變頻調(diào)速技術(shù)培訓(xùn)教程 NO1

講授者：王孝儉水利與建筑工程學(xué)院變頻調(diào)速技術(shù)

1995～1997年3年間我國風(fēng)機水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金3.5億元，改造總?cè)萘窟_(dá)100萬kW，可年節(jié)電7億kWh，平均投資回收期約2年。1998年1月1日實施的《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條已將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。

“第三十九條國家鼓勵發(fā)展下列通用節(jié)能技術(shù)

:

（二）逐步實現(xiàn)電動機、風(fēng)機、泵類設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行，發(fā)展電機調(diào)速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術(shù)，開發(fā)、生產(chǎn)、推廣質(zhì)優(yōu)、價廉的節(jié)能器材，提高電能利用效率；”緒論

多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關(guān)部門致力于變頻調(diào)速技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，在技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造方面給予了重點扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向.

“（四）大力推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步

節(jié)能降耗、資源綜合利用是“九五”企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要內(nèi)容之一。要把資源節(jié)約綜合利用技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造（引進(jìn)）、技術(shù)推廣有機地結(jié)合起來，重點抓好技術(shù)改造示范項目。

重點組織實施10項資源節(jié)約綜合利用技術(shù)改造示范工程。這10項示范工程：一是以循環(huán)流化床鍋爐完善化和提高整體運行效率、工業(yè)型煤、熱電煤氣三聯(lián)產(chǎn)為主要內(nèi)容的潔凈煤燃燒技術(shù)工程；二是以高效風(fēng)機水泵、調(diào)速技術(shù)等為主要內(nèi)容的電力電子節(jié)電工程；”

在國家經(jīng)貿(mào)委《“九五”資源節(jié)能綜合利用工作綱要》中，變頻調(diào)速被列入重點組織實施的10項資源節(jié)約綜合利用技術(shù)改造示范工程之一。

由國家經(jīng)貿(mào)委和國家計劃委員會在2001年制訂了《節(jié)約用電管理辦法》，著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。

“第十七條鼓勵下列節(jié)約用電措施：

（五）加快低效風(fēng)機、水泵、電動機、變壓器的更新改造，提高系統(tǒng)運行效率；

（六）推廣高頻可控硅調(diào)壓裝置、節(jié)能型變壓器；

（七）推廣交流電動機調(diào)速節(jié)電技術(shù)；”

中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。雖然我國人均能源資源占有量遠(yuǎn)比世界平均值低，但我國是世界上單位GDP能耗最高的國家之一。2004年，我國單位GDP能耗是美國的4倍、德國的7倍、日本的11倍，我國的經(jīng)濟(jì)總量在世界上排名是第七，而電力消耗卻位居第二，卻僅次于美國。能耗過大已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中面臨的一個突出問題。

變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。

在2003年的中國電力消耗中，60-70％為動力用電，而在總?cè)萘繛?.8億千瓦的電動機總?cè)萘恐?，只有不?000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機至少有1.8億千瓦。因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。在高速增長的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，中國面臨著經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。

能源的緊張制約了國民經(jīng)濟(jì)的增長，而能源的開發(fā)與利用又對環(huán)境的保護(hù)有著重大影響。對能源的有效利用在我國已非常迫切。作為能源消耗大戶之一的電機在節(jié)能方面大有潛力可挖。第一講變頻調(diào)速技術(shù)及其產(chǎn)生背景

第二講變頻器的簡單原理及分類

第三講變頻器的主要性能指標(biāo)及選型

第四講變頻器功能解析第五講變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)1、什么叫變頻調(diào)速技術(shù)？變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變電機供電電源頻率和電壓來達(dá)到電機調(diào)速目的的技術(shù)。

電氣傳動控制系統(tǒng)通常由電動機、控制裝置和信息裝置3部分組成。電氣傳動關(guān)系到合理地使用電動機以節(jié)約電能和控制機械的運轉(zhuǎn)狀態(tài)（位置、速度、加速度等），實現(xiàn)電能—機械能的轉(zhuǎn)換，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的。

第一講變頻調(diào)速技術(shù)及其產(chǎn)生背景1.1變頻調(diào)速技術(shù)的概念2、電氣傳動控制系統(tǒng)調(diào)速的分類：1.變極對數(shù)調(diào)速2.變頻調(diào)速3.串級調(diào)速4.無換向器調(diào)速5.定子調(diào)壓調(diào)速6.電磁滑差離合器調(diào)速7.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速交流調(diào)速：交流電動機調(diào)速直流調(diào)速：直流電動機調(diào)速。調(diào)速機械調(diào)速：電動機不調(diào)速，變速箱調(diào)速。電氣調(diào)速不調(diào)速電氣傳動控制系統(tǒng)交流調(diào)速①變極對數(shù)調(diào)速——鼠籠式電機②變頻調(diào)速——鼠籠式電機③串級調(diào)速——繞線式電機④無換向器電機調(diào)速——同步電機①定子調(diào)壓調(diào)速——鼠籠式電機②電磁滑差離合器調(diào)速——鼠籠式電機③轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速——繞線式電機低效調(diào)速裝置特點：

調(diào)速時改變轉(zhuǎn)差，增加轉(zhuǎn)差損耗。高效調(diào)速裝置特點：

調(diào)速時基本保持額定轉(zhuǎn)差，不增加轉(zhuǎn)差損耗，或可以將轉(zhuǎn)差功率回饋至電網(wǎng)。1、調(diào)速裝置從節(jié)能的角度分類1.2幾種交流調(diào)速方式的比較（1）變極對數(shù)調(diào)速

優(yōu)點：①無附加差基損耗，效率高；

②控制電路簡單，易維修，價格低；

③與定子調(diào)壓或電磁轉(zhuǎn)差離合器配合可得到效率較

高的平滑調(diào)速。

缺點：①有級調(diào)速，不能實現(xiàn)無級平滑的調(diào)速。

②調(diào)速范圍相當(dāng)有限。由于受到電機結(jié)構(gòu)和制造工

藝的限制，通常只能實現(xiàn)2一3種極對數(shù)的有級調(diào)速。（2）變頻調(diào)速

優(yōu)點：①無附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，調(diào)速范圍寬；

②對于低負(fù)載運行時間較長、起停運行較頻繁的場

合，可以達(dá)到節(jié)電和保護(hù)電機的目的。

缺點：①技術(shù)較復(fù)雜，

②價格較高。2、幾種交流調(diào)速方式的從優(yōu)、缺點（3）無換向器電機調(diào)速

優(yōu)點：

①具有交流同步電動機構(gòu)簡單和與直流電動機同樣良好的調(diào)速性能：

②低速時用電源電壓、高速時用電機反電勢自然換流，運行可靠；

③無附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，適用于高速大容量同步電動機的啟動和調(diào)速。缺點：

①過載能力較低，原有電機的容量不能充分發(fā)揮。（4）串級調(diào)速

優(yōu)點：

①可以將調(diào)速過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差能量加以回饋利用效率高；

②裝置容量—與調(diào)速范圍成正比，適用于70％～95％的調(diào)速。缺點：

①功率因數(shù)較低，

②有諧波干擾，正常運行時無制動轉(zhuǎn)矩，適用于單象限運行的負(fù)載。（5）定子調(diào)壓調(diào)速

優(yōu)點：

①線路簡單，裝置體積小，價格便宜；

②使用維修方便。缺點：

①調(diào)速過程中增加轉(zhuǎn)差功率，且此功率全部用于轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低；

②調(diào)速范圍比較??；

③要求采用高轉(zhuǎn)差電機，比如特殊設(shè)計的力矩電機，所以特性較軟，一般適用于55kW以下的異步電動機。（6）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速優(yōu)點：

①結(jié)構(gòu)簡單，控制裝置容量小，價值便宜。

②運行可靠，維修容易。

③無諧波干擾。缺點：

①速度損失大，因為，電磁轉(zhuǎn)差離合器本身轉(zhuǎn)差較大，所以輸出軸的最高轉(zhuǎn)速僅為電機同步轉(zhuǎn)速的80％～90％；

②調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能形式的損耗，效率低。（7）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速優(yōu)點：

①技術(shù)要求較低，易于掌握；

②設(shè)備費用低；

③無電磁諧波干擾。缺點：

①串鑄鐵電阻只能進(jìn)行有級調(diào)速。若用液體電阻進(jìn)行無級調(diào)速，則維護(hù)保養(yǎng)要求較高；

②調(diào)速過程中附加的轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為所串電阻發(fā)熱形式的損耗，效率低。

③調(diào)速范圍不大。1.3變頻調(diào)速技術(shù)的三大優(yōu)點2.具有卓越的調(diào)速性能

高速響應(yīng)、低噪聲、大范圍、高精度平滑無級調(diào)速。變頻調(diào)速很容易實現(xiàn)電動機的正、反轉(zhuǎn)。只需要改變變頻器內(nèi)部逆變管的開關(guān)順序，即可實現(xiàn)輸出換相，也不存在因換相不當(dāng)而燒毀電動機的問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)起動大都是從低速開始，頻率較低。故加、減速時間比較平緩，起動電流較小，可以進(jìn)行較高頻率的起停。1.具有顯著的節(jié)電效果

由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達(dá)到20%～60%，這是因為風(fēng)機水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例。當(dāng)用戶需要的平均流量較小時，風(fēng)機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。

3.在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的廣泛適用性

變頻調(diào)速除了應(yīng)用在風(fēng)機、泵類負(fù)載以外，還可以廣泛應(yīng)用于傳送、卷繞、起重、擠壓、機床等各種機械設(shè)備控制領(lǐng)域。它可以提高奇特的產(chǎn)成品率，延長設(shè)備的正常工作周期和使用壽命，使操作和控制系統(tǒng)得以簡化，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高了整個設(shè)備控制水平。

既然變頻調(diào)速技術(shù)有以上優(yōu)點，那么怎樣實現(xiàn)變頻調(diào)速呢？

實現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置——變頻調(diào)速器。變頻調(diào)速器簡稱變頻器

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源頻率(50Hz或60Hz)變換為多種頻率的電能控制裝置。

到20世紀(jì)80年代，由于電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，才出現(xiàn)了對交流電動機來說最好的變頻調(diào)速技術(shù)，它一出現(xiàn)就以其優(yōu)異的性能逐步取代其它交流電機調(diào)速方式，乃至直流電機調(diào)速，而成為電氣傳動的中樞。因而說變頻調(diào)速技術(shù)是時代的產(chǎn)物，只有在電力電子、微電子、信息技術(shù)發(fā)展高度發(fā)展的今天，才能實現(xiàn)。為什么說變頻調(diào)速是基于電力電子、微電子、信息技術(shù)發(fā)展的結(jié)果？1.4變頻調(diào)速技術(shù)是時代的產(chǎn)物1.變頻調(diào)速技術(shù)是電力電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果

電力電子技術(shù)是現(xiàn)代電子學(xué)的重要分支，是一門研究如何利用電力電子器件對電能進(jìn)行控制、變換和傳輸?shù)膶W(xué)科。電力電子器件是電力電子技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)關(guān)鍵。電力電子器件是變頻器的主電路功率元件。

主電路功率元件是變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，主電路功率元件技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使變頻調(diào)速技術(shù)水平有了突破性的提高。沒有功率元件技術(shù)的發(fā)展，就沒有今天的高水平變頻調(diào)速技術(shù)。主電路功率元件的可靠性決定了系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)可控程度，主電路功率元件分成四代產(chǎn)品。

（1）第一代主電路功率元件一半控型器件

上世紀(jì)50年代，美國通用電氣公司發(fā)明的硅晶閘管（SCR）問世，到了上世紀(jì)70年代，已派生了快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、不對稱晶閘管等半控型器件，且功率越來越大，性能日益完善。但因晶閘管本身工作頻率較低，一般低于400HZ，大大限制了它的應(yīng)用。

（2）第二代主電路功率元件一全控型器件

隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破以及需求的發(fā)展，早期的小功率、低頻、半控型器件發(fā)展到了現(xiàn)在的超大功率、高頻、全控型器件。由于全控型器件能控制開通和關(guān)斷，大大捉高了開關(guān)控制的靈活性。自上世紀(jì)70年代后期以來，可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR或BJT）及其模塊相繼實用化。（3）第三代主電路功率元件一復(fù)合場控器件

上世紀(jì)80年代末和90年代初發(fā)展起來的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，以功率MOSFET（功率金屬一氧化物一半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）和IGBT（絕緣柵極雙極晶體管）為代表，集高頻、高壓和大電流等特性于一身，它表明了電力電子技術(shù)已進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時代。這些器件主要有電力場控晶體管，MOSFET、IGBT、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)和SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)等。

自第二代GTR至第三代IGBT、MOSFET為代表的電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展中，除了自關(guān)斷能力外，一個顯著的特點是元件的開關(guān)頻率不斷提高，元件的通態(tài)壓降不斷降低，使電機控制性能有了很大的提高。

采用GTR做成的通用變頻器，其GTR的開關(guān)頻率約為2kHz，其輸出的最低工作頻率約為3Hz，最高頻率約為120Hz。采用IGBT做成的通用變頻器，IGBT的開關(guān)頻率約達(dá)20kHz，變頻器的最低輸出頻率可達(dá)0.5Hz，最高工作頻率可達(dá)400一500Hz。(4)第四代主電路功率元件一功率集成電路(PIC)

進(jìn)入21世紀(jì)后，可以預(yù)期還會出現(xiàn)新的更高性能的主電路功率元件，已有的各代電力電子元件還會不斷得以改進(jìn)和提高。此外，一個新的發(fā)展動向值得注意，那就是大功率元件向集成化、智能化方向的發(fā)展；智能功率模塊(IPM)是向第四代器件功率集成電路(PIC)發(fā)展的過渡產(chǎn)品。

它是微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它不僅具備提供一定的功率輸出能力，且具有邏輯、控制、傳感、檢測、保護(hù)和自診斷等功能，而且內(nèi)含驅(qū)動電路、保護(hù)電路，可實現(xiàn)過流、短路、欠壓和過壓等保護(hù)，還可實現(xiàn)電機的再生制動。外界只需提供PWM信號給智能功率模塊，就能實現(xiàn)以往復(fù)雜的主電路及其外圍電路的功能。

根據(jù)半導(dǎo)體器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況可以分成：單極型、雙極型和混合型三種類型。根據(jù)器件的開關(guān)特性可以分為：半控型器件和全控型器件。根據(jù)控制極(包括門極、柵極或基極)信號的不同性質(zhì)被分成：電流控制型和電壓控制型兩種類型。

如上所述，電力電子器件（即通常所說的電力半導(dǎo)體器件），種類繁多，發(fā)展迅速，技術(shù)內(nèi)涵相當(dāng)豐富。總體上，可以從三個角度出發(fā)對其進(jìn)行分類。如圖1-2所示的電力電子器件“樹”。下面的分類是針對三端器件而言的。2.變頻調(diào)速技術(shù)是微電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，需要存儲多種數(shù)據(jù)，并快速實時處理大量信息。最初的變頻調(diào)速控制都是采用分立元件的模擬電路，后來隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，一些集成電路甚至專用集成電路被大量引用。這些電路大多為模擬數(shù)字混合電路，它大大提高了變頻調(diào)速的可靠性和抗干擾能力，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了研制費用。微處理器技術(shù)的進(jìn)步，使硬件簡化；柔性的控制算法，使控制具有很大的靈活性，可實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用成為現(xiàn)實；易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷，加強保護(hù)和臨視功能，使系統(tǒng)智能化。變頻器可以通過模擬量（0～5V、0～10V、4～20mA）接口、RS485、CAN—BUS等各種通訊接口和儀表、計算機、可編程控制器、DCS相接，通過總線Profibus、Interbus通訊。具有遠(yuǎn)程控制的功能，容易對系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。3.變頻調(diào)速技術(shù)是控制理論發(fā)展的結(jié)果

變頻調(diào)速控制理論技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高功態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面。在變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)的初期，其控制技術(shù)是采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制(即V／f為常數(shù))。此種控制技術(shù)有開環(huán)和閉環(huán)兩種形式。采用開環(huán)時用于一般生產(chǎn)機械，但靜態(tài)和動態(tài)性能都不太理想，采用閉環(huán)則可改善系統(tǒng)性能。后來，一些研究者提出了轉(zhuǎn)差頻率控制方法。采用這種控制技術(shù)使得變頻調(diào)速系統(tǒng)在一定的程度上改善了靜態(tài)和動態(tài)性能，使之接近于直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，但是，還是不能滿足高性能調(diào)速系統(tǒng)的要求。改善調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能的關(guān)鍵在于如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制。上世紀(jì)70年代異步電機矢量變換控制方法提出，至今已獲得了迅猛的發(fā)展。1.5變頻調(diào)速技術(shù)的主要發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)1.主要發(fā)展方向（1）實現(xiàn)高水平的控制（2）開發(fā)清潔電能的變流器（3）縮小裝置的尺寸（4）高速度的數(shù)字控制（5）模擬與計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)2.主要的研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

（1）高壓、大電流技術(shù)：（2）新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)：（3）全數(shù)字自動化控制技術(shù)：（4）現(xiàn)代控制技術(shù)第二講變頻器的簡單原理及分類2.1變頻器發(fā)展概況2.1.1交流調(diào)速裝置的大容量化

對一些大型生產(chǎn)機械的主傳動，直流電動機在容量等級方面已接近極限值，采用直流調(diào)速方案無論在設(shè)計和制造上都已十分困難。某些大容量高速傳動，過去只能采用增速齒輪或是直接以汽輪機傳動，噪聲大，效率低，占地面積大。特大容量交流傳動裝置—高壓變頻器的發(fā)展，填補了這方面的空白。到了90年代初BJT通用變頻器的容量達(dá)到600kVA，400kVA以下的已經(jīng)系列化。前幾年主開關(guān)器件開始采用IGBT，僅三四年的時間，IGBT變頻器的單機容量已達(dá)1800kVA(適配1500kW電動機)，隨著IGBT容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量將隨之?dāng)U大。

2.1.2開關(guān)器件的自關(guān)斷化

近十幾年，大功率自關(guān)斷電力電子器件的發(fā)展十分迅速。其中門極關(guān)斷晶閘管(GTO)、大功率晶體管(BJT)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的發(fā)展最快，實用化的程度也最高。采用自關(guān)斷器件省去了線路復(fù)雜、體積較大的強迫換相電路，既可以減小裝置體積，又降低了開關(guān)損耗提高了效率。同時，由于開關(guān)頻率的提高，變流器可采用PWM控制，既降低諧波損耗、減小轉(zhuǎn)矩脈動，又可以提高快速性、改善功率因數(shù)。

據(jù)統(tǒng)計，目前變頻器中的開關(guān)器件，在容量為1500kW以下的采用IGBT；1000～7500kW的采用GTO；1975年前后還是普通晶閘管的一統(tǒng)天下，如今已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。

2.1.3變頻裝置的多功能化和高性能化早期的變頻調(diào)速系統(tǒng)，基本上是采用U/f控制方式，無法得到快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，低速特性也不好(負(fù)載能力差)。1971年德國西門子公司發(fā)明了所謂“矢量控制”技術(shù)。一改過去傳統(tǒng)方式中對交流電量的量值(電壓、電流、頻率的量值)進(jìn)行控制的方法，實現(xiàn)了在控制量值的同時也控制其相位的新控制思想。使用坐標(biāo)變換的辦法，實現(xiàn)定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制，可以使交流電動機像直流電動機一樣具有良好的調(diào)速性能?？刂浦噶詈涂刂茀?shù)的設(shè)定，可由觸摸式面板實現(xiàn)，不但靈活方便，而且實現(xiàn)了模擬控制方式所無法實現(xiàn)的功能，比如多步轉(zhuǎn)速設(shè)定、S形加減速和自動加減速控制等；故障顯示和記憶功能，使故障的分析和設(shè)備的維修變得既準(zhǔn)確又快速；靈活的通信功能，方便了與可編程序控制器或上位計算機的接口，很容易實現(xiàn)閉環(huán)控制等等。

2.1.4PWM技術(shù)的應(yīng)用

自關(guān)斷器件的發(fā)展為PWM技術(shù)鋪平了道路。目前幾乎所有的變頻調(diào)速裝置都采用這一技術(shù)。PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低電動機的諧波損耗，并減小轉(zhuǎn)矩脈動，同時還簡化了逆變器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。

PWM技術(shù)除了用于逆變器的控制，還用于整流器的控制。PWM整流器現(xiàn)已開發(fā)成功，利用它可以實現(xiàn)輸入電流正弦和電網(wǎng)功率因數(shù)為1。人們稱PWM整流器是對電網(wǎng)無污染的“綠色”變流器。

2.1.5全數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用

由變頻器供電的調(diào)速系統(tǒng)是一個快速系統(tǒng)，在使用數(shù)字控制時要求的采樣頻率較高，通常高于1kHz，常需要完成復(fù)雜的操作控制、數(shù)學(xué)運算和邏輯判斷，所以要求單片機具有較大的存儲容量和較強的實時處理能力。前段時間內(nèi)，較為流行的方案是采用數(shù)片單片機來構(gòu)成一個功能較強的全數(shù)字控制器。實用中單片機的數(shù)量常根據(jù)具體任務(wù)適當(dāng)選配。全數(shù)字控制方式，使信息處理能力大幅度地增強。采用模擬控制方式無法實現(xiàn)的復(fù)雜控制在今天都已成為現(xiàn)實，使可靠性、可操作性、可維修性，即所謂的RAS(Reliability，Availability，Serviceability)功能得以充實。微處理機和大規(guī)模集成電路的引入，對于變頻器的通用化起到了決定性的作用。全數(shù)字控制具有如下特點：

1．精度高；2．穩(wěn)定性好；3．可靠性高；4．靈活性好；5．存儲能力強；6．邏輯運算能力強2.1.6變頻調(diào)速裝置應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大

通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)?；旌峡刂浦钡饺珨?shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對各類生產(chǎn)機械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機、泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。

2.1.7變頻調(diào)速裝置的結(jié)構(gòu)小型化變頻器主電路中功率電路的模塊化、控制電路采用大規(guī)模集成電路(LSl)和全數(shù)字控制技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。以富士公司的變頻器為例，經(jīng)一次改型．(由G5S到G7S)其裝置體積縮小了一半。

2.2變頻器的簡單原理

式中

n1—同步轉(zhuǎn)速(r／min)；

f1—定子頻率(Hz)；

np—磁極對數(shù)。2.2.1變頻調(diào)速的基本控制方式

異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速

式中s—

異步電動機的轉(zhuǎn)差率，s＝(n1－n)／n1。而異步電動機的軸轉(zhuǎn)速為

由此式可看出，改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉(zhuǎn)速有三種途徑：

（1）變極調(diào)速：調(diào)速是有級的，電機特制。

（2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：設(shè)備簡單，投資少，可平滑調(diào)速，能量損耗較大，運行費用大。

串級調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、電磁滑差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速都屬于此類。（3）變頻調(diào)速

電機轉(zhuǎn)速n與電源頻率f1成正比，只要改變電源頻率f1即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)范圍非常寬。當(dāng)頻率f1在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，對于2極電動機，其轉(zhuǎn)速可在0～3000r/min變化。對于4極電動機，其轉(zhuǎn)速可在0～1500r/min變化。對于6極電動機，其轉(zhuǎn)速可在0～1000r/min變化。

變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。當(dāng)頻率的變化幅度很小時，宏觀上認(rèn)為電機轉(zhuǎn)速的變化是連續(xù)的，是無級差的。2.2.2變頻器的基本構(gòu)成及各部分的功能

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另—頻率的電能控制裝置。

變頻器按變換的環(huán)節(jié)分為交—交和交—直—交兩種形式，通用變頻器基本都是交—直—交變頻器，目前迅速地普及應(yīng)用的主要是這一種，所以我們主要講述交—直—交變頻器(以下簡稱為變頻器)。

1、變頻器的基本構(gòu)成

變頻器由主電路(包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成。1、整流器的功能

電網(wǎng)側(cè)的變流器重是整流器，它的作用是把三相（也可以是單相)交流電整流成直流電。

2、逆變器的功能

負(fù)載側(cè)的變流器Ⅱ為逆變器。在控制電路的控制下，控制逆變器中主開關(guān)器件有規(guī)律的進(jìn)行通與斷轉(zhuǎn)換，可以在輸出端得到任意頻率的三相交流電輸出。

3、中間直流環(huán)節(jié)的功能電動機屬于電感性負(fù)載，無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件(電容器或電抗器)來緩沖。2、各部分的功能

4、控制電路：控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計算機進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式常可以完成模擬控制方式難以完成的功能。2.3變頻器的分類2.3.1按直流電源性質(zhì)分類1.電流型變頻器當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負(fù)載為交流電動機時，在負(fù)載和直流電源間將有無功功率的交換。用于緩沖無功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件可以是電容或是電感，據(jù)此，變頻器分成電壓型變頻元器與電流型變頻器兩大類。

電流型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器（電流型）。電流型變頻器的特點（優(yōu)點）是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負(fù)載電流變化較大的場合。2.電壓型變頻器

電壓型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，主電路直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場合。由于大電容的作用，電動機端的電壓為方波或階梯波。2.3.2按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類1.PAM方式

脈沖幅值調(diào)節(jié)方式(PulseAmplitudeModulation)，簡稱PAM方式，是通過改變直流電壓的幅值進(jìn)行調(diào)壓的方式。

在變頻器中，逆變器只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓的調(diào)節(jié)則由相控整流器)或直流斬波器通過調(diào)節(jié)直流電壓Ed去實現(xiàn)。2.PWM方式

脈沖寬度調(diào)制方式(PulseWidthodulation)簡稱PWM方式常見的主電路如圖a)所示。變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流電路。變頻器的輸出頻率和輸出電壓的調(diào)節(jié)均由逆變器按PWM方式來完成。利用參考電壓波uR與載頻三角波uC互相比較來決定主開關(guān)器件的導(dǎo)通時間而實現(xiàn)調(diào)壓。這種參考信號為正弦波、輸出電壓平均值近似為正弦波的PWM方式，稱為正弦PWM調(diào)制，簡稱SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)方式。通用變頻器中，采用SPWM方式調(diào)壓，是一種最常采用的方案。a)主電路b)調(diào)壓時的波形2.3.3按控制方式分類1．U/f控制

按照右上圖所示的電壓、頻率關(guān)系對變頻器的頻率和電壓進(jìn)行控制，稱為U/f控制方式?；l以下可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上則可以實現(xiàn)恒功率調(diào)速。

U/f方式又稱為VVVF(VariableVo1tageVariableFreqency)控制方式，即變壓變頻控制方式。

U/f控制是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動機，所以通用性強，經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。2.轉(zhuǎn)差頻率控制

U/f控制的靜態(tài)調(diào)速精度顯然較差，為提高調(diào)速精度，采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式。

根據(jù)速度傳感器的檢測，可以求出轉(zhuǎn)差頻率，再把它與速度設(shè)定值相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設(shè)定值，就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)差補償。這種實現(xiàn)轉(zhuǎn)差補償?shù)拈]環(huán)控制方式稱為轉(zhuǎn)差頻率控制方式。與U/f控制方式相比，其調(diào)速精度大為提高。但是，使用速度傳感器求取轉(zhuǎn)差頻率，要針對具體電動機的機械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而這種控制方式的通用性較差。3．矢量控制

用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動態(tài)性能。根據(jù)交流電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標(biāo)變換的手段，將交流電動機的定子電流分解成磁場分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，即模仿自然解耦的直流電動機的控制方式，對電動機的磁場和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能。在矢量控制方式中，磁場電流im1，和轉(zhuǎn)矩電流it1，可以根據(jù)可測定的電動機定子電壓、電流的實際值經(jīng)計算求得。磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流再與相應(yīng)的設(shè)定值相比較并根據(jù)需要進(jìn)行必要的校正。高性能速度調(diào)節(jié)器的輸出信號可以作為轉(zhuǎn)矩電流(或稱有功電流)的設(shè)定值，如圖所示。動態(tài)頻率前饋控制df／dt基本可以保證快速動態(tài)響應(yīng)。2.3.4按主開關(guān)器件分類

逆變器主開關(guān)器件的性能，往往對變頻器裝置的性能有較關(guān)鍵的影響。通用變頻器中最常用的主開關(guān)器件都是自關(guān)斷器件，主要有IGBT、GTO和BJT。

1.GTO型：GTO的特點是電壓高、電流大，有6000V／6000A、11000V／10000A的巨型GTO。目前GTO主要用于高壓大容量變頻器。原來它在中等容量領(lǐng)域所占有地位，將被IGBT所取代。2.BJT型：在變頻器發(fā)展的歷史進(jìn)程中，作為通用變頻器的主開關(guān)器件，BJT曾經(jīng)是一枝獨秀，以致在線運行的大量通用變頻器大多都是BJT變頻器。BJT被IGBT取代已成定勢。3.IGBT型：就通用變頻器來看，將來將以IGBT變頻器為主，BJT變頻器不會再有新產(chǎn)品上市。

IGBT變頻器有如下特點：

(1)可以制成所謂靜音式變頻器，使負(fù)載電動機的噪聲降到工頻電網(wǎng)供電時的水平。

(2)電流波形更加正弦化，有利于減輕電動機轉(zhuǎn)矩的脈動，并增加低速時的轉(zhuǎn)矩。

(3)用于矢量控制時，動態(tài)響應(yīng)特性更快。

(4)與BJT變頻器相比較，更容易制成上限頻率較高的變頻器。PWM控制方式更簡單，可省去“分段同步調(diào)制”的麻煩。

(5)與BJT變頻器相比較，驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，整機體積小，重量輕。2.3.5變頻器按其供電電壓分類2.3.6變頻器其他分類方法：

按供電電源的相數(shù)分為：單相變頻器和三相變頻器。按其輸出功率大小分為：小功率變頻器(300kW以下)、中功率變頻器(300～800Kw)和大功率變頻器(800Kw以上)。變頻器按其功能分為：通用型變頻器、恒轉(zhuǎn)矩（恒功率）變頻器、平方轉(zhuǎn)矩（風(fēng)機水泵空調(diào)）節(jié)能型、起重機專用型、電梯專用型變頻器、紡織機械專用型變頻器、機械主軸傳動專用型、電源再生專用型、中頻驅(qū)動專用型、機車牽引專用型變頻器、電力機車用變頻器等。1.低壓變頻器(110V220V380V)2.中壓變頻器(500V

660V1140V)3.高壓變頻器(3kV3.3kV6kV6.6kV10kV)。2.4變頻器的優(yōu)良性能

從應(yīng)用角度看，變頻器具有如下的優(yōu)良性能：

1.體積小、重量輕、占地面積??；

2.保護(hù)功能完善，能自診斷顯示故障所在，維護(hù)簡便；

3.操作方便、簡單；

4.內(nèi)設(shè)功能多，可滿足不同工藝要求；

5.具有通用的外部接口端子，可同計算機、PLC聯(lián)機，便于實現(xiàn)自動控制。

6.軟起動、軟停機，具有電流限定和轉(zhuǎn)差補償控制；

7.電動機直接在線起動，起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，減小對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，并具有轉(zhuǎn)矩提升功能；

8.功率因數(shù)高，節(jié)省電容補償裝置；

9.與鼠籠式轉(zhuǎn)子電動機結(jié)合，使調(diào)速系統(tǒng)維護(hù)更加簡單經(jīng)濟(jì)。第三講變頻器的主要性能指標(biāo)及選型★額定容量（或功率）：描述變頻器的帶載（電動機）能力的大小，容量越大，帶負(fù)荷的能力越強，如30kW、55kW、300kW、200kVA、1000kW?！镱~定輸入電壓：描述變頻器的電壓等級，如380V、660V、3300V、6000V或10000V?！镱~定輸出電流：表示變頻器在額定容量（或功率）下的帶載（電動機）能力，電流越大，帶負(fù)荷的能力越強，如23A、59A、150A、300A、500A?！镌试S電壓波動：表示變頻器對供電電源電壓波動的適應(yīng)能力，換句話說，也就變頻器是對電源電壓穩(wěn)定性的要求，如：320V～560V、208～240V、380～500V、380±20%3.1變頻器的主要性能指標(biāo)★允許頻率波動：表示變頻器對供電電源頻率波動的適應(yīng)能力，換句話說，也就是變頻器對電源頻率穩(wěn)定性的要求，如47～63Hz、45～55Hz（即50±5Hz）★輸出電壓范圍：變頻器輸出電壓的等級是為適應(yīng)異步電動機的電壓等級而設(shè)計的，其最高輸出電壓通常等于電動機的工頻額定電壓，如0～380V、0～660V、0～6.6kV、0～10kV?！镙敵鲭妷悍秶鹤冾l器輸出電壓的等級是為適應(yīng)異步電動機的電壓等級而設(shè)計的，其最高輸出電壓通常等于電動機的工頻額定電壓，如0～380V、0～660V、0～6.6kV、0～10kV?！镙敵鲱l率范圍：表示變頻器可調(diào)節(jié)電機速度的范圍，如：0~50Hz、0～400Hz、0～480Hz?！镎w滿載效率：描述變頻器整體消耗功率的大小，在某種程度上反映了變頻器設(shè)計的水平的高低和制造工藝的好壞，如：>96.5%、>94%等，整體滿載效率越高，說明變頻器損耗的功率越小。★過載能力：表示變頻器瞬時承受最大負(fù)荷的能力，額定電流的1.20倍/（1分種）；額定電流的150%/（60秒）等?！镙敵鲱l率分辨率：表示調(diào)節(jié)電機速度的級差。如：0.01Hz、0.02Hz?！镙敵鲱l率準(zhǔn)確度：表示速度調(diào)節(jié)的精確度，如：±0.05Hz、最大輸出頻率的±0.5%（25℃±10℃）、最大輸出頻率的±0.1%（25℃±10℃）?！镙敵鲭妷簻?zhǔn)確度：±0.5%★模擬量輸入：表示可接收外圍儀器儀表、計算機等輸出的模擬電量的種類和范圍，如：0～10V、0～5V-10～+10V、4～20mA，0～10mA?！锬M量輸出：表示可向外圍儀器儀表、計算機等提供的模擬電量的種類和范圍如，如：0～10V、4～20mA★繼電器輸出組：反映變頻器自動保護(hù)、輸出控制信號的能力，如：30V-DC2A，240V-AC0.8A★通訊接口：表示變頻器與外部智能儀器儀表、計算機、PLC等的通訊能力，如有無RS485、RS232、CAN—BUS、interBus等接口。★PID閉環(huán)控制：反映變頻器閉環(huán)控制得能力，如：自帶PI或自帶PID?！镒冾l器保護(hù)功能：反映變頻器自動保護(hù)的能力。如接地、短路保護(hù)，欠壓、過壓、過熱、過流保護(hù)?！锎鎯囟龋喝纾?40～+70℃、-20～80℃★運行溫度：如：0～40℃、0～50℃★保護(hù)等級：如：IP20、IP21、IP30★冷卻方式：風(fēng)扇冷卻、水冷卻★濕度：90%RH或更小3.2變頻器的選型及配置要點1.根據(jù)機械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性選擇變頻器

（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在這類負(fù)載中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定，負(fù)載功率則隨著負(fù)載速度的增高而線形增加。傳送帶、攪拌機、擠壓機和機械設(shè)備的進(jìn)給機構(gòu)等摩擦類負(fù)載以及起重機、提升機、電梯等重力負(fù)載，都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

（2）恒功率負(fù)載這類負(fù)載的特點是需求轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n大體成反比，但其乘積即功率卻近似保持不變。金屬切削機床的主軸和軋鋼機、造紙機、薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等，都屬于恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)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(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。（3）流體類負(fù)載這類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。各種風(fēng)機、水泵和油泵，都屬于典型的流體類負(fù)載。流體類負(fù)載通過變頻器調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度節(jié)約電能。由于流體類負(fù)載在高速時的需求功率增長過快，與負(fù)載轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以不應(yīng)使這類負(fù)載超工頻運行。

通用變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行。對于風(fēng)機、泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通?？蛇x擇專用或普通功能型通用變頻器。對于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機械應(yīng)選用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型通用變頻器，為了實現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大通用變頻器容量的辦法。對于要求精度高、動態(tài)性能好、速度響應(yīng)快的生產(chǎn)機械（如造紙機械、注塑機、軋鋼機等），應(yīng)采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制型通用變頻器。2.根據(jù)電機的規(guī)格指標(biāo)參數(shù)確定變頻器的額定電壓、額定電流、輸出頻率范圍

（1）電機的額定電壓：電機的額定電壓一般有110V、220V、380V、690V、1140V、6kV等。（2）電機的額定電流：電機的額定電流根據(jù)電機的功率不同而不同。選擇變頻器時，變頻器的額定電流應(yīng)大于或等于電機的額定電流，特殊情況應(yīng)將變頻器功率檔次放大一檔。（3）電機的額定頻率：普通電機的額定頻率一般是50～60Hz，高速電機有1000～3000Hz等。

對于新建的機械設(shè)備電控系統(tǒng)，從性價比角度考慮變頻電壓等級選擇的合理性，315kW以下可選380V，250—800kW可選用660V，500kW以上可選用6kV高-高變頻或6kV、10kV高-低-高變頻。3.根據(jù)負(fù)載特性選取確定變頻器的容量

電動機所帶動的負(fù)載不一樣，對變頻器容量的要求也不一樣。按4極電機計算，一般情況下，我們選擇變頻器的功率一般都會選擇和電機的功率一樣，在有些特殊情況下，我們也會選擇變頻器的功率大于電機的額定功率，以保證變頻器帶動電機能夠正常運行。（詳情閱讀講義）4.根據(jù)控制精度的要求確定變頻器的輸出頻率分辨率和準(zhǔn)確度

對于控制精度要求高的電控系統(tǒng)，要選擇輸出頻率分辨率小、準(zhǔn)確度高的變頻器，對于控制精度要求較高的電控系統(tǒng)，可選擇輸出頻率分辨率大、準(zhǔn)確度稍低的變頻器。5.按照電控系統(tǒng)的通訊接口確定變頻器應(yīng)有通訊接口的類別

對于已有電控系統(tǒng)，需要與變頻器連接的外圍設(shè)備有哪種通訊接口，就選擇具有哪種通訊接口的變頻器，例如，需要與變頻器連接的外圍設(shè)備有RS485接口，所選擇的變頻器應(yīng)具有RS485接口；對于新建的電控系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計的哪種通訊接口，就選擇具有哪種通訊接口的變頻器。例如，新建電控系統(tǒng)采用InterBUS總線，那么就選擇具有InterBUS總線接口的變頻器。6.按照電控系統(tǒng)的模擬電量選擇變頻器

不論是已有的電控系統(tǒng)，還是新建的電控系統(tǒng)，所使用的儀器儀表的輸入/輸出模擬電量都是直流電壓和電流，一般情況下，變頻器都設(shè)有模擬電量輸入/輸出接線端子（即接口），選擇變頻器時，只要注意變頻器輸入/輸出模擬電量的范圍與相接儀器儀表的輸出/輸入模擬電量的范圍一致就可以了。7.根據(jù)安裝環(huán)境選取變頻器的防護(hù)結(jié)構(gòu)

變頻器的防護(hù)結(jié)構(gòu)要與其安裝環(huán)境相適應(yīng)，這就要考慮環(huán)境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這與變頻器能否長期、安全、可靠運行關(guān)系重大。若變頻器的使用現(xiàn)場附近有金屬屑、腐蝕性氣體、水、高溫物體等影響變頻器正常使用的東西，請將變頻器遠(yuǎn)離這些地方安裝。

安裝地點的環(huán)境溫度與輸出電流對比圖

安裝地點的海拔高度與輸出電流對比圖3.4變頻器周邊器件的選擇

（1）變頻器與供電電源之間應(yīng)裝設(shè)帶有短路及過載保護(hù)的低壓斷路器、交流接觸器，以免變頻器發(fā)生故障時事故擴(kuò)大。（2）在起動、停止頻繁的場合，不要用主電路電源的通、斷來控制變頻器的起動、停止，應(yīng)使用變頻器控制面板上的RUN/STOP鍵或FWD、REV控制端子。1.變頻器進(jìn)線側(cè)器件的設(shè)置和選擇

（3）變頻器輸入端R、S、T與輸出端U、V、W不能接錯。（4）變頻器的端子“GND”為直流回路的低電平端，嚴(yán)禁與三相四線制供電線路中的零或大地相接,否則會造成三相整流橋因電源短路而損壞變頻器。（5）機械制動器在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的正確使用。機械制動器的電磁線圈只能接在變頻器的輸入端R、S、T。機械制動器的電磁抱閘線圈不能接在輸出端U、V、W。2.變頻器出線側(cè)器件的設(shè)置和選擇（1）變頻器的輸出側(cè)一般不能安裝交流接觸器。若必須安裝交流接觸器，必須注意：變頻器若正在運行中，嚴(yán)禁切換輸出側(cè)的電磁接觸器；必須等到變頻器停止輸出后才可以切換接觸器。（2）變頻調(diào)速的多速電動機，在運行中不能改變極對數(shù)。（3）不要在變頻器輸出側(cè)安裝電力電容器、浪涌抑制器和無線電噪聲濾波器，（4）當(dāng)變頻器和電動機之間的接線超長時，隨著變頻器輸出電纜的長度增加，其分布電容明顯增大，從而造成變頻器逆變輸出的容性尖峰電流過大引起變頻器跳閘保護(hù)，因此必須使用輸出電抗器或正弦波濾波器等裝置對這種容性尖峰電流進(jìn)行限制。（5）熱繼電器(或電機保護(hù)器)的設(shè)置。一臺變頻器驅(qū)動多臺電機時，請在變頻器和電機間設(shè)置熱繼電器(或電機保護(hù)器)。（6）不要在變頻器輸出側(cè)接改善功率因數(shù)的電容濾波器。

3.注意事項即使在變頻器電源切斷后，內(nèi)部電容器仍有部分未放完的靜電荷，而且電壓較高。在對變頻器進(jìn)行檢查前，先用導(dǎo)線短接電容器兩極放電。以防電擊。變頻器接地。變頻器正確接地是提高控制系統(tǒng)靈敏度、抑制噪聲能力的重要手段，變頻器接地端子E(G)接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線截面積應(yīng)不小于2mm2，長度應(yīng)控制在20m以內(nèi)。防雷。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要，如果電源是架空進(jìn)線，在進(jìn)線處裝設(shè)變頻專用避雷器(選件)，或按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠(yuǎn)處預(yù)埋鋼管做專用接地保護(hù)。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備。第四講變頻器功能解析

4.1.1頻率給定的方式與選擇

(1)給定方式的基本含義

要調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，必須首先向變頻器提供改變頻率的信號，這個信號，稱為頻率給定信號，也有稱為頻率指令信號或頻率參考信號的。所謂給定方式，就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法,也就是提供給定信號的方式。1.基本概念4.1頻率的給定與相關(guān)功能(2)面板給定方式

通過面板上的鍵盤或電位器進(jìn)行頻率給定(即調(diào)節(jié)頻率)的方式，稱為面板給定方式，面板給定又有兩種情況:

(a)鍵盤給定頻率的大小通過鍵盤上的上升鍵(▲鍵)和下降鍵(▼鍵)來進(jìn)行給定。鍵盤給定屬于數(shù)字量給定，精度較高。

(b)電位器給定:部分變頻器在面板上設(shè)置了電位器，頻率大小也可以通過電位器來調(diào)節(jié)。電位器給定屬于模擬量給定，精度稍低。(3)外部給定方式

從外接輸入端子輸入頻率給定信號，來調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的大小，稱為外部給定，或遠(yuǎn)控給定。主要的外部給定方式有:

①外接模擬量給定

·電壓信號：以電壓大小作為給定信號。

·電流信號：以電流大小作為給定信號。

②外接數(shù)字量給定

通過外接開關(guān)量端子輸入開關(guān)信號進(jìn)行給定。

（a)外接脈沖給定

通過外接端子輸入脈沖序列進(jìn)行給定。

(b)通訊給定

由PLC或計算機通過通訊接口進(jìn)行頻率給定。

2.選擇給定方式的一般原則

（1）面板給定和外接給定的選擇

優(yōu)先選擇面板給定。因為變頻器的操作面板包括鍵盤和顯示屏，而顯示屏的顯示功能十分齊全。例如，可顯示運行過程中的各種參數(shù)，以及故障代碼等。但由于受聯(lián)接線長度的限制，控制面板與變頻器之間的距離不能過長。（2）數(shù)字量給定與模擬量給定的選擇優(yōu)先選擇數(shù)字量給定。因為:①數(shù)字量給定時頻率精度較高;②數(shù)字量比模擬量抗干擾能力強。（3）電壓信號與電流信號的選擇

優(yōu)先選擇電流信號。電流信號比電壓信號抗干擾能力強。4.1.2模擬量給定的調(diào)整功能1.基本概念

（1）頻率給定線的定義

由模擬量進(jìn)行頻率給定時，變頻器的給定信號X（X是給定信號的統(tǒng)稱，既可以是電壓信號UG，也可以是電流信號IG)與對應(yīng)的給定頻率fX之間的關(guān)系曲線fX＝f(Ｘ)，稱為頻率給定線。

（

2）基本頻率給定線

①定義：在信號X從0增大至最大值Xmax的過程中，給定頻率fX線性地從給定0增大到最大頻率fmax的頻率給定線稱為基本頻率給定線。

②最大頻率fmax

在數(shù)字量給定時，是變頻器允許輸出的最高頻率;在模擬量給定時，是與最大給定信號對應(yīng)的頻率。（3）頻率給定線的調(diào)整

在生產(chǎn)實踐中，生產(chǎn)機械所要求的最低頻率常常不是0Hz及最高頻率常常不是額定頻率50Hz，或者說，實際要求的頻率給定線與基本頻率給定線并不一致。所以，需要對頻率給定線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之符合實際的需要。因為頻率給定線是直線，所以，調(diào)整的著眼點便是:①頻率給定線的起點：即當(dāng)給定信號為最小值時對應(yīng)的頻率;②頻率給定線的終點：即當(dāng)給定信號為最大值時對應(yīng)的頻率。2.偏置頻率和頻率增益設(shè)定方式

（1）偏置頻率

部分變頻器把與給定信號為“0”時的對應(yīng)頻率稱為偏置頻率，用fBI表示。偏置頻率的表示方式主要有:①頻率表示：即直接用頻率值fBI值表示;②百分?jǐn)?shù)表示：用百分?jǐn)?shù)fBI％表示:式中fBI%—偏置頻率的百分?jǐn)?shù)

fBI—偏置頻率，Hz;fmax—變頻器預(yù)置的最大輸出頻率，Hz。

（2）頻率增益

當(dāng)給定信號為最大值Xmax時，對應(yīng)的最大給定頻率fXM與變頻器預(yù)置的最大輸出頻率fmax之比的百分?jǐn)?shù)，用G％表示:

式中:Ｇ%─頻率增益，%;fmax─變頻器預(yù)置的最大頻率

fXM─虛擬的最大給定頻率.在這里，變頻器的最大給定頻率fXM不一定與最大頻率fmax相等。當(dāng)Ｇ％＜100％時，變頻器實際輸出的最大頻率就等于fXM，如圖中之曲線②所示(曲線①是基本頻率給定線);

4.1.3

模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)控制

1.模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)功能（1）控制方式主要有兩種方式:①由雙極性給定信號控制:給定信號可“－”可“＋”，正信號控制正轉(zhuǎn)，負(fù)信號控制反轉(zhuǎn)，如圖(a)所示。②由單極性給定信號控制:給定信號只有“＋”值，由給定信號中間的任意值作為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的分界點，如圖(b)所示。（2）死區(qū)的設(shè)置

用模擬量給定信號進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)控制時，“0”速控制很難穩(wěn)定，在給定信號為“０”時，常常出現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的“蠕動”現(xiàn)象。為了防止這種“蠕動”現(xiàn)象，需要在“０”速附近設(shè)定一個死區(qū)ΔX，使給定信號從-ΔX到＋ΔX的區(qū)間內(nèi)，輸出頻率0Hz。4.1.4

輔助給定與其它功能

（1）基本概念

當(dāng)變頻器有兩個或多個模擬量給定信號同時從不同的端子輸入時，其中必有一個為主給定信號，其他為輔助給定信號。大多數(shù)變頻器的輔助給定信號都是疊加到主給定信號(相加或相減)上去的。疊加后的頻率給定線如圖(b)中曲線②和③所示。1、輔助給定功能

（2）應(yīng)用舉例（1）頻率指令的保持功能

變頻器在停機后,是否保持停機前的運行頻率的選擇功能。再開機時,變頻器的運行頻率有兩種狀態(tài)可供選擇:

＊保持功能無效：運行頻率為0Hz，如要回復(fù)到原來的工作頻率，須重新加速。

＊保持功能有效：運行頻率自動上升到停機前的工作頻率。2.頻率給定的其他功能（2）點動頻率功能

點動是各類機械在調(diào)試過程中經(jīng)常使用的操作方式。因為主要用于調(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。所以，點動頻率(用fJ表示)是通過功能預(yù)置來確定的。（3）頻率給定異常時的處理功能

給定信號異常大致有以下兩種情形:

①給定信號丟失

當(dāng)外接模擬頻率給定信號因電路接觸不良或斷線而丟失時，變頻器處理方式的選擇功能。例如，是否停機，如繼續(xù)運行，則在多大頻率下運行等。

②給定信號小于最低頻率時的處理功能

有的負(fù)載在頻率很低時實際上不能運行，因而需要預(yù)置“最低頻率”。對應(yīng)地，也就有一個最小給定信號。當(dāng)實際給定信號小于最小給定信號時，應(yīng)視為異常狀態(tài)。4.1.5頻率的限制功能

1、變頻器的上、下限頻率

根據(jù)生產(chǎn)機械所要求的最高與最低轉(zhuǎn)速，以及電動機與生產(chǎn)機械之間的傳動比，可以推算出相對應(yīng)的頻率，分別稱為上限頻率(用fH表示)與下限頻率(用fL表示)。

上限頻率與最高頻率的關(guān)系

·上限頻率小于最高頻率

·上限頻率比最高頻率優(yōu)先

這是因為，上限頻率是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求來決定的，所以具有優(yōu)先權(quán)。2.回避頻率

設(shè)置回避頻率fJ的目的，就是使拖動系統(tǒng)“回避”掉可能引起諧振的轉(zhuǎn)速。（1）回避頻率的預(yù)置，必須預(yù)置以下兩個數(shù)據(jù):＊中心回避頻率fJ即回避頻率所在的位置;＊回避寬度ΔfJ即回避區(qū)域。（2）回避頻率的數(shù)量大多數(shù)變頻器都可以預(yù)置三個回避頻率。4.2變頻器的加減速功能①工頻起動是指電動機直接接上工頻電源時的起動，也叫直接起動或全壓起動.（1）工頻起動和變頻起動電動機從較低轉(zhuǎn)速升至較高轉(zhuǎn)速的過程稱為加速過程，加速過程的極限狀態(tài)便是電動機的起動。

直接起動由于轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度很高，故轉(zhuǎn)子電動勢和電流都很大，從而定子電流也很大，可達(dá)額定電流的(4～7)倍，如圖(c)所示。工頻起動存在的主要問題有:▲起動電流大。當(dāng)電動機容量較大時，其起動電流將對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。▲對生產(chǎn)機械的沖擊很大，影響機械的使用壽命。4.2.1加、減速的時間與方式1、基本概念②變頻起動

采用變頻調(diào)速的電路如圖(a)所示,起動過程的特點有:▼頻率從最低頻率(通常是0Hz)按預(yù)置的加速時間逐漸上升，如圖(b)的上部所示。仍以4極電動機為例，假設(shè)在接通電源瞬間，將起動頻率降至0.5Hz，則同步轉(zhuǎn)速只有15r/min，轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度只有工頻起動時的百分之一。▼電動機的輸入電壓也從最低電壓開始逐漸上升，如圖(b)的下部所示。▼轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度很低，故起動瞬間的沖擊電流很小。同時，可通過逐漸增大頻率以減緩起動過程，如在整個起動過程中，使同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nM間的轉(zhuǎn)差Δn限制在一定范圍內(nèi)，則起動電流也將限制在一定范圍內(nèi)，如圖(c)所示。另一方面，也減小了起動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩，加速過程將能保持平穩(wěn)，減小了對生產(chǎn)機械的沖擊。

加速過程中，必須處理好加速的快慢與拖動系統(tǒng)慣性之間的矛盾。一方面，在生產(chǎn)實踐中，拖動系統(tǒng)的加速過程屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過渡過程，從提高生產(chǎn)率的角度出發(fā)，加速過程應(yīng)該越短越好；另一方面，由于拖動系統(tǒng)存在著慣性，頻率上升得太快了，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差Δn增大，引起加速電流的增大，甚至可能超過一定限值而導(dǎo)致變頻器跳閘。所以，加速過程必須解決好的主要問題是：在防止加速電流過大的前提下，盡可能地縮短加速過程。（2）加速過程中的主要矛盾（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)的減速

當(dāng)頻率剛下降的瞬間，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)立即下降，但由于拖動系統(tǒng)具有慣性的緣故，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不可能立即下降。于是，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組切割磁場的方向和原來相反了。從而，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向，以及所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向都和原來相反了，電動機處于發(fā)電機狀態(tài)。由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，能夠促使電動機的轉(zhuǎn)速迅速地降下來，故也稱為再生制動狀態(tài)。（4）減速過程中的主要矛盾同加速過程相同，在生產(chǎn)實踐中，拖動系統(tǒng)的減速過程也屬于不進(jìn)行生產(chǎn)的過渡過程，故減速過程應(yīng)該越短越好。同樣，由于拖動系統(tǒng)存在著慣性的原因，頻率下降得太快了，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nM將跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差Δn增大，引起再生電流的增大和直流回路內(nèi)泵升電壓的升高，甚至可能超過一定限值而導(dǎo)致變頻器因過電流或過電壓而跳閘。所以，減速過程必須解決好的主要問題是：在防止減速電流過大和直流電壓過高的前提下，盡可能地縮短減速過程。在一般情況下，直流電壓的升高是更為主要的因素。

2、加、減速的功能設(shè)置

變頻器中，針對電動機在升、降速過程中的特點，以及生產(chǎn)實際對拖動系統(tǒng)的各種要求，設(shè)置了許多相關(guān)的功能，供用戶進(jìn)行選擇。

(1)加、減速時間

(a)加速時間的定義

變頻器的輸出頻率從0Hz上升到最高頻率所需要的時間。

(b)減速時間的定義

變頻器的輸出頻率從最高頻率下降到0Hz所需要的時間。(2)加、減速方式

(a)加速方式

加速過程中，變頻器的輸出頻率隨時間上升的關(guān)系曲線，稱為加速方式。變頻器設(shè)置的加速方式有:

●線性方式

●S形方式●半S形方式(2)減速方式●線性方式

●S形方式●半S形方式4.2.2變頻調(diào)速的起動功能1.起動頻率與暫停加速功能

（1）起動頻率

①功能含義電動機開始起動時，并不從0Hz開始加速，而是直接從某一頻率下開始加速。在開始加速瞬間，變頻器的輸出頻率便是起動頻率。主要有兩種方式:☆稍有給定信號(X=0+)，變頻器的輸出頻率即為起動頻率fS，如圖(a)所示;☆設(shè)置一個死區(qū)XS，在給定信號X<XS的范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率為0Hz;當(dāng)給定信號X=XS時，變頻器直接輸出與XS對應(yīng)的頻率，如圖(b)所示。（2）暫停加速功能

①功能含義

電動機起動后，先在較低頻率fDR下運行一個短時間，然后再繼續(xù)加速的功能。②設(shè)置暫停加速的方式設(shè)置暫停加速的方式主要有兩種:變頻器輸出頻率從0Hz開始上升至?xí)和ｎl率fDR，停留tDR后再加速，如圖(a)所示;變頻器直接輸出起動頻率fS后暫停加速，停留tDR后再加速，如圖(b)所示。4.2.3變頻調(diào)速的停機功能1.基礎(chǔ)概念（1）電動機的停機方式

①減速停機

②自由停機

③減速加直流制動

④在低頻狀態(tài)下短暫運行后停機。當(dāng)頻率下降到接近于0時,先在低速下運行一個短時間,然后再將頻率下降為0Hz。在下列情況下,應(yīng)考慮預(yù)置暫停減速功能:

慣性大的負(fù)載先從高速減速至低速段運行，然后從低速降為0Hz，可消除滑行現(xiàn)象;

對于附有機械制動裝置的電磁制動電動機,在磁抱閘抱緊前先在低速段作短時運行,可減少磁抱閘的磨損,等等。（2）設(shè)置暫停減速的方式

需要預(yù)置的參數(shù):(1)暫停減速的頻率fDD；(2)停留時間tDD。①采取直流制動的必要性★有的負(fù)載要求能夠迅速停機，但減速時間太短將引起電動機實際轉(zhuǎn)速的下降跟不上頻率的下降，產(chǎn)生較大的泵升電壓，使直流回路的電壓超過允許值。采用直流制動，能增大制動轉(zhuǎn)矩、縮短停機時間，且不產(chǎn)生泵升電壓;★有的負(fù)載由于慣性較大，常常停不住，停機后有“爬行”現(xiàn)象，可能造成十分危險的后果。采用直流制動,可以實現(xiàn)快速停機,并消除爬行現(xiàn)象。②方法和原理

直流制動就是向定子繞組內(nèi)通入直流電流,使異步電動機處于能耗制動狀態(tài)。由于定子繞組內(nèi)通入的是直流電流，故定子磁場的轉(zhuǎn)速為0。這時,轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反,是制動轉(zhuǎn)矩。2.變頻器的直流制動功能

（2）功能設(shè)置

①直流制動的起始頻率fDB

在大多數(shù)情況下,先用再生制動方式將電動機的轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速，然后再轉(zhuǎn)換成直流制動,使電動機迅速停住。其轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的頻率即為直流制動的起始頻率fDB,如圖(b)所示。預(yù)置起始頻率fDB的主要依據(jù)是負(fù)載對制動時間的要求，要求制動時間越短，則起始頻率fDB應(yīng)越高。

②直流制動強度即在定子繞組上施加直流電壓UDB或直流電流IDB的大小，它決定了直流制動的強度。如圖(b)所示。預(yù)置直流制動電壓UDB(或制動電流IDB)的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大者，UDB也應(yīng)越大。

③直流制動時間tDB

即施加直流制動的時間長短。預(yù)置直流制動時間tDB的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB應(yīng)適當(dāng)長一些。4.2.4某些變頻器的特殊功能1、加、減速的銜接功能2、減速時間的最小極限功能3、異常停機功能

變頻器運行的控制信號也叫操作指令，如起動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、復(fù)位等。和頻率給定方式類似,變頻器操作指令的輸入方式也有:4.3變頻器的外接端子及其控制功能(1)鍵盤操作

即通過面板上的鍵盤輸入操作指令。大多數(shù)變頻器的面板都可以取下,安置到操作方便的地方,面板和變頻器之間用延長線相聯(lián)接,從而實現(xiàn)了距離較遠(yuǎn)的控制,如圖所示。4.3.1

變頻器的控制功能(2)外接輸入控制

操作指令通過外接輸入端子從外部輸入號來進(jìn)行控制。由于外部的開關(guān)信號可以在遠(yuǎn)離變頻器的地方來進(jìn)行操作，因此，不少變頻器把這種控制方式稱為“遠(yuǎn)控”或“遙控”操作方式。變頻器在出廠時，設(shè)定的都是鍵盤操作方式，用戶如需要采用外接輸入控制，在使用前必須通過功能預(yù)置進(jìn)行選擇。4.3.2

常用輸入控制端的應(yīng)用舉例（請閱讀教材）4.3.3輸出端子及其應(yīng)用舉例

變頻器除了用輸入控制端接受各種輸入控制信號外，還可以用輸出控制端輸出與自己的工作狀態(tài)相關(guān)的信號。輸出控制端子有跳閘報警輸出端(開關(guān)量)、測量信號輸出端(模擬量或脈沖)以及可編程輸出端等幾種類型。1.跳閘報警輸出(1)功能與特點當(dāng)變頻器因發(fā)生故障而跳閘時，發(fā)出跳閘報警信號。主要特點如下：（a）功能單一（b）繼電器輸出

在配置聲光報警的情況下，須注意將變頻器控制電源的接線端(R1和S1)接至接觸器KM主觸點的前面。2.測量信號輸出端

變頻器的運行參數(shù)(頻率、電流等)可以通過外接儀表來測量，為此，專門配置了為外接儀表提供測量信號的外接輸出端子。需要預(yù)置的相關(guān)功能主要有以下幾個方面:(1)測量內(nèi)容的選擇功能變頻器的外接測量輸出端子通常有兩個，用于測量頻率和電流。但除此以外，還可以通過功能預(yù)置測量其他運行數(shù)據(jù)，如:電壓、轉(zhuǎn)矩、負(fù)荷率、功率，以及PID控制時的目標(biāo)值和反饋值等。(2)輸出信號的類別

(a)電壓信號(b)電流信號(c)脈沖信號

輸出信號為與被測量成比例的脈沖信號，脈沖電壓幅度通常為8～24V，這種輸出方式主要用于測量變頻器的輸出頻率。3.可編程輸出端可編程輸出端也叫狀態(tài)輸出端。用于輸出表明變頻器各種工作狀態(tài)的信號，都是開關(guān)量輸出。各輸出端子的具體功能須通過功能預(yù)置來決定，主要有：變頻器運行中、頻率到達(dá)、輸出頻率到達(dá)上限、輸出頻率到達(dá)下限、程序運行換步信號、程序運行一次循環(huán)結(jié)束信號、程序運行步數(shù)指示等.(1)電路結(jié)構(gòu)主要有兩種類型:(a)繼電器輸出型

(b)晶體管輸出型變頻器內(nèi)部是晶體管集電極輸出，如圖所示。這種輸出方式只能用在直流低壓電路中。由于晶體管只能單方向?qū)ǎ褂脮r須注意外接電源的極性。4.4變頻器的系統(tǒng)控制功能4.4.1變頻器的內(nèi)置程序控制功能

1.基本概念

各種變頻器都具有按時間控制的程序控制功能，在一個運行周期中，可以劃分為若干個程序步。各程序步的工作頻率、運行時間以及加、減速的快慢都由用戶根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要來進(jìn)行預(yù)置。（1）程序步的劃分◆程序步1:工作頻率為f1，運行時間為t1(包括加速過程所需的時間)，加速時間為tA1;◆程序步2:工作頻率上升為f2，運行時間為t2(包括加速過程所需的時間)，加速時間為tA2;◆程序步3:工作頻率下降并反轉(zhuǎn)至f3，運行時間為t3(包括正轉(zhuǎn)減速和反轉(zhuǎn)加速過程所需時間)，減速時間和加速時間分別為tD3和tA3;◆

程序步4:工作頻率下降為f4(反轉(zhuǎn))，運行時間為t4(包括減速過程所需時間)，減速時間為tD4。2.變頻器的功能設(shè)置(a）有效選擇——即選擇程序控制功能是否有效。(b)

循環(huán)選擇——選擇在一個運行周期結(jié)束后，是否需要周而復(fù)始地循環(huán)運行，或以何種狀態(tài)運行。主要的方式有:◆單循環(huán):運行一個周期后停止；◆連續(xù)循環(huán):在無停機指令的情況下，循環(huán)不止；◆循環(huán)一周后以最后程序步的轉(zhuǎn)速運行。4.4.2

PID控制的基礎(chǔ)概念1.自動調(diào)節(jié)的控制過程本節(jié)的所謂自動調(diào)節(jié)控制，是指在生產(chǎn)過程中，對于某一個或若干個物理量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的控制。在多數(shù)情況下，常常是恒值控制，如恒壓控制、恒溫控制等。以空氣壓縮機為例：(1)裝置構(gòu)成(2)控制過程

pT是儲氣罐要求保持的壓力,稱為目標(biāo)壓力。

(2)PID調(diào)節(jié)的控制信號由PID控制算式可見，在實行PID調(diào)節(jié)時，至少必須有兩種信號:目標(biāo)信號和反饋信號。2.PID控制系統(tǒng)的含義與構(gòu)成

(1)PID調(diào)節(jié)的含義

PID調(diào)節(jié)的全稱是比例、