变频器调速控制电路的设计.ppt

3.1 变频调速控制线路的控制方式及设计方法3.2 变频器正反转控制线路3.3 变频器正反转自动循环控制线路3.4 小车自动往返控制线路3.5 变频器的多段速度控制线路3.6 自动升降速控制线路3.7 其它控制线路3.8 多电机同步调速系统3.9 用步进逻辑公式设计控制线路,第3章 变频器调速控制电路的设计,第3章 变频器调速控制电路的设计3.1 变频调速控制线路的控制方式及设计方法 2线控制是变频器最常用的控制方式。施耐德Altivar31变频器的端子控制方式分2线控制和3线控制，控制方式预先设定，反转端子也需要设定。而很多变频器正反转端子固定不变，不需要设定。一般是把逻辑输入端子经触点接公共端。下面所有电路均采用2线控制，不再重复。,3.1.1 变频调速控制线路的控制方式 我们在第二章中介绍的变频器的控制电路都是在逻辑输入端子上接按钮开关进行控制的，并且主要使用带自锁的按钮，这种按钮不能自动复位，在系统突然停电重新送电后，有的变频器会重新起动，很不安全，另一方面不能组成较复杂的自动控制线路。所以，大多数的变频调速控制线路不用按钮控制变频器，而是用以下方式控制：1、用低压电器控制 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。,2、直接用PLC控制 把PLC的输出端子直接接在变频器的逻辑输入端子上。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。直接用PLC控制变频器时，PLC的逻辑输出端子除了接变频器的输入端子外，还可能接信号灯及其它电器，它们的额定电压可能各不相同，由于PLC的多个输出有一个公用端，特别注意不能造成电源短路或者电源错接。3、PLC加低压电器控制 这种方法是用PLC控制中间继电器或交流接触器的线圈，再用中间继电器或交流接触器的触点控制变频器。多数控制线路采用这种控制方式。,3.1.2 控制线路的设计方法 控制线路的常用设计方法有两种，一是功能添加法，二是步进逻辑公式法。较简单的控制线路一般采用功能添加法，如本章的第2节到第8节的线路，都可以用功能添加法设计。多个工作过程自动循环的复杂线路，常采用步进逻辑公式法，如本章的第9节，并且用步进逻辑公式对PLC编程非常方便。3.1.3 功能添加法举例 有两台电动机，正转运行，要求第一台电机必须先开后停，正常停车为斜坡停车。如果任何一台电机过载时，两台电机同时快速停车。使用功能添加法设计控制电路。1、设计两个能独立开停的控制线路，即基本电路，如图所示。,2、第一次添加功能第一台电机必须先开。将1KA的常开触点串接在2KA的线圈回路，主电路不变，控制电路如图所示。3、第二次添加功能第一台电机不能先停。将2KA的常开触点与停车按钮1SB1并联，控制电路如图所示。,4、第三次添加功能加过载同时停车。过载保护可以在Setttd参数设置电机热态阈值，然后用变频器的内部继电器R1（或R2）停车，即设置R1参数为I-Or1tSA（达到热态阈值）。由于正常停车与过载停车停车模式与停车时间均不相同，所以过载时应通过逻辑输入快速停车，设置FunStCFStLI5，即分配变频器的输入端子LI5为过载停车端子，功能添加后主电路如图（a）所示，控制电路如图（b）所示。,5、第四次添加功能过载停车后，1KA、2KA线圈自动失电。第三次添加功能后，虽然过载后两台电机能快速停车，但停车后1KA、2KA线圈仍处于吸合状态，无法重新起动，除非先按下按钮2SB1和1SB1，使1KA、2KA线圈失电，,很不方便。我们可以用KA的触点使1KA、2KA线圈自动失电，主电路不变，控制电路如图所示。6、第五次添加功能加运行指示灯。主电路不变，控制电路如图所示。根据需要，我们还可以添加过载显示或过载报警电路，读者自行完成，不再赘述。,3.2 变频器正反转控制线路3.2.1 用低压电器控制 用低压电器控制的正反转原理图如图所示。济南星科实验台用的变频器是单相输入，中间继电器、交流接触器为AC24V，信号灯可接AC24V，也可接DC24V。以下所有电路变频器均画成单相输入，控制电路的电源均是AC24V，便于在实验台实验。但在实际使用中，变频器的输入一般为三相输入，控制电路为AC220V或AC380V，这只需使用三极开关接在变频器的R、S、T输入端，控制电路改为AC220V或AC380V即可。,线路没有使用热继电器，这是因为变频器本身有过载保护功能，只要设置SEtItH参数为希望保护的电流，并在FLtOLL参数中设置为希望的停车模式即可起到过载保护的功能。也可以设置SEtttd参数为希望保护的电流，使继电器R1动作，并将R1的常闭触点与停车按钮SB1串接即可。当然也可以使用R1、R2的常开触点停车，但线路应增加一个中间继电器，读者自行考虑控制线路的画法。以后的线路均与此相仿，不再赘述。,合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。控制线路的工作过程为：按下正转起动按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（23，25）闭合自锁；常开触点KA1（7，11）闭合，变频器正转运行，电动机正转；常闭触点KA1（29，31）断开互锁，防止KA2意外吸合；信号灯HL1亮，做正转指示。按下停车按钮SB1，中间继电器KA1线圈失电，KA1的各触点复位，变频器停止运行。按下反转起动按钮SB3，中间继电器KA2线圈通电，常开触点KA2（23，29）闭合自锁；常开触点KA1（9，11）闭合，变频器反转运行，电动机反转；常闭触点KA2（25，27）断开互锁，防止KA1意外吸合；信号灯HL2亮，做反转指示。按下停车按钮SB1，中间继电器KA2线圈失电，KA2的各触点复位，变频器停止运行。,3.2.2 直接用PLC控制 直接用PLC控制的正反转控制PLC的原理图如图所示，参考梯形图如图所示。工作过程为：合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。按下按钮SB2，变频器正转运行，电动机正转；信号灯HL1亮，做正转指示。按下按钮SB1，变频器停止运行。按下按钮SB3，变频器反转运行，电动机反转；信号灯HL2亮，做反转指示。按下按钮SB1，变频器停止运行。,PLC的型号为施耐德TWDLCAA40DRF，以下所有梯形图均以该型号的PLC为准。3.2.3 PLC加低压电器控制 用PLC加低压电器控制的正反转控制原理图如图所示，PLC的参考梯形图如图所示。工作过程为：合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。按下按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（7，11）闭合，,变频器正转运行，电动机正转；常开触点 KA1（35，37）闭合，信号灯HL1亮，做正转指示。按下按钮SB1，中间继电器KA1线圈失电，KA1的各触点复位，变频器停止运行。按下按钮SB3，中间继电器KA2线圈通电；常开触点KA2（9，11）闭合，变频器反转运行，电动机反转；常开触点KA2（35，39）闭合，信号灯HL2亮，做反转指示。按下按钮SB1，中间继电器KA2线圈失电，KA2的各触点复位，变频器停止运行。,3.2.4 实训内容1、用电气智能化实验平台和低压电器实验板完成图所示的变频器控制电路。2、用电气智能化实验平台完成图所示的变频器控制电路。3、用电气智能化实验平台和低压电器实验板完成图所示的变频器控制电路。,3.3 变频器正反转自动循环控制线路 如果一个系统要求电机正转 停止 反转 停止 正转自动循环运行，例如要求正转30s，停止10s，反转20s，停止5s，然后从正转开始重新循环。3.3.1 用低压电器控制 变频器的主电路如图（a）所示，控制电路如图所示。工作过程为：合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。,按下按钮SB1，各中间继电器、时间继电器线圈失电，触点复位，变频器停止运行，电机停转。图中KT1KT4均为通电延时型时间继电器，延时时间分别调节为30s、10s、20s和5s，并且使用含有瞬动触点的时间继电器。用瞬动触点增加了控制电路的动作可靠性。如果时间继电器没有瞬动触点，可以加中间继电器。读者自行考虑线路如何改动。,3.3.2 直接用PLC控制 直接用PLC控制的正反转循环控制原理图如图所示，图中没有画出PLC的输入电源（下同）。PLC的参考梯形图如图所示。控制电路的工作过程为：合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。按下按钮SB2，PLC的内部定时器开始计时，每个计时周期为65s，达到65s后定时器自动复位从0重新计时。使用比较器编程，在030s，电机正转，在4060s电机反转。按下按钮SB1，变频器停止运行。,3.3.3 PLC加低压电器控制 变频器的主电路如图（a）所示，控制电路如图所示，PLC的参考梯形图如图所示。动作过程与用PLC直接控制基本相同，不再重复。,3.3.4 实训内容1、如果一个系统要求电机正转30s，反转20s，然后循环。分别用低压电器控制和PLC直接控制，试设计控制电路，并用电气智能化实验平台和低压电器实验板进行实验。2、如果一个系统要求电机正转20s，停5s，反转20s，停5s，正转30s，停10s，反转30s，停10s，然后循环。用PLC直接控制，试设计控制电路和PLC的控制程序，并用电气智能化实验平台进行实验。,3.4 小车自动往返控制线路 小车自动往返的示意图如图所示。小车的工作要求为按下起动按钮SB2，电机正转，小车右行，碰到限位开关SQ2时，小车停止；电机自动改为反转，小车左行，碰到限位开关SQ1时，小车停止；电机自动改为正转，依次循环。按下停车按钮，不管小车处在什么位置，都立即停止运行。Altivar31变频器有限位开关功能，但变频器的限位开关功能只能用于停车，不能完成反转。,3.4.1 用低压电器控制用低压电器控制的小车自动往返控制线路主电路如图（a）所示，其控制电路如图所示。线路的工作过程为：合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。按下起动按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（25，27）闭合自锁，图（a）中的常开触点KA1（7，11）闭合，变频器正转运行，小车向右移动；当小车移动到压下限位开关SQ2时，SQ2（27，29）断开，KA1线圈断电，常开触点KA1（7，11）断开，变频器停止运行；SQ2（25，33）闭合，中间继电器KA2线圈通电，常开触点KA2（25，33）闭合自锁，图（a）中的常开触点KA2（9，11）闭合，变频器反转运行，小车向左移动；当小车移动到压下限位开关SQ1时，SQ1（33，35）断开，KA2线圈断电，常开触点KA2（9，11）断开，变频器停止运行；SQ1（25，27）闭合，中间继电器KA1线圈重新通电，重复上述过程。,按下停车按钮SB1，中间继电器KA1或KA2线圈失电，各触点复位，变频器停止运行。在图所示的电路中，若正好在小车压下限位开关时按下停车按钮，则松开停车按钮后小车会自动重新运行。如果在小车压下限位开关时突然停电，恢复供电时也会自动重新运行。如果不需要自动运行，必须按一下起动按钮才能运行，则控制线路修改为图所示的电路,如果要求在小车压下限位开关后必须经过一段时间才能反向运行，则应在控制电路中增加时间继电器KT1和KT2，如图所示。如果要求按下停车按钮，不管小车处在什么位置，都必须在小车回到压下SQ1时再停车。主电路不变，图所示的控制电路修改为图所示电路。按下停车按钮SB1，中间继电器KA4线圈通电，常开触点KA4（25，39）闭合自锁，常开触点KA4（25，41）闭合，为中间继电器KA5线圈通电做准备；当小车移动到压下限位开关SQ1时，SQ1（41，43）闭合，KA5线圈通电，常闭触点KA5（19，21）断开，控制线路所有线圈断电，触点复位，变频器停止运行。,3.4.2 用PLC直接控制 用PLC直接控制的接线图如图所示，图中没画出变频器的主电路，也没画出给定方式。在实验室中，限位开关可以用按钮开关进行模拟实验。PLC的输入输出分配见表，参考梯形图如图所示。,表3.4.1 PLC的输入输出分配,如果要求碰到限位开关时停5s再反转，主电路和控制电路的接线图不变，其参考梯形图如图所示。,如果要求按下停车按钮，不管小车处在什么位置，都必须在小车回到压下SQ1时再停车。主电路和控制电路仍不变，其参考梯形图如图所示。,3.4.3 实训内容1、用电气智能化实验平台和低压电器实验板分别按、接线，进行模拟实验。2、用电气智能化实验平台按接线，用图、所示的梯形图进行模拟实验，鼓励学生在功能要求不变的情况下，用不同的程序完成控制。说明：电机正转，相当于小车右行，可以用一个信号灯HL1做右行指示；电机反转，相当于小车左行，可以用一个信号灯HL2做左行指示。限位开关用按钮模拟，手动压下相当于小车碰到限位开关。有时间继电器延时时，应按住按钮不松开，一直到电机反方向旋转时再松开。这是因为小车压下限位开关时，电机停转，限位开关一直处于压下状态，延时结束，小车反方向运行，限位开关自动复位。,3.5 变频器的多段速度控制线路 在第二章已经讲了多段速度控制，但要输出一个速度需要多个按钮的组合，很不方便。如果使用中间继电器或者PLC就很容易完成这一功能。例如：用按钮SB2、SB3、SB4分别对应10Hz、20Hz、30Hz速度，用按钮SB1停车，控制线路有如下几种。3.5.1 用低压电器控制 变频器的主电路和控制电路如图所示。工作过程为：合上开关QS，完成变频器相关参数的设置。任意按下按钮SB1、SB2、SB3，变频器输出的频率分别为10Hz、20Hz、30Hz。按下按钮SB4，变频器停止运行，电机停转。,3.5.2 直接用PLC控制 直接用PLC控制的3段速度控制线路如图所示，PLC输入输出端子功能分配表如表所示。PLC的参考梯形图如图所示。,表3.5.1 PLC的输入输出分配,完成同一功能可以用不同的梯形图完成，使用鼓形控制器的参考梯形图如图所示，鼓形控制器的设置如图所示。,3.5.3 PLC加低压电器控制 PLC加低压电器控制的变频器3段速度控制线路如图所示，PLC输入输出端子功能分配表如表所示。参考梯形图与图或图、图完全相同。,表3.5.2 PLC的输入输出分配,3.5.4 操作练习例 按下起动按钮SB2，变频器依次按10Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz各运行10s，然后重新循环。按下停车按钮SB1，变频器停止运行。使用PLC直接控制，操作步骤如下：1、按图接线。2、打开电源开关QS，给变频器通电，完成参数设置。1）drCFCSInI恢复出厂设置；,2）FLtOPLnO电机缺相不检测；3）I-OtCC2C设置控制方式；4）FUnPSSPS2LI3给2段速度控制分配端子；5）FUnPSSPS4LI4给4段速度控制分配端子；6）FUnPSSPS8LI5给8段速度控制分配端子；7）FUnPSSPS16LI6给16段速度控制分配端子；8）FUnPSSSP210设置第2个预置速度为10Hz；9）FUnPSSSP320设置第3个预置速度为20Hz；10）FUnPSSSP425设置第4个预置速度为25Hz；11）FUnPSSSP530设置第5个预置速度为30Hz；12）FUnPSSSP635设置第6个预置速度为35Hz；13）FUnPSSSP740设置第7个预置速度为40Hz；14）FUnPSSSP845设置第8个预置速度为45Hz；15）FUnPSSSP950设置第9个预置速度为50Hz；,3、编写梯形图。使用比较指令编程的PLC参考梯形图如图所示。4、按下起动按钮SB2，变频器依次按10Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz各运行10s，然后重新循环。按下停车按钮，变频器停止运行。符合要求。也可以使用鼓型控制器编写程序，若将鼓型控制器按图设置，则PLC的参考梯形图如图所示。其中，梯形图中的系统位S13用于突然停电后，重新恢复供电时复位。还可以使用其它方式编程，例如定时器和计数器配合使用，就可以编制PLC的控制程序，读者可自行考虑。由于该控制程序较长，在编写完梯形图后，必须上机进行调试。,3.5.5 实训内容1、按下按钮SB2，变频器以30Hz的频率运行；按下按钮SB3，变频器以40Hz的频率运行；按下按钮SB1停车。试用低压电器设计控制线路，并完成操作。2、按下起动按钮SB2，变频器依次按10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz各运行10s，每个频率运行完毕后停5s，然后重新循环。按下停车按钮SB1，变频器停止运行。试用电气智能化实验平台接线和设计程序，并完成操作。,3.6 自动升降速控制线路 在某些工业控制系统中，经常需要自动升降速运行。例如，按一下起动按钮SB2，变频器运行并自动升速到最低速（如10Hz）；按一下升速按钮SB3，变频器自动升速到一个常用速（如30Hz）；若要继续升速，应按住按钮SB3升速，松开按钮停止升速；在常用速以上，按一下降速按钮SB4，变频器自动降速到一个常用速（如30Hz）；若要继续降速，应按住按钮SB4降速，松开按钮停止降速。最低速用变频器SEtLSP设置，常用速设置为频率阈值，让变频器的内部继电器动作。变频器的参数设置如下：,1）drCFCSInI恢复出厂设置；2）FLtOPLnO电机缺相不检测；3）I-OtCC2C设置控制方式；4）CtLLACL2或L3功能访问等级；5）CtLFr2UPdt设置给定方式；6）CtLrFCFr2选择给定通道；7）FUnUPdUSPLI5设置升速端子；8）FUnUPddSPLI6设置降速端子；9）SEtLSP10设置最低速为10Hz；10）SEtFtA30设置频率阈值为30Hz；11）I-Or1FtA设置内部继电器功能。其它没有要求，使用变频器的默认设置或根据工艺要求设置。,3.6.1 用低压电器控制用低压电器控制组成的变频器控制电路如图所示。,线路的工作过程为：打开电源开关QS，给变频器通电，完成参数设置。按下起动按钮SB2，中间继电器KA1线圈通电，常开触点KA1（13，15）闭合自锁；常开触点KA1（1，7）闭合，变频器正转运行，并自动以默认的升速时间升到最低速10Hz，电动机正转。按下升速按钮SB3，中间继电器KA2线圈通电，常开触点KA2（17，19）闭合自锁；常开触点KA2（3，7）闭合，变频器升速；当频率达到阈值30Hz时，变频器内部继电器R1动作，常闭触点R1（13，17）断开，中间继电器KA2线圈失电，KA2的各触点复位，变频器停止升速。此后由于R1（13，17）断开，自锁触点KA2（17，19）失去作用，按下升速按钮SB3为点动升速。,在常用速以上，变频器内部继电器R1的常开触点R1（13，23）闭合，按下降速按钮SB4，中间继电器KA3线圈通电，常开触点KA3（23，25）闭合自锁；常开触点 KA3（5，7）闭合，变频器开始降速，当降到频率阈值30Hz以下时，变频器内部继电器R1动作，触点R1（13，23）断开，中间继电器KA3线圈失电，KA3的各触点复位，变频器停止降速。此后由于R1（13，23）已断开，自锁触点KA3（23，25）失去作用，按下降速按钮SB4为点动降速。按下停车按钮SB1，变频器停止运行。3.6.2 用PLC直接控制 用PLC直接控制的电路如图所示。PLC输入、输出端子分配见表。PLC的梯形图如图所示。,表3.6.1 PLC输入输出端子分配表,如果要求按下起动按钮后自动升到常用速，其它要求同上，则线路图仍和图相同，而参考梯形图如图所示。,3.7 其它控制线路 如果要求多地点控制变频器的开停，只需停车按钮串联，起动按钮并联，如图所示。图中变频器正向运行，没有画出变频器的给定方式。1SB11SBn为停车按钮，2SB12SBn为起动按钮，停车按钮与起动按钮既可以成对出现，也可以不成对出现，实际使用中，多地点停车用得较多，多地点起动用得较少。,3.7.2 顺序控制 有些工艺要求变频器必须按照一定的顺序要求开停，否则不能起动或停止。例如有两台变频器，工艺要求1#变频器必须先开后停，即1#变频器没运行时，2#变频器不能起动；2#变频器起动后，必须先停止2#变频器，否则1#变频器不能停止。两台变频器都没有要求反转运行，我们用中间继电器1KA的常开触点控制1#变频器的开停，用中间继电器2KA的常开触点控制2#变频器的开停，两个中间继电器线圈的控制电路如图所示。,3.7.3 延时控制 在工艺要求变频器需要延时起动或停止的时候，可以使用时间继电器。例如有两台变频器，工艺要求1#变频器起动后，2#变频器延时自动运行，同上停止。我们用中间继电器1KA的常开触点控制1#变频器的开停，用中间继电器2KA的常开触点控制2#变频器的开停，继电器线圈的控制电路如图所示。若要求两台变频器同时起动，但按下停车按钮时1#变频器先停，2#变频器延时自动停止，控制电路如图所示。,若要求1#变频器运行后，2#变频器延时自动运行；按下停车按钮后，2#变频器立即停止，但1#变频器延时自动停止。其控制电路如图所示。,图都没有考虑变频器的过载保护。如果在变频器过载后，工艺允许各变频器单独停止，则可以直接设置变频器过载停车，如施耐德Altivar31变频器在SetItH设置最大热电流，在FLtOLL设置停车模式；也可以利用变频器的内部继电器R1的功能，Altivar31变频器在Setttd设置电机热态阈值，在I-Or1设置为tSA，将内部继电器R1的常闭触点R1（R1B，R1C）串接在中间继电器的线圈回路即可。例如，图所示的电路可以修改成所示的电路。在通常情况下，变频器过载后，工艺不允许各变频器单独停止，必须将有关的变频器同时停止运行，这就必须使用变频器的内部继电器。例如，图所示的电路可以分别设置两台变频器的Setttd参数，,并将两台变频器的I-Or1参数都设置为tSA，将内部继电器R1的常闭触点1R1（R1B，R1C）和2R1（R1B，R1C）串联后串接在控制电路的公共部分，如图所示。又如，有3台变频器，按下起动按钮1#变频器立即运行，2#变频器延时10s后自动运行，3#变频器再延时20s后自动运行；按下停车按钮后，3#变频器立即停止，但2#变频器需要延时20s自动停止，1#变频器需要再延时10s自动停止。,我们用PLC直接控制变频器的运行，其输入输出端子分配表如表所示，PLC的梯形图如图所示。,表3.7.1 PLC输入输出端子分配表,3.7.4 工频与变频的转换电路 在变频器拖动系统中，有些系统要求不能停止运行，一旦出现变频器故障，就要手动或自动切换到工频运行。即使变频器正常工作，有些系统也要求工频运行与变频运行相互切换。,1、手动切换控制线路 图为工频运行与变频运行手动切换控制线路。其中，图（a）为主电路，图（b）为控制电路。图中，1KM用于将电源接至变频器的输入端；2KM用于将变频器的输出端接至电动机，3KM用于将工频电源接至电动机。因为在工频运行时，变频器不可能对电动机进行过载保护，所以接入热继电器FR作为工频运行时的过载保护，我们把FR的常闭触点接在了变频与工频的公共端，所以在变频运行时热继电器也有过载保护功能。由于变频器的输出端子是绝对不允许与电源相接的，因此，2KM与3KM是绝对禁止同时导通的，相互之间加了可靠的互锁。,SA为变频运行与工频运行的切换开关。2SB既是工频运行的起动按钮，也是变频运行的电源接入按钮。1SB既是工频运行的停止按钮，也是变频运行的电源切断按钮，与1SB并联的KA的常开触点保证了变频器正在运行期间，不能切断变频器的电源。4SB为变频运行的起动按钮，3SB为变频运行的停止按钮。当SA处于工频位置时，按下按钮2SB，电动机以工频运行，按下按钮1SB电动机停转。在工频运行期间，3SB和4SB不起作用。当SA处于变频位置时，按下按钮2SB，接通变频器的电源，为变频器运行做准备，按下按钮1SB切断变频器电源，变频器不能运行。接通变频器的电源后，按下按钮4SB，变频器运行，按下按钮3SB，变频器停止运行。,在变频运行时，不能通过1SB停车，只能通过3SB以正常模式停车，与1SB并联的KA常开触点保证了这一要求。图没有使用变频器的故障检测功能，变频器的内部继电器端子R1A、R1B、R1C不起作用。即使变频运行时，热继电器也做过载保护使用。若在变频运行时不需要热继电器做过载保护，而使用变频器本身的保护功能，应改变热继电器FR常闭触点的连接位置。2、手动切换与故障自动切换的控制电路 同时具有手动切换与变频器出现故障后自动切换的控制电路如图所示，其主电路仍与图（a）相同。,控制电路正常运行、停车、手动切换与图相同，但当变频运行变频器出现故障时，变频器内部继电器R1的常闭触点R1（R1B，R1C）断开，交流接触器1KM、2KM线圈断电，切断变频器与交流电源和电动机的连接。同时R1的常开触点R1（R1A，R1C）闭合，一方面接通由蜂鸣器HA和指示灯HL组成的声光报警电路，另一方面使时间继电器KT线圈通电，其常开触点延时闭合，自动接通工频运行电路，电动机以工频运行。此时操作人员应及时将SA拨到工频运行位置，声光报警结束，及时检修变频器。在变频运行时，不能通过1SB停车，只能通过3SB以正常模式停车，与1SB并联的KA常开触点保证了这一要求。,3、用PLC切换控制线路 用PLC切换工频与变频的变频器部分接线图与图（a）相同，PLC的接线图如图所示。参考梯形图如图所示,各按钮和开关的作用与图基本相同，PLC的梯形图读者自行分析。我们还可以接入工频运行指示灯和变频运行指示灯，指示灯可以用3KM和KA的常开触点控制，也可以直接接在PLC的输出端子上。前者梯形图不需要更改，后者梯形图相应改变，读者自己完成。,上图在变频器出现故障时虽然能自动有变频运行切换为工频运行，但切换后还需要手动将工频、变频转换开关SA由变频位置拨至工频位置。另一种工频、变频自动转换的控制电路如图所示，其主电路与图（a）相同，PLC的梯形图如图所示。线路的过载过程为：按下工频运行选择按钮1SB，工频选择信号灯1HL亮；按下起动按钮4SB，交流接触器3KM线圈通电，其主触点闭合，电动机工频运行，同时工频运行信号灯3HL亮；此时按下变频选择按钮2SB不起作用；按下停止按钮3SB，电动机停转。,按下变频运行选择按钮2SB，变频选择信号灯2HL亮；按下起动按钮4SB，交流接触器1KM、2KM线圈通电，其主触点闭合，接通变频器输入电源，并将变频器的输出连接到电动机，变频电源信号灯4HL亮，但电动机不转；按下变频起动按钮5SB，中间继电器KA线圈通电，常开触点闭合，变频器运行，电动机旋转，变频运行信号灯5HL亮；此时工频选择按钮1SB不起作用；按下变频停止按钮6SB，电动机停转。不管工频运行还是变频运行，在电动机过载时，热继电器FR触点动作，电机停转。,当变频运行变频器出现故障时，变频器内部继电器R1的常开触点R1（R1A，R1C）闭合，交流接触器1KM、2KM和中间继电器KA的线圈断电，切断变频器与交流电源和电动机的连接。同时，一方面接通由蜂鸣器HA和指示灯6HL组成的声光报警电路，另一方面使PLC的定时器TM0工作，延时自动接通工频运行电路，电动机以工频运行。按下复位按钮7SB，声光报警结束，及时检修变频器。在图中，6个信号灯1HL6HL都接在PLC的输出端子上，我们也可以不接在PLC的输出端子上，而用交流接触器1KM3KM和中间继电器KA的常开触点控制各个信号灯。控制电路的接线图和PLC的梯形图都应修改，读者自己考虑。,3.7.5 实训内容1、用电气智能化实验平台和低压电器实验板对图和图进行实验。2、用电气智能化实验平台对图进行接线和编程实验。用3个信号灯模拟3台变频器的正转运行。3、用电气智能化实验平台进行工频与变频自动转换的模拟实验。提示：由于实验平台无法完成工频与变频的实际转换，可以完全按照图接线，交流接触器和中间继电器只接线圈，参照图所示的梯形图实验，观察线圈的动作情况是否正常，信号灯的指示是否正常；也可以将图中的交流接触器和中间继电器的线圈全部用信号灯模拟，信号灯亮就相当于线圈吸合。,3.8 多电机同步调速系统 在造纸、印染及其它控制系统中，经常需要多电机同步调速，以前多电机同步调速大多采用直流调速。随着变频技术的发展，直流调速用得越来越少，逐渐被交流调速所取代。同步调速必须采用闭环控制，要有同步信号（也可以叫反馈信号），同时各变频器必须有统一的给定信号，同时升降速，并且同时开停。3.8.1 同步信号的获取 根据同步方式的不同，同步调速可分为恒转速调速和恒张力调速等方式。恒转速调速的同步信号一般是测速发电机，测速发电机与电动机同轴相连，根据输出电压的不同，测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。,恒张力调速主要用于造纸、印染、拔丝等行业，其同步信号通常有以下几种：1、电位器 获取同步信号的电位器是线绕电位器，优点是线路简单，稳定性好，线性度高。缺点是由张力架带动线绕电位器旋转，电位器体积小，机械强度差，再加上一般采用长期连续工作制，很容易损坏，故障率较高，最好采用软轴连接。2、传感器 用传感器检测张力信号属于非接触式，主要有超声波传感器、涡流式线位移传感器等，输出信号一般为010V，一般将传感器整体用环氧树脂密封在塑料容器中，与外界彻底隔离，没有机械接触，故障率较低，被广泛采用。缺点是对温度比较敏感，温度变化对参数影响较大，因此应尽量避免在温差较大的场合使用。,3、旋转变压器 在输入电压不变时，旋转变压器的输出电压取决于铁心旋转的角度，可以用来检测张力的变化，优点是线路简单，稳定性好，线性度高，故障率较低。缺点是体积较大，成本较高。3.8.2 同步信号的处理 虽然同步信号的种类不同，但变频调速控制系统需要的信号有确定的要求。根据同步控制方式的不同，需要的同步信号大致分为两类：一是与给定信号相同的“”信号，一般为010V，本书用Uf来表示（需要“”信号时加一级反相器即可），用于PI调节器使用。二是“”信号，张力合适时信号为0V，张力出现偏差时，信号为“”或“”，本书用Uf来表示，信号的幅度能根据需要调节。各种同步信号都要处理成系统需要的信号Uf或Uf。有时也需要处理成直流电流信号，但电路相对复杂一些，用得也比较少，不再赘述。,1、处理成Uf信号1）电阻信号处理成Uf信号的电路如图所示。在电源电压US和反馈电位器RP确定时，改变电阻R和电位器RP1的数值，就可以得到不同大小的Uf，以满足线路不同需求。2）传感器信号 传感器信号一般就是010V的电压信号，通常不需要另行处理。但如果信号与所需要的Uf不一致可以进行简单的处理。若传感器信号大于所需要的Uf，只需用电阻分压即可；若传感器信号小于所需要Uf，可以用运算放大器做成比例电路对传感器信号进行放大。,3）直流测速机信号 直流测速机信号就是直流电压信号，只需用电阻分压即可得到所需的Uf。直流测速机输出电压一般较高，分压电阻的阻值一般较大，应注意电阻的功率，应选较大功率的电阻，或用多个电阻串并联使用。4）交流电压信号 来自交流测速机或旋转变压器的信号为交流电压信号，需要进行整流和电阻分压，电路如图所示。由于交流电压信号一般较高，特别注意整流二极管的耐压和电阻的功率。,2、处理成Uf信号1）电阻信号电阻信号处理成Uf信号的电路如图所示。在电源电压US和反馈电位器RP确定时，改变电阻R和电位器RP1、RP2，就可以得到幅度大小不同的Uf，以满足线路的不同需求。2）其它信号既然各种信号都可以处理成Uf+（如010V）信号，只需讨论由Uf+信号变成Uf信号即可。由Uf+信号变成Uf信号的参考电路如图所示。,如果控制系统要求的信号幅度还大，只需调整R1和Rf的阻值即可；如果控制系统不需要这么大的信号幅度，只需调节电位器RP，从Uf端输出就行了。如果控制系统要求把010V的反馈信号变成5V5V的信号，只要将图所示的电路再加一级反相器就行。,3.8.3 常用的同步方法 多电机同步调速一般需要将统一的给定电压信号UG加在各变频器的电压输入端子，各电机统一升降速，即使这样，由于各电机的功率不同，负载差异较大，电机的转速仍不相同，再考虑到工艺的差别、张力差距等因素，转速差别就更大了。要想达到同步运行，必须采用闭环控制，常用的同步方式有以下几种。1、利用变频器自身的功能 在多电机同步调速系统中，选一个对工艺影响最大的电机作为主令电机（可选功率最大的电机或者第一台电机或对工艺影响关键的电机，通常由机械工程师提出），将统一的给定电压信号UG加在各变频器的电压输入端子，主令电机不加反馈信号，将经过处理后的反馈信号（变频器所需要的信号）加到其它电机变频器的模拟给定输入端子。,1）利用变频器的PI功能 变频器的PI功能要求的反馈信号一般为正电压信号（也可以用其它信号），只要将反馈信号处理成010V的电压信号加到变频器的输入端子，再进行PI功能的相关设置就行了。一个n电机的变频器同步调速系统同步部分的接线图如图所示。其中UG是统一的给定电压信号，需要外电路提供。1#电机为主令电机，Uf2Ufn为处理后的反馈信号，反馈信号处理电路没有画出。2）利用变频器的求和功能 利用变频器求和功能的同步调速系统同步部分接线图与图相同。但对变频器设置不同，对反馈信号的要求也不相同。需要将反馈信号处理出正负信号Uf，Uf的幅度通常不需要太大，一般为总给定信号UG的30就够了，具体调节范围需要根据具体工艺决定。,2、由PI调节器组成的速度给定电路 由PI调节器组成的速度给定电路示意图如图所示。其中UG是统一的给定电压信号，需要外电路提供。反馈信号要处理成上面所讲的Uf+信号。,3、由加法器组成的速度给定电路 由加法器组成的速度给定电路示意图如图所示。其中UG是统一的给定电压信号，需要外电路提供。反馈信号要处理成上面所讲的Uf信号。4、使用同步控制器 同步控制器是专门为同步调速系统做的控制器，只要将同步控制器要求的反馈信号加到控制器的输入端，就可以直接输出各变频器的给定信号，不需要自己实际控制电路，使用非常方便，如图所示,新型的同步控制器内部采用计算机为核心的全数字化设计，例如JGD系列同步控制器。每个控制器可控制4台或8台电动机。JGD280同步控制器有如下特点：（1）数字化 内部采用单片机控制，可以对控制器进行多种功能设置，设置功能时通过数码显示，且有记忆功能，断电后能自动保留用户设置的参数。（2）功能较多1）有三种给定输入方式：内部给定（可以通过UP、DOWN端子升降速）；外部电压给定（010V）；外部电流给定（420mA）。2）JGD280同步控制器220V单相交流电源输入，可控制8个独立单元。每个单元都有反馈输入端（输入信号为5V5V，无反馈时可以不接）和输出端，输出端的输出电压为010V，正好和变频器给定输入相匹配。,3）当电动机的数量小于8时，只要将多余的单元不接线即可。如果电动机的数量较多，可以多个同步控制器合并使用。4）起动和停车设计可以设定，以满足不同工艺的要求。5）具有故障报警功能。6）主给定可以设置上下限，便于完成导布速（能够进行同步运行的最低速，开车后应自动升速到导布速）功能。当实际的给定信号小于设定的下限给定时，执行下限给定；当实际的给定信号大于设定的上限给定时，执行上限给定；当实际的给定信号大于设定的下限给定而小于设定的上限给定时，执行实际给定。,（3）精度较高 输入、输出的模拟信号采用A/D、D/A转换器，其分辨率可达0.1。（4）通用性较好 外部给定输入采用标准的010V电压信号或420mA电流信号，输出为010V电压信号，可与多种调速系统相匹配。3.8.4 变频器的主电路和控制电路 一个3单元的同步调速系统的主电路如图所示，控制电路如图所示。其中，各变频器的给定信号由同步控制器提供。若使用变频器的PI功能或者速度求和功能，则应将反馈信号加到变频器的AI2端子（主令电机除外）。,图中选1#电机为主令电机，在同步控制系统中，必须要求各电机同时开停，但考虑到设备调试或设备出现故障时，不一定所有电机都开，必须有一个预选电机的过程。图中1R1、2R1、3R1为3个变频器的R1继电器，设置为电机的过载保护，但任何一个电机过载，都应全部停车。