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通用變頻器選型、安裝、測量與接線規范

 

１ 變頻器的選型

變頻器的正確選擇對于控制系統的正常運行是非常關鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人們在實踐中常將生產機械分為三種類型?押 恒轉矩負載、恒功率負載和風機、水泵負載。

恒轉矩負載：

負載轉矩ＴＬ與轉速ｎ無關，任何轉速下ＴＬ總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉矩負載。

變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低速下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。

恒功率負載：

機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，ＴＬ不可能無限增大，在低速下轉變為恒轉矩性質。負載的恒功率區和恒轉矩區對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調速時，最大容許輸出轉矩不變，屬于恒轉矩調速；而在弱磁調速時，最大容許輸出轉矩與速度成反比，屬于恒功率調速。如果電動機的恒轉矩和恒功率調速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相一致時，即所謂“匹配”的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。

風機、泵類負載：

在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度范圍內所產生的阻力大致與速度ｎ的２次方成正比。隨著轉速的減小，轉速按轉速的２次方減小。這種負載所需的功率與速度的３次方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調速的

方式來調節風量、流量，可以大幅度地節約電能。由于高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行。

西門子公司可以提供不同類型的變頻器，用戶可以根據自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項：

１． 根據負載特性選擇變頻器，如負載為恒轉矩負載需選擇ｓｉｅｍｅｎｓ ＭＭＶ／ＭＤＶ 變頻器，如負載為風機、泵類負載應選擇ｓｉｅｍｅｎｓ ＥＣＯ變頻器。

２． 選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據，電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動機的功率因數和效率都會變壞。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網供電相比較，電動機的電流增加１０％而溫升增加２０％左右。所以在選擇電動機和變頻器時，應考慮到這中情況，適當留有裕量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。

３． 變頻器若要長電纜運行時，此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

４． 當變頻器用于控制并聯的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內。如果超過規定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為Ｖ／Ｆ控制方式，并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現保護。

５． 對于一些特殊的應用場合，如高環境溫度、高開關頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

６． 使用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。

７． 變頻器用于變極電動機時，應充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數轉換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。

８． 驅動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構造，應將變頻器設置在危險場所之外。

９． 使用變頻器驅動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內沒有限制；在超過額定轉速以上的高速范圍內，有可能發生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉速容許值。

１０．變頻器驅動繞線轉子異步電動機時，大多是利用已有的電動機。  

繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比，繞線電動機繞組的阻抗小。因此，容易發生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現象，所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用于飛輪力矩ＧＤ２較大的場合，在設定加減速時間時應多注意。

１１．變頻器驅動同步電動機時，與工頻電源相比，降低輸出容量１０％～２０％，變頻器的連續輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。

１２．對于壓縮機、振動機等轉矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下，如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發生因峰值電流使過電流保護動作現象。因此，應了解工頻運行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大，所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。

１３．當變頻器控制羅茨風機時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。

１４．選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是否與現場的情況相匹配。否則現場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。

１５．單相電動機不適用變頻器驅動。

２ 變頻器的安裝與接線規范：

安裝環境：

為了變頻器能穩定地工作，必須確保變頻器的運行環境滿足其所規定的容許環境。

１． 安裝場所：

１?雪 電氣室應濕汽少、無水浸

２?雪 無爆炸性、燃燒性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少

３?雪 維修檢查容易進行

４?雪 應備有通風口或換氣裝置以排出變頻器產生的熱量

２． 使用條件：

１?雪 變頻器的運行溫度多為：０～４０或－１０～５０，要注意變頻器柜體的通風性。

２?雪 變頻器的周圍濕度為９０％以下。周圍濕度過高，存在電氣結緣降低和金屬部分的腐蝕問題。如果受安裝場所的限制，變頻器不得已安裝在濕度高的場所，變頻器的柜體應盡量采用密封結構。為防止變頻器停止時結露，有時裝置需加對流加熱器。

３?雪 變頻器周圍不應有腐蝕性、爆炸性或燃燒性氣體以及粉塵和油霧。變頻器的安裝周圍如有爆炸性和燃燒性氣體，由于變頻器內有易產生火花的繼電器和接觸器，所以有時會引起火災或爆炸事故。有腐蝕性氣體時，金屬部分產生腐蝕，影響變頻器的長期運行。如果變頻器周圍存在粉塵和油霧時，這些氣體在變頻器內附著、堆積將導致結緣降低；對于強迫風冷的變頻器，由于過濾器堵塞將引起變頻器內溫度異常上升，致使變頻器不能穩定運行。

４?雪 變頻器的耐振性應機種的而不同，振動超過變頻器的容許值時，將產生部件緊固部分松動以及繼電器和接觸器等的可動部分的器件誤動作，往往導致變頻器不能穩定運行。對于機床、船舶等事先能預見的振動場合，應考慮變頻器的振動問題。

５?雪 變頻器的標高多規定在１０００ｍ以下。標高高則氣壓下將，容易產生結緣破壞。另外標高高冷卻效果也下降，必須注意溫升。

變頻器接線：

在各種工廠和設備采用變頻調速時，在變頻器的電源側和電機側都會產生 諧波干擾，對供電電網和變頻器周圍的其他電氣設備要產生ＥＭＣ干擾。另外為了確保變頻器長期可靠的運行，變頻器的接線是非常重要的。

１． 什么是ＥＭＣ？

ＥＭＣ即是“電磁兼容性”。它是指電氣設備在電磁環境中良好的工作能力，并且不能產生在此環境中工作的其它設備所不能接受的電磁干擾。

２．噪聲發射和抗擾度

ＥＭＣ決定于與電氣設備有關的兩個特性－噪聲發射和抗擾度。規定噪聲發射和抗擾度的極限值取決于電氣設備應用時所處的環境。一般分為第一類環境（民用環境）和第二類環境（工業環境）。民用環境即當電氣設備接至公共電源系統時對噪聲發射具有嚴格規定，但可以要求有較低的抗擾度；相反，在工業環境中，對電氣備的抗擾度要求很高，但對噪聲發射要求卻較低。

 

如果電氣設備是系統的一個組成部分，它不要求一開始就滿足有關發射和抗擾度的任何要求，但是整個系統必須符合相關電磁兼容的要求。一般來說，電氣設備必須同時具有對高頻和低頻干擾的抑制能力。其中高頻干擾主要包括靜電放電（ＥＳＤ）、脈沖干擾和發射性頻率的電磁場等；而低頻干擾主要是指電源電壓波動、欠壓和頻率不穩定等。

 

３．變頻器及其電磁兼容性

通常變頻器能夠運行在一個可能存在著較高電磁干擾（ＥＭＩ）工業環境中，此時即是噪聲發射源，可能又是噪聲接受器。

 

（１） 變頻器作為噪聲發射源寄生電容Ｃｐ存在于電機電纜和電機內部，因此變頻器的ＰＷＭ輸出電壓波形的開關翼部通過寄生電容產生一個高頻脈沖噪聲電流Ｉｓ，使變頻器成為一個噪聲源。 由于噪聲電流Ｉｓ的源是變頻器，因此它一定要流回變頻器。圖中Ｚｅ為大地阻抗，Ｚｎ為動力電纜與地之間的阻抗。噪聲電流流過此二阻抗所造成的電壓降將影響到同一電網上的其它設備，造成干擾。此外，變頻器的整流部分也會產生低頻諧波，導致電網電壓產生畸變。

 

 

 

如果高頻噪聲電流Ｉｓ有一條正確的通道，則高頻噪聲是可以得到抑的。如果使用非屏蔽電機電纜，則高頻噪聲電流Ｉｓ以一個不確定的路線流回變頻器，并在此回路中產生高頻分量壓降，影響其它設備。為使高頻噪聲電流Ｉｓ能沿確定路線流回變頻器，需要采用屏蔽電機電纜。電纜屏蔽層必須連接到變頻器外殼和電機外殼上。當高頻噪聲電流Ｉｓ必須流回變頻器時，屏蔽層形成一條最有效的通道。

雖然，噪聲電流不會在ＺＥ上出現壓降，但是在電源阻抗ＺＮ上還會出壓降影響其他電氣設備。

 

為此，無線電干擾抑制濾波器應安裝在變頻器的輸入端?熏 這樣一來流會電源的噪聲電流會大大減少。

 

（２）變頻器作為噪聲接受器

 

３ 將ＥＭＣ影響減為最小的措施

 西門子公司所有變頻器設計為運行在一個可能存在著較高的電磁干擾（ＥＭＩ）工業環境中。通常，好的安裝經驗可以確保變頻器安全和無故運行。然而，如果遇到問題，請參考以下的建議及相關措施。

（１）確保傳動柜中的所有設備接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何控制設備（比如一臺ＰＬＣ）要與其共地，同樣也要使用短和粗的導線接地。最好采用扁平導體（例如金屬網）?熏因其在高頻時阻抗較低。

電機電纜的地線應直接連接到相應變頻器的接地端子（ＰＥ）

（２）安裝變頻器時，建議安裝板使用無漆鍍鋅鋼板，以確保變頻器的散熱器和安裝板之間有良好的電氣連接。

（３）為有效的抑制電磁波的輻射和傳導，變頻器的電機電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導必須至少為每相導線芯的電導的１／１０。

 

（４）控制電纜最好使用屏蔽電纜。一般來說，控制電纜的屏蔽層應直接在變頻器的內部接地，另一側通過一個高頻小電容（例如３．３ｎＦ／３０００Ｖ）接地。當屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號線和它的返回線絞合在一起，能減小感性耦合引起的干擾。絞合越靠近端子越好。模擬信號的傳輸線應使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號線應該獨立走線，有各自的屏蔽層，以減少線間的耦合。不要把不同的模擬信號置于同一個公共返回線。低壓數字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。

低壓數字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。

 

模擬信號和數字信號的傳輸電纜應該分別屏蔽和走線。

不要將２４ＶＤＣ和１１５／２３０ＶＡＣ信號共用同一條電纜！

（５）布線

電機電纜應獨立于其它電纜走線，其最小距離為５００ｍｍ。同時應避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應盡可能使它們按９０度角交叉。

 

同時必須用合適的夾子將電機電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。

 

（６）如果變頻器運行在一個對噪聲敏感的環境中，可以采用ＲＦＩ濾波器 減小來自變頻器的傳導和輻射干擾。同時為達到最優的效果，確保濾波器與安裝板之間應有良好的接觸。

（７）進線電抗器用于降低由變頻器產生的諧波，同時也可用于增加電源阻抗,并幫助吸收附近設備投入工作時產生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰。進線電抗器串接在電源和變頻器功率輸入端之間。如果還使用了ＲＦＩ濾波器,則進線電抗器應串接在ＲＦＩ濾波器和變頻器之間。

 

確保傳導柜中的接觸器有滅弧功能，交流接觸器采用Ｒ－Ｃ抑制器，直流接觸器采用“飛輪”二極管，裝入繞組中。壓敏電阻抑制器也是很有效的。

 

在開關感性元件時，產生的瞬變電壓有時可以高達４ＫＶ，頻率可達２００ＭＨＺ? 必須對通過變頻器上的繼電器控制的接觸器采取滅弧措施?

 

變頻器的測量方法：

變頻器各部分的電壓、電流的測定方法：

 

測定位置和測定儀表的接線

變頻器的電源測、輸出測的電壓和電流因為含有諧波成分，所以測量儀表和測定回路不同，所得的數據也不同。請用下表指定的儀表對下圖回路進行測量。

測定位置和測定儀表略（可向作者索取）：

變頻器日常的維護和檢修：

變頻器是以半導體元件為中心構成的靜止裝置。

由于溫度、濕度、灰塵、振動等使用環境的影響，以及其零部件常年累月的變化，為了確保變頻器的正常運行，必須對變頻器進行日常檢查和定期檢查。詳情表略可向作者索取。

（西門子自動化與驅動集團標準傳動部技術支持工程師）張登山

 

 

 

 

 

 

 

 

{變頻器的運轉指令方式一（轉）}

 

　　變頻器的運轉指令方式是指如何控制變頻器的基本運行功能，這些功能包括啟動、停止、正轉與反轉、正向電動與反向點動、復位等。 

　　與變頻器的頻率給定方式一樣，變頻器的運轉指令方式也有操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制三種。這些運轉指令方式必須按照實際的需要進行選擇設置，同時也可以根據功能進行相互之間的方式切換。

1　操作器鍵盤控制

　　操作器鍵盤控制是變頻器最簡單的運轉指令方式，用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和復位鍵來直接控制變頻器的運轉。

　　操作器鍵盤控制的最大特點就是方便實用，同時又能起到報警故障功能，即能夠將變頻器是否運行或故障或報警都能告知給用戶，因此用戶無須配線就能真正了解到變頻器是否確實在運行中、是否在報警（過載、超溫、堵轉等）以及通過led數碼和lcd液晶顯示故障類型。

　　按照前面一節的內容，變頻器的操作器鍵盤通常可以通過延長線放置在用戶容易操作的5m以內的空間里。同理，距離較遠時則必須使用遠程操作器鍵盤。

　　在操作器鍵盤控制下，變頻器的正轉和反轉可以通過正反轉鍵切換和選擇。如果鍵盤定義的正轉方向與實際電動機的正轉方向（或設備的前行方向）相反時，可以通過修改相關的參數來更正，如有些變頻器參數定義是“正轉有效”或“反轉有效”，有些變頻器參數定義則是“與命令方向相同”或“與命令方向相反”。

　　對于某些生產設備是不允許反轉的，如泵類負載，變頻器則專門設置了禁止電動機反轉的功能參數。該功能對端子控制、通訊控制都有效。

2　端子控制

2.1　基本概念

　　端子控制是變頻器的運轉指令通過其外接輸入端子從外部輸入開關信號（或電平信號）來進行控制的方式。

　　這時這些由按鈕、選擇開關、繼電器、plc或dcs的繼電器模塊就替代了操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和復位鍵，可以在遠距離來控制變頻器的運轉。

圖1　端子控制原理

　　在圖1中，正轉fwd、反轉rev、點動jog、復位reset、使能enable在實際變頻器的端子中有三種具體表現形式:
    （1）上述幾個功能都是由專用的端子組成，即每個端子固定為一種功能。在實際接線中，非常簡單，不會造成誤解，這在早期的變頻器中較為普遍。
    （2）上述幾個功能都是由通用的多功能端子組成，即每個端子都不固定，可以通過定義多功能端子的具體內容來實現。在實際接線中，非常靈活，可以大量節省端子空間。目前的小型變頻器都有這個趨向，如艾默生td900變頻器。
    （3）上述幾個功能除正轉和反轉功能由專用固定端子實現，其余如點動、復位、使能融合在多功能端子中來實現。在實際接線中，能充分考慮到靈活性和簡單性于一體。現在大部分主流變頻器都采用這種方式。

2.2　正轉和反轉
　　由變頻器拖動的電動機負載在實現正轉和反轉功能非常簡單，只需改變控制回路（或激活正轉和反轉）即可，而無須改變主回路。

（a）控制方法一 　　　　　　 （b）控制方法二
圖2　正反轉控制原理

    常見的正反轉控制有兩種方法，如圖2所示。fwd代表正轉端子，rev代表反轉端子，k1、k2代表正反轉控制的接點信號（“0”表示斷開、“1”表示吸合）。圖2（a）的方法中，接通fwd和rev的其中一個就能正反轉控制，即fwd接通后正轉、rev接通后反轉，若兩者都接通或都不接通，則表示停機。圖2（b）的方法中，接通fwd才能正反轉控制，即rev不接通表示正轉、rev接通表示反轉，若fwd不接通，則表示停機。

　　這兩種方法在不同的變頻器里有些只能選擇其中的一種，有些可以通過功能設置來選擇任意一種。但是如變頻器定義為“反轉禁止”時，則反轉端子無效。

　　變頻器由正向運裝過渡到反向運轉，或者由反向運轉過渡到正向運轉的過程中，中間都有輸出零頻的階段，在這個階段中，設置一個等待時間，即稱為“正反轉死區時間”，如圖3所示。

圖3　正反轉死區時間

2.3　二線制和三線制控制模式

　　所謂三線制控制，就是模仿普通的接觸器控制電路模式，當按下常開按鈕sb2時，電動機正轉啟動，由于x多功能端子自定義為保持信號（或自鎖信號）功能，松開sb2，電動機的運行狀態將能繼續保持下去;當按下常閉按鈕sb1時，x與com之間的聯系被切斷，自鎖解除，電動機停止運行。如要選擇反轉控制，只需將k吸合，即rev功能作用（反轉）。

　　三線制控制模式的“三線”是指自鎖控制時需要將控制線接入到三個輸入端子，與此相對應的就是以上講述的“二線制”控制模式。

　　三線制控制模式共有兩種類型，如下圖4a和圖4b。兩者的唯一區別是右邊一種可以接收脈沖控制，即用脈沖的上升沿來替代sb2（啟動），下降沿來替代sb1（停止）。在脈沖控制中，要求sb1和sb2的指令脈沖能夠保持時間達50ms以上，否則為不動作。

（a）控制方法一 （b）控制方法二
圖4　三線制端子控制

2.4　點動

　　端子控制的點動命令將比鍵盤更簡單，它只要在變頻器運行的情況下（無論正轉還是反轉），都能設置單獨的兩個端子來實現正向點動和反向點動，其點動運行頻率、點動間隔時間以及點動加減速時間跟鍵盤控制和通訊控制方式下相同，均可在參數內設置。

2.5　操作器stop鍵的功能

　　在進行端子控制時，變頻器的操作器鍵盤的大部分運轉功能鍵都沒有作用，但對于“stop”鍵卻還可以選擇是否有效。至于“stop”鍵是否有效必須基于用戶的具體情況:
（1）如果變頻器拖動的電動機在其運行過程中不允許隨意停機，只能通過現場停止按鈕由現場人員進行停機操作時，則需定義操作器“stop”鍵無效;
（2）如果現場控制按鈕離開變頻器本體較遠，而一旦出現變頻器異常情況或電動機異常，用戶可以從變頻器的操作器鍵盤直接停機的話，或者需要定義操作器鍵盤“stop”鍵為緊急停止按鈕，則需定義操作器“stop”鍵有效;
（3）許多變頻器的操作器“stop”鍵與“reset”常常為同一個鍵，而且用戶需要在變頻器異常停機后，需要在故障出現時直接從操作器鍵盤復位，則同樣需定義操作器“stop”鍵有效。

2.6　數字量輸入端子

　　數字量輸入端子是用于控制輸入變頻器運行狀態的信號，這些信號包括待機準備、運行、故障以及其他與變頻器頻率有關的內容。這些數字開關量信號，除固定端子（正轉、反轉和點動）外，其余均為多功能數字量輸入端子。

　　常見的數字量輸入端子都采用光電耦合隔離方式，且應用了全橋整流電路，如下圖5，pl是數字量輸入fwd正轉、rev反轉、xi多功能輸入端子的公共端子，流經pl端子的電流可以是拉電流，也可以是灌電流。

圖5　數字量輸入結構示意

    數字量輸入端子與外部接口方式非常靈活，主要有以下幾種:
    （1）干接點方式。它可以使用變頻器內部電源，也可以使用外部電源9－30vdc。這種方式常見于按鈕、繼電器等信號源。
    （2）源極方式。當外部控制器為npn型的共發射極輸出的連接方式時，為源極方式。這種方式常見于接近開關或旋轉脈沖編碼器輸入信號，用于測速、計數或限位動作等。
    （3）漏極方式。當外部控制器為pnp型的共發射極輸出的連接方式時，為源極方式。這種方式的信號源與源極相同。

    多功能數字量輸入端子的信號定義包括多段速度選擇、多段加減速時間選擇、頻率給定方式切換、運轉命令方式切換、復位和計數輸入等。綜合各類變頻器的輸入定義，具體有以下主要參數:

2.6.1　帶切換或選擇功能的輸入信號

    （1）多段速選擇。通過選擇這些功能的端子on/off組合，最多可以定義4種（二個輸入端子）或8種（二個輸入端子）或16種（四個輸入端子）速度的運行曲線。
    （2）多種加減速時間的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的on/off組合，最多可以定義2種（一個輸入端子）或4種（二個輸入端子）的加減速時間值。
    （3）多種頻率給定方式的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的on/off組合，可以選擇操作器鍵盤給定、接點給定、模擬量給定、脈沖給定、通訊給定的一種，或者進行運行時的切換選擇。有些變頻器還增加了提供同一種給定方式下不同通道的選擇功能，如一臺變頻器通常有2～3模擬量通道、2個脈沖輸入通道以及幾個接點通道，為了在同一頻率給定方式下不同通道的輸入選擇，就必須進行第二次選擇。
    （4）運轉命令方式的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的on/off組合，可以選擇操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制的切換或選擇。有些變頻器還能提供強制信號電平，保證運行命令的及時性。
    （5）多段閉環pid給定值的選擇。通過選擇相應數字量輸入端子的on/off組合，最多可以定義2種（一個輸入端子）或4種（二個輸入端子）或8種（三個輸入端子）的閉環給定值。

2.6.2　計數或脈沖輸入信號

    多功能輸入端子能夠接受脈沖輸入信號，這些脈沖信號可以用于計數，也可以用于復位等命令，具體可定義為以下內容:
    （1）計數器清零信號。即對變頻器的內置計數器進行清零操作。
    （2）計數器觸發信號。該使能信號允許變頻器對該數字量輸入端子進行計數，脈沖的最高頻率大約在幾百個赫茲左右，掉電時可以存儲記憶當前計數值。
    （3）外部復位輸入。當變頻器發生故障報警后，通過該端子的定義，對變頻器故障進行復位，其作用與操作器鍵盤的reset復位鍵一致。
    （4）擺頻狀態復位。當選擇變頻器的擺頻功能時，無論是自動投入還是手動投入，閉合該端子將清楚變頻器內部記憶的擺頻狀態信息。斷開該端子，擺頻重新開始。
    （5）簡易程序控制方式下的停機狀態復位。在簡易程序控制下的停機狀態中，該功能端子有效時將清楚簡易程序停機時記憶的運行階段、運行時間、運行頻率等信息。
    （6）三線制定義。具體可以見前面章節。
    （7）接點給定方式。可以在定義頻率給定方式為接點給定后，定義兩個端子為up或down功能。

2.6.3　其他運行輸入信號

    （1）變頻器運行禁止。該端子有效時，運行中的變頻器則自由停車，若是在待機狀態，則禁止起動。本功能主要用于需要安全聯動的場合。
    （2）外部停機命令。該端子有效時，則無論變頻器處于什么運轉模式狀態或是什么運轉給定通道中，都會按照預先定義的停機方式進行停機。它與（1）的區別在于停機方式不同，后者只能是自由停車。
    （3）外部設備故障的常開或常閉信號輸入。通過該端子可以輸入外部設備的故障信號，便于變頻器對外部設備進行故障監視。變頻器在接到外部設備故障信號后，可顯示“外部故障”。該故障信號可以是常開，也可以是常閉輸入方式。
    （4）外部中斷的常開或常閉信號輸入。變頻器在運行過程中，接到外部中斷信號后，封鎖輸出，以零頻運行。一旦外部中斷信號解除，變頻器自動轉為跟蹤起動，恢復運行。其輸入信號也可以是常開和常閉兩種輸入方式。它與（3）的區別在于外部中斷不會引起變頻器的報警，中斷解除后還能正常運行。
    （5）停機直流制動輸入指令。用外部控制端子對停機過程中的電動機實施直流制動，實現電動機的緊急停車和精確定位。
    （6）簡易程序控制暫停指令。用于對運行中的簡易程序控制實現暫停控制，該端子有效時則以零頻運行，簡易程序控制不計時;該端子命令無效后，變頻器自動轉為跟蹤起動，繼續簡易程序運行。
    （7）加減速禁止指令。保持電動機不受任何外來信號的影響，除停機命令外，維持當前轉速運轉。
    （8）正轉點動和反向點動。通過端子的on/off動作，讓變頻器按點動頻率運行的功能，按照運行方式的衍變邏輯，點動功能優先于其他運行方式。

　　常見的數字量輸入信號是繼電器觸點、按鈕開關等，這些觸點在閉合時容易發生顫動。又由于變頻器內部接受信號的都是晶體管電路，反映速度極快。因此，輸入觸點的顫動有可能使變頻器內部的接受電路反復接受信號而導致誤動作。為此，有的變頻器設置了防止輸入信號顫動的功能。如西門子440系列變頻器中，功能碼p0724為“1”時，表示防顫動時間為2.5ms;為“2”時，表示防顫動時間為8.2ms: 為“3”時，表示防顫動時間為12.3ms。

{變頻器的頻率給定方式二（轉）}

5　脈沖給定

　　脈沖給定方式即通過變頻器的特定的高速開關端子從外部輸入脈沖序列信號進行頻率給定，并通過調節脈沖頻率來改變變頻器的輸出頻率。

　　不同的變頻器對于脈沖序列輸入都有不同的定義，以安川vs g7為例:脈沖頻率為0～32kkhz，低電平電壓為0.0～0.8v，高電平電壓為3.5～13.2v，占空比為30％～70％。

　　這里進行舉例說明一下脈沖給定的參數設置。現在有一個變頻系統，其需求如下:
（1）使用端子輸入的脈沖信號來設置給定頻率;
（2）輸入信號范圍為1khz～20khz;
（3）要求1 khz輸入信號對應設定頻率為50hz，20khz輸入信號對應設定頻率為5hz。
根據上述要求，參數設置要點如下:
（1）設置頻率給定方式為脈沖給定;
（2）選擇多功能輸入端子為脈沖信號輸入（如脈沖信號端子固定則無需選擇，如安川vs g7的rp端子）;
（3）設置脈沖最大輸入頻率為20khz;
（4）定義頻率給定曲線首坐標點的數值，即最小脈沖給定值的百分比為1 khz÷20 khz×100％＝5％，以及最小脈沖數對應的頻率值50hz;
（5）定義頻率給定曲線尾坐標點的數值，即最大脈沖給定值的百分比為100％，以及最大脈沖數對應的頻率值5hz。

6　通訊給定

6.1　基本概念

　　通訊給定方式就是指上位機通過通訊口按照特定的通訊協議、特定的通訊介質進行數據傳輸到變頻器以改變變頻器設定頻率的方式。

　　上位機一般指計算機（或工控機）、plc、dcs、人機界面等主控制設備。

　　上位機和變頻器之間傳輸數據的方式主要有兩種:
（1）串行方式。它每次只傳送二進制的一位，主要優點是連線少，一般只有2根或3根，缺點是傳送速度較低;
（2）并行方式。它每次可傳送一個完整的字符，傳送速度快，但所需的連線較多，一般需要8根或16根，成本相應就高了許多。由于上位機與變頻器之間的距離一般不會太遠，對傳輸速度的要求也不是很高，因此在通常情況下都采用串行傳輸方式。
上位機和變頻器之間進行通訊的主要方式也有兩種:
（1）異步方式。每個字符前有一個起始位，表示該字符已經開始;當數據傳輸完畢后，設置一個奇偶校驗位進行奇偶校驗;最后，又設置一個停止位，表示該字符已經結束。異步傳輸的優點是靈活性好，便于處理實時性較強的串行數據;缺點是傳輸速度較低。
（2）同步方式。它可以同時傳輸一個包含許多個字符的“數據塊”，只需在每個數據塊前面設置通訊雙方共同規定的同步符號“syn字符1”和“syn字符2”即可。同步方式的優點是不必要在每個字符的前后設置標志符號（起始位和停止位），從而節省了時間，提高了傳輸速度;缺點是必須采用同步脈沖來協調，從而靈活性較差。

　　上位機和變頻器之間的傳遞方法也有兩種:
（1）全雙工方式。數據在上位機和變頻器之間的發送和接收可以同時進行。
（2）半雙工方式。每臺設備都只能做一件事情，或接收，或發送，而不能同時發送或接收。每次發送或接收時，都需要進行發送和接收之間的換向。
上位機和變頻器之間的傳輸速度通常用“波特率”來表示，其定義如下:每秒鐘傳送二進制位的位數，單位是bit/s。

6.2　通訊參數設置
　　只有設置正確的通訊參數才能確保上位機和變頻器之間的通訊正常，也才能保證通訊給定方式的準確性。通訊參數一般包含以下幾個主要內容:
（1）波特率選擇。一般的變頻器通訊波特率可以選擇300bps、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps等。
（2）數據格式。常見的數據位包括一個起始位、八個數據位、一個停止位，校驗位則可以分別設置位奇校驗、偶校驗和無校驗三種。
（3）接線方式。包括直接電纜連接rs-232/rs-485和調制解調器modem（rs-232），其中設置為調制解調器modem（rs-232）時，每當變頻器上電時，將通過變頻器的通訊口（rs-232）對調制解調器modem做一次初始化操作，以便調制解調器在接收到電話線路3次振鈴后自動響應，實現由撥號線路組成的遠程控制線路。
（4）通訊地址。用來標志變頻器本體的地址，其中有一個為廣播地址，可以接受和執行上位機的廣播命令，而不會應答上位機。
（5）通訊超時檢出時間。當通訊口信號消失后，其持續時間超過通訊超時設置后，變頻器即判斷為通訊故障。
（6）變頻器應答延時。它指變頻器通訊口在接收并解釋執行上位機發送過來的命令后，直到返回應答幀給上位機所需要的延遲時間。

6.3　通訊故障及處理
　　通訊超時故障檢出后，變頻器將按照預先設置的動作模式進行操作。常見的動作模式有故障跳閘并停機、報警并維持現有頻率運行、報警并按限定頻率運行。

7　給定方式的疊加

7.1　基本概念

　　給定方式的疊加是指在主給定通道頻率的基礎上再加上輔助給定通道頻率作為變頻器的設定頻率。其疊加方式不是簡單的加法運算，還可以融合多種疊加運算公式。

7.2　疊加運算公式
　　不同給定方式的疊加是指在主給定通道頻率的基礎上再加上輔助給定通道頻率作為變頻器設定頻率。

8　給定方式的切換

　　給定方式的切換是指通過多功能端子的不同組合來實現不同給定方式之間的切換。在下面的列表1顯示中，通過多功能輸入端子x1、多功能輸入端子x2、多功能輸入端子x3,不同的輸入狀態可以實現最多達7種給定方式之間的切換（on表示信號接通、off表示信號斷開）。

表1　頻率給定方式的切換

　　表1中的操作器鍵盤給定1為鍵盤電位器、操作器鍵盤給定2為數字鍵盤;模擬量給定1為模擬量通道1信號、模擬量給定2為模擬量通道2信號。當然，表1中給出的只是其中一種切換類型，具體的切換類型必須參照不同變頻器的型號和具體的參數而定。

{變頻器的頻率給定方式一（轉）}

變頻器的頻率給定方式

1　引言 

　　在使用一臺變頻器的時候，目的是通過改變變頻器的輸出頻率，即改變變頻器驅動電動機的供電頻率從而改變電動機的轉速。如何調節變頻器的輸出頻率呢？關鍵是必須首先向變頻器提供改變頻率的信號，這個信號，就稱之為“頻率給定信號”。所謂頻率給定方式，就是調節變頻器輸出頻率的具體方法，也就是提供給定信號的方式。

　　變頻器常見的頻率給定方式主要有:操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、脈沖信號給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優缺點，必須按照實際的需要進行選擇設置，同時也可以根據功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。

2　操作器鍵盤給定

　　操作器鍵盤給定是變頻器最簡單的頻率給定方式，用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的電位器、數字鍵或上升下降鍵來直接改變變頻器的設定頻率。

　　操作器鍵盤給定的最大優點就是簡單、方便、醒目（可選配led數碼顯示和中文lcd液晶顯示），同時又兼具監視功能，即能夠將變頻器運行時的電流、電壓、實際轉速、母線電壓等實時顯示出來。如果選擇鍵盤數字鍵或上升下降鍵給定，則由于是數字量給定，精度和分辨率非常高，其中精度可達最高頻率×±0.01%、分辨率為0.01hz。如果選擇操作器上的電位器給定，則屬于模擬量給定，精度稍低，但由于無需像外置電位器的模擬量輸入那樣另外接線，實用性非常高。

    變頻器的操作器鍵盤通常可以取下或者另外選配，再通過延長線安置在用戶操作和使用方便的地方。一般情況下，延長線可以在5m以下選用，對于距離較遠則不能簡單地加長延長線，而是必須需要使用遠程操作器鍵盤。

圖1　艾默生變頻器遠程操作器連線

　　圖1所示為艾默生td系列變頻器的遠程操作器連線示意。該遠程操作器型號為tdo-rc02，與其變頻器td2000/2100系列操作器鍵盤的外觀、基本操作方法以及顯示風格等基本一致。它是采用內置rs-485通訊方式實現遠程操作控制的，工作電壓為直流24v，在距離只有幾十米的范圍內可以采用變頻器內部直流電源，若超過50m以上或者變頻器內部直流電源另有他用，可以選用10w左右的標準直流24v電源。由于采用通訊方式實現遠程操作控制，所以該操作器的安裝距離可以在數百米范圍內正常工作，并且通過采用不同的通訊地址對多達32臺變頻器進行遠控操作。這些操作內容包括正反轉運行、電動運行、停機、功能碼設置、功能碼參數查看、運行參數查看、故障復位等。

3　接點信號給定

　　接點信號給定就是通過變頻器的多功能輸入端子的up和down接點來改變變頻器的設定頻率值。該接點可以外接按鈕或其他類似于按鈕的開關信號（如plc或dcs的繼電器輸出模塊、常規中間繼電器）。具體接線如圖2所示。

圖2　接點信號給定

注意以下幾點:
（1）多功能輸入端子需分別設置為up指令或down指令中的其中一個，不能重復設置，也不能只設置一個，更不能將up/down指令和保持加減速停止指令被同時分配。
（2）端子的up/down速率必須被正確設置，速率單位為hz/s。有了正確的速率設置，即使up上升接點一直吸合，變頻器的頻率上升也不會一下子竄到最高輸出頻率，而是按照其上升速率上升。
（3）是否斷電保持頻率功能必須設置，如設置為“斷電保持有效”時，當變頻器電源切斷后頻率指令被記憶，接通電源運行指令再次輸入時，變頻器自動加速運行到被記憶的頻率為止。如設置“斷電保持無效”時，當變頻器電源切斷后頻率指令不被記憶，接通電源運行指令再次輸入時，變頻器按參數數值不同運行到某一固定頻率（0hz或其他，該參數依賴于變頻器的型號）。圖3為接點給定的時序示意圖。

圖3　接點給定的時序示意圖

4　模擬量給定

4.1　基本概念

　　模擬量給定方式即通過變頻器的模擬量端子從外部輸入模擬量信號（電流或電壓）進行給定，并通過調節模擬量的大小來改變變頻器的輸出頻率。

　　模擬量給定中通常采用電流或電壓信號，常見于電位器、儀表、plc和dcs等控制回路。電流信號一般指0～20ma或4～20ma。電壓信號一般指0～10v、2～10v、0～±10v、0～5v、1～5v、0～±5v等。

　　電流信號在傳輸過程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應以及感應噪聲等影響，抗干擾能力較電壓信號強。但由于電流信號電路比較復雜，故在距離不遠的情況下，仍以選用電壓給定為模擬量信號居多。

　　變頻器通常都會有2個及以上的模擬量端子（或擴展模擬量端子），有些端子可以同時輸入電壓和電流信號（但必須通過跳線或短路塊進行區分），因此對變頻器已經選擇好模擬量給定方式后，還必須按照以下步驟進行參數設置:
（1）選擇模擬量給定的輸入通道;
（2）選擇模擬量給定的電壓或者電流方式及其調節范圍，同時設置電壓/電流跳線，注意必須在斷電時進行操作;
（3）選擇模擬量端子多個通道之間的組合方式（疊加或者切換）;
（4）選擇模擬量端子通道的濾波參數、增益參數、線性調整參數。

4.2　頻率給定曲線

　　所謂頻率給定曲線，就是指在模擬量給定方式下，變頻器的給定信號p與對應的變頻器輸出頻率f（x）之間的關系曲線f（x）=f（p）。這里的給定信號p，既可以是電壓信號，也可以是電流信號，其取值范圍在10v或20ma之內。

　　一般的電動機調速都是線性關系，因此頻率給定曲線可以簡單地通過定義首尾兩點的坐標（模擬量，頻率）即可確定該曲線。如圖4（a）所示，定義首坐標為（pmin，fmin）和尾坐標（pmax，fmax），可以得到設定頻率與模擬量給定值之間的正比關系。如果在某些變頻器運行工況需要頻率與模擬量給定成反比關系的話，也可以定義首坐標為（pmin，fmax）和尾坐標（pmax，fmin），如圖4（b）所示。

（a）正比關系 （b）反比關系
圖4　頻率給定曲線

　　這里必須注意以下幾點:
（1）如果根據頻率給定曲線計算出來的設定頻率如果超出頻率上下限范圍的話，只能取頻率上下值，因此，頻率上下限值優先考慮; 
（2）在一些變頻器參數定義中，模擬量給定信號p或設定頻率f是采用百分比賦值，其百分比的定義為模擬量給定百分比p%=p/pmax×100％和設定頻率百分比f％＝f/fmax×100％;
（3）在一些變頻器參數定義中，頻率給定曲線不是直接描述出來，而是通過最大頻率、偏置頻率和頻率增益表達。

4.3　模擬量給定的濾波和增益參數

　　模擬量的濾波是為了保證變頻器獲得的電壓或電流信號能真實地反映實際值，消除干擾信號對頻率給定信號的影響。濾波的工作原理是數字信號處理，即數字濾波。濾波時間常數就是特指模擬量給定信號上升至穩定值的63％所需要的時間（單位為s）。

　　濾波時間的長短必須根據不同的數學模型和工況進行設置，濾波時間太短，當變頻器顯示“給定頻率”時有可能不夠穩定而呈閃爍狀;濾波時間太長，當調節給定信號時，給定頻率跟隨給定信號的響應速度會降低。一般而言，出于對抗干擾能力的考慮，需要增加濾波時間常數;處于對響應速度快的考慮，需要降低濾波時間常數。

　　模擬量通道的增益參數與上面的頻率增益不一樣，后者主要是為定義頻率給定曲線的坐標值，前者則是在頻率給定曲線既定的前提下，降低或者提高模擬量通道的電壓值或者電流值。

4.4　模擬量給定的正反轉控制

　　一般情況下，變頻器的正反轉功能都可以通過正轉命令端子或反轉命令端子來實現。在模擬量給定方式下，還可以通過模擬量的正負值來控制電動機的正反轉，即正信號（0～＋10v）時電動機正轉、負信號（－10v～0）時電動機反轉。如圖5所示，10v對應的頻率值為fmax，－10v對應的頻率值為－fmax。

圖5　模擬量的正反轉控制和死區功能

　　在用模擬量控制正反轉時，零界點即0v時應該為0hz，但實際上真正的0hz很難做到，且頻率值很不穩定，在頻率0hz附近時，常常出現正轉命令和反轉命令共存的現象，并呈“反反復復”狀。為了克服這個問題，預防反復切換現象，就定義在零速附近為死區。

　　對于死區，不同類型的變頻器定義都會有所不同。一般有以下兩種:
（1）線段型。如圖中所示，如定義（－1v，＋1v）為死區，則模擬量信號在（－1v，＋1v）范圍時按零輸入處理，（＋1v，＋10v）對應（0hz，最大頻率），（－1v，－10v）對應（0hz，負的最大頻率）。

（2）滯環回線型。在變頻器的輸出頻率定義一個頻率死區（－fdead，＋fdead），這樣一來配合著電壓死區（－udead，＋udead）就圍成了滯環回線。

　　模擬量的正反轉控制功能還有一種就是在模擬量非雙極性功能的情況下（也就是說電壓不為負的單極性模擬量）也可以實現，即定義在給定信號中間的任意值作為正轉和反轉的零界點（相當于原點），高于原點以上的為正轉，低于原點以下的為反轉。同理，也可以相應設置死區功能，實現死區跳躍。但是，在這種情況下，卻存在一個特殊的問題，即萬一給定信號因電路接觸問題或其他原因而丟失，則變頻器的輸入端得到的信號為0v，其輸出頻率將跳變為反轉的最大頻率，電動機將從正常工作狀態轉入高速反轉狀態。十分明顯，在生產過程中，這種情況的出現將是十分有害的，甚至有可能損壞生產機械。對此，變頻器設置了一個有效的“零”功能。就是說，讓變頻器的實際最小給定信號不等于0，而當給定信號等于0時，變頻器的輸出頻率則自動降至0速。

5　轉矩控制方式 

5.1　基本概念

　　采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相媲美，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。

5.2　轉矩控制功能結構

圖9　轉矩控制功能框圖

　　轉矩控制根據不同的數學算法其功能結構也不同，圖9是一種典型的采用矢量方式實現的轉矩控制功能框圖。先是根據轉矩設定值計算出轉差頻率，并與變頻器獲得的反饋速度（一般用編碼器pg）或是直接推算的電動機速度相加，在速度限制下輸出同步頻率。很顯然，在轉矩控制方式下，速度調節器asr并不起直接作用，也無法控制速度。

　　轉矩控制時，變頻器的輸出頻率自動跟蹤負載速度的變化，但輸出頻率的變化受設定的加速和減速時間影響，如需要加快跟蹤的速度，需要將加速和減速時間設得短一些。

　　轉矩分正向轉矩和反向轉矩，其設定可以通過模擬量端子的電平來決定，該轉矩方向與運行指令的方向（即正轉和反轉）無關。當模擬量信號為0～10v時，為正轉矩，即電動機正轉方向的轉矩指令（從電動機的輸出軸看是逆時針轉）;當模擬量信號為－10v～0時，為負轉矩，即電動機反轉方向的轉矩指令（從電動機的輸出軸看是順時針轉）。

5.3　轉矩控制和速度控制的切換

　　由于轉矩控制時不能控制轉速的大小，所以，在某些轉速控制系統中，轉矩控制主要用于起動或停止的過渡過程中。當拖動系統已經起動后，仍應切換成轉速控制方式，以便控制轉速。

    切換的時序圖如圖10所示。

圖10　轉矩控制和轉速控制的時序圖

（1） t1時段:變頻器發出運行指令時，如未得到切換信號，則為轉速控制模式。變頻器按轉速指令決定其輸出頻率的大小。同時，可以預置轉矩上限。
（2） t2時段:變頻器得到切換至轉矩控制的信號（通常從外接輸入電路輸入），轉為轉矩控制模式。變頻器按轉矩指令決定其電磁轉矩的大小。同時，必須預置轉速上限。
（3） t3時段:變頻器得到切換至轉速控制的信號, 回到轉速控制模式。
（4） t4時段:變頻器再次得到切換至轉矩控制的信號, 回到轉矩控制模式。
（5） t5時段:變頻器的運行指令結束，將在轉速控制模式下按預置的減速時間減速并停止。
　　如果變頻器的運行指令在轉矩控制下結束，變頻器將自動轉為轉速控制模式，并按預置的減速時間減速并停止。
 
5.4　轉矩控制與限轉矩功能

　　在轉矩控制中，經常會與速度控制下的限轉矩功能搞混淆。所謂轉矩限定，就是用來限制速度調節器asr輸出的轉矩電流。

　　定義轉矩限定值0.0～200％為變頻器額定電流的百分數;如果轉矩限定＝100％，即設定的轉矩電流極限值為變頻器的額定電流。圖11所示為轉矩限值功能示意圖，f1、f2分別限制電動和制動狀態時輸出轉矩的大小。

圖11　轉矩限制功能圖

　　再生制動狀態運行時，應根據需要的制動轉矩適當調整再生制動限定值f2，在要求大制動轉矩的場合，應外接制動電阻或制動單元，否則可能會產生過壓故障。 

　　對于轉矩限制值，一般可以通過兩種方式進行設定。一種是通過參數設定，變頻器都提供了相應的參數，如安川vs g7的l7－01到l7－04可以分別設定四個象限的轉矩限定值。另外一種就是通過模擬量輸入設定，用輸入量的0～10v或4～20ma信號對應0－200％的轉矩限值。
 
6　dtc方式

6.1　基本概念

　　直接轉矩控制也稱之為“直接自控制”，這種“直接自控制”的思想是以轉矩為中心來進行磁鏈、轉矩的綜合控制。和矢量控制不同，直接轉矩控制不采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉坐標變換，簡單地通過檢測電動機定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量理論計算電動機的磁鏈和轉矩，并根據與給定值比較所得差值，實現磁鏈和轉矩的直接控制。

　　直接轉矩控制技術，是利用空間矢量、定子磁場定向的分析方法，直接在定子坐標系下分析異步電動機的數學模型，計算與控制異步電動機的磁鏈和轉矩，采用離散的兩點式調節器（band—band控制），把轉矩檢測值與轉矩給定值作比較，使轉矩波動限制在一定的容差范圍內，容差的大小由頻率調節器來控制，并產生pwm脈寬調制信號，直接對逆變器的開關狀態進行控制，以獲得高動態性能的轉矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動機的數學模型是否能夠簡化，而是取決于轉矩的實際狀況，它不需要將交流電動機與直流電動機作比較、等效、轉化，即不需要模仿直流電動機的控制，由于它省掉了矢量變換方式的坐標變換與計算和為解耦而簡化異步電動機數學模型，沒有通常的pwm脈寬調制信號發生器，所以它的控制結構簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統的轉矩響應迅速且無超調，是一種具有高靜、動態性能的交流調速控制方式。

　　與矢量控制方式比較，直接轉矩控制磁場定向所用的是定子磁鏈，它采用離散的電壓狀態和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。而矢量控制磁場定向所用的是轉子磁鏈，觀測轉子磁鏈需要知道電動機轉子電阻和電感。因此直接轉矩控制大大減少了矢量控制技術中控制性能易受參數變化影響的問題。直接轉矩控制強調的是轉矩的直接控制與效果。與矢量控制方法不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控量，對轉矩的直接控制或直接控制轉矩，既直接又簡化。

　　直接轉矩控制對交流傳動來說是一個優秀的電動機控制方法，它可以對所有交流電動機的核心變量進行直接控制。它開發出交流傳動前所未有的能力并給所有的應用提供了益處。在dtc中，定子磁通和轉矩被作為主要的控制變量。高速數字信號處理器與先進的電動機軟件模型相結合使電動機的狀態每秒鐘被更新40,000次。由于電動機狀態以及實際值和給定值的比較值被不斷地更新，逆變器的每一次開關狀態都是單獨確定的。這意味著傳動可以產生最佳的開關組合并對負載擾動和瞬時掉電等動態變化做出快速響應。在dtc中不需要對電壓，頻率分別控制的pwm調制器。

6.2　dtc直接轉矩控制的速度控制性能

 　abb的acs800能夠對速度進行精確的控制，根據不同的速度精度可以選擇無脈沖編碼器和有脈沖編碼器兩種，下表1給出了在使用dtc直接轉矩控制時的典型速度性能指標。

　　其中動態速度誤差依賴于速度控制器的參數整定，圖12為動態速度響應曲線。

圖12　dtc直接轉矩控制時的速度響應曲線
tn:電動機額定轉矩 nn:電動機額定速度 
nact:實際速度 nref:設定速度

　　在參數組23中可以對速度控制器進行pid變量設定，速度控制器的原理見圖13a，該控制器包含了比例、微分、積分和微分加速度補償，其經過pid作用后的輸出作為轉矩控制器的給定信號。 

　　速度控制器的參數內容包括以下幾方面:
（1） 增益參數:定義速度控制器的比例增益，如增益過大可能引起速度波動。
（2） 積分時間參數:定義速度控制器的積分時間，即在偏差階躍信號下，控制器輸出信號的變化率。積分時間越短，連續偏差值的校正就越快，但是如果太短就會造成控制不穩定。
（3） 微分時間參數:定義速度控制器的微分時間，即在偏差值發生改變的情況下增加控制器的輸出。微分時間越長，在偏差改變的過程中，控制器的輸出速度就越快。微分作用使控制對擾動的敏感度增加。
（4） 加速補償的微分時間:在加速過程中為了補償慣性，將給定變化量的微分加到速度控制器的輸出中。
（5） 滑差增益:定義了電動機滑差補償控制的滑差增益，100％表示完全滑差補償、0％表示零滑差補償。

　　速度控制器的參數值能在電動機辨識（與矢量控制的電動機辨識相同）整定期間進行自動調節，當然也可以手動整定控制器的相關參數，或是讓變頻器單獨執行一次速度控制器自動整定運行。要注意的是，最終速度控制器的控制效果取決于各個參數的綜合作用，因此電動機帶載運行進行自整定才是最合適的，同時可以在電動機額定轉速的三分之一作用進行恒速度運行。

6.3　dtc直接轉矩控制的轉矩控制性能

　　直接轉矩控制技術對于轉矩的控制非常出色，即使不使用任何來自電動機軸上的速度反饋，變頻器也能進行精確的轉矩控制。當然，由于在無脈沖編碼器情況下的直接轉矩控制，在零頻附近運行時，線性誤差和可重復性誤差可能會較大，對于需用在此頻段內的負載，建議采用有脈沖編碼器的直接轉矩控制。表2顯示了在abb變頻器acs800使用直接轉矩控制時的典型轉矩控制性能指標。

（a）  （b）圖13　dtc直接轉矩控制
（a） dtc直接轉矩控制時的速度控制器 
（b）dtc直接轉矩控制時的轉矩響應曲線
tn:電動機額定轉矩 tref:設定轉矩 tact:實際轉矩

　　如圖13（b）為直接轉矩控制方式下的轉矩響應曲線。 

表1　直接轉矩控制速度性能指標

表2　直接轉矩控制轉矩性能指標

　　對于參數的設置，首先必須在參數99.02選擇應用程序宏設定為t－ctrl轉矩控制宏和參數99.04定義為dtc直接轉矩控制，然后在參數組24中可以對轉矩控制進行設定，參數內容包括:
（1）轉矩給定的斜坡上升時間:就是從零增加到電動機額定轉矩的時間;
（2）轉矩給定的斜坡下降時間:就是從電動機額定轉矩下降到零的時間。
    轉矩控制宏一般應用于需要控制電動機轉矩的場合，如嚙合輥控制、張力控制等。其默認的接線方式是:轉矩給定值由模擬量輸入口以電流信號提供，0ma對應0％、20ma對應100％的電動機額定轉矩。

3　無速度傳感器矢量控制方式

3.1　基本概念

　　在高性能的異步電動機矢量控制系統中，轉速的閉環控制環節一般是必不可少的。通常，采用旋轉編碼器等速度傳感器來進行轉速檢測，并反饋轉速信號。但是，由于速度傳感器的安裝給系統帶來一些缺陷:系統的成本大大增加;精度越高的編碼器價格也越貴;編碼器在電動機軸上的安裝存在同心度的問題，安裝不當將影響測速的精度;安裝在電動機軸上的體積增大，而且給電動機的維護帶來一定困難，同時破壞了異步電動機的簡單堅固的特點;在惡劣的環境下，編碼器工作的精度易受環境的影響。而無速度傳感器的控制系統無需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統的可靠性，降低了系統的成本;另一方面，使得系統的體積小、重量輕，而且減少了電動機與控制器的連線。因此，無速度傳感器的矢量控制方式在工程應用中變得非常必要。

    無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場定向控制理論發展而來的。實現精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機內安裝磁通檢測裝置，要在異步電動機內安裝磁通檢測裝置是很困難的，但人們發現，即使不在異步電動機中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內部得到與磁通相應的量，并由此得到了無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據輸入的電動機的銘牌參數，按照一定的關系式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流的指令值和檢測值達到一致，并輸出轉矩，從而實現矢量控制。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹敵，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。由于矢量控制方式所依據的是準確的被控異步電動機的參數，因此需要在使用時準確地輸入異步電動機的參數，并對拖動的電動機進行調諧整定，否則難以達到理想的控制效果。

　　無速度傳感器矢量控制方式的基本技術指標定義如下:速度控制精度±0.5％，速度控制范圍1:100，轉矩控制響應<200ms，啟動轉矩>150％/0.5hz。其中啟動轉矩指標，根據不同品牌的變頻器其性能有所高低變動，大致在150％～250％之間。如圖6所示為安川g7的無速度傳感器矢量控制方式下的啟動轉矩特性，在0.3hz極低速下能達到150%以上的轉矩。

 

圖6　無速度傳感器矢量控制方式啟動轉矩特性

    有時為了描述上的方便，也把無速度傳感器的矢量控制方式稱為開環矢量控制或無pg反饋矢量控制。

3.2　電動機參數的調諧整定

　　由于電動機磁通模型的建立必須依賴于電動機參數，因此選擇無速度傳感器矢量控制時，第一次運行前必須首先對電動機進行參數的調諧整定。目前新型矢量控制通用變頻器中已經具備異步電動機參數自動調諧、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅動異步電動機進行正常運轉之前可以自動地對異步電動機的參數進行調諧后存儲在相應的參數組中，并根據調諧結果調整控制算法中的有關數值。

　　自動調諧（因在電動機旋轉情況下進行，又稱旋轉式調諧）的步驟一般是這樣的:首先在變頻器參數中輸入需要調諧的電動機的基本參數，包括電動機的類型（異步電動機或同步電動機）、電動機的額定功率（單位是kw）、電動機的額定電流（單位是a）、電動機的額定頻率（單位是hz）、電動機的額定轉速（單位r/min）;然后將電動機與機械設備分開，電動機作為單體;接著用變頻器的操作面板指令操作，變頻器的控制程序就會一邊根據內部預先設定的運行程序自動運轉，一邊測定一次電壓和一次電流，然后計算出電動機的各項參數。但在電動機與機械設備難以分開的場合卻很不方便，此時可采用靜止式調諧整定的方法，即將固定在任一相位、僅改變振幅而不產生旋轉的三相交流電壓施加于電動機上，電動機不旋轉，由此時的電壓、電流波形按電動機等值回路對各項參數進行運算，便能高精度測定控制上必需的電動機參數。在靜止式調諧中，用原來方法無法測定的漏電流也能測定，控制性能進一步提高。利用靜止式調諧技術，可對于機械設備組合一起的電動機自動調諧、自動測定控制上所需的各項常數，因而顯著提高了通用變頻器使用的方便性。

圖7　異步電動機穩態等效電路

　　從圖7所示的異步電動機的t型等效電路表示中可以看出，電動機除了常規的參數如電動機極數、額定功率、額定電流外，還有r1（定子電阻）、x11（定子漏感抗）、r2（轉子電阻）、x21（轉子漏感抗）、xm（互感抗）和i0（空載電流）。

　　從上面已經知道，參數辨識分電動機靜止辨識和旋轉辨識兩種，其中在靜止辨識中，變頻器能自動測量并計算定子和轉子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗，并同時將測量的參數寫入;在旋轉辨識中，變頻器自動測量電動機的互感抗和空載電流。

3.3　速度調節器asr

 

圖8　速度調節器簡化框圖

　　速度調節器asr的結構如圖8所示，圖8中kp為比例增益，ki為積分時間。積分時間設為0時，則無積分作用，速度環為單純的比例調節器。由于是無速度傳感器矢量控制方式，速度環的實際速度來源于變頻器內部的實際計算值。

　　速度調節器asr的整定參數包括比例增益p和積分時間i，其數值大小將直接影響矢量控制的效果，其目標就是要取得動態性能良好的階躍響應，如圖9a所示。具體調節的影響情況如下:
    （1）增加比例增益p，可加快系統的動態響應，但p值過大，系統容易振蕩;
    （2）減小積分時間i值，可加快系統的動態響應，但i值過小，系統超調就會增大，且容易產生振蕩;
    （3）通常先調整比例增益p值，保證系統不振蕩的前提下盡量增大p值，然后調節積分時間i值使系統既有快速的響應特性又超調不大。

a）參數整定情況之一 b）參數整定情況之二 c）參數整定情況之三 
圖9　速度調節器asr的階躍響應與pi參數的關系

　　圖9b是比例增益p值與速度調節器asr的階躍響應關系，圖9c是積分時間i值與速度調節器asr的階躍響應關系。

　　一般的矢量變頻器為了適應電動機低速和高速帶載運行都有快速響應的情況，都設有兩套pi參數值（即低速pi值和高速pi值），同時設有切換頻率。為了保證兩套pi值的正常過渡，一些變頻器還另外設置了兩個切換頻率，即切換頻率1和切換頻率2，如圖10。其控制原理是:低于切換頻率1的頻率動態響應pi值取a點的數值，高于切換頻率2的頻率動態響應pi值取b點的數值，位于切換頻率1和切換頻率2的頻率動態響應pi值取兩套pi參數的加權平均值。

　　如果pi參數設置不當，系統在快速啟動到高速后，可能產生減速過電壓故障（如果沒有外接制動電阻或制動單元），這是由于在速度超調后的下降過程中系統再生制動狀態能量回饋所致，因此合適的pi值對于系統的穩定性至關重要。

圖10　pi參數與頻率切換的關系

3.4　轉差補償增益和靜差率 

　　靜差就是從一個穩定的轉速過渡到另一個穩定的轉速之間的差值，靜差率是指電動機空載與滿載的速度差，這兩個參數對于電動機的控制特性都是要求比較高的。

　　由于無速度傳感器的矢量控制方式對于轉速的測量是間接的，一般都是通過容易測量的定子電壓和電流信號間接求得轉速。目前常用的方法有:
    （1）利用電動機模型推導出轉速方程式，從而計算轉速;
    （2）利用電動機模型計算轉差頻率，進行補償;
    （3）根據模型參考自適應控制理論，選擇合適的參考模型和可調整模型，同時辨識轉速和轉子磁鏈;
    （4）利用其它辨識或估計方法求得轉速;
    （5）利用電動機的齒諧波電勢計算轉速;等等。但是，無論哪一種方法，對于電動機實際運行的速度計算或辨識精度都非常有限，為了精確調整靜差，確保電動機的靜差率低于0.01%，就需要對轉差補償增益進行設置。

　　所謂轉差補償增益，就是用于計算轉差頻率，設定值100％表示額定的轉矩電流對應額定的轉差頻率，因此設置合理的轉差補償增益系統可以精確調整速度控制的靜差。其參數的設置原則是:當電動機重載時速度偏低，就應該加大該系數，反之就減小該參數。
4　有速度傳感器矢量控制方式 

4．1　基本概念

　　有速度傳感器的矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、轉矩控制、簡單伺服控制等對控制性能要求嚴格的使用場合。在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉編碼器，并安裝在被控電動機的軸端，而不是象閉環v/f控制安裝編碼器或接近開關那樣隨意。在很多時候，為了描述上的方便，也把有速度傳感器的矢量控制方式稱為閉環矢量控制或有pg反饋矢量控制，本文為了不與運行方式中的pid閉環控制相混淆，以及與無速度傳感器矢量控制相對應，基本采用“有速度傳感器矢量控制方式”這種稱呼。

　　有速度傳感器矢量控制方式的變頻調速是一種理想的控制方式，它有許多優點:
（1）可以從零轉速起進行速度控制，即使低速亦能運行，因此調速范圍很寬廣，可達1000:1;
（2）可以對轉矩實行精確控制;
（3）系統的動態響應速度甚快;
（4）電動機的加速度特性很好等優點。

4．2　編碼器pg接線與參數

　　矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式，必須與編碼器pg的型號相對應。一般而言，編碼器pg型號分差動輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種，其信號的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口，因此選擇合適的pg卡型號或者設置合理的跳線至關重要。前者的典型代表是安川vs g7變頻器，后者的典型代表為艾默生td3000變頻器。

　　以安川vs g7變頻器為例，其用于帶速度傳感器矢量控制方式安裝的pg卡類型主要有兩種:

（1） pg－b2卡，含a/b相脈沖輸入，對應補碼輸出，如圖1所示。
 

圖1　pg－b2卡與編碼器接線圖

（2） pg－x2卡，含a/b/z相脈沖輸入，對應線驅動，如圖2所示。

圖2　pg－x2卡與編碼器接線圖

　　艾默生td3000變頻器的pg卡是統一配置的，最高輸入頻率為120khz，它與不同的編碼器pg接線時，只需注意接線方式和跳線cn4。當跳線cn4位于di側時，可以選擇編碼器信號由a+、a－、b＋、b－差動輸出（如圖3所示）或者a＋、b＋推挽輸出（如圖5所示）;當跳線cn4位于oci側時，可以選擇編碼器信號由a－、b－開路集電極輸出（如圖4所示）。

圖3　差動輸出編碼器接線圖 

圖4　集電極開路輸出編碼器（加上虛線為電壓型輸出編碼器）接線圖

　　在變頻器的參數組中對于編碼器pg都有比較嚴格的定義，這些定義包括:
（1）編碼器pg每轉脈沖數。此參數可以查看編碼器本身的技術指標，單位為p/r。
（2）編碼器pg方向選擇。如果變頻器pg卡與編碼器pg接線次序代表的方向，和變頻器與電動機連接次序代表的方向匹配，設定值應為正向，否則為反向。必須注意當方向選擇錯誤時，變頻器將無法加速到你所需要的頻率，并報過流故障或編碼器反向故障。更改此參數可方便地調整接線方向的對應關系，而無須重新接線。

圖5　推挽輸出編碼器接線圖 

圖6　編碼器pg的方向選擇

　　圖6中所示為安川vs g7變頻器的編碼器pg方向選擇示意。編碼器pg從輸入軸看時順時針方向cw旋轉時，為a相超前，另外，正轉指令輸出時，電動機從輸出側看時逆時針ccw旋轉。然而，一般的編碼器pg在電動機正轉時，安裝在負載側時為a相超前，安裝在與負載側相反時b相超前。
（3） 編碼器pg斷線動作。如果編碼器pg斷線（即pgo），變頻器將無法得到速度反饋值，將立即報警并輸出電壓被關閉，電動機自由滑行停車，在停車過程中，故障將無法復位，直到停機為止。
（4） 編碼器pg斷線檢測時間。一般為10s以下，以確認在此時間內編碼器pg的斷線故障是否持續存在。
（5） 零速檢測值。本參數是為了檢測編碼器pg斷線而定義的功能，當設定頻率大于零速檢測值，而反饋速度小于零速檢測值，并且持續時間在編碼器pg斷線檢測時間參數以上，則變頻器確認為編碼器pg斷線故障（pgo）成立。
（6） 編碼器pg與電動機之間的齒輪齒數。本參數是為了適應編碼器安裝在齒輪電動機上的情況，可設定齒輪齒數。由電動機轉速公式可以得出:
電動機速度（r/min）=（從編碼器pg輸入的脈沖數×60）×（負載側齒輪齒數 / 電動機側齒輪齒數）/編碼器pg的每轉脈沖數
（7） 檢出電動機的過速度。電動機超過規定以上的轉速時，檢出故障。通常設定100％～120％的最大頻率為檢出過速度的基準值，如果在預定的時間內頻率持續超出該值，則定義為電動機過速度故障（os）。如發生該故障，變頻器自由停車。
（8） 檢出電動機和速度指令的速度差。我們定義電動機的實際速度和設定速度的差值為速度偏差，如果在一定的時間內其速度偏差值持續超出某一范圍值（如10％時），則檢出速度偏差過大（dev）。如發生該故障，變頻器可以按照預先設定的故障停機方式停機。
 
4．3　帶速度傳感器矢量控制與閉環v/f控制的區別

　　帶速度傳感器矢量控制與閉環v/f控制在安裝編碼器pg上有共同點，而且都有類似的pid環以及相應的參數設置，好像給人一種雷同的感覺。但兩者存在著很大的區別，主要一點在于前者是矢量控制，而后者屬于傳統的v/f控制。

圖7　帶速度傳感器矢量控制原理框圖 

圖8　閉環v/f控制原理框圖

　　我們對比一下帶速度傳感器矢量控制與閉環v/f控制的原理框圖，如圖7、圖8中所示。矢量控制時的速度控制asr是把速度指令和速度反饋信號進行差值比較，然后進行pi控制后，經過一定的濾波時間，再經過轉矩限定，輸出轉矩電流，進入轉矩環控制;而閉環v/f控制是將速度指令和速度反饋信號的偏差調為零，pid的結果只是去直接控制變頻器的頻率輸出。

　　除了控制原理上的區分外，帶速度傳感器矢量控制與閉環v/f控制還有以下幾點不同:
（1） 控制精度不同。帶速度傳感器矢量控制的速度控制精度能達到0.05％，而閉環v/f控制則只有0.5％（相當于無傳感器矢量控制的水平）。
（2） 啟動轉矩不同。帶速度傳感器矢量控制的啟動轉矩可達到200％/0hz，而閉環v/f控制則只有180％/0.5hz。
（3） 安裝方式不一樣。帶速度傳感器矢量控制的編碼器安裝要求非常嚴格，必須與電動機或者齒輪電動機的軸一致;而閉環v/f控制則可以安裝在傳動點的任意一個位置。
（4） 編碼器選型不一樣。帶速度傳感器矢量的編碼器要求比較嚴格，通常都要求二相輸入;而閉環v/f控制則可以只要求一相輸入，甚至可以用高性能接近開關替代。
（5）編碼器斷線停機方式不一樣。帶速度傳感器矢量控制的編碼器斷線故障檢出后，將不得不自由停車;而閉環v/f控制還可以在頻率指令下繼續開環v/f控制運行。

變頻器的控制方式 

1　引言

　　我們通常意義上講的低壓變頻器，其輸出電壓一般為220～650v、輸出功率為0.2～400kw、工作頻率為0～800hz左右，變頻器的主電路采用交－直－交電路。根據不同的變頻控制理論，其模式主要有以下三種:
    （1）v/f=c的正弦脈寬調制模式
    （2）矢量控制（vc）模式
    （3）直接轉矩控制（dtc）模式
　　針對以上三種控制模式理論，可以發展為幾種不同的變頻器控制方式，即v/f控制方式（包括開環v/f控制和閉環v/f控制）、無速度傳感器矢量控制方式（矢量控制vc的一種）、閉環矢量控制方式（即有速度傳感器矢量控制vc的一種）、轉矩控制方式（矢量控制vc或直接轉矩控制dtc）等。這些控制方式在變頻器通電運行前必須首先設置。

2　v/f控制方式 

2.1　基本概念
　　我們知道，變頻器v/f控制的基本思想是u/f=c，因此定義在頻率為fx時，ux的表達式為ux/fx=c，其中c為常數，就是“壓頻比系數”。圖1中所示就是變頻器的基本運行v/f曲線。

圖1　基本運行v/f曲線

　　由圖1可以看出，當電動機的運行頻率高于一定值時，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，我們就將該特定值稱之為基本運行頻率，用fb表示。也就是說，基本運行頻率是指變頻器輸出最高電壓時對應的最小頻率。在通常情況下，基本運行頻率是電動機的額定頻率，如電動機銘牌上標識的50hz或60hz。同時與基本運行頻率對應的變頻器輸出電壓稱之為最大輸出電壓，用vmax表示。 

　　當電動機的運行頻率超過基本運行頻率fb后，u/f不再是一個常數，而是隨著輸出頻率的上升而減少，電動機磁通也因此減少，變成“弱磁調速”狀態。

　　基本運行頻率是決定變頻器的逆變波形占空比的一個設置參數，當設定該值后，變頻器cpu將基本運行頻率值和運行頻率進行運算后，調整變頻器輸出波形的占空比來達到調整輸出電壓的目的。因此，在一般情況下，不要隨意改變基本運行頻率的參數設置，如確有必要，一定要根據電動機的參數特性來適當設值，否則，容易造成變頻器過熱、過流等現象。

2.2　預定義的v/f曲線和用戶自定義v/f曲線

　　由于電動機負載的多樣性和不確定性，因此很多變頻器廠商都推出了預定義的v/f曲線和用戶自定義的任意 v/f曲線。

　　預定義的v/f曲線是指變頻器內部已經為用戶定義的各種不同類型的曲線。如艾默生ev2000變頻器有三種特定曲線（圖2a），曲線1為2.0次冪降轉矩特性、曲線2為1.7次冪降轉矩特性、曲線為1.2次冪降轉矩特性。羅克韋爾ab powerflex 400變頻器有4種定義的曲線（如圖2b），其定義的方式是在電動機額定頻率一半（即50％fn）時的輸出電壓是電動機額定電壓的30％時（即30％vn）為曲線1，35％vn為曲線2，40％vn為曲線3，vn為曲線4。這些預定義的v/f曲線非常適合在可變轉矩（如典型的風機和泵類負載）中使用，用戶可以根據負載特性進行調整，以達到最優的節能效果。

 

a）

艾默生ev2000 b）ab poweflex 400
圖2　預定義v/f曲線

　　對于其他特殊的負載，如同步電動機，則可以通過設置用戶自定義v/ f曲線的幾個參數，來得到任意v/ f曲線，從而可以適應這些負載的特殊要求和特定功能。自定義v/ f曲線一般都通過折線設定，典型的有三段折線和兩段折線。 

用戶自定義v/f曲線

　　以三段折線設定為例，如圖3所示，f通常為變頻器的基本運行頻率，在某些變頻器中定義為電動機的額定頻率，;v通常為變頻器的最大輸出電壓，在某些變頻器中定義為電動機的額定電壓。如果最大輸出電壓等于額定電壓或者基本運行頻率等于額定頻率，則兩者是一回事，如果兩者之間數值不相等，就必須根據變頻器的用戶手冊來確定具體的數據。圖中給出了三個中間坐標數值，即（f1，v1）、（f2，v2）、（f3，v3），用戶只需填入相應的電壓值或電壓百分比以及頻率值或頻率百分比即可。如果將其中的兩點重合就可以看成是二段折線設定。

　　雖然用戶自定義v/f曲線可以任意設定，但是一旦數值設定不當，就會造成意外故障。比如說低頻時轉矩提升電壓過高，造成電動機起動時低頻抖動。所以，v/f曲線特性必須以滿足電動機的運行為前提條件。

2.3　v/f曲線轉矩補償
　　變頻器在啟動或極低速運行時，根據v/f曲線，電動機在低頻時對應輸出的電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，這就導致勵磁不足而使電動機不能獲得足夠的旋轉力，因此需要對轉矩進行補充補償，這稱為轉矩補償。通常的做法是對輸出電壓做一些提升補償，以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉矩損失，從而改善電動機的輸出轉矩。

 

圖4　轉矩補償

　　圖4中，v0表示手動轉矩提升電壓、vmax表示最大輸出電壓、f0表示轉矩提升的截止頻率、fb表示基本運行頻率。

　　對于v0的設置原則一般有以下幾點:
    （1）當電動機與變頻器之間的距離太遠時，由于線路壓降增大，應適當增大v0值;
    （2）當電動機容量小于變頻器額定容量時，由于此容量電動機的繞組電阻比大容量電動機大，電阻壓降也大，應適當增大v0值;
    （3）當電動機抖動厲害時，說明轉矩過大，轉矩補償增益調得過高，應適當減小v0值。

　　這里必須避免這樣一個誤區:即使提高很多輸出電壓，電動機轉矩并不能和其電流相對應的提高。這是因為電動機電流包含電動機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。

　　關于截止頻率f0，在有些變頻器中是固定的頻率值，如abb acs550變頻器f0＝20hz、羅克韋爾ab powerflex 400變頻器f0＝25hz;有些變頻器是可以設置的，如艾默生ev2000變頻器f0=0～50%基本運行頻率。

　　轉矩補償可以根據變頻器的參數設置選擇手動和自動，如手動設置則允許用戶v0在0－20%或30％umax之間任意設定，如自動設置則是變頻器根據電動機啟動過程中的力矩情況進行自動補償，其參數是隨著負載變化而更改的。

2.4　閉環v/f控制
　　閉環v/f控制就是在v/f控制方式下，設置轉速反饋環節。測速裝置可以是旋轉編碼器，也可以是光電開關，安裝方式比較自由，既可以安裝在電動機軸上，也可以安裝在其他相關聯的位置。同樣，通常所說的不帶轉速反饋的v/f控制，也稱之為開環v/f控制。

　　閉環v/f控制選用速度反饋信號可以選用一相或者二相信號，一相信號如接近開關或是旋轉編碼器的a相和b相之一。旋轉編碼器是一種測量旋轉角度的測量器件，它集機、光、電技術于一體，通過光電轉換，將角位移轉換成相應的電脈沖或數字信號輸出。旋轉編碼器通常采用兩個相位差90°的方波編碼方式，其旋轉方向由兩個波形的相位差決定。旋轉編碼器有很多種型號，通常的速度反饋則選用增量型編碼器，電動機的運動速度由一定時間內編碼器所產生的脈沖信號決定。脈沖信號輸出即可與變頻器的pg接口相連接，就可以得到測量值。編碼器的精度由旋轉一周產生方波數決定，當旋轉一周可產生2000個方波時，每一個方波周期表示為360°/2000，其最大的響應頻率達到100khz左右。

 

a）pg接口示意 b）速度增益曲線
圖5　閉環v/f控制接線圖和速度增益示意圖

    圖5所示為旋轉編碼器pg與變頻器vf組成的閉環v/f控制。圖5a中，ps+/ps-為編碼器的工作電源，a+信號為a相信號或b相信號，本控制方式采用一相反饋。

　　閉環v/f控制為了獲得良好的速度控制性能，還必須設置比例增益p值和積分時間i值，圖5b所示為參數設置情況。

2.4.1　調整參數必須遵循以下原則

    （1）最低輸出頻率的增益調整。請用最低輸出頻率控制電動機運行，在此狀態下，在無振動的范圍內增大p02值，然后，在無振動范圍內減小設定i02值。監視變頻器的輸出電流，并且確認達到變頻器額定電流50％以下的輸出電流，超過50％時，請減小p02值，增大i02值
    （2）最高輸出頻率的調整。請用最高輸出頻率控制電動機運行，在此狀態下，在無振動的范圍內增大設定p01值，然后，在無振動范圍內減小設定i01值
    （3）增益的微調。在增益更細微調整時，可以邊觀察速度波形邊微調。在加速完成時發生上沖超調，請減小p01值，增大i01值，停止時發生下沖超調，請減小p02值，增大i02值。

2.4.2　帶pg閉環v/f控制系統要注意以下幾點
    （1）一般編碼器為5～36v工作電源，因此必須要選用合適的pg接口電源，確保編碼器正常工作
    （2）編碼器的工作方式有許多中，包括集電極開路、推挽式和線驅動，集電極開路還分npn或pnp，因此必須在選配合適pg接口的基礎上，還必須選用正確的接線方式和跳線方式（npn或pnp方式）
    （3）編碼器與變頻器的距離一般以不超過100m為宜，必須采用屏蔽和抗干擾處理
    （4）閉環v/f控制多用于簡易速度控制，且安裝位置可以不在電動機軸端，因此在參數設置上必須加以區別，設定轉速計算值必須折算到電動機側
    （5）轉速的設定和反饋一般都以轉/分（r/min）為單位，一般而言設定值在面板上可以數字輸入，若是用模擬信號作為給定量時，模擬給定最大值對應于電動機的同步轉速。

變頻器功能參數很多，一般都有數十甚至上百個參數供用戶選擇。實際應用中，沒必要對每一參數都進行設置和調試，多數只要采用出廠設定值即可。但有些參數由于和實際使用情況有很大關系，且有的還相互關聯，因此要根據實際進行設定和調試。 
    因各類型變頻器功能有差異，而相同功能參數的名稱也不一致，為敘述方便，本文以山宇變頻器基本參數名稱為例。由于基本參數是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。 
 一 加減速時間 
    加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。通常用頻率設定信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設定的上升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。 
    加速時間設定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時間設定要點是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時間可根據負載計算出來，但在調試中常采取按負載和經驗先設定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設定時間逐漸縮短，以運轉中不發生報警為原則，重復操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。 
二 轉矩提升 
    又叫轉矩補償，是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低，而把低頻率范圍f/V增大的方法。設定為自動時，可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉矩，使電動機加速順利進行。如采用手動補償時，根據負載特性，尤其是負載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉矩負載，如選擇不當會出現低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現象，甚至還會出現電動機帶負載起動時電流大，而轉速上不去的現象。 
三 電子熱過載保護 
    本功能為保護電動機過熱而設置，它是變頻器內CPU根據運轉電流值和頻率計算出電動機的溫升，從而進行過熱保護。本功能只適用于“一拖一”場合，而在“一拖多”時，則應在各臺電動機上加裝熱繼電器。 
    電子熱保護設定值（%）=[電動機額定電流（A）/變頻器額定輸出電流（A）>×100%。 
四 頻率限制 
    即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設備的一種保護功能。在應用中按實際情況設定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機，由于輸送物料不太多，為減少機械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅動，并將變頻器上限頻率設定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機運行在一個固定、較低的工作速度上。 
五 偏置頻率 
    有的又叫偏差頻率或頻率偏差設定。其用途是當頻率由外部模擬信號（電壓或電流）進行設定時，可用此功能調整頻率設定信號最低時輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當頻率設定信號為0%時，偏差值可作用在0～fmax范圍內，有的變頻器（如明電舍、三墾）還可對偏置極性進行設定。如在調試中當頻率設定信號為0%時，變頻器輸出頻率不為0Hz，而為xHz，則此時將偏置頻率設定為負的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。 
六 頻率設定信號增益 
    此功能僅在用外部模擬信號設定頻率時才有效。它是用來彌補外部設定信號電壓與變頻器內電壓（+10v）的不一致問題；同時方便模擬設定信號電壓的選擇，設定時，當模擬輸入信號為最大時（如10v、5v或20mA），求出可輸出f/V圖形的頻率百分數并以此為參數進行設定即可；如外部設定信號為0～5v時，若變頻器輸出頻率為0～50Hz，則將增益信號設定為200%即可。 
七 轉矩限制 
    可分為驅動轉矩限制和制動轉矩限制兩種。它是根據變頻器輸出電壓和電流值，經CPU進行轉矩計算，其可對加減速和恒速運行時的沖擊負載恢復特性有顯著改善。轉矩限制功能可實現自動加速和減速控制。假設加減速時間小于負載慣量時間時，也能保證電動機按照轉矩設定值自動加速和減速。 
    驅動轉矩功能提供了強大的起動轉矩，在穩態運轉時，轉矩功能將控制電動機轉差，而將電動機轉矩限制在最大設定值內，當負載轉矩突然增大時，甚至在加速時間設定過短時，也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設定過短時，電動機轉矩也不會超過最大設定值。驅動轉矩大對起動有利，以設置為80～100%較妥。 
    制動轉矩設定數值越小，其制動力越大，適合急加減速的場合，如制動轉矩設定數值設置過大會出現過壓報警現象。如制動轉矩設定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動機在減速時，不使用制動電阻也能減速至停轉而不會跳閘。但在有的負載上，如制動轉矩設定為0%時，減速時會出現短暫空轉現象，造成變頻器反復起動，電流大幅度波動，嚴重時會使變頻器跳閘，應引起注意。 
八 加減速模式選擇 
    又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉矩負載，如風機等；S曲線適用于恒轉矩負載，其加減速變化較為緩慢。設定時可根據負載轉矩特性，選擇相應曲線，但也有例外，筆者在調試一臺鍋爐引風機的變頻器時，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動運轉變頻器就跳閘，調整改變許多參數無效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動前引風機由于煙道煙氣流動而自行轉動，且反轉而成為負向負載，這樣選取了S曲線，使剛起動時的頻率上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發生，當然這是針對沒有起動直流制動功能的變頻器所采用的方法。 
九 轉矩矢量控制 
    矢量控制是基于理論上認為：異步電動機與直流電動機具有相同的轉矩產生機理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規定的磁場電流和轉矩電流，分別進行控制，同時將兩者合成后的定子電流輸出給電動機。因此，從原理上可得到與直流電動機相同的控制性能。采用轉矩矢量控制功能，電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉矩，尤其是電動機在低速運行區域。 
    現在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據負載電流大小和相位進行轉差補償，使電動機具有很硬的力學特性，對于多數場合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設置速度反饋電路。這一功能的設定，可根據實際情況在有效和無效中選擇一項即可。 
    與之有關的功能是轉差補償控制，其作用是為補償由負載波動而引起的速度偏差，可加上對應于負載電流的轉差頻率。這一功能主要用于定位控制。 
十 節能控制 
    風機、水泵都屬于減轉矩負載，即隨著轉速的下降，負載轉矩與轉速的平方成比例減小，而具有節能控制功能的變頻器設計有專用V/f模式，這種模式可改善電動機和變頻器的效率，其可根據負載電流自動降低變頻器輸出電壓，從而達到節能目的，可根據具體情況設置為有效或無效。 
    要說明的是，九、十這兩個參數是很先進的，但有一些用戶在設備改造中，根本無法啟用這兩個參數，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有：（1）原用電動機參數與變頻器要求配用的電動機參數相差太大。（2）對設定參數功能了解不夠，如節能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。（3）啟用了矢量控制方式，但沒有進行電動機參數的手動設定和自動讀取工作，或讀取方法不當。

 

 

介紹一下三相異步電動機的七種調速方式及其特點,指明其適用的場合、情況。
三相異步電動機轉速公式為：n=60f/p(1-s) 
     從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數p及轉差率s均可太到改變轉速的目的。從調速的本質來看，不同的調速方式無非是改變交流電動機的同步轉速或不改變同步轉兩種。
在生產機械中廣泛使用不改變同步轉速的調速方法有繞線式電動機的轉子串電阻調速、斬波調速、串級調速以及應用電磁轉差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調速。改變同步轉速的有改變定子極對數的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調速有能無換向電動
機調速等。
從調速時的能耗觀點來看，有高效調速方法與低效調速方法兩種：高效調速指時轉差率不變，因此無轉差損耗，如多速電動機、變頻調速以及能將轉差損耗回收的調速方法（如串級調速等）。有轉差損耗的調速方法屬低效調速，如轉子串電阻調速方法，能量就損耗在
轉子回路中；電磁離合器的調速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉差損耗隨調速范圍擴大而增加，如果調速范圍不大，能量損耗是很小的。
一、變極對數調速方法
這種調速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數達到調速目的，特點如下：
具有較硬的機械特性，穩定性良好；
無轉差損耗，效率高；
接線簡單、控制方便、價格低；
有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速；
可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。
本方法適用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。
二、變頻調速方法
變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器
和交流－交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交－直－交變頻器。其特點：
效率高，調速過程中沒有附加損耗；
應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；
調速范圍大，特性硬，精度高；
技術復雜，造價高，維護檢修困難。
本方法適用于要求精度高、調速性能較好場合。
三、串級調速方法
串級調速是指繞線式電動機轉子回路中串入可調節的附加電勢來改變電動機的轉差，達到調速的目的。大部分轉差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產生附加的裝置，把吸收的轉差功率返回電網或轉換能量加以利用。根據轉差功率吸收利用方式，串級調速可分為
電機串級調速、機械串級調速及晶閘管串級調速形式，多采用晶閘管串級調速，其特點為：
可將調速過程中的轉差損耗回饋到電網或生產機械上，效率較高；
裝置容量與調速范圍成正比，投資省，適用于調速范圍在額定轉速70％－90％的生產機械上；
調速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產；
晶閘管串級調速功率因數偏低，諧波影響較大。
本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。
四、繞線式電動機轉子串電阻調速方法
繞線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉差功率以發熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速，機械特性較軟。
五、定子調壓調速方法
當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，其調速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速范圍，調壓調速應采用轉子電阻值大的籠型電動機，如
專供調壓調速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。為了擴大穩定運行范圍，當調速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調節轉速目的。
調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調壓方式有串聯飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最佳。調壓調速
的特點：
調壓調速線路簡單，易實現自動控制；
調壓過程中轉差功率以發熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低。
調壓調速一般適用于100KW以下的生產機械。
六、電磁調速電動機調速方法
電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。
電磁轉差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機械聯系，都能自由轉動。電樞與電動機轉子同軸聯接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯軸節與負載軸對接稱從動部分。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，其磁通經過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產生渦流，此渦流與磁通相互作用產生轉矩，帶動有磁極的轉子按同一方向旋轉，但其轉速恒低于電樞的轉速N1，這是一種轉差調速方式，變動轉差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉矩和轉速。電磁調速電動機的調速特點：
裝置結構及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；
調速平滑、無級調速；
對電網無諧影響；
速度失大、效率低。
本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產
機械。
七、液力耦合器調速方法
液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉，在離心力作用下沿著泵輪外環進入渦輪時，就在同一轉向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產機械運轉。液力耦合器的動力轉輸能力與殼內相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉速，作到無級調速，其特點為：
功率適應范圍大，可滿足從幾十千瓦至數千千瓦不同功率的需要；
結構簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；
尺寸小，能容大；
控制調節方便，容易實現自動控制。
本方法適用于風機、水泵的調速。 

 

 

誤區1、使用變頻器都能節電 

一些文獻宣稱變頻調速器是節電控制產品，給人的感覺是只要使用變頻調速器都能節電。 

實際上，變頻調速器之所以能夠節電，是因為其能對電動機進行調速。如果說變頻調速器是節電控制產品的話，那么所有的調速設備也都可以說是節電控制產品。變頻調速器只不過比其它調速設備效率和功率因數略高罷了。 

變頻調速器能否實現節電，是由其負載的調速特性決定的。對于離心風機、離心水泵這類負載，轉矩與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。只要原來采用閥門控制流量，且不是滿負荷工作，改為調速運行，均能實現節電。當轉速下降為原來的80%時，功率只有原來的51.2%。可見，變頻調速器在這類負載中的應用，節電效果最為明顯。對于羅茨風機這類負載，轉矩與轉速的大小無關，即恒轉矩負載。若原來采用放風閥放走多余風量的方法調節風量，改為調速運行，也能實現節電。當轉速下降為原來的80%時，功率為原來的80%。比在離心風機、離心水泵中的應用節電效果要小得多。對于恒功率負載，功率與轉速的大小無關。水泥廠恒功率負載，如配料皮帶秤，在設定流量一定的條件下，當料層厚時，皮帶速度減慢；當料層薄時，皮帶速度加快。變頻調速器在這類負載中的應用，不能節電。 

與直流調速系統比較，直流電動機比交流電動機效率高、功率因數高，數字直流調速器與變頻調速器效率不相上下，甚至數字直流調速器比變頻調速器效率略高。所以，宣稱使用交流異步電動機和變頻調速器比使用直流電動機和直流調速器要節電，理論和實踐證明，這是不正確的。 

誤區2、變頻器的容量選擇以電動機額定功率為依據 

相對于電動機來說，變頻調速器的價格較貴，因此在保證安全可靠運行的前提下，合理地降低變頻調速器的容量就顯得十分有意義。 

變頻調速器的功率指的是它適用的4極交流異步電動機的功率。 

由于同容量電動機，其極數不同，電動機額定電流不同。隨著電動機極數的增多，電動機額定電流增大。變頻調速器的容量選擇不能以電動機額定功率為依據。同時，對于原來未采用變頻器的改造項目，變頻調速器的容量選擇也不能以電動機額定電流為依據。這是因為，電動機的容量選擇要考慮最大負荷、富裕系數、電動機規格等因素，往往富裕量較大，工業用電動機常常在50%～60%額定負荷下運行。若以電動機額定電流為依據來選擇變頻調速器的容量，留有富裕量太大，造成經濟上的浪費，而可靠性并沒有因此得到提高。 

對于鼠籠式電動機，變頻調速器的容量選擇應以變頻器的額定電流大于或等于電動機的最大正常工作電流1.1倍為原則，這樣可以最大限度地節約資金。對于重載起動、高溫環境、繞線式電動機、同步電動機等條件下，變頻調速器的容量應適當加大。 

對于一開始就采用變頻器的設計中，變頻器容量的選擇以電動機額定電流為依據無可厚非。這是因為此時變頻器容量不能以實際運行情況來選擇。當然，為了減少投資，在有些場合，也可先不確定變頻器的容量，等設備實際運轉一段時間后，再根據實際電流進行選擇。

內蒙古某水泥公司24×13m水泥磨二級粉磨系統中，有1臺國產N－1500型O－Sepa高效選粉機，配用電動機型號為Y2－315M－4型，電動機功率為132kW，卻選用FRN160－P9S－4E型變頻器，這種變頻器適用于4極、功率為160kW電動機。投入運行后，最大工作頻率48Hz，電流只有180A，不到電動機額定電流的70%，電動機本身已有相當的富裕量。而變頻器選用規格又比拖動電動機大1個等級，造成不應有的浪費，可靠性不會因此而提高。 

安徽巢湖水泥廠3號石灰石破碎機，其喂料系統采用1500×12000板式喂料機，拖動電動機選用Y225M－4型交流電動機，電動機額定功率45kW，額定電流為84.6A。在進行變頻調速改造前，通過測試發現，板式喂料機拖動電動機正常運行時，三相平均電流僅30A，只有電動機額定電流的35.5%。為了節省投資，選用ACS601－0060－3型變頻器，該變頻器額定輸出電流為76A，適用于4極、功率為37kW電動機，取得了較好的使用效果。 

這2個例子一反一正說明了，對于原來未采用變頻器的改造項目，變頻器的容量以實際工況為依據來選擇可大幅度減少投資。 

誤區3、用視在功率計算無功補償節能收益 

用視在功率計算無功補償節能效果。如文獻[1]原系統風機工頻滿載工作時，電動機運行電流為289A，采用變頻調速時，50Hz滿載運行時的功率因數約為0.99，電流是257A，這是由于變頻器內部濾波電容產生改善功率因數的作用。節能計算如下：ΔS=UI=×380×(289－257)=21kVA 

因此該文認為其節能效果約為單機容量的11%左右。 

實際分析：S即表示視在功率，即電壓與電流的乘積，電壓相同時，視在功率節約百分比與電流節約百分比是一回事。在有電抗的電路中，視在功率只是反映了配電系統的允許最大輸出能力，而不能反映電動機實際消耗的功率。電動機實際消耗的功率只能用有功功率表示。在該例中，雖用實際電流計算，但計算的是視在功率，而不是有功功率。我們知道，電動機實際消耗的功率是由風機及其負載決定的。功率因數的提高并沒有改變風機的負載，也沒有提高風機的效率，風機實際消耗的功率沒有減少。功率因數提高后，電動機運行狀態也沒有改變，電動機定子電流并沒有減少，電動機消耗的有功功率和無功功率都沒有改變。功率因數提高的原因是變頻器內部濾波電容產生無功功率供給了電動機消耗。隨著功率因數提高，變頻器的實際輸入電流減少，從而減少了電網至變頻器之間的線損和變壓器的銅耗。同時，負荷電流減小，給變頻器供電的變壓器、開關、接觸器、導線等配電設備可以帶更多的負載。需要指出的是，如果象該例一樣不考慮線損和變壓器銅耗的節約，而考慮變頻器的損耗，變頻器在50Hz滿載運行時，不僅沒有節能，而且還費電。因此，用視在功率計算節能效果是不對的。 #p#分頁標題#e#

某水泥廠離心風機拖動電動機型號為Y280S－4，額定功率為75kW，額定電壓380V，額定電流140A。在進行變頻調速改造前，閥門全開，通過測試發現，電動機電流70A，只有50%負荷，功率因數為0.49，有功功率為22.6kW，視在功率為4607kVA。

在采用變頻調速改造后，閥門全開，額定轉速運行時，三相電網平均電流為37A，從而認為節電（70－37）÷70×100%=44.28%。這樣計算，看似合理，實質上仍是以視在功率計算節能效果。該廠在進一步測試后發現，此時功率因數為0.94，有功功率為22.9kW，視在功率為24.4kVA。可見，有功功率增加，不但沒有節電，反而費電。有功功率增加的原因是考慮了變頻器的損耗，而沒有考慮線損和變壓器銅耗的節約。產生這種錯誤的關鍵在于沒有考慮功率因數提高對電流下降的影響，默認功率因數不變，從而片面夸大了變頻器的節能效果。因此，在計算節能效果時，必須用有功功率，不能用視在功率。 

誤區4、變頻器輸出側不能加裝接觸器 

幾乎所有變頻調速器使用說明書都指出，變頻調速器輸出側不能加裝接觸器。如日本安川變頻器說明書就規定“切勿在輸出回路連接電磁開關、電磁接觸器”。 

廠家的規定是為了防止在變頻調速器有輸出時接觸器動作。變頻器在運行中連接負載，會由于漏電流而使過電流保護回路動作。那么，只要在變頻調速器輸出與接觸器動作之間，加以必要的控制聯鎖，保證只有在變頻調速器無輸出時，接觸器才能動作，變頻調速器輸出側就可以加裝接觸器。這種方案對于只有1臺變頻調速器，2臺電動機(1臺電動機運行，1臺電動機備用)的場合，具有重要的意義。當運行的電動機出現故障時，可以很方便地將變頻器切換到備用電動機，經過延時使變頻器運行，實現備用電動機自動投入變頻運行。并且還可以很方便地實現2臺電動機的互為備用。 

誤區5、通用電動機只能在其額定轉速以下采用變頻調速器降速運行 

經典理論認為，通用電動機頻率上限為55Hz。這是因為當電動機轉速需要調到額定轉速以上運行時，定子頻率將增加到高于額定頻率(50Hz)。這時，若仍按恒轉矩原則控制，則定子電壓將升高超過額定電壓。那么，當調速范圍高于額定轉速時,須保持定子電壓為額定電壓不變。這時，隨著轉速/頻率的上升，磁通將減少，因此在同一定子電流下的轉矩將減小，機械特性變軟，電動機的過載能力大幅度減少。 

由此可見，通用電動機頻率上限為55Hz是有前提條件的： 

1、定子電壓不能超過額定電壓； 

2、電動機在額定功率運行； 

3、恒轉矩負載。 

上述情況下，理論和試驗證明，若頻率超過55Hz，將使電動機轉矩變小，機械特性變軟，過載能力下降，鐵耗急增，發熱嚴重。 

筆者認為，電動機實際運行狀況表明，通用電動機可以通過變頻調速器進行提速運行。能否變頻提速?能提多少?主要是由電動機拖動的負載來決定的。首先，要弄清負荷率是多少?其次，要搞清楚負載特性，根據負載的具體情況，進行推算。簡單分析如下： 

1、事實上，對于380V通用電動機，定子電壓超過額定電壓10%長期運行是可以的，對電動機絕緣及壽命沒有影響。定子電壓提高，轉矩顯著增大，定子電流減少，繞組溫度下降。 

2、電動機負荷率通常為50%～60% 

一般情況下，工業用電動機通常在50%～60%額定功率下工作。

經推算，電動機輸出功率為70%額定功率，定子電壓提高7%時，定子電流下降26.4%，此時，即使是恒轉矩控制，采用變頻調速器提高電動機轉速20%，定子電流也不但不會上升，反而會下降。盡管提高頻率后，電動機鐵耗急增，但由其產生的熱量與定子電流下降而減少的熱量相比甚微。因此，電動機繞組溫度也將明顯下降。 
3、負載特性各種各樣 

電動機拖動系統是為負載服務的，不同的負載，機械特性不同。電動機在提速后必須滿足負載機械特性的要求。經推算恒轉矩負載不同負荷率(k)時的允許最高運行頻率(fmax)與負荷率成反比，即fmax=fe/k，其中fe為額定工頻。對恒功率負載，通用電動機的允許最高工作頻率主要受電動機轉子和轉軸的機械強度限制，筆者認為一般限制在100Hz以內為宜。 

誤區6、忽視變頻器的自身特點 

變頻調速器的調試工作一般由經銷廠家來完成，不會出現什么問題。變頻調速器的安裝工作較簡單，一般由用戶來完成。一些用戶不認真閱讀變頻調速器的使用說明書，不嚴格按照技術要求進行施工，忽視變頻器自身特點,將其等同于一般電氣器件,憑想當然和經驗辦事，為故障和事故埋下了隱患。 

根據變頻調速器的使用說明書的要求，接到電動機的電纜應采用屏蔽電纜或鎧裝電纜，最好穿金屬管敷設。截斷電纜的端頭應盡可能整齊，未屏蔽的線段盡可能短，電纜長度不宜超過一定的距離（一般為50m）。當變頻調速器與電動機間的接線距離較長時，來自電纜的高諧波漏電流會對變頻調速器和周邊設備產生不利影響。從變頻器控制的電動機返回的接地線，應直接連到變頻器相應的接地端子上。變頻器的接地線切勿與焊機及動力設備共用，且盡可能短。由于變頻器產生漏電流，與接地點太遠則接地端子的電位不穩定。變頻器的接地線的最小截面積必須大于或等于供電電源電纜的截面積。為了防止干擾而引起的誤動作，控制電纜應使用絞合屏蔽線或雙股屏蔽線。同時要注意切勿將屏蔽網線接觸到其它信號線及設備外殼，用絕緣膠帶纏包起來。為了避免其受到噪聲的影響，控制電纜長度不宜超過50m。控制電纜和電動機電纜必須分開敷設，使用單獨的走線槽，并盡可能遠離。當二者必須交叉時，應采取垂直交叉。千萬不能將它們放在同一個管道或電纜槽中。而一些用戶在進行電纜敷設時，沒有嚴格按照上述要求進行施工，導致在單獨調試時設備運轉正常，正常生產時卻干擾嚴重，以致不能運行。 #p#分頁標題#e#

如某水泥廠二次風溫表突然出現指示異常：指示值明顯偏低，且大幅度波動。在此之前一直運行很好。檢查熱電偶、溫度變送器及二次儀表，均未發現問題，將相關儀表移到其他測點，儀表運行完全正常，而將其他測點的同類儀表換到此處，也出現同樣現象。后發現在篦冷機3號冷卻風機電動機上新安裝了1臺變頻調速器，而且正是變頻器投用后二次風溫表才出現指示異常狀態。試將變頻器停運，二次風溫表指示立即恢復正常；再起動變頻器，二次風溫表又出現指示異常，連續反復試驗幾次均是如此，從而判斷出變頻器的干擾是造成二次風溫表顯示異常的直接原因。該風機為離心式通風機，原來采用閥門調節風量，后改為變頻調速調節風量。由于現場粉塵較大，環境惡劣，故將變頻器安裝在MCC(電動機控制中心)控制室。為了施工方便，變頻器接在該風機主接觸器的下側，變頻器輸出電纜使用該風機電動機的動力電纜。
該風機電動機的動力電纜為聚氯乙烯絕緣無鋼鎧護套電纜，并與二次風溫表信號電纜在同一電纜溝的不同橋架層平行敷設。可見，正是因為變頻器輸出電纜沒有采用鎧裝電纜或穿鐵管敷設，導致了干擾現象的發生。這個教訓對原來沒有采用變頻器的改造項目要引起特別注意。| 
在變頻調速器的日常維護中也要特別小心。有的電工一發現變頻器故障跳停，就立即打開變頻器進行維修。這樣做是很危險的，有可能發生人身觸電事故。這是因為即使變頻器不處于運行狀態，甚至電源已經切斷，由于其中的電容器的存在，變頻器的電源輸入線、直流端子和電動機端子上仍然可能帶有電壓。斷開開關后，必須等待幾分鐘后，使變頻器放電完畢，才能開始工作。還有的電工習慣于一發現變頻調速系統跳停，就立即用搖表對變頻器拖動的電動機進行絕緣測試，從而判斷電動機是否燒毀。這也是很危險的，易使變頻器被燒。因此，在電動機與變頻器之間的電纜未斷開前，絕對不能對電動機進行絕緣測試，也不能對已連接到變頻器的電纜進行絕緣測試。 

對變頻器的輸出參數進行測量時也要特別注意。由于變頻器的輸出為PWM波形，含有高次諧波，而電動機轉矩主要依賴于基波電壓有效值，故測量輸出電壓時，主要是測量基波電壓值，使用整流式電壓表，其測量結果最接近數字頻譜分析儀測量值，而且與變頻器的輸出頻率有極好的線性關系。若需進一步提高測量精度，可以采用阻容濾波器。數字萬用表容易受干擾，測量有較大的誤差。輸出電流需要測量包括基波和其他高次諧波在內的總有效值，因此常用的儀表是動圈式電流表（在電動機負載時，基波電流有效值和總電流有效值差別不大）。當考慮到測量方便而采用電流互感器時，在低頻情況下電流互感器可能飽和，所以，必須選擇適當容量的電流互感器。

 

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