第23课 任务5.4变频器应用及接口技术
主要内容：
1.讲解课前的2个案例，了解电动机调速的原理，直观理解变频器的工作原理。
案例1电动机变频调速原理(4 :00) .mp4
案例2变频器的工作原理(1: 13) .mp4 .
2. 观看视频,教师在线答疑
5.4变频器及接口技术(09: 23) .mp4
3. 指导学生：
5.4 [任务实施]变频器端子启动、频率源为模拟量控制电动机.doc
4.完成课后作业
【任务描述】
变频器将供电电网的工频交流电，变为适合于交流电动机调速的电压可变、频率可调的交流电，同时由于使用了脉宽调制器的弱电电路控制大功率晶体管，驱动与之相匹配功率的交流电动机，因此又是控制器与交流电动机的功率接口电路。
本任务介绍变频器的类型、变频器的容量的选择、变频器的控制方法。完成本任务，可实现以下任务目标：
【任务目标】
技能目标
会变频器控制电动机的接线。
知识目标
（1）了解变频器的类型；
（2）了解变频器的容量的选择；
（3）掌握变频器的控制方法。
建议学时：2个学时
在开始学习本节知识之前，同学们观看以下视频，了解电动机调速的原理，直观理解变频器的工作原理。
（注：本部分所有视频只用于辅助教学，不产生任何经济效益，如有侵权，请告知）
观看视频： 案例1 电动机变频调速原理（4：00）
观看视频： 案例2 变频器的工作原理（1：13）
观看完视频，大家都看懂了吗？如有疑问，咱们到“知识要点”部分找答案吧。
一、 变频器的类型
变频器作为交流电动机变频调速的标准功率驱动接口，既可以单独使用，也可与控制器连接进行在线控制，可根据工艺要求适时调速。目前市场上常用的变频器类型如下：
（1）通用变频器──俗称风机、泵类变频器，调速范围不大，控制精度要求不高。主
（2）电梯专用矢量变换变频器──这类变频器可实现电梯平滑升降速。
（3）矢量控制变频器──用于冶金、印刷、印染、胶片等机械中。能实现高精度转矩控制、加速度大、能与上位机通讯等要求。
（4）数控机床专用变频器──专用于机床伺服电动机控制，能实现机床主轴和伺服进给轴大的加减速转矩、宽广的恒功率调速控制和高精度定位控制等要求，价格也较高。
二、变频器的容量选择
（1）连续运行时变频器容量选择
变频器容量（KW）要满足
即通常选择变频器容量为电动机功率的1.5 ～1.7倍。
（2）起动时所需考虑的变频器容量选择
变频器容量计算如下：
选择变频器除选择容量外，还应确定变频器的输入电源、输出特性、操作功能等。
三、变频器的控制方法
a) 继电器开关电路控制法
b) 模拟信号控制法
c ) 并行控制法
观看视频： 5.4 变频器及接口技术（09:21）
【任务实施】 变频器端子启动、频率源为模拟量控制电动机
(以信捷VH5 系列变频器为例)
一、参数设置
1. 变频器的采用直接启动模式，设定P4-00=0；
变频器按用自由停机模式停机，设定P4-22=1，变频器立即停止输出，电机靠惯性自由停止。
2.按照表5.9设置参数，P0-02=1、P2-10=0、P2-00=1、P2-01=2，采用端子启停控制。按最常使用的两线模式1实现电机的正、反转启停，接线如图5.51所示。
3.主频率源的设定
按照表5.13，设置主频率源 P0-03=3；频率来源为 AI 模拟量输入端子，在 AI -GND端可接受 0～10V 电压信号和 0～20mA 电流信号，本任务选择电压输入。
AI作为变频器使用外部电压作为频率源给定，电压值对应实际给定的物理量关系通过 P2-18～P2-45 设定：
P2-18=0 ─── AI曲线1最小给定
P2-19=0 ─── AI曲线1最小给定对应频率百分比
P2-20=10 ─── AI曲线1最大给定
P2-21=100 ─── AI曲线1最大给定对应频率百分比。
P0-13 =50（最大输出频率 50.00Hz），即 0-10V 对应 0-50HZ，电位器可选5kΩ～10kΩ。
二、接线
1. 主电路接线:
三相交流电源经低压断路器接变频器一次输入R、S、T端；三相异步电动机接变频器二次输出U、V、W端子及外部能耗制动电阻P、PR端子，制动电阻根据表5.14选择；
2. 控制回路接线（按PNP型接法）：
（1）X1 经K1与 24V 连接；
（2）X2 经K2与 24V 连接；
（3） COM与0V 短接。
3. AI端子接受模拟信号输入，AI 拨码选择输入电压(0~10V) 或电流(0~20mA) ，电位器按图5.52接线。
注意：
（1）拨码开关说明：AI OFF = 0 - 10V，ON = 0 - 20mA，默认 OFF
（2）使用模拟输入时，AI 与 GND 之间安装滤波电容或共模电感。
（3）控制端子 10V 与 GND 之间所接电位器阻值范围为 5~10K。
（4）模拟输入信号容易受到外部干扰，配线时必须使用屏蔽电缆，并良好接地，配线长度应尽可能短，不大于 20m。
三、电气元件选型
1.VH5 系列变频器电气规格如表5.15所示。
2. 断路器、接触器、熔断器选型
为了防止过载给变频器造成损坏，需要在进线端增加熔断器。
w 在交流电源和变频器之间需要安装一个手动操作的电源短路设备（MCCB）。该断路器设备必须能锁死在断开位置，以方便安装和维修。断路器的容量一般为变频器额定电流 1.5-2 倍之间。
w 为了能在系统故障时，有效的切断变频器的输入电源，可以在输入侧安装交流接触器控制主回路电源的通断，以保证安全。断路器、接触器、熔断器选型见表5.16。
3.电抗器选型
为了防止电网高压输入时，瞬时大电流流入输入电源回路而损坏整流部分元器件，需在输入侧接入交流电抗器，同时也可改善输入侧的功率因素。
w 当变频器和电机之间的距离超过 50 米时，由于长电缆对地的寄生电容效应导致漏电流过大，变频器容易发生过流保护，同时为了避免电机绝缘损坏，须加输出电抗器补偿；当一台变频器带多台电机时，考虑每台电机的线缆长度之和作为总的电机线缆长度，当总长度大于 50 米时，须在变频器输出侧增加输出电抗器。电抗器选型如表5.17所示。
注意：上述选配件为正泰电器品牌，用户可根据型号去采购。
教师根据学生阅读记录结果及接线情况给予评价，见表5.18。
表5.18 任务评价表
实训项目 |
项目内容 | 配分 | 得分 |
VH5变频器接线端子的认识。 | 20 |
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VH5变频器功能参数的设定。 | 20 |
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VH5变频器控制电动机的正反转控制接线； | 60 |
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工时：1学时 | 教师签字： | 总分 |
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理论项目 |
项目内容 | 配分 | 得分 |
叙述变频器的类型； | 30 |
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简述变频器的容量的选择； | 30 |
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简述变频器的控制方法。 | 40 |
|
时间：1学时 | 教师签字： | 总分 |
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“理论项目”参考答案
1.叙述变频器的类型。
目前市场上常用的变频器类型如下：
（1）通用变频器──俗称风机、泵类变频器，调速范围不大，控制精度要求不高。主
（2）电梯专用矢量变换变频器──这类变频器可实现电梯平滑升降速。
（3）矢量控制变频器──用于冶金、印刷、印染、胶片等机械中。能实现高精度转矩控制、加速度大、能与上位机通讯等要求。
（4）数控机床专用变频器──专用于机床伺服电动机控制，能实现机床主轴和伺服进给轴大的加减速转矩、宽广的恒功率调速控制和高精度定位控制等要求，价格也较高。
2.简述变频器的容量的选择。
（1）连续运行时变频器容量选择
变频器容量（KW）要满足
即通常选择变频器容量为电动机功率的1.5 ～1.7倍。
（2）起动时所需考虑的变频器容量选择
变频器容量计算如下：
选择变频器除选择容量外，还应确定变频器的输入电源、输出特性、操作功能等。
3.简述变频器的控制方法。
a) 继电器开关电路控制法
b) 模拟信号控制法
c ) 并行控制法
