变频器连接电路的注意事项

1.产品简介

变频器是一种感应电动机通用的变频调速控制装置，它可用于普通感应电动机或变频电动机的调速控制，是国产普及型数控机床常用的主轴驱动器。

三菱公司是日本研发、生产变频器最早的企业和进入中国市场最早的变频器产品之一，其产品规格齐全、使用简单、调试容易、可靠性好。常用的三菱变频器有图6.2-10所示的FR-500与FR-700两大系列，FR-500系列为20世纪末期推出的产品，有较大的市场占有率；FR-700系列为最近推出、用于替代FR-500的新产品。

图6.2-9 Σ驱动器与CNC的连接

与FR-500系列产品相比，FR-700系列扩大了调速范围、提高了普通型和节能型变频器的最大输出频率和过载能力、加快了动态响应速度、缩小了变频器体积、增强了网络功能等，在采用闭环矢量控制、配套三菱专用变频电动机后，FR-A740的整体性能已经接近于交流伺服驱动。

FR-500/700变频器分普通型、紧凑型、节能型及高性能变频器四大类。普通型变频器（Standard inverters）属于小功率、低价位变频器，它主要用于民用设备、木工、纺织等简单机械的小范围无级调速控制，三菱FR-S500/D700即属于此类产品。紧凑型变频器（Com_- pact inverters）属于中小功率、高性价比产品，它在机床、纺织等行业的应用较为广泛，三菱FR-E500/E700是其典型产品。节能型变频器（Power saving inverters）适用于轻载启动、无过载要求的风机、水泵类负载控制，FR-F500/F700属于节能型变频器。高性能变频器（High-end inverters）具有较好的调速性能，它代表了生产厂家变频器的最高水平，FR_- A540/A700为其典型产品。

数控机床对主轴的调速要求较高，原则上应采用高性能变频器或紧凑型变频器进行控制。3相AC400V输入的三菱FR-E700紧凑型变频器，可控制的电动机功率为0.4～15kW（3相），变频器可采用开环V/f控制或矢量控制，其有效调速范围可达1∶120左右，最大输出频率为400Hz。三菱FR-A700高性能变频器可控制的电动机功率为0.75～630kW，变频器可采用改进型矢量控制，开环控制普通感应电动机时的有效调速范围可达1∶200，最大输出频率为400Hz，速度响应为120rad/s（20Hz），过载能力为200%；当采用闭环矢量控制、配套三菱专用电动机后，其有效调速范围可达1∶1500，速度响应可达300rad/s（48Hz），并可像交流主轴驱动器一样实现伺服锁定功能，它具有优异的恒转矩和恒功率调速性能，产品代表了当今世界通用变频器的最高水平。

图6.2-10 数控机床常用的三菱变频器

2.系统组成

变频器是一种用于配套感应电动机变速控制的通用装置，设计时已考虑了通用性，最低要求只要连接电动机和电源，就可正常工作，但出于可靠性等方面的考虑，在数控机床上使用时，应按照要求进行规范设计。

以三菱FR-A740系列变频器为例，变频调速系统的基本硬件组成如图6.2-11所示，图中带“*”的器件是从变频器安全使用的角度需要配置的硬件；带“*”的器件是常用的配件；带“**”的器件一般只在系统有特殊要求时配置。

①断路器。断路器用于变频器主回路短路保护，由于变频器一般不安装主回路短路保护断路器，为防止变频器整流、逆变主回路的功率器件短路，对于数控机床等需要长期使用的设备，必须在主电源输入回路安装断路器或熔断器。

②主接触器。变频器原则上不允许通过主接触器的通断来控制电动机起停，因此，从一般使用的角度，主回路可不加主接触器。但在安装外置式制动电阻或系统需要对变频器主电源通断进行控制时，可通过主接触器通断主电源。

③电抗器。交流电抗器用来抑制变频器产生的高次谐波、提高功率因数，减小谐波对电网的影响，当变频器在对用电设备的谐波要求很高的环境下使用、或变频器选择了回馈制动单元、或供电线路上安装有功率因数补偿电容等场合，应选配交流电抗器。直流电抗器可用来抑制直流母线的高次谐波与浪涌电流、减小冲击、提高变频器功率因数；变频器在按规定安装直流电抗器后，对输入电源容量的要求可相应减少；55kW以上的FR-A740变频器直流电抗器为标准配件，在使用时必须予以选择和安装。

④滤波器。在进线与电动机侧零相电抗器可以抑制线路电磁干扰，FR-A740系列变频器内置有EMC滤波器和设定端，用户可根据需要生效EMC滤波器功能。

⑤外接制动单元与外接电阻。对于需要频繁启/制动或负载惯性大的场合，应选配外置制动电阻单元。变频器选配外置式制动电阻时，电阻单元必须安装有温度检测器件，并在主回路上安装主接触器，一旦制动电阻过热就必须立即断开主接触器、切断主电源。22kW及以下的FR-A740变频器可直接选配高频制动电阻，超过22kW时应选择制动电阻单元。

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图6.2-11 变频调速系统的组成

⑥功率因数转换器和回馈制动单元。功率因数转换器和回馈制动单元连接主电源进线上，前者可有效抑制变频器谐波、提高功率因素、改善电网质量；后者可改善变频器的制动性能，提高制动能力。功率因数转换器和回馈制动单元应使用三菱公司提供的产品。

3.变频器连接

FR-A740变频器的系统连接包括主回路、DI/DO回路、AI/AO回路等部分，其连接总图如图6.2-12所示。

①主回路。主回路包括主电源输入、电动机输出及直流母线上的制动电阻、制动单元、直流电抗器等高电压、大电流器件的连接。

②DI/DO回路。变频器的DI信号是用来控制电动机的正/反转、起/停等；DO信号用于变频器的内部工作状态输出，如速度到达、报警等。变频器的DI/DO信号功能可通过参数进行定义，总点数与变频器功能有关，功能越强，可使用的DI/DO点就越多。FR-A740变频器最大可以连接12/7点DI/DO信号；DI信号的输入接口电路采用的是双向光耦合器，输入信号可以是DC24V电平或接点信号，通过变频器上的短接端的设定，可选择源输入或汇点输入连接形式；DO信号有晶体管集电极开路输出和继电器接点输出两类，前者可驱动DC30V/100mA以下的直流负载；后者既能驱动直流、也能驱动直流负载，其驱动能力为AC200V/DC30V，0.3A。

图6.2-12 FR-A740变频器连接总图

③AI/AO回路。变频器的AI信号用于频率给定，信号可以是DC0～10V、DC-10～10V模拟电压或4～20mA模拟电流输入，也可直接连接电位器。AO信号是变频器内部的频率、电流、电压等状态数据的D/A转换输出，可用于仪表显示，AO信号可以是DC-10～10V电压或4～20mA电流。

④通信连接。FR-A740变频器集成有RS485、ModBusRTU、USB接口。RS485接口有两组信号连接端，内部还安装有终端电阻，可以直接与计算机等进行串行数据通信，利用计算机、PLC等设定变频器参数、控制变频器运行。

变频器各连接端的功能与作用说明见表6.2-11。

表6.2-11 FR-740变频器连接端功能表

4.CNC连接

变频器和CNC的连接十分简单，原则上只需要将CNC的DC0～10V主轴转速模拟量输出，直接连接到变频器的频率给定输出上，便可实现感应电动机的调速控制。为了通过CNC进行电动机起/停和转向的控制，可将CNC的M03/M04输出直接作为变频器的正/反转DI控制信号。三菱FR-A740和KND数控的典型连接如图6.2-13所示，图中的K100为变频器的运行条件。

图6.2-13 CNC和变频器的连接

有关三菱FR-A740变频器的详细说明，可参见本书作者编写的《交流伺服驱动与变频器应用技术（三菱篇）》（机械工业出版社，2012.11）一书或三菱公司的技术资料。