三菱變頻器最簡自動調速的實現

袁文華

宜興高等職業技術學校 機電學院，江蘇 無錫 214200

0 引言

變頻器從某種意義上來說是三相電動機的驅動器，常用的操作模式（控制方式）有BOP面板操作（PU模式）、外部端子控制（EXT模式）、網絡控制（Net模式），具體的控制形式有開環控制（指令式，無反饋控制）和閉環控制（如PID控制），具體可設定參數有千條[1]。市場上的變頻器中，三菱變頻器使用率較高，其有多系列產品，文章以三菱變頻器E700系列的E740機型為研究對象，研究了三菱變頻器自動調速的最簡方案。該方案對變頻器、電動機硬件要求低，無須增加外設（傳感器、PLC等），只要配備2個速度繼電器就可以滿足運行要求；對軟件要求也低，設定1個參數就可以完成試運行。而且其控制形式是將電動機的實際轉速反饋到變頻器，再由變頻器作出反應（穩速、加速或減速運行），雖然電路和設置參數簡單，但仍屬于閉環調速[2]。變頻器的無級調速常用模擬量有電壓和電流，調速采用數字量（開關的“開”與“關”）控制。三菱變頻器最簡自動調速是對變頻器遙控功能的開發和應用。

1 三菱變頻器最簡自動調速的硬件連接

變頻器遙控帶正反轉連接如圖1所示。原本變頻器中的“STOP”不是停止功能而是自保持功能，而使用圖1的接法可以恢復“STOP”的停止功能。接點采用不帶自鎖主令按鈕的常閉接點（A接點）；正轉啟動STF和反轉啟動STR是主令按鈕，接點用常開接點（B接點）。在實際應用中，電動機常用恒定轉矩，很少換向，因此在遙控圖中一般只畫出1個啟動，并且不用停止按鈕[3]。

圖1 變頻器遙控帶正反轉連接示意圖

變頻器最簡自動調速接線如圖2所示。采用圖2中的接法時，不用單獨的停止按鈕，啟動按鈕一般采用帶自鎖功能的按鈕，啟動、停止功能可以用同一個按鈕實現，觸頭閉合即啟動，斷開即停止；在操作時，按一下是啟動，再按一下是停止。加速RH與減速RM是與電動機轉軸連接的速度繼電器觸點。通過加速RH觸點可以設定速度的最低轉速n1（下限），未達到設定值時處于閉合狀態，達到設定值時斷開觸點；通過減速RM觸點可以設定速度的上限n2，未達到設定值時處于斷開狀態，達到設定值時觸點閉合。選用器件時需要注意兩者的區別。速度繼電器還有一個需要注意的點是轉向，如果被控制的電動機需要使用順時針和逆時針兩個方向，即需要使用STF和STR，需要有4組速度繼電器，而不是2組。此時的電路接法是并聯連接功能相同的部分。變頻器的公共端為SD時表示變頻器采用漏型（SINK）連接，與之相對的還有源型（SOURCE）接法，此時公共端是PC[4]。

圖2 變頻器最簡自動調速接線圖

2 三菱變頻器最簡自動調速的參數及設置

在最簡自動調速方案中，通過調節開關量可以實現無級調速，此時需要使用變頻器的遙控功能。遙控是變頻器的控制方式，是指操作位與控制柜距離較遠的有線控制，其具體參數號是P59，如表1所示。P59的設定值分別為1、2、3時，對應的運行時序圖如圖3所示。

圖3 遙控功能各設定值對應時序圖

表1 變頻器參數P59說明

在文章的設計方案中，設定P59=3，此時停止功能附帶清除功能，可以省略清除按鈕RL，更好地實現“最簡”。在硬件連接完成，軟件參數調試完畢后，把變頻器狀態調試為“EXT（外部端子控制）”，即完成變頻器自動調速的最簡方案。

3 三菱變頻器最簡自動調速的原理

最簡自動調速的原理是應用變頻器的遙控操作功能，當按下變頻器正轉啟動STF按鈕時，變頻器向電動機輸出，電動機處于啟動狀態。電動機從停止狀態開始轉動時，速度繼電器1觸點處于常閉，也就是變頻器處于加速狀態；當到達設定速度時，速度繼電器1斷開，電動機處于穩速運行狀態。如果電動機由于負載變化而發生速度變化，可以由速度繼電器1（接變頻器加速RH）控制速度超下限后的回升；由速度繼電器2（接變頻器減速RM）控制速度超上限后的降速。

4 三菱變頻器最簡自動調速轉化為實用技術的建議

4.1 變頻器的選擇

需要根據電動機的銘牌數據及負載情況選擇變頻器，以電動機的額定數據（額定電壓、額定電流、額定功率、接法等）和電動機轉軸所帶負載類型（恒功率、恒轉矩、頻繁啟動等）為參考來選擇具體型號的變頻器。最主要的選擇原則是容量匹配。如果是三菱變頻器和三菱電機配套使用，兩者的容量（功率）需要盡可能相同。如果用三菱變頻器驅動標準電機，需要選擇容量高一級的變頻器。這是因為標準電動機是根據工頻電正弦波制造的，而變頻器的工作原理一般為“交—直—交”變頻，輸出信號波形接近矩形波，所以變頻器驅動的電動機的諧波分量高，其發熱量遠高于工頻電驅動的電動機，為了變頻器設備的安全，必須選擇容量高一級的變頻器。在某些特定場所，會由于電動機配線過長（常見原因是控制柜與設備距離較遠）而導致變頻器輸出線損過大、電動機驅動電流不足的問題發生，此時選用的變頻器的容量還要再提高一級。其他參數表里的參數可以根據實情設定，而且與變頻器的選擇關系不大，這是因為變頻器是工控通用設備，而非專用設備，適用范圍較大。例如，如果負載是恒轉矩，可以通過改變變頻器相應的設定值來適應負載。

4.2 變頻器的保護

變頻器是一種重要的電氣設備，在我國，變頻器需要根據380 V，50 Hz的工頻動力電源的使用標準設計。為了降低變頻器出現異常的概率，要保證電源的穩定。在實際使用中，可以接入電抗器以穩恒電流，接入電子噪聲濾波器抑制干擾，接入高功率因數的變流器抑制高次諧波等，這些措施的具體選用要根據使用場合的要求來確定。例如，對于電動機控制線路的接觸器繼電器電路，可以熱過載保護繼電器（熱繼）。

變頻器參數P9的說明如表2所示。在變頻器P9未設定或參數清零后，打開P9參數看到的值即為變頻器的額定電流。對于功率為0.75 kW或以下的電動機，其額定電流需要設定為變頻器額定電流的85%；對于功率為0.75 kW以上的電動機，P9設定值即為電動機的額定電流。

表2 變頻器P9參數說明

4.3 變頻器與電動機的配套使用

變頻器與電動機配套使用時，不僅要保證硬件配套，軟件（參數）也要配套，相關參數如表3所示。

表3 變頻器和電動機的配套參數

變頻器對電動機的控制方式有v/F控制、先進磁通矢量控制、通用磁通矢量控制三種，研究方案采用v/F控制，因此P80、P81不用設定。

4.4 需要調整的其他參數

在變頻器的遙控控制中，由于其控制簡單，控制的精度往往達不到要求，為了提高控制精度，必須重視遙控的工作細節。

按下啟動按鈕（STF或STR）后，以啟動頻率P13、加速時間P7、加減速基準頻率P20為加速度加速到下限頻率；在速度平穩后，按下加速按鈕RH，以同樣的加速度提高頻率、最大速度限制與上線頻率P1；松開RH，使速度穩定，按下減速按鈕RM，以減速時間P8、加減速基準頻率P20為加速度減速；松開啟動按鈕，因為P59=3，自帶清除功能，下次啟動的頻率仍為P2，即上次遙控設定的頻率（下限頻率）。

加速時間P7的計算式為

P7=P20÷(設定的目標頻率-P13)×停止到目標頻率的時間 （1）

減速時間P8的計算式為

P8=P20÷(運行的最大頻率-P10)×最大頻率到停止的時間 （2）

式中：P10是直流制動動作頻率。在該最簡自動調速方案中，需要根據實際情況調試的參數有上限頻率P1、下限頻率P2、加速時間P7、減速時間P8、直流制動動作頻率P10、啟動頻率P13、加減速基準頻率P20。

在文章的方案中，為了避免增加讀取編碼器的外設，沒有采用編碼器，而是使用了結構較為簡單的速度繼電器，因此方案中的調測任務主要是對速度繼電器的反復調試。文章中的變頻器最簡自動調速方案可以運用在調速范圍較大的場合。由于速度繼電器主要通過調整彈簧的拉力大小來控制相應的旋轉速度，控制比較粗糙，如果條件允許，建議使用編碼器。

5 結束語

變頻器的使用具備硬件接線簡單、可實現功能（變向、變速、變轉矩等）多的特點，而且其參數雖有千余條，但是只要調對主要參數（其余參數采用初始值），就能用于精度要求不高的場合。在文章提出的變頻器最簡自動調速方案中，只要調節1個參數（P59），使變頻器狀態切換到“EXT”，就可以完成變頻器的調速。對于專業技術和專業設備的推廣，必要的步驟是讓其流行，達到大眾化，然后才是專業化。在這期間，學校是重要的媒介，專業教師是重要的推廣人，怎樣把專業知識“化整為零”，讓學習者快捷、輕松地學以致用，是一個值得研究的課題。