變頻器實用技術（三菱）第1章變頻器的基礎知識第2章變頻器的基本操作第3章變頻器的基本應用第4章變頻器的典型應用第1章變頻器的基礎知識第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構一、變頻器的結構1.主電路（1）整流電路整流電路的主要作用是把三相（或單相）交流電轉變成直流電，逆變電路提供所需的直流電源。1）電力二極管（PD）：指可以承受高電壓、大電流，具有較大耗散功率的二極管。第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構2）普通晶閘管（SCR）：普通晶閘管是雙極型電流控制器件，其圖形符號如圖1-5a所示，其中，A為陽極，K為陰極，G為門極，其伏安特性如圖1-5b所示。第一節變頻器的結構（2）濾波電路濾波電路通常由若干個電解電容并聯成一組，如圖1-3中的C1和C2。（3）直流中間電路由整流電路可以將電網的交流電源整流成直流電壓或直流電流，但這種電壓或電流含有電壓或電流紋波，會影響直流電壓或電流的質量。（4）逆變電路逆變電路是變頻器最主要的部分之一，它的功能是，在控制電路的控制下將直流中間電路輸出的直流電壓轉換為電壓、頻率均可調的交流電壓，實現對異步電動機的變頻調速控制。1）門極關斷（GTO）晶閘管的導通控制與晶閘管一樣，但是在它的門極加負電壓可使其關斷，具有白關斷能力，屬于全控型器件，其結構和圖形符號如圖1-7所示，其中，A為陽極，K為陰極，G為門極。第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構2）電力晶體管通常又稱為雙極型晶體管，是一種大功率高反壓晶體管，屬于全控型器件。3）電力MOS場效應晶體管（P-MOSFET）是單極型全控器件，屬于電壓控制。4）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是復合型全控器件，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等優點，是功率開關電源和逆變器的理想電力半導體器件。第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構①為電動機繞組的無功電流返回直流電路提供通路。②當頻率下降使同步轉速下降時，為電動機的再生電能回饋至直流電路提供通路。③為電路的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。（5）能耗制動電路在變頻調速中，電動機的降速和停機是通過減小變頻器的輸出頻率，從而降低電動機的同步轉速的方法來實現的。2.變頻器控制電路（1）運算電路運算電路的主要作用是將外部的速度、轉矩等指令信號同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定變頻器的輸出頻率和電壓。（2）信號檢測電路將變頻器和電動機的工作狀態反饋至微處理器，并由微處理器按事先確定的算法進行處理后為各部分電路提供所需的控制或保護信號。（3）驅動電路驅動電路的作用是為變頻器中逆變電路的換流器件提供驅動信號。（4）保護電路保護電路的主要作用是對檢測電路得到的各種信號進行運算處理，以判斷變頻器第一節變頻器的結構本身或系統是否出現異常。二、變頻器的分類1.按變換環節分類（1）交-交變頻器單相交-交變頻器的原理框圖如圖1-15所示。（2）交-直-交變頻器交-直-交變頻器又稱為間接變頻器。1）電壓型變頻器。2）電流型變頻器。第一節變頻器的結構（3）交-交變頻器和交-直-交變頻器的主要特點下面以表格的形式加以對比，見表1-1。第一節變頻器的結構2.根據調壓方式的不同分類（1）脈幅調制脈幅調制是改變電壓源的電壓Ed或電流源的電流1d的幅值進行輸出控制的方式。第一節變頻器的結構（2）脈寬調制（PWM）脈寬調制指變頻器輸出電壓的大小是通過改變輸出脈沖的占空比來實現的。第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構3.按變頻的控制方式分類（1）U/??控制變頻器U/??控制即壓頻比控制。（2）SF控制變頻器SF控制即轉差頻率控制，是在U/??控制基礎上的一種改進方式。（3）矢量控制變頻器矢量控制是一種對交流電動機新的控制思想和控制技術，也是異步電動機的一種理想調速方法。（4）變頻器三種控制方式的比較變頻器三種控制方式的特性比較見表1-2。第一節變頻器的結構第一節變頻器的結構4.按用途分類（1）通用變頻器通用變頻器的特點是其通用性。（2）專用變頻器1）高性能專用變頻器。2）高頻變頻器。3）高壓變頻器。第二節變頻器的原理一、變頻器的基本工作原理（1）基頻以下的恒磁通變頻調速這是考慮從基頻（電動機額定頻率為f1n）向下調速的情況。（2）基頻以上的弱磁變頻調速這是考慮由基頻開始向上調速的情況。第二節變頻器的原理二、變頻器的脈寬調制技術1.PWM控制的基本原理第二節變頻器的原理第二節變頻器的原理第二節變頻器的原理第二節變頻器的原理2.PWM型逆變電路的控制方式（1）異步調制載波信號和調制信號不保持同步關系的調制方式稱為異步調制。第二節變頻器的原理（2）同步調制載波比N等于常數，并在變頻時使載波信號和調制信號保持同步的調制方式稱為同步調制，如圖1-35所示的波形是N=9時的同步調制三相PWM波形。第三節變頻器的安裝與維護一、變頻器的安裝1.通用變頻器的安裝要求（1）環境溫度溫度是影響變頻器使用壽命及可靠性的重要因素，一般要求為-10~40C。（2）環境濕度相對濕度不超過90%（無結露現象）。（3）安裝場所在海拔1000m以下使用。2.安裝說明（1）墻掛式安裝由于變頻器本身具有較好的外殼，故在一般情況下，允許直接靠墻安裝，稱為墻掛式。1）兩側應大于或等于100mm。2）上下方應大于或等于150mm。（2）柜式安裝當周圍的塵埃較多時，或和變頻器配用的其他控制電器較多而需要和變頻器安裝在第三節變頻器的安裝與維護一起時，采用柜式安裝。1）在比較清凈、塵埃很少時，盡量采用植外冷卻方式，如圖1-38a所示。第三節變頻器的安裝與維護2）如果采用植內冷卻方式，應在柜頂加裝抽風式冷卻風扇。3.安裝注意事項1）變頻器使用了塑料零件，為了不造成破損，要小心使用，不要在前蓋板上施加太大的力。2）變頻器應安置在不易受振動的地方，注意臺車、沖床等的振動。3）注意周圍的溫度。4）安裝在不可燃的表面上。5）避免安裝在陽光直射、高溫和潮濕的場所。6）避免安裝在油霧、易燃性氣體、棉塵及塵埃等較多的場所，或安裝在可阻擋任何懸浮物質的封閉型屏板內。第三節變頻器的安裝與維護7）變頻器要用螺釘垂直且牢固地安裝在安裝板上，方向如圖1-40a所示。第三節變頻器的安裝與維護二、變頻器的日常維護與檢查1.日常檢查1）電源電壓是否在允許范圍內。2）冷卻系統是否運轉正常。3）變頻器、電動機是否過熱、變色或有異味。4）變頻器、電動機是否有異常振動和異常聲音。5）安裝地點的環境有無異常。2.變頻器的定期維護1）對緊固件進行必要的緊固。2）清掃冷卻系統積塵。3）檢查絕緣電阻是否在允許范圍內。第三節變頻器的安裝與維護4）檢查導體、絕緣物是否有腐蝕、變色或破損。5）確認保護電路的動作。6）檢查冷卻風扇、濾波電容器、接觸器等的工作情況。3.維護時的注意事項1）操作前必須切斷電源，且在主電路濾波電容器放電完畢、電源指示燈HL熄滅后再進行作業，以確保操作者的安全。2）在出廠前，生產廠家都已對變頻器進行了初始設定，一般不能任意改變這些設定。3）在新型變頻器的控制電路中使用了許多CMOS芯片，如果用手指直接觸摸電路板，將會使這些芯片因靜電作用而損壞。4）在通電狀態下不允許進行改變接線或拔插連接件等操作。5）在變頻器工作過程中不允許對電路信號進行檢查。6）當變頻器發生故障而無故障顯示時，注意不能再輕易通電，以免引起更大的故障。第三節變頻器的安裝與維護三、變頻器的接線1.主電路的接線（1）主電路的基本接線變頻器主電路的基本接線如圖1-41所示。（2）主電路線徑的選擇1）電源與變頻器之間的導線。2）變頻器與電動機之間的導線。第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護2.控制電路的接線（1）模擬量控制線模擬量控制線主要包括：1）輸入側的給定信號線與反饋信號線。2）輸入側的頻率信號線和電流信號線。①盡量遠離主電路100mm以上。②盡量不和主電路交叉，如必須有交叉時，應采取垂直交叉的方法。（2）開關量控制線如起動、點動、多擋轉速控制等方式。（3）變頻器的接地所有變頻器都專門有一個接地端子“E”，用戶應將此端子與大地相接。第三節變頻器的安裝與維護（4）大電感線圈的浪涌電壓吸收電路接觸器、電磁繼電器的線圈及其他各類電磁鐵的線圈都具有很大的電感。第三節變頻器的安裝與維護四、變頻器的外部接口電路第三節變頻器的安裝與維護1.主電路端子和接地端子的功能第三節變頻器的安裝與維護2.控制電路端子的功能第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護3.改變控制的邏輯第三節變頻器的安裝與維護（1）拆卸端子板松開控制電路端子板底部的兩個安裝螺釘（螺釘不能被拆下），然后用雙手把端子板從控制電路端子背面拉下，如圖1-48a所示。第三節變頻器的安裝與維護（2）邏輯模式切換將控制電路端子排里面的漏型邏輯（SINK）跳線接口切換源型邏輯（SOURCE）接口，可以切換源型邏輯模式，如圖1-49所示。注意：1）不要把控制電路上的跳線插針弄彎，將控制電路端子板重新安裝上并用螺釘把它固定好，如圖1-50所示。2）在帶電狀態下，決不能拆卸。（3）漏型邏輯及源型邏輯1）漏型邏輯。第三節變頻器的安裝與維護2）源型邏輯。3）晶體管輸入時用外部電源的情況。①漏型邏輯。②源型邏輯。第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護4.控制電路的端子排列及接線（1）控制電路的端子排列控制電路的端子排列如圖1-55所示。第三節變頻器的安裝與維護（2）接線1）端子SD、SE和5為I/O信號的公共端子，相互隔離，請不要將這些公共端子互相連接或接地。2）控制電路端子的接線應使用屏蔽線或雙絞線，而且必須與主電路、強電電路（含200V繼電器控制電路）分開布線。3）由于控制電路的頻率輸入信號是微小電流，所以在接點輸入的場合，為了防止接觸不良，微小信號接點應使用兩個并聯的接點或使用雙生接點，如圖1-56所示。4）控制電路的輸入端子不要接觸強電。5）故障輸出端子（A、B、C）上請務必接上繼電線圈或指示燈。第三節變頻器的安裝與維護6）連接控制電路端子的電線建議使用0.75mm2以上尺寸的電線，在配線數量多時，或者由于配線方法的原因，可能會發生表面護蓋松動、操作面板接觸不良的情況。7）75kW以上的控制電路接線對75kW以上的控制電路接線時，請務必斷開主電路接線，將變壓器側面的橡膠塞子刻痕切開捅破，如圖1-57所示。第三節變頻器的安裝與維護5.使用連接電纜連接操作面板第三節變頻器的安裝與維護6.通信連接（1）RS-485端子排RS-485端子排如圖1-59所示。遵守標準：E1A-485（RS-485）。通信方式：多站點通信。最長距離：500m。連接電源：雙絞線（4對）。（2）通信運行使用PU接口和RS-485端子連接計算機后，可與計算機進行通信。（3）USB連接器可以通過USB連接器（Ver1.1）電纜連接計算機和變頻器。第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第三節變頻器的安裝與維護第2章變頻器的基本操作第一節變頻器的參數一、基本頻率參數的功能1.給定頻率（1）給定頻率方式的選擇功能給定頻率可有三種方式供用戶選擇：1）面板給定方式。2）外接給定方式。3）通信接口給定方式。（2）外接給定信號的選擇外接給定信號有以下兩種：1）電壓信號。2）電流信號。2.輸出頻率3.基準頻率第一節變頻器的參數第一節變頻器的參數4.上限頻率和下限頻率第一節變頻器的參數二、其他頻率參數1.點動頻率2.載波頻率（PWM頻率）第一節變頻器的參數3.起動頻率4.多擋轉速頻率5.轉矩提升6.簡單模式參數第一節變頻器的參數第一節變頻器的參數第二節變頻器的試運行操作一、運行步驟二、操作面板1.操作面板的名稱2.面板操作的基本內容第二節變頻器的試運行操作第二節變頻器的試運行操作3.簡單設定運行模式第二節變頻器的試運行操作第二節變頻器的試運行操作第二節變頻器的試運行操作1）運行中不能設定，關閉起動指令（、STF、STR）后再進行設定。2）按鍵前按鍵可以取消設定，返回監視器畫面。3）按鍵可復位。4）Pr.79=“3”的頻率指令的優先順序是：多段速運行（RL/RM/RH/REX）>PID控制（X14）>端子4模擬輸入（AU）>在操作面板上進行的數字輸入。4.操作鎖定（長按鍵2s）5.監視輸出電流和輸出電壓6.第一優先監視器7.按M旋鈕8.變更參數的設定值第二節變頻器的試運行操作第二節變頻器的試運行操作第二節變頻器的試運行操作第二節變頻器的試運行操作9.參數清除和全部清除10.初始值變更清單第二節變頻器的試運行操作11.報警歷史的確認與清除（1）報警（重故障）歷史的確認確認報警（重故障）歷史的操作步驟如圖2-13所示。（2）清除設置Er.CL報警歷史清除=“1”時可以清除報警歷史（如果設定Pr.77參數寫入選擇=“1”，則無法消除），具體操作步驟如圖2-14所示。第二節變頻器的試運行操作第二節變頻器的試運行操作第三節變頻器的運行操作一、變頻器運行前的操作1．用變頻器對電動機進行熱保護1）電子過電流保護功能會在變頻器的電源復位及復位信號輸入后恢復到初始狀態，所以應該盡量避免不必要的復位或電源切斷操作。第三節變頻器的運行操作第三節變頻器的運行操作2）連接多臺電動機時，電子過電流保護功能無效，每臺電動機分別使用外部熱繼電器。3）變頻器與電動機的功率差較大，設置值變小時，電子過電流的保護作用降低，這種情況下應該使用外部熱繼電器。4）特殊電動機不能用電子過電流來進行保護，要使用外部熱繼電器。5）當電子過電流保護的設定值低于變頻器的5%時，可能會出現電子過電流保護不動作的情況。2.電動機的額定頻率是60Hz時的操作第三節變頻器的運行操作第三節變頻器的運行操作3.提高電動機的起動轉矩第三節變頻器的運行操作1）如果設定值過大，可能引起電動機過熱，從而引發過電流切斷（OL（過電流報警））后轉為E.OC1（加速中過電流故障）或引發過載切斷（E.THIM（電動機過載切斷））、過負荷切斷（E.THIT（變頻器過負荷切斷））。第三節變頻器的運行操作2）保護功能動作時，取消起動指令，每次把Pr.O的設定值降下1%再試。3）即使這樣操作后也不運轉時，可以設定Pr.80、Pr.81（先進磁通控制）或Pr.800（實時無傳感器矢量控制）。4）使用先進磁通矢量控制、實時無傳感器矢量控制或矢量控制時，Pr.0的設定變得無效。4.設置輸出頻率的上下限第三節變頻器的運行操作1）設定頻率在Pr.2以下時也只能輸出Pr.2設定的值（不會變為Pr.2以下）。2）設定Pr.1后旋轉旋鈕也不能設定比Pr.1更高的值。5.改變加速時間和減速時間（1）Pr.7加速時間如果想緩慢加速，就把時間設定得長些；如果想快點加速，就把時間設定得短些。（2）Pr.8減速時間如果想緩慢減速，就把時間設定得長些；如果想快點減速，就把時間設定得短些。第三節變頻器的運行操作第三節變頻器的運行操作第三節變頻器的運行操作6.起動指令和頻率指令場所的選擇1）對于X12信號（PU運行互鎖信號）輸入所使用的端子，可以通過將Pr.178~P.189（輸入端子功能選擇）設定為“12”來進行功能的分配。2）未分配X12信號，MRS信號的功能從MRS（輸出停止）切換PU運行互鎖信號。第三節變頻器的運行操作7.實現大的起動轉矩、低速轉矩（先進磁通矢量控制，實時無傳感器矢量控制。（1）先進磁通矢量控制為了使負載轉矩與流過電動機的電流相匹配，可以通過實施電壓補償提高低速轉矩，同時實施輸出頻率補償（滑差補償），以使電動機的實際轉速與速度指令更為接近。（2）實時無傳感器矢量控制在以下情況，可對無PLC（編碼器）的通用電動機實施矢量控制。1）負荷的變動幅度較大，但希望將速度的變動控制在最小范圍內。2）需要低速轉矩的情況。第三節變頻器的運行操作3）為防止轉矩過大導致機械破損（轉矩限制）的情況。4）想實施轉矩控制。1）按照電動機功率與變頻器容量相同或是電動機功率比變頻器容量小1級的組合進行運行（不過，電動機功率至少應為0.1kW）。第三節變頻器的運行操作2）適用以下電動機種類：三菱制標準電動機、高效電動機（SF-JR、SF-HR,0.2kW以上）或三菱制恒轉矩電動機（SF-JRCA、SF-HRCA,4極，0.4~15kW），使用除此以外的電動機必須實施離線自動調整。3）單機運行。4）從變頻器到電動機的配線長度應為30m以內（超過30m時，請在實際配線狀態下實施離線自動調整）。5）根據變頻器的容量及P.72PWM頻率選擇的設定值（載波頻率），從變頻器到電動機的容許接線長度有所示同。（3）先進磁通矢量控制的選擇方法1）實施可靠的配線。2）進行所使用電動機的設定（Pr.71），具體設定見表2-12。第三節變頻器的運行操作3）進行電動機功率、極數的設定（Pr.80、Pr.81）在Pr.80電動機功率中設定電動機功率（kW）；在Pr.81電動機極數中設定電動機極數（POLE數）；設定值“9999”（初始值）時，是V/F控制。4）進行運行指令的設定選擇起動指令和速度指令如下：第三節變頻器的運行操作①起動指令a.操作面板：通過操作面板的進行設定。b.外部指令（端子2或4）：通過正轉、反轉指令（端子STF或STR）進行設定。②速度指令a.操作面板：通過操作面板的進行設定。b.外部模擬指令（端子2或4）：通過端子2（或端子4）所輸入的模擬信號發出速度指令。c.多段速指令速度指令也可通過外部信號（RI、RM、RL）發出指令。注意：1）如需實現更高精度的運行，在實施離線自動調整后，要選擇實時無傳感器矢量控制。2）想要調整負荷變動時的電動機速度變動時，可以在Pr.89進行操作。（4）通用磁通矢量控制的選擇方法1）實施可靠的配線。第三節變頻器的運行操作2）進行所使用電動機的設定（Pr.71）。3）進行電動機功率、極數的設定（Pr.80、P.81）。①在Pr.80電動機功率中設定電動機功率。②在Pr.81電動機極數中設定電動機極數（POLE數）（設定值為“9999”（初始值）時，是V/F控制）。4）進行控制方法的選擇選擇Pr.800=“30”，使通用磁通矢量控制有效。5）進行運行指令的設定。①起動指令a.操作面板：通過操作面板的進行設定。b.外部指令（端子2或4）：通過正轉、反轉指令（端子STF或STR）進行設定。②速度指令a.操作面板：通過操作面板的進行設定。第三節變頻器的運行操作b.外部模擬指令（端子2或4）：通過端子2或4所輸入的模擬信號，發出速度指令。變頻器c.多段速指令速度指令也可通過外部信號（RH、RM、RL）發出指令。6）實施離線自動調整（Pr.96）。二、PU運行操作1.用M旋鈕設定頻率來運行第三節變頻器的運行操作第三節變頻器的運行操作2.用M旋鈕刻度盤進行頻率設定1）如果“50.00”閃爍后回到“0.00”，說明Pr.161頻率設定/鍵盤鎖定操作選擇的設定值不為“1”。2）運行中或停止中都可以通過旋轉旋鈕進行頻率的設定。第三節變