最小設(shè)定單位:0.1s) 設(shè)定值“1” 0 360s(最小設(shè)定單位:0.01s) Pr.21 設(shè)定變更了的情況 請再次設(shè)定加減速時間 用 Pr.7 Pr.44 設(shè)定從 0Hz 到達 Pr.20 設(shè)定頻率的加速時間 用 Pr.8 Pr.45 設(shè)定從 Pr.20 所設(shè)定頻率到達 0Hz 的減速時間 當 RT 信號 ON 時 Pr.44 和 Pr.45 有效 當 Pr.45 設(shè)定為“9999”時 減速時間與加速時間(Pr.44)相同 設(shè)定頻率是基波頻率以上時 加減速時間計算表達式為 T : 設(shè)定的加減速時間(s) f : 設(shè)定頻率(Hz) 基波頻率為 60Hz 時的加減速時間表 (0Hz 設(shè)定頻率) 表 4-8 頻率和時間 設(shè)定頻率（Hz） 加/減 速時間(s） 60 120 200 400 5 5 12 27 102 15 15 35 82 305 2.如果 Pr.20 的設(shè)定改變 校準功能 Pr.903 和 Pr.905(頻率設(shè)定信號增益)設(shè)定 保持不變 要調(diào)整增益 可調(diào)整校準功能 Pr.903 和 Pr.905 三菱變頻器對異步電機調(diào)速控制三相異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 27 3. 當 Pr.7 Pr.8 Pr.44 Pr.45 設(shè)定為“0”時 加減速時間為 0.04s 那時 請把 Pr.20 設(shè)定在 120Hz 以下 4. 當 RT 信號為 ON 時 第二轉(zhuǎn)矩提升功能等其它的第二功能也被選擇 5. 即使加減速時間設(shè)定很短 電機實際加減速時間不能短于由機械系統(tǒng)的 J(轉(zhuǎn)動慣量)和電機轉(zhuǎn)矩所決定的最短加減速時間。 4.5 保護系統(tǒng)的設(shè)計 如果變頻器發(fā)生異常，保護功能動作，報警停止后，PU 顯示部上自動切換到顯示下 列。 錯誤（異常）萬一沒有下列顯示，或其他為難的問題 ，請與經(jīng)銷店或本公司營業(yè)所聯(lián)系。 異常輸出信號的保持 . 如果保護功能動作 變頻器的電源側(cè)設(shè)置的電磁接觸器 MC 將被打開 變頻器的控制電源將消失 異常輸出將不會保持。 異常顯示 . 如果保護功能動作 操作面板顯示部會自動切換。 復位方法 . 如果保護功能動作 變頻器保持輸出停止狀態(tài) 不復位。 則不會再啟動，請采用將電源關(guān)閉后再打開，或 RES 信號 0.1s 以上 ON 的方法復位，如 果持續(xù)保持 RES 信號 ON。 Err. 會顯示 閃亮 告知是復位狀態(tài)。 保護功能動作后，請?zhí)幚硪鸬脑蚝螅冾l器再復位，然后開始運轉(zhuǎn)。 4.6 調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 SET Y0 SET Y1 SET M5 RST Y0 LD X1 SET M3 SET Y0 LD X4 RST Y1 SET Y1 AND M2 RST Y0 AND M4 RST M2 SET M5 RST M3 RST M4 SET M4 RST M3 RST M5 RST M2 LD X2 LD X2 AND M4 AND M5 AND M5 ANI