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2.5 三相笼形异步电动机速度控制
2.5 三相笼形异步电动机速度控制
2.5.1变极调速控制线路
变极调速常用的方法是通过改变定子绕组的连接方式构成的双速电动机。
双速电动机在绕组的极数改变后，其相序和原来的相反，所以在变极的同时将改变三相绕组的电源的相序，以保持电动机在低速和高速时的转向相同。
双速电动机常用的控制线路有按钮控制电路和按时间原则自动转换的控制线路。
双速电动机的控制主电路
KM1的主触点闭合时，电动机绕组构成构成三角形的连接，电动机低速运行，
KM2和KM3的主触点闭合时，电动机构成双星型的连接，电动机高速运行。
KM1和KM2、KM3之间必须有互锁。
KM2的主触点改变电源的相序，电动机保持原来的转向高速运转
双速电动机的按钮控制电路
SB2为低速启动按钮，SB3为高速启动按钮，SB1为停止按钮。
按时间原则自动转换的控制线路
6.5.2变频调速及变频器的使用
变频调速
改变电源频率就可以实现交流电机的调速
1．变频器的工作原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
变频器的控制方式可分为两种，即开环控制和闭环控制。开环控制有V/F控制方式，闭环控制有矢量控制等方式。
（1）V/F控制
频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定。
V/F控制控制的特点是：控制比较简单，不用选择电动机，通用性优良，现多用于通用变频器、风机、泵类节能型变频器；与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在1：10左右的调速范围内使用；急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限；不能精密控制电动机实际速度，不适合于同步运转场合。
（2）矢量控制
矢量控制是将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）。
矢量控制方式使交流异步电动机具有与直流电动机相同的控制性能。目前这种控制方式的变频器已广泛应用于生产实际中。
矢量控制变频器特点是：需要使用电动机参数，一般用做专用变频器；调速范围在1：100以上；速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能适用任何场合。
2.变频器的安装
要求安装场所的温度应保持在-10~40℃之间，相对湿度90%以下，无结露状态。
变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。
在实际运用中，要核实输入变频器的电压（单相还是三相）和变频器的额定电压值。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备，否则会造成严重后果。
变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E（G）接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，单独接地。信号输入线的屏蔽层，应接至E（G）上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。
还要注意变频器与驱动电机之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则应降低载波频率或增加输出电抗器（选件）为佳。
3．西门子MM420变频器介绍
（1） MM420系列变频器的配线
变频器采用恒转矩、V/F控制方式，输出频率的范围为0~650Hz。
MM420还有内部PID调节功能，改善了调节性能；并增加了二进制连接（BICO）的功能。
变频器的接线端子分为主电路端子和控制电路端子，主电路为变频器与工作电源和电动机之间的接线，控制电路的控制信号为微弱的电压、电流信号。
MM420的基本配线
变频器可以通过外部模拟量输入接口（3、4），通过0~10V的模拟量输入，
3点开关量输入信号（5、6、7）与1点开关量输出信号（10、11）进行控制；
12、13端子为模拟量输出0~20 mA信号，其功能也是可编程的，用于输出显示运行频率、电流等。
变频器提供了3种频率模拟设定方式：外接电位器设定、0~10V电压设定和4~20mA电流设定。
当用电压或电流设定时，最大的电压或电流对应变频器输出频率设定的最大值。
变频器有两路频率设定通道，开环控制时只用AIN1通道，闭环控制时使用AIN2通道作为反馈输入，两路模拟设定进行叠加。
（2）MM420变频器操作面板的介绍
MM 420 变频器的操作面板如图 所示，在标准供货方式时装有状态显示板（SDP），对于很多用户来说，利用 SDP 和制造厂的默认设置值，就可以使变频器成功地投入运行。如果工厂的默认设置值不适合用户的设备情况，可以利用基本操作板（BOP），或高级操作板（AOP）修改参数。BOP和 AOP 是作为可选件供货的。
SDP BOP AOP
状态显示板 基本操作板 高级操作板
4.BOP面板基本操作方法
显示/按钮 功能 功能的说明
状态显示 LCD显示变频器当前的设定值
起动 变频器 按此键起动变频器。默认值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效，应设定P0700 = 1。
停止 变频器 OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车。默认值运行时此键禁用的；为了允许此键操作，应设定 P0700 = 1。
OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。
此功能总是“使能”的。
改变电动机的转动方向 按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用负号（－）表示或用闪烁的小数点表示。默认值运行时此键是禁用的，为了使此键的操作有效，应设定 P0700 = 1。
电动机 点动 在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。
4.BOP面板基本操作方法
显示/按钮 功能 功能的说明
功能 1.此键用于浏览辅助信息。变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动 2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）：
（1） 直流回路电压（用 d 表示， 单位：V）
（2） 输出电流（A）
（3） 输出频率（Hz）
（4） 输出电压（用 o 表示 ， 单位：V）
（5） 由 P0005 选定的数值（如果 P0005 选择显示上述参数中的任何一个（3，4，或 5），这里将不再显示）。连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。
2. 跳转功能
在显示任何一个参数（rXXXX 或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000，如果需要的话，可以接着修改其他的参数。跳转到 r0000后，按此键将返回原来的显示点
访问参数 按此键即可访问参数
增加数值 按此键即可增加面板上显示的参数数值
减少数值 按此键即可减少面板上显示的参数数值
5.MM420变频器参数简介
（1）MM420变频器参数分类。
MM420变频器参数可以分为显示参数和设定参数两大类。
显示参数为只读参数，以r××××表示，典型的显示参数为频率给定值、实际输出电压、实际输出电流等。
设定参数为可读写的参数，以p××××表示。设定参数可以用基本操作面板、高级操作面板或通过串行通信接口进行修改，使变频器实现一定的控制功能。
变频器的参数有三个用户访问级，“1”标准级、“2”扩展级和“3”专家级。
访问的等级由参数P0003来选择，对于大多数应用对象，只要访问标准级（P0003=1)和扩展级（P0003=2)参数就足够了。 第四级的参数只是用于内部的系统设置，是不能修改的。第四访问级参数只有得到授权的人员才能修改。
（2）变频器快速调试的方法
1）用基本操作面板（BOP）更改参数的数值。下面说明如何改变P0003“访问级”的数值。
操作步骤 显示结果
1 按 访问参数
2 按 键，直到显示出 P0003
3 按 键，进入参数访问级
4 按 或 键，达到所要求的数值 （例如：3）
5 按 键，确认并存储参数的数值
6 现在已设定访问级为3，使用者可以看到第 1 至 第3级的全部参数 表2-3 修改访问级参数P0003的步骤
2）改变参数数值的操作。
为了快速修改参数的数值，可以一个个地单独修改显示出的每个数字，操作步骤如下：
当已处于某一参数数值的访问级（参看“用 BOP 修改参数”）。
3） 快速调试（P0010=1）
利用快速调试功能使变频器与实际使用的电动机参数相匹配，并对重要的技术参数进行设定。
在快速调试的各个步骤都完成以后，应选定 P3900，如果它置 1，将执行必要的电动机计算，并使其他所有的参数（P0010=1 不包括在内）恢复为出厂默认设置值。
只有在快速调试方式下才进行这一操作。
快速调试步骤
步骤 参数号及说明 参数设置值及说明 出厂 默认值 备注
1 P0003选择访问级 1 第1 访问级 1
2 P0010开始快速调试 1 快速调试 0 在电动机投入运行之前，P0010 必须回到‘0’。但是，如果调试结束后选定P3900=1，那么，P0010 回零的操作是自动进行的。
3 P0100选择工作地区是欧洲/北美 0 功率单位为 kW；f 的缺省值为 50 Hz 0 P0100的设定值 0应该用DIP关来更改，使其设定的值固定不变。
4 P0304 电动机的额定电压 根据电动机铭牌键入的电动机的额定电压（V）
5 P0305 电动机的额定电流 根据电动机铭牌键入的电动机额定电流（A）
6 P0307 电动机的额定功率 根据电动机铭牌键入的电动机额定功率（KW） P0307 电动机的额定功率
快速调试步骤
步骤 参数号及说明 参数设置值及说明 出厂 默认值 备注
7 P0310电动机的额定频率 根据电动机铭牌键入的电动机额定频率（Hz）
8 P0311 电动机的额定速度 根据铭牌键入的电动机额定速度（ rpm）
9 P0700 选择命令源 1 BOP基本操作面板 2 选择命令信号源
0 出厂时的缺省设置
1 BOP (变频器键盘)
2 由端子排输入
4 通过BOP 链路的 USS 设置
5 通过 COM 链路的USS设置
6 通过 COM 链路的CB 设置
10 P1000 选择频率设定值 1 用BOP 控制频率的升降 ↑↓ 2 选择频率设定值
1 MOP (电动电位计)设定值
2 模拟设定值
3 固定频率设定值
4 通过BOP 链路的 USS 设置
5 通过COM 链路的 USS 设置
6 通过COM 链路的 CB 设置
快速调试步骤
步骤 参数号及说明 参数设置值及说明 出厂 默认值 备注
11 P1080 电动机最小频率 键入电动机的最低频率，单位： Hz 0 输入电动机的最低频率，达到这一频率时，电动机的运行速度将与频率的设定值无关。这里设置的值对电动机的正转和反转都是适用的。
12 P1082 电动机最大频率 最大频率 (键入电动机的最高频率，单位： Hz) 50 输入电动机的最高频率，达到这一频率时，电动机的运行速度将与频率的设定值无关。这里设置的值对电动机的正转和反转都是适用的。
13 P1120 斜坡上升时间 电动机从静止停车加速到最大电动机频率所需的时间。 10s
14 P1121 斜坡下降时间 电动机从其最大频率减速到静止停车所需的时间。 10s
15 P3900 结束快速调试 1 结束快速调试，进行电动机计算和复位为工厂缺省设置值（推荐的方式）。 0 快速调试结束
0 不进行快速调试 (不进行电动机数据计算)
1 开始进行快速调试，并复位为出厂时的缺省设置值
2 开始进行快速调试
3 仅对电动机数据开始进行快速调试
6.用变频器的输入端子实现电动机的正反转控制
用开关S1和S2，控制MM420变频器，实现电动机正转和反转功能，电动机加减速时间为5S。DIN1端口设为正转控制，DIN2端口设为反转控制。
（1）电路接线如图所示。检查无误后合上QS。
（2）恢复变频器工厂默认值。设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位，复位过程大约为3min，这样就保证了变频器的参数恢复到工厂默认值。
（3）设置电动机的参数。为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机的参数。电动机用型号WDJ24（实验室配置），其额定参数如下：
额定功率为40瓦，额定电压380V，额定电流0.2A，额定频率50Hz，转速1430r/min，三角型接法。电动机参数设置完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。
电动机参数设置表（以实际设备为准）
参数号 出厂值 设置值 说明
P0003 1 1 设用户访问级为标准级
P0010 0 1 快速调试
P0100 0 0 工作地区：功率以KW表示，频率为50Hz
P0304 230 380 电动机的额定电压（V）
P0305 3.25 0.2 电动机的额定电流（A）
P0307 0.75 0.04 电动机的额定功率（KW）
P0308 0 0 电动机额定功率因数（由变频器内部计算电机的功率因数）
P0310 50 50 电动机额定频率（Hz）
P0311 0 1430 电动机的额定1430r/min
（4）设置数字输入控制端口参数
参数号 出厂值 设置值 说明
P0003 1 1 设用户访问级为标准级
P0004 0 7 命令和数字I/O
P0700 2 2 命令源选择由端子排输入
P0003 1 2 设用户访问级为扩展级
P0004 0 7 命令和数字I/O
P0701 1 1 ON接通正转，OFF停止
P0702 1 2 ON接通反转，OFF停止
P0003 1 1 设用户访问级为标准级
P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器
P1000 2 1 由MOP（电动电位计）输入设定值
P1080 0 0 电动机的最低运行频率（Hz）
P1082 50 50 电动机运行的最高频率（Hz）
P1120 10 5 斜坡上升时间（s）
P1121 10 5 斜坡下降时间（s）
P0003 1 2 设用户访问级为扩展级
P0004 0 10 设定通道和斜坡函数发生器
P1040 5 40 设定键盘控制频率
（5）操作控制
1）电动机正向运行。当接通S1时，变频器数字输入端口DIN1为“ON”，电动机按P1120所设置的15s斜坡上升时间正向起动，经5s后稳定运行在1144r/min的转速上。此转速与P1040所设置的40Hz频率对应。断开开关S1，数字输入端口DIN1为“OFF”，电动机按P1121所设置的5s斜坡下降时间停车，经5s后电动机停止运行。
2）电动机反向运行。接通开关S2，变频器输入端口DIN2为“ON”，电动机按P1120所设置的5s斜坡上升时间反向起动，经过5s后稳定运行在1144r/min的转速上。此转速与P1040所设置的40Hz频率相对应。断开开关S2，数字输入端口DIN2为“OFF”，电动机按P1121所设置的 5s斜坡下降时间停车，经15s后电动机停止运行。
3）在上述的操作中通过BOP面板，操作功能键 观察电动机运行的频率。
7.变频器的常见故障及排除
（1）过电流跳闸的原因分析
1）重新起动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。主要原因有：负载侧短路；负载过重，工作机械卡住；逆变管损坏；电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来；电动机自由滑行时起动输出或恢复输出。
2）重新起动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸。可能的原因有：同负载惯量（GD2）相比，升、降速时间设定太短；V/F曲线选择不当或转矩补偿设定值较大，引起低速时空载电流过大；电子热继电器整定值不当，动作电流设定值太小，引起误动作。
（2）电压跳闸的原因分析
1）过电压跳闸，主要原因有：输入电源电压过高；同负载惯量（GD2）相比，降速时间设定太短；变频起负载侧能量回馈过大，降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想——如来不及放电，此情况可考虑增加外接制动电阻和制动单元；还有可能放电之路发生故障，实际不放电。
2）欠电压跳闸，可能的原因有：输入电源电压过低；电源容量过小（接有焊机、大电机等）；电源缺相；电源侧接触器不良；变频器整流桥故障。
（3）电动机不转的原因分析
1）功能预置不当：上限频率与最高频率或基本频率和最高频率设定矛盾；使用外接给定时，未对“键盘给定/外接给定”的选择进行预置。
2）在使用外接给定时，无“起动”信号。
3）存在其它原因：机械尤卡住现象；电动机的起动转矩不够；变频器的电路故障。
在实际应用中出现的问题还很多，只要将问题分析清楚，那么处理起来就很好解决了。
8.变频器应用与维护
（1）维护时注意事项
1）进行维护时，操作者必须直接确认变频器的输入电源情况。
2）切断电源后，变频器主电路的电解电容器里，仍有可能充有残留高压。
3）必须等待和确认放净电容器里的残留电压后，才可以进行操作。参考步骤：切断电源→等待5～10分钟，充电指示灯熄灭→用万用表测量直流滤波电容电压<36V→对变频器进行维修、检查。
4）直接测量变频器输出电压时，必须使用整流式交流电压表。使用其他一般电压表或数字电压表测量高脉冲电压时，容易产生误动作或显示不准确。
（2）日常检查
使用变频器时，应每天注意观察如下事项：安装环境是否还适合，冷却系统是否工作正常，周围振动情况及变频器及周围发热情况。
（3）定期检查内容
1）是否受环境影响发生螺丝松动或锈蚀现象，若有则立即拧紧或更换。
2）变频器内部或散热板上是否落入异物，若有则立即用压缩空气吹掉异物。
3）变频器印刷电路板上各插件是否良好接触，认真确认各插件连接情况。
4）冷却风扇、电解电容器、接触器等性能是否良好，及时调换不良品。
（4）使用注意事项
变频器不是在任何情况下都能正常使用，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多了解。
1）负载类型和变频器的选择：电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。
A:风机和水泵是最普通的负载：对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量）。
B:起重机类负载：这类负载的特点是起动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。
C:不均匀负载：有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等。
D:大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此起动时可能会振荡，电动机减速时有能量回馈。应该用容量稍大的变频器来加快起动，避免振荡。配合制动单元消除回馈电能。
2）长期低速动转，由于电机发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必须采用加大减速比的方式或改用6极电机，使电机运转在较高频率附近。
3）变频器安装地点必需符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件才能正常运转。
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