第3章通用变频器原理及功能

1、第第3章章 通用变频器原理及功能通用变频器原理及功能交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，结构简单、制造容易、价格便宜、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、很少维修、使用环境及结构发展不受限制。但以前受科技发展限制，交流电动机调速的问题未能较好的解决，只有一些调速性能差、低效高耗能的调速方法。现在随着技术发展，交流调速的问题已得到很好的解决，正逐步取代直流调速系统，在电气传动领域占据统治地位。 3.1.1 交流电机调速方法交流电机调速方法 交流电机(同步/异步)最好的调速方法 变变频调速频调速。同步电机转速：异步电机转速：通过改变电源频率(供电电压也随之变化)实现的速度调节过程称为变频调速变频调速。

2、 pfnns600)1 ()1 (600snspfns3.1 交交-直直-交变频调速基本原理交变频调速基本原理 变频调速的装置称为变频器变频器。集电力电子功率变换器与控制器及电量检测器于一体。3.1.2 变频交流调速相关技术变频交流调速相关技术PWM控制技术 矢量变换控制技术 直接转矩控制技术 微型计算机控制技术及集成电路技术 网络通信与现场总线技术 3.1.3 交交-直直-交变频器的基本电路交变频器的基本电路变频器主电路变频器控制电路 3.1.4 三相电压型逆变器基本工作原理三相电压型逆变器基本工作原理 三相电压型逆变器基本电路三相电压型逆变器基本电路 每隔60电角度改变开关状态，一个周期共

3、换相六次，对应六个不同的工作状态(六拍)。根据功率开关的导通持续时间不同，分为：180导电型120导电型180导电型逆变器的电压波形导电型逆变器的电压波形 特点：每只功率开关导通时间皆为180。按SlS6的顺序导通每个工作状态下都有三只功率开关同时导通，形成三相负载同时通电。 工作状态（拍）工作状态（拍）每个工作状态下被导通的功率开关每个工作状态下被导通的功率开关状态状态（060）S1S5S6状态状态（60120）S1S2S6状态状态（120180）S1S2S3状态状态（180240）S2S3S4状态状态（240300）S3S4S5状态状态（300360）S4S5S61 234 5 6 1负载

4、相电压：以状态为例，此时功率开关S1、S5、S6导通。dCACABCACAdCOAOUzzzzzzzzzUuu31dCACABBdBOUzzzzzzUu32负载线电压 BOAOABuuuCOBOBCuuuAOCOCAuuu状态1线电压 uAB=Ud uBC=-Ud uCA=0 120导电型逆变器的电压波形导电型逆变器的电压波形 特点：每只功率开关导通时间皆为120。按SlS6的顺序导通每个工作状态下都有两只功率开关同时导通，形成两相负载同时通电。换流在相邻桥臂中进行，安全安全。相电压波形为矩形波，幅值为Ud/2；线电压为梯形波，幅值为Ud 。电压输出低电压输出低。1 2 3 4 5 6 1六脉

5、波方式谐波成分比较大，会影响电动机转速的平稳；电动机是感性负载，电源频率降低时，感抗减小，如果电源电压不变电流将增加，会造成过电流，因此变频的同时还需改变电压的大小变频的同时还需改变电压的大小。实现变压变频控制，可采用可控整流方法，在逆变器变频的同时，改变直流环节电压大小，即脉冲脉冲幅度调制幅度调制(PAM)。脉宽调制脉宽调制(PWM)控制方式在直流环节电压不变情况下，可改变输出电压的大小，还能改善波形。目前中小功率的逆变电路几乎不采用PAM，而都采用PWM技术。 3.1.5 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制技术控制技术 利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实

6、现变压、变频控制并且消除谐波的技术。交流调速中，为使输出电压或电流波形接近于正弦波形，所采用的PWM技术正弦正弦PWM (SPWM)电压SPWM电流SPWM磁通SPWM(电压空间矢量PWM,SVPWM)1.电压正弦波脉宽调制法的基本思想电压正弦波脉宽调制法的基本思想 冲量相等而形状不同窄脉冲加在具有惯性环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术以该理论为基础，对半导体开关器件通断进行控制，在输出端得到一系列幅值相等而宽度可以按一定规律变化的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其它所需要波形。 按一定规则对各脉冲宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压大小，也可改变输出频率。这一系列脉冲宽度可以用计算方法

7、求得，但较为实用的方法是采用“调制调制”方法方法。 2. 电压正弦波脉宽调制法的工作原理电压正弦波脉宽调制法的工作原理 调制波调制波(Modulating wave): 所希望的正弦波形ur 载波载波(Carrier wave): 用以调制的等腰三角波uc，以频率比调制波高得多。urucuOw wt图6-5urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud基本思想基本思想：等腰三角波与正弦波曲线在相交时刻产生控制信号，用来控制功率开关器件的通断，得到一组等幅但脉冲宽度正比于对应区间正弦波曲线函数值的矩形脉冲。改变参考信号ur幅值，脉宽随之改变，逆变器输出电压大小改变；改变ur频率，输出电压频率随之

8、改变。一般，参考信号参考信号ur幅值须小于三角波幅值幅值须小于三角波幅值，否则无法得出输出电压大小和频率的配合关系。 3. 单极性与双极性单极性与双极性SPWM调制模式调制模式 单极性三角波调制法单极性三角波调制法 参加调制的三角载波和调制正弦波在半个周期内极性不变。单极性调制时，逆变器在正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断。单相逆变器可以采用。 双极性三角波调制法双极性三角波调制法 参加调制的三角载波和调制正弦波在任何时候都具有正负极性变化 。双极性调制时，逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，互补工作。容易引起电源短路，必须增加延时触发装置三相逆变电路常用此方法。图 6-6u

9、rucuOwtOwtuouofuoUd-Ud多电平电压源型逆变器多电平电压源型逆变器 在高电压、大容量交-直-交电压源型变频器，为减少开关损耗和开关承受电压，改善输出电压波形、减少转矩脉动，采用增加直流侧电平的方法。三电平逆变器(NPC) 相电压相电压P状态状态：VT1、VT2导通，VT3、VT4关断时，输出相电压为+E/2N状态状态：VT3、VT4导通，VT1、VT2关断时，输出相电压为E/2C状态状态：VT2和D1导通，或VT3和D2导通，输出电压为0 3个电平线电压线电压相电压相加减，得出5个电平即E/2、E和0 电平的增加可使输出电压更接近正弦 一般规定：每相的开关状态只能从P到C、C

10、到N，或者从N到C、C到P，不能直接从P到N或者从N到P；这种电路直通误触发的危险性很小，适宜于大功率。 SPWM变频器电路原理 主电路主电路控制电路控制电路3.2 不同控制方式的交不同控制方式的交-直直-交变频调速系统交变频调速系统 早期的通用变频器大多为开环恒压频比(V/f=常数)控制方式。针对开环恒压频比控制方式的改进：电压空间矢量控制法、频率补偿控制法、引入电压和电流闭环控制等。 矢量控制西门子直接转矩控制ABB、安川3.2.1 恒压频比控制的变压变频调速系统恒压频比控制的变压变频调速系统 1. 恒压频比控制方式恒压频比控制方式 气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势有效值ES为NS为定子

11、每相绕组串联匝数；KS为基波绕组系数；m为电机气隙中每极合成磁通最大值如果仅减小频率，其他不变，磁通增大，铁芯饱和，绕组电流过大，烧坏电机。保证m=Const故当频率fS从额定值(基频)向下(降低)调节时，必须同时降低ES，即mSSSSKNfE44. 4CmSSScfEES /fS为常数的机械特性然而感应电动势ES难以检测和控制，实际可以检测和控制的是定子电压US。定子回路相量方程当定子频率较高时，感应电动势ES也较大，此时可忽略定子阻抗压降，认为定子相电压USES，为此在实际工程中是以US代替ES而获得电压与频率之比为常数的恒压频比控制方程式，即 )2(2SSSSSmmSSSSILfjIRI

12、LfjIZEUCcfUmSSSUS0ISRSUSUSNfSfSN 恒压频比控制特性恒压频比控制成立的前提是忽略定子阻抗压降，是在fS较小时，ES也较小，定子阻抗压降比重增大，不能忽略。为了让此控制方式在低频也能应用，实际中根据负载电流大小把定子相电压US适当抬高，以补偿定子阻抗压降的影响。通过补偿，电动机的最大转矩得以提升，通常把补偿措施也称之为转矩提升转矩提升(Torque Boost) 基频以下机械特性基频以下机械特性补偿量需适中。如果补偿偏小(欠补偿)，磁通量下降，低频时电动机会有堵转现象；如果补偿偏大(过补偿)，磁通量上升，电动机有过电流的危险。 2. 基频以上变频控制方式基频以上变频

13、控制方式 电压不允许超过额定电压，否则损坏绝缘。恒压频比控制方式只适用于基频(额定频率)及以下的变频调速。基频以上只能保持电压不变，f1越高，转速升高，m越弱(恒压弱磁升速恒压弱磁升速)。相当于直流电机弱磁调速。异步电动机调速时控制特性3. 恒转矩控制和恒功率控制恒转矩控制和恒功率控制 (1) 恒转矩控制恒转矩控制含义负载具有恒转矩特性 电动机在速度变化的动态过程中具有输出恒定转矩的能力基频以下的恒压频比控制基频以下的恒压频比控制属于恒转矩控制恒转矩控制。(2) 恒功率控制恒功率控制含义负载具有恒功率的转矩-转速特性 电机具有输出恒功率能力 基频以上的恒压频比控制基频以上的恒压频比控制属于恒功

14、率控制恒功率控制。基频以下和以上集合在一起的机械特性3.2.2 矢量控制的调速系统矢量控制的调速系统恒压频比控制恒压频比控制基于异步电动机静态数学模型，只控制了被控变量的幅值，而没有控制到相位，虽然基本解决了异步电动机平滑调速的问题，获得良好的静态性能，但在动态过程中不能获得良好的动态响应。低频特性差，启动及低速时转矩动态响应等方面的性能不令人满意。直流电动机双闭环调速系统具有优良的静、动态调速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机电磁转矩能够容易而灵活地进行控制。 1971年德国学者Blaschke等人首先提出的矢矢量变换控制量变换控制(TransVector Control)实现

15、了这种控制思想。矢量变换控制成功地解决了交流电动机电磁转矩的有效控制，使交流电动机变频调速系统具有了直流调速系统的全部优点，是当今工业生产中得到普遍应用的高性能交流调速系统。1. 直流电动机和异步电动机的电磁转矩控制直流电动机和异步电动机的电磁转矩控制 在机电传动系统的运动方程由上式，转速是通过电磁转矩来改变的。机电传动系统动态特性的好坏，除了受系统的转动惯量影响外，取决于电动机电磁转矩的控制性能。如能实现电动机电磁转矩的直接快速控制，将会大大提高传动系统的动态特性。 dtdnGDTTLe37522. 直流电动机的电磁转矩控制直流电动机的电磁转矩控制 直流电动机的优异的调速性能是因为具备了如下

16、三个条件：磁极固定在定子机座上，在空间产生一个稳定直流磁场。则电枢磁势的轴线与主极磁场轴线垂直，与交轴重合。电枢磁势保持与磁场相垂直时，最能有效产生转矩。 励磁电流和电枢电流在各自回路中，两者各自独立，互不影响，分别可单独调控。直流电动机的电磁转矩公式 直流电动机的电磁转矩具有控制容易而又灵活的特点。adMDedICT3. 异步电动机的电磁转矩控制异步电动机的电磁转矩控制 任何电动机产生电磁转矩在本质上都是电机内部两个磁场相互作用的结果。异步电动机的电磁转矩公式为rrmMCssmMCedFCFCTsinsin异步电动机的电磁转矩控制比直流电动机的电磁转矩控制复杂得多，主要表现在：异步电机定子磁

17、势、转子磁势及合成的气隙磁势均是以同步角速度在空间旋转的矢量。定子磁势和气隙磁势之间的夹角s不等于90 转子磁势与气隙磁势之间的夹角r也不等于90 如果m、Fr的模值为已知，还需知道它们空间矢量的夹角r，才可求出电磁转矩。 异步电动机的电磁转矩公式还可写为异步电动机电磁转矩是气隙磁场和转子磁势相互作用的结果，且受转子电路功率因数的制约。 m ，Ir ，cosr都是转差率S的函数；m是定子磁势和转子磁势合成产生的，并不恒定；对于笼形异步电动机而言可以直接测量和进行控制的量是定子电流iS，它是转子电流ir的归算值ir与励磁电流im的和。如要对转矩进行有效控制，必须要将ir和im从is中分离出来。

18、rrmIMedICTcos直流电机的电磁转矩关系简单，容易控制；交流电机的电磁转矩关系复杂，难以控制。但交、直流电动机产生转矩的规律有着共同的基础，通过等效变换，可以将交流电机转矩控制转化为直流电机转矩控制的模式，从而解决控制交流电机的困难。 4.矢量控制的基本思想矢量控制的基本思想 由异步电动机磁势、磁通空间矢量图可见，通过控制定子磁势Fs的模、或控制转子磁势Fr的模及其他们的空间位置，就能达到控制电机转矩的目的。控制Fs或Fr的模值，可以通过控制各相电流的幅值来实现，而空间位置可以通过控制各相电流的瞬时相位来实现。因此，只要能实现对异步电动机定子各相电流的瞬时控制，就能对异步电动机转矩的实

19、施有效控制。异步电动机三相对称定子绕组中，通入对称的三相正弦交流电流iA，iB，iC时，则形成三相基波合成旋转磁势。 产生旋转磁场不一定非要三相绕组不可，除单相外任意多相对称绕组，通入多相对称正弦电流，均能产生旋转磁场位置互差90的两相定子绕组，当通入两相对称正弦电流时，也产生旋转磁场。如果该两相绕组旋转磁场大小、转速及转向与三相绕组所产生的旋转磁场完全相同，则两套交流绕组等效。三相交流绕组中的正弦电流iA、iB、iC与两相交流绕组中的正弦交流电流i、i间必存在确定的变换关系。ABC1iAi iAi11ABC两绕组分别通入直流电，如果人为地使这两个绕组旋转起来，则也可产生旋转磁场。若使旋转磁场

20、的大小、转速和转向与两相交流绕组及三相交流绕组产生的旋转磁场均相同，则M-T直流绕组与-交流绕组及A-B-C交流绕组等效。这时-交流绕组中的交流电流与M-T直流绕组中的直流电流iM、iT之间必存在着确定的变换关系 iAi2MTMT12iAi 直流电动机的励磁绕组是空间上固定的直流绕组，而电枢绕组是旋转的绕组，但其磁势在空间上方向固定，称为“伪静止绕伪静止绕组组” 。直流电机的励磁绕组和电枢绕组就可以用空间上互差90的直流绕组来等效。当观察者站在M-T绕组上与其一起旋转，他所看到的就是一台直流电机。M绕组即励磁绕组，T绕组即电枢绕组，M绕组中的直流电流iM称为励磁电流分量，T绕组中的直流电流iT

21、称为转矩电流分量。 由于-两相交流绕组又与A-B-C三相交流绕组等效，故M-T直流绕组与A-B-C交流绕组等效。 M-T直流绕组中的电流iM、iT与三相电流iA、iB、iC之间必存在着确定关系，ABC122MTiAAiAi除了规定M-T两轴的垂直关系和旋转角速度，还需对M-T轴坐标系的取向加以规定。选择特定的同步旋转坐标系，即确定M-T轴坐标系的取向，称为定向。选择电机某个旋转磁场的轴作为该同步旋转坐标轴，称为磁场定向(Field Orientation)。对于异步电动机矢量控制系统，磁场定向轴的选择有三种：转子磁场定向气隙磁场定向定子磁场定向 选择按转子磁场定向转子磁场定向即将M轴取为转子全

22、磁链矢量r 的轴。转子磁链仅由定子电流励磁分量iM产生，与转矩分量iT无关，从这个意义上看，定子电定子电流的励磁分量与转矩分量是解耦的。流的励磁分量与转矩分量是解耦的。TM按转子磁场定向后的等效直流电机按转子磁场定向后的等效直流电机MT异步电机坐标变换结构图3/2VR等效直流等效直流电机模型电机模型ABCw iAiBiCitimii异步电动机异步电动机3/2三相三相/两相变换两相变换; VR同步旋转变换同步旋转变换; M轴与轴与 轴（轴（A轴）的夹角轴）的夹角 矢量变换控制过程框图由于将直流标量作为原始的控制量，再将其变换成交流量去控制交流电机，变换是通过矢量坐标变换实现的，故称为矢量变换控制

23、系矢量变换控制系统统(TransVector Control System)，通常简称为矢量控制系统矢量控制系统(Vector Control System，VC系统)。因为需要进行磁场的定向，故矢量控制系统也称为磁场定向控制磁场定向控制系统。按转子全磁链(全磁通)定向的异步电动机矢量控制系统称为异步电动机按转子磁链按转子磁链(磁通磁通)定向的矢量控制系统定向的矢量控制系统。具体定向计算中要用到转子磁链矢量的模r及磁场定向角(M轴与轴的夹角)，而这两个量都难以直接测量，只能建立转子磁链观转子磁链观测模型，测模型，通过容易检测的物理计算观测。目前实际应用的矢量控制系统，是通过检测电机的、及等物理

24、量，利用转子磁链观测模型转子磁链观测模型，实时计算转子磁链的模和空间位置。矢量控制系统的基本结构w控制器控制器VR-12/3电流控制电流控制变频器变频器3/2VR等效直流等效直流电机模型电机模型+i*mi*t wsi*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiimit反馈信号异步电动机给定信号 5. 带转矩内环的转速、磁链闭环异步电动机带转矩内环的转速、磁链闭环异步电动机矢量控制系统矢量控制系统6. 无速度传感器的矢量控制系统无速度传感器的矢量控制系统 要达到高精度的转速闭环控制及磁场定向的需要，必不可少的要在电机轴上安装速度传感器，反馈实际转速信号。但许多场合不允许外装任何速度和位置检测元件。随

25、着交流调速系统的发展和实际应用需要，国内外展开了无速度传感器的交流调速系统研究，成为交流调速技术一个重要的应用研究领域。无速度传感器调速系统无速度传感器调速系统：取消速度检测装置，通过间接计算法求出电机的实际转速值，作为转速反馈信号。 现有很多方案。以基于转子磁链定向的无速度传感器转差型矢量控制系统为例介绍。系统在电机定子侧装设电压传感器和电流传感器，根据检测到的电压电流值及电机的参数，由转速推算器转速推算器估算出电机的实际转速。转速推算器受转子参数变化的影响，因而基于转子磁链定向的转速推算器还需要考虑转子参数的自适应控制技术。转速推算器的实用性还取决于推算精度和计算速度，故必须采用高速微处理

26、器才能实现。无速度传感器矢量控制不需要外接转速传感器，方便了用户。但与有反馈矢量控制相比，在机械特性、低频特性和动态响应性能等方面存在不足。对于一些要求有较硬机械特性，但调速范围不很广，对动态响应要求不高的场合，可以采用该方式。3.2.3 直接转矩控制的调速系统概述直接转矩控制的调速系统概述 1.直接转矩控制技术的诞生与发展直接转矩控制技术的诞生与发展 自从70年代矢量控制技术发展以来，从理论上解决了交流调速系统在静、动态性能上与直流传动相媲美的问题。然而，在实际上由于转子磁链难以准确观测，且系统受电动机参数影响较大，以及控制过程中所用矢量旋转变换的复杂性，使得实际控制效果难以达到理论预期。1

27、977年由A.B.Piunkett首先提出直接转矩控制思想。1985年德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次取得了实际应用的成功。 直接转矩控制在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性易受电动机参数变化影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题。直接转矩控制技术一诞生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到了普遍的关注并得到了迅速的发展。 2. 直接转矩控制系统的特性直接转矩控制系统的特性 采用直接转矩控制的异步电机变频调速系统，电机磁场接近圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升小。特点：直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。

28、 磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以观测。采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题简化。 直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。与矢量控制不同，直接转矩控制不通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而把转矩直接作为被控量。通过转矩两点式调节器把转矩检测值与转矩给定值作滞环比较，把转矩波动限制在一定的容差范围内。控制效果取决于转矩的实际状况，控制既直接又简单。直接转矩控制直接转矩控制(Direct Torque Control)也称之为直接自控制直接自控制(Direct Self-Control)。3.直接转矩控制的基本思想直接转矩控制的基本思想电机

29、转速的变化与电机的转矩有着直接而又简单的关系，电机的转矩影响其转速。控制和调节电机转速转速的关键是有效地控制和调节电机的转矩转矩。由电机统一理论可知，电动机的电磁转矩是由定子磁势矢量Fs，转子产生转子磁势矢量Fr，合成磁势矢量F相互作用产生的，即等于它们中任何两个矢量的矢量积。 ),(sin)(rsrsmrsmeiFFCCTFFFF),(sin)(FFFFssmsmFFCC),(sin)(FFFFrrrFFCCmm异步电动机的Fs、Fr、F 均以同步转速旋转，彼此相对静止。故可以通过控制两磁势矢量的幅值和两磁势矢量之间的夹角来控制异步电动机的转矩。但这些矢量在异步电动机定子坐标系中都是交流量，

30、给控制带来了困难。 直接转矩控制直接在定子坐标系上用交流量计算转矩。转矩等于Fs和F的矢量积，而Fs正比于定子电流矢量is， F比例于磁链矢量m，故转矩与定子电流矢量及磁链矢量m的大小和二者夹角有关。并且定子电流矢量可直接检测得到，磁链矢量m可从电机的磁链模型中获得。在定子坐标系中求得实际转矩后，由转矩调节器，形成转矩闭环控制系统，可获得与矢量变换控制系统相接近的静、动态调速性能指标。 从控制转矩角度看，只关心电流和磁链的乘积，并不介意磁链本身的变化。但磁链与电机的运行性能密切相关。磁链与电机的电压、电流、效率、温升、转速、功率因数有关。从电机合理运行角度出发，希望保持磁链幅值恒定。因此要对磁

31、链进行必要的控制。同控制转矩一样，设置磁链调节器构成磁链闭环控制系统，以实现控制磁链幅值为恒定的目的。 目前控制磁链有两种方案让磁链矢量基本上沿圆形轨迹运动(日本学者高桥勋教授)让磁链矢量沿六边形轨迹运动(德国学者Depenbrock)直接转矩控制系统基本思路框图性能与特点性能与特点直接转矩控制系统直接转矩控制系统矢量控制系统矢量控制系统磁链控制磁链控制定子磁链定子磁链转子磁链转子磁链转矩控制转矩控制砰砰- -砰控制，有转矩脉动砰控制，有转矩脉动连续控制，比较平滑连续控制，比较平滑坐标变换坐标变换静止坐标变换，较简单静止坐标变换，较简单旋转坐标变换，较复杂旋转坐标变换，较复杂转子参数变化影响转

32、子参数变化影响无无有有调速范围调速范围不够宽不够宽比较宽比较宽直接转矩控制系统和矢量控制系统特点及性能比较直接转矩控制系统和矢量控制系统特点及性能比较各种品牌变频器各种品牌变频器3.3 通用变频器的外部接口电路通用变频器的外部接口电路 通用变频器是由主电路主电路和控制电路控制电路组成。控制电路包括：主控制电路、主电路驱动电路、信号检测电路、保护电路、外部接口电路、数字操作显示盒。主控制电路主控制电路是变频器的运行指挥中心，是一个高性能的微处理器。3.3.1 变频器主电路端子连接变频器主电路端子连接 MM440变频器主电路接线方法3.3.2 变频器控制端子变频器控制端子多功能数字多功能数字量输入

33、端子量输入端子 多功能数字多功能数字量输出端子量输出端子 模拟量输模拟量输入端子入端子 模拟量输模拟量输出端子出端子 通信端子通信端子 数字操作数字操作显示面板显示面板 扩张端子扩张端子扩展模块扩展模块 主回路接口主回路接口控制回路接口控制回路接口模拟量输入模拟量输入模拟量输出模拟量输出通讯接口通讯接口控制回路接口控制回路接口开关量输入开关量输入开关量输出开关量输出编码器接口编码器接口3.4 通用变频器的主要控制功能通用变频器的主要控制功能 3.4.1 变频器频率设定功能变频器频率设定功能1. 变频器中频率的名称与功能变频器中频率的名称与功能给定频率输出频率基本频率上限频率(最高频率)和下限频

34、率(最低频率)回避频率(跳转频率) 点动频率 载波频率 跳转频率跳转频率跳转频率宽度跳转频率宽度2. 变频器频率给定方式变频器频率给定方式面板给定方式 外接模拟量给定 外接数字量给定(多段速频率给定) 直接选择型直接选择型：一个数字量输入端对应一个固定频率设定值，控制信号直接选用固定频率，如果几个输入信号同时有效则所选用的固定频率叠加。二进制编码选择型二进制编码选择型：通过多功能输入端子的逻辑组合，可以选择多段频率进行多段速运行。四数字输入端四数字输入端二进制编码速度表二进制编码速度表 端子信号端子信号固定速度固定速度DIN4DIN3DIN2DIN1停止状态0000P1001固定速度10001

35、P1002固定速度20010P1003固定速度30011P1004固定速度40100P1005固定速度50101P1006固定速度60110P1007固定速度70111P1008固定速度81000P1009固定速度91001P1010固定速度101010P1011固定速度111011P1012固定速度121100P1013固定速度131101P1014固定速度141110P1015固定速度151111逻辑组合信号对应的给定频率数量是有限的，所以外接数字量给定是多段速频率给定，属有级调速有级调速。外接脉冲给定通信给定 3.4.2 变频器运转控制功能变频器运转控制功能 变频器运转控制功能是变频器的

36、基本运行功能，用以控制电动机的、与、与、等。变频器的运转控制可以通过操作器键盘操作器键盘、输输入端子入端子、通信方式通信方式来实现。1. 操作器键盘运转控制操作器键盘运转控制最简单直接的运转控制方法通过操作器键盘上的运行键、停止键、点动键和复位键来直接控制变频器的运转，通过操作器键盘上的指示灯和显示器观察变频器的运行状态信息和故障报警信息。现场控制，一般在调试时使用2. 外部输入端子运转控制外部输入端子运转控制 通过输入端子从外部输入开关信号来控制变频器的运转。连接在输入端子上的按钮、选择开关、继电器触点或PLC触点替代了操作器键盘上的运行键、停止键、点动键和复位键的功能，可以在远距离控制变频

37、器的运转。变频器实现正反转非常简单，只需改变控制回路，无须改变主回路。 正反转控制 两线式控制模式 三线式控制模式 点动控制 由于工序要求或设备调试调整需要，还需点动运行，即按下按钮时电动机转动工作，手松开按钮时电动机停止运转。操作器键盘上有一个电动机点动键(JOG)。在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行；释放此键时变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。点动运行频率和点动加减速时间均在参数内设置。也可将变频器两个多功能输入端定义为正向点动和反向点动功能，通过其外接按钮实现电动机的正反点动控制。 3. 通信运行控制通信运行控制 以串行通信方式

38、向变频器传送运行信号，控制变频器的启动、停止、点动、故障复位等功能。运行控制信号和速度给定信号是在某一个通信协议格式下同时传送的。3.4.3 变频器的升速和启动功能变频器的升速和启动功能 为了限制启动电流，需要对变频器输出频率的上升速度加以限制。1. 升速时间设定升速时间设定 变频器从零速加速到最高频率所需的时间升速时间长可以减小起动电流，减少机械冲击，但过长又浪费时间。准确计算升速时间比较困难，实际中，一般把升速时间设置长一些，观察起动过程电流情况，再逐渐减少升速时间。 2. 升速方式选择升速方式选择各种变频器为用户提供的有三种升速方式：直线形方式、S形方式、半S形方式。直线形升速方式直线形

39、升速方式 P1120fft12upS形升速方式形升速方式 三个时间阶段上升曲线平滑圆弧起始段固定斜率直线上升段上升曲线平滑圆弧结束段 S形曲线升速速度和加速度均是平滑变化，冲击小。半半S形升速方式形升速方式 对S形升速方式的简化，只在升速的起始段或结束段采用平滑圆弧，其余采用斜率固定的直线升速。风机类负载，适合采用上升曲线的结束端是平滑圆弧的半S形升速方式。对于惯性较大的负载可以考虑采用上升曲线的起始端是平滑圆弧的半S形升速方式。3. 与升速有关的其它功能与升速有关的其它功能起动频率设定 对于惯性较大、静态摩擦转矩也较大的负载，起动时要有一定的冲击力才易于起动对变频器设置一个起动频率，使电机在

40、起动时有足够的起动转矩。设置起动频率时要设置相应的起动频率保持时间。 起动频率设置常用于情况：机械传动机构上有间隙,减缓机械撞击；起升机构在起吊重物前钢丝绳处于松弛状态，拉紧钢丝绳需要低速运行一段时间，使润滑油温提高降低黏度；起升机构的起吊重物长时间处于悬挂状态，由机械抱闸装置提供制动转矩，重新上升或下降时，先让变频器输出起动频率，产生一定的起升转矩后再松闸，避免松闸过程中起吊重物下滑。起动前的直流制动功能起动前的直流制动功能若在开始起动时，电动机就已有一定转速，而变频器仍是从最低频率开始运行，则会由于制动引起过压过流。如在尚未停车前就第二次起动，或者正要启动的风机在外界风力作用下正在反转。许

41、多变频器具备起动前的直流制动功能，以保证电动机完全停住才开始起动。直流制动是指通过逆变器向电动机定子绕组注入直流制动电流，形成静止的直流磁场，使电动机快速停车。直流制动的主要设定参数有两个制动电流大小直流制动的时间 捕捉再启动功能捕捉再启动功能启动变频器后，快速改变变频器的输出频率，搜寻电动机实际转速，捕捉到后按设定的升速曲线升速运行到给定频率。该功能适用于驱动有初始转速的大惯性负载电动机的启动。可能由于搜索电流而加速，有一定危险性。暂停升速功能暂停升速功能 有的变频器对惯性较大，起动时升速较慢的负载，设置了暂停升速功能。先低速运转一段时间，然后再继续升速。需设定的参数是升速暂停频率和暂停时间

42、。 3.4.4 变频器的降速与制动功能变频器的降速与制动功能 1. 变频器停车方式变频器停车方式降速停车及降速时间设定降速停车及降速时间设定降速停车方式也有直线形、S形形和半S形。 电动机从电动状态变为发电状态，电机的动能转变成交流电能，回馈到直流母线上，产生泵升电压。减速时间越短，降速越快，制动电流也越大，回馈能量来不及消耗，可能会造成过电流、过电压故障。可先将降速时间设置长一些，观察停机过程中直流电压的大小，再逐渐缩短降速时间，直至直流电压接近上限值时为止。 自由停车自由停车电动机的电源被切断，拖动系统处于自由制动状态。自由停车时间的长短由拖动系统的惯性决定。自由停车与机械制动器配合可用于

43、紧急停止场合。当要紧急停车时，先中止变频器输出，再进行机械抱闸制动控制。简单的自由停车方式而没有机械制动器的配合，是不适用于位能性负载的。复合制动停车方式复合制动停车方式适用大惯性负载，防止过多的反馈能量将降速停车效果和直流制动效果两者结合起来。在变频器输出下降频率上迭加一个直流制动电流，使两种制动力结合起来，起到快速电气制动的效果。复合制动时，从机械能转换过来的一部分制动能量回馈到变频器的直流母线上，另一部分能量消耗在电动机上。2. 制动功能制动功能回馈制动回馈制动(再生制动)：变频器逐渐减小输出频率，电动机转子转速超过同步转速，进入发电状态，将机械能转换成电能，电机的转速降低趋于同步转速。回馈制动可提高降速调节速度，提高动态响应速度。 直流制动直流制动(能耗制动)：在定子绕组注入直流电流，迫使交流电动机迅速停车。3. 泵生电压解决方案泵生电压解决方案能耗电阻 反馈制动反馈制动整流整流多台逆变器共用直流母线 电动电动反馈制动反馈制动电动电动整流整流逆变逆变逆变逆变交流回馈主动前端主动前端Active Front End 4. 与降速有关的其它功能与降速有关的其它功能使能抱闸制动