变频调速技术培训教程 NO1

讲授者：王孝俭水利与建筑工程学院变频调速技术

1995～1997年3年间我国风机水泵变频调速技术改造投入资金3.5亿元，改造总容量达100万kW，可年节电7亿kWh，平均投资回收期约2年。1998年1月1日实施的《中华人民共和国节约能源法》第39条已将变频调速列入通用节能技术加以推广。

“第三十九条国家鼓励发展下列通用节能技术

:

（二）逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行，发展电机调速节电和电力电子节电技术，开发、生产、推广质优、价廉的节能器材，提高电能利用效率；”绪论

多年来，国家经贸委一直会同国家有关部门致力于变频调速技术的开发及推广应用，在技术开发、技术改造方面给予了重点扶持，组织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向.

“（四）大力推进技术进步

节能降耗、资源综合利用是“九五”企业技术进步的重要内容之一。要把资源节约综合利用技术开发、技术改造（引进）、技术推广有机地结合起来，重点抓好技术改造示范项目。

重点组织实施10项资源节约综合利用技术改造示范工程。这10项示范工程：一是以循环流化床锅炉完善化和提高整体运行效率、工业型煤、热电煤气三联产为主要内容的洁净煤燃烧技术工程；二是以高效风机水泵、调速技术等为主要内容的电力电子节电工程；”

在国家经贸委《“九五”资源节能综合利用工作纲要》中，变频调速被列入重点组织实施的10项资源节约综合利用技术改造示范工程之一。

由国家经贸委和国家计划委员会在2001年制订了《节约用电管理办法》，着重推荐了变频调速技术。

“第十七条鼓励下列节约用电措施：

（五）加快低效风机、水泵、电动机、变压器的更新改造，提高系统运行效率；

（六）推广高频可控硅调压装置、节能型变压器；

（七）推广交流电动机调速节电技术；”

中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。虽然我国人均能源资源占有量远比世界平均值低，但我国是世界上单位GDP能耗最高的国家之一。2004年，我国单位GDP能耗是美国的4倍、德国的7倍、日本的11倍，我国的经济总量在世界上排名是第七，而电力消耗却位居第二，却仅次于美国。能耗过大已经成为我国经济社会发展中面临的一个突出问题。

变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。

在2003年的中国电力消耗中，60-70％为动力用电，而在总容量为5.8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。在高速增长的经济环境下，中国面临着经济增长与环境保护的双重压力。

能源的紧张制约了国民经济的增长，而能源的开发与利用又对环境的保护有着重大影响。对能源的有效利用在我国已非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机在节能方面大有潜力可挖。第一讲变频调速技术及其产生背景

第二讲变频器的简单原理及分类

第三讲变频器的主要性能指标及选型

第四讲变频器功能解析第五讲变频调速技术的应用

变频调速技术1、什么叫变频调速技术？变频调速技术是一种以改变电机供电电源频率和电压来达到电机调速目的的技术。

电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态（位置、速度、加速度等），实现电能—机械能的转换，达到优质、高产、低耗的目的。

第一讲变频调速技术及其产生背景1.1变频调速技术的概念2、电气传动控制系统调速的分类：1.变极对数调速2.变频调速3.串级调速4.无换向器调速5.定子调压调速6.电磁滑差离合器调速7.转子串电阻调速交流调速：交流电动机调速直流调速：直流电动机调速。调速机械调速：电动机不调速，变速箱调速。电气调速不调速电气传动控制系统交流调速①变极对数调速——鼠笼式电机②变频调速——鼠笼式电机③串级调速——绕线式电机④无换向器电机调速——同步电机①定子调压调速——鼠笼式电机②电磁滑差离合器调速——鼠笼式电机③转子串电阻调速——绕线式电机低效调速装置特点：

调速时改变转差，增加转差损耗。高效调速装置特点：

调速时基本保持额定转差，不增加转差损耗，或可以将转差功率回馈至电网。1、调速装置从节能的角度分类1.2几种交流调速方式的比较（1）变极对数调速

优点：①无附加差基损耗，效率高；

②控制电路简单，易维修，价格低；

③与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较

高的平滑调速。

缺点：①有级调速，不能实现无级平滑的调速。

②调速范围相当有限。由于受到电机结构和制造工

艺的限制，通常只能实现2一3种极对数的有级调速。（2）变频调速

优点：①无附加转差损耗，效率高，调速范围宽；

②对于低负载运行时间较长、起停运行较频繁的场

合，可以达到节电和保护电机的目的。

缺点：①技术较复杂，

②价格较高。2、几种交流调速方式的从优、缺点（3）无换向器电机调速

优点：

①具有交流同步电动机构简单和与直流电动机同样良好的调速性能：

②低速时用电源电压、高速时用电机反电势自然换流，运行可靠；

③无附加转差损耗，效率高，适用于高速大容量同步电动机的启动和调速。缺点：

①过载能力较低，原有电机的容量不能充分发挥。（4）串级调速

优点：

①可以将调速过程中产生的转差能量加以回馈利用效率高；

②装置容量—与调速范围成正比，适用于70％～95％的调速。缺点：

①功率因数较低，

②有谐波干扰，正常运行时无制动转矩，适用于单象限运行的负载。（5）定子调压调速

优点：

①线路简单，装置体积小，价格便宜；

②使用维修方便。缺点：

①调速过程中增加转差功率，且此功率全部用于转子发热，效率较低；

②调速范围比较小；

③要求采用高转差电机，比如特殊设计的力矩电机，所以特性较软，一般适用于55kW以下的异步电动机。（6）电磁转差离合器调速优点：

①结构简单，控制装置容量小，价值便宜。

②运行可靠，维修容易。

③无谐波干扰。缺点：

①速度损失大，因为，电磁转差离合器本身转差较大，所以输出轴的最高转速仅为电机同步转速的80％～90％；

②调速过程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低。（7）转子串电阻调速优点：

①技术要求较低，易于掌握；

②设备费用低；

③无电磁谐波干扰。缺点：

①串铸铁电阻只能进行有级调速。若用液体电阻进行无级调速，则维护保养要求较高；

②调速过程中附加的转差功率全部转化为所串电阻发热形式的损耗，效率低。

③调速范围不大。1.3变频调速技术的三大优点2.具有卓越的调速性能

高速响应、低噪声、大范围、高精度平滑无级调速。变频调速很容易实现电动机的正、反转。只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。变频调速系统起动大都是从低速开始，频率较低。故加、减速时间比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。1.具有显著的节电效果

由于采用变频调速后，风机、泵类负载的节能效果最明显，节电率可达到20%～60%，这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例。当用户需要的平均流量较小时，风机、水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。

3.在国民经济各领域的广泛适用性

变频调速除了应用在风机、泵类负载以外，还可以广泛应用于传送、卷绕、起重、挤压、机床等各种机械设备控制领域。它可以提高奇特的产成品率，延长设备的正常工作周期和使用寿命，使操作和控制系统得以简化，有的甚至可以改变原有的工艺规范，从而提高了整个设备控制水平。

既然变频调速技术有以上优点，那么怎样实现变频调速呢？

实现变频调速的装置——变频调速器。变频调速器简称变频器

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源频率(50Hz或60Hz)变换为多种频率的电能控制装置。

到20世纪80年代，由于电力电子技术，微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流电动机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速技术是时代的产物，只有在电力电子、微电子、信息技术发展高度发展的今天，才能实现。为什么说变频调速是基于电力电子、微电子、信息技术发展的结果？1.4变频调速技术是时代的产物1.变频调速技术是电力电子技术发展的结果

电力电子技术是现代电子学的重要分支，是一门研究如何利用电力电子器件对电能进行控制、变换和传输的学科。电力电子器件是电力电子技术的物质基础和技术关键。电力电子器件是变频器的主电路功率元件。

主电路功率元件是变频调速技术发展最重要的物质基础，主电路功率元件技术的迅猛发展，促使变频调速技术水平有了突破性的提高。没有功率元件技术的发展，就没有今天的高水平变频调速技术。主电路功率元件的可靠性决定了系统的可靠性。

根据可控程度，主电路功率元件分成四代产品。

（1）第一代主电路功率元件一半控型器件

上世纪50年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管（SCR）问世，到了上世纪70年代，已派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，且功率越来越大，性能日益完善。但因晶闸管本身工作频率较低，一般低于400HZ，大大限制了它的应用。

（2）第二代主电路功率元件一全控型器件

随着关键技术的突破以及需求的发展，早期的小功率、低频、半控型器件发展到了现在的超大功率、高频、全控型器件。由于全控型器件能控制开通和关断，大大捉高了开关控制的灵活性。自上世纪70年代后期以来，可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR或BJT）及其模块相继实用化。（3）第三代主电路功率元件一复合场控器件

上世纪80年代末和90年代初发展起来的功率半导体复合器件，以功率MOSFET（功率金属一氧化物一半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅极双极晶体管）为代表，集高频、高压和大电流等特性于一身，它表明了电力电子技术已进入现代电力电子时代。这些器件主要有电力场控晶体管，MOSFET、IGBT、SIT(静电感应晶体管)和SITH(静电感应晶闸管)等。

自第二代GTR至第三代IGBT、MOSFET为代表的电力半导体器件的发展中，除了自关断能力外，一个显著的特点是元件的开关频率不断提高，元件的通态压降不断降低，使电机控制性能有了很大的提高。

采用GTR做成的通用变频器，其GTR的开关频率约为2kHz，其输出的最低工作频率约为3Hz，最高频率约为120Hz。采用IGBT做成的通用变频器，IGBT的开关频率约达20kHz，变频器的最低输出频率可达0.5Hz，最高工作频率可达400一500Hz。(4)第四代主电路功率元件一功率集成电路(PIC)

进入21世纪后，可以预期还会出现新的更高性能的主电路功率元件，已有的各代电力电子元件还会不断得以改进和提高。此外，一个新的发展动向值得注意，那就是大功率元件向集成化、智能化方向的发展；智能功率模块(IPM)是向第四代器件功率集成电路(PIC)发展的过渡产品。

它是微电子技术与电力电子技术相结合的产物。它不仅具备提供一定的功率输出能力，且具有逻辑、控制、传感、检测、保护和自诊断等功能，而且内含驱动电路、保护电路，可实现过流、短路、欠压和过压等保护，还可实现电机的再生制动。外界只需提供PWM信号给智能功率模块，就能实现以往复杂的主电路及其外围电路的功能。

根据半导体器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况可以分成：单极型、双极型和混合型三种类型。根据器件的开关特性可以分为：半控型器件和全控型器件。根据控制极(包括门极、栅极或基极)信号的不同性质被分成：电流控制型和电压控制型两种类型。

如上所述，电力电子器件（即通常所说的电力半导体器件），种类繁多，发展迅速，技术内涵相当丰富。总体上，可以从三个角度出发对其进行分类。如图1-2所示的电力电子器件“树”。下面的分类是针对三端器件而言的。2.变频调速技术是微电子技术发展的结果

变频调速控制系统是快速系统，需要存储多种数据，并快速实时处理大量信息。最初的变频调速控制都是采用分立元件的模拟电路，后来随着电子技术的进步，一些集成电路甚至专用集成电路被大量引用。这些电路大多为模拟数字混合电路，它大大提高了变频调速的可靠性和抗干扰能力，缩短了新产品的开发周期，降低了研制费用。微处理器技术的进步，使硬件简化；柔性的控制算法，使控制具有很大的灵活性，可实现复杂的控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中的应用成为现实；易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断，加强保护和临视功能，使系统智能化。变频器可以通过模拟量（0～5V、0～10V、4～20mA）接口、RS485、CAN—BUS等各种通讯接口和仪表、计算机、可编程控制器、DCS相接，通过总线Profibus、Interbus通讯。具有远程控制的功能，容易对系统实现自动控制。3.变频调速技术是控制理论发展的结果

变频调速控制理论技术的进展主要体现在由标量控制向高功态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。在变频调速系统出现的初期，其控制技术是采用电压频率协调控制(即V／f为常数)。此种控制技术有开环和闭环两种形式。采用开环时用于一般生产机械，但静态和动态性能都不太理想，采用闭环则可改善系统性能。后来，一些研究者提出了转差频率控制方法。采用这种控制技术使得变频调速系统在一定的程度上改善了静态和动态性能，使之接近于直流双闭环调速系统，但是，还是不能满足高性能调速系统的要求。改善调速系统动态性能的关键在于如何实现转矩控制。上世纪70年代异步电机矢量变换控制方法提出，至今已获得了迅猛的发展。1.5变频调速技术的主要发展方向及关键技术1.主要发展方向（1）实现高水平的控制（2）开发清洁电能的变流器（3）缩小装置的尺寸（4）高速度的数字控制（5）模拟与计算机辅助设计（CAD）技术2.主要的研究内容及关键技术

（1）高压、大电流技术：（2）新型电力电子器件的应用技术：（3）全数字自动化控制技术：（4）现代控制技术第二讲变频器的简单原理及分类2.1变频器发展概况2.1.1交流调速装置的大容量化

对一些大型生产机械的主传动，直流电动机在容量等级方面已接近极限值，采用直流调速方案无论在设计和制造上都已十分困难。某些大容量高速传动，过去只能采用增速齿轮或是直接以汽轮机传动，噪声大，效率低，占地面积大。特大容量交流传动装置—高压变频器的发展，填补了这方面的空白。到了90年代初BJT通用变频器的容量达到600kVA，400kVA以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三四年的时间，IGBT变频器的单机容量已达1800kVA(适配1500kW电动机)，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量将随之扩大。

2.1.2开关器件的自关断化

近十几年，大功率自关断电力电子器件的发展十分迅速。其中门极关断晶闸管(GTO)、大功率晶体管(BJT)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发展最快，实用化的程度也最高。采用自关断器件省去了线路复杂、体积较大的强迫换相电路，既可以减小装置体积，又降低了开关损耗提高了效率。同时，由于开关频率的提高，变流器可采用PWM控制，既降低谐波损耗、减小转矩脉动，又可以提高快速性、改善功率因数。

据统计，目前变频器中的开关器件，在容量为1500kW以下的采用IGBT；1000～7500kW的采用GTO；1975年前后还是普通晶闸管的一统天下，如今已经发生了巨大的变化。

2.1.3变频装置的多功能化和高性能化早期的变频调速系统，基本上是采用U/f控制方式，无法得到快速的转矩响应，低速特性也不好(负载能力差)。1971年德国西门子公司发明了所谓“矢量控制”技术。一改过去传统方式中对交流电量的量值(电压、电流、频率的量值)进行控制的方法，实现了在控制量值的同时也控制其相位的新控制思想。使用坐标变换的办法，实现定子电流的磁场分量和转矩分量的解耦控制，可以使交流电动机像直流电动机一样具有良好的调速性能。控制指令和控制参数的设定，可由触摸式面板实现，不但灵活方便，而且实现了模拟控制方式所无法实现的功能，比如多步转速设定、S形加减速和自动加减速控制等；故障显示和记忆功能，使故障的分析和设备的维修变得既准确又快速；灵活的通信功能，方便了与可编程序控制器或上位计算机的接口，很容易实现闭环控制等等。

2.1.4PWM技术的应用

自关断器件的发展为PWM技术铺平了道路。目前几乎所有的变频调速装置都采用这一技术。PWM技术用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。

PWM技术除了用于逆变器的控制，还用于整流器的控制。PWM整流器现已开发成功，利用它可以实现输入电流正弦和电网功率因数为1。人们称PWM整流器是对电网无污染的“绿色”变流器。

2.1.5全数字控制技术的应用

由变频器供电的调速系统是一个快速系统，在使用数字控制时要求的采样频率较高，通常高于1kHz，常需要完成复杂的操作控制、数学运算和逻辑判断，所以要求单片机具有较大的存储容量和较强的实时处理能力。前段时间内，较为流行的方案是采用数片单片机来构成一个功能较强的全数字控制器。实用中单片机的数量常根据具体任务适当选配。全数字控制方式，使信息处理能力大幅度地增强。采用模拟控制方式无法实现的复杂控制在今天都已成为现实，使可靠性、可操作性、可维修性，即所谓的RAS(Reliability，Availability，Serviceability)功能得以充实。微处理机和大规模集成电路的引入，对于变频器的通用化起到了决定性的作用。全数字控制具有如下特点：

1．精度高；2．稳定性好；3．可靠性高；4．灵活性好；5．存储能力强；6．逻辑运算能力强2.1.6变频调速装置应用领域不断扩大

通用变频器经历了模拟控制、数模混合控制直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。

2.1.7变频调速装置的结构小型化变频器主电路中功率电路的模块化、控制电路采用大规模集成电路(LSl)和全数字控制技术、结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。以富士公司的变频器为例，经一次改型．(由G5S到G7S)其装置体积缩小了一半。

2.2变频器的简单原理

式中

n1—同步转速(r／min)；

f1—定子频率(Hz)；

np—磁极对数。2.2.1变频调速的基本控制方式

异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速

式中s—

异步电动机的转差率，s＝(n1－n)／n1。而异步电动机的轴转速为

由此式可看出，改变三相异步电动机的转速有三种途径：

（1）变极调速：调速是有级的，电机特制。

（2）变转差率调速：设备简单，投资少，可平滑调速，能量损耗较大，运行费用大。

串级调速、定子调压调速、电磁滑差离合器调速、转子串电阻调速都属于此类。（3）变频调速

电机转速n与电源频率f1成正比，只要改变电源频率f1即可改变电动机的转速，调节范围非常宽。当频率f1在0～50Hz的范围内变化时，对于2极电动机，其转速可在0～3000r/min变化。对于4极电动机，其转速可在0～1500r/min变化。对于6极电动机，其转速可在0～1000r/min变化。

变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。当频率的变化幅度很小时，宏观上认为电机转速的变化是连续的，是无级差的。2.2.2变频器的基本构成及各部分的功能

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另—频率的电能控制装置。

变频器按变换的环节分为交—交和交—直—交两种形式，通用变频器基本都是交—直—交变频器，目前迅速地普及应用的主要是这一种，所以我们主要讲述交—直—交变频器(以下简称为变频器)。

1、变频器的基本构成

变频器由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。1、整流器的功能

电网侧的变流器重是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相)交流电整流成直流电。

2、逆变器的功能

负载侧的变流器Ⅱ为逆变器。在控制电路的控制下，控制逆变器中主开关器件有规律的进行通与断转换，可以在输出端得到任意频率的三相交流电输出。

3、中间直流环节的功能电动机属于电感性负载，无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件(电容器或电抗器)来缓冲。2、各部分的功能

4、控制电路：控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。2.3变频器的分类2.3.1按直流电源性质分类1.电流型变频器当逆变器输出侧的负载为交流电动机时，在负载和直流电源间将有无功功率的交换。用于缓冲无功功率的中间直流环节的储能元件可以是电容或是电感，据此，变频器分成电压型变频元器与电流型变频器两大类。

电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。2.电压型变频器

电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，主电路直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。由于大电容的作用，电动机端的电压为方波或阶梯波。2.3.2按输出电压调节方式分类1.PAM方式

脉冲幅值调节方式(PulseAmplitudeModulation)，简称PAM方式，是通过改变直流电压的幅值进行调压的方式。

在变频器中，逆变器只负责调节输出频率，而输出电压的调节则由相控整流器)或直流斩波器通过调节直流电压Ed去实现。2.PWM方式

脉冲宽度调制方式(PulseWidthodulation)简称PWM方式常见的主电路如图a)所示。变频器中的整流器采用不可控的二极管整流电路。变频器的输出频率和输出电压的调节均由逆变器按PWM方式来完成。利用参考电压波uR与载频三角波uC互相比较来决定主开关器件的导通时间而实现调压。这种参考信号为正弦波、输出电压平均值近似为正弦波的PWM方式，称为正弦PWM调制，简称SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)方式。通用变频器中，采用SPWM方式调压，是一种最常采用的方案。a)主电路b)调压时的波形2.3.3按控制方式分类1．U/f控制

按照右上图所示的电压、频率关系对变频器的频率和电压进行控制，称为U/f控制方式。基频以下可以实现恒转矩调速，基频以上则可以实现恒功率调速。

U/f方式又称为VVVF(VariableVo1tageVariableFreqency)控制方式，即变压变频控制方式。

U/f控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性强，经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。2.转差频率控制

U/f控制的静态调速精度显然较差，为提高调速精度，采用转差频率控制方式。

根据速度传感器的检测，可以求出转差频率，再把它与速度设定值相叠加，以该叠加值作为逆变器的频率设定值，就实现了转差补偿。这种实现转差补偿的闭环控制方式称为转差频率控制方式。与U/f控制方式相比，其调速精度大为提高。但是，使用速度传感器求取转差频率，要针对具体电动机的机械特性调整控制参数，因而这种控制方式的通用性较差。3．矢量控制

用矢量控制方式的目的，主要是为了提高变频调速的动态性能。根据交流电动机的动态数学模型、利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。在矢量控制方式中，磁场电流im1，和转矩电流it1，可以根据可测定的电动机定子电压、电流的实际值经计算求得。磁场电流和转矩电流再与相应的设定值相比较并根据需要进行必要的校正。高性能速度调节器的输出信号可以作为转矩电流(或称有功电流)的设定值，如图所示。动态频率前馈控制df／dt基本可以保证快速动态响应。2.3.4按主开关器件分类

逆变器主开关器件的性能，往往对变频器装置的性能有较关键的影响。通用变频器中最常用的主开关器件都是自关断器件，主要有IGBT、GTO和BJT。

1.GTO型：GTO的特点是电压高、电流大，有6000V／6000A、11000V／10000A的巨型GTO。目前GTO主要用于高压大容量变频器。原来它在中等容量领域所占有地位，将被IGBT所取代。2.BJT型：在变频器发展的历史进程中，作为通用变频器的主开关器件，BJT曾经是一枝独秀，以致在线运行的大量通用变频器大多都是BJT变频器。BJT被IGBT取代已成定势。3.IGBT型：就通用变频器来看，将来将以IGBT变频器为主，BJT变频器不会再有新产品上市。

IGBT变频器有如下特点：

(1)可以制成所谓静音式变频器，使负载电动机的噪声降到工频电网供电时的水平。

(2)电流波形更加正弦化，有利于减轻电动机转矩的脉动，并增加低速时的转矩。

(3)用于矢量控制时，动态响应特性更快。

(4)与BJT变频器相比较，更容易制成上限频率较高的变频器。PWM控制方式更简单，可省去“分段同步调制”的麻烦。

(5)与BJT变频器相比较，驱动功率小，驱动电路简单，整机体积小，重量轻。2.3.5变频器按其供电电压分类2.3.6变频器其他分类方法：

按供电电源的相数分为：单相变频器和三相变频器。按其输出功率大小分为：小功率变频器(300kW以下)、中功率变频器(300～800Kw)和大功率变频器(800Kw以上)。变频器按其功能分为：通用型变频器、恒转矩（恒功率）变频器、平方转矩（风机水泵空调）节能型、起重机专用型、电梯专用型变频器、纺织机械专用型变频器、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型变频器、电力机车用变频器等。1.低压变频器(110V220V380V)2.中压变频器(500V

660V1140V)3.高压变频器(3kV3.3kV6kV6.6kV10kV)。2.4变频器的优良性能

从应用角度看，变频器具有如下的优良性能：

1.体积小、重量轻、占地面积小；

2.保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；

3.操作方便、简单；

4.内设功能多，可满足不同工艺要求；

5.具有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC联机，便于实现自动控制。

6.软起动、软停机，具有电流限定和转差补偿控制；

7.电动机直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能；

8.功率因数高，节省电容补偿装置；

9.与鼠笼式转子电动机结合，使调速系统维护更加简单经济。第三讲变频器的主要性能指标及选型★额定容量（或功率）：描述变频器的带载（电动机）能力的大小，容量越大，带负荷的能力越强，如30kW、55kW、300kW、200kVA、1000kW。★额定输入电压：描述变频器的电压等级，如380V、660V、3300V、6000V或10000V。★额定输出电流：表示变频器在额定容量（或功率）下的带载（电动机）能力，电流越大，带负荷的能力越强，如23A、59A、150A、300A、500A。★允许电压波动：表示变频器对供电电源电压波动的适应能力，换句话说，也就变频器是对电源电压稳定性的要求，如：320V～560V、208～240V、380～500V、380±20%3.1变频器的主要性能指标★允许频率波动：表示变频器对供电电源频率波动的适应能力，换句话说，也就是变频器对电源频率稳定性的要求，如47～63Hz、45～55Hz（即50±5Hz）★输出电压范围：变频器输出电压的等级是为适应异步电动机的电压等级而设计的，其最高输出电压通常等于电动机的工频额定电压，如0～380V、0～660V、0～6.6kV、0～10kV。★输出电压范围：变频器输出电压的等级是为适应异步电动机的电压等级而设计的，其最高输出电压通常等于电动机的工频额定电压，如0～380V、0～660V、0～6.6kV、0～10kV。★输出频率范围：表示变频器可调节电机速度的范围，如：0~50Hz、0～400Hz、0～480Hz。★整体满载效率：描述变频器整体消耗功率的大小，在某种程度上反映了变频器设计的水平的高低和制造工艺的好坏，如：>96.5%、>94%等，整体满载效率越高，说明变频器损耗的功率越小。★过载能力：表示变频器瞬时承受最大负荷的能力，额定电流的1.20倍/（1分种）；额定电流的150%/（60秒）等。★输出频率分辨率：表示调节电机速度的级差。如：0.01Hz、0.02Hz。★输出频率准确度：表示速度调节的精确度，如：±0.05Hz、最大输出频率的±0.5%（25℃±10℃）、最大输出频率的±0.1%（25℃±10℃）。★输出电压准确度：±0.5%★模拟量输入：表示可接收外围仪器仪表、计算机等输出的模拟电量的种类和范围，如：0～10V、0～5V-10～+10V、4～20mA，0～10mA。★模拟量输出：表示可向外围仪器仪表、计算机等提供的模拟电量的种类和范围如，如：0～10V、4～20mA★继电器输出组：反映变频器自动保护、输出控制信号的能力，如：30V-DC2A，240V-AC0.8A★通讯接口：表示变频器与外部智能仪器仪表、计算机、PLC等的通讯能力，如有无RS485、RS232、CAN—BUS、interBus等接口。★PID闭环控制：反映变频器闭环控制得能力，如：自带PI或自带PID。★变频器保护功能：反映变频器自动保护的能力。如接地、短路保护，欠压、过压、过热、过流保护。★存储温度：如：-40～+70℃、-20～80℃★运行温度：如：0～40℃、0～50℃★保护等级：如：IP20、IP21、IP30★冷却方式：风扇冷却、水冷却★湿度：90%RH或更小3.2变频器的选型及配置要点1.根据机械设备的负载转矩特性选择变频器

（1）恒转矩负载在这类负载中，负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定，负载功率则随着负载速度的增高而线形增加。传送带、搅拌机、挤压机和机械设备的进给机构等摩擦类负载以及起重机、提升机、电梯等重力负载，都属于恒转矩负载。

（2）恒功率负载这类负载的特点是需求转矩TL与转速n大体成反比，但其乘积即功率却近似保持不变。金属切削机床的主轴和轧钢机、造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等，都属于恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。（3）流体类负载这类负载的转矩与转速的二次方成正比，功率与转速的三次方成正比。各种风机、水泵和油泵，都属于典型的流体类负载。流体类负载通过变频器调速来调节风量、流量，可以大幅度节约电能。由于流体类负载在高速时的需求功率增长过快，与负载转速的三次方成正比，所以不应使这类负载超工频运行。

通用变频器类型的选择要根据负载特性进行。对于风机、泵类等平方转矩，低速下负载转矩较小，通常可选择专用或普通功能型通用变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械应选用具有转矩控制功能的高功能型通用变频器，为了实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大通用变频器容量的办法。对于要求精度高、动态性能好、速度响应快的生产机械（如造纸机械、注塑机、轧钢机等），应采用矢量控制或直接转矩控制型通用变频器。2.根据电机的规格指标参数确定变频器的额定电压、额定电流、输出频率范围

（1）电机的额定电压：电机的额定电压一般有110V、220V、380V、690V、1140V、6kV等。（2）电机的额定电流：电机的额定电流根据电机的功率不同而不同。选择变频器时，变频器的额定电流应大于或等于电机的额定电流，特殊情况应将变频器功率档次放大一档。（3）电机的额定频率：普通电机的额定频率一般是50～60Hz，高速电机有1000～3000Hz等。

对于新建的机械设备电控系统，从性价比角度考虑变频电压等级选择的合理性，315kW以下可选380V，250—800kW可选用660V，500kW以上可选用6kV高-高变频或6kV、10kV高-低-高变频。3.根据负载特性选取确定变频器的容量

电动机所带动的负载不一样，对变频器容量的要求也不一样。按4极电机计算，一般情况下，我们选择变频器的功率一般都会选择和电机的功率一样，在有些特殊情况下，我们也会选择变频器的功率大于电机的额定功率，以保证变频器带动电机能够正常运行。（详情阅读讲义）4.根据控制精度的要求确定变频器的输出频率分辨率和准确度

对于控制精度要求高的电控系统，要选择输出频率分辨率小、准确度高的变频器，对于控制精度要求较高的电控系统，可选择输出频率分辨率大、准确度稍低的变频器。5.按照电控系统的通讯接口确定变频器应有通讯接口的类别

对于已有电控系统，需要与变频器连接的外围设备有哪种通讯接口，就选择具有哪种通讯接口的变频器，例如，需要与变频器连接的外围设备有RS485接口，所选择的变频器应具有RS485接口；对于新建的电控系统，系统设计的哪种通讯接口，就选择具有哪种通讯接口的变频器。例如，新建电控系统采用InterBUS总线，那么就选择具有InterBUS总线接口的变频器。6.按照电控系统的模拟电量选择变频器

不论是已有的电控系统，还是新建的电控系统，所使用的仪器仪表的输入/输出模拟电量都是直流电压和电流，一般情况下，变频器都设有模拟电量输入/输出接线端子（即接口），选择变频器时，只要注意变频器输入/输出模拟电量的范围与相接仪器仪表的输出/输入模拟电量的范围一致就可以了。7.根据安装环境选取变频器的防护结构

变频器的防护结构要与其安装环境相适应，这就要考虑环境温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素，这与变频器能否长期、安全、可靠运行关系重大。若变频器的使用现场附近有金属屑、腐蚀性气体、水、高温物体等影响变频器正常使用的东西，请将变频器远离这些地方安装。

安装地点的环境温度与输出电流对比图

安装地点的海拔高度与输出电流对比图3.4变频器周边器件的选择

（1）变频器与供电电源之间应装设带有短路及过载保护的低压断路器、交流接触器，以免变频器发生故障时事故扩大。（2）在起动、停止频繁的场合，不要用主电路电源的通、断来控制变频器的起动、停止，应使用变频器控制面板上的RUN/STOP键或FWD、REV控制端子。1.变频器进线侧器件的设置和选择

（3）变频器输入端R、S、T与输出端U、V、W不能接错。（4）变频器的端子“GND”为直流回路的低电平端，严禁与三相四线制供电线路中的零或大地相接,否则会造成三相整流桥因电源短路而损坏变频器。（5）机械制动器在变频调速系统中的正确使用。机械制动器的电磁线圈只能接在变频器的输入端R、S、T。机械制动器的电磁抱闸线圈不能接在输出端U、V、W。2.变频器出线侧器件的设置和选择（1）变频器的输出侧一般不能安装交流接触器。若必须安装交流接触器，必须注意：变频器若正在运行中，严禁切换输出侧的电磁接触器；必须等到变频器停止输出后才可以切换接触器。（2）变频调速的多速电动机，在运行中不能改变极对数。（3）不要在变频器输出侧安装电力电容器、浪涌抑制器和无线电噪声滤波器，（4）当变频器和电动机之间的接线超长时，随着变频器输出电缆的长度增加，其分布电容明显增大，从而造成变频器逆变输出的容性尖峰电流过大引起变频器跳闸保护，因此必须使用输出电抗器或正弦波滤波器等装置对这种容性尖峰电流进行限制。（5）热继电器(或电机保护器)的设置。一台变频器驱动多台电机时，请在变频器和电机间设置热继电器(或电机保护器)。（6）不要在变频器输出侧接改善功率因数的电容滤波器。

3.注意事项即使在变频器电源切断后，内部电容器仍有部分未放完的静电荷，而且电压较高。在对变频器进行检查前，先用导线短接电容器两极放电。以防电击。变频器接地。变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。防雷。在雷电活跃地区，这一问题尤为重要，如果电源是架空进线，在进线处装设变频专用避雷器(选件)，或按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。第四讲变频器功能解析

4.1.1频率给定的方式与选择

(1)给定方式的基本含义

要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，称为频率给定信号，也有称为频率指令信号或频率参考信号的。所谓给定方式，就是调节变频器输出频率的具体方法,也就是提供给定信号的方式。1.基本概念4.1频率的给定与相关功能(2)面板给定方式

通过面板上的键盘或电位器进行频率给定(即调节频率)的方式，称为面板给定方式，面板给定又有两种情况:

(a)键盘给定频率的大小通过键盘上的上升键(▲键)和下降键(▼键)来进行给定。键盘给定属于数字量给定，精度较高。

(b)电位器给定:部分变频器在面板上设置了电位器，频率大小也可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定，精度稍低。(3)外部给定方式

从外接输入端子输入频率给定信号，来调节变频器输出频率的大小，称为外部给定，或远控给定。主要的外部给定方式有:

①外接模拟量给定

·电压信号：以电压大小作为给定信号。

·电流信号：以电流大小作为给定信号。

②外接数字量给定

通过外接开关量端子输入开关信号进行给定。

（a)外接脉冲给定

通过外接端子输入脉冲序列进行给定。

(b)通讯给定

由PLC或计算机通过通讯接口进行频率给定。

2.选择给定方式的一般原则

（1）面板给定和外接给定的选择

优先选择面板给定。因为变频器的操作面板包括键盘和显示屏，而显示屏的显示功能十分齐全。例如，可显示运行过程中的各种参数，以及故障代码等。但由于受联接线长度的限制，控制面板与变频器之间的距离不能过长。（2）数字量给定与模拟量给定的选择优先选择数字量给定。因为:①数字量给定时频率精度较高;②数字量比模拟量抗干扰能力强。（3）电压信号与电流信号的选择

优先选择电流信号。电流信号比电压信号抗干扰能力强。4.1.2模拟量给定的调整功能1.基本概念

（1）频率给定线的定义

由模拟量进行频率给定时，变频器的给定信号X（X是给定信号的统称，既可以是电压信号UG，也可以是电流信号IG)与对应的给定频率fX之间的关系曲线fX＝f(Ｘ)，称为频率给定线。

（

2）基本频率给定线

①定义：在信号X从0增大至最大值Xmax的过程中，给定频率fX线性地从给定0增大到最大频率fmax的频率给定线称为基本频率给定线。

②最大频率fmax

在数字量给定时，是变频器允许输出的最高频率;在模拟量给定时，是与最大给定信号对应的频率。（3）频率给定线的调整

在生产实践中，生产机械所要求的最低频率常常不是0Hz及最高频率常常不是额定频率50Hz，或者说，实际要求的频率给定线与基本频率给定线并不一致。所以，需要对频率给定线进行适当的调整，使之符合实际的需要。因为频率给定线是直线，所以，调整的着眼点便是:①频率给定线的起点：即当给定信号为最小值时对应的频率;②频率给定线的终点：即当给定信号为最大值时对应的频率。2.偏置频率和频率增益设定方式

（1）偏置频率

部分变频器把与给定信号为“0”时的对应频率称为偏置频率，用fBI表示。偏置频率的表示方式主要有:①频率表示：即直接用频率值fBI值表示;②百分数表示：用百分数fBI％表示:式中fBI%—偏置频率的百分数

fBI—偏置频率，Hz;fmax—变频器预置的最大输出频率，Hz。

（2）频率增益

当给定信号为最大值Xmax时，对应的最大给定频率fXM与变频器预置的最大输出频率fmax之比的百分数，用G％表示:

式中:Ｇ%─频率增益，%;fmax─变频器预置的最大频率

fXM─虚拟的最大给定频率.在这里，变频器的最大给定频率fXM不一定与最大频率fmax相等。当Ｇ％＜100％时，变频器实际输出的最大频率就等于fXM，如图中之曲线②所示(曲线①是基本频率给定线);

4.1.3

模拟量给定的正、反转控制

1.模拟量给定的正、反转功能（1）控制方式主要有两种方式:①由双极性给定信号控制:给定信号可“－”可“＋”，正信号控制正转，负信号控制反转，如图(a)所示。②由单极性给定信号控制:给定信号只有“＋”值，由给定信号中间的任意值作为正转和反转的分界点，如图(b)所示。（2）死区的设置

用模拟量给定信号进行正、反转控制时，“0”速控制很难稳定，在给定信号为“０”时，常常出现正转或反转的“蠕动”现象。为了防止这种“蠕动”现象，需要在“０”速附近设定一个死区ΔX，使给定信号从-ΔX到＋ΔX的区间内，输出频率0Hz。4.1.4

辅助给定与其它功能

（1）基本概念

当变频器有两个或多个模拟量给定信号同时从不同的端子输入时，其中必有一个为主给定信号，其他为辅助给定信号。大多数变频器的辅助给定信号都是叠加到主给定信号(相加或相减)上去的。叠加后的频率给定线如图(b)中曲线②和③所示。1、辅助给定功能

（2）应用举例（1）频率指令的保持功能

变频器在停机后,是否保持停机前的运行频率的选择功能。再开机时,变频器的运行频率有两种状态可供选择:

＊保持功能无效：运行频率为0Hz，如要回复到原来的工作频率，须重新加速。

＊保持功能有效：运行频率自动上升到停机前的工作频率。2.频率给定的其他功能（2）点动频率功能

点动是各类机械在调试过程中经常使用的操作方式。因为主要用于调试，故所需频率较低，一般也不需要调节。所以，点动频率(用fJ表示)是通过功能预置来确定的。（3）频率给定异常时的处理功能

给定信号异常大致有以下两种情形:

①给定信号丢失

当外接模拟频率给定信号因电路接触不良或断线而丢失时，变频器处理方式的选择功能。例如，是否停机，如继续运行，则在多大频率下运行等。

②给定信号小于最低频率时的处理功能

有的负载在频率很低时实际上不能运行，因而需要预置“最低频率”。对应地，也就有一个最小给定信号。当实际给定信号小于最小给定信号时，应视为异常状态。4.1.5频率的限制功能

1、变频器的上、下限频率

根据生产机械所要求的最高与最低转速，以及电动机与生产机械之间的传动比，可以推算出相对应的频率，分别称为上限频率(用fH表示)与下限频率(用fL表示)。

上限频率与最高频率的关系

·上限频率小于最高频率

·上限频率比最高频率优先

这是因为，上限频率是根据生产机械的要求来决定的，所以具有优先权。2.回避频率

设置回避频率fJ的目的，就是使拖动系统“回避”掉可能引起谐振的转速。（1）回避频率的预置，必须预置以下两个数据:＊中心回避频率fJ即回避频率所在的位置;＊回避宽度ΔfJ即回避区域。（2）回避频率的数量大多数变频器都可以预置三个回避频率。4.2变频器的加减速功能①工频起动是指电动机直接接上工频电源时的起动，也叫直接起动或全压起动.（1）工频起动和变频起动电动机从较低转速升至较高转速的过程称为加速过程，加速过程的极限状态便是电动机的起动。

直接起动由于转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，故转子电动势和电流都很大，从而定子电流也很大，可达额定电流的(4～7)倍，如图(c)所示。工频起动存在的主要问题有:▲起动电流大。当电动机容量较大时，其起动电流将对电网产生干扰。▲对生产机械的冲击很大，影响机械的使用寿命。4.2.1加、减速的时间与方式1、基本概念②变频起动

采用变频调速的电路如图(a)所示,起动过程的特点有:▼频率从最低频率(通常是0Hz)按预置的加速时间逐渐上升，如图(b)的上部所示。仍以4极电动机为例，假设在接通电源瞬间，将起动频率降至0.5Hz，则同步转速只有15r/min，转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频起动时的百分之一。▼电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升，如图(b)的下部所示。▼转子绕组与旋转磁场的相对速度很低，故起动瞬间的冲击电流很小。同时，可通过逐渐增大频率以减缓起动过程，如在整个起动过程中，使同步转速n0与转子转速nM间的转差Δn限制在一定范围内，则起动电流也将限制在一定范围内，如图(c)所示。另一方面，也减小了起动过程中的动态转矩，加速过程将能保持平稳，减小了对生产机械的冲击。

加速过程中，必须处理好加速的快慢与拖动系统惯性之间的矛盾。一方面，在生产实践中，拖动系统的加速过程属于不进行生产的过渡过程，从提高生产率的角度出发，加速过程应该越短越好；另一方面，由于拖动系统存在着惯性，频率上升得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的上升，转差Δn增大，引起加速电流的增大，甚至可能超过一定限值而导致变频器跳闸。所以，加速过程必须解决好的主要问题是：在防止加速电流过大的前提下，尽可能地缩短加速过程。（2）加速过程中的主要矛盾（3）变频调速系统的减速

当频率刚下降的瞬间，旋转磁场的转速(同步转速)立即下降，但由于拖动系统具有惯性的缘故，电动机转子的转速不可能立即下降。于是，转子的转速超过了同步转速，转子绕组切割磁场的方向和原来相反了。从而，转子绕组中感应电动势和感应电流的方向，以及所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了，电动机处于发电机状态。由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反，能够促使电动机的转速迅速地降下来，故也称为再生制动状态。（4）减速过程中的主要矛盾同加速过程相同，在生产实践中，拖动系统的减速过程也属于不进行生产的过渡过程，故减速过程应该越短越好。同样，由于拖动系统存在着惯性的原因，频率下降得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的下降，转差Δn增大，引起再生电流的增大和直流回路内泵升电压的升高，甚至可能超过一定限值而导致变频器因过电流或过电压而跳闸。所以，减速过程必须解决好的主要问题是：在防止减速电流过大和直流电压过高的前提下，尽可能地缩短减速过程。在一般情况下，直流电压的升高是更为主要的因素。

2、加、减速的功能设置

变频器中，针对电动机在升、降速过程中的特点，以及生产实际对拖动系统的各种要求，设置了许多相关的功能，供用户进行选择。

(1)加、减速时间

(a)加速时间的定义

变频器的输出频率从0Hz上升到最高频率所需要的时间。

(b)减速时间的定义

变频器的输出频率从最高频率下降到0Hz所需要的时间。(2)加、减速方式

(a)加速方式

加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线，称为加速方式。变频器设置的加速方式有:

●线性方式

●S形方式●半S形方式(2)减速方式●线性方式

●S形方式●半S形方式4.2.2变频调速的起动功能1.起动频率与暂停加速功能

（1）起动频率

①功能含义电动机开始起动时，并不从0Hz开始加速，而是直接从某一频率下开始加速。在开始加速瞬间，变频器的输出频率便是起动频率。主要有两种方式:☆稍有给定信号(X=0+)，变频器的输出频率即为起动频率fS，如图(a)所示;☆设置一个死区XS，在给定信号X<XS的范围内，变频器的输出频率为0Hz;当给定信号X=XS时，变频器直接输出与XS对应的频率，如图(b)所示。（2）暂停加速功能

①功能含义

电动机起动后，先在较低频率fDR下运行一个短时间，然后再继续加速的功能。②设置暂停加速的方式设置暂停加速的方式主要有两种:变频器输出频率从0Hz开始上升至暂停频率fDR，停留tDR后再加速，如图(a)所示;变频器直接输出起动频率fS后暂停加速，停留tDR后再加速，如图(b)所示。4.2.3变频调速的停机功能1.基础概念（1）电动机的停机方式

①减速停机

②自由停机

③减速加直流制动

④在低频状态下短暂运行后停机。当频率下降到接近于0时,先在低速下运行一个短时间,然后再将频率下降为0Hz。在下列情况下,应考虑预置暂停减速功能:

惯性大的负载先从高速减速至低速段运行，然后从低速降为0Hz，可消除滑行现象;

对于附有机械制动装置的电磁制动电动机,在磁抱闸抱紧前先在低速段作短时运行,可减少磁抱闸的磨损,等等。（2）设置暂停减速的方式

需要预置的参数:(1)暂停减速的频率fDD；(2)停留时间tDD。①采取直流制动的必要性★有的负载要求能够迅速停机，但减速时间太短将引起电动机实际转速的下降跟不上频率的下降，产生较大的泵升电压，使直流回路的电压超过允许值。采用直流制动，能增大制动转矩、缩短停机时间，且不产生泵升电压;★有的负载由于惯性较大，常常停不住，停机后有“爬行”现象，可能造成十分危险的后果。采用直流制动,可以实现快速停机,并消除爬行现象。②方法和原理

直流制动就是向定子绕组内通入直流电流,使异步电动机处于能耗制动状态。由于定子绕组内通入的是直流电流，故定子磁场的转速为0。这时,转子绕组切割磁力线后产生的电磁转矩与转子的旋转方向相反,是制动转矩。2.变频器的直流制动功能

（2）功能设置

①直流制动的起始频率fDB

在大多数情况下,先用再生制动方式将电动机的转速降至较低转速，然后再转换成直流制动,使电动机迅速停住。其转换时对应的频率即为直流制动的起始频率fDB,如图(b)所示。预置起始频率fDB的主要依据是负载对制动时间的要求，要求制动时间越短，则起始频率fDB应越高。

②直流制动强度即在定子绕组上施加直流电压UDB或直流电流IDB的大小，它决定了直流制动的强度。如图(b)所示。预置直流制动电压UDB(或制动电流IDB)的主要依据是负载惯性的大小，惯性越大者，UDB也应越大。

③直流制动时间tDB

即施加直流制动的时间长短。预置直流制动时间tDB的主要依据是负载是否有“爬行”现象，以及对克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB应适当长一些。4.2.4某些变频器的特殊功能1、加、减速的衔接功能2、减速时间的最小极限功能3、异常停机功能

变频器运行的控制信号也叫操作指令，如起动、停止、正转、反转、点动、复位等。和频率给定方式类似,变频器操作指令的输入方式也有:4.3变频器的外接端子及其控制功能(1)键盘操作

即通过面板上的键盘输入操作指令。大多数变频器的面板都可以取下,安置到操作方便的地方,面板和变频器之间用延长线相联接,从而实现了距离较远的控制,如图所示。4.3.1

变频器的控制功能(2)外接输入控制

操作指令通过外接输入端子从外部输入号来进行控制。由于外部的开关信号可以在远离变频器的地方来进行操作，因此，不少变频器把这种控制方式称为“远控”或“遥控”操作方式。变频器在出厂时，设定的都是键盘操作方式，用户如需要采用外接输入控制，在使用前必须通过功能预置进行选择。4.3.2

常用输入控制端的应用举例（请阅读教材）4.3.3输出端子及其应用举例

变频器除了用输入控制端接受各种输入控制信号外，还可以用输出控制端输出与自己的工作状态相关的信号。输出控制端子有跳闸报警输出端(开关量)、测量信号输出端(模拟量或脉冲)以及可编程输出端等几种类型。1.跳闸报警输出(1)功能与特点当变频器因发生故障而跳闸时，发出跳闸报警信号。主要特点如下：（a）功能单一（b）继电器输出

在配置声光报警的情况下，须注意将变频器控制电源的接线端(R1和S1)接至接触器KM主触点的前面。2.测量信号输出端

变频器的运行参数(频率、电流等)可以通过外接仪表来测量，为此，专门配置了为外接仪表提供测量信号的外接输出端子。需要预置的相关功能主要有以下几个方面:(1)测量内容的选择功能变频器的外接测量输出端子通常有两个，用于测量频率和电流。但除此以外，还可以通过功能预置测量其他运行数据，如:电压、转矩、负荷率、功率，以及PID控制时的目标值和反馈值等。(2)输出信号的类别

(a)电压信号(b)电流信号(c)脉冲信号

输出信号为与被测量成比例的脉冲信号，脉冲电压幅度通常为8～24V，这种输出方式主要用于测量变频器的输出频率。3.可编程输出端可编程输出端也叫状态输出端。用于输出表明变频器各种工作状态的信号，都是开关量输出。各输出端子的具体功能须通过功能预置来决定，主要有：变频器运行中、频率到达、输出频率到达上限、输出频率到达下限、程序运行换步信号、程序运行一次循环结束信号、程序运行步数指示等.(1)电路结构主要有两种类型:(a)继电器输出型

(b)晶体管输出型变频器内部是晶体管集电极输出，如图所示。这种输出方式只能用在直流低压电路中。由于晶体管只能单方向导通，使用时须注意外接电源的极性。4.4变频器的系统控制功能4.4.1变频器的内置程序控制功能

1.基本概念

各种变频器都具有按时间控制的程序控制功能，在一个运行周期中，可以划分为若干个程序步。各程序步的工作频率、运行时间以及加、减速的快慢都由用户根据生产工艺的需要来进行预置。（1）程序步的划分◆程序步1:工作频率为f1，运行时间为t1(包括加速过程所需的时间)，加速时间为tA1;◆程序步2:工作频率上升为f2，运行时间为t2(包括加速过程所需的时间)，加速时间为tA2;◆程序步3:工作频率下降并反转至f3，运行时间为t3(包括正转减速和反转加速过程所需时间)，减速时间和加速时间分别为tD3和tA3;◆

程序步4:工作频率下降为f4(反转)，运行时间为t4(包括减速过程所需时间)，减速时间为tD4。2.变频器的功能设置(a）有效选择——即选择程序控制功能是否有效。(b)

循环选择——选择在一个运行周期结束后，是否需要周而复始地循环运行，或以何种状态运行。主要的方式有:◆单循环:运行一个周期后停止；◆连续循环:在无停机指令的情况下，循环不止；◆循环一周后以最后程序步的转速运行。4.4.2

PID控制的基础概念1.自动调节的控制过程本节的所谓自动调节控制，是指在生产过程中，对于某一个或若干个物理量进行自动调节的控制。在多数情况下，常常是恒值控制，如恒压控制、恒温控制等。以空气压缩机为例：(1)装置构成(2)控制过程

pT是储气罐要求保持的压力,称为目标压力。

(2)PID调节的控制信号由PID控制算式可见，在实行PID调节时，至少必须有两种信号:目标信号和反馈信号。2.PID控制系统的含义与构成

(1)PID调节的含义

PID调节的全称是比例、