寇志偉　李文軍　徐明娜　蘇 曦　馬德智內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心　內(nèi)蒙古呼和浩特　010051

變頻器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

寇志偉李文軍徐明娜蘇 曦馬德智
內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心內(nèi)蒙古呼和浩特010051

為了提高電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程的綜合教學(xué)水平與學(xué)生的工程應(yīng)用能力，探索電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)在培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力等方面的重要作用，開(kāi)發(fā)了基于工程實(shí)踐教育和電工技術(shù)理論、符合實(shí)踐教學(xué)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的變頻器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)模塊，可以完成變頻器應(yīng)用相關(guān)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目或工業(yè)控制系統(tǒng)的構(gòu)建，教學(xué)應(yīng)用表明該模塊將教學(xué)環(huán)節(jié)與工程實(shí)際緊密結(jié)合，教學(xué)效果明顯。

變頻器；電工技術(shù)；工程實(shí)訓(xùn)；實(shí)踐教學(xué)；實(shí)訓(xùn)模塊

工程實(shí)訓(xùn)課程是理工科高等院校培養(yǎng)各類型工程技術(shù)人才的核心課程，它將科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程訓(xùn)練融為一體，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力以及綜合素質(zhì)的重要平臺(tái)。[1]電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)是理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的綜合，是理論聯(lián)系實(shí)際和學(xué)生接觸實(shí)際、走進(jìn)工程項(xiàng)目的有效途徑。[2]變頻器是由計(jì)算機(jī)控制大功率開(kāi)關(guān)器件將工頻交流電變?yōu)殡妷?、頻率可調(diào)的三相交流電的電氣設(shè)備，用以驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。變頻調(diào)速技術(shù)具有可靠節(jié)能、速度控制精確、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等諸多優(yōu)勢(shì)，廣泛地應(yīng)用于各種自動(dòng)化生產(chǎn)線及各類電機(jī)控制系統(tǒng)中。變頻器應(yīng)用技術(shù)具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用性質(zhì)，與其對(duì)應(yīng)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生掌握變頻調(diào)速技術(shù)及提高工程實(shí)踐能力具有特別重要的意義。

課題立足于變頻器應(yīng)用技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，構(gòu)建變頻器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)模塊板。教學(xué)實(shí)踐表明，該模塊功能全面，使用與管理方便，易于維護(hù)與功能擴(kuò)展，便于組建綜合型工業(yè)控制系統(tǒng)，全面提升了電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)水平及學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

1　模塊的設(shè)計(jì)

1.1模塊概述

變頻器與電動(dòng)機(jī)配套使用，能適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載并具有多種可供設(shè)置的功能，其應(yīng)用水平直接影響著控制系統(tǒng)的性能與生產(chǎn)機(jī)械的效率。變頻器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)模塊板主要針對(duì)變頻器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)，要求可以完成變頻器的頻率控制、運(yùn)行與制動(dòng)控制、U/F控制、矢量控制、閉環(huán)運(yùn)行、保護(hù)功能、外端子功能等通用基本應(yīng)用實(shí)訓(xùn)，也可以完成常用變頻調(diào)速控制電路的實(shí)訓(xùn)。主要由空氣斷路器、變頻器、指示燈、按鈕及相關(guān)接點(diǎn)等元件組成，模塊板可以單獨(dú)使用，也可以多個(gè)聯(lián)合使用，或者與其他種類的模塊板組合使用。

1.2模塊設(shè)計(jì)

變頻器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)模塊板為長(zhǎng)方體構(gòu)造，規(guī)格為600mm×500mm×50mm，基板主材為2mm的薄鋼板。上表面附貼印有元器件電氣符號(hào)的塑料絕緣板，空氣斷路器、變頻器、指示燈、按鈕、接點(diǎn)等元器件安裝在塑料絕緣板表面，元器件的接線點(diǎn)用1mm2導(dǎo)線通過(guò)模塊板內(nèi)部轉(zhuǎn)接在模塊板上表面的規(guī)定接點(diǎn)上。下表面設(shè)計(jì)懸掛掛鉤，能夠安裝在電工工程實(shí)訓(xùn)臺(tái)上，模塊整體效果如圖1所示。

圖1　變頻器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)模塊板

2　模塊應(yīng)用舉例

變頻器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)模塊板可以進(jìn)行變頻器的基本功能實(shí)訓(xùn)，也可以與電氣控制模塊、PLC應(yīng)用技術(shù)模塊組合構(gòu)建典型的變頻器控制電路或綜合工業(yè)控制系統(tǒng)，以圖2電路所示為例說(shuō)明。

圖2　變頻器基本功能實(shí)訓(xùn)電路圖

2.1變頻器基本操作實(shí)訓(xùn)

2.1.1控制方式設(shè)定

變頻器運(yùn)行控制有本地(LOCAL)、遠(yuǎn)方(REMOTE)兩種模式。設(shè)置參數(shù)F02=0，變頻器為REMOTE控制方式，通過(guò)面板控制鍵“FWD/REV/STOP”控制變頻器運(yùn)行；設(shè)置參數(shù)F02=1，變頻器為L(zhǎng)OCAL控制方式，通過(guò)SB1，SB2控制。

2.1.2頻率設(shè)定方式

變頻器頻率設(shè)定方式有多種方式，常用的有面板設(shè)定、模擬輸入設(shè)定、數(shù)字輸入設(shè)定等方式。設(shè)置參數(shù)F01=0，變頻器由面板上的“∧/∨”鍵設(shè)定運(yùn)行頻率；設(shè)置參數(shù)F01=1，變頻器由0 V～10 V的電壓輸入端子12設(shè)定運(yùn)行頻率；設(shè)置參數(shù)F01=8，E01=17(UP)，E02=18(DOWN)，由按鈕SA1、SA2控制頻率的增加、減小。

2.1.3運(yùn)行方式設(shè)定

變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以點(diǎn)動(dòng)或連續(xù)方式運(yùn)行。設(shè)置參數(shù)E03=10，C20=10Hz，接通SA3(X3)后，按下SB1或SB2變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M以點(diǎn)動(dòng)頻率(C20)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運(yùn)行。設(shè)置參數(shù)E04=6，接通SA4(X4)后，按下SB1或SB2變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M以連續(xù)方式運(yùn)行，斷開(kāi)SA4(X4)，電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2.2多功能端子應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

變頻器的多功能端子有多功能輸入控制端子與多功能輸出監(jiān)視端子，G11S變頻器的多功能輸入控制端子X(jué)1～X9有33種控制功能，多功能輸出監(jiān)視端子Y1～Y5有35種監(jiān)控功能選擇，這些功能多由E功能參數(shù)碼設(shè)定。

2.2.1加減速時(shí)間選擇

變頻器的加減速時(shí)間與拖動(dòng)負(fù)載的慣性緊密相關(guān)，合理的加減速時(shí)間是拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件。G11S變頻器有可以設(shè)置選擇4種加減速時(shí)間，分別由參數(shù)F07，F(xiàn)08，E10、E11，E12，E13，E14，E15設(shè)置。加減速時(shí)間由多功端子組合選擇，例如設(shè)置參數(shù)E01=4，E02=5，SA1，SA2斷開(kāi)時(shí)選擇F07，F(xiàn)08設(shè)置的加減速時(shí)間1，SA1閉合、SA2斷開(kāi)時(shí)選擇E10、E11設(shè)置的加減速時(shí)間2。

2.2.2段速控制與程序運(yùn)行

段速控制是為了使電動(dòng)機(jī)能夠以多段預(yù)設(shè)速度運(yùn)行，通過(guò)外部端子的控制可以運(yùn)行在不同的速度上。程序運(yùn)行就是變頻器根據(jù)設(shè)定的各段速頻率、運(yùn)行時(shí)間、加減速時(shí)間、旋轉(zhuǎn)方向按程序運(yùn)行的模式。設(shè)置參數(shù)為F01=10，F(xiàn)02=1，F(xiàn)07=5 s，F(xiàn)08=5 s，E01=4，E02=5，E03=10，E10=3 s，E11=3 s，E12=4 s，E13=4 s，E14=6 s，E15=6 s，C05=10 Hz，C06=40 Hz，C07=10 Hz，C08=35 Hz，C09=35 Hz，C10=50 Hz，C11=40 Hz，C21=0，C22=50.0F2，C23=30.0F1，C24=60.0R1，C25=40.0R3，C26=80.0F4，C27=30.0F1，C28=30.0F1。接通SA3，按下啟動(dòng)按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)按照參數(shù)所設(shè)程序步運(yùn)行，運(yùn)行至加減速時(shí)間2～3時(shí)，相應(yīng)的SA1，SA2需要對(duì)應(yīng)接通，運(yùn)行曲線如圖3所示。

圖3　變頻器程序運(yùn)行曲線

2.2.3自由旋轉(zhuǎn)功能BX

設(shè)置E04=7，SA4閉合時(shí)，變頻器停止輸出，電動(dòng)機(jī)失電自由旋轉(zhuǎn)。

2.2.4報(bào)警復(fù)位功能RST

設(shè)置E05=8，變頻器故障跳閘時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)并停止輸出，按下SB3可以解除總報(bào)警輸出，重新啟動(dòng)運(yùn)行。

2.2.5外部報(bào)警THR

設(shè)置E05=8，變頻器外部負(fù)載發(fā)生故障需要緊急停止時(shí)按下SB3，變頻器緊急停止。

2.2.6電機(jī)切換

設(shè)置E04=12，E24=14，SA4閉合時(shí)，以電動(dòng)機(jī)2設(shè)定參數(shù)運(yùn)行；SA4斷開(kāi)時(shí)，以電動(dòng)機(jī)1設(shè)定參數(shù)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)接觸器切換信號(hào)由Y5A，Y5C輸出。

2.2.7工變頻切換

設(shè)置E04=15，SA4閉合時(shí)，電機(jī)由變頻運(yùn)行切換到工頻運(yùn)行；SA4斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)由工頻運(yùn)行切換到變頻運(yùn)行。

3　結(jié)束語(yǔ)

基于工程實(shí)踐教育和電工技術(shù)理論的變頻器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)模塊板的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，為學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)模塊化、開(kāi)放式的電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)操作平臺(tái)，使得工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備管理、維護(hù)方便，消除了由于器件安裝問(wèn)題導(dǎo)致的電氣安全隱患，降低了器件損耗維修費(fèi)用，規(guī)范了實(shí)訓(xùn)教學(xué)秩序，全面提升了教學(xué)質(zhì)量。它能夠滿足學(xué)生進(jìn)行變頻器應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)及工程綜合實(shí)訓(xùn)的需要，具有很大的應(yīng)用與推廣價(jià)值。

[1] 寇志偉，徐明娜.電工電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)研究與改革[A].李雙壽，李生錄.工程實(shí)踐和創(chuàng)新教學(xué)[C].北京:清華大學(xué)出版社，2014:230-233.

[2] 寇志偉，徐明娜.電工工藝實(shí)訓(xùn)教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].課程教育研究，2013(3):250-251.

[3] 宋紹樓，李穎.電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011(3):4-6.

[4] 劉潤(rùn)，李成哲.基于ElecworksTM的理實(shí)一體化電工實(shí)訓(xùn)室的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2014(7):28-30.

[5] 王建，徐洪亮.變頻器實(shí)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

Trainingmodule Design and Application of Variable-frequency Drive Application Technology

Kou Zhiwei，Li Wenjun， Xumingna， Su Xi，ma Dezhi
Innermongolia University of Technology， Hohhot， 010051， China

In order to improve the electrical technology training course of comprehensive teaching level and students' ability in engineering application， exploration of electrotechnical practice in training students' innovation ability， engineering practice ability of the important role of education developed based on the engineering practice and the theory of electrotechnics， conform to the practice teaching and the application of frequency converter industry standard technology trainingmodule， can complete the inverter application related industry control system， the construction of a project or practice teaching application shows that thismodule will be closely integrated with the engineering practice teaching links， teaching effect， achieve the desired effect.

variable-frequency drive； electrical engineering technology； engineering practice； the practice teaching； trainingmodule

2014-10-30

寇志偉，碩士，實(shí)驗(yàn)師。

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目；電工實(shí)訓(xùn)模塊板的研究與開(kāi)發(fā)(編號(hào)：2013093)；基礎(chǔ)配電與變頻器實(shí)訓(xùn)板的研究與設(shè)計(jì)(編號(hào)：2013092)。