变频器控制技术.pdf

书 书 书高等职业教育自动化类专业规划教材项目导向系列变频器控制技术李方园 编著内容简介本书从自动化类变频器方向的岗位出发，按照项目导入、任务驱动的原则共设置了六个项目背景与控制要求，对包括物料分拣输送带、化工厂泵与搅拌机、中央空调风机、数控车床变频主轴、卧螺离心机和造纸收卷系统在内的变频控制，进行逐个剖析，由浅入深，从知识讲座到技能训练，从综合解决方案到技术答疑，把变频器几乎所有的功能都一一应用进去。本书透彻地阐述了变频器的基本工作原理、应用方案和维护技巧，并以三菱最新A 700为例，设置了一个个可以操作的环节和项目。同时本书考虑到高职内尚有一定数量的A 500/E 500系列三菱变频器教仪设备，以附录任务书的形式进行了对比操作。本书可作为高职高专电气自动化、机电一体化、楼宇智能化等专业的项目化教材，也可作为广大电工技术爱好者、求职者、下岗再就业者、职业培训人员的教材。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（C I P）数据变频器控制技术/李方园编著.北京：电子工业出版社，2010.4高等职业教育自动化类专业规划教材项目导向系列I SB N978-7-121-10496-1.变.李.变频器-电气控制-高等学校：技术学校-教材.T N 773中国版本图书馆C I P数据核字（2010）第040717号策划编辑：王昭松责任编辑：刘真平印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036开 本：787 1092 1/16 印张：17.75 字数：451千字印 次：2010年4月第1次印刷印 数：4 000定价：28.00元凡所购买电子工业出版社的图书，如有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至z l t s phe i.c o m.c n，盗版侵权举报请发邮件至dbqqphe i.c o m.c n。服务热线：（010）88258888。前 言变频器控制技术是目前高职高专电气自动化、机电一体化和楼宇智能化专业所必学的课程之一。本书作为高职院校自动化类专业项目化课程改革的阶段性成果，从自动化类变频器方向的岗位出发，按照项目导入、任务驱动的原则共设置了六个项目背景与控制要求，对包括物料分拣输送带、化工厂泵与搅拌机、中央空调风机、数控车床变频主轴、卧螺离心机和造纸收卷系统在内的变频控制，进行逐个剖析，由浅入深，从知识讲座到技能训练，从综合解决方案到技术答疑，把变频器几乎所有的功能都一一应用进去。本教材源于2009年7月期间在德国爱科特教育集团学习德国先进职业教育课程时的一次I H K证书考试交流。I H K证书是德国国家职业证书，具有国际影响力。德国在多年前就已经尝试进行项目化I H K考试，规定学生在一定的时间内完成考试所给定的一个项目。在德国职业教育中，项目课程一般定义为：以工作任务为中心选择、组织课程内容，并以完成工作任务为主要学习方式。在职教理论实践中，针对某个“项目”，学生可以根据已有的和新获取的知识（可从多个途径获取，如利用网络资源、教师资源和书籍资料自学等）、技能和经验制定出若干不同的实施方案，这样一来，不仅学生的专业技能得到了训练，而且学生的独立工作能力、沟通说服能力、创造能力、团队合作的能力以及综合应用能力等均得到了全面的培训和提高。同时，对于“变频器应用”领域，作者已经“浸染”已久，相继出版了变频器行业应用实践、变频器自动化工程实践、变频器应用技术、变频器应用与维护、变频器原理与维修等多本相关书籍，并从2004年起一直担任控制与传动技术主编、变频器世界编委，在杂志上撰写了数十篇变频器的行业应用案例，其中“变频调速系统的设计与应用”系列文章荣获自动化博览举办的2008年中国自动化领域十大年度优秀论文。因此，本教材力图通过六个项目来透彻阐述变频器的基本工作原理、应用方案和维护技巧，以三菱最新A 700为例，设置了一个个可以操作的环节和项目；同时，考虑到高职院校内尚有一定数量的A 500/E 500系列三菱变频器教仪设备，以附录任务书的形式进行了对比操作。在教材编写过程中，得到了爱科特教育集团艾伯科麦尔院长的帮助，在德国学习期间专程安排I H K专家进行变频器等自动化相关项目的介绍和实训操作。同时，本教材得到了三菱电机自动化（上海）有限公司、宁波中华纸业有限公司、宁波钢铁有限公司、常州米高电子科技有限公司等厂家相关人员的帮助并提供了相当多的典型案例和维护经验。在编写中曾参考和引用了国内外许多专家、学者最新发表的论文和著作等资料，另外，陈亚玲、叶明、陈贤富、沈阿宝、陈亚珠、李伟庄、章富科、方定桂、刘军毅、戴琴、王永行、刘伟红等参与了资料整理、文字录入和校对工作，作者在此一并致谢。作 者2009.11.21目 录项目1 物料分拣输送带的变频控制1 1.1 项目背景及要求2 1.1.1 项目背景2 1.1.2 控制要求2 1.2 知识讲座：变频器原理及基本应用3 1.2.1 交流异步电动机和同步电动机的调速3 1.2.2 不同调速方式的工作原理5 1.2.3 变频调速原理9 1.2.4 变频器的频率给定13 1.2.5 变频器的运转指令18 1.2.6 交直交变频器的基本构造21 1.3 技能训练一：三菱A 700变频器的初步认识24 1.3.1 三菱A 700变频器的认识24 1.3.2 A 700变频器P U操作27 1.3.3 A 700变频器的参数设置要点28 1.4 技能训练二：变频器运行模式与参数设置31 1.4.1 运行模式功能与参数P r.79的设置31 1.4.2 A 700外部端子的接线32 1.4.3 A 700外部模拟量的接线32 1.4.4 A 700常见的运行模式技能操作33 1.5 项目设计方案36 1.5.1 物料分拣输送带变频器的系统设计36 1.5.2 硬件设计36 1.5.3 变频器参数设置与调试39 1.6 技术答疑40 思考与练习43项目2 化工厂泵与搅拌机的变频控制45 2.1 项目背景及要求46 2.1.1 项目背景46 2.1.2 控制要求46 2.2 知识讲座：变频器I/O端子功能与V/f控制47 2.2.1 变频器数字量输入端子介绍47 2.2.2 变频器数字量输出端子介绍49 2.2.3 变频器模拟量输入端子介绍52 2.2.4 变频器模拟量输出端子介绍53 2.2.5 变频器高速脉冲输入/输出端子介绍53 2.2.6 变频器V/f控制原理54 2.2.7 变频器的启动、制动57 2.2.8 外接负载的分类62 2.3 技能训练一：变频器A 700 I/O端子的熟悉63 2.3.1 A 700变频器输入和输出端子的熟悉63 2.3.2 A 700变频器多段速接线与参数设置66 2.3.3 A 700模拟量通道的确定68 2.4 技能训练二：针对特殊负载的变频器参数设置与接线72 2.4.1 A 700手动转矩提升操作72 2.4.2 A 700加减速的功能选择73 2.4.3 A 700对电动机的热保护功能设置74 2.4.4 电动机的节能运行76 2.4.5 A 700变频器多功能输出端子操作76 2.4.6 A 700变频器模拟量输出端子操作78 2.5 项目设计方案81 2.5.1 化工厂泵与搅拌机变频控制系统的硬件设计81 2.5.2 化学品电动机的变频器参数设置与调试83 2.6 技术答疑84 思考与练习86项目3 中央空调风机的变频节能P I D控制88 3.1 项目背景及要求89 3.1.1 项目背景89 3.1.2 控制要求90 3.2 知识讲座：P I D控制与变频器91 3.2.1 变频器内置P I D原理91 3.2.2 中央空调变频风机的几种控制方式92 3.2.3 温度传感器及其相关仪表的选型95 3.3 技能训练一：A 700变频器P I D控制线路设计97 3.3.1 A 700变频器P I D操作97 3.3.2 A 700变频器P I D构成与动作98 3.4 技能训练二：变频器A 700的节能计算100 3.4.1 节能监视器100 3.4.2 节能瞬时、节能平均和节能累计值102 3.4.3 年度省电量和节能费用104 3.4.4 实际工程中风机和泵类负载的节能计算104 3.5 项目设计方案107 3.5.1 中央空调风机的变频节能硬件设计107 3.5.2 中央空调风机的变频器参数设置和调试109 3.6 技术答疑111 思考与练习118项目4 数控车床主轴的开环矢量控制121 4.1 项目背景及要求122 4.1.1 项目背景122 4.1.2 控制要求122 4.2 知识讲座：开环矢量控制与变频制动123 4.2.1 变频器矢量控制原理123 4.2.2 开环矢量控制方式125 4.2.3 变频器容量选择的依据130 4.2.4 电动机低频运行时所要考虑到的因素131 4.2.5 变频器制动原理132 4.2.6 变频器能耗制动的设计133 4.2.7 变频器能耗制动的应用135 4.3 技能训练一：变频器A 700的开环矢量调试137 4.3.1 A 700变频器离线自动调整137 4.3.2 A 700变频器在线自动调整140 4.3.3 开环矢量控制的实施步骤141 4.4 技能训练二：主轴变频器与制动单元及电阻的连接142 4.4.1 A 700变频器与专用外接制动电阻器的连接142 4.4.2 A 700变频器与制动单元F R-B U的连接143 4.4.3 A 700变频器与制动单元M T-B U 5的连接144 4.4.4 A 700变频器制动参数的设置与调试145 4.5 项目设计方案145 4.5.1 数控车床主轴驱动功率、转速范围和控制方式的确定145 4.5.2 华中H N C-21数控装置与变频器的连接148 4.5.3 数控车床主轴变频器的连线与调试149 4.6 技术答疑151 思考与练习156项目5 变频多传动在卧螺离心机上的应用158 5.1 项目背景及要求159 5.1.1 项目背景159 5.1.2 控制要求159 5.2 知识讲座：多传动变频的组成与通信160 5.2.1 共用直流母线方式的回馈制动160 5.2.2 变频器回馈制动的原理161 5.2.3 卧螺离心机电气控制结构164 5.2.4 离心机双变频系统的模型分析166 5.2.5 变频器共直流母线方案的应用173 5.2.6 双电动机离心机变频器的两种连接方法174 5.2.7 变频器的串口通信175 5.2.8 M o dbus总线177 5.3 技能训练一：变频器A 700的直流供电方式178 5.3.1 A 700变频器的直流供电模式一178 5.3.2 A 700变频器的直流供电模式二178 5.3.3 直流供电模式二的电梯变频器运行实例179 5.4 技能训练二：变频器A 700的通信测试181 5.4.1 A 700变频器通信端子熟悉181 5.4.2 A 700变频器P U口操作182 5.4.3 变频器R S485端子操作183 5.5 项目解决方案183 5.5.1 卧螺离心机变频器的硬件设计183 5.5.2 卧螺离心机变频器的参数设置184 5.5.3 采用通信控制的卧螺离心机硬件与参数设置185 5.6 技术答疑189 思考与练习193项目6 造纸收卷系统的闭环矢量控制195 6.1 项目背景及要求196 6.1.1 项目背景196 6.1.2 控制要求197 6.2 知识讲座：矢量控制与转矩控制197 6.2.1 闭环矢量控制方式197 6.2.2 变频器的转矩控制原理202 6.2.3 A B B变频器的D T C方式204 6.2.4 典型的张力控制系统207 6.3 技能训练一：变频器A 700矢量控制与转矩控制212 6.3.1 A 700变频器的编码器接口卡F R-A 7A P操作212 6.3.2 A 700变