變頻器原理及應(yīng)用

變頻器原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)步驟一、了解變頻器的發(fā)展與應(yīng)用概況二、掌握變頻器的工作原理三、變頻器系統(tǒng)的選擇四、掌握西門子MM420變頻器的參數(shù)設(shè)置五、變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試第一章變頻器的發(fā)展與應(yīng)用概況※變頻器的概念變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。一、變頻器的產(chǎn)生與發(fā)展

1．變頻器的產(chǎn)生眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速性能好，在很長一段歷史時(shí)期里，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域基本上都是被直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所壟斷。直流調(diào)速系統(tǒng)雖有調(diào)速性能好的優(yōu)勢，但也有一些固有的難以客服的缺點(diǎn)。如直流電機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)不方便，且由于換向的弊端，使其事故率高，無法在大容量的調(diào)速領(lǐng)域中應(yīng)用。

而交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、容易維護(hù)。因此長期以來人們一直努力研究交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：式中：

n：電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

n1：旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

?：電源的頻率，單位為Hz；

p：電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。

從上式可知，要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)從P、s、f三個(gè)分量入手，因此，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式相應(yīng)可分為3種，即變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速。1．)變極調(diào)速

屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速級(jí)數(shù)很少。只適用于特制的籠型異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。2．)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一般適用于線繞型異步電動(dòng)機(jī)或滑差電動(dòng)機(jī)。具體的實(shí)現(xiàn)方法有轉(zhuǎn)子串電阻的串級(jí)調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等等。但隨著s的增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性會(huì)變軟，效率降低。3.

)變頻調(diào)速

通過改變定子繞組供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能。其機(jī)械特性如圖所示。

在諸多交流調(diào)速中，變頻調(diào)速的性能最好。變頻調(diào)速調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高，調(diào)速范圍廣?？梢哉J(rèn)為，變頻調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)的一種非常合理和理想的調(diào)速方法。而變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心控制器件就是變頻器。自從有了變頻器，交流電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域產(chǎn)生了一場深刻的革命，以各種電力電子器件構(gòu)成的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)正在逐步取代著直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。2.變頻器的發(fā)展歷程電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)第一代是由SCR（晶閘管）組成的變頻器功能差、頻率低。第二代是GTO和GTR，變頻器開關(guān)頻率在2kHz以下，PWM技術(shù)開始應(yīng)用，可輸出正弦波電壓和電流，但載波頻率和最小脈寬受限，噪聲大。第三代是MOSFET和IGBT，開關(guān)頻率可達(dá)20kHz以上，PWM調(diào)制的逆變器諧波噪聲大大降低。變頻器功率大，應(yīng)用廣泛。第四代是IPM，具有保護(hù)功能有過流、短路、過壓、欠壓和過熱等，還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。使變頻器的體積、重量和連線大為減少，而功能和可靠性大為提高。3.變頻器的發(fā)展趨勢

經(jīng)過40多年的發(fā)展，電力電子技術(shù)已經(jīng)成為一門多學(xué)科的邊緣技術(shù)，其發(fā)展方向是：高電壓大容量化、高頻化、組件模塊化、小型化、智能化和低成本化。隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展和控制理論的不斷創(chuàng)新，為變頻器的發(fā)展也創(chuàng)造了條件。變頻器的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：（1）數(shù)控化（2）高頻化（3）網(wǎng)絡(luò)智能化（4）高集成化（5）專門化（6）一體化4.我國的變頻器市場需求現(xiàn)狀

交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，運(yùn)行控制方便，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。但在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，由于沒有變頻電源，異步電動(dòng)機(jī)只能工作在不要求變速或?qū)φ{(diào)速性能要求不高的場合。

變頻器的問世為交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速提供了保證，不僅可取代結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，而且原來由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后可節(jié)省大量的能源。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的價(jià)格會(huì)越來越低，掌握變頻器技術(shù)的人員也會(huì)越來越多，變頻器全面推廣應(yīng)用的時(shí)代已經(jīng)來臨。二、變頻器的應(yīng)用變頻調(diào)速是目前最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，在運(yùn)輸業(yè)、石油化工、家用電器、造紙、紡織、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如超導(dǎo)磁懸浮列車、高速鐵路、電動(dòng)汽車；變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、變頻微波爐；軍事通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、宇宙設(shè)備的小型化電源等。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。變頻器在節(jié)能方面的應(yīng)用

風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可以達(dá)到20%～60%變頻器在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用化纖工業(yè)中的卷繞、拉伸、計(jì)量、導(dǎo)絲；玻璃工業(yè)中的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機(jī)、制瓶機(jī)；電弧爐自動(dòng)加料、配料系統(tǒng)以及電梯的智能控制等。變頻器在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用物料傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，它可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長設(shè)備的使用壽命。第二章變頻器的基本工作原理一、變頻器的基本類型

按變頻的原理分類

1）交-交變頻器

按相數(shù)分單相與三相

按環(huán)流情況分有環(huán)流與無環(huán)流

按輸出波形分為方波與正弦波

2）交-直-交變頻器

按儲(chǔ)能方式分為電壓型和電流型

按調(diào)壓方式分為脈幅調(diào)制（PAM）和脈寬調(diào)制（PWM）1.交-交變頻器單相交-交變頻電路由兩組反并聯(lián)的晶閘管整流器構(gòu)成。當(dāng)正組供電時(shí)，負(fù)載上獲得正向電壓；當(dāng)反組供電時(shí)，負(fù)載上獲得負(fù)向電壓。如果在各組工作期間α角不變，則輸出電壓為矩形波交流電壓，如圖

(b)所示。改變正反組切換頻率可以調(diào)節(jié)輸出交流電的頻率，而改變的α大小即可調(diào)節(jié)矩形波的幅值。交-交變頻器在結(jié)構(gòu)上雖然只有一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)所用器件多，總設(shè)備投資大，另外，交-交變頻器的最大輸出頻率為30HZ,其應(yīng)用受到限制。由于交-直-交變頻器中，把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)比較容易控制，并且在電動(dòng)機(jī)變頻后的特性方面比其它方法具有明顯的優(yōu)勢，所以通用變頻器一般采用交－直－交變頻器。2.交-直-交變頻器交-直-交變頻器又成間接變頻器，它是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經(jīng)逆變器將直流電變成頻率和電壓可調(diào)的交流電。根據(jù)儲(chǔ)能方式的不同，分為電壓型和電流型兩種。

1）電壓型變頻器在電壓型變頻器中，整流電路產(chǎn)生的直流電壓，通過電容進(jìn)行濾波后供給逆變電路，由于采用大電容濾波，身上輸出電壓波形比較平直，在理想情況下可看成一個(gè)內(nèi)阻為零的電壓源，逆變電路輸出的電流為矩形波或階梯波。2）電流型變頻器

當(dāng)交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻較大，對(duì)負(fù)載來說基本殺還能是一個(gè)電流源，逆變電路輸出的電流為矩形波。適用于頻繁可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器和大容量的變頻器中。RSTUVW（b）電流源型變頻器RSTUVW（a）電壓源型變頻器C根據(jù)調(diào)壓方式的不同，交直交變頻器又分為脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制兩種。1）脈幅調(diào)制（PAM）是一種改變電壓源的電壓幅值或電流源的電流幅值來控制輸出的方式。2）脈寬調(diào)制

PWM（PulsewidthModulation）通過改變輸出脈沖的占空比來控制輸出電壓的大小。目前使用最多的是占空比按正弦規(guī)律變化的正弦波脈寬調(diào)制方式，即SPWM方式。如圖所示：按變頻器的控制方式分類

1）壓頻比控制變頻器（U/f）

U/f控制即壓頻比控制，它的基本特點(diǎn)是對(duì)變頻器輸出的電壓和頻率同時(shí)進(jìn)行控制，通過保持U/f恒定使電動(dòng)機(jī)獲得所需的轉(zhuǎn)矩特性。這種方法控制電路成本低，多用于精度要求不高的通用變頻器。

U／f控制原理

由公式U1≈E1∝f1ΦM

可知若U1沒有變化，則E1也可認(rèn)為基本不變。如果這時(shí)從額定頻率fN向下調(diào)節(jié)頻率，必將使ΦM增加，即f1↓→ΦM↑。

由于額定工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁通已接近飽和，ΦM增加將會(huì)使電動(dòng)機(jī)的鐵心出現(xiàn)深度飽和，這將使勵(lì)磁電流急劇升高，導(dǎo)致定子電流和定子鐵心損耗急劇增加，使電動(dòng)機(jī)工作不正常。可見，在變頻調(diào)速時(shí)單純調(diào)節(jié)頻率是行不通的。為了達(dá)到下調(diào)頻率時(shí)，磁通ΦM不變，必須讓

常數(shù)，即常數(shù)2）轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器（SF）

轉(zhuǎn)差頻率控制，變頻器通過電動(dòng)機(jī)、速度傳感構(gòu)成速度反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。變頻器的輸出頻率由電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差頻率之和來設(shè)定，從而在達(dá)到調(diào)速控制的同時(shí)也使輸出轉(zhuǎn)矩得到控制。3）矢量控制（VC）

VC的基本思想就是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分解為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵(lì)磁電流）和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的直流分量，并分別加以控制。按用途分類

1）通用變頻器簡易型通用變頻器是一種以節(jié)能為主要目的而簡化了一些系統(tǒng)功能的通用變頻器。它主要應(yīng)用于水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等對(duì)于系統(tǒng)調(diào)速性能要求不高的場合，并具有體積小、價(jià)格低等方面的優(yōu)勢。高性能通用變頻器在設(shè)計(jì)過程中充分考慮了在變頻器應(yīng)用中可能出現(xiàn)的各種需要，并為滿足這些需要在系統(tǒng)軟件和硬件方面都做了相應(yīng)的準(zhǔn)備。

2）專用變頻器高性能專用變頻器高頻變頻器高壓變頻器二、變頻器的工作原理（交-直-交變頻器）

交-直-交變頻器的主電路框圖如圖所示。主電路包括三個(gè)組成部分：整流電路、中間電路和逆變電路。

交-直-交變頻器的主電路框圖

交－直－交變頻器的主電路圖VT1VT3VT5VT2VT4VT6OCAB整流電路濾波電路逆變電路變頻器的主電路－＋UdZA

三相電源ZBZC1、整流電路——交－直部分

整流電路通常由二極管或可控硅構(gòu)成的橋式電路組成。根據(jù)輸入電源的不同，分為單相橋式整流電路和三相橋式整流電路。我國常用的小功率的變頻器多數(shù)為單相220V輸入，較大功率的變頻器多數(shù)為三相380V（線電壓）輸入。

由二極管構(gòu)成的橋式整流電路的輸出電壓的平均值Ud不變，而由可控硅構(gòu)成的橋式整流電路的輸出電壓的平均值Ud連續(xù)可調(diào)。

2、中間環(huán)節(jié)——濾波電路或制動(dòng)電路

1）濾波電路：

根據(jù)貯能元件不同，濾波電路可分為電容濾波和電感濾波兩種。電容濾波電路中，通常用大容量電容對(duì)整流電路輸出電壓進(jìn)行濾波。由于電容量比較大，一般采用電解電容。

二極管整流器在電源接通時(shí)，電容中將流過較大的充電電流(亦稱浪涌電流)，有可能燒壞二極管，必須采取相應(yīng)措施。下圖給出幾種抑制浪涌電流的方式。

a)接入交流電抗b)接入直流電抗c)串聯(lián)充電電阻

由于電容兩端的電壓不能突變，所以用電容濾波就構(gòu)成電壓源型變頻器。

采用大容量電感對(duì)整流電路輸出電流進(jìn)行濾波，稱為電感濾波。由于經(jīng)電感濾波后加于逆變器的電流值穩(wěn)定不變，所以輸出電流基本不受負(fù)載的影響，因而稱為電流型變頻器。2）制動(dòng)電路利用設(shè)置在直流回路中的制動(dòng)電阻吸收電動(dòng)機(jī)的再生電能的方式稱為動(dòng)力制動(dòng)或再生制動(dòng)。圖3-12為制動(dòng)電路的原理圖。制動(dòng)電路介于整流器和逆變器之間，圖中的制動(dòng)單元包括晶體管VB、二極管VDB和制動(dòng)電阻RB。如果回饋能量較大或要求強(qiáng)制動(dòng)，還可以選用接于H、G兩點(diǎn)上的外接制動(dòng)電阻REB。3、逆變電路――直－交部分逆變電路是交－直－交變頻器的核心部分，其中6個(gè)三極管按其導(dǎo)通順序分別用VT1～VT6表示，與三極管反向并聯(lián)的二極管起續(xù)流作用。按每個(gè)三極管的導(dǎo)通電角度又分為120°導(dǎo)通型和180°導(dǎo)通型兩種類型。（1）120°導(dǎo)電型

負(fù)載Z接成Y型（見右圖），給6個(gè)三極管的基極加上合適的控制電壓，使其按下表的要求導(dǎo)通，設(shè)三相負(fù)載完全對(duì)稱，即ZA＝ZB＝ZC＝Z，并設(shè)逆變器的換相在瞬間完成，忽略功率器件的管壓降。（1）120°導(dǎo)電型

在0°～60°范圍內(nèi)VT1、VT6導(dǎo)通，其等效電路如圖所示。

由圖可以求得：

根據(jù)UA、UB、UC可以求得各

線電壓：

在60°～120°范圍內(nèi)VT1、VT2導(dǎo)通，其等效電路如圖所示。由圖可以求得：

根據(jù)UA、UB、UC可以求得各線電壓：同理，可以求得其它各范圍的相電壓和線電壓，根據(jù)這些電壓可以畫出相電壓和線電壓的波形圖如圖所示。（2）180°導(dǎo)通型

若把負(fù)載Z按右圖接成Y型，6個(gè)三極管按下表的要求導(dǎo)通180°，則在各范圍內(nèi)都有3個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通。

在0°～60°范圍內(nèi)VT1、VT5、VT6導(dǎo)通，其等效電路如圖1.1.8所示。由圖可以求得相電壓為：

根據(jù)UA、UB、UC可以求得各線電壓：同理，可以求得其它各范圍的相電壓和線電壓，根據(jù)這些電壓可以畫出相電壓和線電壓的波形圖如圖所示。

若把負(fù)載Z接成△型，6個(gè)三極管仍按上述要求導(dǎo)通120°或180°，負(fù)載兩端的電壓波形可自行分析，不再贅述。

由上述可以看到，逆變電路的輸出電壓為階梯波，雖然不是正弦波，卻是彼此相差120°的交流電壓，即實(shí)現(xiàn)了從直流電到交流電的逆變。輸出電壓的頻率取決于逆變器開關(guān)器件的切換頻率，達(dá)到了變頻的目的。

實(shí)際逆變電路除了基本元件三極管和續(xù)流二極管外，還有保護(hù)半導(dǎo)體元件的緩沖電路，三極管也可以用門極可關(guān)斷晶閘管代替。三、SPWM控制技術(shù)原理

我們期望通用變頻器的輸出電壓波形是純粹的正弦波形，但就目前技術(shù)而言，還不能制造功率大、體積小、輸出波形如同正弦波發(fā)生器那樣標(biāo)準(zhǔn)的可變頻變壓的逆變器。目前技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)的一種方法是：逆變器的輸出波形是一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，這些波型與正弦波等效。

θ1θ2θtδ1δ2δtωtUmsinωt單極式SPWM電壓波形u

等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。如果把一個(gè)正弦半波分作n等份（圖中n等于12，實(shí)際n要大得多），然后把每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的矩形脈沖來代替，脈沖幅值不變，寬度為δt，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等份的中點(diǎn)重合。這樣，有n個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖組成的波形就與正弦波的正半周等效，稱為SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation——正弦波脈沖寬度調(diào)制）波形。同樣，正弦波的負(fù)半周也可以用同樣的方法與一系列負(fù)脈沖等效。這種正、負(fù)半周分別用正、負(fù)半周等效的SPWM波形稱為單極式SPWM波形。

雖然SPWM電壓波形與正弦波相差甚遠(yuǎn)，但由于變頻器的負(fù)載是電感性負(fù)載電動(dòng)機(jī)，而流過電感的電流是不能突變的，當(dāng)把調(diào)制頻率為幾kHz的SPWM電壓波形加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，其電流波形就是比較好的正弦波了。

四、通用變頻器電壓與頻率的關(guān)系

UfnPL額定電壓基頻電壓與頻率之間的關(guān)系為了充分利用電機(jī)鐵心，發(fā)揮電機(jī)轉(zhuǎn)矩的最佳性能，適合各種不同種類的負(fù)載，通用變頻器電壓與頻率之間的關(guān)系如右圖所示。1、基頻以下調(diào)速在基頻（額定頻率）以下調(diào)速，電壓和頻率同時(shí)變化，但變化的曲線不同，需要在使用變頻器時(shí)，根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)設(shè)定。（1）曲線n

對(duì)于曲線n，U/f=常數(shù)，屬于恒壓頻比控制方式，適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。（2）曲線L

曲線L也適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，但頻率為零時(shí)，電壓不為零，在電機(jī)并聯(lián)使用或某些特殊電機(jī)選用曲線L。（3）曲線P

曲線P適合于可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，主要用于泵類負(fù)載和風(fēng)機(jī)負(fù)載。

2、基頻以上調(diào)速

在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從基頻往上增高，但電壓U卻始終保持為額定電壓，輸出功率基本保持不變。所以，在基頻以上變頻調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。

由此可見，通用變頻器屬于變壓變頻(VVVF)裝置，其中VVVF是英文VariableVoltageVariableFrequency的縮寫。這是通用變頻器工作的最基本方式，也是設(shè)計(jì)變頻器時(shí)所滿足的最基本要求。第三章變頻器系統(tǒng)的選擇一、變頻器的外部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部框圖變頻器的外形與結(jié)構(gòu)

l一底座2一外殼3一控制電路接線端子4一充電指示燈5一防護(hù)蓋板

6一前蓋7一螺釘

8一數(shù)字操作面板

9一主電路接線端子

10一接線孔變頻器的原理框圖變頻器與外部連接的端子外部連接的端子1.主電路端子2．控制電路端子二、變頻器的頻率參數(shù)及預(yù)置各種基本頻率參數(shù)

1.給定頻率

2.輸出頻率

3．基準(zhǔn)頻率

4.上限頻率和下限頻率

5.跳躍頻率變頻器的其他頻率參數(shù)

1.點(diǎn)動(dòng)頻率

2.載波頻率(PWM頻率)3.起動(dòng)頻率

4.直流制動(dòng)起始頻率

5.多擋轉(zhuǎn)速頻率給定頻率

用戶根據(jù)生產(chǎn)工藝的需求所設(shè)定的變頻器的輸出頻率。設(shè)置的方法有兩種：一種是通過變頻器的操作面板來輸入頻率的數(shù)字量50；另一種是從控制接線端子上用外部給定（電壓或電流）信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最常見的形式就是通過外接電位器來完成。輸出頻率

輸出頻率即變頻器實(shí)際輸出的頻率?；鶞?zhǔn)頻率

基準(zhǔn)頻率也叫基本頻率，一般以電動(dòng)機(jī)的額定頻率作為基準(zhǔn)頻率的設(shè)定值。

基準(zhǔn)電壓是指輸出頻率到達(dá)基準(zhǔn)頻率時(shí)變頻器的輸出電壓，基準(zhǔn)電壓通常取電動(dòng)機(jī)的額定電壓。上限頻率和下限頻率上限頻率和下限頻率是指變頻器輸出的最高、最低頻率。根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)所帶的負(fù)載不同，有時(shí)要對(duì)電動(dòng)機(jī)的最高、最低轉(zhuǎn)速給予限制，以報(bào)紙拖動(dòng)系統(tǒng)的安全和產(chǎn)品的質(zhì)量，另外，由操作面板的誤操作引起的頻率過高和過低，設(shè)置上限頻率和下限頻率可起到保護(hù)作用。當(dāng)變頻器的給定頻率高于上限頻率或是低于下限頻率時(shí)，變頻器的輸出頻率將被限制在上限或下限頻率。跳躍頻率跳躍頻率也叫回避頻率，是指不允許變頻器連續(xù)輸出的頻率。由于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)是和轉(zhuǎn)速有關(guān)系的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)調(diào)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的頻率和它的固有頻率一致時(shí)就會(huì)發(fā)生諧振，此時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)備的損害是非常大的。點(diǎn)動(dòng)頻率點(diǎn)動(dòng)頻率是指變頻器在點(diǎn)動(dòng)時(shí)的給定頻率。載波頻率（PWM頻率）

起動(dòng)頻率

直流制動(dòng)起始頻率

多檔轉(zhuǎn)速頻率三、變頻器的主要功能及預(yù)置一）運(yùn)行功能1.加速時(shí)間

指工作頻率從0Hz升至基本頻率fb所需要的時(shí)間，給定加速時(shí)間的基本原則是在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流不超過允許值的前提下，盡量地縮短加速時(shí)間。

2.加速模式

根據(jù)各種負(fù)載的不同要求，給出了各種不同的加速曲線(模式)供用戶選擇。常見的曲線有線性方式、S形方式和半S形方式等。

3.減速時(shí)間

輸出頻率從基本頻率fb減至0Hz所需的時(shí)間，減速時(shí)間的給定方法同加速時(shí)間一樣，其值的大小主要考慮系統(tǒng)的慣性。4.減速模式

減速模式設(shè)置與加速模式相似，也有線性和S形、半S形等幾種方式。5.多功能端子

多功能端子的功能由用戶可根據(jù)需要通過功能代碼進(jìn)行設(shè)置，以節(jié)省變頻器控制端子的數(shù)量。6.程序控制

也稱簡易PLC控制。對(duì)于一個(gè)需要多擋速操作的拖動(dòng)系統(tǒng)來說，多擋速的選擇可用外部控制來切換，也可依靠變頻器內(nèi)部定時(shí)器來自動(dòng)執(zhí)行。二）優(yōu)化特性功能及預(yù)置1.節(jié)能功能

很多變頻器都提供了自動(dòng)節(jié)能功能，只需用戶選擇“用”，變頻器就可自動(dòng)搜尋最佳工作點(diǎn)，以達(dá)到節(jié)能的目的。2.PID控制功能

給定信號(hào)與反饋信號(hào)相比較的偏差值，經(jīng)過P、I、D調(diào)節(jié)，變頻器通過改變輸出頻率，迅速、準(zhǔn)確地消除拖動(dòng)系統(tǒng)的偏差，回復(fù)到給定值。3．自動(dòng)電壓調(diào)整

當(dāng)遇到輸入電壓降低時(shí)，變頻器會(huì)適當(dāng)提高其輸出電壓，以保證電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力不變。4．瞬間停電再起動(dòng)

是在發(fā)生瞬時(shí)停電又復(fù)電時(shí)，使變頻器仍然能夠根據(jù)原定的工作條件自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。5.電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整

很多變頻器都提供了電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整功能，對(duì)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行測試。6.變頻器和工頻電源的切換三）、變頻器的保護(hù)功能及預(yù)置1．過電流保護(hù)

過電流是指變頻器的輸出電流的峰值超出了變頻器的容許值。由于逆變器的過載能力很差，大多數(shù)變頻器的過載能力都只有150％，允許遲續(xù)時(shí)間為1min。因此變頻器的過電流保護(hù)，就顯得尤為重要。2．電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)

當(dāng)變頻器的輸出電流大于過載保護(hù)電流，在超過時(shí)限后過載電流仍然存在，則變頻器將跳閘，停止輸出。3.過電壓保護(hù)

電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，若減速時(shí)間設(shè)置得太短，或是由于電源系統(tǒng)的浪涌電壓都可以引起的過電壓。對(duì)于電源過電壓的情況，規(guī)定：電源電壓的上限一般不能超過電源電壓的10％。如果超過該值，變頻器將會(huì)跳閘。4.欠電壓保護(hù)和瞬間停電的處理

當(dāng)電網(wǎng)電壓過低時(shí)，會(huì)引起變頻器中間直流電路的電壓下降，從而使變頻器的輸出電壓過低并造成電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足和過熱現(xiàn)象。欠電壓保護(hù)的作用就是在變頻器的直流中間電路出現(xiàn)欠電壓時(shí)，使變頻器停止輸出。

四、變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路及電器選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路是指從交流電源到負(fù)載之間的電路。1、斷路器

變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路是指從交流電源到負(fù)載之間的電路。1.斷路器的功能

1)隔離作用;2)保護(hù)作用2.斷路器的選擇

低壓斷路器的額定電流IQN應(yīng)選：

IQN

≥

（1.3～1.4）IN（8-2）式中IN

——

變頻器的額定電流。

在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的切換控制的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)電流來進(jìn)行選擇：

IQN

≥2.5IMN（8-3）式中IMN

——

電動(dòng)機(jī)的額定電流。2電磁接觸器

電磁接觸器的功能是在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)切斷主電源，并防止掉電及故障后的再起動(dòng)。

1)輸入側(cè)接觸器的選擇IKN≥IN

（8-4）

2)輸出側(cè)接觸器的選擇IKN≥1.1IMN

（8-5）

3）工頻接觸器的選擇工頻接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，其觸點(diǎn)電流通?？砂措妱?dòng)機(jī)的額定電流再加大一個(gè)擋次來選擇。3輸入交流電抗器輸入交流電抗器可抑制變頻器輸入電流的高次諧波，明顯改善功率因數(shù)。輸入交流電抗器為另購件，在以下情況下應(yīng)考慮接入交流電抗器：①變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10﹕1以上；②同一電源上接有晶閘管變流器負(fù)載或在電源端帶有開關(guān)控制調(diào)整功率因數(shù)的電容器；③三相電源的電壓不平衡度較大（≥3%）；④變頻器的輸入電流中含有許多高次諧波成分，這些高次諧波電流都是無功電流，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)降低到0.75以下⑤變頻器的功率＞30kW。4無線電噪聲濾波器

濾波器就是用來削弱這些較高頻率的諧波電流，以防止變頻器對(duì)其他設(shè)備的干擾。濾波器主要由濾波電抗器和電容器組成。

a)輸入側(cè)濾波器b)輸出側(cè)濾波器c)濾波電抗器的結(jié)構(gòu)

圖8-30無線電噪聲濾波器

各相的連接線在同一個(gè)磁心上按相同方向繞4圈(輸入側(cè))或3圈(輸出側(cè))構(gòu)成。需要說明的是：三相的連接線必須按相同方向繞在同一個(gè)磁心上，這樣，其基波電流的合成磁場為0，因而對(duì)基波電流沒有影響。5制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元

制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元的功能是當(dāng)電動(dòng)機(jī)因頻率下降或重物下降(如起重機(jī)械)而處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，避免在直流回路中產(chǎn)生過高的泵生電壓。

1.制動(dòng)電阻RB的選擇

1）電阻值大小的選擇

RB=UDH/2IMN～UDH/IMN

（8-6）式中

UDH——直流回路電壓的允許上限值(V)，在我國，UDH≈600V。

2)電阻的功率PB

（8-7）式中

γ

——

修正系數(shù)。

2.制動(dòng)單元VB

一般情況下，只需根據(jù)變頻器的容量進(jìn)行配置即可。6直流電抗器

直流電抗器除了提高功率因數(shù)外，還可削弱在電源剛接通瞬間的沖擊電流。如果同時(shí)配用交流電抗器和直流電抗器，則可將變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)提高至0.95以上。

圖8-31直流電抗器的外形五、變頻器系統(tǒng)的控制電路1變頻器控制電路的主要組成

為變頻器的主電路提供通斷控制信號(hào)的電路，稱為控制電路。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器開關(guān)器件的開關(guān)控制和提供多種保護(hù)功能?？刂品绞接心M控制和數(shù)字控制兩種。目前已廣泛采用了以微處理器為核心的全數(shù)字控制技術(shù)，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件完成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計(jì)算能力強(qiáng)和軟件控制靈活性高的特點(diǎn)。2正轉(zhuǎn)控制電路

圖8-34由繼電器控制的正轉(zhuǎn)運(yùn)行電路3正、反轉(zhuǎn)控制

圖8-35三位旋鈕開關(guān)控制正、反轉(zhuǎn)電路繼電器控制的正、反轉(zhuǎn)

圖8-36繼電器控制的正反轉(zhuǎn)電路4變頻與工頻切換的控制電路

圖8-38變頻與工頻切換的控制電路第四章、西門子MM420變頻器參數(shù)設(shè)置詳見講義或說明書第五章、變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝調(diào)試一、龍門刨床工作臺(tái)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、PLC控制變頻器的工頻與變頻切換三、變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用項(xiàng)目3變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用傳統(tǒng)的供水方式一、恒壓供水的意義所謂恒壓供水是指當(dāng)用戶用水量發(fā)生變化時(shí)供水壓力自動(dòng)地保持恒定，其主要意義是：1、提高供水的質(zhì)量用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水壓力上，即用水多而供水少則壓力低；用水少而供水多則壓力大。保持供水的壓力恒定可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水質(zhì)量。2、節(jié)約能源用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分明顯。3、起動(dòng)平穩(wěn)起動(dòng)電流可以限制在額定電流以內(nèi)，從而避免起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，對(duì)于比較大的電機(jī)，可省去降壓起動(dòng)的裝置。4、可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)電機(jī)在全壓下起動(dòng)時(shí)，在很短的起動(dòng)時(shí)間里，管道內(nèi)的流量從零增大到額定流量，液體流量十分急劇的變化將在管道內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)過高或過低的沖擊力，壓力沖擊管壁將產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般，故稱水錘效應(yīng)。采用了變頻調(diào)速后，可以根據(jù)需要，設(shè)定升速時(shí)間和降速時(shí)間，使管道系統(tǒng)內(nèi)的流量變化率減小到允許范圍內(nèi)，從而達(dá)到完全徹底地消除水錘效應(yīng)的目的。二、恒壓供水的主電路

通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置兩臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)開2臺(tái)，供水量少時(shí)開1臺(tái)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，為節(jié)省設(shè)備投資，一般采用1臺(tái)變頻器控制2臺(tái)電機(jī)，主電路如圖所示，圖中沒有畫出用于過載保護(hù)的熱繼電器?？刂七^程為：用水少時(shí)，由變頻器控制電動(dòng)機(jī)M1進(jìn)行恒壓供水控制，當(dāng)用水量逐漸增加時(shí)，M1的工作頻率亦增加，當(dāng)M1的工作頻率達(dá)到最高工作頻率50Hz，而供水壓力仍達(dá)不到要求時(shí)，將M1切換到工頻電源供電。同時(shí)將變頻器切換到電動(dòng)機(jī)M2上，由M2進(jìn)行補(bǔ)充供水。當(dāng)用水量逐漸減小，即使M2的工作頻率已降為0Hz，而供水壓力仍偏大時(shí)，則關(guān)掉由工頻電源供電的M1，同時(shí)迅速升高M(jìn)2的工作頻率，進(jìn)行恒壓控制。如果用水量恰巧在一臺(tái)泵全速運(yùn)行的上下波動(dòng)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)供水系統(tǒng)頻繁切換的狀態(tài)，這對(duì)于變頻器控制元器件及電機(jī)都是不利的。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，可設(shè)置壓力控制的“切換死區(qū)”。如所需壓力為0.3Mpa，則可設(shè)定切換死區(qū)范圍為0.3～0.35Mpa?？刂品绞绞钱?dāng)M1的工作頻率上升到50Hz時(shí)，如壓力低于0.3Mpa，則進(jìn)行切換，使M1全速運(yùn)行，M2進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)用水量減少，M2已完全停止，但壓力仍超過0.3Mpa時(shí)，暫不切換，直至壓力超過0.35Mpa時(shí)再行切換。另外，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)可以用兩臺(tái)變頻器分別控制，也可以用一臺(tái)容量較大的變頻器同時(shí)控制。前者機(jī)動(dòng)性好，但設(shè)備費(fèi)用較貴，后者控制較為簡單。多臺(tái)電動(dòng)機(jī)使用一臺(tái)變頻器的切換方式與上類似。三、采用PID調(diào)節(jié)的控制方案下圖是采用了PID調(diào)節(jié)的恒壓供水系統(tǒng)控制線路示意圖：圖中，供水壓力由壓力變送器轉(zhuǎn)換成電流量或電壓量，反饋到PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器將壓力反饋信號(hào)與壓力給定信號(hào)相比較，并經(jīng)比例（P）、積分（I）、微分（D）諸環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)后得到頻率給定信號(hào)，控制變頻器的工作