四 變頻器的操作
8 變頻器的操作
8.1 基本操作要領
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;或由面板電位器調節頻率;
(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:當使用控制端子X1、X2、……時，設定對應的各自頻率;
(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G＜100%時，fxm＜fmax
如曲線②對應著輸出頻率fBI～fxm1(fBI為最低頻率，也稱偏置頻率，fxm1為最高頻率，fxm1現低于fmax)
當G＞100%時fxm＞fmax
如曲線③對應著輸出頻率fBI～fxm2(fBI為最低頻率，即為偏置頻率。fxm2為最高頻率，fxm2現高于fmax)任意給定線的設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
對轉子直徑大的電機，受轉子耐受離心力的限制;對風機水泵平方率負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。
對靜態阻尼大的負載，對水泵揚程有要求的負載，一般不要選擇下限頻率為0或較小。須設置一個合適的下限頻率fBI。
8.1.3 如何跟蹤負載的變化
使用位置傳感器(最簡單的就是用電位器)與負載機械聯動，得到的電壓信號供給到變頻器的VR1或VR2，就可。見第十一章應用實例。
8.1.4 當輸入信號于輸出頻率不符合要求時的處理
當輸入為`0V時，輸出不是0轉(0Hz)時，可調整偏置頻率fBI解決。
當輸入最大信號時，輸出轉速不合要求時，可調整頻率增益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 當啟動和停止過程中電流偏大，甚至發生過流保護的處理
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。對風機等沒有要求升降速的負載，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，根據實際負載要求選擇。
圖8-3 不同負載配合的升降速度曲線
曲線① 線性升降曲線，適用于多數負載。
曲線② S形升降曲線，適用于電梯負載。
曲線③ 指數升降曲線，適用于風機負載。
8.1.7 啟動設置
如圖8-4所示，根據實際啟動要求選擇。
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
對于大慣性負載，要求零速時啟動，例如風機有可能啟動的瞬間正在旋轉，會有大的沖擊啟動電流，因此，先要直流制動，在啟動程序設置時要注意。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、粘性潤滑油等負載下，為防止過流，應設置多段升速;在某些工藝有要求的場合也可能設置多段降速，按使用手冊要求設置。
8.1.10 爬行的消除
消除爬行應使用直流制動。方法是再生制動到低速結束時啟用直流制動，達到迅速停住。要根據負載慣性大小選擇直流制動提供的直流電壓幅值，根據需要制動的快慢選擇低速結束處的頻率該是多少。
應注意，直流制動與電磁鐵抱住是性質不同的，電磁鐵抱住具有大的靜態制動力矩，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
當變頻器停止輸出(或斷開)時，電機和負載自由旋轉減速的狀態稱自由制動。
此時要注意不應在未真正停止時就啟動，如要啟動應直流制動停穩后再啟動。這是由于啟動瞬間電機頻率(轉速)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，突然停止會發生水錘效應。
8.1.12 轉矩的提升
變頻器在低速時因定子漏抗和定轉子電阻的影響，使轉矩輸出不足，又實際負載對變頻器輸出轉距的要求不一，實際使用中往往需要作轉矩的提升或補償。
(1) 基本的U/f曲線:如前面第1節圖1-2的曲線1、2，對該曲線的形狀是可設定的。
(2) 直線型補償U/f曲線:如圖8-5，在恒轉矩區間，供選用的U/f曲線中，有多條轉矩提升曲線，有的變頻器還有幾條轉矩減少曲線。
圖8-5 常用的轉矩提升和轉矩減少曲線
(3) 折線型補償U/f曲線:可按產品使用手冊設定需要的形狀。
(4) 自動轉矩補償曲線:多數的情況是為了提高啟動轉矩，使用變頻器的自動轉矩補償功能較方便，當啟動電流為額定電流的1.5倍時啟動轉矩約提高到2倍。需要指出的是:任何轉矩的提升是以提高電流為代價，不應造成不恰當的過電流，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
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雜，不易搞懂，但要實現控制不外乎改變這4項。實際測定某矢量控制交流異步電機，對應不同負載率下不同設定頻率的實際輸出電壓和頻率是變化的,如圖8-6。這種變化是動態的，與本章1(12)節的轉矩提升不一樣。
圖8-6 某7.5KW變頻器矢量控制時不同負載率對應的頻率和電壓變化
矢量控制時，隨著負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電機設定20Hz條件下，空載時輸出是20Hz、165V;當負載率為50%時輸出是20.7Hz、170V;當負載率為100%時輸出是 21.6Hz、180V;當負載率為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，矢量控制的本質是隨負載率增加動態地提高頻率和電壓，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矩。而在本章第1.12節的轉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設計成擬超導控制變頻器，其最終效果同矢量控制的效果相當，表現的電機機械特性也相當，這種較硬得機械特性受到了拖動控制設計人員的喜愛。
(2) 矢量控制的設置
了解矢量控制本質后，就會明白不同電機的定子漏抗和電阻等參數和轉子參數不同，動態補償量也應不同。需要事先輸入電機參數。這些參數有: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參數的步驟:
?電機脫離負載;
?輸入電機額定數據;
?變頻器處于“鍵盤操作方式”;
?將測試功能置于“自動”;
?按下“RUN”鍵，自動升速到一定轉速(約半速)，然后降到零;顯示“自測結束”。
使用矢量控制時變頻器因有參數設定關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變換調整電機線電壓;
(2) 電機線電壓為220V時可調整到基本頻率×50=86.5Hz，這樣頻率調到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%，輸出轉矩下降就更多。有些日本設備使用三相220V變頻器，如改成中國單相220V供電，會造成變頻器輸出轉矩大幅度下降。低速時可使用提高轉矩補償的方法來使用，但高速時轉矩還是上不去。
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 FWD; 反轉 REV;
點動 JOG; 復位 RST;
多段程控 X1…X7;
可編程控制:多檔速度設定,多檔升降時間設定;
外部故障信號:當外部有故障時,故障信號輸到相關輸入端作控制;
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測輸出電流通過預置可改變的輸出電壓和負荷率供測量的信號模擬量為DC0～10V數字量可直接數字儀表;
(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轉接口;
(4) 狀態信號:使用Y1 Y2 Y3 GND
對“運行信號”、“頻率到達”、“頻率檢測”可通過預置設定，輸出除能驅動發光二極管外，還能驅動小繼電器，但作為直接控制用信號弱，需作處理。
*注意事項:
①當FWD與CM接通電機實際上反轉時，要改變電機接線使電機正轉。不要將REV當作正轉，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，因為電源接通瞬間變頻器內部不穩定、可靠性差易發生事故、停機時無制動能力、并開停機易造成對電網干擾。
③使用X1、X2……與CM的通斷控制升降速要確認轉向和確認互鎖。
8.2.4 三線控制
有三線控制的變頻器比較方便，它相當于繼電器控制中的自鎖控制。
（1) 按鍵控制:按SF后電機正轉升速并自鎖,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升速并自鎖;HLD得負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
轉速調節項:+5V(或+10V) VRF GND
正轉、反轉、點動、復位項:(FWD、REV、JOG、RST、CM)
8.2.6 PID控制
P:比例控制 比例由系統放大倍數K決定，放大倍數大，靜差就小，但易超調振蕩，穩定性差;
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，最后達到K，這樣一來雖然K很大，最終靜差小，但不會發生超調振蕩，穩定性好。
D:微分控制 在PI調節環節中，為了克服積分時間太長，造成滯后，加入微分環節，縮短調整時間。
P、PI、PID控制調節的圖示如圖8-12所示。
圖 8-12 P PI PID控制調節的圖示
變頻器使用內置PID和外接PID的用法如圖8-13
圖8-13 變頻器用內置PID時的接法和外接PID時的接法
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
