3.7 三相异步电动机变频控制电路
3.7.1 起重机械专用变频器电路
近年来，不少变频器生产厂推出了专门针对起升机械的起重机械专用变频器，使起升机构的变频调速更加方便和可靠，这里以日本三菱公司生产的FR-241E系列变频器为例进行介绍。
FR-241E系列变频器控制起升机构的基本控制电路如图3-61所示。
图3-61 FR-241E系列变频器的控制电路
（1）变频器各输入端子的功能
①“STOP” 当控制制动电磁铁通电的接触器KMB得电并吸合时，“STOP”与“SD”之间闭合，变频器的运行状态将被自锁（保持原状态，并非停止）。这是因为，在主令开关SA换挡过程中，各控制信号将可能出现瞬间的断开状态，变频器的自锁功能可以避免其运行状态受到控制信号瞬间切断的影响。反之，当接触器KMB失电并断开后，自锁功能也随之结束。
②“STF”、“STR” 正、反转控制，由继电器K3与K4进行控制。
③“RL”、“RM”、“RH” 由主令控制器SA通过继电器K2、K5、K6进行多挡转速控制，升速与降速都只有3挡减速（也可以通过PLC进行更多挡调速）。
④“RT” 第2加、减速控制端，它与低速挡端子“RL”同受继电器K2的控制，以设定低速挡的升、降速时间。
⑤“RES” 复位端，用于变频器出现故障并修复后的复位。
（2）变频器各输出端子的功能
①“RUN” 当变频器预置为升降机运行模式时，其功能为：变频器从停止转为运行机制时，其输出频率到达由功能码“Pr.85”预置的频率时，内部的晶体管导通，从而使继电器K7得电并吸合→接触器KMB得电并吸合→制动电磁铁YB得电并开始释放；变频器从运行转为停止，其输出频率到达由功能码“Pr.89”预置的频率时，内部的晶体管截止，从而使继电器K7失电，接触器KMB失电，制动电磁铁YB失电并开始抱紧。
②继电器K1的作用 当变频器运行时，继电器K1吸合并自锁。当SA的手柄转到“0”位时，继电器K7并不立即失电，而是继续接受变频器“RUN”端的控制。
3.7.2 车床变频调速系统电路
（1）变频器的容量 考虑到车床在低速车削毛坯时，常常出现较大的过载现象，且过载时间有可能超过1min。因此，变频器的容量应比正常的配用电动机容量加大一挡。上述实例中的电动机容量是2.2kW，故选择：变频器容量SN=6.9kV·A（配用PMN=3.7kW的电动机）；额定电流IN=9A。
（2）变频器控制方式的选择
①V/F控制方式。车床只在车削毛坯时，负荷大小有较大变化，在以后的车削过程中，负荷的变化通常很小。因此，就切削精度而言，选择V/F控制方式是能够满足要求的。但在低速切削时，需要预置较大的U/f，在负载较轻的情况下，电动机的磁路常处于饱和状态，励磁电流较大。因此，从节能的角度看，这种方式并不理想。
②无反馈矢量控制方式。新系列变频器在无反馈矢量控制方式下，已经能够做到在0.5Hz时稳定运行，所以完全可以满足普通车床主拖动系统的要求。由于无反馈矢量控制方式能够克服V/F控制方式的缺点，故可以说是一种最佳的选择。
③有反馈矢量控制方式。有反馈矢量控制方式虽然是运行性能最为完善的一种控制方式，但由于需要增加编码器等转速反馈环节，故增加了费用，而且对编码器的安装也比较麻烦。所以，除非该车床对加工精度有特殊需要，一般没有必要选择此种控制方式。
目前国产变频器大多只有V/F控制功能，但在价格和售后服务等方面较有优势，可以作为首选对象；大部分进口变频器的矢量控制功能都是既可以无反馈、也可以有反馈，也有的变频器只配置了无反馈控制方式，如日本日立公司生产的SJ300系列变频器。如采用无反馈矢量控制方式，则在进行选择时需要注意其能够稳定运行的最低频率（部分变频器在无反馈矢量控制方式下实际稳定运行的最低频率为5～6Hz）。
（3）变频器的频率给定 变频器的频率给定方式有多种，可根据具体情况进行选择。
①无级调速频率给定 从调速的角度看，采用无级调速方案不但增加了转速的选择性，而且电路也比较简便，是一种理想的方案。它既可以直接通过变频器的面板进行调速，也可以通过外接电位器调速，如图3-62所示。
图3-62 无级调速频率给定
②分段调速频率给定 由于该车床原有的调速装置是由一个手柄旋转9个位置（包括0位）控制4个电磁离合器来进行调速的。为了防止在改造后操作员一时难以掌握，用户要求调节转速的操作方法不变。故采用电阻分压式给定方法如图3-63所示。图中，各挡电阻值的大小应计算得使各挡的转速与改造前相同。
图3-63 分段调速频率给定
③配合PLC的分段调速频率给定 如果车床由于需要进行较为复杂的程序控制而应用了可编程序控制器（PLC），则分段调速频率给定可通过PLC结合变频器的多挡转速功能来实现，如图3-64所示。图中转速挡由按钮开关（或触摸开关）来选择，通过PLC控制变频器的外接输入端于X1、X2、X3的不同组合，得到8挡转速。电动机的正转、反转和停止分别由按钮开关SF、SR、ST进行控制。
图3-64 通过PLC进行分段调速率给定
（4）变频调速系统的控制电路 以采用外接电位器调速为例，控制电路如图3-65所示。其中，接触器KM用于接通变频器的电源，由SB1和SB2控制。继电器KA1用于正转，由SF和ST控制；KA2用于反转，由SR和ST控制。
图3-65 车床变频调速的控制电路
正转和反转只有在变频器接通电源后才能进行；变频器只有在正、反转都不工作时才能切断电源。由于车床要有点动环节，故在电路中增加了点动控制按钮SJ和继电器KA3。
3.7.3 龙门刨床控制电路
（1）主电路的电路分析 龙门刨床的主电路如图3-66所示。其电路工作过程如下所述：
图3-66 龙门刨床的主电路
①刨台往复电动机（MM） 由变频器UF1控制，变频器的通电和断电由空气断路器Q1和接触器KM1控制；刨台前进和后退的转速大小分别由电位器RP1和RP2控制，正、反转及点动（刨台步进和步退）则由PLC控制。
②垂直刀架电动机（MV） 由变频器UF2控制，变频器的通电和断电由空气断路器Q2和接触器KM2控制；转速大小直接由电位器控制，正、反转及点动（刀架的快速移动）则由PLC控制。
③左、右刀架电动机（ML和MR） 由同一台变频器UF3控制，变频器的通电和断电由空气断路器Q3和接触器KM3控制；与垂直刀架电动机一样，其转速大小直接由电位器控制，正、反转及点动（刀架的快速移动）则由PLC控制。
④横梁升降电动机（ME）和横梁夹紧电动机（MP） 由于横梁的移动不需要调速，因此并不通过变频器来控制。但其工作过程也由PLC控制。
（2）控制电路 所有的控制动作都由PLC完成，其框图如图3-67所示。
图3-67 PLC控制图
①PLC的输入信号
a.各变频器通电控制信号：各变频器的通电和断电按钮；刀架电动机的方向选择开关；变频器的故障信号。
b.磨头的控制信号：来自于左、右磨头的运行和停止按钮。
c.横梁控制信号：横梁上升和下降按钮；横梁放松完毕时的行程开关；横梁夹紧后的电流继电器；横梁上、下的限位开关。
d.架快移信号：来自于各刀架的快速移动按钮；刀架和自动进刀将在刨台往复运动中自动完成，不再有专门的信号。
e.泵控制信号：油泵工作的旋钮开关；油泵异常的信号。
f.刨台的手动控制信号：刨台的步进和步退按钮；刨台的前进和后退按钮（用于控制刨台往复运行的按钮）；刨台的停止按钮。
g.停机按钮：也叫“紧急停机”按钮，用于处理紧急事故。刨床在工作过程中，发生异常情况，必须停机时，按此按钮。
②PLC的输出信号
a.到各变频器的控制信号：控制信号的电源由各变频器自行提供，故外部不再提供电源。
b.控制各变频器的接触器信号：包括各变频器的通电接触器、通电指示灯及变频器发生故障时的故障指示灯。
c.横梁控制接触器：包括横梁上升、横梁下降、横梁夹紧和横梁放松用接触器。
d.抬刀控制继电器：即控制抬刀用继电器。
e.油泵继电器：即控制油泵用继电器。
③接触器控制电路 PLC内部继电器触点的容量较小，当使用于交流220V电路中时，其触点容量为80V·A，最大允许电流为360mA。
另外，触点电流较大的接触器的线圈电流为100～500mA，并且在刚开始吸合时，还有较大的冲击电流。因此，PLC不常用来直接控制较大容量的接触器，而是通过中间继电器来过渡，如图3-68所示的电路中，KU1、KU2、KU3、KEF、KER、KPF、KPR、KG、KP等都是过渡用的中间继电器，它们接受PLC内门路继电器的控制，然后控制各对应的接触器。
图3-68 龙门刨床的接触器控制电路
3.7.4 风机变频调速电路
燃烧炉鼓风机的变频调速控制电路如图3-69所示。如图所示，按钮开关SB1和SB2用于控制接触器KM，从而控制变频器的通电与断电。
图3-69 燃烧炉鼓风机的变频调速控制电路
SF和ST用于控制继电器KA，从而控制变频器的运行与停止。
KM和KA之间具有联锁关系：一方面，KM未接通之前，KA不能通电；另一方面，KA未断开时，KM也不能断电。
SB3为升速按钮；SB4为降速按钮；SB5为复位按钮。HL1是变频器通电指示；HL2是变频器运行指示；HL3和HA是变频器发生故障时的声光报警。Hz是频率指示。
3.7.5 变频器一控多电路识图
（1）主电路 以一控三为例，其主电路如图3-70所示，其中接触器1KM2、2KM2、3KM2分别用于将各台水泵电动机接至变频器，接触器1KM3、2KM3、3KM3分别用于将各台水泵电动机直接接至工频电源。
图3-70 一控三主电路
（2）控制电路 一般来说，在多台水泵供水系统中，应用PLC进行控制是十分灵活且方便的。但近年来，由于变频器在恒压供水领域的广泛应用，各变频器制造厂纷纷推出了具有内置“1控X”功能的新系列变频器，简化了控制系统，提高了可靠性和通用性。
现以国产的森兰B12S系列变频器为例，说明其配置及使用方法如下：
森兰B12S系列变频器在进行多台切换控制时，需要附加一块继电器扩展板，以便控制线圈电压为交流220V的接触器。具体接线方法如图3-71所示。
图3-71 一控多的扩展控制电路
在进行功能预置时，要设定如下功能：
①电动机台数（功能码：F53）。本例中，预置为“3”（1控3模式）。
②启动顺序（功能码：F54）。本例中，预置为“0”（1号机首先启动）。
③附属电动机（功能码：F55）。本例中，预置为“0”（无附属电动机）。
④换机间隙时间（功能码：F56）。如前述，预置为100ms。
⑤切换频率上限（功能码：F57）。通常，以49～50Hz为宜。
⑥切换频率下限（功能码：F58）。在多数情况下，以30～50Hz为宜。
只要预置准确，在运行过程中，就可以自动完成上述切换过程了。可见，采用了变频器内置的切换功能后，切换控制变得十分方便了。
3.7.6 通用变频器远距离操作电路
当变频器与操作地点较远时，会降低频率给定信号电压，使电流微弱，而且非常容易受到外来的干扰。此时可按图3-72所示电路采用“远操作盘”（选用件）。
图3-72 通用变频器远距离操作电路
选用件设置在变频器附近。加速、减速、OFF、ON、复位等按钮以及启动开关S、频率表Hz可引至操作现场。引线可采用塑料绞合线或屏蔽线。
3.7.7 通用变频器给单相电动机调速电路
单相电动机一般不用通用变频器调速。如要使用，可将单相220V输入、三相输出的变频器的三个输出端子（U、V、W）接出任意两端，输出单相变频调速电源。在输出端上串接一个足够电感量的电感，用于隔离单相电动机电容对变频器的危害作用（同时对变频器的高频载波起到一定的滤波作用），并保护电动机电容。该电路如图3-73所示。此电路只适用于小功率单相电容运转式和罩极式电动机，不适用于带离心开关的单相电动机。
图3-73 通用变频器给单相电动机调速
采用此种方法时要谨慎，要使选配变频器的输出电压与单相电动机的输入电压相匹配。变频器要留有足够的容量（应比电动机的使用功率大三倍）。串联的电感要有足够的电感量和通过电流的流量，电感的磁性材料应与变频器的载波频率相匹配。
3.7.8 通用变频器给去掉电容器的单相电动机调速
如图3-74所示，将单相电容运转式电动机的电容拆除，应用单相220V输入、三相输出的变频器，将电动机主绕组端子和副绕组端子以及公共端子接到变频器三个输出端子（U、V、W）上。这时，电动机主绕组与副绕组的相位差为120°，若是单相电动机的主绕组与副绕组特性相近，则此120°移相可以使电动机正常运行，但此时的转矩特性曲线要重新设定。此种方法仅适用于部分单相电动机，对某些电动机此方法无效，所以要通过试验确定。
图3-74 通用变频器给去掉电容器的单相电动机调速
3.7.9 森兰SB20S变频器单相基本接线
森兰SB20系列变频器是成都希望森兰变频器制造公司的产品。“森兰变频器——中国变频技术专家”，已成为业界有识之士的共识。
该变频器电路如图3-75所示。所谓基本接法，即常说的典型应用电路，指一台变频器控制一台电动机。
图3-75 森兰SB20S变频器单相基本接线
3.7.10 森兰SB20T变频器三相基本接线电路
该电路如图3-76所示。
图3-76 森兰SB20T变频器三相基本接线
3.7.11 森兰ST40多台电动机并联运行电路
该电路如图3-77所示。
图3-77 森兰ST40多台电动机并联运行
3.7.12 森兰SB61P型变频器一拖四电路
图3-78所示为过程控制PID模式下SB61P一拖四软起动器运行模式。变频器先变频运行M4电动机，如果M4运行到50Hz时反馈值>设定值，则变频器通过软起动器启动M1变频运行。如果M1运行到50Hz时仍反馈值>设定值，则切换M1工频运行，同时启动M2变频运行，如此类推至运行电动机满足设定值=反馈值。
图3-78 森兰SB61P型变频器一拖四软起动器运行模式
3.7.13 变频器恒压供水电路
恒压供水电路的主电路由变频器控制水泵电动机M1（人称变频泵）和用一般控制方法控制的水泵电动机M2（人称工频泵）组成。该电路如图3-79所示。
图3-79 变频器恒压供水电路
使用工频泵的台数由供水量确定。因变频器厂家不同，变频器主回路接线略有区别，但无论哪家的变频器都不允许频繁地开、关断路器QF或接触器KM来进行“运行”和“停止”。变频器输出端U、V、W与电动机之间不需加装交流接触器，否则在变频器运行过程中，接触器吸合、断开时会产生大电流和引起过电压，容易损坏变频器内部的主电路逆变桥功率模块。
变频器的额定容量与电机的额定功率的比值以3:2为宜。比值小则影响有效力矩的输出；比值大则高次谐波量加大。