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四 变频器的操作
8 变频器的操作
8.1 基本操作要领
8.1.1 频率给定
(1) 操作面板给定:使用面板键盘，由∧、∨键升降频率;或由面板电位器调节频率;
(2) 外部电信号给定:使用控制端子，在电压端子(VR1、VR2)给予0～±10V(也有的0～±5V);电流端子(IR1、IR2)给予4～20mA(也有的0~20mA);
(3) 编程给定:当使用控制端子X1、X2、……时，设定对应的各自频率;
(4) 上位机程序给定:由上位机通过RS－485接口与本变频器通讯给定频率。
8.1.2 基本频率给定线和任意频率给定线
(1) 基本频率给定线:它是基本信号变动范围所对应的基本频率范围，如图8-1中的①信号电压0～Umax(例如0～10V);对应着输出频率0～fmax;
图8-1 频率给定线和频率增益的含义
(2) 任意频率给定线:它需设定最低频率和最高频率，如图10-1中的②、③信号电压0～Umax(例如0～10V)令频率增益为G%=fxm/fmax;
当G＜100%时，fxm＜fmax
如曲线②对应着输出频率fBI～fxm1(fBI为最低频率，也称偏置频率，fxm1为最高频率，fxm1现低于fmax)
当G＞100%时fxm＞fmax
如曲线③对应着输出频率fBI～fxm2(fBI为最低频率，即为偏置频率。fxm2为最高频率，fxm2现高于fmax)任意给定线的设定要考虑上下限频率的要求(见下述(3)，切忌随意性。
(3) 上下限频率设定需知:
上下限频率含义如图8-2。
图8-2 上下限频率的含义
对转子直径大的电机，受转子耐受离心力的限制;对风机水泵平方率负载受高速过载过流的限制，一般不要选择上限频率大于额定频率。
对静态阻尼大的负载，对水泵扬程有要求的负载，一般不要选择下限频率为0或较小。须设置一个合适的下限频率fBI。
8.1.3 如何跟踪负载的变化
使用位置传感器(最简单的就是用电位器)与负载机械联动，得到的电压信号供给到变频器的VR1或VR2，就可。见第十一章应用实例。
8.1.4 当输入信号于输出频率不符合要求时的处理
当输入为`0V时，输出不是0转(0Hz)时，可调整偏置频率fBI解决。
当输入最大信号时，输出转速不合要求时，可调整频率增益G% 解决。G%↓时最大输入信号的频率↓;相反，G%↑时最大输入信号时的频率↑。
8.1.5 当启动和停止过程中电流偏大，甚至发生过流保护的处理
可延长升降速时间，但一般只要不过流，升降速时间尽量短以提高效率。对风机等没有要求升降速的负载，升降速时间长也无妨。目前很多变频器有过流(过压)限速功能的，会自己暂时不升速(或降速)。
8.1.6升降速曲线的选择
如图8-3所示，根据实际负载要求选择。
图8-3 不同负载配合的升降速度曲线
曲线① 线性升降曲线，适用于多数负载。
曲线② S形升降曲线，适用于电梯负载。
曲线③ 指数升降曲线，适用于风机负载。
8.1.7 启动设置
如图8-4所示，根据实际启动要求选择。
图8-4 不同启动要求的速度上升曲线
曲线① 要维持一段低速运转的启动场合
曲线② 要有一定冲击的启动场合
8.1.8 零速启动
对于大惯性负载，要求零速时启动，例如风机有可能启动的瞬间正在旋转，会有大的冲击启动电流，因此，先要直流制动，在启动程序设置时要注意。否则有可能损坏变频器。
8.1.9 多段升速和多段降速
在低温、粘性润滑油等负载下，为防止过流，应设置多段升速;在某些工艺有要求的场合也可能设置多段降速，按使用手册要求设置。
8.1.10 爬行的消除
消除爬行应使用直流制动。方法是再生制动到低速结束时启用直流制动，达到迅速停住。要根据负载惯性大小选择直流制动提供的直流电压幅值，根据需要制动的快慢选择低速结束处的频率该是多少。
应注意，直流制动与电磁铁抱住是性质不同的，电磁铁抱住具有大的静态制动力矩，因此对起重机等危险场合必须使用电磁铁抱住。
8.1.11 自由制动
当变频器停止输出(或断开)时，电机和负载自由旋转减速的状态称自由制动。
此时要注意不应在未真正停止时就启动，如要启动应直流制动停稳后再启动。这是由于启动瞬间电机频率(转速)与变频器频率差距太大，会使变频器和电机流过极大的冲击电流，引起损坏变频器的功率管。
对于水泵的停止，不要使用自由制动，因水泵惯性小，突然停止会发生水锤效应。
8.1.12 转矩的提升
变频器在低速时因定子漏抗和定转子电阻的影响，使转矩输出不足，又实际负载对变频器输出转距的要求不一，实际使用中往往需要作转矩的提升或补偿。
(1) 基本的U/f曲线:如前面第1节图1-2的曲线1、2，对该曲线的形状是可设定的。
(2) 直线型补偿U/f曲线:如图8-5，在恒转矩区间，供选用的U/f曲线中，有多条转矩提升曲线，有的变频器还有几条转矩减少曲线。
图8-5 常用的转矩提升和转矩减少曲线
(3) 折线型补偿U/f曲线:可按产品使用手册设定需要的形状。
(4) 自动转矩补偿曲线:多数的情况是为了提高启动转矩，使用变频器的自动转矩补偿功能较方便，当启动电流为额定电流的1.5倍时启动转矩约提高到2倍。需要指出的是:任何转矩的提升是以提高电流为代价，不应造成不恰当的过电流，每加大一挡要检查电流是否太大，更不能跳闸。
8.1.13 矢量控制
(1) 矢量控制的本质
交流异步电机只有三根线将电能送到电机去，这三根线上的电气参数只可能有如下4项:电压、频率、相位、波形。
矢量控制在很多书上讲的很复杂，不易搞懂，但要实现控制不外乎改变这4项。实际测定某矢量控制交流异步电机，对应不同负载率下不同设定频率的实际输出电压和频率是变化的,如图8-6。这种变化是动态的，与本章1(12)节的转矩提升不一样。
图8-6 某7.5KW变频器矢量控制时不同负载率对应的频率和电压变化
矢量控制时，随着负载率的提高输出的实际频率和电压在不断提高，例如:某7.5kW电机设定20Hz条件下，空载时输出是20Hz、165V;当负载率为50%时输出是20.7Hz、170V;当负载率为100%时输出是 21.6Hz、180V;当负载率为150%时输出是22.6Hz、187V。用示波器观察，波形和相位没有什么变化。由此可见，矢量控制的本质是随负载率增加动态地提高频率和电压，使电机的机械特性变硬。频率的提高比单纯电压提高更有利于减少电流上升和加大转矩。而在本章第1.12节的转矩补偿仅纯粹电压提高，会造成过电流。
有矢量控制的变频器提供电机比较硬的机械特性，图8-7为电机原有的机械特性和矢量控制后的机械特性比较。
图 8-7 某1.5kW电机得原有机械特性和矢量控制
(或拟超导控制)后的机械特性
森兰变频器公司以自有专利技术设计成拟超导控制变频器，其最终效果同矢量控制的效果相当，表现的电机机械特性也相当，这种较硬得机械特性受到了拖动控制设计人员的喜爱。
(2) 矢量控制的设置
了解矢量控制本质后，就会明白不同电机的定子漏抗和电阻等参数和转子参数不同，动态补偿量也应不同。需要事先输入电机参数。这些参数有:PN、UN、IN、nN、2P、R1、X1、R2、X2、M、I0。一般使用自动测试方式输入。
使用自动测试方式输入参数的步骤:
·电机脱离负载;
·输入电机额定数据;
·变频器处于“键盘操作方式”;
·将测试功能置于“自动”;
·按下“RUN”键，自动升速到一定转速(约半速)，然后降到零;显示“自测结束”。
使用矢量控制时变频器因有参数设定关系必须注意以下几点:
·矢量控制只能一台变频器控制一台电机;
·变频器最多比电机大一个档次;
·极数以2P=2、4、6为宜;
·对双笼、深槽、力矩电机不适用。
8.1.14 电机电压不相匹配的处理
(1) 利用绕组△-Y变换调整电机线电压;
(2) 电机线电压为220V时可调整到基本频率×50=86.5Hz，这样频率调到50Hz时，电压正好220V。
(3) 对单相输入三相输出的变频器，因单相整流与三相整流输出的电压不同，变频器的输出电压下降到只有67%，输出转矩下降就更多。有些日本设备使用三相220V变频器，如改成中国单相220V供电，会造成变频器输出转矩大幅度下降。低速时可使用提高转矩补偿的方法来使用，但高速时转矩还是上不去。
8.2 控制端子的使用
8.2.1 外接频率给定(图8-8)
电压给定 使用 VR1 VR2
电流给定 使用 IR1 IR2
公共端 GND
图8-8 外接给定基本接法 图8-9 外接输入基本接法
8.2.2 外接操作输入(图8-9)
基本控制:正转 FWD; 反转 REV;
点动 JOG; 复位 RST;
多段程控 X1…X7;
可编程控制:多档速度设定,多档升降时间设定;
外部故障信号:当外部有故障时,故障信号输到相关输入端作控制;
外部升降速信号:使用外部触点信号输出到相关输入端作控制;
8.2.3 外接输出
(1) 报警输出: 使用继电器输出端30A 30B 30C (见图8-10)继电器的触点为250V/1A可直接用;
图8-10 外接输出基本接法
(2) 测量信号输出:使用FM测频率AM测输出电流通过预置可改变的输出电压和负荷率供测量的信号模拟量为DC0～10V数字量可直接数字仪表;
(3) 通讯接口:使用RS-485如上位机为RS-232C接口，则要用RS-485-RS-232C转接口;
(4) 状态信号:使用Y1 Y2 Y3 GND
对“运行信号”、“频率到达”、“频率检测”可通过预置设定，输出除能驱动发光二极管外，还能驱动小继电器，但作为直接控制用信号弱，需作处理。
*注意事项:
①当FWD与CM接通电机实际上反转时，要改变电机接线使电机正转。不要将REV当作正转，因为以后会造成判断错误而引起事故。
②不要把电源线的接触器作为变频器的启动和停止的开关，因为电源接通瞬间变频器内部不稳定、可靠性差易发生事故、停机时无制动能力、并开停机易造成对电网干扰。
③使用X1、X2……与CM的通断控制升降速要确认转向和确认互锁。
8.2.4 三线控制
有三线控制的变频器比较方便，它相当于继电器控制中的自锁控制。
（1) 按键控制:按SF后电机正转升速并自锁,按ST后电机降速至停止。
（2) 脉冲控制:
FWD得正脉冲后电机正转升速并自锁;HLD得负脉冲后电机减速到停止。脉冲控制方式可简化成按钮如图8-11。
图8-11 三线控制的两种基本接法
8.2.5 远距离控制
使用继电器把下列控制项移到控制室:
频率指示项:FMA GND
转速调节项:+5V(或+10V) VRF GND
正转、反转、点动、复位项:(FWD、REV、JOG、RST、CM)
8.2.6 PID控制
P:比例控制 比例由系统放大倍数K决定，放大倍数大，静差就小，但易超调振荡，稳定性差;
I:积分控制 用于纠正的信号一开始不大，随时间延长而纠正的信号变大，最后达到K，这样一来虽然K很大，最终静差小，但不会发生超调振荡，稳定性好。
D:微分控制 在PI调节环节中，为了克服积分时间太长，造成滞后，加入微分环节，缩短调整时间。
P、PI、PID控制调节的图示如图8-12所示。
图 8-12 P PI PID控制调节的图示
变频器使用内置PID和外接PID的用法如图8-13
图8-13 变频器用内置PID时的接法和外接PID时的接法