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1、课题1 交流变频调速原理及应用课题2 交流变频调速系统装调与检修课题3 可编程控制器和交流变频器的综合运用课题4 步进电机控制系统的装调,课题1 交流变频调速原理及应用,1.了解交流变频器的结构组成和工作原理。2.掌握交流变频器的接线方法和装调技术。,一、变频器的结构和组成,变频器的作用,通用变频器主要由主电路和控制电路组成，而主电路又包括整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分，其基本构成框图如图所示。,交-直-交变频器的基本构成,1.变频器的主电路,交-直-交变频器的主电路,（1）整流电路整流电路又称电网侧变流器，它将频率固定的三相交流电变换成直流电，给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源
2、。（2）中间电路滤波电容CF、限流电阻RL与开关S、电源指示灯HL组成的滤波电路与制动电阻RB、制动三极管VB组成的制动电路称为中间电路。,（3）逆变器逆变器又称负载侧变流器，是变频器最主要的部分之一。主要作用是在控制电路的控制下，将整流输出的直流电转换为频率和电压都可调的交流电。最常见的结构形式是由六个主开关器件组成三相桥式逆变电路，有规律地控制主开关器件的通与断，得到任意频率的三相交流电输出。,2.变频器的控制电路,通用变频器的控制电路框图,（1）主控板主控板是变频器的核心，是运行的控制中心。主控板的核心器件是微控制器（单片微机）或数字信号处理器（DSP）。（2）键盘与显示板键盘与显示板总
3、是组合在一起，以便使操作人员与变频器实现人机对话。总的任务由操作人员按动键盘向主控板发出各种指令或信号，向变频器发出运行控制指令或修改运行数据等。,（3）电源板与驱动板变频器的内部电源普遍使用开关稳压电源。（4）外接控制电路外接电路可实现由电位器、主令电器、继电器及其他自控设备对变频器的运行控制，并输出其运行状态、故障报警、运行数据信号等。一般包括外部给定电路、外接输入控制电路、外接输出电路、报警输出电路等。,二、变频器的工作原理根据三相交流异步电动机的转速公式,可知，三相交流异步电动机的调速方法有三种：变频（f1）调速、变极（p）调速、变转差率（s）调速三种。,1.变极调速三相交流异步电动机
4、的变极调速是有级调速，通过改变磁极对数p，可以得到2:1调速、3:2调速、4:3调速及三速电动机等，调速的级数很少。2.变转差率调速变转差率调速一般仅适用于绕线型异步电动机，具体实现调速的方法很多。例如：转子串电阻的串级调速、调压调速等。随着s的增大，电动机的机械特性变软，效率降低。,3.变频调速（1）U/f 控制,异步电动机变频调速控制特性,（2）逆变的基本工作原理,三相逆变电路,（3）脉冲宽度调制（PWM）技术,PWM输出电压基本波形 SPWM的原理,三、变频器的接线和使用变频器在使用前，必须认真阅读产品说明书等有关资料，熟悉各输入、输出端子的名称、作用，接线时的注意事项以及变频器的操作方
5、法。1.变频器的接线卸下变频器的表面盖板，露出接线端子。端子分两种，体积大的是主回路端子，体积小的是控制回路端子。,（1）主回路接线及注意事项,电源和电动机的连接,（2）控制回路接线及注意事项控制电路端子分为接点输入、频率设定（模拟量输入）、继电器输出（异常输出）、集电极开路输出（状态检测）和模拟电压输出等五部分区域，各端子的功能可通过调整相关参数的值进行变更。,课题一 继电接触器控制电路的测绘与装调,2.操作面板 要使用变频器，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元（或称控制单元），并能按照使用现场的要求合理设置参数。FR-E700系列变频器的参数设置，通常利用固定在其上的操作面板实现（变频器
6、的操作面板不能从变频器上拆下），也可以使用连接到变频器PU接口的参数单元（FR-PU07）实现。使用操作面板可以进行运行方式、频率的设定，运行指令监视，参数设定、错误表示等。,2.操作面板（1）操作面板的名称和功能,变频器操作面板及各部分名称,旋钮、按键功能,旋钮、按键功能,运行状态显示,运行状态显示,（2）操作面板的使用1）运行模式的切换,2）按MODE键改变工作模式,3）频率设定模式在PU运行模式下，旋转M旋钮至要设定的频率（如50Hz），进行频率的数值变更，所设频率闪烁约5秒。在数值闪烁期间按下SET键设定频率，“F”和“50.00”交替闪烁，频率设定写入完成。4）监视器模式,5）参数设
7、定模式 参数设定,按MODE键使变频器进入参数设定模式：旋动M旋钮，选择参数Pr.79，用SET键确定之；然后再旋动M旋钮选择2，用SET键确定之。此时参数P.79和设定值2闪烁，表明Pr.79=2设定完成。,参数清除在参数设定模式下，还可进行参数的清除。在参数设定模式下旋转M旋钮直至显示Pr.CL，可进行参数清除，旋转M旋钮直至显示ALLC，可进行参数全部清除，旋转M旋钮直至显示Er.LC，可进行报警履历清除，旋转M旋钮直至显示Pr.CH，为初始值变更清单。,6）报警履历报警显示可显示过去8次的报警内容，最新一次的报警历史带有“.”符号。无报警履历显示。在报警显示时，每按一次SET键，报警显
8、示将按照发生报警时的输出频率输出电流输出电压通电时间的顺序切换显示。按下M旋钮将显示此报警在以往8次报警履历中的顺序。,3.变频器的运行模式,运行模式选择（Pr.79）,四、实训操作1.变频器的面板操作与运行2.变频器的外部运行操作3.变频器的组合操作,课题2 交流变频调速系统装调与检修,1.掌握交流变频器控制电动机的方法和装调技术。2.掌握交流变频器控制电动机的工变频变换的控制方法和装调技术。,用低压电器控制，就是在逻辑输入端子上接中间继电器的触点或交流接触器的触点，也可以接其它低压电器的触点。比较简单的控制电路常用这种方法。直接用PLC控制，就是把PLC的输出端子直接接在变频器的逻辑输入端
9、子上。这种方法线路简单，控制方便，但占用PLC较多的输出端子。变频器数量较少，且PLC输出点数够用时，可以采用这种方法。,一、变频器对电动机正反转控制,变频器的正反转控制线路,二、变频器对电动机多段速控制1.变频器的多段速度控制（1）七段速度的设定,七段速度对应的端子,七段速度运行接线图,运转速度对应接点及参数表,（2）十五段速度的设定,十五段速度运行接线图,运转速度段对应接点及参数表,运转速度段对应接点及参数表,（3）两段速度运行1）每个参数均能在0400Hz范围内被设定，且在运行期间参数值可以修改。2）在变频器运行或外部运行时，都可以进行多段速度参数的设定，但只有在外部操作模式或Pr.79
10、=3或4时，才能运行多段速度，否则不能。3）多段速度比主速度优先，但各参数之间的设定没有优先级。4）当用Pr.178Pr.184改变端子功能时，其运行将发生改变。,2.变频器的多段速度控制线路,变频器的三段速度控制线路,三、变频器对电动机变频、工频切换控制1.变频与工频切换的控制原理,变频与工频相互切换的控制原理图,2.相关参数及端子（1）参数介绍,课题一 继电接触器控制电路的测绘与装调,当电动机由变频器启动到达设定的切换频率时，自动由变频运行切换到工频运行。如果以后电动机的运行指令值达到或低于切换频率时，工频运行不会自动切换到变频器运行。若关断变频器的运行信号（STF或STR后再闭合），则由
11、工频运行切换到变频运行。（2）端子功能 选择了变频与工频相互切换功能时，输入信号的状态、功能与接触器ON/OFF状态的对应关系如表所示。,输入信号与接触器ON/OFF状态的对应关系,（2）端子功能,3.变频与工频切换动作过程电动机的变频与工频之间的相互切换，实际上就是通过控制变频器的输入端子MRS、CS、JOG、STF及RES与SD端子的通断来控制其输出端子IPF、OL、FU及变频器运行状态的改变。（1）信号状态电动机在进行变频与工频相互切换时，各输入信号与接触器状态之间的关系如表所示。,输入信号与接触器状态之间的关系,（2）信号动作顺序1）系统上电（STF，CS，MRS信号断开）。2）电动机
12、工频起动。3）电动机工频停止。4）电动机变频起动。5）电动机由变频切换到工频。6）电动机由工频切换变频。7）电动机变频停止。8）电动机变频再起动。,4.变频切换工频操作的注意事项（1）要切换工频的电机，停车方式设定为自由停车，切忌不能软停车。（2）从变频器输出端切断电机的接触器，其控制停止按钮与变频器停车按钮为同一复合按钮。（3）从变频器输出端切断电机的接触器，其控制启动按钮与变频器启动按钮联锁，即启动接触器接通电机后，变频方可启动。（7）工频到电动机应设一隔离断路器。,（4）电动机接入工频的接触器，其线圈控制回路由变频器输出端切断电机的接触器的常闭触点控制，保证变频器输出端切断电机后接入工频
13、。（5）如果切换过程迅速准确，即电机脱离电源惯性运行的时间越短，转速下降越少，越不存在“冲击”，既电机在额定电流下切换。（6）这里要注意电动机接入工频的相序要保证电机切换后转向一致。（7）工频到电动机应设一隔离断路器。,四、实训操作1.变频器控制电动机正反转,变频器控制正反转接线图,2.多段速选择变频器调速控制,多段速选择变频器调速控制,课题3 可编程控制器和交流变频器的综合运用,1.熟练掌握可编程控制器和交流变频器控制电动机的方法和装调技术。2.掌握可编程控制器和交流变频器控制电动机的工变频变换的控制方法和装调技术。,一、可编程控制器和变频器对电动机正反转的控制,PLC的I/O地址分配,PL
14、C和变频器组合控制电动机正反转电路,PLC和变频器组合控制电动机正反转梯形图（PLC的型号为FX2N-48MR系列，以下所有梯形图均以该型号的PLC为准）,二、可编程控制器和变频器对电动机多段速的控制,PLC的I/O地址分配,三、可编程控制器和变频器对电动机变频、工频切换的控制,PLC的I/O地址分配,变频、工频切换控制的PLC和变频器外部接线,变频器工、变频切换控制的PLC梯形,四、实训操作1.可编程控制器和变频器控制电动机正反转,PLC、变频器控制正反转接线图,2.可编程控制器和变频器的多段调速,a）开门 b）关门电梯轿厢开关门的速度曲线,电梯轿厢开关门的接线图,课题4 步进电机控制系统的
15、装调,1.了解步进电机的结构和工作原理。2.掌握步进电机驱动器参数的设置和调整的方法。3.掌握可编程控制器控制步进电机的方法和装调技术。,常见的步进电机外形图,一、步进电机的结构和工作原理1.步进电机的结构,步进电机结构图和分解图,2.步进电机的工作原理（1）使电动机产生转动的作用力表现的形式一种是由电磁作用原理产生的。作用力是定、转子两个磁场相互作用的结果，其作用力的来源类似于两个磁铁的同极性相排斥异极性相吸引而产生作用力的现象。另一种是由磁阻原理产生的。作用力则是由定、转子间气隙磁阻的变化产生的，当定子绕组通电时，产生一个单相磁场作用于转子，由于磁场在转子与定子之间的分布要遵循磁阻最小原则
16、。,（2）步进电机的工作原理,两相步进电机工作原理图,3.步进电机的常用术语（1）相数：指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。（2）步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。一般二相电机的步距角为1.8，即电机运动200步为一周。（3）静力矩：指步进电机通以额定电流但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的转矩接近静力矩。,（4）定位力矩：指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。（5）步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：（误差/步距角）100%。步进角的误差不累积。（6）
17、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。,（7）最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，电机不带负载的最高运行频率。（8）丢步（失步）：控制器给电机发了n个脉冲，步进电机并没有转动n个步距角。一般当电机力矩偏小、加速度偏大、速度偏高、摩擦力不均匀等都会使丢步现象发生。,（9）电机矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与脉冲频率关系的曲线称为电机矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。（10）步进电机的类型：步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）和混合式步进电机（
18、HB）等。,（11）步进电机的线圈极性：步进电机分双极性电机和单极性电机。,步进电机线圈的极性,（12）步进电机线圈的串、并联：许多两相步进电机有8根引线，这种电机既可以串联连接又可以并联连接。,步进电机线圈的串并联,二、两相混合式步进电机驱动器1.步进电机驱动器工作原理,步进电机驱动器控制原理,2.步进电机驱动器细分控制原理,步进电机细分原理,三、步进电机的接线方法1.步进电机驱动器的接线方法,a）共阳极接法 b）共阴极接法,c）差分方式典型接线方法,2.4、6和8线步进电机接线方法（1）四线电机和六线电机高速度模式：输出电流设成等于或略小于电机额定电流值。（2）六线电机高力矩模式：输出电流
19、设成电机额定电流的0.7倍。（3）八线电机并联接法：输出电流应设成电机单极性接法电流的1.4倍。（4）八线电机串联接法：输出电流应设成电机单极性接法电流的0.7倍。,步进电机的接线方法,四、步进电机PLC控制程序的设计1.PLC控制指令（1）PLSY是以指定的频率产生定量脉冲的指令（2）PLSY指令分析（3）输出完成后，特殊辅助继电器M8029置“1”,2.步进电机PLC控制程序的设计（1）确定PLC的I/O地址,（2）PLC和步进控制系统的连接,PLC和步进控制系统接线图,（3）步进电机驱动器的设置 在驱动步进电机运转的PLSY指令中，脉冲的个数=360/步距角，工作的频率=脉冲个数/运行时
20、间。不指定脉冲个数，则默认为65535个脉冲。在方向信号输入为0时，默认为反转。根据控制要求，步进电机驱动器的细分设置为1，SW1-SW3的设置为000，步进电机的步距角为1.8；电流设置为1.5A，SW5-SW7的设置为101。,（4）编辑梯形图程序,（5）步进电机控制系统的调试1）初始化程序2）步进电动机正转3）正传加速调整4）反转减速调整,五、步进电机驱动系统的装调与检修1.步进电机的选择（1）步距角的选择（2）静力矩的选择（3）电流的选择,选择步进电机的步骤,2.步进电机使用中的注意点（1）步进电机应使用于低速场合每分钟转速不超过1000转，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效
21、率高，噪音低。（2）步进电机尽量不使用整步状态，整步状态时振动较大。,（3）由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压。当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，但是要考虑温升的问题。（4）转动惯量大的负载应选择大机座号步进电机。（5）步进电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，这样可以达到两个优点，一是步进电机不失步，二是可以减少噪音，同时提高停止的定位精度。,（6）高精度使用时，应通过机械减速，提高步进电机速度，或采用高细分数的驱动器解决，也可以采用五相电机，但其整个系统的价
22、格较贵，生产厂家少。（7）步进电机不应在振动区内工作，如有必要，可通过改变电压、电流或加一些阻尼的方法加以解决。（8）使用时，应遵循先选步进电机，后选步进驱动器的原则。,课题一 继电接触器控制电路的测绘与装调,（6）高精度使用时，应通过机械减速，提高步进电机速度，或采用高细分数的驱动器解决，也可以采用五相电机，但其整个系统的价格较贵，生产厂家少；（7）步进电机不应在振动区内工作，如有必要，可通过改变电压、电流或加一些阻尼的方法加以解决；（8）使用时，应遵循先选步进电机，后选步进驱动器的原则。3.两相混合式步进电机驱动器的设置 以森创两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403型为例，说明参数的设置方法。如图所示。技术参数如表所示。,3.两相混合式步进电机驱动器的设置,4.步进电机控制系统的故障现象及检修（1）步进电机不转，故障分析及维修方法（2）步进电机过热报警，故障分析及维修方法（3）步进电机运行中发出尖叫声后停止，故障分析及维修方法（4）步进电机运行中动停止，故障分析及维修方法（5）步进电机运行中噪声大，故障分析及维修方法（6）步进电机运行无力，或者出力降低，故障分析及维修方法（7）步进电机在运行中出现失步，故障分析及维修方法,六、实训操作,PLC控制步进电机控制电路图,PLC控制步进电机的梯形图程序,
