变频器原理与应用 第3版 课件 王廷才 第8-10章 变频调速系统的选择与操作、变频器的安装与维护、变频器应用实例

第8章变频调速系统的选择与操作

8.1变频器的选择

8.1.1变频器电压等级的选择国内外变频器制造商提供了多种电压等级的产品，低压产品有200V、400V（380V）、440V、460V、480V、500V、525V、550V、575V、600V、660V、690V和950V等系列。低压产品中功率范围很大，电压型变频器目前最大可做到630kW，电流型变频器可以做到6000kW。对于高（中）压变频器，设有2.3kV、3kV、4.16kV、6kV、10kV等电压等级。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.1.2变频器容量的选择

变频器的容量以千伏安（kVA）值表示，同时也标明它所适配的电动机功率（kW）值。变频器容量的选择主要依据以下几个方面。

1）根据原有的电动机功率。在大多数情况下，电动机功率已经确定，并且认为是合适的，选择变频器容量大于电动机功率的1.1倍即可。

2）根据电动机的实际功率。对于明显“大马拉小车”的电动机，可根据电动机实际负载功率的大小选择功率相当的变频器.

3）根据代换后的功率。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.1.3依据电动机的类型选用变频器

1.笼型电动机

1)依据负载电流选择变频器

2)考虑低速转矩特性

3)考虑短时最大转矩

4)考虑容许最高频率范围

2绕线式异步电动机

绕线式异步电动机采用变频器控制运行，大多是对老设备进行改造，利用已有的电机。改用变频器调速时，可将绕线式异步机的转子短路，去掉电刷和起动器。考虑电机输出时的温度上升的问题，所以要降低容量的10％以上。应选择比通常容量稍大的变频器。《变频器原理与应用（第3版）》第8章3变频器专用电机普通电机是按工频电源下能获得最佳特性而设计的，所以使用通用变频器时，根据用途在特性、强度等方面受到限制。因此，为变频器传动而设计的各种专用电机已有系列化产品。变频器专用电机的分类有以下几种：

1)在运转频率区域内低噪声、低振动。

2)在低频区内提高连续容许转矩(恒转矩式电机)。

3)高速用电机。

4)用于闭环控制(抑制转速变动)的带测速发电机的电机。

5)矢量控制用电机。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.1.4依据电动机的运行方式选择变频器1．一台变频器驱动一台电动机一台变频器驱动一台电动机，变频器的额定工作电流应满足

I＞1.1Im(8-1)式中I——

变频器的额定工作电流，A；

Im

——

电动机最大工作电流，A。详见电动机参数，该电流值与电动机种类、极数等有关，当最大电流小于额定电流时取额定电流。2．一台变频器驱动多台电动机1）n台电动机同时起动、停止，变频器工作电流I应满足

I＞1.1∑IM(8-2)式中∑IM

——

n台电动机输出电流总和，A。2）先投入n1台，后投入n2台，变频器工作电流I应满足

I＞(8-3)式中Ist

——电动机的起动电流，A。《变频器原理与应用（第3版）》第8章3）电动机周期性运行多台电动机周期性地加速或减速，电流变化有一定的规律，则变频器的额定电流应满足

(8-4)式中I1、I2、…In——1周期内各电动机电流，A；

t1、t2、…tn——1周期内各电动机的运行时间，s；

K——

系数，通常取1.2。《变频器原理与应用（第3版）》第8章4）电动机非周期运行变频器的工作电流取

I≥KIM(8-5)式中IM

——电动机可输出的最大电流，A；

K——

系数，通常取1.05。《变频器原理与应用（第3版）》第8章3.电动机快速加速或快速减速在实际生产中为了提高效率，常常要求电动机在很短时间里骤加速和骤减速，此时变频器容量不能按常规方法确定，其功率要适当放大，否则会因瞬间峰值电流过大或持续过载而跳闸，致使变频器无法正常工作。容量需放大的倍数与加速时间或减速时间的长短有关，通常情况需放大2～3倍为宜。另外要求快速响应的变频调速系统，加速和减速时间也是越短越好，因此原则上都应以电动机的实际加速电流的大小来确定变频器的容量。同样，骤减速必须通过内置或外置与变频器容量相匹配的制动单元，以此获得足够大的制动电流来实现。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.1.5依据负载的机械特性选择变频器

在电力拖动系统中，存在着两个主要转矩，一个是生产机械的负载转矩TL，一个是电动机的电磁转矩T。这两个转矩与转速之间的关系分别叫做负载的机械特性n＝f(TL)和电动机的机械特性n＝f(T)。由于电动机和生产机械是紧密相连的，它们的机械特性必须适当配合，才能得到良好的工作状态。《变频器原理与应用（第3版）》第8章1恒转矩负载变频器的选择(1)恒转矩负载特性恒转矩负载是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速大小无关的负载。带式输送机和起重机械都是恒转矩负载的典型例子。

a)b)

图8-4恒转矩负载的机械特性和功率特性

a)机械特性b)功率特性《变频器原理与应用（第3版）》第8章(2)恒转矩负载的基本特点

1)恒转矩由于F和r都和转速的快慢无关，所以在调节转速nL的过程中负载的阻转矩TL保持不变，即具有恒转矩的特点：

TL＝常数

2)负载功率与转速成正比根据负载的机械功率PL和转矩TL、转速nL之间的关系，有：

(8-7)(3)恒转矩负载下变频器的选择

1）依据调速范围。

2）依据负载转矩的变动范围。

3）考虑负载对机械特性的要求。《变频器原理与应用（第3版）》第8章2恒功率负载变频器的选择

恒功率负载是指负载转矩TL的大小与转速n成反比，而其功率基本维持不变的负载。属于这类负载的有：

1）各种卷取机械

2）轧机在轧制小件时用高速轧制，但转矩小；轧制大件时轧制量大需较大转矩，但速度低，故总的轧制功率不变。

3）车床加工零件，在精加工时切削力小，但切削速度高；相反，粗加工时切削力大，切削速度低，故总的切削功率不变。

a）机械特性b)功率特性图8-6恒功率负载的机械特性和功率特性《变频器原理与应用（第3版）》第8章(1)恒功率负载的特点

1）功率恒定恒功率负载的力F必须保持恒定，且线速度v保持恒定。所以，在不同的转速下，负载的功率基本恒定：

PL=Fv＝常数

2）负载阻转矩的大小与转速成反比负载阻转矩的大小决定于：

TL=Fr(8-8)式中F——卷取物的张力；

r——卷取物的卷取半径。根据负载的机械功率PL和转矩PL、转速nL之间的关系，有：

(8-9)即，负载阻转矩的大小与转速成反比。《变频器原理与应用（第3版）》第8章

(2)恒功率负载变频器的选择对恒功率负载，一般可选择通用型的，采用U/f控制方式的变频器。但对于动态性能有较高要求的卷取机械，则必须采用具有矢量控制功能的变频器。《变频器原理与应用（第3版）》第8章3二次方律负载变频器的选择

二次方律负载是指转矩与速度的二次方成正比例变化的负载，例如：风扇、风机、泵、螺旋桨等机械的负载转矩，机械特性和功率特性如图8-8所示。

a)机械特性b)功率特性图8-8二次方律负载的特性《变频器原理与应用（第3版）》第8章(1)二次方律负载的特点

二次方律负载机械在低速时由于流体的流速低，所以负载转矩很小，随着电动机转速的增加，流速增快，负载转矩和功率也越来越大，负载转矩TL和功率PL可用下式表示：

(8-10)(8-11)

式中T0、P0——分别为电动机轴上的转矩损耗和功率损耗；

KT、KP——分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数《变频器原理与应用（第3版）》第8章(2)二次方律负载变频器的选择可以选用“风机、水泵用变频器”。这是因为：1)风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低。为120％，1min(通用变频器为150％，1min)。因此在进行功能预置时必须注意。由于负载转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大超过变频器额定转矩，使电动机过载。所以，其最高工作频率不得超过额定频率。2)配置了进行多台控制的切换功能。3)配置了一些其他专用的控制功能，如“睡眠”与“唤醒”功能、PID调节功能。《变频器原理与应用（第3版）》第8章4直线律负载变频器的选择

轧钢机和辗压机等都是直线负载。

1.直线律负载及其特性

(1)转矩特点。负载阻转矩TL与转速nL成正比：

(8-12)(2)功率特点。负载的功率PL与转速nL的二次方成正比。（8-13）

式中，和——直线律负载的转矩常数和功率常数。

《变频器原理与应用（第3版）》第8章其机械特性曲线如图8-9所示。

a)辗压机示意图b)机械特性c)功率特性图8-9直线律负载及其特性《变频器原理与应用（第3版）》第8章2．变频器的选择直线律负载的机械特性虽然也有典型意义．但在考虑变频器时的基本要点与二次方律负载相同，故不作为典型负载来讨论。《变频器原理与应用（第3版）》第8章5特殊性负载变频器的选择

大部分金属切削机床属于混合特殊性负载。

(1)混合特殊性负载及其特性金属切削机床中的低速段，由于工件的最大加工半径和允许的最大切削力相同，故具有恒转矩性质；而在高速段，由于受到机械强度的限制，将保持切削功率不变，属于恒功率性质。《变频器原理与应用（第3版）》第8章特殊性负载机械特性和功率特性则如图8-10所示。

a)机械特性b)功率特性图8-10混合负载的机械特性和功能特性

《变频器原理与应用（第3版）》第8章

(2)变频器的选择金属切削机床除了在切削加工毛坯时，负载大小有较大变化外，其他切削加工过程中，负载的变化通常是很小的。就切削精度而言，选择U／f控制方式能够满足要求。但从节能角度看并不理想。矢量变频器在无反馈矢量控制方式下，已经能够在0．5Hz时稳定运行，完全可以满足要求。而且无反馈矢量控制方式能够克服U／f控制方式的缺点。当机床对加工精度有特殊要求时，才考虑有反馈矢量控制方式。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.1.6变频器控制方式的选择

变频器控制方式的选择是依据电动机特性的以下几个主要指标。

1）机械特性的硬度。即负载的轻重改变时，转速的波动程度。当负载加大时，转速降落小，则说明机械特性硬，反之为机械特性软。

2）低频时带负载能力。即低频时，能否具有足够大的电磁转矩。

3）起动转矩值。即起动时的转矩大小。

4）调速范围。

5）动态响应能力。《变频器原理与应用（第3版）》第8章

风机、水泵等呈平方转矩特性的负载，一般没有动态响应能力的要求，可选用性能比较一般的变频器或直接选用专门用于风机、水泵的变频器。车床、刨床等恒功率负载加工设备，从速度精度和动态要求出发，尽可能选用输出特性好的矢量控制型变频器。传送带、运输机械、搅拌机、喂料机等恒转矩负载设备，应选择恒转矩输出的通用型变频频器（U／f型、矢量控制型或直接转矩控制型均可，但后两种性能更优）。起重机等位能负载设备，应选用转矩动态响应快，能经受负载冲击的变频器，通常是矢量控制型或直接转矩控制型变频器，当需要一台变频器同时驱动多台电动机并实现转矩控制时，要选用直接转矩控制型变频器，因为矢量控制型变频器通常只允许带驱动一台电动机。电动汽车、轨道车辆等用于牵引的场合，应该选择矢量控制型或直接转矩控制型变频器。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2变频调速系统的主电路及电器选择

变频调速系统比较完整的主电路，如图8-11所示。图8-11森兰SB70G变频调速系统的完整主电路

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.1断路器

变频调速系统的主电路是指从交流电源到负载之间的电路。1.断路器的功能

1)隔离作用;2)保护作用2.断路器的选择

低压断路器的额定电流IQN应选：

IQN

≥

（1.3～1.4）IN（8-15）式中IN——变频器的额定电流。在电动机要求实现工频和变频的切换控制的电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来进行选择：

IQN

≥2.5IMN（8-16）式中IMN——电动机的额定电流。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.2电磁接触器

电磁接触器的功能是在变频器出现故障时切断主电源，并防止掉电及故障后的再起动。

图8-15电磁接触器

1)输入侧接触器的选择IKN

≥IN

（8-17）

2)输出侧接触器的选择IKN

≥1.1IMN

（8-18）

3）工频接触器的选择工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.3传感器

传感器的定义是“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”它能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的输出，满足信息的传输、存储、显示、记录和控制要求。图8-16所示为霍尔电流传感器。图8-16霍尔电流传感器《变频器原理与应用（第3版）》第8章1.传感器的种类常用传感器的分类方法有以下四种：

1）按传感器的物理量分类按传感器的物理量可分为位移、力、速度、温度、流量和气体成分等传感器。

2）按传感器工作原理分类按传感器工作原理可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅和热电偶等传感器。

3）按传感器输出信号的性质分类按传感器输出信号的性质可分为：输出为开关量(“1”和“0”)的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。《变频器原理与应用（第3版）》第8章4）按其用途分类

①压力检测。压力传感器、触力传感器、微压传感器、压差传感器等；

②温度检测。热电阻温度传感器、热电偶温度传感器等；

③液位检测。光电式液位传感器、机械浮子液位传感器、伸缩液位传感器等；

④电流检测。电磁式电流传感器、霍尔磁平衡式电流传感器等；

⑤速度检测。脉冲编码速度传感器、水磁发电速度传感器等；

⑥位置检测。电位计位置传感器、编码器位置传感器等。《变频器原理与应用（第3版）》第8章2.传感器选用的一般原则

1)根据测量对象与测量环境确定传感器类型。即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用．哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件加以考虑。

2)灵敏度的选择。通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声就容易混入，也会被传感器放大，影响测量精度。

3)频率响应特性。传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量。《变频器原理与应用（第3版）》第8章4)线性范围。传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。5)稳定性。传感器投入使用后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。6)精度。精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的个重要环节。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.4输入交流电抗器输入交流电抗器可抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善功率因数。输入交流电抗器为另购件，在以下情况下应考虑接入交流电抗器：①变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10﹕1以上；②同一电源上接有晶闸管变流器负载或在电源端带有开关控制调整功率因数的电容器；③三相电源的电压不平衡度较大（≥3%）；④变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分，这些高次谐波电流都是无功电流，使变频调速系统的功率因数降低到0.75以下⑤变频器的功率＞30kW。表8-3常用交流电抗器的规格

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.5电源滤波器

滤波器就是用来削弱较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成。

a)输入侧滤波器b)输出侧滤波器c)滤波电抗器的结构

图8-18无线电噪声滤波器各相的连接线在同一个磁心上按相同方向绕4圈(输入侧)或3圈(输出侧)构成。需要说明的是：三相的连接线必须按相同方向绕在同一个磁心上，这样，其基波电流的合成磁场为0，因而对基波电流没有影响。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.6制动电阻及制动单元

制动电阻及制动单元的功能是当电动机因频率下降或重物下降(如起重机械)而处于再生制动状态时，避免在直流回路中产生过高的泵生电压。

1.制动电阻RB的选择

1）电阻值大小的选择

RB=UDH/2IMN～UDH/IMN

（8-19）式中

UDH——直流回路电压的允许上限值(V)，在我国，UDH≈600V。

2)电阻的功率PB

（8-20）式中

γ

——

修正系数。

3)常用制动电阻的阻值与容量的参考值。如表8-4所示。《变频器原理与应用（第3版）》第8章2.制动单元VB

对于大容量的电动机在调速刹车时往往会产生较大的再生电能，采用制动电阻进行能耗制动就很不经济，常采用具有能量回馈功能的制动单元。

IPC-PF系列回馈制动单元，是采用加拿大技术生产的高性能回馈式制动单元，它可以把电机在调速过程中所产生的再生电能回馈到电网，无需再使用制动电阻，节能环保。该产品自带电抗器和噪声滤波器，可直接与电网驳接使用，保证变频器正常运行在最大节能状态。一般情况下，只需根据变频器的容量进行配置即可。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.7直流电抗器

直流电抗器除了提高功率因数外，还可削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流。如果同时配用交流电抗器和直流电抗器，则可将变频调速系统的功率因数提高至0.95以上。

图8-19直流电抗器的外形表8-5常用直流电抗器的规格《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.2.8输出交流电抗器输出交流电抗器用于抑制变频器的辐射干扰和感应干扰，还可以抑制电动机的振动。输出交流电抗器是外选购件，当变频器的干扰严重时或电机振动时，可考虑接入。交流输出电抗器的输出端通过电缆与电动机连接。电抗器的工作频率为变频器的PWM载波频率，因此交流输出电抗器可采用相当于1％电压降(即1％阻抗)或更低的电感量，就可达到抑制du／dt的要求。电感量确切数值，还取决于电动机的参数和电缆类型和长度、变频器的开关频率、电动机的运行频率和系统的杂散参数，因此有必要向制造商提出。工程上也可以用简单估算的方法来确定输出电抗器的电感量L=5.25／I(mH)，式中I为变频器额定电流(A)。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.3变频器系统的控制电路

8.3.1变频器控制电路的主要组成

为变频器的主电路提供通断控制信号的电路，称为控制电路。其主要任务是完成对逆变器开关器件的开关控制和提供多种保护功能。控制方式有模拟控制和数字控制两种。目前已广泛采用了以微处理器为核心的全数字控制技术，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件完成各种控制功能，以充分发挥微处理器计算能力强和软件控制灵活性高的特点。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.3.2正转控制电路

图8-23由继电器控制的正转运行电路

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.3.3正、反转控制

图8-24三位旋钮开关控制正、反转电路《变频器原理与应用（第3版）》第8章

图8-25继电器控制的正反转电路

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.3.4升速与降速控制以森兰BT40系列变频器为例，通过对频率给定方式的功能进行设定后，可使“X4”和“X5”控制端子具有如下功能：“X5-CM”接通—→频率上升；“X5-CM”断开—→频率保持。“X4-CM”接通—→频率下降；“X4-CM”断开—→频率保持。

图8-26变频器升速、降速控制《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.3.5变频与工频切换的控制电路

图8-27变频与工频切换的控制电路

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.4变频器的程序控制变频器的程序控制方式主要有两种：1．用变频器的编程功能进行程序控制

(1)基本要求的预置

以森兰SB61系列变频器为例，有：1)程控功能选择(F700)“0”——程控功能无效；

“1”——循环N个周期后停止；

“2”——循环N个周期后，以第15挡频率运行；

“3”——连续循环运行；

“4”——程序控制优先；2)计时单位选择(F701)“0”——计时单位为s；

“1”——计时单位为min。(2)各程序段的预置1)运行时间

功能码如F703、F705、F707……等。2)运行频率

第一程序的频率为多挡转速的第一挡运行频率(F616)、第二程序的频率为多挡转速的第二挡运行频率(F617)，以此类推。3）运行方向及加减速时间

功能码如F704、F706、F708……等。2.多挡转速控制电路几乎所有的变频器都具有多挡转速的功能，各挡转速间的转换是由外接开关的通断组合来实现的。三个输入端子可切换8挡转速(包括0速)。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.5外接给定电路8.5.1频率给定信号的种类和电路

1.数字量给定方式

（1）面板给定

（2）通讯接口给定

2.模拟量给定方式

（1）电位器给定

（2）直接电压(或电流)给定

由外部仪器设备直接向变频器的给定端输出电压或电流信号，端子“VRF”为给定电压信号输入端，端子“IRF”为给定电流信号输入端。

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.5.2选择给定方法的一般原则在选择给定方法时应优先选择面板给定方法，因为面板给定不需要外部接线，方法简单，频率设置精度高。在实际工程应用中，当受连接线长度的限制时．则可选择外部给定方法，此时应优先选择数字量给定。因为数字量给定时频率精度高，抗干扰能力强。如果选择模拟信号给定方式时．应优先选择电流信号。因为电流信号在传输过程中不受线路电压降、接触电阻、杂散的热电效应及感应噪声的影响，抗于扰能力较强。但由于电流信号电路比较复杂，故在距离不远的情况下，仍以选用电压给定方式居多。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.5.3频率给定线

1．频率给定线的定义由模拟量进行外接频率给定时，变频器的给定频率fx与给定信号x之间的关系曲线fx

=f(x)，称为频率给定线。

2．基本频率给定线在给定信号x从0增大至最大值xmax的过程中，给定频率fx线性地从0增大到fmax的频率给定线称为基本频率给定线。

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.6变频器与PLC的联结8.6.1PLC概述1．PLC的分类（1）根据容量分类

PLC的容量主要是指PLC的输入／输出(I／O)点数。按照PLC的输入／输出点数可将PLC分为微型(64点及以下)、小型(64～256点)、中型(256～2048点)、大型(2048点以上)四种。（2）按结构形式分类按结构形式不同，PLC可分为整体式结构和模块式结构两类。《变频器原理与应用（第3版）》第8章2．可编程序控制器的基本结构

PLC实质是一种工业控制计算机，它的组成基本上与微机系统相同，从硬件结构上看，一般由中央处理器(CPU)、存储器、输入／输出(I／O)接口、电源、编程器等五部分组成。《变频器原理与应用（第3版）》第8章3．PLC的程序设计

PLC控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，一般是将硬件设计和软件设计同时进行，在程序设计上，可分为以下几个步骤：1)确定被控制系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。2)分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送入到PLC的信号，哪些外围设备是接收来自PLC的信号，并将PLC输入／输出口与之对应进行分配。3)设计PLC梯形图，梯形图要按照正确的顺序编写，并要体现出控制系统所要求的全部功能及其相互关系。4)将梯形图符号编写成可用编程器键入PLC的指令代码。5)通过编程器将上述程序指令键入PLC，并对其进行编辑。6)调试并运行程序(模拟和现场)。7)保存已完成的程序。《变频器原理与应用（第3版）》第8章

8.6.2PLC与变频器联结时注意的问题

1.开关指令信号的输入

PLC通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件(如晶体管)与变频器连接，获取运行状态指令。

2.数值信号的输入变频器中也存在一些数值型(如频率、电压等)指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种，数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来设定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常是通过0～10V（或5V）的电压信号或者0（或4）～20mA的电流信号输入。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.6.3PLC与变频器联结实现多挡速控制

例：某机床有8挡转速(0挡转速为0)，由手柄的8个位置来控制，采用PLC控制是比较方便的。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.7变频器“1控X”切换技术

“1控3”供水电路原理图图8-38BT12S系列变频器“1控3”供水电路原理图《变频器原理与应用（第3版）》第8章

图8-38中，以成都森兰BT12S系列变频器为例，在进行多台切换控制时，须附加一块继电器扩展板，以便控制线圈电压为交流220V的接触器。接触器1KM1用于接通变频器的电源，接触器1KM2、2KM2、3KM2分别用于将各台水泵电动机接至变频器；接触器1KM3、2KM3、3KM3分别用于将各台水泵电动机直接接至工频电源。目标信号可通过操作面板的功能按键设置，或使用电位器RP设置。远传压力表的反馈信号SP接在变频器的VPF端子。

BT12S在对“1控3”在进行功能预置时，除常规的功能外，还须专门针对1台变频器控制3台水泵设定如下功能：

1)电动机台数

(功能码：F53)本例中，预置为“2”(1控3模式)；

2)启动顺序

(功能码：F54)本例中，预置为“0”(1#机首先启动)；

3)附属电动机

(功能码：F55)本例中，预置为“0”(无附属电动机)；

4）换机间隙时间(功能码：F56)根据电动机的容量大小来设定，容量越大，时间越长。一般情况下，0.5s已经足够；

5)切换频率上限(功能码：F57)通常，以49～50Hz为宜。

6)切换频率下限(功能码：F58)在多数情况下，以30～35Hz为宜。

《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.8变频器与PC机的通信8.8.1计算机与变频器的通信连接计算机通常只配置RS-232串口，而RS-232传输距离只有几十米，无法满足用户对现场控制的要求，需要配置一个RS-232/RS-485转换器，采用半双工RS-485的串行通信方式，可以使传输距离达到1km以上。图8-39所示为计算机与变频器硬件连接框图。图8-39计算机与变频器硬件连接框图《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.8.2SB70变频器的通信协议

SB70变频器使用的是RS-485Modbus

协议，该协议包含三个层次：物理层、数据链路层和应用层。物理层和数据链路层采取了基于RS-485Modbus

协议的接口方式，应用层即控制变频器运行、停止、参数读写等操作。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.8.3计算机与变频器的数据格式

SB70变频器使用的数据格式有：

1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，1个停止位。

1个起始位，8个数据位，偶校验，1个停止位。

1个起始位，8个数据位，奇校验，1个停止位。

1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，2个停止位。默认为1个起始位，8个数据位，无奇偶校验，1个停止位。数据格式的选择可查阅附录B，通过功能码FF-01进行设置。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.8.4计算机与变频器的波特率SB70变频器使用的波特率有：

1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps、250000bps、500000bps。默认值为9600bps。波特率选择可可查阅附录B，通过功能码FF-02进行设置。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.8.5变频器参数编址

变频器参数编址方法：16位的Modbus

参数地址的高8位是参数的组号，低8位是参数的组内序号，按16进制编址。例如参数F4-17的地址为：0411H。对于通讯变量（控制字，状态字等），参数组号为50（32H）。《变频器原理与应用（第3版）》第8章8.8.6通讯中的数据类型

通讯中的数据类型：通讯中传输的数据为16位整数，最小单位可从参数一览表中参数的小数点位置看出。例如：对于F0-00“数字给定频率”的最小单位为0.01Hz，因此对Modubus

协议而言，通讯传输5000就代表50.00Hz。《变频器原理与应用（第3版）》第8章本章小结

变频调速系统包括变频器、电动机和负载等，合理选择系统设备和规范的操作，是实现系统安全、可靠和经济运行的保证。变频器一般依据容量大小选择电压等级，而容量大小的选择应依据所带电动机的类型、电动机的运行方式、负载机械特性等因素。为保障变频调速系统安全可靠运行，应正确合理选择变频调速系统主电路所用电器：断路器、接触器、传感器、输入交流电抗器、电源滤波器、制动电阻及制动单元、直流电抗器和输出交流电抗器等。变频调速系统的正转、正反转、“1控X”及工频-变频切换等控制，一般是通过接触器继电器电路结合功能参数设置来实现，PLC可以对变频器进行功能扩展。计算机经常需要与变频器进行通讯，应按照变频器说明书的要求将二者正确连接，并注意通信协议、数据格式和波特率等具体要求。《变频器原理与应用（第3版）》第8章

谢谢！《变频器原理与应用（第3版）》第8章第9章

变频器的安装与维护9.1变频器的储存与安装

9.1.1变频器的储存变频器储存必须放置于包装箱内，储存时务必注意下列事项：①

必须放置于无尘垢、干燥的位置。②

储存位置的环境温度必须在-20℃到+65℃范围内。③

储存位置的相对湿度必须在0％到95％范围内，且无结露。④

避免储存于含有腐蚀性气体、液体的环境中。⑤

最好适当包装存放在架子或台面上。

⑥

长时间存放会导致电解电容的劣化，必须保证在6个月之内通一次电。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.1.2装设场所

装设变频器的场所须满足以下条件：变频器装设的电气室应湿气少、无水浸入；无爆炸性、可燃性或腐蚀性气体和液体，粉尘少；装置容易搬入安装；有足够的空间，便于维修检查；备有通风口或换气装置以排出变频器产生的热量；与易受变频器产生的高次谐波和无线电干扰影响的装置分离。若安装在室外，必须单独按照户外配电装置设置。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.1.3使用环境

1．环境温度变频器运行中环境温度的容许值一般为-10～40℃

。

2．环境湿度变频器安装环境湿度在40%～90%为宜。

3．周围气体周围不可有腐蚀性、爆炸性或可燃性气体。

4．振动设置场所的振动加速度多被限制在0.3～0.6G以下。

5．抗干扰为防止电磁干扰，控制线应有屏蔽措施，母线与动力线要保持不少于100mm的距离。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.1.4变频器安装对电源的要求

变频器安装前应调查安装场所的供电电源是否正常，交流电源的不正常主要是指欠压、缺相和停电事故三种情况，有时是这三种情况的复合。电源故障的最重要原因是遭受雷击，其次是供电系统的短路事故。有些地区甚至采取自备发电机发电，则有可能出现电压波动、频率不够稳定的问题。《变频器原理与应用（第3版）》第9章

针对电源存在的问题，变频器安装时应采取以下措施。

1）电源电压过高。在实际使用中，要核实电源电压以及变频器的额定电压。当电源电压极不稳定时，要设置稳压设备，否则会造成严重后果。

2）短暂停电。如果存在短暂停电(一般为数秒)，一旦电源恢复正常，设备应继续运转。这时变频器应具备瞬时停电再启动功能。

3）停电时间较长。若经常存在停电时间较长情况，变频器附近又有直接启动的电动机或电炉的情况下，当电网电压降低时，一般应将变频器从电源切除。

4）自备不停电电源。对于特别重要的设备，绝对不容许停转，就必须采用不停电电源(UPS)与变频器自动换接。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.1.5安装方向与空间

为了保证变频器散热良好，必须将变频器安装在垂直方向，因变频器内部装有冷却风扇以强制风冷，其上下左右与相邻的物品和挡板(墙)必须保持足够的空间。

图9-1变频器周围的空间图9-2多台变频器的安装方法

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.1.6安装方法

1)把变频器用螺栓垂直安装到坚固的物体上，从正面可以看见变频器操作面板的文字位置，不要上下颠倒或平放安装。

2)变频器在运行中会发热，确保冷却风道畅通，由于变频器内部热量从上部排出，所以不要安装到不耐热机器下面。

3)变频器在运转中，散热片的附近温度可上升到90℃，变频器背面要使用耐温材料。

4)安装在控制柜内时，最好将发热部分露于柜之外的方法降低柜内温度，若不具备将发热部分露于柜外的条件，可装在柜内，但要充分注意换气，防止变频器周围温度超过额定值。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.1.7接线

1．主回路电缆选择主回路电缆时，须考虑电流容量、短路保护、电缆压降等因素。变频器与电机之间的连接电缆尽量短，线路压降规定不能超过额定电压的2％。接地回路须按电气设备技术标准所规定的方式施工，可具体地参考变频器使用说明书。当变频器呈单元型时，接地电缆与变频器的接地端子连接；当变频器被设置在配电柜中时，则与配电柜的接地端子或接地母线相接。根据电气设备技术标准，接地电线必须用直径6mm以上的软铜线。《变频器原理与应用（第3版）》第9章

2．控制回路电缆变频器控制回路的控制信号均为微弱的电压、电流信号，因此，必须对控制回路采取适当的屏蔽措施。

(1)主、控电缆分离

主回路电缆与控制回路电缆必须分离铺设，相隔距离按电器设备技术标准执行。

(2)电缆的屏蔽若干扰存在，则应对控制电缆进行屏蔽：将电缆封入接地的金属管内；将电缆置入接地的金属通道内；采用屏蔽电缆。

(3)采用绞合电缆

弱电压、电流回路(4～20mA，1～5V)用电缆，特别是长距离的控制回路电缆采用绞合线，绞合线的绞合间距最好尽可能的小，并且都使用屏蔽铠装电缆。

《变频器原理与应用（第3版）》第9章

主、控电缆分离主回路电缆与控制回路电缆必须分离铺设，相隔距离按电器设备技术标准执行。为避免相互耦合产生干扰，它们之间应该保证足够的距离且尽可能远，特别是当电缆平行安装并且延伸距离较长时。信号/控制电缆必须穿越电源电缆时，则应垂直穿越，如图9-4所示：

图9-4控制电缆、电源电缆与电机电缆的放置电机电缆越长或者电机电缆横截面积越大时，对地电容就越大，干扰相互耦合也越强，应该使用规定截面积的电缆，并尽量减小长度。《变频器原理与应用（第3版）》第9章3.电缆的接地

正确连接

错误连接图9-5屏蔽电缆的连接方法

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.2变频器的抗干扰

9.2.1变频器运行对电网的影响

变频器的整流电路和逆变电路都是由非线性器件组成，其电路结构会导致电网的电压电流波形发生畸变。

图9-6变频器输入电压电流实测波形图9-8换相作用造成电源电压波形《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.2.2变频器对电网影响的抑制

若电压畸变率高于5％，可以用接入交流电抗器或直流电抗器的方法抑制高次谐波电流。

图9-9变频器接入交流电抗器XL和直流电抗器DL

a)接入电抗值小的XLb)接入电抗值大的XLc)同时接入电抗值大的XL和DL

图9-10接入XL和DL后的电流波形《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.2.3变频器对其他设备的干扰及抑止PWM控制的逆变电路会产生谐波干扰。图9-11PWM控制输出的电压波形

图9-12PWM控制输出的电流波形

《变频器原理与应用（第3版）》第9章

变频器产生谐波时，其干扰途径与一般电磁干扰途径相似，分别为传导、辐射和二次辐射、电磁耦合、边传导边辐射等，如图9-12所示。

图9-13谐波干扰途径《变频器原理与应用（第3版）》第9章

变频器对其他设备干扰的抑止方法：

1）当使用容量大的变频器时，设置专用的变压器连接到高压系统。

2）将动力线的接地与控制线的接地分开。

3）高压电缆、动力电缆、控制电缆与仪表电缆、计算机电缆分开走线。

4）在变频器前加装LC电路无源滤波器，滤掉高次谐波。

5）变频器本身采用铁壳屏蔽，输出线用钢管屏蔽。

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.2.4电网对变频器干扰的防止

电网对变频器干扰的因素：

1）电网三相电压不平衡时，会使变频器输入电流的波形发生畸变。

2）当配电网络中接有功率因数补偿电容器及晶闸管整流装置等，与变频器同处于一个网络中，当补偿电容投入或晶闸管换相时，将造成变频器输入电压波形畸变。防止电网对变频器干扰的措施有：1）当变频器的容量较大时，单独配置供电变压器。2）对于配电变压器容量非常大，且变压器容量大于变频器容量10倍以上时，可在变频器输入侧加装交流电抗器。

3）当配电网络有功率因数补偿电容或晶闸管整流装置时，若在变频器交流侧连接有交流电抗器，为了防止谐振现象发生，在补偿电容器前应串接适当数值的电抗器。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.3变频器的接地与防雷9.3.1变频器的接地由于变频器主电路中的半导体开关器件在工作过程中具有高速的开关动作，变频器主电路和变频器单元外壳以及控制柜之间的漏电流也相对变大。为了防止操作者触电，必须保征变频器接地端可靠接地。变频器正确接地也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。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共同接地。信号输入线的屏蔽层应接至E(G)上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。《变频器原理与应用（第3版）》第9章进行接地线布线时，还应注意以下事项。①应按照规定的施工要求进行布线。②绝对避免同电焊机、动力机械、变压器等强电设备共用接地电缆或接地板。此外，接地电缆布线上也应与强电设备的接地电缆分开。③尽可能缩短接地电缆的长度。《变频器原理与应用（第3版）》第9章推荐采用的接地方式如图9-15所示。图9-15配线时推荐采用的接地方式不要采用的接地线方式如图9-16所示。

图9-16不要采用的接地线方式《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.3.2变频器的防雷主变压器受雷击后，由于一次断路器断开，会使变压器二次产生极高的浪涌电压。

①为防止浪涌电压对变频器的破坏，可在变频器的输入端增设压敏电阻，其耐压应低于功率模块的耐压，以保护元器件不被击穿。

②选用产生低浪涌电压的断路器，并同时采用压敏电阻。

③变压器一次断开时，可通过程序控制，使变频器提前断开。同时．也要增设相关的压敏电阻保护．通过励磁储存能量计算电阻值。此外，主回路用的避雷器和熔断器应选用特种规格。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.4变频器系统的调试

9.4.1通电前的检查

（1)外观、构造检查

（2)绝缘电阻的检查

1）主电路：用万用表检查，必须用兆欧表时，应按图9-17连接。

图9-17用兆欧表测试主电路的绝缘电阻

2）控制电路不能用兆欧表对控制电路进行测试，只能用高阻量程万用表。

①全部卸开控制电路端子的外部连接。

②进行对地之间电路测试，测量值若在1MΩ以上，就属正常。

③用万用表测试接触器、继电器等控制电路的连接是否正确。

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.4.2通电检查

（1）观察显示情况（2）观察风机（3）测量进线电压（4）进行功能预置（5）观察显示内容

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.4.3空载试验

将变频器的输出端与电动机相接，电动机不带负载，主要测试以下项目：（1）测试电动机的运转对照说明书在操作面板上进行一些简单的操作，如启动、升速、降速、停止、点动等。观察电动机的旋转方向是否与所要求的一致？控制电路工作是否正常？通过逐渐升高运行频率，观察电动机在运行过程中是否运转灵活，有无杂音？运转时有无振动现象，是否平稳等。（2）电动机参数的自动检测对于应用矢量控制功能的变频器，应根据说明书的指导，在电动机的空转状态下测定电动机的参数。有的新型系列变频器也可以在静止状态下进行自动检测。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.4.4带负载测试

将电动机与负载连接起来进行试车。测试的内容如下：1．低速运行试验低速运行是指该生产机械所要求的最低转速。电动机应在该转速下运行1～2小时。测试内容：(1)生产机械的运转是否正常?(2)电动机在满负荷运行时，温升是否超过额定值?2．全速启动试验将给定频率设定在最大值，按“启动按钮”，使电动机的转速上升至生产机械所要求的最大转速，测试内容：(1)启动是否顺利？

(2)启动电流是否过大？(3)观察整个启动过程是否平稳？

(4)停机状态下是否旋转？3．全速停机试验：(1)直流电压是否过高？(2)拖动系统能否停住？4．高速运行试验：(1)电动机的带载能力？(2)机械运转是否平稳？《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.5变频器的维护与检查

9.5.1维护注意事项（1）只有受过专业训练的人才能拆卸变频器并进行维修和器件更换。（2）维修变频器后不要将金属等导电物遗漏在变频器内，否则有可能造成变频器损坏。（3）进行维修检查前，为防止触电危险，请首先确认以下几项：①变频器已切断电源；②主控制板充电指示灯熄灭；③用万用表等确认直流母线间的电压已降到安全电压(DC36V以下)。（4）对长期不使用的变频器，通电时应使用调压器慢慢升高变频器的输入电压直至额定电压，否则有触电和爆炸危险。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.5.2日常检查与维护

在变频器的日常维护项目：1)变频器的运行参数是否在规定范围内，电源电压是否正常。2)变频器的操作面板显示是否正常，仪表指示是否正确，是否有振动、震荡等现象。3）冷却风扇部分是否运转正常，有无异常声音。4)变频器和电机是否有异常噪音、异常振动及过热的迹象。5）变频器及引出电缆是否有过热、变色、变形、异味、噪声等异常情况。6）变频器的周围环境是否符合标准规范，温度和湿度是否正常。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.5.3定期检查定期检查项目有：

1）输入、输出端子和铜排是否过热变色，变形。

2）控制回路端子螺钉是否松动，用螺丝刀拧紧。

3）输入R、S，T与输出U、V，W端子座是否有损伤。

4）R，S、T和U、V、W与铜排连接牢固否，用扳手拧紧。

5）主回路和控制回路端子绝缘是否满足要求。

6）电力电缆和控制电缆有无损伤和老化变色。

7）污损的地方，用抹布沾上中性化学剂擦，除粉尘，保持变频器散热性能良好。

9）对长期不使用的变频器，应进行定期充电试验。

9）变频器的绝缘测试。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.5.4零部件更换冷却风扇使用3年应更换。直流滤波电容器使用5年应更换。电路板上的电解电容器使用7年应更换。其化零部件根据情况适时进行更换。《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.5.5变频器基本检测和测量方法

由于变频器输入、输出电压或电流中均含有不同程度的谐波分量，用不同类别的测量仪器仪表会测量出不同的结果，并有很大差别，甚至是错误的。因此，在选择测量仪表时应区分不同的测量项目和测试点，选择不同的测试仪表，如表10-5所示。

表10-5主电路测量推荐使用的仪表

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.5.6测量仪表简介

1.电磁式仪表

2.磁电式仪表3.整流式仪表4电动式仪表5.数字式仪表

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.5.7变频器主电路的测量变频器主电路的测量电路如图9-22所示。

图9-22变频器主电路的测量

《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.6变频器的常见故障与处理

9.6.1变频器常见故障诊断

1.整流桥故障2.直流母线故障3.逆变桥故障4.开关电源故障5.驱动电路故障6.CPU主板故障7.I/O电路故障8.监控键盘故障9.传感器故障10.功能参数设置不当《变频器原理与应用（第3版）》第9章9.6.2变频器故障的处理

变频器内部结构复杂，外围电路形式多样，如果出现故障可依据下面提供的几种处理方法进行分析和排除。

1.通过故障信息分析故障原因

2.根据故障现象确定故障大致范围

3.借助仪器仪表全面细致检查《变频器原理与应用（第3版）》第9章本章小结

变频器储存和安装时须考虑场所的温度、湿度、灰尘、振动等情况。选择主回路电缆时，须考虑电流容量、短路保护、电缆压降等因素。变频器控制回路的控制信号均为微弱的电压、电流信号，控制回路易受外界强电场或高频杂散电磁波的影响，易受主电路的高次谐波场的辐射及电源侧振动的影响，因此，必须对控制回路采取适当的屏蔽措施。在变频器传动电动机系统中，变频器与电网、变频器与电动机以及周边设备相互之间都存在着干扰，安装时应采取适当的抗干扰措施。《变频器原理与应用（第3版）》第9章

变频器系统调试时，在通电前先要进行直观检查和用万用表检查。通电检查时，应按拟定的步骤进行，如：空载→轻载→带正常负载。调试时注意仪器仪表的正确使用，并做好调试记录。由于变频器输入、输出电压或电流中均含有不同程度的谐波分量，用不同类别的测量仪器仪表会测量出不同的结果。因此，在选择测量仪表时应区分不同的测量项目和测试点，选择不同的测试仪表变频器内部结构复杂，外围电路形式多样，如果出现故障可依据下面提供的几种处理方法进行分析和排除。

1.通过故障信息分析故障原因

2.根据故障现象确定故障大致范围

3.借助仪器仪表全面细致检查《变频器原理与应用（第3版）》第9章

谢谢！《变频器原理与应用（第3版）》第9章第10章

变频器应用实例10.1变频调速技术在风机上的应用

10.1.1风机变频调速驱动机理

风机应用广泛，但常用的方法则是调节风门或挡板开度的大小来调整受控对象，这样，就使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。采用变频调速可以节能30%～60%。负载转矩TL和转速nL之间的关系可用下式表示：

(10-1)

则功率PL和转速nL之间的关系为：

(10-3)上三式中，PL、TL——分别为电动机轴上的功率和转矩。

KT、KP——分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。《变频器原理与应用（第2版）》第11章10.1.2风机变频调速系统设计

1.风机容量选择风机容量的选择，主要依据被控对象对流量或压力的需求，可查阅相关的设计手册。

2.变频器的容量选择选择变频器容量与所驱动的电动机容量相同即可。

3.变频器的运行控制方式选择依据风机在低速运行时，阻转矩很小，不存在低频时带不动负载的问题，采用U／f控制方式即可。

4.变频器的参数预置

上限频率，下限频率，加、减速时间，加、减速方式，回避频率，起动前的直流制动。《变频器原理与应用（第2版）》第11章5.风机变频调速系统的电路原理图

考虑到变频器一旦发生故障，也不能让风机停止工作，应具有将风机由变频运行切换为工频运行的控制。

图10-3所示为风机变频调速系统的电路原理图《变频器原理与应用（第2版）》第11章风机用变频器的功能代码

以变频器为森兰BT12S系列为例，变频器的功能预置为：F01=5频率由X4、X5设定。F02=1使变频器处于外部FWD控制模式。F28=0使变频器的FMA输出功能为频率。F40=4设置电机极数为4极。FMA为模拟信号输出端，可在FMA和GND两端之间跨接频率表。F69=0选择X