三菱变频器对异步电动机调速控制-三相异步电动机调速控制系统设计

三菱变频器对异步电动机调速控制-三相异步电动机调速控制系统 编号 无锡太湖学院 毕业设计() 题目: 三菱变频器对异步电动机调速控制- 三相异步电动机调速控制系统设计 信机 系 机械及自动化 专业 学 号: 学生姓名: 指导教师: (职称:副教授 ) (职称: ) 2013年5月25日 无锡太湖学院本科毕业设计(论文) 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)三菱变频器对异步电动机调速控制— 三相异步电动机调速控制系统设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级: 学 号: 作者姓名: 2013 年 5 月 25 日 II 无锡太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 设 计 毕 业 任 务 书 论 文 一、题目及专题: 1、题目 三菱变频器对异步电动机调速控制 2、专题 三相异步电机调速控制系统设计 二、课题来源及选题依据 电能适宜于大量生产、集中管理、远距离运输和自动控制～比其他各种形式的能两更有优越性。人类对能量利用和控制的能力决定着社会的生产潜能～ 从而又影响着人类生活方式的进步。目前～全球每年电能的用量大约为10^4kW〃h～并且还在以每年10亿kw〃h的速度增长。电机是将电能从最初的能源形式转换过来的重要桥梁～又是再将大部分电能转换为机械能的装置。电机在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。在电力工业中～将机械能装换为电能的发电机以及将电网电压升高或降低的变压器～都是电力系统中的关键设备。在很多地方都需要不同特性的电机来驱动和控制。随着工业企业电气化、自动化、电脑化的发展～还需要众多的各种容量的精密控制电机～作为整个自 I 动控制系统中的重要元件。 三、本设计(论文或其他)应达到的要求: ? 熟练地掌握电动机的原理和控制的方法。 ? 熟练掌握三菱变频器的安装及其原理。 ? 熟练掌握三菱变频器对异步电动机的调速。 ? 掌握电动机与变频器之间的连接和注意事项。 ?能够熟练掌握CAD对电路图等等的绘制。 四、接受任务学生: 机械93 班 姓名 五、开始及完成日期: 自2012年11月7日 至2013年5月25日 六、设计(论文)指导(或顾问): 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长 〔〕 签名 研究所所长 系主任 签名 2012年11月7日 II 摘 要 随着变频调速异步电动机在国内外市场上日益扩大应用，自90年代中期以来，我国有众多电动机生产企业设计、研制和生产适用于不同应用的各种系列变频调速三相异步电动机，例如:通用变频调速电动机系列、起重冶金变频调速电动机系列、隔爆变频调速电动机系列、电梯变频调速电动机系列、辊道变频调速电动机系列、牵引变频调速电动机系列等。从目前情况看，这些系列电动机能基本满足国内市场的需求原理是当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动，重点是三相异步电动机变频调速，一方面当f1,fN时，为恒转矩调速，转矩不变，额定转速降低，增大起动转矩Tst，另一方面当f1,fN时，为恒功率调速，调速前后功率不变，额定转速升高，减小启动转矩Tst。变频调速可以实现宽范围内的平滑调速，变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比，应用越来越广泛 。本论文的主要就是利用三菱变频器，对三相异步电动机进行变频的调速。 关键词:三相异步电动机;三菱变频器;变频调速 III Abstract With the increasing application of VVVF asynchronous motors in the domestic and foreign markets, since the middle of 90's, China's 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 torque speed, torque is not changed, the rated speed is reduced, increase the starting torque of Tst, on the other 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 IV 目 录 摘 要 ..................................................................................................................................... III ABSTRACT ............................................................................................................................. IV 目 录 ...................................................................................................................................... V 1 绪论 ....................................................................................................................................... 1 1.1 本课题的研究内容和意义 .............................................................................................. 1 1.2 国内外的发展概况 .......................................................................................................... 2 1.3 本课题应达到的要求....................................................................................................... 3 2 三相异步电动机的研究......................................................................................................... 4 2.1 三相异步电动机的结构 ................................................................................................... 4 2.2 三相异步电动机的转动原理 ........................................................................................... 5 2.3 异步电机的等效电路....................................................................................................... 6 2.4 异步电动机的调速原理及方法 ....................................................................................... 7 2.5 电动机和电源的连接....................................................................................................... 8 3 三菱变频器 ............................................................................................................................ 9 3.1 三菱变频器的结构 .......................................................................................................... 9 3.2 三菱变频器的操作面板 ................................................................................................. 10 3.3 三菱变频器的安装 ........................................................................................................ 11 3.4 三菱变频器的接线 ........................................................................................................ 12 4 三菱变频器的变频系统设计 ............................................................................................... 17 4.1 三菱变频器的操作系统 ................................................................................................. 17 4.2 频率系统的设定 ............................................................................................................ 19 4.3 三菱变频器系统的调速设定 ......................................................................................... 22 4.4 加减速时间设定 ............................................................................................................ 24 4.5 保护系统的设计 ............................................................................................................ 26 4.6 调速系统的软件设计..................................................................................................... 26 4.7 变频器出错对策 ............................................................................................................ 27 4.7.1 电机保持不转 ......................................................................................................... 27 4.7.2 电机旋转方向相反 .................................................................................................. 27 4.7.3 速度与设定值相差很大 .......................................................................................... 27 4.7.4 加减速不平稳 ......................................................................................................... 27 4.7.5 速度不能增加 ......................................................................................................... 28 5 结论与展望 .......................................................................................................................... 29 5.1 结论 ............................................................................................................................... 29 5.2 展望 ............................................................................................................................... 29 致谢 ......................................................................................................................................... 30 参考文献 ................................................................................................................................. 31 V VI 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 1 绪论 1.1 本课题的研究内容和意义 近年来，电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防科技、日常生活等各个方面，其负荷约占总发电量的60%-70%，成为用电量最多的电气设备，根据采用的控制方式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。其中交流电动机形式多样，用途各异，拥有数量最多。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机两大类，根据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85%左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民生产中的重要地位。 电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率;二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能的好坏对提高产品质量，提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。众所周知，直流电动机的转速容易控制和调节，采用转速电流双闭环直流调速系统可获得优良的静动态调速特性。因此长期以来，在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。但是，由于直流电动机的机械式换向器和电刷存在着诸多弱点，因此有时直流调速也受到限制。然而，采用无换向器的交流电动机组成的交流调速系统代替直流调速系统可以突破这些限制，满足生产发展对调速、传动的各种不同的要求。 20世纪60年代以后，由于生产发展的需要和节省电能的要求，促使世界各国重视交流调速技术的研究和开发。尤其是20世纪70年代以后，由于科学技术的迅速发展为交流调速的发展创造了极有利的技术条件和物质基础。大致体现在一下四个方面:1、电力电子的蓬勃发展促进了交流技术的迅速发展和交流调速系统装置的现代化。2、脉宽调制(PWM)技术的发展与研究。3、矢量交换控制技术的诞生和发展，奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。4、微型计算机控制技术与大规模集成电路的迅速发展和广泛应用为现代交流调速系统提供了技术手段和保障。变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来到交流电动机调速目的及技术。大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉笼型交流电动机也能像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式;由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步时交流电机。 异步电机可以采用调压调速、改变极对数调速、串电阻调速、变频调速等。在交流调速诸多方式中，变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式，也是交流调速的基础和主干内容，变频装置有交—直—交系统和交—交系统两大类。交—直—交系统在传统电压型和电流型变频器的基础上正向着脉宽调制PWM型变频器和多重化技术方向发展，而交—交变频器应用于低速大容量可逆系统上升趋势现代电力电子、微电子技术和计算机技术的飞速发展，以及控制理论的完善、各种工具的日渐成熟，尤其是专用集成电路、DSP和FPGA 1 无锡太湖学院学士学位论文 近来令人瞩目的发展，促进了交流调速的不断发展。目前异步电机变频调速控制已经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真为一体的新兴学科。 交流调速技术的发展过程表明，现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速的飞速发展;现代控制理论、电力电子技术的发展和应用，微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。实践证明，交流调速系统的应用为工农业生产及节省电能方面带来了巨大的经济和社会效益。现在，交流调速系统正在逐步的代替直流调速系统，交流调速系统在电气传动领域占据统治地位已是不争的事实。 总之，交流电机调速技术的发展，特别是变频器传动本身固有的优势，必将使之应用于社会生产的各个领域，以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应的效益。因此，本论文通过对变频器的研究，对于交流变频调速系统理论的应用，有着实际的意义和一定的应用价值。 本设计所设计的题目属于间接变频调速技术。它主要包括整流部分、逆变部分、控制部分及保护部分等。逆变环节为三相SPWM逆变方式。 1.2 国内外的发展概况 随着变频技术的不断的发展，通用变频器以其优异的控制性能现已在调速领域、工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外，变频技术和变频器制造己经从传统的拖动技术中分离出来，现已成为各国在工业自动化和机电一体化领域中争强占先的阵地，而发达国家更是在该技术领域投入了极大的人力、物力、财力，逐步向高新技术行业发展。 近年来，电力电子器件的基片已从Si(硅)变换为SiC(碳化硅),使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点;并制造出体积小、容量大的驱动装置;永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝以下几个方面发展: (1)网络智能化 智能化的变频器可以进行故障自诊断、遥控诊断以及部件自动置换，从而保证变频器的长寿命。利用互联网可以实现多台变频器联动等综合管理控制系统。 (2)专业化和一体化 变频器的制造专业化，可以使变频器在某一领域的性能更强，如风机、水泵、电梯、起重机械和张力控制专用变频器等。此外变频器与电动机一体化的发展趋势，使变频器成为电动机的一部分，逐渐向体积小、易控制的方向发展。 (3)适应新能源 以太阳能和风力为能源的燃料电池以其低廉的性能已得到广泛的应用。这些发电设备的最大特点是容量小而分散，将来的变频器就要适应这样的新能源，既要高效，又要低耗。随着电力电子技术、微电子技术和现代控制技术的快速发展，变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进。主要表现在交流调速装置的大容量化、变频器的高性能化和多功能化、结构的小型化等方面。 2 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 1.3 本课题应达到的要求 熟练地掌握电动机的结构和工作原理，了解三菱变频器，对一些操作系统的了解，很好的利用三菱变频器对三相异步机进行调速。 3 无锡太湖学院学士学位论文 2 三相异步电动机的研究 2.1 三相异步电动机的结构 三相异步电动机的构造 三相异步电动机的两个基本组成部分为定子,固定部分,转子和旋转部分。此外还有端盖、风扇等附属部分如图2.1所示。 图 2.1 三相电动机的结构示意图 (1)定子 三相异步电动机的定子由三部分组成: 表2-1 定子的组成部分 由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组定子铁心 AX、BY、CZ。 三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的定子 定子绕组 相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。 机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组 机座 (2)转子 4 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 三相异步电动机的转子由三部分组成: 表2-2 转子的组成部分 由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片转子 转子铁心 外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。 转子绕组有两种形式: 转子绕组 鼠笼式 -- 鼠笼式异步电动机。 绕线式 -- 绕线式异步电动机。 转轴 转轴上加机械负载 鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。 为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。 2.2 三相异步电动机的转动原理 1(基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图2.2所示。 图 2.2 三相异步电动机工作原理 (1) 演示实验:在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋;若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。 (2) 现象解释:当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。 转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。 (3) 结论:欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。 5 无锡太湖学院学士学位论文 2.3 异步电机的等效电路 异步电动机的转子能量是通过电磁感应而得来的。定子和转子之间在电路上没有任何联系，其电路如图2.3。 图2.3异步电动机的定、转子图 EXI2s2S2S图2.1中参数:定子的相电压，定子的相电流，定子每相绕组的电阻和漏抗;、、分别是转子电路产生的电动势、电流、漏电抗; ——每相定子绕组反电动势，它是定子绕组切割旋转磁场而产生的。 其有效值可计算如下: EfNK,,4.441111Nm (2.4) Ef11式中: ——气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值;——定子频率; NK,1N1m——定子每相绕组中串联匝数;——基波绕组系数;——极气隙磁通。 f,sf21由电动机的基础知识可知:转子回路的频率 ，与转差率成正比，所以转子回路中的各电量也都与转差率成正比。 为了方便定量定、转子之间的各种数量关系，将定子、转子放在同一个电路。根据电机学原理，在下列假定条件下:a.忽略空间和时间谐波，各绕组的自感和互感都是线性的;b.忽略磁饱和;c.忽略铁损。 可以得到电动机的T形等效电路图，由于交流异步电动机三相对称，所以现只取A相进行计算分析。A相的T形等效电路如图2-5所示。 图2-5 电动机的T形等效电路图 rm图2.1中参数:——励磁电阻，是表征异步电动机铁心损耗的等效电阻; 6 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 xm——励磁电抗，是表征铁心磁化能力的一个参数; . ，0 ——励磁电流; 1,sRRRLLL——机械负载的等效电阻，在=在上消耗的功率就相当于异步电动机,r2s输出的机械功率; ,,,,I、,　、,　、,2222 等参数——经过折算后的转子参数。 2.4 异步电动机的调速原理及方法 交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。 n0电机磁场转速称为同步转速，用表示: 60fn,0p (2.6) nfpp0式中:为三相交流电源频率，一般是50Hz;为磁极对数。当=1是，=3000r np0,min;=2时，= min。1500r, np0n由上式这个可知磁极对数越多，转速就越慢，转子的实际转速比磁场的同步转n0s速要慢一点，所以称为异步电动机，差别用转差率表示: n,n0s,，100%n0 (2.7) nns0ssn在加上电源转子尚未转动瞬间，=0，这时=1;启动后的极端情况=，则=0，即在 s0,1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的 =1%,6%。综合(2.6)和(2.7)式可以得出: 60(1)fs,nns,,,(1)0p (2.8) ps由式(2.8)可以看出，对于成品电机，其极对数已经确定，转差率的变化不大， fn则电机的转速与电源频率成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。变频调速的构成，要实现变频调速，必须有频率可调的交流电源，但电力系统却只能提供固定频率的交流电源，因此需要一套变频装置来完成变频的任务。历史上曾出现过旋转变频机组，但由于存在许多缺点而现在很少使用。现代的变频器都是由大功率电子器件构成的。相对于旋转变频机组，被称为静止式变频装置，是构成变频调速系统的中心环节。一个变频调速系统主要由静止式变频装置、交流电动机和控制电路3大部分组成静止式 变频装置的输入是三相式单相恒频、恒压电源，输出则是频率和电压均可调的三相交流电。至于控制电路，变频调速系统要比直流调速系统和其他交流调速系统复杂得多，这是由于被控对象—感应电动机本身的电磁关系以及变频器的控制均较复杂所致。因此变频 7 无锡太湖学院学士学位论文 调速系统的控制任务大多是由微处理机承担。变频器在工控中主要应用于异步电动机调速、启动控制，异步电机的旋转速度为什么能够自由地改变。异步电机的同步转速n = 60f/p n: 同步速度 f:电源频率p:磁极对。 2.5 电动机和电源的连接 图2.5电动机和电源的连接 8 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 3 三菱变频器 3.1 三菱变频器的结构 交-直-交变频器主电路 目前通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器，通常以电器变频器为通用，其主电路图，(见图)，它是变频器的核心电路，由整流电路(交—直交换)，直流滤波电路(能耗电路)，及逆变电路(直—交变换)组成。 变频器最早是用旋转发电机组作为可变频率电源供给交流电动机。随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。静止式变频器从变换环节分为两大类:交-直-交变频器和交-交变频器。 (1)交-交型变频器:是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电(转换前后的相数相同)，又称直接式变频器。由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。但这种控制方式决定了 1/2,所以不能高速运行。 最高输出频率只能达到电源频率的1/3, (2)交-直-交型变频器:是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种: ? 电流型变频器:是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。 ? 电压型变频器:是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。 -交型变频器是目前广泛应用的通用变频器，作为电压源向交流电动机提供由于交-直 交流电功率，所以其主要优点是运行几乎不受负载的功率因数或换流的影响，它主要适用于中、小容量的交流传动系统。所以本次设计中选用此种间接变频器，在交-直-交变频器的设计中，虽然电流型变频器可以弥补电压型变频器在再生制动时必须加入附加电阻的缺点，并有着无须附加任何设备即可以实现负载的四象限运行的优点，但是考虑到电压型变频器的通用性及其优点，在本次设计中采用电压型变频器。 9 无锡太湖学院学士学位论文 图3.1交—直—交变频器主电路 3.2 三菱变频器的操作面板 图3.2操作面板 10 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 表3-1 操作面板按键 按 键 说 明 正转运行指令键 键 可用于选择操作模式或设定模式 键 用于确定频率和参数的设定 键 用于连续增加或降低运行频率按下这个键可改变频率 键 在设定模式中按下此键则可连续设定参数 用于给出正转指令 键 用于给出反转指令 键 用于停止运行 用于保护功能动作输出停止时复位变频器 键 表3-2操作面板表示 表 示 说 明 Hz 表示频率时灯亮 A 表示电流时灯亮 RUN 变频器运行时灯亮正转时/灯亮反转时/闪亮 MON 监示显示模式时灯亮 PU PU操作模式时灯亮 EXT 外部操作模式时灯亮 3.3 三菱变频器的安装 1 小心使用 变频器使用了塑料零件，因此，为了不造成破损，请小心地使用，其次，不要仅在前盖板 上使用太大的力。 2 请安置在不易受震动的地方5.9m/s2 以下 请注意台车冲床等的震动 3 注意周围的温度 周围温度对变频器的寿命影响很大，因此，安装场所的周围温度不能超过允许温度(?10?C +50?C) 4 请安装在不可燃的表面上 变频器可以达到的最高温度为150度。 安装在不可燃烧的表面上。 安装在金属上面可以有利于散热。 11 无锡太湖学院学士学位论文 安装的地方要够宽敞。 5 请避免高温多湿的场所 请避免太阳光直射高温和多湿的场所。 6 请回避油雾易燃性气体棉尘和尘埃等等漂浮的场所 将变频器安装在清洁的场所或安装在可阻挡任何悬浮物质的封闭型屏板内。 7 注意变频器安装在控制柜内的散热方法 在两台或两台以上变频器以及通风扇安装在一个控制内时应注意正确的安装位置以确保 变频器周围温度在允许值以内。 安装位置不正确会使变频器周围温度上升降低通风效果 8 变频器要用螺丝垂直且牢固地安装在安装板上。 3.4 三菱变频器的接线 1. 设定器操作频率高的情况下请使用2W1K 的旋钮电位器 2. 使端子SD和SE绝缘 3. 端子SD和端子5是公共端子请不要接地 4. 端子PC-SD之间作为直流24V的电源使用时请注意不要让两端子间短路 一旦短路会造 成变频器损坏。 12 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 图3.3变频器的连接图 主电路端子 主电路端子如图(a)所示 控制电路端子 控制电示路端子如图(b)所 13 无锡太湖学院学士学位论文 图3.4主电路端子和控制电路端子 (1) 主电路端子说明 表3-5主电路端子说明 说明 子记号 端子名称 L1,L2,L3 电源输入 连接工频电源。 当使用高功率因数整流器时，不 (注) 要接任何东西。 U, V, W 变频器输出 接三相鼠笼电机 +, PR 连接制动电阻器 在端子 +-PR之间连接选件制动电阻器 14 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 表3-5主电路端子说明 续表 +;- 连接制动单元 连接选件制动单元或高功率因数整流器 +，p1 连接改善功率因数DC电拆开端子 +-P1间的短路片 连接选件改善功率因 抗器 数 用直流电抗器 接地 变频器外壳接地用 必须接大地 (2)控制回路端子说明 表3-6控制电路端子 类型 端子记端子名称 说明 号 STF 输接正转启动 STF信号处于ON便正转 处于OFF便停STF和STR信入点止 号同时处ON STR 信输反转启动 STR信号ON为逆转 OFF为停止 时,相当于给出号 入 停止指令 RH,RM,多段速度选择 用RH,RM和RL信号的组合可以选择 输入端子功能 RL 多段速度 选 择 用 MPS 输入停止 MRS信号为ON 20ms以上 时 变频 于改变端子功 器输出停止 用电磁制动停止电机 能 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 SD 公共输入端 接点输入端子的公共端 直流24V,0.1A(PC端子)电源 子(漏型?) 的输出公共端 15 无锡太湖学院学士学位论文 表3-6控制电流端子 续表 PC 电源输出和外部晶体管公共当连接晶体管输出 集电极开路输出 例如可编程 端接点入公共端(源型) 控制器时 将晶体管输出用的外部电源公共端接这 个端子时 可以防止因漏电引起的误动作 端子PC-SD之间 可用于直流24V,0.1A电源输出 10 模 频率设定用电源 5VDC, 容许负荷电流10mA 拟 2 频率设定(电压) 输入0 5V(或0 10V)时,5V(或10V)对应于为最大 输出频率 输入输出成比例 输入直流0 5V(出厂 设定)和0 10VDC的切换,用 Pr.73进行 输入阻抗 10K ,容许最大电压为20V 4 频率设定(电流) 输入DC4 20mA时,20mA为最大输出频率,输入,输出成比 例 只在端子AU信号(注)处于ON时,该输入信号有效,输入 阻抗约250 , 容许最大电流为30mA 5 频率设定公共端 频率设定信号(端子2,1或4)和模拟输出端子AM的公共端 子 请不要接大地 16 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 4 三菱变频器的变频系统设计 4.1 三菱变频器的操作系统 操作模式 PU操作模式PR.79(“操作模式选择”=1) 用操作面板，参数单元的键进行数字设定 准 备 ?操作单元.........操作面板(FR-PA02-02)，或参数单元(FR-PU04) ?连接电缆.........请准备操作面板(FR-PA02-02)从变频器本体拆下使用和参数单元(FR-PU04)使用的两种情况。 ?FR-E5P(选件)...请准备操作面板从变频器本体拆下使用的情况。 外部操作模式(出厂设定，“操作模式选择”=0) 出厂时，已设定Pr.79“操作模式选择”=0，接通电源时，为外部操作模式。根据外部启 动信号和频率设定信号进行的运行方法。 准 备 ?启动信号.........开关，继电器等 ?频率设定信号.....外部旋钮或来自外部的DC0,5V，0,10V或4,20mA信号 (注)只有启动信号不能运行。必须与频率设定信号一起准备。 PU操作模式用操作面板操作 (1) 用操作面板(FR-PA02-02)设定数字频率数在50HZ下运行的情况 在电机运行中重复下述的步骤2 可改变运转速度 运行指令RUN 键或操作面板(FR-PA02-02)的 FWD / REV 键 频率设定 键 表4-1 PU操作面板 步骤 说明 图示 1 上电?确认运行状态 将电源处于ON 参照44页设定Pr.79“操作模式选择” =“1”[PU]显示点亮 17 无锡太湖学院学士学位论文 表4-1 PU操作面板 续表 2 运行频率设定 设定运行频率为50Hz用MODE 键选择频率设定模式 用 改变设定值 用SET 键写入 3 开始按RUN(或FWD REV)键电 机启动 自动地变为监示模式 显 示输出频率[RUN]显示正转时点 亮 反转时闪烁 4 停止按STOP/RESET 键电机减速后停止 [RUN]显示熄灭 PU点动运行 仅在按下 RUN (或 FWD REV )键的期间内运行松开后则停止。 设定参数“点动频率” 和“点动加/减速时间” 的值仅在按下 RUN (或 FWD REV )键的 期间内运行。 (如果电机不转请确认“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) 启动信号由外部输入(开关继电器等) 运行频率由操作面板设定,不接受外部的频率设 定信。和PU的正转反转停止键信号 运行指令接于外部的启动信号。 频率设定操作面板(FR-PA02-02)的 键或多段速指令(多段速指令优先) 表4-2 操作面板 步骤 说明 图示 1 上电 电源ON 2 操作模式选择 式选择”=“4” [PU]显示和[EXT]显示点亮 18 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 表4-2操作面板 续表 3 开始按下操作面板的 RUN键 或FWD REV键[RUN] 显示正转时亮 反转时闪烁 4 加速?恒速把端子2-5间连接的 旋钮 频率设定器 慢慢向右转到 满刻度显示的频率数值逐渐增大 到50.00Hz 5 减速把端子2-5间连接的旋钮 频 率设定器 慢慢向左转到头显示 的频率数值逐渐减小到0.00Hz 电机停止运行 6 停止按下STOP/ESET键[RUN] 显示熄灭 4.2 频率系统的设定 在PU操作模式下 用RUN键FWD或REV键 设定运行频率值。 此模式只在PU操作模式时显示。 图4.1频率设定模式 19 无锡太湖学院学士学位论文 参数设定方法 除一部分参数之外 参数的设定仅在用Pr.79选择PU操作模式时可以实施。一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用 键增减按下SET键1.5秒写入设定值并更新。 图4.2 参数的设置 20 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 图4.3模式的选择 在帮助模式下，按“MOOE”键切换到“ALLC”页面，按“SET”键进入设定，出厂默认设置是“0”，按“?”或“?”切换到“1”，再按“SET”设定，页面出现“ALLC”和“1”交替闪烁，说明数据清除成功。(注:一定要在“PU”模式或者组合模式且变频器处于停止状态下才能进行参数的设定) (1)报警记录 用 键能显示最近的4次报警 (带有“.”的表示最近的报警 ) 图4.4 报警模式 21 无锡太湖学院学士学位论文 (2)报警记录清除 清除所有报警记录 4.3 三菱变频器系统的调速设定 主要希望设定的参数 表4-3 参数的设定 参数号 名称 用途 1 上限频率 可以设定最大和最小输出频率 2 下限频率 7 加速时间 可以设定加减速时间 8 减速时间 9 电子过电流保护 可以设定电子过电流保护的值防止电机过热 14 适用负荷选择 可以选择与用途负荷特性等最适宜的输出特性 71 适用电机 可以按使用电机设定电子过电流保护器的热特性 73 0 5V/0 10V选择 用输入电压信号运行时请设定端子2-5之间输入的频率设定信 号的规格 901 AM 端子校正 校正连接AM-5的仪表 可以任意设定输出频率大小(斜率)与频率设定 902 频率设定电压偏置 信号 (DC0~5V0~10V或4~20mA) 的关系 903 频率设定电压增益 904 频率设定电流偏置 905 频率设定电流增益 变频器和电机相距较远 低速范围时电机转矩不足等情况下 把设定值调大使用 可以调整低频域电机转矩使之配合负荷并增大启动转矩 通过RT信号的切换 可以切换两种启动转矩提升 表4-4 设置 参数号 出厂设置 设置范围 备注 0 0 30% 6%/4%(注) 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: 功能无效 22 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 图4.5 输出频率 可以将输出频率的上限和下限进行钳位 在高于120Hz频率运行的场合下使用 用于电机转速上限和下限的参数 表4-5 上下参数 参数号 出厂设定 设定范围 1 120Hz 0~120Hz 2 0 0~120Hz 18 120Hz 120~400Hz 图4.6 频率输出 决定运行速度 可用端子转换到该速度仅可通过开启 关闭接点信号 RH RM RL REX信号 选择各种速度 “上限频率” “下限频率”的组合 最多可以设定17种速度 表4-6 速度的组合 参数号 出厂设定 设定范围 备注 4 50Hz 0~400Hz 5 30Hz 0~400Hz 6 10Hz 0~400Hz 9999 24~27，,232~239 0~400Hz，9999 9999:未选择 23 无锡太湖学院学士学位论文 图4.7 速度输出频率 4.4 加减速时间设定 1. 用于设定电机加减速时间 慢慢地加减速时设定为较大值 快速加减速时设定为较小值 表4-7 加减速 参数号 出厂设定 7 0.4K~3.7K 5s 0~3600s/0~360s 5.5K,7.5K 10s 8 0.4K~3.7K 5s 0~3600s/0~360s 5.5K,7.5K 10s 20 50Hz 1~400Hz 21 0 0,1 0: 0 3600s 1: 0 360s 44 5s 0~3600s/0~360s 45 9999 9999: 0~3600s/0~360s， 9999 加速时间=减速时 间 24 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 图4.8 加减速时间 <设 定> 可用Pr.21设定加减速时间和最小设定范围: 设定值“0”(出厂设定)???0 3600s(最小设定单位:0.1s) 设定值“1” ???????????????????0 360s(最小设定单位:0.01s) Pr.21设定变更了的情况 请再次设定加减速时间 用Pr.7 Pr.44 设定从0Hz到达Pr.20设定频率的加速时间 用Pr.8 Pr.45 设定从Pr.20所设定频率到达0Hz的减速时间 当RT信号ON时 Pr.44和Pr.45有效 当Pr.45设定为“9999”时 减速时间与加速时间(Pr.44)相同 设定频率是基波频率以上时 加减速时间计算表达式为 T : 设定的加减速时间(s) f : 设定频率(Hz) 基波频率为60Hz时的加减速时间表 (0Hz ~设定频率) 表4-8 频率和时间 60 120 200 400 设定频率(Hz) 加/减 速时间(s) 5 5 12 27 102 15 15 35 82 305 2.如果Pr.20的设定改变 校准功能Pr.903和Pr.905(频率设定信号增益)设定 保持不变 要调整增益 可调整校准功能Pr.903和Pr.905 25 无锡太湖学院学士学位论文 3. 当Pr.7 Pr.8 Pr.44 Pr.45设定为“0”时 加减速时间为0.04s 请把Pr.20设定在120Hz以下 那时 4. 当RT信号为ON时 第二转矩提升功能等其它的第二功能也被选择 5. 即使加减速时间设定很短 电机实际加减速时间不能短于由机械系统的 J(转动惯量)和电机转矩所决定的最短加减速时间。 4.5 保护系统的设计 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)万一没有下列显示，或其他为难的问题 ，请与经销店或本公司营业所联系。 异常输出信号的保持 .... 如果保护功能动作 变频器的电源侧设置的电磁接触器 MC 将被打开 变频器的控制电源将消失 异常输出将不会保持。 异常显示 .............. 如果保护功能动作 操作面板显示部会自动切换。 复位方法 .............. 如果保护功能动作 变频器保持输出停止状态 不复位。 则不会再启动，请采用将电源关闭后再打开，或RES信号0.1s以上ON的方法复位，如果持续保持RES信号ON。 Err. 会显示 闪亮 告知是复位状态。 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。 4.6 调速系统的软件设计 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 M2 SET Y1 ANI M3 RST Y0 SET Y1 SET M2 RST Y0 LD X3 SET M2 AND M4 LD X3 SET Y1 AND M5 RST Y0 ANI M3 SET M3 END 26 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 4.7 变频器出错对策 4.7.1 电机保持不转 1. 检查主回路 使用的是否是适当的电源电压 (可显示在操作单元上)。 电机是否正确连结。 P1- 间的导体是否脱落 2. 检查输入信号 启动信号是否输入。 正转和反转启动信号是否同时输入。 频率设定信号是否为零。 当频率设定信号为4 20mA时 AU信号是否接通。 输出停止信号(MRS)或复位信号(RES)是否处于断开。 漏型 源型的插口是否确实连接好。 3. 检查参数的设定 是否选择了反转限制(Pr.78)。 操作模式的选择(Pr.79)是否正确。 偏置 增益(Pr.902 Pr.905)的设定是否正确。 启动频率(Pr.13)是否大于运行频率。 各种运行频率的设定是否为零 尤其是上限频率(Pr.1) 是否为零。 是否将Pr.146(厂家设定用参数)设定为1。 4. 检查负荷 负荷是否太重。 轴是否被锁定。 5.其他 报警(ALARM)灯是否亮了。 操作面板的显示是否为错误内容(E.OC1等)。 点动运行时 Pr.15 点动频率 的设定值是否比Pr.13 启动频率 的设定值低。 4.7.2 电机旋转方向相反 输出端子U V和W相序是否正确。 启动信号 正转 反转 连接是否正确。 4.7.3 速度与设定值相差很大 频率设定信号是否正确 (测量输入信号的值)。 下列参数设定是否合适 。 输入信号是否受到外部噪音的干扰 (请使用屏蔽电缆)。 负荷是否过重。 4.7.4 加减速不平稳 加减速时间设定是否太短。 27 无锡太湖学院学士学位论文 负荷是否过重。 转矩提升设定值是否设定太大以致于失速防止功能动作。 4.7.5 速度不能增加 上限频率设定是否正确 负荷是否过重 (搅拌机等 冬季时负荷可能变重 ) 转矩提升设定值是否设定太大 以致于失速防止功能动作 制动电阻器的连接是否有错 接在端子 -P1处 28 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 5 结论与展望 5.1 结论 经过了这次的毕业设计，我觉得我在实际操作和理论知识当中都知道了好多，也学到了不少的知识。我总结和归纳起来，主要由以下的几个方面: 1..经过了这次的毕业设计，他让我接触了一些以前都没有接触过的一起设备。我发现了自己方面都很多的不足，体会到了理论知识对实践有很大的帮助，只有在正确的引导下，才能设计出满足要求的论文。 2..学会了高效率的查阅资料，运用软件，运用工具书，利用网络查资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去整理。 3.在设计的过程中，我们应当注意重点与细节的关系。 4.在不断地努力下，慢慢的开始有了一点思路，失败的时候不能退缩，一点一点来，最终总能完成。 5.2 展望 三相异步电动的调速的方法有很多，变频调速只是其中的一种，这方面还有很多涉及的地方，本系统还有很多的新的问题没有得到很好的解决，在以下的几个方面，还要作进一步的研究和开发。 1.论文只是考虑了一些基本的情况，往往在日常的应用中占用的比例中可能会有很多的不足，研究的还不够完善。 2.对三菱变频器也只是一个初步的了解，有一些精华的部分还有没有很好的理解深透。 3.一些应用的技术还不是非常的熟悉。 29 无锡太湖学院学士学位论文 致谢 此本科学位论文完成之际，首先要感谢我的导师宋广雷老师。宋老师从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误。他对分时电价领域的专业研究和对该课题深刻的见解，使我受益匪浅。宋老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下深刻的影响，值得我永远学习。在此，向宋广雷老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。 30 三菱变频器对异步电机调速控制——三相异步电机调速控制系统设计 参考文献 [1]. 易继锴, 江祥贤, 侯媛彬. 电气传动自动控制原理与设计[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 1997. 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