四 變頻器的操作
8 變頻器的操作
8.1 基本操作要領(lǐng)
8.1.1 頻率給定
(1) 操作面板給定:使用面板鍵盤,由∧、∨鍵升降頻率;或由面板電位器調(diào)節(jié)頻率;
(2) 外部電信號給定:使用控制端子,在電壓端子(VR1、VR2)給予0~±10V(也有的0~±5V);電流端子(IR1、IR2)給予4~20mA(也有的0~20mA);
(3) 編程給定:當(dāng)使用控制端子X1、X2、……時,設(shè)定對應(yīng)的各自頻率;
(4) 上位機程序給定:由上位機通過RS-485接口與本變頻器通訊給定頻率。
8.1.2 基本頻率給定線和任意頻率給定線
(1) 基本頻率給定線:它是基本信號變動范圍所對應(yīng)的基本頻率范圍,如圖8-1中的①信號電壓0~Umax(例如0~10V);對應(yīng)著輸出頻率0~fmax;

圖8-1 頻率給定線和頻率增益的含義
(2) 任意頻率給定線:它需設(shè)定最低頻率和最高頻率,如圖10-1中的②、③信號電壓0~Umax(例如0~10V)令頻率增益為G%=fxm/fmax;
當(dāng)G<100%時,fxm<fmax
如曲線②對應(yīng)著輸出頻率fBI~fxm1(fBI為最低頻率,也稱偏置頻率,fxm1為最高頻率,fxm1現(xiàn)低于fmax)
當(dāng)G>100%時fxm>fmax
如曲線③對應(yīng)著輸出頻率fBI~fxm2(fBI為最低頻率,即為偏置頻率。fxm2為最高頻率,fxm2現(xiàn)高于fmax)任意給定線的設(shè)定要考慮上下限頻率的要求(見下述(3),切忌隨意性。
(3) 上下限頻率設(shè)定需知:
上下限頻率含義如圖8-2。

圖8-2 上下限頻率的含義
對轉(zhuǎn)子直徑大的電機,受轉(zhuǎn)子耐受離心力的限制;對風(fēng)機水泵平方率負(fù)載受高速過載過流的限制,一般不要選擇上限頻率大于額定頻率。
對靜態(tài)阻尼大的負(fù)載,對水泵揚程有要求的負(fù)載,一般不要選擇下限頻率為0或較小。須設(shè)置一個合適的下限頻率fBI。
8.1.3 如何跟蹤負(fù)載的變化
使用位置傳感器(最簡單的就是用電位器)與負(fù)載機械聯(lián)動,得到的電壓信號供給到變頻器的VR1或VR2,就可。見第十一章應(yīng)用實例。
8.1.4 當(dāng)輸入信號于輸出頻率不符合要求時的處理
當(dāng)輸入為`0V時,輸出不是0轉(zhuǎn)(0Hz)時,可調(diào)整偏置頻率fBI解決。
當(dāng)輸入最大信號時,輸出轉(zhuǎn)速不合要求時,可調(diào)整頻率增益G% 解決。G%↓時最大輸入信號的頻率↓;相反,G%↑時最大輸入信號時的頻率↑。
8.1.5 當(dāng)啟動和停止過程中電流偏大,甚至發(fā)生過流保護(hù)的處理
可延長升降速時間,但一般只要不過流,升降速時間盡量短以提高效率。對風(fēng)機等沒有要求升降速的負(fù)載,升降速時間長也無妨。目前很多變頻器有過流(過壓)限速功能的,會自己暫時不升速(或降速)。
8.1.6升降速曲線的選擇
如圖8-3所示,根據(jù)實際負(fù)載要求選擇。

圖8-3 不同負(fù)載配合的升降速度曲線
曲線① 線性升降曲線,適用于多數(shù)負(fù)載。
曲線② S形升降曲線,適用于電梯負(fù)載。
曲線③ 指數(shù)升降曲線,適用于風(fēng)機負(fù)載。
8.1.7 啟動設(shè)置
如圖8-4所示,根據(jù)實際啟動要求選擇。

圖8-4 不同啟動要求的速度上升曲線
曲線① 要維持一段低速運轉(zhuǎn)的啟動場合
曲線② 要有一定沖擊的啟動場合
8.1.8 零速啟動
對于大慣性負(fù)載,要求零速時啟動,例如風(fēng)機有可能啟動的瞬間正在旋轉(zhuǎn),會有大的沖擊啟動電流,因此,先要直流制動,在啟動程序設(shè)置時要注意。否則有可能損壞變頻器。
8.1.9 多段升速和多段降速
在低溫、粘性潤滑油等負(fù)載下,為防止過流,應(yīng)設(shè)置多段升速;在某些工藝有要求的場合也可能設(shè)置多段降速,按使用手冊要求設(shè)置。
8.1.10 爬行的消除
消除爬行應(yīng)使用直流制動。方法是再生制動到低速結(jié)束時啟用直流制動,達(dá)到迅速停住。要根據(jù)負(fù)載慣性大小選擇直流制動提供的直流電壓幅值,根據(jù)需要制動的快慢選擇低速結(jié)束處的頻率該是多少。
應(yīng)注意,直流制動與電磁鐵抱住是性質(zhì)不同的,電磁鐵抱住具有大的靜態(tài)制動力矩,因此對起重機等危險場合必須使用電磁鐵抱住。
8.1.11 自由制動
當(dāng)變頻器停止輸出(或斷開)時,電機和負(fù)載自由旋轉(zhuǎn)減速的狀態(tài)稱自由制動。
此時要注意不應(yīng)在未真正停止時就啟動,如要啟動應(yīng)直流制動停穩(wěn)后再啟動。這是由于啟動瞬間電機頻率(轉(zhuǎn)速)與變頻器頻率差距太大,會使變頻器和電機流過極大的沖擊電流,引起損壞變頻器的功率管。
對于水泵的停止,不要使用自由制動,因水泵慣性小,突然停止會發(fā)生水錘效應(yīng)。
8.1.12 轉(zhuǎn)矩的提升
變頻器在低速時因定子漏抗和定轉(zhuǎn)子電阻的影響,使轉(zhuǎn)矩輸出不足,又實際負(fù)載對變頻器輸出轉(zhuǎn)距的要求不一,實際使用中往往需要作轉(zhuǎn)矩的提升或補償。
(1) 基本的U/f曲線:如前面第1節(jié)圖1-2的曲線1、2,對該曲線的形狀是可設(shè)定的。
(2) 直線型補償U(kuò)/f曲線:如圖8-5,在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)間,供選用的U/f曲線中,有多條轉(zhuǎn)矩提升曲線,有的變頻器還有幾條轉(zhuǎn)矩減少曲線。

圖8-5 常用的轉(zhuǎn)矩提升和轉(zhuǎn)矩減少曲線
(3) 折線型補償U(kuò)/f曲線:可按產(chǎn)品使用手冊設(shè)定需要的形狀。
(4) 自動轉(zhuǎn)矩補償曲線:多數(shù)的情況是為了提高啟動轉(zhuǎn)矩,使用變頻器的自動轉(zhuǎn)矩補償功能較方便,當(dāng)啟動電流為額定電流的1.5倍時啟動轉(zhuǎn)矩約提高到2倍。需要指出的是:任何轉(zhuǎn)矩的提升是以提高電流為代價,不應(yīng)造成不恰當(dāng)?shù)倪^電流,每加大一擋要檢查電流是否太大,更不能跳閘。
8.1.13 矢量控制
(1) 矢量控制的本質(zhì)
交流異步電機只有三根線將電能送到電機去,這三根線上的電氣參數(shù)只可能有如下4項:電壓、頻率、相位、波形。
矢量控制在很多書上講的很復(fù)雜,不易搞懂,但要實現(xiàn)控制不外乎改變這4項。實際測定某矢量控制交流異步電機,對應(yīng)不同負(fù)載率下不同設(shè)定頻率的實際輸出電壓和頻率是變化的,如圖8-6。這種變化是動態(tài)的,與本章1(12)節(jié)的轉(zhuǎn)矩提升不一樣。

圖8-6 某7.5KW變頻器矢量控制時不同負(fù)載率對應(yīng)的頻率和電壓變化
矢量控制時,隨著負(fù)載率的提高輸出的實際頻率和電壓在不斷提高,例如:某7.5kW電機設(shè)定20Hz條件下,空載時輸出是20Hz、165V;當(dāng)負(fù)載率為50%時輸出是20.7Hz、170V;當(dāng)負(fù)載率為100%時輸出是 21.6Hz、180V;當(dāng)負(fù)載率為150%時輸出是22.6Hz、187V。用示波器觀察,波形和相位沒有什么變化。由此可見,矢量控制的本質(zhì)是隨負(fù)載率增加動態(tài)地提高頻率和電壓,使電機的機械特性變硬。頻率的提高比單純電壓提高更有利于減少電流上升和加大轉(zhuǎn)矩。而在本章第1.12節(jié)的轉(zhuǎn)矩補償僅純粹電壓提高,會造成過電流。
有矢量控制的變頻器提供電機比較硬的機械特性,圖8-7為電機原有的機械特性和矢量控制后的機械特性比較。

圖 8-7 某1.5kW電機得原有機械特性和矢量控制
(或擬超導(dǎo)控制)后的機械特性
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森蘭變頻器公司以自有專利技術(shù)設(shè)計成擬超導(dǎo)控制變頻器,其最終效果同矢量控制的效果相當(dāng),表現(xiàn)的電機機械特性也相當(dāng),這種較硬得機械特性受到了拖動控制設(shè)計人員的喜愛。
(2) 矢量控制的設(shè)置
了解矢量控制本質(zhì)后,就會明白不同電機的定子漏抗和電阻等參數(shù)和轉(zhuǎn)子參數(shù)不同,動態(tài)補償量也應(yīng)不同。需要事先輸入電機參數(shù)。這些參數(shù)有:PN、UN、IN、nN、2P、R1、X1、R2、X2、M、I0。一般使用自動測試方式輸入。
使用自動測試方式輸入?yún)?shù)的步驟:
?電機脫離負(fù)載;
?輸入電機額定數(shù)據(jù);
?變頻器處于“鍵盤操作方式”;
?將測試功能置于“自動”;
?按下“RUN”鍵,自動升速到一定轉(zhuǎn)速(約半速),然后降到零;顯示“自測結(jié)束”。
使用矢量控制時變頻器因有參數(shù)設(shè)定關(guān)系必須注意以下幾點:
?矢量控制只能一臺變頻器控制一臺電機;
?變頻器最多比電機大一個檔次;
?極數(shù)以2P=2、4、6為宜;
?對雙籠、深槽、力矩電機不適用。
8.1.14 電機電壓不相匹配的處理
(1) 利用繞組△-Y變換調(diào)整電機線電壓;
(2) 電機線電壓為220V時可調(diào)整到基本頻率×50=86.5Hz,這樣頻率調(diào)到50Hz時,電壓正好220V。
(3) 對單相輸入三相輸出的變頻器,因單相整流與三相整流輸出的電壓不同,變頻器的輸出電壓下降到只有67%,輸出轉(zhuǎn)矩下降就更多。有些日本設(shè)備使用三相220V變頻器,如改成中國單相220V供電,會造成變頻器輸出轉(zhuǎn)矩大幅度下降。低速時可使用提高轉(zhuǎn)矩補償?shù)姆椒▉硎褂?,但高速時轉(zhuǎn)矩還是上不去。
8.2 控制端子的使用
8.2.1 外接頻率給定(圖8-8)
電壓給定 使用 VR1 VR2
電流給定 使用 IR1 IR2
公共端 GND

圖8-8 外接給定基本接法 圖8-9 外接輸入基本接法
8.2.2 外接操作輸入(圖8-9)
基本控制:正轉(zhuǎn) FWD; 反轉(zhuǎn) REV;
點動 JOG; 復(fù)位 RST;
多段程控 X1…X7;
可編程控制:多檔速度設(shè)定,多檔升降時間設(shè)定;
外部故障信號:當(dāng)外部有故障時,故障信號輸?shù)较嚓P(guān)輸入端作控制;
外部升降速信號:使用外部觸點信號輸出到相關(guān)輸入端作控制;
8.2.3 外接輸出
(1) 報警輸出: 使用繼電器輸出端30A 30B 30C (見圖8-10)繼電器的觸點為250V/1A可直接用;

圖8-10 外接輸出基本接法
(2) 測量信號輸出:使用FM測頻率AM測輸出電流通過預(yù)置可改變的輸出電壓和負(fù)荷率供測量的信號模擬量為DC0~10V數(shù)字量可直接數(shù)字儀表;
(3) 通訊接口:使用RS-485如上位機為RS-232C接口,則要用RS-485-RS-232C轉(zhuǎn)接口;
(4) 狀態(tài)信號:使用Y1 Y2 Y3 GND
對“運行信號”、“頻率到達(dá)”、“頻率檢測”可通過預(yù)置設(shè)定,輸出除能驅(qū)動發(fā)光二極管外,還能驅(qū)動小繼電器,但作為直接控制用信號弱,需作處理。
*注意事項:
①當(dāng)FWD與CM接通電機實際上反轉(zhuǎn)時,要改變電機接線使電機正轉(zhuǎn)。不要將REV當(dāng)作正轉(zhuǎn),因為以后會造成判斷錯誤而引起事故。
②不要把電源線的接觸器作為變頻器的啟動和停止的開關(guān),因為電源接通瞬間變頻器內(nèi)部不穩(wěn)定、可靠性差易發(fā)生事故、停機時無制動能力、并開停機易造成對電網(wǎng)干擾。
③使用X1、X2……與CM的通斷控制升降速要確認(rèn)轉(zhuǎn)向和確認(rèn)互鎖。
8.2.4 三線控制
有三線控制的變頻器比較方便,它相當(dāng)于繼電器控制中的自鎖控制。
(1) 按鍵控制:按SF后電機正轉(zhuǎn)升速并自鎖,按ST后電機降速至停止。
(2) 脈沖控制:
FWD得正脈沖后電機正轉(zhuǎn)升速并自鎖;HLD得負(fù)脈沖后電機減速到停止。脈沖控制方式可簡化成按鈕如圖8-11。

圖8-11 三線控制的兩種基本接法
8.2.5 遠(yuǎn)距離控制
使用繼電器把下列控制項移到控制室:
頻率指示項:FMA GND
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)項:+5V(或+10V) VRF GND
正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、復(fù)位項:(FWD、REV、JOG、RST、CM)
8.2.6 PID控制
P:比例控制 比例由系統(tǒng)放大倍數(shù)K決定,放大倍數(shù)大,靜差就小,但易超調(diào)振蕩,穩(wěn)定性差;
I:積分控制 用于糾正的信號一開始不大,隨時間延長而糾正的信號變大,最后達(dá)到K,這樣一來雖然K很大,最終靜差小,但不會發(fā)生超調(diào)振蕩,穩(wěn)定性好。
D:微分控制 在PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中,為了克服積分時間太長,造成滯后,加入微分環(huán)節(jié),縮短調(diào)整時間。
P、PI、PID控制調(diào)節(jié)的圖示如圖8-12所示。

圖 8-12 P PI PID控制調(diào)節(jié)的圖示
變頻器使用內(nèi)置PID和外接PID的用法如圖8-13

圖8-13 變頻器用內(nèi)置PID時的接法和外接PID時的接法










