实训三(变频器的设置与调试操作)

6.3　实训三(变频器的设置与调试操作)

1.实训目的

①了解MICROMSTER MM220/3变频器操作面板的设置和功能选择的方法。

②掌握控制端子的功能和接线。

2.基本知识

(1)交流电动机变频调速的基本概念由电动机原理可知，三相交流异步电动机的同步转速n₁为

n₁=60f₁/p　　　　　　　(6－3－1)

其中f₁是电源的频率，当频率等于50 Hz时，称为基频。p是电动机的极对数。从公式(6－3－1)可以看出，假如均匀地改变电源频率，就可以连续地改变同步转速n₁，从而获得无级调速。显然，要想使电动机的调速范围低于或高于额定转速运行，就需要变频器提供低于基频到高于基频的三相电源。在调速过程中，为了保持电动机原有的过载能力，需要保持磁通恒定，也就是在改变频率f₁的同时，还要求改变加在电动机上的电压。

①频率f₁＞50Hz时的变频调速。当频率大于50Hz时，由于定子的电压不会大于额定值，一般保持在额定电压。这个时候，由于频率上升，则转速上升，磁通下降，力矩T也下降。这时调速属于恒功率调速性质。

②U₁/f₁等于常数时的变频调速。在电动机调速中，当U₁/f₁等于常数时，如果要完全满足恒定转矩调速的要求，U₁为加在电动机定子绕组上的电压。就属于恒定磁通变频调速，这种方法一般适用于频率小于50Hz的情况。假若频率大于50Hz，还要求保持U₁/f₁等于常数，那么电压将大于额定电压，这是不允许的。严格地说，U₁/f₁=常数的变频调速只适用于调速范围不大，负载转矩随转速下降而下降的泵类负载。

(2)变频的基本原理与变频器的类型　将电源50Hz的频率通过电力电子设备变成不同频率的方法，基本可以大致分成交流－直流－交流变频和交流－交流变频两大类。

由于交流异步电动机是感性负载，它与电网要交换功率。为了缓冲无功能量，在变频器中往往要并联上一个大电容或者串联一个大电感。所以变频器可以分为电压源型(并联大电容)和电流源型(串联大电感)两大类。

(3)通用变频器的基本结构与参数　了解变频器外形和基本结构才能对其进行进一步操作。变频器外形因功率大小区分为盒式和落地柜式两种结构，图6－3－1、图6－3－2所示为通用变频器的外接线图和某型变频器结构图。从图中可知，主电路接线端有:工频电网的输入(R，S，T)接线端和接电动机的频率电压可调输出(U，V，W)接线端;另外还有外部信号控制变频器的控制端子，变频调速工作状态指示端子和变频器与微机接口等。

图6－3－1　通用变频器的外接线图

在我国主电路输入电压额定值一般是三相380V，50Hz，小功率的输入电压额定值是220V，50Hz单相。输出额定值有如下几项:

①输出电压U_N(V)一般指输出电压的最大值，通常与电网的电压最大值相等。

②输出电流I_N(A)指允许长时间输出的最大电流，是选择变频器的重要依据。

③输出容量S_N(kVA)与U_N，I_N的关系为。

④配用电动机容量P(kW)指变频器说明书规定长时间连续负载——电动机的容量。

⑤过载能力指输出电流允许超过额定值的百分比及持续时间，通常规定150% I_N，60 s;180%I_N，0.5s。

⑥频率指标指频率范围、频率精度和频率分辨率。

(4)三相变频控制器的控制方法

①普通电压频率(U/f)变频控制器。

图6－3－2　某型变频器结构图

②具有恒定磁通反馈功能的电压/频率(U/f)变频控制器。

③矢量控制变频器。

3.操作方法与步骤

为了满足用户对被控制对象的运行需要，在使用通用变频器之前，必须由用户来设置、选择或修改变频器的运行参数及功能。这些设定一般都是通过在变频器面板上进行操作而完成的。下面介绍通用变频器的参数设定与功能选择的常用方法。

(1)给定频率的设置　通用变频器的给定频率设置通常使用面板给定、预制给定、外接给定等方法。

①面板给定。面板给定通常是利用操作面板上的数字按键进行增加或减少数字来完成的。面板上一般都有数码显示所给定的频率，早期的产品也有用电位器来给定的。图6－3－3所示为西门子公司的MICRO/MIDI MASTER变频器操作面板。

②预置给定。预置给定是利用程序控制单元预先设置给定频率。其设置方法是，在控制单元面板上按动上升▲和下降▼按键，变频器会自动预设频率。

图6－3－3　西门子公司的MICRO/MIDIMASTER变频器操作面板

③外接给定。外接给定是属于远程控制使用模式，它利用外部模拟的电压或其他电路信号，从控制端输入。通常需和外部PID模拟调节器等配套使用，也可以直接外接电位器进行设定。外部给定接线端口的电路如图6－3－4所示。

图6－3－4　外部给定接线端口的电路

如果外部控制器比较远，必须使用FI电流信号设定，这样抗干扰能力比较强。外接电位器设定时接电压给定信号输入端口FV，可以进行机械设定或者手动设定。外部电位器电阻一般为10 kΩ左右为宜，其耗散功率最好在计算功率10倍左右。

(2)频率设定的几个概念

①基本频率。电动机额定频率称为变频器的基本频率。

②最高频率。当频率给定信号为最大值时，变频器的给定频率称为最高频率。

③上限频率与下限频率。上、下限频率是调速控制系统输入要求变频器的工作范围。它们的大小应该根据工作情况设定。设定的时候注意与变频器最高频率、基本频率的关系，保证合理性。

(3)通用变频器面板设定应用举例

①参数与功能设定要求。某交流调速系统采用西门子公司生产的MICROMASTER系列变频器，型号是NCvU2013，电动机的参数和控制系统的要求见表6－3－1，按表6－3－1设定该变频器的参数与功能。

表6－3－1　变频其器的参数和功能

②功能码及其设定。功能码相当于程序特定指令，每一个数字有特定功能。操作时按键“P”，可以出现功能数码PXXX，再按“P”，则出现该功能码所设定的内容“XXXX”。运用键“∧”或者键“∨”可以修改其内容。

修改完成以后，再按“P”键，内容被存储。接着又显示“PXXX”(II)MI，为某一个十进制数码。然后可以进行下一个功能码的设定。

注意:“功能”栏目是该功能码的解释，“范围”栏目是功能码中存储的内容，“修改结果”栏目表示功能码选择的数值，“修改说明”是解释修改的原因。所谓功能码就是变频器参数设置代码。表6－3－2所示为该变频器的功能码及设置后的参数与功能。

表6－3－2　变频器的功能码

4.实训

(1)实训名称　MICROMASTER MM220/3型变频器操作面板的设定和功能选择。

(2)实训器材　(推荐使用)MICROMASTER系列变频器(型号MM220/3)1套;三相交流异步电动机(U_N=380 V，I_N=5.2 A，P_N=2.2 kW，f_N=50 Hz)1台;3 mm×2.5 mm三芯电缆若干米。

(3)实训内容

①电动机参数和操作要求，见表6－3－1某交流调速系统的参数与功能。

②变频器的功能码及设置后的参数与功能，见表6－3－2。

(4)实训步骤

①变频器U，V，W不接负载，R，S，T通电，按照表6－3－2，按动面板P键，屏上出现功能码PXXX

②再按P键出现功能码内容“XXXX”，这时可用“▲”和“▼”键增减内容进行修改。

③认为修改内容正确，则再按P键定，即被存储，并又显示“PXXX"，这样又可以进行下一步功能码的修改和内容设定。按照表6－3－2的要求，一步步将参数输入。注意:功能选择表中的功能码和功能必须进行检查核对，使变频器中对应存储的内容和表6－2－2中的要求一致，以使变频器按要求工作。

④变频器信号端子的接线。注意:接线时不要给变频器通电。变频器信号端子的接线可参阅图6－3－1进行。变频器的频率设定采用模拟量输入，外接电位器，调正电位器时，可使变频器输出频率从20.50 Hz变化。也可以在变频器运行状态1端口接人照明示灯(24V)，显示变频器运行状态(正转)。

⑤完成接线后，对变频器进行运行操作，观察各种设定下的反应。首先按启动键，观察频率上升快慢，按停止键观察频率下降速度，并观察显示频率。如符合要求，则进行下一步，否则进行修改。

⑥在变频器U，V，W端接上电动机负载轻载运行。接电源，按面板启动键，此时电动机启动;按停止键，电动机应减速停止;再按点动操作键进行点动操作。