機電傳動控制 第三版 課件 第6章 變頻器及其應(yīng)用

機電傳動控制第6章

變頻器及其應(yīng)用學習目標：熟悉變頻調(diào)速原理；了解變頻器的分類和適用場合；熟練掌握變頻器的使用和維護技能；能夠構(gòu)建基本的變頻調(diào)速系統(tǒng)。6.1變頻器概述6.1.1變頻調(diào)速原理與變頻調(diào)速特性1.變頻調(diào)速原理式2-2式4-2

如果能夠平滑地、無級地改變電源頻率

，就能對電動機進行平滑地、無級地調(diào)速。這就是電動機變頻調(diào)速的基本原理。

但是，單純改變電源頻率

，還不能確保籠型異步電動機能夠正常工作。式6-1式中：

—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值，V；

—定子繞組的電源頻率，Hz；—定子每相繞組的匝數(shù)；

—每極氣隙磁通量，Wb。

籠型異步電動機調(diào)速時，一個重要的性能指標是希望保持電動機的電磁轉(zhuǎn)矩不變。

若要保持電磁轉(zhuǎn)矩不變，只有保持主磁通量

為額定值不變才行。式6-1

由式6-1可知，只要控制好

和

，即同時對電源電壓和電源頻率進行控制，便可達到控制磁通

的目的。

也就是說，在對籠型異步電動機進行調(diào)速時，必須在改變電源頻率（變頻）的同時，相應(yīng)地改變電源電壓（變壓）。這種基于變壓、變頻原理的調(diào)速方法，稱為變壓變頻調(diào)速，簡稱變頻調(diào)速。2.變頻調(diào)速特性

在對籠型異步電動機進行變頻調(diào)速時，在基頻（額定頻率

）以下和基頻以上兩個頻率區(qū)域中，其調(diào)速特性是不同的。（1）基頻以下的調(diào)速特性式6-1

由式6-1可知，要保持

不變，當頻率

從額定值

向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低

，使式6-2可以認為：

這種電動機的電源電壓與電源頻率之比為常數(shù)的控制方式，稱為壓頻比恒定控制方式。式6-3

但是，在低頻區(qū)域（遠離額定頻率

），

和

都較小，定子阻抗壓降所占的額度就比較顯著，不再能忽略。

這時，需要人為地把電壓

抬高一些，以便近似地補償定子壓降，以維持氣隙磁

通基本不變。圖6-1壓頻比恒定控制的電源電壓變化規(guī)律1—無定子壓降補償?shù)目刂铺匦裕?—有定子壓降補償?shù)目刂铺匦?/p>

在低頻區(qū)域?qū)Χㄗ訅航祵嵤┭a償之后，可以維持氣隙磁通

基本不變，即使氣隙磁通

保持在額定值

不變。相應(yīng)地，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

也保持不變。

因此，在基頻以下進行變頻調(diào)速時，籠型異步電動機呈現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。圖6-2變頻調(diào)速特性（2）基頻以上的調(diào)速特性

在基頻以上調(diào)速時，頻率從

向上升高，但定子電壓

卻不可能超過額定電壓

，最多只能保持

，這將迫使磁通與頻率成反比地降低。相應(yīng)地，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

也下降，但電磁轉(zhuǎn)矩

與電動機的轉(zhuǎn)速

的乘積（即功率）基本不變。因此，在基頻以上進行變頻調(diào)速時，籠型異步電動機呈現(xiàn)恒功率調(diào)速特性。圖6-2變頻調(diào)速特性3.機械特性的變化變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、平滑、機械特性硬、靜差率小的優(yōu)點。圖6-3籠型異步電動機的機械特性（調(diào)頻特性）6.1.2變頻器的作用與結(jié)構(gòu)1.變頻器的作用變頻器（Variable-frequencyDriver，VFD）是一種基于半導體變頻技術(shù)與微電子控制技術(shù)，把電壓、頻率固定的交流電（ConstantVoltageandConstantFrequency，CVCF）變換成電壓、頻率可調(diào)的交流電（VariableVoltageandVariableFrequency，VVVF）的電力電子裝置。圖6-4變頻器的作用2.變頻器的結(jié)構(gòu)圖6-5交—直—交變頻器的結(jié)構(gòu)組成6.1.3變頻器的工作原理

目前應(yīng)用最廣泛的是由不可控整流器（以二極管作為整流元件）和全控型電力電子開關(guān)器件（指具備自關(guān)斷能力的電力電子器件）組成的脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）式逆變器，簡稱PWM變頻器。圖6-6交-直-交PWM變頻器的基本結(jié)構(gòu)PWM變頻器常用的全控型電力電子器件有功率場效應(yīng)管（小容量）、絕緣柵雙極型晶體管IGBT（中、小容量）、可關(guān)斷晶閘管GTO（大、中容量）以及能夠替代GTO的功率器件，如集成門極換流晶閘管IGCT（IntegratedGate-CommutatedThyristor，電流型器件）、電子注入增強門極晶體管IEGT（InjectionEnhancedGateTransistor，電壓型器件，耐壓高達4kV以上，適用于電力機車、電動汽車等大功率場合。IEGT是日本東芝公司生產(chǎn)的高性能IGBT的專有名稱）等。

1.PWM的基本控制思想

根據(jù)采樣控制理論可知，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)的電路上時，其作用效果基本相同。

沖量是指窄脈沖的面積，作用效果基本相同是指在電路上的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理或沖量等效原理。面積等效原理是PWM控制技術(shù)重要的理論基礎(chǔ)。

例如，將如圖6-7所示的形狀不同而沖量相同的電壓窄脈沖，分別加在一階慣性環(huán)節(jié)電路（電阻和電感串聯(lián)的電路）上，其輸出電流對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形基本一致。圖6-7形狀不同而沖量相同的電壓窄脈沖

由高等數(shù)學可知，一個連續(xù)函數(shù)是可以用無限多個離散函數(shù)進行逼近或擬合的?；谏鲜龇治觯纯稍O(shè)想由多個不同幅值的矩形脈沖波來逼近或擬合正弦波。圖6-8PWM控制的基本原理（a）正弦波（目標波形）；（b）等幅、不等寬的矩形波（實際波形）

如果每一個矩形波的面積都與相應(yīng)時間段內(nèi)正弦波的面積相等，則這一系列矩形波的合成面積就等于正弦波的面積，亦即兩者具有等效作用。圖6-8PWM控制的基本原理（a）正弦波（目標波形）；（b）等幅、不等寬的矩形波（實際波形）圖7-9波形擬合（轉(zhuǎn)換）原理（a）正弦波（目標波形）；（b）拆分為N等份；（c）波形細化（中點重合，等幅而不等寬）（d）一系列等幅、不等寬的矩形波（實際波形）2.PWM調(diào)制原理

PWM調(diào)制原理是：以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波，并用頻率與期望波相同的正弦波作為調(diào)制波。

按照波形面積相等的原則，每一個矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個序列的矩形波與期望的正弦波等效。

這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidalpulsewidthmodulation，SPWM），這種序列的矩形波稱作SPWM波。

當調(diào)制波與載波相交時，由其交點確定逆變器中功率器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個周期內(nèi)呈兩邊窄、中間寬的一系列等幅、不等寬的矩形波。

在圖6-10中，KF1～KF6是逆變器的6個功率開關(guān)器件，RA1～RA6為用于處理無功功率反饋的二極管。圖6-10SPWM變頻器的主電路

整個逆變器由三相橋式整流器（由RA9～RA14共6個二極管組成）提供的恒值直流電壓Us供電。

圖6-11所示是SPWM變頻器的控制電路，一組三相對稱的正弦調(diào)制電壓信號urU、urV、urW由調(diào)制信號發(fā)生器提供，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，且應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)；其幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，以決定輸出電壓的大小。圖6-11SPWM變頻器的控制電路

三角波載波信號ut是共用的，分別與每相參考電壓比較后，給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波udU、udV、udW，作為逆變器功率開關(guān)器件的輸出控制信號。圖6-11SPWM變頻器的控制電路（1）單極性PWM圖6-12調(diào)制信號為單極性正弦波時輸出交流電的波形PWM調(diào)制按照調(diào)制脈沖的極性可分為單極性脈沖調(diào)制和雙極性脈沖調(diào)制兩種。采用單極性調(diào)制時，在正弦波的半個周期內(nèi)，每相只有一個功率開關(guān)導通或關(guān)斷。下面以A相為例說明其調(diào)制過程。圖6-12調(diào)制信號為單極性正弦波時輸出交流電的波形系統(tǒng)上電后，首先由同極性的三角波載波電壓ut與調(diào)制電壓urU比較，如圖6-12a所示。

當調(diào)制電壓urU高于載波電壓ut時，使功率開關(guān)器件KF1導通，輸出正的脈沖電壓；當調(diào)制電壓urU低于載波電壓ut時，使功率開關(guān)器件KF1關(guān)斷，無脈沖電壓輸出，產(chǎn)生的單極性SPWM脈沖波如圖6-12b所示。圖6-12調(diào)制信號為單極性正弦波時輸出交流電的波形負半周用同樣方法調(diào)制后，再經(jīng)倒相即可完成，如圖6-12c、d所示。采用單極性調(diào)制方式時，有如下特點：改變功率開關(guān)器件KF1、KF4的切換速度，可以改變輸出交流電的頻率，實現(xiàn)調(diào)頻控制；改變直流調(diào)制電壓的幅值，從而改變占空比，可以實現(xiàn)恒幅（+Ud/2不變）而調(diào)寬，實現(xiàn)調(diào)壓控制。（2）雙極性PWM

如果使同一橋臂上下兩個功率開關(guān)器件交替通斷，使之處于互補的工作方式，則輸出脈沖將在“正”、“負”之間變化，就可得到雙極性SPWM波形，其調(diào)制過程如圖6-13所示。圖6-13雙極性脈寬調(diào)制方式圖6-13雙極性脈寬調(diào)制方式在雙極性脈寬調(diào)制方式中，調(diào)制信號ur是普通正弦波，載波信號ut是雙極性三角波（或鋸齒波）。采用雙極性PWM調(diào)制時，不分正負半周，如果A相的ur>ut，則功率開關(guān)器件KF1導通；如果A相的ur<ut，則功率開關(guān)器件KF4導通。圖6-13雙極性脈寬調(diào)制方式

采用雙極性調(diào)制方式時，有如下特點：改變正弦調(diào)制信號的頻率，可以改變輸出交流電的頻率，實現(xiàn)調(diào)頻控制；改變正弦調(diào)制電壓的幅值，從而改變總體占空比，可以實現(xiàn)呈正弦規(guī)律的恒幅（＋Ud/2和－Ud/2均不變）調(diào)寬，實現(xiàn)調(diào)壓控制。

綜合單極性脈沖調(diào)制和雙極性脈沖調(diào)制的特點，可以得到如下結(jié)論（SPWM變頻器的工作特點）：

SPWM變頻器的輸出電壓是由一系列等幅而不等寬，且兩側(cè)窄、中間寬的脈沖電壓組成的。

改變正弦調(diào)制信號的頻率，可以改變輸出基波電壓的頻率，實現(xiàn)調(diào)頻控制；改變正弦調(diào)制電壓的幅值，可以改變輸出基波電壓的大小，實現(xiàn)調(diào)壓控制。3.PWM變頻器的優(yōu)點1）在主電路整流和逆變兩個單元中，只有逆變單元可控，通過它同時調(diào)節(jié)輸出電壓和輸出頻率，變頻器總體結(jié)構(gòu)簡單。采用全控型的功率開關(guān)器件，只通過驅(qū)動電壓脈沖進行控制，控制電路簡單，效率也高。2）輸出電壓波形雖是一系列的PWM波，但由于采用了恰當?shù)腜WM控制技術(shù)，正弦基波的比重較大，影響電動機運行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。

變頻器的參數(shù)通常都比較多，為了使用的方便，變頻器都設(shè)置有工廠設(shè)定值（即默認值或稱缺省值）。工廠設(shè)定值都是按通用的工況條件設(shè)置的。在變頻器使用過程中，可以通過設(shè)置可使變頻器的全部參數(shù)恢復(fù)為工廠設(shè)定值，這一過程稱為參數(shù)初始化。1．參數(shù)初始化功能6.1.4變頻器的基本功能3）逆變器同時實現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動態(tài)性能也得以提高。

4）采用不可控的二極管整流器，電源側(cè)功率因數(shù)較高，且不受逆變輸出電壓大小的影響?；谏鲜鰞?yōu)點，PWM變頻器在機電傳動控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。2．保護功能

變頻器的保護功能包括對電動機的保護和對變頻器自身的保護，通用變頻器一般都有以下保護功能：欠電壓保護、過電壓保護、過載保護、接地故障保護、短路保護、電動機失步保護、電動機堵轉(zhuǎn)保護、電動機過熱保護、變頻器過熱保護、電動機缺相保護，等等。3．運行控制功能

變頻器的運行由命令源及頻率設(shè)定源進行控制。4．頻率設(shè)定功能（1）多段速度設(shè)定功能

通用變頻器一般都具多段速度設(shè)定功能，可以設(shè)置多達15段運行頻率，可通過變頻器的外部接線端子來選擇運行頻率，從而實現(xiàn)多段速度運行功能。（2）頻率設(shè)定功能1）基本頻率fb。變頻器的輸出電壓等于額定電壓時，對應(yīng)的最低輸出頻率，稱為基本頻率，如圖6-14所示。

基本頻率用來作為調(diào)節(jié)頻率的基準，也稱為基底頻率、基準頻率、基波頻率等等，一般為50Hz。圖6-14基本頻率2）最高、最低頻率。變頻器運行時輸出的最高頻率（亦稱上限頻率）fH、最低頻率（亦稱下限頻率）fL，用于限制電動機的轉(zhuǎn)速，如圖6-15所示。圖6-15變頻器的最高、最低頻率3）起動、停止頻率。起動頻率是指變頻器起動時的初始設(shè)定頻率；停止頻率則是指變頻器檢測頻率達到設(shè)定值時立即停止運行的設(shè)定頻率。4）頻率跳越功能。機電設(shè)備在運行時總是有振動的，其振動頻率和轉(zhuǎn)速有關(guān)。

回避轉(zhuǎn)速對應(yīng)的工作頻率就是跳躍頻率，亦稱跳變頻率、跳轉(zhuǎn)頻率、回避頻率等等，如圖6-16所示。

為了避免機械諧振的發(fā)生，必須回避可能引起諧振的轉(zhuǎn)速。圖6-16變頻器的跳躍頻率5．加減速時間、加減速模式的設(shè)定功能（1）加速、減速時間的設(shè)定

加速、減速時間有時稱作斜坡上升、下降時間。圖6-17變頻器的加速、減速時間圖6-17變頻器的加速、減速時間

變頻器設(shè)定的加速、減速時間必須與機電傳動系統(tǒng)的加速、減速特性相適應(yīng)。

一般而言，對于11kW以下的電動機，其加速、減速時間可以設(shè)置在10s以內(nèi)，而11kW以上的電動機，其加速、減速時間則應(yīng)視情而定，可以設(shè)置在10~60s，甚至更長一些。若有直流制動措施，則可適當縮短減速時間，使其與系統(tǒng)的制動時間一致即可。（2）加減速模式的選擇

線性加、減速曲線適用于大多數(shù)應(yīng)用場合；半S型加、減速曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負載，如風機、泵類負載；S型加、減速曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負載，其速度變化較為和緩。圖6-18加速曲線圖6-19減速曲線6．轉(zhuǎn)矩提升功能

通用變頻器一般都具有轉(zhuǎn)矩自動提升功能（或稱轉(zhuǎn)矩自動補償功能，亦稱電壓自動調(diào)節(jié)功能）。所謂轉(zhuǎn)矩提升功能，是指在電動機加速、減速和正常運行的所有區(qū)域中，變頻器可以根據(jù)電動機負載的變化情況，自動調(diào)節(jié)U/f值，對電動機的輸出轉(zhuǎn)矩做必要的和適當?shù)难a償，以確保機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

通常將轉(zhuǎn)矩提升量設(shè)定在10%左右，但不能一概而論。圖6-20轉(zhuǎn)矩提升功能示意圖7．防失速功能

在電動機加速、恒速和減速運行過程中，應(yīng)在變頻器的保護（過電流保護和過電壓保護）電路未動作之前，變頻器就能自動實施保護，以防電動機失速，做到未雨綢繆。8．減少機械振動、降低沖擊的功能

為了在起動、運行和減速等過程中緩和沖擊、振動，通用變頻器都具有選擇加減速曲線、停止方式選擇、載波頻率調(diào)節(jié)、瞬時過電流限制等功能。9．PID控制功能PID控制就是比例（Proportion）、積分（Integral）、微分（Derivative）控制，PID控制屬于閉環(huán)控制。6.1.5變頻器的分類1.按交流環(huán)節(jié)分類（1）交-直-交變頻器（a）可控交-直-交變頻器（b）不可控交-直-交變頻器（c）PWM不可控交-直-交變頻器（2）交-交變頻器圖6-22交-交變頻器

把電網(wǎng)固定頻率的交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），采用這一技術(shù)路線的變頻器，稱為交-交變頻器。

如圖6-22所示，交-交變頻器通常由三相反并聯(lián)晶閘管組成可逆橋式變流器。2.按直流環(huán)節(jié)的濾波形式分類（1）電壓型變頻器

電壓型變頻器直流環(huán)節(jié)的儲能元件是電容器，如圖6-23a所示。（2）電流型變頻器

電流型變頻器直流環(huán)節(jié)的儲能元件是電感器，如圖6-23b所示。圖6-23a電壓型變頻器圖6-23b電流型變頻器3.按控制方式分類（1）電壓頻率比控制式變頻器

電壓頻率比（U/f，亦可寫成V/f）控制簡稱壓頻比控制，是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩—速度特性，基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的。

對變頻器進行壓頻比控制時，在變頻過程中，始終保持壓頻比恒定或僅做小范圍調(diào)整。通用型變頻器基本上都采用壓頻比控制方式。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制式變頻器

轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對壓頻比控制的一種改進，這種控制需要由安裝在電動機上的速度傳感器檢測出電動機的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率之和決定。（3）矢量控制式變頻器

矢量控制（vectorcontrol，VC）是一種高性能的異步電動機控制方式，通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以便對電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。

無速度傳感器的矢量控制通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。

矢量控制方式調(diào)速范圍寬，起動轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復(fù)雜，一般需要專門的處理器來進行計算。（4）直接轉(zhuǎn)矩控制式變頻器

直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueControl，DTC）是繼矢量控制式變頻調(diào)速技術(shù)之后的一種新型的交流變頻調(diào)速控制技術(shù)。它是利用空間電壓矢量PWM（space

voltage

vectorPWM，SVPWM）通過磁鏈、轉(zhuǎn)矩的直接控制、確定逆變器的開關(guān)狀態(tài)來實現(xiàn)變頻調(diào)速的。

直接轉(zhuǎn)矩控制還可用于普通的PWM控制，實行開環(huán)或閉環(huán)控制。4.按功能分類

（1）恒轉(zhuǎn)矩變頻器

恒轉(zhuǎn)矩變頻器控制的對象具有恒轉(zhuǎn)矩特性，主要應(yīng)用于擠壓機、攪拌機、傳送帶、提升機等負載。（2）平方轉(zhuǎn)矩變頻器

平方（亦稱二次方）轉(zhuǎn)矩變頻器控制的對象，在過載能力方面要求較低，由于負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以低速運行時負載較輕，并有節(jié)能的效果。

平方轉(zhuǎn)矩變頻器主要應(yīng)用于風機、泵類負載。5.按用途分類（1）通用變頻器（2）高性能專用變頻器（3）高頻變頻器

在超精密加工和高性能機械中，往往要用到高速電動機，為了滿足高速電動機的驅(qū)動要求，出現(xiàn)了采用PAM控制方式的高頻變頻器，其輸出頻率可達到3kHz。6.按輸出電壓的調(diào)制方式分類（1）PAM方式

脈沖幅值調(diào)制（PulseAmplitudeModulation）方式簡稱PAM方式，其特點是變頻器在改變輸出頻率的同時，也改變了電壓的幅值。

在變頻器中，逆變器負責調(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Ud去實現(xiàn)。

采用相控整流器調(diào)壓時供電電源的功率因數(shù)隨調(diào)節(jié)深度的增加而變小。

采用直流斬波器調(diào)壓時，供電電源的功率因數(shù)在不考慮諧波影響時，功率因數(shù)可以達到1。（2）PWM方式

脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）方式簡稱PWM方式，其特點是變頻器在改變輸出頻率的同時，也改變了電壓的脈沖占空比。PWM只需控制逆變電路便可實現(xiàn)。通過改變脈沖寬度來改變輸出電壓幅值，通過改變調(diào)制周期可以控制其輸出頻率。PWM方式大大減少了負載電流中的高次諧波，性能更好。7.按輸入電源的相數(shù)分類

（1）單相變頻器（2）三相變頻器圖6-24a單相變頻器圖6-24b三相變頻器8.按功率開關(guān)器件分類

變頻器中逆變器采用的功率開關(guān)器件的種類很多，從變頻器的發(fā)展歷程來看，變頻器的起步始于SCR，變頻器的普及應(yīng)歸功于GTR，變頻器性能指標的提高全靠IGBT，而變頻器容量的進一步提升則有賴于IGCT和IEGT。（1）晶閘管變頻器

晶閘管變頻器采用晶閘管（Thyristor）作為功率開關(guān)器件。

晶閘管亦稱可控硅（SiliconControlledRectifier，SCR），沒有自關(guān)斷能力，逆變時需要另設(shè)換流電路，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。但由于SCR容量大，在1000kVA以上的大容量變頻器中得到了廣泛的應(yīng)用。圖6-25晶閘管（可控硅SCR）圖6-25晶閘管（可控硅SCR）晶閘管變頻器屬于電壓源型，具有不選擇負載的通用性，在不超過變頻器容量的條件下，可以多電動機并聯(lián)運行。在確保換流能力足夠的條件下，過負載能力較強。多重化連接時，既可以改善波形，又可以實現(xiàn)大容量化。（2）GTR變頻器GTR變頻器采用電力晶體管作為功率開關(guān)器件。電力晶體管（GiantTransistor，GTR。圖6-26）直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor，BJT），所以有時也稱GTR為PowerBJT。相應(yīng)地，GTR變頻器也叫BJT變頻器。圖6-26電力晶體管（GTR）電力晶體管GTR具有自關(guān)斷能力，并有開關(guān)速度快、飽和壓降低和安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點。電力晶體管GTR被廣泛應(yīng)用于交、直流電動機調(diào)速、中頻電源等電力變流裝置中。電力晶體管GTR主要用作功率開關(guān)器件，工作于高電壓、大電流的場合，一般為模塊化結(jié)構(gòu)。圖6-26電力晶體管（GTR）（3）IGBT變頻器IGBT變頻器采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率開關(guān)器件。絕緣柵雙極型晶體管（Insulate-GateBipolarTransistor，IGBT）集GTR和P-MOSFET的優(yōu)點于一身，具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動電路簡單、通態(tài)電壓低、能承受高電壓、大電流等優(yōu)點。與晶閘管變頻器相比，GTR變頻器不需要換流電路，體積小、重量輕、效率高，適用于高頻變頻和PWM變頻，也適用于矢量控制，且響應(yīng)速度較快。圖6-27絕緣柵雙極型晶體管IGBT（西門子公司產(chǎn)品）

由于IGBT開關(guān)頻率高，可構(gòu)成靜音式變頻器，電流波形更加正弦化，減小了電動機轉(zhuǎn)矩的脈動，且低速轉(zhuǎn)矩大。采用矢量控制時，響應(yīng)速度更快，體積小，重量輕。

目前，在中、小容量變頻器的新產(chǎn)品中都采用IGBT作為功率開關(guān)器件，應(yīng)用極為廣泛。（4）IGCT變頻器IGCT變頻器采用集成門極換流晶閘管作為功率開關(guān)器件。集成門極換流晶閘管（IntegratedGate-CommutatedThyristor，IGCT）屬于電流型器件，它綜合了IGBT與GTO的優(yōu)點，具有開關(guān)頻率高（開關(guān)速度比GTO快10倍）、損耗小、無需關(guān)斷吸收電路、可用于串聯(lián)應(yīng)用等優(yōu)點。

IGCT在0.5MVA～6MVA的容量范圍內(nèi)均有應(yīng)用，其固有的串并聯(lián)靈活性可把容量范圍擴展到幾百兆伏安。目前在中高壓、大容量的電力電子應(yīng)用中，IGCT正在逐步取代GTO。圖6-28集成門極換流晶閘管IGCT（ABB公司產(chǎn)品）（5）IEGT變頻器IEGT變頻器采用電子注入增強門極晶體管作為功率開關(guān)器件。電子注入增強門極晶體管IEGT（InjectionEnhancedGateTransistor）是日本東芝（Toshiba）公司于1993年開發(fā)的、基于IGBT的新一代電力電子器件（圖6-29）。圖6-29電子注入增強門極晶體管IEGT（日本東芝公司產(chǎn)品）IEGT具有通態(tài)壓降低、門極驅(qū)動電流小、功率密度大、開關(guān)損耗小、翻轉(zhuǎn)速度快、容易串聯(lián)運行等諸多優(yōu)點。IEGT屬于電壓型器件，耐壓能力在4kV以上，適用于電動汽車、電力機車等大功率場合。目前，在中高壓、大容量的電力電子應(yīng)用中，IEGT和IGCT正在展開激烈的競爭。6.2變頻器的選擇6.2.1變頻器的技術(shù)參數(shù)輸入額定電壓、頻率三相380V、50/60Hz電壓允許變動范圍320~460V、失衡率＜3%、頻率±5%輸出電壓0～380V頻率0～500Hz過載能力（S2系列）150%額定電流、1min額定容量/kVA29.639.549.460.073.798.7額定輸出電流/A45607591112150適配電動機功率/kW223037455575表6-1變頻器的主要技術(shù)參數(shù)1.輸入側(cè)的額定數(shù)據(jù)（1）額定電壓1）AC380V，三相，此為絕大多數(shù)變頻器的常用電壓。2）AC220V，三相，主要用于某些進口設(shè)備中（如日本）。3）AC220V，單相，主要用于家用電器（變頻空調(diào)等）中。（2）額定頻率

常見的額定頻率是50Hz和60Hz。2.輸出側(cè)的額定數(shù)據(jù)（1）額定電壓

因為變頻器的輸出電壓是隨頻率而變化的，并非常數(shù)，所以變頻器是以最大輸出電壓作為額定電壓的。

一般說來，變頻器的輸出額定電壓總是和輸入額定電壓大致相等。

（2）額定電流

額定電流

是指允許長時間輸出的最大電流，是用戶選擇變頻器的主要依據(jù)。（3）額定容量式中，

——變頻器的額定容量，kVA；

——變頻器的額定電壓，kV；

——變頻器的額定電流，A。式6-4（4）適配電動機功率

適配電動機功率

是指變頻器允許配用的電動機最大容量。對于各類變動負載來說，變頻器的適配電動機功率往往需要降容選用。（5）輸出頻率范圍輸出頻率范圍是指變頻器輸出頻率的調(diào)節(jié)范圍。

（6）過載能力

大多數(shù)變頻器制造商都將變頻器的過載能力規(guī)定為1.5

，且允許的過載時間不超過1min。變頻器的過載能力具有反時限特性。圖6-30變頻器的過載能力6.2.2變頻器容量的計算

選擇變頻器時，要以電動機容量和電動機的工作狀態(tài)作為依據(jù)合理選擇變頻器。

1.連續(xù)運轉(zhuǎn)方式下變頻器的容量圖6-31變頻器輸出電流的波形圖或

——變頻器輸出的額定電流，A；

——電動機的額定電流，A；

——電動機實測最大工作電流，A。負載特性→電動機的容量→變頻器容量

如果按電動機的實測最大工作電流選取，變頻器的容量可以適當減小，圖6-32所示為變頻器容量按最大電流選擇的曲線。圖6-32變頻器容量按最大電流選擇的曲線2.在加、減速工況下變頻器的容量

變頻器的最大輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器的最大輸出電流決定的。一般情況下，對于短時的加、減速來說，變頻器允許達到額定輸出電流的130％～150％（視變頻器容量而定）。

但是，由于電流脈動的緣故，此時，應(yīng)將變頻器的最大輸出電流降低10％后再進行選定，如圖6-33所示。圖6-33轉(zhuǎn)矩（電流）與速度關(guān)系曲線

——變頻器額定輸出電流，A；

，

，…，

——各運行狀態(tài)平均電流，A；

，

，…——各運行狀態(tài)下的運行時間，min；——安全系數(shù)（運行頻繁時取1.2，其他條件時為1.1)。3.異步電動機直接起動時變頻器的容量

三相異步電動機直接在工頻起動時，起動電流為其工作時額定電流的5～7倍。

對于容量不大（小于10kW）的電動機直接起動時，可按式6-8計算變頻器的容量

——變頻器的額定輸出電流，A；

——在額定電壓、額定頻率下電動機起動時的堵轉(zhuǎn)電流，A；

——變頻器的允許過載倍數(shù)，

。

式6-84.異步電動機電流變化不規(guī)則時變頻器的容量

在運行中，由于各種因素的影響，可能導致電動機電流出現(xiàn)不規(guī)則的變化，不易獲得運行特性曲線。

計算出的變頻器的額定輸出電流，必須大于等于電動機在輸出最大轉(zhuǎn)矩時的實際電流。

——變頻器的額定輸出電流，A；

——電動機在輸出最大轉(zhuǎn)矩時的實際電流，A。式6-95.電動機驅(qū)動大慣量負載起動時的變頻器容量計算由于負載的情況各種各樣，千差萬別，異步電動機帶動大慣量負載運行的狀態(tài)經(jīng)常存在，往往需要經(jīng)常使用過載容量大的變頻器，而變頻器允許過載容量通常多為125％、60s或150％、1min。當異步電動機帶動大慣量負載工作，而變頻器又控制異步電動機在這種狀態(tài)下工作，使得變頻器工作的過載容量超過允許過載容量，就必須增大變頻器的容量。此時，變頻器的額定容量可按式6-10計算：式6-10式中，PCN——變頻器的額定容量（KVA）；

GD2——換算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量值（N·m2）；

TL——負載轉(zhuǎn)矩（N·m）；

η，cosφ，nM——分別為電動機的效率（取0.85），功率因數(shù)（取0.75），額定轉(zhuǎn)速(r/min)；tA——電動機加速時間（s），由負載要求確定；K——電流波形的修正系數(shù)（采用PWM方式控制時，取1.05～1.10）。6.電動機驅(qū)動較輕負載時變頻器的容量計算

如果電動機長期輕載運行，則在選擇變頻器容量時，要充分考慮電動機脈動電流的影響，以防其峰值電流超過變頻器內(nèi)逆變器功率器件的過電流耐受值，造成變頻器早期損壞。圖6-35電動機的電流波形電動機的電抗隨電動機的容量不同而異。即便電動機額定電流相同，電動機容量越大，則其脈動電流值也越大。6.2.3變頻器類型的選擇1.變頻器的選型原則通常主要依據(jù)以下原則進行變頻器的選擇：1）對于風機和泵類負載可以選用成本低廉的通用型平方轉(zhuǎn)矩變頻器，以節(jié)約總體投資。2）如果負載具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但對轉(zhuǎn)速精度及動態(tài)性能等要求不高，則應(yīng)選用無矢量控制型恒轉(zhuǎn)矩變頻器。3）如果異步電動機在低速運行時要求有較硬的機械特性，并要求有一定的調(diào)速精度，但對其他動態(tài)性能要求不高，則可選用不帶速度反饋的矢量控制型變頻器，以降低設(shè)備投資。4）如果對調(diào)速精度和動態(tài)性能都有較高要求，則可選用帶速度反饋的矢量控制型變頻器，以充分滿足系統(tǒng)的控制要求。

2.根據(jù)負載性質(zhì)選擇變頻器（1）恒轉(zhuǎn)矩負載

對于恒轉(zhuǎn)矩負載，以經(jīng)濟適用為原則選擇恒轉(zhuǎn)矩型變頻器。（2）平方轉(zhuǎn)矩負載對于平方轉(zhuǎn)矩負載，一般以價格低廉、可靠耐用為主要原則，選擇通用型平方轉(zhuǎn)矩變頻器即可。（3）恒功率負載

恒功率運轉(zhuǎn)主要應(yīng)用于卷揚機、機床主軸等。針對恒功率負載選擇變頻器時，要注意以下幾點：1）一般要求負載低速時有較硬的機械特性，才能滿足生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)指標要求，如果控制系統(tǒng)采用開環(huán)控制，可選用具有無轉(zhuǎn)速反饋矢量控制功能的變頻器。2）對于調(diào)速精度和動態(tài)性能指標都有較高要求，以及要求高精度同步運行等場合，可選用帶速度反饋的矢量控制方式的變頻器。

如果控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，則可選用能夠四象限運行、采用U/f控制方式、具有恒轉(zhuǎn)矩輸出功能型變頻器。3.根據(jù)運行環(huán)境選擇變頻器1）溫度

；2）相對濕度；3）抗振性能；4）電磁兼容性

變頻器的電磁兼容性應(yīng)滿足GB/T13926《工業(yè)過程測量和控制裝置的電磁兼容性》的要求。4.根據(jù)相關(guān)參數(shù)選擇變頻器（1）最大瞬時電流選擇變頻器容量的基本原則是：變頻器能正常驅(qū)動負載，在生產(chǎn)工藝所要求的所有轉(zhuǎn)速點均能長期穩(wěn)定運行而不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，且最大負載電流不超過變頻器的額定工作電流。實際上，變頻器都具備一定的過載能力（亦稱過載耐受能力）。變頻器的過載能力一般為1.5

，且允許的過載時間不超過1min。（2）輸出頻率變頻器的最高輸出頻率根據(jù)變頻器的類型的不同而有很大的不同，有50Hz/60Hz、120Hz、240Hz或更高。50Hz/60Hz以在額定速度以下范圍進行調(diào)速運轉(zhuǎn)為目的，適合大容量的通用變頻器采用。最高輸出頻率超過工頻的變頻器多為小容量，工作在50Hz/60Hz以上區(qū)域，由于輸出電壓不變，變頻器輸出頻率為恒功率特性。（3）輸出電壓變頻器的輸出電壓可按電動機額定電壓選定。按國家標準，輸出電壓可分成220V系列和400V系列兩種。（4）加減速時間加減速時間反映電動機加/減速度的快慢，并且影響變頻器的輸出電流。一般情況下，對于短時間的加/減速，變頻器允許達到額定輸出電流的130％~150％，因此，在短時間的輸出轉(zhuǎn)矩也可以增大。（5）電壓頻率比電壓頻率比U/f作為變頻器獨特的輸出特性，表征變頻器輸出頻率與輸出電壓的變化特性，選擇的變頻器具有合適的U/f，可以高效率地利用電動機，如控制風機和泵類負載可以取得顯著的節(jié)能效果。（6）調(diào)速范圍根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇的變頻器必須能覆蓋所需要的速度范圍。因此，變頻器的選擇，要根據(jù)實際情況，做到既能滿足用戶要求，又能保證變頻器整體選擇的經(jīng)濟性。（7）保護結(jié)構(gòu)的選擇變頻器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量大，考慮到散熱的經(jīng)濟性，除小容量變頻器外幾乎都是開啟式結(jié)構(gòu)，采用風扇進行強制冷卻。變頻器設(shè)置場所在室外或周圍環(huán)境惡劣時，最好裝在獨立盤上，采用具有冷卻用熱交換裝置的全封閉式結(jié)構(gòu)。

對于小容量變頻器，在粉塵、油霧多的環(huán)境或者棉絨多的紡織廠也可采用全封閉式結(jié)構(gòu)。（8）電網(wǎng)切換功能的選擇將在工頻電網(wǎng)運轉(zhuǎn)中的電動機切換到變頻器供電運轉(zhuǎn)時，一旦斷掉工頻電網(wǎng)，必須要等電動機完全停止運轉(zhuǎn)以后，才允許將電動機切換到變頻器側(cè)起動。但將電源從工頻電網(wǎng)切換到變頻器時，對于無論如何也不能徹底停止運轉(zhuǎn)的設(shè)備，需要選擇具有電網(wǎng)切換功能（這類功能多為選裝功能，需要額外向變頻器制造商訂購）的變頻器——切換電網(wǎng)后，先使自由運轉(zhuǎn)中的電動機與變頻器達成同步運行狀態(tài)，然后再由變頻器驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)。（9）瞬停再起動功能的選擇當工頻電網(wǎng)發(fā)生瞬時停電而使變頻器停止工作時，在工頻電網(wǎng)恢復(fù)供電后，變頻器一般不能馬上開始工作，需要等電動機完全停止運轉(zhuǎn)之后，變頻器才能再次起動、投入工作。這是因為，變頻器瞬停再起動時，其輸出頻率與電動機的實際轉(zhuǎn)速不匹配，可能會引發(fā)變頻器的過電壓、過電流保護機構(gòu)動作，導致變頻器出現(xiàn)保護性停機。對于需要變頻器連續(xù)工作、不允許出現(xiàn)停機的場合（如生產(chǎn)流水線等），在選用變頻器時，應(yīng)選擇具有瞬停再起動功能的變頻器，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。瞬停再起動功能也屬于變頻器的選裝功能，需要額外向變頻器制造商訂購。（10）起動轉(zhuǎn)矩和低速運轉(zhuǎn)時的輸出轉(zhuǎn)矩當采用變頻器驅(qū)動電動機工作時，若電動機的起動轉(zhuǎn)矩和低速運轉(zhuǎn)時的輸出轉(zhuǎn)矩可能無法滿足生產(chǎn)設(shè)備的實際需求，就需要酌情選擇容量更大的變頻器和電動機，即對變頻器和電動機適度增容，以免出現(xiàn)小馬拉大車的現(xiàn)象。6.3西門子MM440變頻器

西門子公司的標準通用型變頻器主要包括MM4、MM3系列變頻器和電動機變頻器一體化裝置三大類。

其中，MM4系列變頻器包括MM440矢量型通用變頻器、MM430節(jié)能型通用變頻器、MM420基本型通用變頻器和MM410緊湊型通用變頻器四個系列，這也是目前應(yīng)用較為廣泛的變頻器系列。MICROMASTER440通用型變頻器簡稱MM440變頻器，是新一代多功能標準變頻器。MM440變頻器按外形分為A～F、FX和GX8種規(guī)格，其容量范圍為0.12kW～250kW（300HP），采用高性能的矢量控制技術(shù)，具有低速、高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備強大的保護功能，適用面廣。圖6-36MM440變頻器6.3.1技術(shù)規(guī)格

型號含義如圖6-37所示，其具體的技術(shù)規(guī)格見表6-2。圖6-37MM440變頻器的型號含義特性技術(shù)規(guī)格電源電壓與功率范圍1AC200~240VCT：0.12~3.0kW3AC200~240VCT：0.12~45.0kW，VT：5.50~45.0kW3AC380~480VCT：0.37~200kW，VT：7.50~250kW3AC500~600VCT：0.75~75.0kW，VT：1.50~90.0kW輸入/輸出頻率輸入47~63Hz/輸出0~650Hz功率因數(shù)0.95過載能力恒轉(zhuǎn)矩（CT）框架尺寸A~F1.5IN

，持續(xù)60s，間隔300s2.0IN

，持續(xù)3s，間隔300s框架尺寸FX和GX1.36IN

，持續(xù)57s，間隔300s1.6IN

，持續(xù)3s，間隔300s變轉(zhuǎn)矩（VT）框架尺寸A~F1.1IN

，持續(xù)60s，間隔300s1.4IN

，持續(xù)3s，間隔300s框架尺寸FX和GX1.1IN

，持續(xù)59s，間隔300s1.5IN

，持續(xù)1s，間隔300s控制方法V/f控制，輸出頻率0~650Hz（含線性V/f控制，帶磁通電流控制功能（Fluxcurrentcontrol，F(xiàn)CC）的線性V/f控制，拋物線V/f控制，多點V/f控制，適用于紡織工業(yè)的V/f控制，適用于紡織工業(yè)的帶FCC的V/f控制，帶獨立電壓設(shè)定值的V/f控制）矢量控制，輸出頻率0~200Hz（含無傳感器矢量控制，無傳感器矢量轉(zhuǎn)矩控制，帶編碼器反饋的速度控制，帶編碼器反饋的轉(zhuǎn)矩控制）起動沖擊電流小于額定輸入電流固定頻率15個固定頻率，可編程跳轉(zhuǎn)頻率4個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程表6-2MM440變頻器的技術(shù)規(guī)格特性技術(shù)規(guī)格固定頻率15個固定頻率，可編程跳轉(zhuǎn)頻率4個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程設(shè)定值分辨率0.01Hz數(shù)字輸入，0.01Hz串行通信輸入，10位模擬輸入數(shù)字輸入6個，可編程（帶電位隔離功能），可切換為高電平/低電平有效（PNP/NPN）模擬輸入2路，可編程，兩個輸入可以作為第7和第8個數(shù)字輸入進行參數(shù)化。ADC10~10V，0~20mA，－10~＋10V；ADC20~10V，0~20mA繼電器輸出3個，可編程30VDC/5A（阻性負載），250VAC/2A（感性負載）模擬輸入2路，可編程串行接口RS485，可選RS232，可選用PROFIBUS-DP/Device-Net通信模塊。PROFIBUS是過程現(xiàn)場總線（PROcessFIeldBUS）的簡稱。電磁兼容性框架尺寸A~C：可選擇A級濾波器（工業(yè)場合）或B級濾波器（民用或輕工業(yè)場合），符合EN55011標準的要求框架尺寸A~F：帶有內(nèi)置的A級濾波器框架尺寸FX和GX：帶有EMC濾波器（作為選裝件供貨）時，其傳導性發(fā)射滿足EN55011標準中關(guān)于A級標準限定值的要求（必須安裝進線電抗器）制動直流制動，復(fù)合制動，動力制動（框架尺寸A~F：帶有內(nèi)置制動單元；框架尺寸FX和GX：帶有外部制動單元）保護功能欠電壓保護、過電壓保護、過載保護、接地故障保護、短路保護、電動機失步保護、電動機堵轉(zhuǎn)保護、電動機過熱保護、變頻器過熱保護、電動機缺相保護、參數(shù)聯(lián)鎖等表6-2MM440變頻器的技術(shù)規(guī)格（續(xù)）6.3.2電氣原理1.電氣連接MM440變頻器的進線方式有三種，分別為單相220V輸入、三相220V輸入和三相380V輸入，輸出均為三相380V，可根據(jù)實際需要選擇。圖6-38MM440變頻器與外圍器件的電氣連接關(guān)系圖6-39MM440變頻器的結(jié)構(gòu)框圖2．電氣原理圖圖6-40MM440變頻器的電氣原理圖圖6-41MM440變頻器的外部接線端子6.3.3參數(shù)結(jié)構(gòu)

可以在MM440變頻器的操作面板上設(shè)定參數(shù)，實現(xiàn)變頻器的監(jiān)視、控制、通信等功能。MM440變頻器有兩種參數(shù)類型，以字母P開頭的參數(shù)為用戶可改動的參數(shù)；以字母r開頭的參數(shù)為只讀參數(shù)。

以字母P開頭的參數(shù)用于用戶設(shè)定參數(shù)，以字母r開頭的參數(shù)用于監(jiān)控和顯示變頻器的內(nèi)部狀態(tài)值、實際值等數(shù)據(jù)。MM440變頻器的參數(shù)按功能可分為命令數(shù)據(jù)組（CommandDataSet，CDS）和驅(qū)動數(shù)據(jù)組（DriveDataSet，DDS）兩類。

命令數(shù)據(jù)組用于變頻器的控制命令的輸入/輸出；驅(qū)動數(shù)據(jù)組是與電動機、負載相關(guān)的驅(qū)動參數(shù)組。

每個數(shù)據(jù)組有3個獨立設(shè)定值，分別為CDS1、CDS2、CDS3和DDS1、DDS2、DDS3。

這些設(shè)定可用參數(shù)的變址來確定，如命令參數(shù)組的參數(shù)在參數(shù)表中用變址[×]標出。P××××[0]：第1個命令數(shù)據(jù)組（CDS1）P××××[1]：第2個命令數(shù)據(jù)組（CDS2）P××××[2]：第3個命令數(shù)據(jù)組（CDS3）

利用參數(shù)組的變址功能，用戶可以根據(jù)不同的需要，在一個變頻器中設(shè)置多種驅(qū)動和控制配置，并在適當?shù)臅r候根據(jù)需要進行切換，十分方便。

圖6-42所示為參數(shù)組變址應(yīng)用實例。當P0810選擇參數(shù)組0或1時，可以很方便地切換控制源和頻率源。圖6-42參數(shù)組變址應(yīng)用實例6.3.4參數(shù)過濾及用戶訪問等級1．參數(shù)過濾

將變頻器的參數(shù)P0004設(shè)定為2～22中的某值時，可以只過濾（篩選）出與該功能相關(guān)的參數(shù)，詳見表6-3。表6-3P0004設(shè)定的參數(shù)數(shù)據(jù)組選擇設(shè)定值顯示功能設(shè)定值顯示功能0所有參數(shù)10給定值通道和斜坡函數(shù)發(fā)生2驅(qū)動變頻器參數(shù)12驅(qū)動變頻器功能3電動機參數(shù)13電動機開環(huán)/閉環(huán)控制4速度編碼器20通信5工藝應(yīng)用/裝置21故障、報警、監(jiān)控功能7控制命令、數(shù)字量輸入/輸出22PID調(diào)節(jié)器8模擬量輸入/輸出2．用戶訪問等級

變頻器的某些參數(shù)是不允許隨便修改的，為了便于管理，MM440變頻器設(shè)置了4個用戶訪問等級，由參數(shù)P0003進行設(shè)置。

用參數(shù)P0003設(shè)置用戶訪問權(quán)限的等級，相關(guān)參數(shù)只能在相應(yīng)權(quán)限等級下才可以訪問，以避免重要參數(shù)被隨意改動，詳見表6-4。用戶訪問權(quán)限等級用戶訪問權(quán)限P0003=1標準級可以訪問最經(jīng)常使用的參數(shù)，P0003缺省值為1P0003=2擴展級允許訪問擴展參數(shù)P0003=3專家級允許專家使用P0003=4服務(wù)級只供授權(quán)的維修人員使用，具有密碼保護。表6-4用戶訪問權(quán)限等級的劃分6.3.5起動與停車1．起動MM440變頻器的起動由命令源和頻率設(shè)定源控制。1）命令源。圖6-43命令源的設(shè)定方式命令源包括鍵盤、外接控制端、串行通信接口、通訊模板等，其設(shè)定方式如圖6-43所示。2）頻率設(shè)定源。

頻率設(shè)定源包括鍵盤（BOP或AOP）、電動電位器（MOP）、模擬量輸入、固定頻率、串行通信接口、通訊模板等，其設(shè)定方式如圖6-44所示。圖6-44頻率設(shè)定源的設(shè)定方式

命令源信號由參數(shù)P0700定義，頻率設(shè)定源由參數(shù)P1000定義。

變頻器的頻率設(shè)定源可以選擇“主設(shè)定”和“附加設(shè)定”。主設(shè)定值和附加設(shè)定值能獨立地設(shè)定變頻器的頻率。如P1000=12時，變頻器的主設(shè)定為模擬量輸入，附加設(shè)定為鍵盤（電動電位器）輸入，如圖6-45所示。圖6-45頻率設(shè)定源的選擇MM440變頻器常用的頻率設(shè)定方法為主設(shè)定（P1000=1~7）。頻率設(shè)定源和命令源參數(shù)的設(shè)定見表6-5。表6-5頻率設(shè)定源和命令源參數(shù)的設(shè)定頻率設(shè)定源P1000的設(shè)定命令源P0700的設(shè)定設(shè)定值參數(shù)描述設(shè)定值參數(shù)描述0無主設(shè)定、附加設(shè)定0工廠的缺省設(shè)置1鍵盤（電動電位器）1鍵盤（BOP/AOP）輸入2模擬輸入1通道（端子3，4）2端子排輸入（缺省設(shè)定值）3固定頻率4BOP鏈路的USS通訊（RS232）4BOP鏈路的USS通訊（RS232）5COM鏈路的USS通訊（RS485）5COM鏈路的USS通訊（RS485）6PROFIBUS/Fieldbus通訊鏈路的現(xiàn)場總線6CB通訊板7模擬輸入2通道（端子10，11）2．停車MM440變頻器的停車與制動有以下幾種方式：1）OFF1—電動機依減速時間減速并停止。2）OFF2—電動機依慣性自由停車。3）OFF3—電動機依斜坡曲線減速時間快速停車，且可以同時帶有直流制動或復(fù)合制動。4）直流制動。

當接收到OFF1或OFF3停車命令時，變頻器的輸出頻率按OFF1/OFF3的斜坡函數(shù)曲線下降。當輸出頻率達到制動頻率值時，電動機經(jīng)過充分去磁后開始制動（P0347為去磁時間），向電動機注入直流制動電流，電動機快速停止，在制動時間內(nèi)保持電動機轉(zhuǎn)子軸處于靜止狀態(tài)。圖6-46直流制動示意圖

變頻器設(shè)定參數(shù)有：使能直流制動（P1230=1）、直流制動電流（P1232）、制動時間（P1233）、直流制動的起始頻率（P1234）等。如果減速時間太短，則可能出現(xiàn)直流母線過電壓的故障（F0002）。

注意：直流制動僅能用于異步電動機，常用于離心機、電鋸、磨床、運輸機等，不適用于靜止懸掛負載。實施直流制動時，電動機轉(zhuǎn)子軸的機械能轉(zhuǎn)換成熱能，為了避免傳動系統(tǒng)過熱，不能頻繁制動或長時間制動。5）復(fù)合制動。復(fù)合制動是指當接收到OFF1/OFF3停車命令時，變頻器按OFF1/OFF3的斜坡函數(shù)曲線減速，在輸出的交流電上疊加一定的直流，疊加直流電流的強度由額定電流的百分比來確定。

復(fù)合制動主要應(yīng)用于U/f控制方式下的快速停車（如減速時間為1s）以及轉(zhuǎn)動慣量較大的機電傳動系統(tǒng)的“受控制動停車”，其目的是使電動機以更好的動態(tài)減速特性完成停車。6）能耗制動。能耗制動需安裝外部制動電阻。變頻器通過制動單元和制動電阻，將電動機回饋的能量以熱能的形式消耗掉。

對于一些大慣量負載系統(tǒng)，在一定工作狀態(tài)下（如吊車、牽引傳動、皮帶運輸機等帶負載重力下降情況下），電動機將運行于再生方式，電動機的再生能量會回饋到變頻器的直流中間電路上，可能會引起變頻器的直流回路電壓升高。因此，在復(fù)合制動或能耗制動中，可通過設(shè)定參數(shù)P1240=1，起動“直流電壓控制器”功能，對直流回路的電壓進行動態(tài)控制，自動增加斜坡下降時間，避免大慣量負載系統(tǒng)制動時變頻器因直流回路過電壓而發(fā)生保護性跳閘。

能耗制動的相關(guān)參數(shù)有：P1237=1～5（能耗制動的工作停止周期）。6.4基本操作6.4.1基本操作面板（a）狀態(tài)顯示板（SDP）

（b）基本操作板（BOP）

（c）高級操作板（AOP）圖6-47MM440變頻器的人機接口

基本操作面板BOP（BasicOperatorPanel）是MM440變頻器的選裝件，由按鍵和五位LCD顯示器組成，用于設(shè)置變頻器的參數(shù)。顯示器可以顯示參數(shù)號r××××和P××××、參數(shù)值及其單位、報警信息A××××、故障信息F××××以及設(shè)定值、實際值、PID反饋信息等。MM440變頻器在缺省設(shè)定值的情況下，用BOP控制電動機的功能是被禁止的。

如果要用BOP進行控制，控制命令源參數(shù)P0700應(yīng)設(shè)置為1，頻率設(shè)定源參數(shù)P1000也應(yīng)設(shè)置為1。圖6-48基本操作面板BOP6.4.2基于BOP的基本操作1．用BOP設(shè)置參數(shù)

以設(shè)置P1000的第0組參數(shù)為例，設(shè)置參數(shù)P1000［0］=1。通過BOP面板設(shè)置參數(shù)的操作步驟見表6-7。2．變頻器參數(shù)復(fù)位MM440變頻器一般需要經(jīng)過參數(shù)復(fù)位、快速調(diào)試及功能調(diào)試三個步驟進行調(diào)試。

變頻器參數(shù)復(fù)位，是將變頻器的參數(shù)恢復(fù)到出廠時的默認參數(shù)值。在變頻器初次調(diào)試，或者參數(shù)設(shè)置混亂時，需要執(zhí)行該操作。

將變頻器的參數(shù)值復(fù)位到工廠默認設(shè)置值的操作步驟如圖6-49所示。圖6-49MM440變頻器的參數(shù)復(fù)位3．變頻器的快速調(diào)試圖6-50電動機參數(shù)與變頻器的命令源及頻率設(shè)定源的對應(yīng)關(guān)系

快速調(diào)試的基本步驟如圖6-51所示?？焖僬{(diào)試的完整參數(shù)見表6-8。

在完成快速調(diào)試后，變頻器就可以正常驅(qū)動電動機了。

變頻器運行之前，應(yīng)將P0010設(shè)定為0；如果P3900不為0時（0是出廠默認值），P0010自動復(fù)位為0。圖6-51MM440變頻器的快速調(diào)試6.5運行控制6.5.1基于BOP的運行控制1．MM440變頻器的基本參數(shù)（1）最低頻率、最高頻率

最低頻率P1080設(shè)定電動機的最低運行頻率；最高頻率P1082設(shè)定電動機的最高運行頻率。（2）基準頻率

基準頻率參數(shù)P2000用于設(shè)定模擬I/O、PID和串行鏈路控制器等輸入信號所對應(yīng)的滿刻度頻率值，參數(shù)訪問等級為擴展級，默認值為50Hz。（3）斜坡上升、下降時間

斜坡上升時間P1120是指變頻器輸出頻率從0Hz上升到最高頻率P1082所需的時間；斜坡下降時間P1121是指從最高頻率P1082下降到0Hz所需的時間，如圖6-52所示。圖6-52斜坡上升、下降時間P1120設(shè)置過小可能導致變頻器發(fā)生過電流現(xiàn)象；P1121設(shè)置過小可能導致變頻器發(fā)生過電壓現(xiàn)象。

與此相關(guān)的參數(shù)有：點動斜坡上升時間（P1060）、點動斜坡下降時間（P1061）和OFF3斜坡下降時間（P1135）。（4）斜坡圓弧設(shè)定時間

斜坡圓弧設(shè)定的相關(guān)參數(shù)有：斜坡上升曲線的起始段圓弧時間（P1130）、斜坡上升曲線的結(jié)束段圓弧時間（P1131）、斜坡下降曲線的起始段圓弧時間（P1132）、斜坡下降曲線的結(jié)束段圓弧時間（P1133）、平滑圓弧的類型（P1134），參數(shù)訪問等級為擴展級（P0003=2）。圖6-53斜坡圓弧設(shè)定時間2．電動機的BOP起動/停止控制

變頻器的運行控制由命令源P0700及頻率設(shè)定源P1000進行控制。MM440變頻器通過基本操作面板（BOP）上的鍵盤進行起動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、復(fù)位等命令操作，同時通過BOP的增/減鍵設(shè)定電動機的運行頻率。

設(shè)定MM440變頻器的參數(shù)P0700應(yīng)選擇BOP操作方式，變頻器在接通電源時就可通過操作鍵盤來控制變頻器的運行。（1）電動機的BOP正反轉(zhuǎn)控制1）設(shè)定參數(shù)。P0010=0運行準備P0700=1鍵盤輸入：起動/停止P1000=1由鍵盤（電動電位器）設(shè)定頻率P0003=2用戶訪問等級：擴展級P1040=5.00Hz鍵盤（電動電位計）設(shè)定值，默認值5.00Hz2）操作步驟。（參照教材進行操作）（2）電動機的BOP點動控制1）設(shè)定參數(shù)。P0003=2用戶訪問等級：擴展級P0700=1鍵盤輸入：起動/停止P1000=1由鍵盤（電動電位器）設(shè)定頻率P1058=5.00Hz正向點動頻率P1059=5.00Hz反向點動頻率2）操作步驟。（參照教材進行操作）6.5.2基于數(shù)字量的運行控制1．MM440變頻器的數(shù)字量MM440變頻器有6+2個數(shù)字量輸入接口（可將2路模擬量輸入口擴展設(shè)定為2個數(shù)字量輸入接口）和3組數(shù)字量輸出接口。數(shù)字量輸入接口的功能用參數(shù)P0701～P0708設(shè)置，見表6-9。設(shè)置值參數(shù)描述設(shè)置值參數(shù)描述0禁止數(shù)字輸入14MOP（電動電位器）降速（降低頻率）1ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)/停車命令1）15固定頻率設(shè)定值（直接選擇）2ONreverse/OFF1（接通反轉(zhuǎn)/停車命令1）16固定頻率設(shè)定值（直接選擇+ON命令）3OFF2（停車命令2）17固定頻率設(shè)定值[二進制編碼的十進制數(shù)（BCD碼）選擇+ON命令]4OFF3（停車命令3）9故障確認21機旁/遠程控制10正向點動25引入直流制動11反向點動29由外部信號觸發(fā)跳閘12反轉(zhuǎn)33禁止附加頻率設(shè)定值13MOP（電動電位器）升速（升高頻率）99使能BICO參數(shù)化表6-9數(shù)字量輸入接口參數(shù)P0701～P0708的設(shè)置

數(shù)字量輸入可通過參數(shù)P0725選擇PNP或NPN輸入，P0725默認值為PNP輸入，低電平有效；數(shù)字量輸出接口用于顯示變頻器實時狀態(tài)和監(jiān)控外部裝置，如變頻器準備、運行、故障、停車、報警、電動機過載等狀態(tài)監(jiān)視。圖6-54MM440變頻器的數(shù)字I/O口接線圖設(shè)置值參數(shù)描述設(shè)置值參數(shù)描述52.0變頻器準備52.E電動機正向運行52.1變頻器運行準備就緒52.F變頻器過載52.2變頻器正在運行53.0引入直流制動52.3變頻器故障53.1變頻器頻率f_act＞P2167（f_off）52.4OFF2停車命令有效53.2變頻器頻率f_act＞P1080（f_min）52.5OFF3停車命令有效53.3實際電流r0027≥P217052.6禁止合閘53.4實際頻率f_act＞P2155（f_1）52.7變頻器報警53.5實際頻率f_act≤P2155（f_l）52.8設(shè)定值/實際值偏差過大53.6實際頻率f_act≥設(shè)定值52.9PZD（過程數(shù)據(jù)）控制53.7實際直流回路電壓r0026＜P217252.A已達到最高頻率53.8實際直流回路電壓r0026＞P217252.B電動機電流極限報警53.APID控制器輸出r2294=P2292（PID_min）52.C電動機抱閘（MHB）投入53.BPID控制器輸出r2294=P2291（PID_max）52.D電動機過載表6-10數(shù)字量輸出接口參數(shù)P0731～P0733的設(shè)置2．電動機的數(shù)字量正轉(zhuǎn)控制（1）操作步驟圖6-55用接觸器控制MM440變頻器的正轉(zhuǎn)運行電路（主電路）圖6-56用接觸器控制MM440變頻器的正轉(zhuǎn)運行電路（控制電路）（2）設(shè)定參數(shù)P0003=2用戶訪問等級：擴展級P0700=2I/O端子控制P0701=2ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)/停車命令1）P0731=52.3變頻器故障）P1000=2模擬輸入1通道（端子3，4）P1080=20Hz最低頻率P1082＝=50Hz最高頻率P1120=6s斜坡上升時間P1121=6s斜坡下降時間3．電動機的數(shù)字量點動控制圖6-57MM440變頻器的數(shù)字量點動控制設(shè)定參數(shù)：P0003=2用戶訪問等級：擴展級；P0700=2I/O端子控制；P0701=10正向點動；P0702=11反向點動；P1000=1由鍵盤（電動電位器）設(shè)定頻率；P1058=8.00Hz正向點動頻率；P1059=6.00Hz反向點動頻率；P1060=6.00s點動斜坡上升時間；P1061=6.00s點動斜坡下降時間。4．電動機的MOP功能控制MM440變頻器設(shè)有電動電位器（MotorPotentiometer

，MOP）功能。MOP功能模擬電位器，用于設(shè)定變頻器輸出頻率，以實現(xiàn)遠程設(shè)定頻率、遙控加減速的目的。MOP功能可通過操作面板、數(shù)字量輸入及串行通信接口來選擇實現(xiàn)。圖6-58電動機的MOP加減速控制設(shè)定參數(shù)：P0003=2用戶訪問等級：擴展級P0700=2I/O端子控制P0701=1ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)/停車命令1）P0702=13MOP（電動電位器）升速（升高頻率）P0703=14MOP（電動電位器）減速（降低頻率）P1000=1由鍵盤（電動電位器）設(shè)定頻率P1080=20.00Hz最低頻率P1082=50.00Hz最高頻率圖6-58電動機的MOP加減速控制6.5.3基于模擬量的運行控制MM440變頻器有通道1（ADC1）和通道2（ADC2），分別對應(yīng)于模擬量輸入接口AIN1（3、4）和AIN2（10、11）。

每個模擬量輸入通道的輸入類型可用I/O板上的兩個撥碼開關(guān)（又稱DIP開關(guān)）和參數(shù)P0756來選擇。P0756可以設(shè)定是模擬量電壓輸入還是模擬量電流輸入，撥碼開關(guān)的選擇必須與P0756的設(shè)定選擇相一致。

（a）撥碼開關(guān)的位置

（b）撥碼開關(guān)特寫圖6-59模擬量的類型選擇撥碼開關(guān)參數(shù)P0756定義模擬量輸入的類型：P0756=0單極電壓輸入（0～10Ⅴ）P0756=1單極電壓輸入帶監(jiān)控（0～10Ⅴ）P0756=2單極電流輸入（0～20mA）P0756=3單極電流輸入帶監(jiān)控