实验二  三相交流异步电动机变频调速实验
一、实验目的
1.学习和掌握变频器的操作及控制方法；
2.深入了解三相异步电动机变频调速性能；
3.进一步学习PLC控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。
二、实验原理
1.三相交流异步电动机变频调速原理
通过改变三相异步电动机定子绕组电压的频率，可以改变转子的旋转速度，当改变频率的同时改变电压的大小，使电压与频率的比值等于常数，则可保证电动机的输出转矩不变。
变频器就是专用于三相异步电动机调频调速的控制装置。它的输入为单相交流电压（控制750W及以下的小功率电动机）或三相交流电压（控制750W以上的大功率电动机），而输出为幅值和频率均可调的三相交流电压供给三相异步电动机。
变频器的生产厂家很多，产品也很多，但基本原理相同。本实验中采用的是松下小型变频器VFO 200W，有如下几种操作模式。
（1）运行/停止、正转/反转的操作模式：对于电动机的启动/停止以及正反转的控制有外部操作和面板操作两种模式，通过专用参数的设定来实现。
面板操作模式：通过变频器自带面板上的操作键实现运行/停止、正转/反转控制；
外部操作模式：通过接在变频器专用输入端开关信号的接通、断开实现运行/停止、正转/反转。
（2）频率设定模式：频率的设定分为面板设定、外部设定两种，通过专用参数的设定来实现。
面板设定模式是根据面板上的电位器或专用键来设定频率的大小。
外部设定模式可以通过变频器上专用输入端上的电位器、电压信号、电流信号、开关编码信号以及PWM信号来实现频率的设定。
2.实验电路图
本次实验的主要内容为“外部控制和外部电位器频率设定”。实验电路图如图17.1所示。
图17.1  三相交流异步电动机变频调速
实验电路图
由图17.1可知，运行时，PLC程序要使Y4为1，停止时要使Y4为0，频率大小通过改变1、2、3端连接的电位器位置来调节。
3.电路接线表
本实验的电路接线表如下表17.1（注：图17.1中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线）
表17.1  三相交流异步电动机变频调速实验电路接线图
序号
端子
端子
连接电缆
序号
端子
端子
连接电缆
1
PC端
COM1
PLC串行通信板
通信电缆
8
R4左
J1
导线
2
PC端
COM4
PLC程序传送接口
编程电缆
9
R4中
J2
导线
3
启动右
X10
导线
10
R4右
J3
导线
4
停止右
X11
导线
11
COM2
J3
导线
5
启动左
COM
导线
12
JU
JDU
导线
6
停止左
COM
导线
13
JV
JDV
导线
7
Y4
J5
导线
14
JW
JDW
导线
三、实验步骤
1.按表17.1接线（为了安全起见，接线时请务必断开QF4）；
2.征得老师同意后，合上断路器QF2和QF4，接通操作面板上的电源开关；
3.运行PC机上的PLC工具软件FXGP_WIN-C，输入课前编好的PLC程序（或直接打开已经编制好的，路径为：HJD-DJ1 \程序\实验17\变频调速.PMW），确认程序无误后，将其写入到PLC并运行。步骤如下：
1) 端口设置：【PLC】→【端口设置】→COM4；
2）停止运行：【PLC】→【遥控运行/停止】→【中止】；
3）程序写入：【PLC】→【传送】→【写出】→【范围设置】，【终止步】设置为程序的步数，【确定】；
4）运行程序：【PLC】→【遥控运行/停止】→【运行】。
4.执行PLC中的“监控测试/开始监控”，PLC进入监控状态；
5.按操作面板上的“启动”按钮，变频器通电，如表17.2设定变频器参数；
表17.2  变频器主要参数设定
参数编号
设定数据
意义
Pr08
3
输入端J5的信号为“1”时，电动机正转，否则停止；
输入端J6的信号为“1”时，电动机反转，否则停止；
Pr09
2
外部电位器设定频率大小
参数设定操作步骤如下：
1）按动变频器面板上的“MODE”键，直到显示参数号Pr01；
2）按“↑”或“↓”键，调节参数号，使其为所需设定的参数号；
3）按“SET”键，进入修改参数状态,数字闪烁；
4）按“↑”或“↓”键，改变数字使其为所需设定的数字；
5）按“SET”键，设定值被写入；
6）重复2）、3）、4）、5）设定其它参数。
6.调节电位器旋钮，使变频器的显示频率为10，读取数据寄存器D0里的转速值并记录于表17.2中；
表17.2 实验记录表
显示频率（HZ）
速度（r/min）
10
15
20
25
变频器接线图
30
35
40
45
7.调节电位器的旋钮，使变频器的显示频率分别为表17.2中的显示频率设定值，重复步骤5；
8.按“停止”按钮，电动机停转；
9.断开电源QF2、QF4。
四、注意事项
1.接线和拔线时，请务必断开QF4；
2.QF4合上后，请不要用手触摸接线端子；
3.请务必不能将导线一端接入交流电源、交流电动机、变频器的接线端子上，另一端放在操作台上而合上QF4。
五、实验用电器元件和工具
PC机                            1台
PLC                              1台
变频器                            1台
三相异步电动机                    1台
转矩转速传感器                    1台
电压传感器                        1台
断路器                            2个
按钮                              2个
实验导线                          若干
六、实验前的准备
预习实验指导书及附录相关内容，编写好实验用程序。
七、实验报告要求
1．画出PLC控制程序梯形图并写出相对应的指令代码；
2．已知电动机的转差率S＝0.02，请计算表17.2各频率下对应理论转速值，并与实测转速值进行比较，分析误差产生的主要原因。
八、思 考 题
1.三相异步电动机调速的主要方法有几种？
2.为什么三相异步电动机调频调速时要同时改变电压的大小？