三相异步电动机变频调速的继电器-接触器控制系统优化方案

■应知点:

1.了解变频器的基本工作原理。

2.了解三相异步电动机变频调速的继电器—接触器控制系统的工作原理。

■应会点:

1.掌握变频器的简单应用。

2.掌握继电器、接触器、变频器等控制电动机的转速。

一、任务简述

异步电动机的调速方法主要有变极调速、变阻调速和变频调速等。其中，变极调速是通过改变定子绕组的磁极对数来实现调速，变阻调速是通过改变转子电阻来实现调速，变频调速是使用专用变频器来实现异步电动机的调速控制。变频器的功能是将电网电压提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电，它是通过平滑改变异步电动机的供电频率f来调节异步电动机的同步转速n0，从而实现异步电动机的无级调速。这种调速方法由于调节同步转速n0，故可以由高速到低速保持有限的转差率，效率高、调速范围大、精度高，是交流电动机的一种比较理想的调速方法。

二、相关知识

1.变极调速控制线路

在恒定频率情况下，电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速就下降一半，从而引起异步电动机转子转速的下降。显然，变极调速方法只能一级一级地改变转速，是不平滑的调速。

双速电动机定子绕组的结构及接线方式如图5－22所示。

图5－22　双速电动机定子绕组的结构及接线方式

(a)结构示意；(b)三角形接法；(c)双星形接法

其中，图5－22(a)所示为结构示意图，改变接线方法可获得两种接法，图5－22(b)所示为三角形接法，磁极对数为2对极，同步转速为1 500 r/min，是一种低速接法；图5－22(c)所示为双星形接法，磁极对数为1对极，同步转速为3 000 r/min，是一种高速接法。

2.变频调速控制线路

由于变频调速技术日趋成熟，因此把实现交流电动机调速装置制成产品即变频器。按变频器的变频原理可分为交—交变频器和交—直—交变频器。随着现代通信载波技术及电力电子技术的发展，PMW(输出电压调宽不调幅)变频器已成为当今变频器的主流。

交—交变频器也称直接变频器，它没有明显的中间滤波环节，电网交流电被直接变成可调频调压的交流电。

交—直—交变频器也称间接变频器，它先将电网交流电转换为直流电，经过中间滤波环节之后，再进行逆变才能转换为变频变压的交流电。

交—直—交变频器的基本结构如图5－23所示，主要由整流、逆变、控制、直流环节、电源和负载6部分组成。

图5－23　交—直—交变频器的基本结构

其主要指标包括:

(1)输入侧的额定值；(2)输出侧的额定值:①输出电压U N；②输出电流I N；③输出容量(kVA)S N；④配用电动机容量(kW)P N；⑤过载能力；(3)频率指标:①频率范围；②频率精度；③频率分辨率等。

图5－24　基本操作面板(BOP)

3.变频器使用介绍

以西门子MM420变频器为例，来说明变频器的使用。

1)基本操作面板(BOP)

基本操作面板(BOP)如图5－24所示。BOP具有五位数字的七段显示，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值，但不能存储参数的信息。基本操作面板(BOP)上的按键及其功能说明如表5－8所示。

表5－8　基本操作面板(BOP)的按键及其功能

续表

表5－9　修改参数P0004数值的步骤

表5－10　修改下标参数P0719数值的步骤

续表

为了快速修改参数的数值，可以一个个地单独修改显示出的每个数字，操作步骤如下:确认已处于某一参数数值的访问级。

(4)重复执行(2)~(3)步，直到显示出所要求的数值。

2)变频器复位为工厂的缺省设定值

为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应该按照下面的数值设定参数:

(1)设定P0010＝30

(2)设定P0970＝1

完成复位过程至少要3分钟。

三、应用实施

1.控制要求

设计一个电动机的三段速运行的控制系统，要求按下启动按钮，电动机以20 Hz速度运行，25 s后转为35 Hz速度运行，再过25 s转为50 Hz速度运行，按停止按钮，电动机即停止。(www.xing528.com)

2.电动机多速运行的继电器控制电路

MM420变频器设置3个频段，由变频器数字输入端DIN1、DIN2、DIN3通过P0701、P0702、P0703以二进制编码带ON命令方式选择控制，每一频段的频率可分别由P1001、P1002、P1003参数设置。3段固定频率控制状态如表5－11所示。

表5－11　3段固定频率控制状态表

注:“0”表示断开，“1”表示接通。

根据控制要求，可得图5－25所示的电路控制系统。

图5－25　继电器、变频器控制电动机多速运行控制系统

按下启动按钮SB1，KA1、KT1得电，接通启动信号和低速挡，经过时间25 s，KT1的延时触点闭合，接通KA2、KT2，断开KA1，换成中速挡，再经过25 s，KT2的延时触点闭合，接通KA1，此时保持KA2为接通状态，即为高速挡。

按下停止按钮SB2时，所有继电器失电，电动机停止运行。

3.变频器参数设置

1)参数复位。在变频器停车状态下，将其全部参数复位为工厂的缺省设定值。

2)设置电动机参数。为了使电动机与变频器相匹配，需设置电动机参数。根据选用的电动机型号，电动机参数设置如表5－12所示。电动机参数设置完成后，设置P0010＝0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。3)设置3段固定频率控制参数，如表5－13所示。

表5－12　设置电动机参数表

表5－13　设置3段固定频率控制参数表

其中，采用二进制编码选择频率＋ON命令时，不管是1段还是7段固定频率，P1016~P1018须全部设为3，端子DIN才具有启/停功能。

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表5－14进行。

表5－14　任务操作技能考核要求和考核标准

续表

教学小结

变频器是将电网交流电转换为直流电，经过中间滤波环节之后，再进行逆变转换为变频变压交流电的设备，通过对变频器的控制可以实现对电动机进行调速、正反转等多种控制，使用十分方便。对变频器的控制可以采用继电器控制系统实现。

思考与练习

1.举例说出你所知道的有哪些设备使用过变频器(变频技术)?

2.简单说说变频器改变电动机转速的原理。

3.通过网络查找西门子MM420变频器的使用说明书，并尝试使用基本操作面板(BOP)对电动机进行操作控制。