〈变频调速器原理及应用〉实验指导书.doc

1、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1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

2、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。2目 录1、实验须知32、三菱变频调速器及调速原理.43、实验一：外部操作模式的变频调速实验.54、实验二：PU 操作模式的变频调速实验105、实验三：组合操作模式的变频调速实验19附录：.213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

3、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 60Hz4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

4、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

5、、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。5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

6、 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

7、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）62、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

8、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

9、现的原理。7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

10、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。8（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

11、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 050Hz 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

12、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。92、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。

13、 ）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 120HZ2 下限频率 0HZ 0 至 120

14、HZ3 基底频率 50HZ 0 至 400HZ4 多段速度设定 1（高速） 50HZ 0 至 400HZ5 多段速度设定 2（中速） 30HZ 0 至 400HZ6 多段速度设定 3（低速） 10HZ 0 至 400HZ0 至 3600s 当 Pr.21=07 加速时间 5s0 至 360s 当 Pr.21=10 至 3600s 当 Pr.21=08 减速时间 5s0 至 360s 当 Pr.21=113 启动频率 0.5HZ 0 至 60HZ15 点动频率 5HZ 0 至 400HZ0 至 3600 当 Pr.21=016 点动加/减速时间 0.5s0 至 360s 当 Pr.21=119

15、基底频率电压 9999 0 至 1000V8888，99998888：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 400HZ21 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 425 多段速度设定 51026 多段速度设定 62760 智能模式选择 0 0 至 871 适用电机 0 0 至 8 ，13至 1820，23，240：适合标准电机的热特性77 参数写入禁止选择 0 0，1，279 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

16、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？12附录 1：端子接线图及说明13三菱变频器主回路端子排的排列：

17、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（FRHC） 。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

18、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。14RES 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 420mA 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

19、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 05VDC（或 010vDC）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）DC420mA，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

20、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 DC24v 0.1AOL 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15附录 2：操作面板（FR-DU04）的名称、功能和使用161、按MODE键改变监视显示2、在特定操作模式下的

21、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17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

22、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。18D. 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。19 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。 ）2

23、0 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）5 多段速度设定（中速）6 多段速度设定（低速）高速

24、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。7 加速时间8 减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。2113 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

25、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

26、：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10复位状态。