變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)電路控變頻

1、變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)(七)第四講 設(shè)計(jì)電路控變頻4.1 正反控制記要領(lǐng)4.1.1 接通電源勿起步 4.1.1.1 電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)起動(dòng) 當(dāng)變頻器選擇由外接端子進(jìn)行控制時(shí)，要使變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，必須首先使變頻器控制端子中的“fwd”(正轉(zhuǎn))和“cm”端子或“rev”(反轉(zhuǎn))和“cm”端子之間接通。在停止?fàn)顟B(tài)下，如果接通“fwd”和“cm”，則變頻器開始運(yùn)行，其輸出頻率將按預(yù)置的升速時(shí)間上升至與給定信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，電動(dòng)機(jī)隨頻率的上升而逐漸起動(dòng)。在運(yùn)行狀態(tài)下，如果斷開“fwd”和“cm”，則變頻器停止運(yùn)行，其輸出頻率將按預(yù)置的降速時(shí)間下降為0hz，電動(dòng)機(jī)降速并停止。變頻器一般也可

2、以通過接通電源來直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，稱為“上電起動(dòng)”，如圖4-1(a)所示。但大多數(shù)變頻器不希望采用這種方式來起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，原因是:圖4-1 正轉(zhuǎn)的基本控制方式(1) 容易誤動(dòng)作因?yàn)榭刂齐娐肥桥c變頻器同時(shí)接通電源的，由于控制電路對(duì)電源電壓的要求甚高，其濾波電路的時(shí)間常數(shù)很大，故控制電源的電壓在接通電源后升高較緩慢，在尚未升高至正常電壓之前的臨界狀態(tài)，控制電路的工作有可能出現(xiàn)紊亂。盡管近代的變頻器對(duì)此已經(jīng)作了處理，但所作的處理仍須由控制電路來完成。因此，其準(zhǔn)確性和可靠性難以得到充分的保證;(2) 電動(dòng)機(jī)容易自由制動(dòng)當(dāng)通過接觸器km切斷電源來停機(jī)時(shí)，變頻器已經(jīng)不工作了，電動(dòng)機(jī)將處于自由制動(dòng)狀態(tài)，不能按預(yù)

3、置的降速時(shí)間來停機(jī)。但也有的變頻器經(jīng)過功能預(yù)置，可以選擇“上電起動(dòng)”，如lg-is5系列變頻器中，功能碼fu2-20(上電起動(dòng)選擇)是“起動(dòng)方式的選擇功能”:“0”不允許上電起動(dòng);“1”允許上電起動(dòng)。4.1.1.2 繼電器控制電路 如圖4-2，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止是由繼電器ka來完成的。在接觸器km和繼電器ka之間，有兩個(gè)互鎖環(huán)節(jié):圖4-2 繼電器控制的正轉(zhuǎn)電路(1) km未吸合前，ka是不能接通的，從而防止了先接通ka的誤動(dòng)作，觸點(diǎn)km(l-5)的作用就在于此; (2) 當(dāng)ka處于接通狀態(tài)時(shí)，km不能斷電，從而保證了只有在電動(dòng)機(jī)先停機(jī)的情況下，才能使變頻器切斷電源。觸點(diǎn)ka

4、(l-1)的功能就是在ka得電的情況下，使常閉按鈕sb1失去作用。4.1.1.3 自鎖控制電路采用繼電器控制的電路顯然較為復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化電路，變頻器設(shè)置了自鎖功能，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后可以“自鎖”。有的變頻器配置了專用端子如圖4-3(a)中的ef端和圖(b)中之hld端所示;也有的變頻器并無專用端子，須從可編程輸入端子中任選一個(gè)輸入端子，通過功能預(yù)置，使之具有自鎖功能。今以圖(a)為例，說明其工作特點(diǎn)如下:當(dāng)按下動(dòng)合(常開)按鈕sf時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，由于ef端子具有自鎖功能，故松開sf后，電動(dòng)機(jī)的將保持運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)按下動(dòng)斷按鈕st時(shí)，ef和com之間的聯(lián)系被切斷，自鎖解除，電動(dòng)機(jī)將減速并停止。這樣

5、，只需要兩個(gè)按鈕開關(guān)就可以進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止的控制了。圖4-3(b)所示，是自鎖功能的另一種接線方式，其特點(diǎn)是可以接受脈沖信號(hào)進(jìn)行控制。圖4-3 三線控制由于自鎖控制需要將控制線接到三個(gè)輸入控制端子，故在變頻器說明書中，常稱為“三線控制”方式。4.1.2 反轉(zhuǎn)不換主電路眾所周知，任意交換電動(dòng)機(jī)的兩根電源線，就可以更改電動(dòng)機(jī)輸入側(cè)的相序，從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，如圖4-4(a)所示。在變頻運(yùn)行的情況下，如何更改呢？圖4-4 更改電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向首先，更改變頻器輸入側(cè)的相序是毫無意義的。因?yàn)椴还茌斎雮?cè)的相序如何，在變頻器內(nèi)經(jīng)過全波整流后，成為了沒有相序概念的直流電路，因而對(duì)逆變后輸出電壓的相

6、序毫無影響。其次，更改變頻器輸出側(cè)的相序是可以的，但并不高明。因?yàn)橹麟娐返膶?dǎo)線一般較粗，更改時(shí)比較費(fèi)事，如圖4-4(b)所示。圖4-4 更改電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向在變頻調(diào)速的情況下，更改旋轉(zhuǎn)方向的方法如下:(1) 更改輸入控制端的接線 如圖(c)和圖(d)所示，當(dāng)“fwd-com”接通時(shí)為正轉(zhuǎn);如改為“rev-com”接通，便是反轉(zhuǎn)了。(2) 程序更改以三肯shf系列變頻器為例，功能碼cd050用于預(yù)置旋轉(zhuǎn)方向，其數(shù)據(jù)碼是:“0”正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)均可;“1”只可正轉(zhuǎn);“2”只可反轉(zhuǎn)。如果在預(yù)置為“1”的情況下，需要更改方向時(shí)，只需將cd050功能重新預(yù)置為“2”就可以了。4.2 升、降功能別看輕調(diào)頻少用電

7、位器4.2.1.1 升速端子和降速端子變頻器的輸入控制端中，有兩個(gè)端子，經(jīng)過功能設(shè)定，可以作為升速和降速之用。圖4-5 外接升、降速端子如圖4-5所示，通過對(duì)頻率給定方式的功能進(jìn)行設(shè)定后，可使“x1”和“x2”端子具有如下功能:“x1cm”接通頻率上升;“x1cm”斷開頻率保持或回復(fù)至原來的頻率;“x2cm”接通頻率下降;“x2cm”斷開頻率保持或回復(fù)至原來的頻率。4.2.1.2 用升、降速端子代替電位器如圖4-6所示，變頻器輸出頻率的上升或下降，由按鈕開關(guān)sb1和sb2來控制。圖4-6 用升降速端子給定代替電位器給定與電位器給定方式相比，升、降速端子給定具有如下優(yōu)點(diǎn):(1) 壽命長(zhǎng)電位器容易

8、磨損，而按鈕開關(guān)則不易損壞;(2) 調(diào)速精度高電位器給定屬于模擬量給定，而升、降速端子給定是數(shù)字量給定，故調(diào)節(jié)頻率的精度高;(3) 抗干擾能力強(qiáng)因?yàn)樯?、降速端子給定的控制信號(hào)是開關(guān)量，故抗干擾能力比模擬量給定強(qiáng)得多;(4) 控制靈活如便于進(jìn)行兩地或多地控制和同步控制等。4.2.2 兩對(duì)按鈕分兩地在實(shí)際生產(chǎn)中，常常需要在兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)都能對(duì)同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行升、降速控制。例如，某廠的鍋爐風(fēng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速時(shí)，要求在爐前和樓上控制室都能調(diào)速，等。比較簡(jiǎn)單的方法是利用變頻器輸入控制端子中的升速端子和降速端子來實(shí)現(xiàn)。圖4-7 兩地升降速控制如圖4-7，將變頻器輸入端子中的x1和x2分別預(yù)置為升速端子和降

9、速端子。將兩組按鈕開關(guān)分別裝在兩個(gè)操作盒內(nèi):操作盒ca內(nèi)裝按鈕開關(guān)sb1 、sb2和頻率計(jì)fa;操作盒cb內(nèi)裝按鈕開關(guān)sb3、sb4和頻率計(jì)fb。將sb1和sb3并聯(lián)，用于控制升速端子x1。則不論按sb1，或按sb3，變頻器都能升速;又將sb2和sb4并聯(lián)，用于控制降速端子x2。則不論按sb2，或按sb4，變頻器都能降速。如將變頻器的模擬量輸出端預(yù)置為020ma電流輸出，則兩個(gè)頻率計(jì)fa和fb串聯(lián)后接至fm和cm2之間。4.2.3 恒壓不用pid有的用戶希望使用他們所熟悉的電接點(diǎn)壓力表來進(jìn)行恒壓供水控制，這種壓力表在壓力的上限位和下限位以及指針本身都有電接點(diǎn)。比較直觀，也比較價(jià)廉，又不必進(jìn)行p

10、id控制，用戶較易掌握。因此，為一部分用戶所喜歡。具體電路如圖4-8所示，介紹如下:圖4-8 利用升、降速端子進(jìn)行恒壓控制首先，將變頻器輸入控制端中的x1端子預(yù)置為升速(up)端子;x2端子預(yù)置為降速(down)端子。將壓力表的上限觸點(diǎn)接至降速端子x2，當(dāng)壓力由于用水流量較小而升高，并超過上限值時(shí)，上限觸點(diǎn)使x2-com接通，變頻器的輸出頻率下降，水泵的轉(zhuǎn)速和流量也下降，從而使壓力下降。當(dāng)壓力低于上限值時(shí)，x2-com斷開，變頻器的輸出頻率停止下降;壓力表的下限觸點(diǎn)接至x1，當(dāng)壓力由于用水流量較大而降低，并低于下限值時(shí)，下限觸點(diǎn)使x1-com接通，變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速和流量也上升，

11、從而使壓力升高，當(dāng)壓力高于下限值時(shí)，x1-com斷開，變頻器的輸出頻率停止上升。一般說來，供水系統(tǒng)對(duì)水壓精度的要求較低，只要上、下限觸點(diǎn)的位置安排適當(dāng)，上述控制系統(tǒng)是能夠滿足要求的。4.2.4 同步控制微調(diào)易4.2.4.1 同步控制的概念多單元同步控制在塑料、印染以及造紙機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用，這些機(jī)械往往具有許多個(gè)傳動(dòng)單元，每個(gè)單元都有各自獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng)。而同時(shí)，又要求各單元間被加工物(布匹、紙張等)的運(yùn)行線速度相等，即實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。例如，在圖4-9所示的控制系統(tǒng)中，要求:圖4-9 多單元同步運(yùn)行v1v2v3式中，v1、v2、v3是各單元被加工物的線速度。4.2.4.2 同步運(yùn)行的控制要求(1

12、) 統(tǒng)調(diào)即:各單元要能夠同時(shí)升速和降速。統(tǒng)調(diào)是根據(jù)主令單元(通常是單元)對(duì)轉(zhuǎn)速的要求來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。(2) 微調(diào)當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)某單元的線速度不同步時(shí)，可以進(jìn)行微調(diào)(人工干預(yù))。4.2.4.3 控制電路示以三個(gè)單元的同步控制為例，其控制電路如圖4-10所示。圖4-10 同步控制電路(1) 統(tǒng)調(diào)統(tǒng)調(diào)的升速和降速由繼電器ka1和ka2來執(zhí)行。ka1的動(dòng)合觸點(diǎn)接至各變頻器的升速端子;ka2的動(dòng)合觸點(diǎn)接至各變頻器的降速端子。ka1和ka2又接受按鈕開關(guān)sb1(升速)和sb2(降速)的控制:按下sb1，繼電器ka1得電，其觸點(diǎn)使變頻器uf1、uf2、uf3的升速端子x1同時(shí)得到信號(hào)，各單元電動(dòng)機(jī)同時(shí)升速;按

13、下sb2，繼電器ka2得電，其觸點(diǎn)使變頻器uf1、uf2、uf3的降速端子x2同時(shí)得到信號(hào)，各電動(dòng)機(jī)同時(shí)降速。(2) 微調(diào)各單元的微調(diào)分別由按鈕開關(guān)sb11、sb21、sb31(升速)和sb12、sb22、sb32(降速)來進(jìn)行。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)2單元的線速度偏慢時(shí)，只需接一下sb21，使變頻器uf2的輸出頻率和電動(dòng)機(jī)m2的轉(zhuǎn)速升高，以提高2單元的線速度。4.3 多擋轉(zhuǎn)速動(dòng)腦筋4.3.1 一個(gè)按鈕三端控4.3.1.1 多擋轉(zhuǎn)速的控制方法變頻器的外接輸入控制端子中，通過功能預(yù)置，可以將若干個(gè)(通常為24個(gè))輸入端作為多擋(316擋)轉(zhuǎn)速控制端。其轉(zhuǎn)速的切換由外接開關(guān)器件的狀態(tài)組合來實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速的擋次是

14、按二進(jìn)制的順序排列的，故二個(gè)輸入端可以組合成3或4擋(“0”狀態(tài)不計(jì)時(shí)為3擋，“0”狀態(tài)計(jì)入時(shí)為4擋)轉(zhuǎn)速，三個(gè)輸入端可以組合成7或8擋(“0”狀態(tài)不計(jì)時(shí)為7擋，“0”狀態(tài)計(jì)入時(shí)為8擋)轉(zhuǎn)速，四個(gè)輸入端可以組合成15或16擋(“0”狀態(tài)不計(jì)時(shí)為15擋，“0”狀態(tài)計(jì)入時(shí)為16擋)轉(zhuǎn)速。今以三個(gè)輸入端為例，說明如下:圖4-11 變頻器的多檔轉(zhuǎn)速控制如圖4-11所示，假設(shè)輸入端子x1、x2、x3被預(yù)置為多擋轉(zhuǎn)速的信號(hào)輸入端，則通過繼電器ka1、ka2、ka3的不同組合，可輸入7擋(或8擋)轉(zhuǎn)速信號(hào)。由于三個(gè)端子是任選的，又由于每一個(gè)端子代表二進(jìn)制數(shù)字中的一“位”。因此，在把三個(gè)端子預(yù)置為多擋轉(zhuǎn)速功能

15、時(shí)，必須注意它們的順序。通常，說明書中的“多擋轉(zhuǎn)速端子1”為最低位;“多擋轉(zhuǎn)速端子2”為較高位;“多擋轉(zhuǎn)速端子3”為又高位;以此類推。當(dāng)x1預(yù)置為最低位、x2預(yù)置為中間位、x3預(yù)置為最高位時(shí)，轉(zhuǎn)速擋次與各輸入端狀態(tài)之間的關(guān)系如表4-1所示。表4-1 轉(zhuǎn)速檔次與各輸入端狀態(tài)之間的關(guān)系4.3.1.2 需要預(yù)置的功能在使用多擋轉(zhuǎn)速功能時(shí)，須進(jìn)行兩步預(yù)置:第一步:通過預(yù)置，確定哪幾個(gè)輸入端子為多擋轉(zhuǎn)速輸入端子;第二步:預(yù)置與各擋轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的工作頻率。舉例如下:康沃cvf-g2系列變頻器第一步:將功能碼l-63預(yù)置為“1”、l-64預(yù)置為“2”、l-65預(yù)置為“3”，l-66預(yù)置為“4”，則輸入控制端子x

16、1、x2、x3、x4即成為多擋轉(zhuǎn)速輸入端子。第二步:通過功能碼-18-32分別預(yù)置各擋(15擋)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率。如表4-2所示。表4-2多檔轉(zhuǎn)速的功能設(shè)定(康沃)4.3.2 控制方法plc用4.3.2.1 多擋轉(zhuǎn)速的控制特點(diǎn) 變頻器在實(shí)現(xiàn)多擋轉(zhuǎn)速控制時(shí)，需要解決如下的問題:一方面，變頻器每個(gè)輸出頻率的擋次需要由三個(gè)輸入端的狀態(tài)來決定;另一方面，操作人員切換轉(zhuǎn)速所用的開關(guān)器件通常為按鈕開關(guān)或觸摸開關(guān)，每個(gè)擋次只有一個(gè)觸點(diǎn)。所以，必須解決好轉(zhuǎn)速選擇開關(guān)的狀態(tài)和變頻器各控制端狀態(tài)之間的變換問題，如圖4-12所示針對(duì)這種情況，通過plc來進(jìn)行控制是比較方便的。圖4-12 多檔轉(zhuǎn)速控制特點(diǎn)4.

17、3.2.2 控制實(shí)例 某生產(chǎn)機(jī)械有7檔轉(zhuǎn)速，通過7個(gè)選擇按鈕來進(jìn)行控制。(1) 控制電路如圖4-13所示，說明如下:圖4-13 多檔速的plc控制電路plc的輸入電路plc的輸入端x1x7分別與按鈕開關(guān)sb1sb7相接，用于接受7擋轉(zhuǎn)速的信號(hào)。plc的輸出電路輸出端y1、y2、y3分別接至變頻器輸入控制端的s1、s2、s3，用于控制s1、s2和s3的狀態(tài)。(2) 梯形圖之一(sb1sb7為非自動(dòng)復(fù)位型按鈕開關(guān))，如圖4-14所示。圖4-14 采用非自動(dòng)復(fù)位按鈕的梯形圖觀察圖4-12中之端子狀態(tài)表，可得到如下規(guī)律:s1在第1、3、5、7擋轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:plc的x1、x3、x

18、5、x7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則y1“動(dòng)作”變頻器的s1端得到信號(hào);s2在第2、3、6、7擋轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:plc的x2、x3、x6、x7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則y2“動(dòng)作”變頻器的s2端得到信號(hào);s3在第4、5、6、7擋轉(zhuǎn)速時(shí)都處于接通狀態(tài)，故:plc的x4、x5、x6、x7中只要有一個(gè)得到信號(hào)，則y3“動(dòng)作”變頻器的s3端得到信號(hào)?，F(xiàn)以用戶選擇第3檔轉(zhuǎn)速為例，說明其工作情況如下:按下sb3x3“動(dòng)作”y1和y2“動(dòng)作”變頻器的s1、s2端子得到信號(hào)，變頻器將在第3檔轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。(3) 梯形圖之二(sb1sb7為自動(dòng)復(fù)位型按鈕開關(guān)由于sb1sb7采用了自動(dòng)復(fù)位型按鈕開關(guān)，plc輸入

19、端子x1x7得到的信號(hào)不能保持，故需借助plc中的中間繼電器m1m7，使各轉(zhuǎn)速檔次的信號(hào)保持下來，如圖4-15所示。圖4-15 采用自動(dòng)復(fù)位按鈕的梯形圖現(xiàn)說明如下:按下sb1x1得到信號(hào)m1“動(dòng)作”并自鎖，m1保持第1轉(zhuǎn)速的信號(hào)。當(dāng)按下sb2sb7中任何一個(gè)按鈕開關(guān)(x2x7中有一個(gè)得到信號(hào))時(shí)m1釋放。即:m1僅在選擇第1擋轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。按下sb2x2得到信號(hào)m2“動(dòng)作”并自鎖，m2保持第2擋轉(zhuǎn)速的信號(hào)。當(dāng)按下除sb2以外的任何一個(gè)按鈕開關(guān)時(shí)m2釋放。即:m2僅在選擇第2擋轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。以此類推:m3僅在選擇第3擋轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;m4僅在選擇第4擋轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;m5僅在選擇第5擋轉(zhuǎn)速時(shí)

20、“動(dòng)作”;m6僅在選擇第6擋轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”;m7僅在選擇第7擋轉(zhuǎn)速時(shí)“動(dòng)作”。與圖4-14類似:m1、m3、m5、m7中只要有一個(gè)接通，則y1“動(dòng)作”變頻器的s1端接通;m2、m3、m6、m7中只要有一個(gè)接通，則y2“動(dòng)作”變頻器的s2端接通;m4、m5、m6、m7中只要有一個(gè)接通，則y3“動(dòng)作”變頻器的s3端接通?，F(xiàn)以用戶選擇第5擋轉(zhuǎn)速為例，說明其工作情況如下:按下sb5x5得到信號(hào)m5“動(dòng)作”，同時(shí)，如果在此之前m1、m2、m3、m4、m6、m7中有處于動(dòng)作狀態(tài)的話，都將釋放y1、y3“動(dòng)作”變頻器的s1、s3端子接通，變頻器將在第5擋轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。4.4 輸出端子勿冷清4.4.1 狀態(tài)顯示

21、常常用4.4.1.1 狀態(tài)輸出端子大部分變頻器的多功能輸出信號(hào)都是晶體管集電極開路輸出的，如圖4-16所示。主要的應(yīng)用方式如下。圖416 多功能輸出端子（1）繼電器方式即由低壓繼電器ka接受信號(hào)。當(dāng)輸出端子y1gnd導(dǎo)通時(shí)，ka線圈得電，其觸點(diǎn)用以控制相關(guān)的電路。為了保護(hù)變頻器內(nèi)的輸出晶體管，ka線圈的兩端應(yīng)反并聯(lián)一個(gè)二極管vd，為線圈在斷電時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)提供釋放回路。（2）光耦方式即由光電耦合管vb的二極管接受信號(hào)。當(dāng)輸出端子y2gnd或y3gnd導(dǎo)通時(shí)，vb的二極管部分得到電流，其三極管部分用以控制相關(guān)的電路?？晒┻x擇的狀態(tài)輸出功能有:·變頻器準(zhǔn)備就緒當(dāng)變頻器的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作都已經(jīng)準(zhǔn)

22、備就緒，電動(dòng)機(jī)可以起動(dòng)時(shí)，端子為“on”。 ·變頻器運(yùn)行中當(dāng)變頻器正在運(yùn)行時(shí)，端子為“on”。·零轉(zhuǎn)速運(yùn)行中變頻器的輸出頻率為0hz，但輸出電壓不為0，電動(dòng)機(jī)仍保持足夠大的轉(zhuǎn)矩時(shí)，端子為“on”。·程序運(yùn)行中變頻器在程序控制的運(yùn)行過程中，端子為“on”。·程序運(yùn)行一個(gè)周期結(jié)束信號(hào)變頻器處于程序控制方式，每一個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束時(shí)，端子為“on”。·程序運(yùn)行換步信號(hào)變頻器在每個(gè)程序段結(jié)束，轉(zhuǎn)入下一步時(shí)，端子為“on”。·程序運(yùn)行結(jié)束程序控制全部結(jié)束時(shí)，端子為“on”。·定時(shí)器到達(dá)變頻器內(nèi)部定時(shí)器的指定值到達(dá)時(shí)，端子為“on

23、”。·設(shè)定計(jì)數(shù)值到達(dá)變頻器內(nèi)部計(jì)數(shù)器的指定值到達(dá)時(shí)，端子為“on”。·過載預(yù)置報(bào)警變頻器已經(jīng)處于過載狀態(tài)，但尚未跳閘時(shí)，端子“on”。·外部故障停機(jī)變頻器因外部故障而停機(jī)時(shí)，端子為“on”。4.4.1.2 應(yīng)用實(shí)例某起升機(jī)構(gòu)，希望顯示“零速運(yùn)行”和“停止”，以及“上升”和“下降”，變頻器為安川g7a系列。根據(jù)上述用戶要求，這里提供一個(gè)參考電路，如圖417所示。由于g7a系列變頻器的多功能輸出中，只有“運(yùn)行中”的信號(hào)，沒有停止中的信號(hào);只有“反轉(zhuǎn)中”信號(hào)，沒有正轉(zhuǎn)中信號(hào)。所以，借助中間繼電器的動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)和動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)來區(qū)分。圖中，ka1為“運(yùn)行中”繼電器，

24、ka2為“反轉(zhuǎn)中”繼電器。將功能碼h202預(yù)置為“0”，則輸出端子p1pc間在變頻器運(yùn)行過程中導(dǎo)通;將功能碼h203預(yù)置為“1a”，則輸出端子p2pc間在反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)通;將功能碼h204預(yù)置為“1”，則輸出端子p3c3間在變頻器零速運(yùn)行時(shí)導(dǎo)通;變頻器在停機(jī)狀態(tài)下，輸出端子p1無信號(hào)，繼電器ka1斷電，發(fā)光二極管vh2點(diǎn)亮，顯示“停機(jī)”;當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)，p1pc導(dǎo)通，ka1得電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)使vh1熄滅，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。如正在上升（正轉(zhuǎn)），則p2無信號(hào)，繼電器ka2斷電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)使vh4點(diǎn)亮;如正在下降（反轉(zhuǎn)），則p2pc導(dǎo)通，ka2得電，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，vh4熄滅;動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，vh3點(diǎn)亮;當(dāng)變頻

25、器處于零速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，p3c3導(dǎo)通，vh1點(diǎn)亮。圖417多功能輸出的應(yīng)用實(shí)例4.4.2 頻率檢測(cè)靈活用4.4.2.1 頻率到達(dá)與頻率檢測(cè)兩種功能都是說明變頻器的輸出頻率是否到達(dá)某一水平的信號(hào)。但在“到達(dá)頻率”的設(shè)定方式上則有所區(qū)別，說明如下。（1）頻率到達(dá) 指變頻器的輸出頻率fx是否已經(jīng)到達(dá)由給定信號(hào)給定的頻率fg，如圖418（a）所示。圖中，f為允許誤差范圍。當(dāng)fxfg±f時(shí)，輸出端子（如y1）將處于“on”（導(dǎo)通）狀態(tài);當(dāng)fxfg±f時(shí)，端子y1處于“off”（截止）狀態(tài)。（2）頻率檢測(cè) 頻率檢測(cè)與頻率到達(dá)的區(qū)別主要有二。頻率檢測(cè)并非以給定頻率作為檢測(cè)的依據(jù)，而可以任意

26、設(shè)定一個(gè)頻率值fset作為檢測(cè)的依據(jù)。當(dāng)fx到達(dá)fset時(shí)，輸出端子（如y1）將處于“on”（導(dǎo)通）狀態(tài)，如圖418（b）所示。當(dāng)fx從fset下降時(shí)，可以預(yù)置一個(gè)滯后頻率fh，當(dāng)fxfgfh時(shí)，端子y1處于“off”（截止）狀態(tài)。圖418 頻率到達(dá)與頻率檢測(cè)4.4.2.2 應(yīng)用示例攪拌機(jī)與傳輸帶之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)時(shí)，為了防止物料在傳輸帶上堆積，要求: （1）傳輸帶工作頻率大于30hz時(shí)，攪拌機(jī)才能起動(dòng);（2）如傳輸帶工作頻率小于25hz，攪拌機(jī)必須停機(jī)。攪拌機(jī)與傳輸帶之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系如圖419（b）所示。圖419 攪拌機(jī)與傳輸帶聯(lián)動(dòng)控制m1拖動(dòng)攪拌機(jī)的電動(dòng)機(jī);uf1控制m1的變頻器;m2拖

27、動(dòng)傳輸帶的電動(dòng)機(jī);uf2控制m2的變頻器;ka控制uf1是否運(yùn)行的繼電器，其動(dòng)作由uf2的y2輸出端控制。將變頻器uf2的y2輸出端的功能預(yù)置為“頻率檢測(cè)”，并將檢測(cè)頻率fset預(yù)置為30hz，滯后頻率fh預(yù)置為5hz，則y2的輸出信號(hào)如圖4-19(a)所示，系統(tǒng)的工作情況如下:當(dāng)uf2的輸出頻率上升至30hz以上時(shí)，y2導(dǎo)通，繼電器ka得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，uf1開始起動(dòng);如果uf2的輸出頻率下降到（30525）hz以下時(shí)，y2截止，ka斷電，uf1降速并停止。4.5 閉環(huán)控制p、i4.5.1 自動(dòng)調(diào)整用閉環(huán) 4.5.1.1 閉環(huán)控制的目的以空氣壓縮機(jī)的恒壓控制系統(tǒng)為例，如圖420

28、所示。其基本工作過程是:電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)空氣壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，使之產(chǎn)生壓縮空氣，并儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣罐中。儲(chǔ)氣罐中空氣壓力的大小取決于空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣的能力（在本系統(tǒng)中，就是取決于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nm）和用戶用氣量之間的平衡狀況。為了保證供氣質(zhì)量，要求儲(chǔ)氣罐的空氣壓力穩(wěn)定在某一個(gè)數(shù)值上。這個(gè)數(shù)值，是我們的控制目標(biāo)，稱之為目標(biāo)壓力，用pt表示。恒壓控制對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的具體要求是:當(dāng)用戶的用氣量增加，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的實(shí)際壓力px小于目標(biāo)壓力pt時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)加速，使儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力上升至目標(biāo)值，如圖420（a）所示。圖420 閉環(huán)控制的目的反之，當(dāng)用戶的用氣量減少，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的實(shí)際壓力px大于目標(biāo)壓力pt時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)減速，使儲(chǔ)

29、氣罐內(nèi)的壓力下降至目標(biāo)值，如圖420(b)所示。圖421 目標(biāo)信號(hào)與反饋信號(hào)這就是閉環(huán)控制所要達(dá)到的目的。4.5.1.2 目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)如圖421，與目標(biāo)壓力對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，稱為目標(biāo)信號(hào)，用xt表示。在變頻器中，xt也稱為目標(biāo)值或給定值。與儲(chǔ)氣罐內(nèi)的實(shí)際壓力對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，稱為反饋信號(hào)，由壓力傳感器測(cè)出，用xf表示。在變頻器中，xf也稱反饋量或當(dāng)前值。在恒壓控制系統(tǒng)中，要求xf永遠(yuǎn)無限接近于xt:xfxt。4.5.1.3 恒壓控制的工作過程要使拖動(dòng)系統(tǒng)中的某一個(gè)物理量（例如壓力）穩(wěn)定在所希望的數(shù)值上，變頻器的工作過程具有兩個(gè)方面。一方面，系統(tǒng)將根據(jù)給定的目標(biāo)信號(hào)來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行;另一方面，又

30、必須把反饋信號(hào)反饋給變頻器，使之與目標(biāo)信號(hào)不斷地進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來實(shí)時(shí)地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。仍以空氣壓縮機(jī)的恒壓控制系統(tǒng)為例，如圖422所示。圖422 閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖（1）閉環(huán)控制的信號(hào)安排·目標(biāo)信號(hào) 在圖中，目標(biāo)信號(hào)由電位器rp根據(jù)需要人為地給定，接至變頻器的給定輸入端vi1。·反饋信號(hào) 通過傳感器sp測(cè)得，接至變頻器的反饋輸入端ii。（2） 閉環(huán)控制的工作過程·空氣壓力px不足xfxt（xtxf）0變頻器的輸出頻率fx電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nx空氣壓力px，直至px與目標(biāo)壓力pt相等為止;·空氣壓力px過大xfxt（xtxf）0變

31、頻器的輸出頻率fx電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nx空氣壓力px，直至px與目標(biāo)壓力pt相等為止。4.5.2 又快又穩(wěn)pid搬4.5.2.1 問題的提出變頻器的輸出頻率fx既然取決于目標(biāo)信號(hào)xt和反饋信號(hào)xf之間的偏差x（xtxf）。那么，能否直接把偏差x直接作為頻率給定信號(hào)xg呢？如上述，閉環(huán)控制的目的是使xfxt，或x0。如果xgx0，則變頻器的輸出頻率必下降為fx0，如圖423所示，空氣壓縮機(jī)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。顯然，這將不可能使儲(chǔ)氣罐的壓力保持穩(wěn)定。于是出現(xiàn)了明顯的矛盾。圖423 出現(xiàn)的問題圖424 引入比例增益一方面，要求頻率給定信號(hào)xg與偏差信號(hào)x成正比;另一方面，偏差信號(hào)x又不能直接作為頻率給定信號(hào)xg。

32、4.5.2.2 比例增益的引入 根據(jù)頻率給定信號(hào)xg與差值x成正比的特點(diǎn)，如果將偏差信號(hào)x放大kp倍后再作為頻率給定信號(hào)xg，如圖424所示。即:xgkpxkp（xtxf） （41）式中:xg變頻器的頻率給定信號(hào);kp比例增益（放大倍數(shù)）xt目標(biāo)信號(hào);xf反饋信號(hào);x偏差信號(hào)。則:當(dāng)電動(dòng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速nx運(yùn)行，其對(duì)應(yīng)的頻率和給定信號(hào)分別是fx和xg時(shí)，有:（42）由式（42）知，比例增益越大，則偏差x越小，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力越接近于目標(biāo)值，如表43所示。4.5.2.3 比例環(huán)節(jié)存在的問題（1）比例增益kp的大小，一方面決定了實(shí)際壓力接近目標(biāo)壓力的快慢和偏差的大小，如圖4-25（b）所示;另一方面，k

33、p越大，雖然可使偏差x迅速減小，但x不能消除。就是說，實(shí)際壓力將不可能達(dá)到目標(biāo)壓力，如表4-3所示。表4-3 比例增益與靜差的關(guān)系（2）當(dāng)實(shí)際壓力發(fā)生改變，到空氣壓縮機(jī)作出修正之間，存在著若干個(gè)時(shí)間上的滯后環(huán)節(jié)，如:傳感器測(cè)出壓力變化并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的環(huán)節(jié)、變頻器得到反饋信號(hào)的變化到調(diào)整輸出頻率的環(huán)節(jié)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整環(huán)節(jié)，以及儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力變化環(huán)節(jié)等。當(dāng)比例增益很大時(shí)，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力將很快地調(diào)整到目標(biāo)壓力，但滯后環(huán)節(jié)卻不能迅速地“跟上”，等到滯后環(huán)節(jié)跟上來了，實(shí)際壓力卻“調(diào)過了頭”，發(fā)生超調(diào)。于是又反方向調(diào)整，。如此反復(fù)調(diào)整，導(dǎo)致系統(tǒng)的振蕩，如圖425（b）中之曲線所示。圖425p調(diào)節(jié)及其結(jié)果

34、4.5.2.4 積分與微分環(huán)節(jié)的引入 （1） 比例積分環(huán)節(jié) 為了防止超調(diào)，可以適當(dāng)減小比例增益kp，而增加積分環(huán)節(jié)，使頻率給定信號(hào)為:（43）如圖426（a）所示。kp減小后，減緩了實(shí)際壓力接近目標(biāo)壓力的速度，避免了振蕩。同時(shí)，只要有偏差存在，積分就不會(huì)停止，直到偏差等于0為止，從而有效地消除了偏差，如圖4-26（b）所示。圖426 pi調(diào)節(jié)及其結(jié)果（2） 比例微分環(huán)節(jié) 對(duì)于某些容易發(fā)生振蕩的系統(tǒng)，kp只能設(shè)定得小一些，于是又會(huì)發(fā)生當(dāng)用氣量急劇變化時(shí)，被控量（壓力）難以迅速恢復(fù)的情況。微分控制是根據(jù)偏差變化率 的大小，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作:（44）

35、如圖427（a）所示。圖427 pd調(diào)節(jié)及其結(jié)果pd調(diào)節(jié)的結(jié)果，縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，如圖427（b）所示。（3）pid調(diào)節(jié)把比例、積分和微分環(huán)節(jié)結(jié)合起來，如圖4-28（a）所示。其結(jié)果是：圖428 pid調(diào)節(jié)及其結(jié)果一方面，能夠有效地消除偏差，得到較好的靜態(tài)控制指標(biāo);另一方面，又能在偏差出現(xiàn)時(shí)，使系統(tǒng)迅速地恢復(fù)到目標(biāo)值，從而得到較好的動(dòng)態(tài)控制指標(biāo)，如圖4-28（b）所示。4.5.2.5 比例帶的概念比例增益的倒數(shù)，稱為比例帶:（45）式中:p比例帶。比例帶的物理意義，是在上、下限都相等的前提下，按比例放大的區(qū)域。由式（45）知，比例帶p越小，則比例增益kp越大。4.5.2.6 pid有效后變頻器功

36、能的變化當(dāng)pid功能有效時(shí)，變頻器功能的主要變化如下。（1）給定信號(hào) 不論是鍵盤給定，或是外接給定，所給定的信號(hào)不再是頻率給定信號(hào)，而是目標(biāo)值給定信號(hào)xt。（2）加、減速時(shí)間 當(dāng)pid功能有效時(shí)，變頻器所預(yù)置的加速時(shí)間和減速時(shí)間都不再起作用。其速度的改變僅僅根據(jù)p、i、d的運(yùn)算結(jié)果來決定。（3）顯示內(nèi)容 當(dāng)pid功能有效時(shí)，顯示屏上顯示的目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)都是百分?jǐn)?shù)。4.5.2.7 pid的工作過程圖429所示是變頻調(diào)速恒壓供氣系統(tǒng)在正常工況下的pid調(diào)節(jié)過程。圖429（a）所示是用戶用氣量q的變化情形;圖429（b）所示是儲(chǔ)氣罐的壓力p（與之對(duì)應(yīng)的反饋量是xf）

37、的變化情形，由于pid調(diào)節(jié)的結(jié)果，它的變化是很小的;圖429（c）所示是用氣量q發(fā)生變化（從而儲(chǔ)氣罐的壓力也變化）時(shí)，pid的調(diào)節(jié)量pid，調(diào)節(jié)量pid只是在壓力反饋量xf與目標(biāo)值xt之間有偏差時(shí)才出現(xiàn)。在無偏差的情況下，pid0;圖429（d）所示是變頻器輸出頻率fx和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nx的變化情形。具體工作過程如下。（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 用戶的用氣量無變化時(shí)，氣壓p穩(wěn)定而無變化，反饋信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)相等（xfxt），pid的調(diào)節(jié)量pid為0，電動(dòng)機(jī)在頻率fx下勻速運(yùn)行，如圖429中之0t1段;（2）用氣量增加 當(dāng)用氣量增大時(shí)，儲(chǔ)氣罐的壓力p有所下降，反饋信號(hào)xf減小，偏差信號(hào)（xtxf）則增大

38、，pid產(chǎn)生正的調(diào)節(jié)量（pid為“”），變頻器的輸出頻率fx和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nx上升，壓力回復(fù)，如圖429中之t1t2段。當(dāng)壓力p由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而恢復(fù)到目標(biāo)值時(shí)，pid的調(diào)節(jié)量減小為0（pid0），變頻器的輸出頻率fx和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nx不再上升，儲(chǔ)氣罐的壓力在新的平衡狀態(tài)（qgqu）下穩(wěn)定運(yùn)行，如圖429中之t2t3段。（3）用氣量減小 當(dāng)用氣量減少時(shí)，儲(chǔ)氣罐的壓力上升，反饋信號(hào)xf增大，偏差信號(hào)（xtxf）則減小，pid產(chǎn)生負(fù)的調(diào)節(jié)量（pid為“”）。結(jié)果是變頻器的輸出頻率fx和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nx下降，壓力又開始回復(fù)，如圖429中之t3t4段。圖429恒壓供水的正常工況當(dāng)壓力大小由于電動(dòng)機(jī)

39、轉(zhuǎn)速的降低而重又回復(fù)到目標(biāo)值時(shí)，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，如圖429中t4以后的情形。4.5.3 目標(biāo)要由量程判4.5.3.1 傳感器的接線傳感器是各種物理量的檢測(cè)裝置，其任務(wù)是將被控量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)或電流信號(hào)。以壓力傳感器為例，其接線方法如圖430所示，圖430（a）是電壓輸出型，其輸出電壓與被測(cè)壓力成正比，通常是15或05。圖430（b）是電流輸出型，其輸出電流與被測(cè)壓力成正比，通常是420ma或020ma。圖430 壓力傳感器接線圖4.5.3.2 反饋信號(hào)的接入以空氣壓縮機(jī)為例，接線方法如圖431所示，其被控量是儲(chǔ)氣罐的空氣壓力，sp是壓力傳感器。由于該變頻器并未配置24v的電源，故外接一個(gè)直流

40、電源。接法如下:sp的紅線接至電源“”端;黑線接至變頻器的電流信號(hào)輸入端ii，變頻器的gnd端接至電源的“”端。這樣，與被測(cè)壓力成正比的電流信號(hào)，就從ii端進(jìn)入變頻器，變頻器就得到了壓力反饋信號(hào)。有的變頻器為用戶提供了24v的直流電源，接線就比較簡(jiǎn)單一些。4.5.3.3 目標(biāo)信號(hào)的確定因?yàn)槟繕?biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)常常并不是同一種物理量，難以直接進(jìn)行比較。所以，大多數(shù)變頻器的目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)都用傳感器（sp）量程的百分?jǐn)?shù)來表示。例如，要求儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣壓力保持為0.6mpa，傳感器的輸出信號(hào)為420ma的電流信號(hào)，則:當(dāng)sp的量程為01mpa時(shí)，與0.6mpa對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)為60，對(duì)應(yīng)的信號(hào)電流為:x

41、t4（204）×0.613.6ma目標(biāo)值定為60，如圖432（a）所示。 當(dāng)sp的量程為05mpa時(shí)，與0.6mpa對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)為12，對(duì)應(yīng)的信號(hào)電流為:xt4（204）×0.125.92ma目標(biāo)值定為12，如圖432（b）所示。圖432 確定目標(biāo)信號(hào)4.5.4 控制邏輯分正反4.5.4.1 負(fù)反饋以圖433（a）所示的空氣壓縮機(jī)恒壓控制為例，當(dāng)壓力px由于用氣量增大而低于目標(biāo)壓力pt時(shí)，反饋信號(hào)下降（xf），要求變頻器的輸出頻率上升（fx），以提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（nx），使儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力保持恒定。這種反饋量的變化趨勢(shì)與變頻器輸出頻率的變化趨勢(shì)相反的控制方式，稱為負(fù)

42、反饋，如圖433（b）所示。由于閉環(huán)控制中，負(fù)反饋控制較多，故有的變頻器把這種控制邏輯稱為正邏輯。4.5.4.2 正反饋以圖434（a）所示的房間恒溫控制為例，當(dāng)室內(nèi)溫度高于目標(biāo)溫度（xt）時(shí)，反饋信號(hào)上升（xf），要求變頻器的輸出頻率也上升（fx），以提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（nx），加大冷空氣吹入室內(nèi)的風(fēng)量，使室內(nèi)溫度保持恒定。這種反饋量的變化趨勢(shì)與變頻器輸出頻率的變化趨勢(shì)相同的控制方式，稱為正反饋，如圖434（b）所示。圖433負(fù)反饋控制有的變頻器把這種控制邏輯稱為負(fù)邏輯。圖434正反饋控制圖435電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制4.5.5 起動(dòng)過程應(yīng)減慢某些拖動(dòng)系統(tǒng)在剛起動(dòng)時(shí)，反饋信號(hào)為“0”。和目標(biāo)信號(hào)之間的偏差值x很大，積分運(yùn)算的結(jié)果迅速到達(dá)上限值，出現(xiàn)了積分飽和現(xiàn)象，使pi