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如何轻松识读变频电路

【摘要】:变频电路是指在采用变频器作为核心部件的电气控制电路。图8-11 典型变频电路的实际应用图8-12所示为典型变频电路的结构示意图。变频电路控制器电动机反向运转的控制过程若需要电动机反向运转时,拨动转换开关SA接到REV端,使REV端与公共端短接,变频器则执行反转指令。

变频电路是指在采用变频器作为核心部件的电气控制电路。该类电路的主要特征是通过变频控制的突出优势,实现电路可靠、优良的控制功能。

1.变频器和变频电路

变频器英文表示为VFD或VVVF,它是一种利用逆变电路的方式将工频电源(恒频恒压电源)变成频率和电压可变的变频电源,进而对电动机进行调速控制的电器装置。

传统的电动机驱动方式是恒频的,即50Hz供电电源直接驱动电动机,由于电源频率恒定,电动机的转速是不变的。如果需要满足变速的要求,就需要增加附加的减速或升速设备(变速齿轮箱等),这样会增加设备成本,还会增加能源消耗,其功能还受限制。而具有调速和软起动功能的变频器驱动系统,可以实现宽范围的转速控制,大大降低了能耗,已经成为改造传统产业、改善工艺流程,提高生产自动化水平、提高产品质量、推动技术进步的重要手段,广泛应用于工业自动化的各个领域。

电动机传统驱动方式和变频驱动方式的比较图如图8-8所示。

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图8-8 电动机传统驱动方式和变频驱动方式的比较图

图8-8中,变频器的作用是改变电动机驱动电流的频率和幅值,进而改变其旋转磁场的周期,达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现,使得复杂的调速控制简单化,用“变频器+交流鼠笼式感应电动机”的组合,替代了大部分原先只能用直流电动机完成的工作,缩小了体积,降低了故障发生的概率。

图8-9为典型变频器的实物外形。

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图8-9 典型变频器的实物外形

作为专门优化电动机控制功能的控制装置,变频器工作的核心是实现供电电源频率的改变。变频驱动电路的结构如图8-10所示。变频器通过外部频率设定及人工指令输入要求,自动改变输出的电源频率,使电动机在高效、优良的控制条件下工作。

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图8-10 变频驱动电路的结构

图8-11所示为典型变频电路的实际应用。

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图8-11 典型变频电路的实际应用

图8-12所示为典型变频电路的结构示意图

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图8-12 典型变频电路的结构示意图

2.根据电路图还原变频电路连接关系

在识读变频电路时,首先要了解变频电路的结构组成,找到电路中各主要功能部件,然后,根据电路中各功能部件的连接关系,结合其各自的功能特点,理清信号处理过程。

下面,我们以一个典型的变频控制电路为例进行讲解。图8-13所示为典型工业设备(电动机)的变频控制电路,可以看到,该工业设备变频控制电路主要由总断路器(QF)、交流接触器(KM1、KM2)、变频器(PI7100)、停止按钮(SB1)、脚踩起动开关(SM)、电磁制动器等构成。

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图8-13 典型工业设备(电动机)的变频控制线路

为了让大家能够更加形象地理解变频电路的结构特点,我们根据各主要部件的连接方法还原出变频控制电路各功能部件的连接关系示意图,如图8-14所示。从该图中,我们可以清楚地理顺电路的控制过程。

3.分析变频电路的控制过程

搞清了变频电路的连接关系,便可以完成对变频电路控制过程的识读分析。即当踩动脚踩起动开关SW、停止按钮SB1等指令部件时,向电路中送入人工指令信号,这个信号最终由变频器响应,实现变频控制。

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图8-14 变频控制电路各功能部件的连接关系示意图

(1)变频电路控制器电动机正向运转的控制过程

当按下微动开关SM,接触器KM2线圈得电,常开主触点KM2-1闭合,接通电磁制动器电源,进入准备工作状态。同时,常闭辅助触点KM2-2断开,变频器FRE端子(自由停车)与公共端子断开,切断变频器自由停车指令输入。另外,KM2的常开辅助触点KM2-3闭合,变频器FWD端子(正转运行)与公共端子COM短接。

变频器内部主电路开始工作,U、V、W端输出变频电源,电源频率按预置的升速时间上升至与频率给定电位器设定的数值,电动机按照给定的频率正向运转。

由此可知,变频器与指令部件之间的控制关系是由接触器的触点实现的,实际连接关系中,指令部件与接触器连接,接触器的触点与变频器连接。

(2)变频电路控制器电动机反向运转的控制过程

若需要电动机反向运转时,拨动转换开关SA接到REV端,使REV端与公共端短接,变频器则执行反转指令。

(3)变频电路控制器电动机停止运转的控制过程

松开微动开关SM,接触器KM2线圈失电,此时,常闭辅助触点KM2-2复位闭合,变频器FRE端子(自由停车)与公共端子短接,变频器执行自由停车命令,变频器停止输出并开始制动;同时,常开辅助触点KM2-3复位断开,变频器FWD端子(正转运行)与公共端子断开,切断运行指令的输入;另外,常开主触点KM2-1也复位断开,电子制动器线圈失电,按照延时继电器设定时间(图中未画出),反相制动抱闸,与变频器配合使三相异步电动机迅速停止运转。