目前,国内外生产变频器的厂家颇多,虽然不同品牌变频器的控制电路各具特色,但大体一致,最基本的控制电路如图1-2-4所示。
不难看出,控制电路由电源板、主控板、逆变模板、键盘及控制输入、输出接线板等组成。
(一) 电源板
电源为控制电路的 “后勤供给部长”,后勤出了问题,变频器就无法工作。电源板主要提供主控板的电源和驱动电源。主控板需要电源稳定性好、抗干扰能力强; 驱动电源因为逆变模块处于直流高压电路中,又分属于三相输出电路中不同的相,所以驱动电源必须和主控板电源之间可靠隔离,各驱动电源之间必须可靠绝缘。
电源部分还有援外任务,即 “外接电源”,是为外接控制电路提供稳定的直流电源。有的变频器的 “给定值”是由外接电位器设定的,这时的电源则是由变频器内部的电源板提供。
(二) 主控板
图1-2-4 变频器基本控制电路框图
主控板是变频器 “司令官”,是控制中心。它的主要功能是接受键盘输入的信号; 接受外接控制电路输入的各种信息; 处理主控板内部的采样信号 (如主电路中的电压、电流采样信号、各部分温度的采样信号、各逆变管工作状态的采样信号等等)。
另外,主控板负责SPWM调制,并分配给各逆变管的驱动电路; 还要发出显示信号,向显示板和显示屏发出各种显示信号; 发出保护指令,根据各种采样信号,随时判断工作是否正常,一旦发现异常状况,立即发出保护指令进行保护;此外,主控板还得向外电路提供控制信号和显示信号,如正常运行信号、频率到达信号、故障信号等。
(三) 显示/键盘
图1-2-5 安川F7变频器显示/键盘
显示/键盘简称“键盘”。有的产品把它叫作数字式操作器,简称“操作器”;还有产品叫作 “操作面板”。总之,叫名颇多,但总的任务则是向主控板发出各种指令或信号 (由操作人员按动键盘实现),而显示的则是主控板提供的各种数据 (由数码显示屏实现),但这二者却总是组合在一起的,以便使操作人员与变频器实现人机对话。
不同品牌变频器的显示/键盘的功能符号 (代号) 与参数的设置是不同的 (读者将在第二章中看到)。这里以安川F7变频器的显示/键盘为例来给予说明,详见图1-2-5,图中,上部为显示部分,下部为键盘。
1.键盘
键盘是由使用人员向变频器主控板发出各种指令或信号的操作系统。一般来说,变频器键盘应该配置以下几种按键:
(1) 模式转换键。变频器最基本的工作模式有运行模式、显示模式、编程模式等。模式转换键就是用于切换变频器工作模式。模式转换键常见的符号有PRG、FUNC、MOD,而在图1-2-5中,则用MENU,叫作 “菜单”,也有的叫 “功能选择键”。
(2) 参数增减键。又叫数据键,用于设置或改变参数的大小。该键常用的符号有上升键▲、△、∧、↑; 下降键有▽、∨、↓等。在图1-2-5中,上升键用的是∧; 下降键用的是∨。
(3) 读出、写入键。在编程模式下,用于 “读出” 原有参数或 “写入” 新参数。读出、写入键常用的符号有SET、READ、WRITE、DATA、ENTER等。在图 1-2-5 中,用DATA/ENTER表示。
(4) 运行键。在变频器主电路接通电源后,键盘便进入了等待操作状态 (简称 “等待状态”),即键盘进入了运行模式,可以进行各种运行操作。运行键主要有RUN (运行)、FWD(正转)、REV (反转)、STOP (停止)、JOG (点动) 等。但并不是所有变频器的键盘都设置有FWD、REV、JDG。
(5) 复位键。变频器或电动机因故障而引起变频器跳闸 (自动切断电源),为避免误动作,其内部控制电路即行封锁,并发出灯光显示。当故障排除之后,必须先按动复位键,使控制电路恢复正常状态。复位键常用RESET表示,或简写为RST。在图1-2-5中,复位键在右下三,除用RESET外,还标有>,以示提醒。
(6) 数字键。有些变频器的键盘上还配置了 “0～9” 10个数字和小数点,在编程时,可以直接输入所需参数。
键盘上有这么多个按键,而且多用外文字母,加上变频器品牌繁多,符号代号各有差异,这对于电工和使用人员来说,能掌握键盘的操盘,是个难题。不过不要紧,制造厂商也了解使用人员心理,列有按键名称及使用功能,只要读者记牢,那么操作起来就得心应手。
表1-2-1列出了安川F7变频器按键名称及功能,可供读者参考。
2.显示屏
图1-2-5的上部分为显示屏。它由数码显示屏和指示灯 (发光二极管LED) 组成。
(1) 数码显示屏。又叫参数显示屏,LCD显示窗等。在运行模式时,显示各种运行参数,如频率、电压、电流; 在编程模式时,它显示功能码和参数码; 在故障状态下,它显示故障原因的代码。在图1-2-5中,数码显示屏叫作数据显示部。
(2) 指示灯。现在都用发光二极管代替,装在触摸面板之后,旁路标有名称,灯光透过塑料触摸面板,既见光又见字,观察甚为方便。指示灯主要作用是状态显示、单位显示。所谓状态显示有RUN (运行)、STOP (停止)、FWD (正转)、REV (反转)、FLT (故障) 等。单位显示即显示数据的单位,如Hz、V、A等。
表1-2-1 安川F7变频器按键名称及功能
对于指示灯的运用,各变频器的用途各不相同,有的简单,有的复杂,有的用中文,读者一看便知。如安川F7变频器,其指示灯有10只,分显示运行模式和显示模式两部分,如图1-2-5所示。
(3) 液晶显示屏。有些变频器采用了液晶显示屏,可以同时显示几行数据或功能代码、参数,还可对运行中的各种状态进行显示,也可对控制端的外部接线状况进行显示。
(四) 外接控制电路
电动机变频器外接控制电路包括外接给定电路 (又叫 “模拟输入”)、外接输入控制电路(“控制信号”输入)、外接输出电路 (“输出信号” 端)、数据通信电路等四部分。现以安邦信AMB-G7变频器为例,来说明外接控制电路,如图1-2-6所示。
图1-2-6 安邦信AMB-G7变频器控制电路连接图
1.外接给定电路 (模拟输入端)
依据外接给定信号种类的不同,外接给定电路一般配置有如下端口。
(1) 外控电源正端 (固定偏压信号)。为了便于利用外接电位器取出电压给定信号,变频器可提供外控电源,一般为+10V,见图1-2-6。
(2) 电压信号给定端。如图1-2-6中的VS参考设定电压输入端,通过调整电位器,由中抽头注入0～10V电压; 此外,还有VF反馈电压信号输入端,它是模拟反馈电压信号0 ～10V。也有用FSV表示。
(3) 电流信号给定端 (参考设定电流输入端),常用IS或FSI表示。参考设定电流一般为1～20mA。此外,尚有反馈电流信号输入端,.用IF表示,输入电流为4～20mA。
(4) 辅助信号给定端,常用 “AUX”表示,用于引入反馈信号。
2.外接输入控制电路 (控制信号输入端)
不同品牌的变频器对外接输入控制端的配置各不相同,且各控制端的功能一般可任意设定。输入控制端的一般配置如下。
(1) 运行控制端。主要有正转 (FWD)、反转 (REV)、运行 (RUN)、停止 (STOP)、自由制动 (FS)、点动 (JOG) 等。如图1-2-6所示,在控制端子上表有RUN运行/停止开关,即合上开关则运行,关断则停止; F/R表示正/反,即开关断开为正转,合上则反转; JOG表示点动,一般采用按钮开关,按下电动机起动,松开则停止。此种操作则为点动,又叫寸动。点动操作须是电动机未运行前。
(2) 多档频率控制端。变频器可以通过若干个开关的不同组合,以设定多档工作频率。常见用三个开关接于X1、X2、X3端,如图1-2-6所示。开关的另一端连接一起与公共端COM (有的记作CM) 短接有效。X1、X2、X3可编程为七段速度; X1、X2可编程为步进控制; X3可编程电压、电流输入切换。各开关的状态与升、降速时间档次间的对应关系见表1-2-2。
表1-2-2 X1～X3状态与转速档次对应关系
| 转速档次 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| X1的状态 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| X2的状态 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| X3的状态 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
(3) 加减速度指令输入端。图1-2-6中的X4、X5是电动加减速时间指令信号输入端,它们中任意一个或两个开关与COM端子短接均有效。可以提供四种加、减时间,可在运行过程中改变。见表1-2-3。
表1-2-3 X4、X5的状态加减速度时间档次的对应关系
| 加减速档次 | 0 | 1 | 2 | 3 |
| X4的状态 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| X5的状态 | 0 | 0 | 1 | 0 |
(4) 自由停止指令输入端。此端符号为FRS,与它连接的开关与公共端COM短接有效,电动机立即停车,但因惯性作用仍然旋转,逐步减速,最终完全停止,这叫自由停车指令。
(5) 复位端。也叫系统复位端,常用RST表示。
在介绍显示/键盘时,有停止、复位等按键,那是用于机前操作的。有了这些外接端子,通过导线连接后,可引至较远的地方实现对变频器的操作,这在某些场合是很有必要的。
(6) 其他功能控制端。有些变频器还设有紧急停机 (EMS)、外接保护 (THR) 等输入端。
3.外接输出电路 (输出信号端)
变频器对外部提供的输出信号端有如下几种。
(1) 状态信号端。一般晶体管输出只能接在低压直流电路。通常为运行信号端,即变频器在运行过程中晶体管导通; 或者为频率达到信号端,即变频器的工作频率达到某设定值时,晶体管导通。在图1-2-6中的Y1、Y2、Y3为多功能输出端,属三路可编程集电极开路输出,每路最大输出为直流24V50mA,完全可以驱动发光二极管或直流继电器,以显示某种状态。
(2) 故障继电器输出端。共三个继电器触点A、B、C,在有故障时,AC两点闭合 (导通)、BC两点断开 (不通)。
(3) 电流表输出接点。M1与GND (地) 之间最大可输出DC10V 10mA。
(4) 频率表输出接点。M2与GND之间最大可输出DC10V 10mA。图1-2-6中的F为频率表,国标符号为Hz。
(5) 辅助电源正端。输出24V直流电源,与COM之间可输出100mA电流。
对继电器触点输出端有的变频器标作FA、FB、FC; 电流表、频率表测量信号标作FM、AM、CM4; 状态输入端的三极管标作RUN(运行)、AR (频率达到端),如图1-2-7所示,显得较为直观。
4.数据通信电路 (通信接口端)
又叫RS-485接口,见图1-2-6。可按所提供的通信格式进行串行通信。
图1-2-7 外接输出控制端又一种标示法
对上述讲解可以综合起来,列出控制回路各端子功能表,读者一目了然,如表1-2-4所示。
表1-2-4 安邦信AMB-G7变频器控制端子
| 种 类 | 端子 标号 | 端子名称 | 端子 功 能 | 种 类 | 端子 标号 | 端子名称 | 端子 功 能 |
| 模 拟 输 入 | 10V/18 | 固定偏压信号 | +10V | 输 出 信 号 | COM/8 | 控制指令、输 出信号共同点 | |
| VS/23 | 参考设定电压输 入正端 | 0～10V | COM/13 | ||||
| VF/24 | 反馈电压信号输 入正端 | 0～10V | COM/17 | ||||
| IS/26 | 参考设定电流输 入正端 | 4～20mA | 24V/4 | 辅助电源正端 | 与COM之间可输出 DC24/100mA | ||
| IF/27 | 反馈电流信号输 入正端 | 4 20mA | Y1/7 | 多功能输出 | 三路可编程集电极开 路输出每路最大输出为 DC24V 50mA | ||
| GND/25 | 参考设定信号共 同点 | Y2/6 | |||||
| 控 制 信 号 | RUN/12 | 运转指令 (端子 控制时) | 与COM短接运 行,断开为停止 | Y3/5 | |||
| F/R/11 | 正/反转指令 | 与COM短接反 转,断开为正转 | A/1 | 故障继电器输 出端子 | 异常时A—C闭 B—C开 | ||
| J0G/9 | 点动指令 | 未 运 行 时,与 COM端短接有效 点动频率为多段 速度2 点动加速时间为 加速时间2 点动减速时间为 减速时间2 | B/2 | ||||
| C/3 | |||||||
| M1/22 | 电流表输出接 点 | M1与GND之间最大 可输出DC10V 10mA | |||||
| M2/21 | 频率表输出接 点 | M2与GND之间最大 可输出DC10V 10mA | |||||
| X1/20 | 多段速度、多功 能指令与COM端子 短接有效 | X1、X2、X3 可 编程为七段速度 X1、X2可编程 为步进控制 X3为可编程电压 电流输入切换 | |||||
| X2/19 | |||||||
| X3/18 | 数 据 通 信 | R+ | RS-485接口 | 可按所提供的通信格 式进行串行通信 | |||
| X4/16 | 加减速时间指令 与COM端子短接有 效 | 提供四种加、减 速时间,可在运行 过程中改变 | R- | ||||
| X5/15 | T+ | ||||||
| FRS/10 | 自由停车指令 | 与COM短接有效 | T- | ||||
| RST/14 | 系统复位 | 与COM短接有效 |
注 端子标号即为端子符号/端子排号码,如VS/23为参数设定电压/23号端子。
由于各种变频器的控制回路端子,以及端子编号不同,所以每种变频器均列有端子功能表,并绘制有控制端子排,以免使用人员接错线。
一般来说,控制回路端子排位于控制印刷电路板的前下方。安邦信G7的端子排列如图1-2-8所示。
图1-2-8 安邦信AMB-G7变频器控制回路端子排列图