通用變頻器的選型技巧.doc

通用變頻器選型、安裝、測量與接線規(guī)范張登山Zhang,Dengshan文章編號：1008-0570（2004）01-0022-05 變頻器的選型變頻器的正確選擇對于控制系統(tǒng)的正常運行是非常關鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人們在實踐中常將生產(chǎn)機械分為三種類型?押 恒轉矩負載、恒功率負載和風機、水泵負載。恒轉矩負載：負載轉矩與轉速無關，任何轉速下總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉矩負載。變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低速下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。恒功率負載：機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，不可能無限增大，在低速下轉變?yōu)楹戕D矩性質。負載的恒功率區(qū)和恒轉矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調速時，最大容許輸出轉矩不變，屬于恒轉矩調速；而在弱磁調速時，最大容許輸出轉矩與速度成反比，屬于恒功率調速。如果電動機的恒轉矩和恒功率調速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相一致時，即所謂“匹配”的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。風機、泵類負載：在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度的次方成正比。隨著轉速的減小，轉速按轉速的次方減小。這種負載所需的功率與速度的次方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調速的方式來調節(jié)風量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行。西門子公司可以提供不同類型的變頻器，用戶可以根據(jù)自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項： 根據(jù)負載特性選擇變頻器，如負載為恒轉矩負載需選擇 變頻器，如負載為風機、泵類負載應選擇 變頻器。 選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動機的功率因數(shù)和效率都會變壞。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動機的電流增加而溫升增加左右。所以在選擇電動機和變頻器時，應考慮到這中情況，適當留有裕量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。 變頻器若要長電纜運行時，此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 當變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為控制方式，并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現(xiàn)保護。 對于一些特殊的應用場合，如高環(huán)境溫度、高開關頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。 使用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。 變頻器用于變極電動機時，應充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數(shù)轉換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。 驅動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構造，應將變頻器設置在危險場所之外。 使用變頻器驅動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉速容許值。變頻器驅動繞線轉子異步電動機時，大多是利用已有的電動機。 繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比，繞線電動機繞組的阻抗小。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用于飛輪力矩較大的場合，在設定加減速時間時應多注意。變頻器驅動同步電動機時，與工頻電源相比，降低輸出容量，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。對于壓縮機、振動機等轉矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下，如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護動作現(xiàn)象。因此，應了解工頻運行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大，所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。當變頻器控制羅茨風機時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。單相電動機不適用變頻器驅動。 變頻器的安裝與接線規(guī)范：安裝環(huán)境：為了變頻器能穩(wěn)定地工作，必須確保變頻器的運行環(huán)境滿足其所規(guī)定的容許環(huán)境。 安裝場所：?雪 電氣室應濕汽少、無水浸?雪 無爆炸性、燃燒性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少?雪 維修檢查容易進行?雪 應備有通風口或換氣裝置以排出變頻器產(chǎn)生的熱量 使用條件：?雪 變頻器的運行溫度多為：或，要注意變頻器柜體的通風性。?雪 變頻器的周圍濕度為以下。周圍濕度過高，存在電氣結緣降低和金屬部分的腐蝕問題。如果受安裝場所的限制，變頻器不得已安裝在濕度高的場所，變頻器的柜體應盡量采用密封結構。為防止變頻器停止時結露，有時裝置需加對流加熱器。?雪 變頻器周圍不應有腐蝕性、爆炸性或燃燒性氣體以及粉塵和油霧。變頻器的安裝周圍如有爆炸性和燃燒性氣體，由于變頻器內(nèi)有易產(chǎn)生火花的繼電器和接觸器，所以有時會引起火災或爆炸事故。有腐蝕性氣體時，金屬部分產(chǎn)生腐蝕，影響變頻器的長期運行。如果變頻器周圍存在粉塵和油霧時，這些氣體在變頻器內(nèi)附著、堆積將導致結緣降低；對于強迫風冷的變頻器，由于過濾器堵塞將引起變頻器內(nèi)溫度異常上升，致使變頻器不能穩(wěn)定運行。?雪 變頻器的耐振性應機種的而不同，振動超過變頻器的容許值時，將產(chǎn)生部件緊固部分松動以及繼電器和接觸器等的可動部分的器件誤動作，往往導致變頻器不能穩(wěn)定運行。對于機床、船舶等事先能預見的振動場合，應考慮變頻器的振動問題。?雪 變頻器的標高多規(guī)定在以下。標高高則氣壓下將，容易產(chǎn)生結緣破壞。另外標高高冷卻效果也下降，必須注意溫升。變頻器接線：在各種工廠和設備采用變頻調速時，在變頻器的電源側和電機側都會產(chǎn)生 諧波干擾，對供電電網(wǎng)和變頻器周圍的其他電氣設備要產(chǎn)生干擾。另外為了確保變頻器長期可靠的運行，變頻器的接線是非常重要的。 什么是？即是“電磁兼容性”。它是指電氣設備在電磁環(huán)境中良好的工作能力，并且不能產(chǎn)生在此環(huán)境中工作的其它設備所不能接受的電磁干擾。噪聲發(fā)射和抗擾度決定于與電氣設備有關的兩個特性噪聲發(fā)射和抗擾度。規(guī)定噪聲發(fā)射和抗擾度的極限值取決于電氣設備應用時所處的環(huán)境。一般分為第一類環(huán)境（民用環(huán)境）和第二類環(huán)境（工業(yè)環(huán)境）。民用環(huán)境即當電氣設備接至公共電源系統(tǒng)時對噪聲發(fā)射具有嚴格規(guī)定，但可以要求有較低的抗擾度；相反，在工業(yè)環(huán)境中，對電氣備的抗擾度要求很高，但對噪聲發(fā)射要求卻較低。如果電氣設備是系統(tǒng)的一個組成部分，它不要求一開始就滿足有關發(fā)射和抗擾度的任何要求，但是整個系統(tǒng)必須符合相關電磁兼容的要求。一般來說，電氣設備必須同時具有對高頻和低頻干擾的抑制能力。其中高頻干擾主要包括靜電放電（）、脈沖干擾和發(fā)射性頻率的電磁場等；而低頻干擾主要是指電源電壓波動、欠壓和頻率不穩(wěn)定等。變頻器及其電磁兼容性通常變頻器能夠運行在一個可能存在著較高電磁干擾（）工業(yè)環(huán)境中，此時即是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器。（） 變頻器作為噪聲發(fā)射源寄生電容存在于電機電纜和電機內(nèi)部，因此變頻器的輸出電壓波形的開關翼部通過寄生電容產(chǎn)生一個高頻脈沖噪聲電流，使變頻器成為一個噪聲源。 由于噪聲電流的源是變頻器，因此它一定要流回變頻器。圖中為大地阻抗，為動力電纜與地之間的阻抗。噪聲電流流過此二阻抗所造成的電壓降將影響到同一電網(wǎng)上的其它設備，造成干擾。此外，變頻器的整流部分也會產(chǎn)生低頻諧波，導致電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變。如果高頻噪聲電流有一條正確的通道，則高頻噪聲是可以得到抑的。如果使用非屏蔽電機電纜，則高頻噪聲電流以一個不確定的路線流回變頻器，并在此回路中產(chǎn)生高頻分量壓降，影響其它設備。為使高頻噪聲電流能沿確定路線流回變頻器，需要采用屏蔽電機電纜。電纜屏蔽層必須連接到變頻器外殼和電機外殼上。當高頻噪聲電流必須流回變頻器時，屏蔽層形成一條最有效的通道。雖然，噪聲電流不會在上出現(xiàn)壓降，但是在電源阻抗上還會出壓降影響其他電氣設備。為此，無線電干擾抑制濾波器應安裝在變頻器的輸入端?熏 這樣一來流會電源的噪聲電流會大大減少。（）變頻器作為噪聲接受器 將影響減為最小的措施 西門子公司所有變頻器設計為運行在一個可能存在著較高的電磁干擾（）工業(yè)環(huán)境中。通常，好的安裝經(jīng)驗可以確保變頻器安全和無故運行。然而，如果遇到問題，請參考以下的建議及相關措施。（）確保傳動柜中的所有設備接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何控制設備（比如一臺）要與其共地，同樣也要使用短和粗的導線接地。最好采用扁平導體（例如金屬網(wǎng)）?熏因其在高頻時阻抗較低。電機電纜的地線應直接連接到相應變頻器的接地端子（）（）安裝變頻器時，建議安裝板使用無漆鍍鋅鋼板，以確保變頻器的散熱器和安裝板之間有良好的電氣連接。（）為有效的抑制電磁波的輻射和傳導，變頻器的電機電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導必須至少為每相導線芯的電導的。（）控制電纜最好使用屏蔽電纜。一般來說，控制電纜的屏蔽層應直接在變頻器的內(nèi)部接地，另一側通過一個高頻小電容（例如）接地。當屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號線和它的返回線絞合在一起，能減小感性耦合引起的干擾。絞合越靠近端子越好。模擬信號的傳輸線應使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號線應該獨立走線，有各自的屏蔽層，以減少線間的耦合。不要把不同的模擬信號置于同一個公共返回線。低壓數(shù)字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。低壓數(shù)字信號線最好使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜應該分別屏蔽和走線。不要將和信號共用同一條電纜?。ǎ┎季€電機電纜應獨立于其它電纜走線，其最小距離為。同時應避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應盡可能使它們按度角交叉。同時必須用合適的夾子將電機電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。（）如果變頻器運行在一個對噪聲敏感的環(huán)境中，可以采用濾波器 減小來自變頻器的傳導和輻射干擾。同時為達到最優(yōu)的效果，確保濾波器與安裝板之間應有良好的接觸。（）進線電抗器用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波，同時也可用于增加電源阻抗,并幫助吸收附近設備投入工作時產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰。進線電抗器串接在電源和變頻器功率輸入端之間。如果還使用了濾波器,則進線電抗器應串接在濾波器和變頻器之間。確保傳導柜中的接觸器有滅弧功能，交流接觸器采用抑制器，直流接觸器采用“飛輪”二極管，裝入繞組中。壓敏電阻抑制器也是很有效的。在開關感性元件時，產(chǎn)生的瞬變電壓有時可以高達，頻率可達? 必須對通過變頻器上的繼電器控制的接觸器采取滅弧措施?變頻器的測量方法：變頻器各部分的電壓、電流的測定方法：測定位置和測定儀表的接線變頻器的電源測、輸出測的電壓和電流因為含有諧波成分，所以測量儀表和測定回路不同，所得的數(shù)據(jù)也不同。請用下表指定的儀表對下圖回路進行測量。測定位置和測定儀表略（可向作者索?。鹤冾l器日常的維護和檢修：變頻器是以半導體元件為中心構成的靜止裝置。由于溫度、濕度、灰塵、振動等使用環(huán)境的影響，以及其零部件常年累月的變化，為了確保變頻器的正常運行，必須對變頻器進行日常檢查和定期檢查。詳情表略可向作者索取。（西門子自動化與驅動集團標準傳動部技術支持工程師）張登山變頻器的運轉指令方式一（轉）變頻器的運轉指令方式是指如何控制變頻器的基本運行功能，這些功能包括啟動、停止、正轉與反轉、正向電動與反向點動、復位等。 與變頻器的頻率給定方式一樣，變頻器的運轉指令方式也有操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制三種。這些運轉指令方式必須按照實際的需要進行選擇設置，同時也可以根據(jù)功能進行相互之間的方式切換。1操作器鍵盤控制操作器鍵盤控制是變頻器最簡單的運轉指令方式，用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和復位鍵來直接控制變頻器的運轉。操作器鍵盤控制的最大特點就是方便實用，同時又能起到報警故障功能，即能夠將變頻器是否運行或故障或報警都能告知給用戶，因此用戶無須配線就能真正了解到變頻器是否確實在運行中、是否在報警（過載、超溫、堵轉等）以及通過led數(shù)碼和lcd液晶顯示故障類型。按照前面一節(jié)的內(nèi)容，變頻器的操作器鍵盤通?？梢酝ㄟ^延長線放置在用戶容易操作的5m以內(nèi)的空間里。同理，距離較遠時則必須使用遠程操作器鍵盤。在操作器鍵盤控制下，變頻器的正轉和反轉可以通過正反轉鍵切換和選擇。如果鍵盤定義的正轉方向與實際電動機的正轉方向（或設備的前行方向）相反時，可以通過修改相關的參數(shù)來更正，如有些變頻器參數(shù)定義是“正轉有效”或“反轉有效”，有些變頻器參數(shù)定義則是“與命令方向相同”或“與命令方向相反”。對于某些生產(chǎn)設備是不允許反轉的，如泵類負載，變頻器則專門設置了禁止電動機反轉的功能參數(shù)。該功能對端子控制、通訊控制都有效。2端子控制2.1基本概念端子控制是變頻器的運轉指令通過其外接輸入端子從外部輸入開關信號（或電平信號）來進行控制的方式。這時這些由按鈕、選擇開關、繼電器、plc或dcs的繼電器模塊就替代了操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和復位鍵，可以在遠距離來控制變頻器的運轉。圖1端子控制原理在圖1中，正轉fwd、反轉rev、點動jog、復位reset、使能enable在實際變頻器的端子中有三種具體表現(xiàn)形式:（1）上述幾個功能都是由專用的端子組成，即每個端子固定為一種功能。在實際接線中，非常簡單，不會造成誤解，這在早期的變頻器中較為普遍。（2）上述幾個功能都是由通用的多功能端子組成，即每個端子都不固定，可以通過定義多功能端子的具體內(nèi)容來實現(xiàn)。在實際接線中，非常靈活，可以大量節(jié)省端子空間。目前的小型變頻器都有這個趨向，如艾默生td900變頻器。（3）上述幾個功能除正轉和反轉功能由專用固定端子實現(xiàn)，其余如點動、復位、使能融合在多功能端子中來實現(xiàn)。在實際接線中，能充分考慮到靈活性和簡單性于一體。現(xiàn)在大部分主流變頻器都采用這種方式。2.2正轉和反轉由變頻器拖動的電動機負載在實現(xiàn)正轉和反轉功能非常簡單，只需改變控制回路（或激活正轉和反轉）即可，而無須改變主回路。（a）控制方法一（b）控制方法二圖2正反轉控制原理常見的正反轉控制有兩種方法，如圖2所示。fwd代表正轉端子，rev代表反轉端子，k1、k2代表正反轉控制的接點信號（“0”表示斷開、“1”表示吸合）。圖2（a）的方法中，接通fwd和rev的其中一個就能正反轉控制，即fwd接通后正轉、rev接通后反轉，若兩者都接通或都不接通，則表示停機。圖2（b）的方法中，接通fwd才能正反轉控制，即rev不接通表示正轉、rev接通表示反轉，若fwd不接通，則表示停機。這兩種方法在不同的變頻器里有些只能選擇其中的一種，有些可以通過功能設置來選擇任意一種。但是如變頻器定義為“反轉禁止”時，則反轉端子無效。變頻器由正向運裝過渡到反向運轉，或者由反向運轉過渡到正向運轉的過程中，中間都有輸出零頻的階段，在這個階段中，設置一個等待時間，即稱為“正反轉死區(qū)時間”，如圖3所示。圖3正反轉死區(qū)時間2.3二線制和三線制控制模式所謂三線制控制，就是模仿普通的接觸器控制電路模式，當按下常開按鈕sb2時，電動機正轉啟動，由于x多功能端子自定義為保持信號（或自鎖信號）功能，松開sb2，電動機的運行狀態(tài)將能繼續(xù)保持下去;當按下常閉按鈕sb1時，x與com之間的聯(lián)系被切斷，自鎖解除，電動機停止運行。如要選擇反轉控制，只需將k吸合，即rev功能作用（反轉）。三線制控制模式的“三線”是指自鎖控制時需要將控制線接入到三個輸入端子，與此相對應的就是以上講述的“二線制”控制模式。三線制控制模式共有兩種類型，如下圖4a和圖4b。兩者的唯一區(qū)別是右邊一種可以接收脈沖控制，即用脈沖的上升沿來替代sb2（啟動），下降沿來替代sb1（停止）。在脈沖控制中，要求sb1和sb2的指令脈沖能夠保持時間達50ms以上，否則為不動作。（a）控制方法一（b）控制方法二圖4三線制端子控制2.4點動端子控制的點動命令將比鍵盤更簡單，它只要在變頻器運行的情況下（無論正轉還是反轉），都能設置單獨的兩個端子來實現(xiàn)正向點動和反向點動，其點動運行頻率、點動間隔時間以及點動加減速時間跟鍵盤控制和通訊控制方式下相同，均可在參數(shù)內(nèi)設置。2.5操作器stop鍵的功能在進行端子控制時，變頻器的操作器鍵盤的大部分運轉功能鍵都沒有作用，但對于“stop”鍵卻還可以選擇是否有效。至于“stop”鍵是否有效必須基于用戶的具體情況:（1）如果變頻器拖動的電動機在其運行過程中不允許隨意停機，只能通過現(xiàn)場停止按鈕由現(xiàn)場人員進行停機操作時，則需定義操作器“stop”鍵無效;（2）如果現(xiàn)場控制按鈕離開變頻器本體較遠，而一旦出現(xiàn)變頻器異常情況或電動機異常，用戶可以從變頻器的操作器鍵盤直接停機的話，或者需要定義操作器鍵盤“stop”鍵為緊急停止按鈕，則需定義操作器“stop”鍵有效;（3）許多變頻器的操作器“stop”鍵與“reset”常常為同一個鍵，而且用戶需要在變頻器異常停機后，需要在故障出現(xiàn)時直接從操作器鍵盤復位，則同樣需定義操作器“stop”鍵有效。2.6數(shù)字量輸入端子數(shù)字量輸入端子是用于控制輸入變頻器運行狀態(tài)的信號，這些信號包括待機準備、運行、故障以及其他與變頻器頻率有關的內(nèi)容。這些數(shù)字開關量信號，除固定端子（正轉、反轉和點動）外，其余均為多功能數(shù)字量輸入端子。常見的數(shù)字量輸入端子都采用光電耦合隔離方式，且應用了全橋整流電路，如下圖5，pl是數(shù)字量輸入fwd正轉、rev反轉、xi多功能輸入端子的公共端子，流經(jīng)pl端子的電流可以是拉電流，也可以是灌電流。圖5數(shù)字量輸入結構示意數(shù)字量輸入端子與外部接口方式非常靈活，主要有以下幾種:（1）干接點方式。它可以使用變頻器內(nèi)部電源，也可以使用外部電源930vdc。這種方式常見于按鈕、繼電器等信號源。（2）源極方式。當外部控制器為npn型的共發(fā)射極輸出的連接方式時，為源極方式。這種方式常見于接近開關或旋轉脈沖編碼器輸入信號，用于測速、計數(shù)或限位動作等。（3）漏極方式。當外部控制器為pnp型的共發(fā)射極輸出的連接方式時，為源極方式。這種方式的信號源與源極相同。多功能數(shù)字量輸入端子的信號定義包括多段速度選擇、多段加減速時間選擇、頻率給定方式切換、運轉命令方式切換、復位和計數(shù)輸入等。綜合各類變頻器的輸入定義，具體有以下主要參數(shù):2.6.1帶切換或選擇功能的輸入信號（1）多段速選擇。通過選擇這些功能的端子on/off組合，最多可以定義4種（二個輸入端子）或8種（二個輸入端子）或16種（四個輸入端子）速度的運行曲線。（2）多種加減速時間的選擇。通過選擇相應數(shù)字量輸入端子的on/off組合，最多可以定義2種（一個輸入端子）或4種（二個輸入端子）的加減速時間值。（3）多種頻率給定方式的選擇。通過選擇相應數(shù)字量輸入端子的on/off組合，可以選擇操作器鍵盤給定、接點給定、模擬量給定、脈沖給定、通訊給定的一種，或者進行運行時的切換選擇。有些變頻器還增加了提供同一種給定方式下不同通道的選擇功能，如一臺變頻器通常有23模擬量通道、2個脈沖輸入通道以及幾個接點通道，為了在同一頻率給定方式下不同通道的輸入選擇，就必須進行第二次選擇。（4）運轉命令方式的選擇。通過選擇相應數(shù)字量輸入端子的on/off組合，可以選擇操作器鍵盤控制、端子控制和通訊控制的切換或選擇。有些變頻器還能提供強制信號電平，保證運行命令的及時性。（5）多段閉環(huán)pid給定值的選擇。通過選擇相應數(shù)字量輸入端子的on/off組合，最多可以定義2種（一個輸入端子）或4種（二個輸入端子）或8種（三個輸入端子）的閉環(huán)給定值。2.6.2計數(shù)或脈沖輸入信號多功能輸入端子能夠接受脈沖輸入信號，這些脈沖信號可以用于計數(shù)，也可以用于復位等命令，具體可定義為以下內(nèi)容:（1）計數(shù)器清零信號。即對變頻器的內(nèi)置計數(shù)器進行清零操作。（2）計數(shù)器觸發(fā)信號。該使能信號允許變頻器對該數(shù)字量輸入端子進行計數(shù)，脈沖的最高頻率大約在幾百個赫茲左右，掉電時可以存儲記憶當前計數(shù)值。（3）外部復位輸入。當變頻器發(fā)生故障報警后，通過該端子的定義，對變頻器故障進行復位，其作用與操作器鍵盤的reset復位鍵一致。（4）擺頻狀態(tài)復位。當選擇變頻器的擺頻功能時，無論是自動投入還是手動投入，閉合該端子將清楚變頻器內(nèi)部記憶的擺頻狀態(tài)信息。斷開該端子，擺頻重新開始。（5）簡易程序控制方式下的停機狀態(tài)復位。在簡易程序控制下的停機狀態(tài)中，該功能端子有效時將清楚簡易程序停機時記憶的運行階段、運行時間、運行頻率等信息。（6）三線制定義。具體可以見前面章節(jié)。（7）接點給定方式?？梢栽诙x頻率給定方式為接點給定后，定義兩個端子為up或down功能。2.6.3其他運行輸入信號（1）變頻器運行禁止。該端子有效時，運行中的變頻器則自由停車，若是在待機狀態(tài)，則禁止起動。本功能主要用于需要安全聯(lián)動的場合。（2）外部停機命令。該端子有效時，則無論變頻器處于什么運轉模式狀態(tài)或是什么運轉給定通道中，都會按照預先定義的停機方式進行停機。它與（1）的區(qū)別在于停機方式不同，后者只能是自由停車。（3）外部設備故障的常開或常閉信號輸入。通過該端子可以輸入外部設備的故障信號，便于變頻器對外部設備進行故障監(jiān)視。變頻器在接到外部設備故障信號后，可顯示“外部故障”。該故障信號可以是常開，也可以是常閉輸入方式。（4）外部中斷的常開或常閉信號輸入。變頻器在運行過程中，接到外部中斷信號后，封鎖輸出，以零頻運行。一旦外部中斷信號解除，變頻器自動轉為跟蹤起動，恢復運行。其輸入信號也可以是常開和常閉兩種輸入方式。它與（3）的區(qū)別在于外部中斷不會引起變頻器的報警，中斷解除后還能正常運行。（5）停機直流制動輸入指令。用外部控制端子對停機過程中的電動機實施直流制動，實現(xiàn)電動機的緊急停車和精確定位。（6）簡易程序控制暫停指令。用于對運行中的簡易程序控制實現(xiàn)暫?？刂?，該端子有效時則以零頻運行，簡易程序控制不計時;該端子命令無效后，變頻器自動轉為跟蹤起動，繼續(xù)簡易程序運行。（7）加減速禁止指令。保持電動機不受任何外來信號的影響，除停機命令外，維持當前轉速運轉。（8）正轉點動和反向點動。通過端子的on/off動作，讓變頻器按點動頻率運行的功能，按照運行方式的衍變邏輯，點動功能優(yōu)先于其他運行方式。常見的數(shù)字量輸入信號是繼電器觸點、按鈕開關等，這些觸點在閉合時容易發(fā)生顫動。又由于變頻器內(nèi)部接受信號的都是晶體管電路，反映速度極快。因此，輸入觸點的顫動有可能使變頻器內(nèi)部的接受電路反復接受信號而導致誤動作。為此，有的變頻器設置了防止輸入信號顫動的功能。如西門子440系列變頻器中，功能碼p0724為“1”時，表示防顫動時間為2.5ms;為“2”時，表示防顫動時間為8.2ms:為“3”時，表示防顫動時間為12.3ms。變頻器的頻率給定方式二（轉）5脈沖給定脈沖給定方式即通過變頻器的特定的高速開關端子從外部輸入脈沖序列信號進行頻率給定，并通過調節(jié)脈沖頻率來改變變頻器的輸出頻率。不同的變頻器對于脈沖序列輸入都有不同的定義，以安川vsg7為例:脈沖頻率為032kkhz，低電平電壓為0.00.8v，高電平電壓為3.513.2v，占空比為3070。這里進行舉例說明一下脈沖給定的參數(shù)設置?，F(xiàn)在有一個變頻系統(tǒng)，其需求如下:（1）使用端子輸入的脈沖信號來設置給定頻率;（2）輸入信號范圍為1khz20khz;（3）要求1khz輸入信號對應設定頻率為50hz，20khz輸入信號對應設定頻率為5hz。根據(jù)上述要求，參數(shù)設置要點如下:（1）設置頻率給定方式為脈沖給定;（2）選擇多功能輸入端子為脈沖信號輸入（如脈沖信號端子固定則無需選擇，如安川vsg7的rp端子）;（3）設置脈沖最大輸入頻率為20khz;（4）定義頻率給定曲線首坐標點的數(shù)值，即最小脈沖給定值的百分比為1khz20khz1005，以及最小脈沖數(shù)對應的頻率值50hz;（5）定義頻率給定曲線尾坐標點的數(shù)值，即最大脈沖給定值的百分比為100，以及最大脈沖數(shù)對應的頻率值5hz。6通訊給定6.1基本概念通訊給定方式就是指上位機通過通訊口按照特定的通訊協(xié)議、特定的通訊介質進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冾l器以改變變頻器設定頻率的方式。上位機一般指計算機（或工控機）、plc、dcs、人機界面等主控制設備。上位機和變頻器之間傳輸數(shù)據(jù)的方式主要有兩種:（1）串行方式。它每次只傳送二進制的一位，主要優(yōu)點是連線少，一般只有2根或3根，缺點是傳送速度較低;（2）并行方式。它每次可傳送一個完整的字符，傳送速度快，但所需的連線較多，一般需要8根或16根，成本相應就高了許多。由于上位機與變頻器之間的距離一般不會太遠，對傳輸速度的要求也不是很高，因此在通常情況下都采用串行傳輸方式。上位機和變頻器之間進行通訊的主要方式也有兩種:（1）異步方式。每個字符前有一個起始位，表示該字符已經(jīng)開始;當數(shù)據(jù)傳輸完畢后，設置一個奇偶校驗位進行奇偶校驗;最后，又設置一個停止位，表示該字符已經(jīng)結束。異步傳輸?shù)膬?yōu)點是靈活性好，便于處理實時性較強的串行數(shù)據(jù);缺點是傳輸速度較低。（2）同步方式。它可以同時傳輸一個包含許多個字符的“數(shù)據(jù)塊”，只需在每個數(shù)據(jù)塊前面設置通訊雙方共同規(guī)定的同步符號“syn字符1”和“syn字符2”即可。同步方式的優(yōu)點是不必要在每個字符的前后設置標志符號（起始位和停止位），從而節(jié)省了時間，提高了傳輸速度;缺點是必須采用同步脈沖來協(xié)調，從而靈活性較差。上位機和變頻器之間的傳遞方法也有兩種:（1）全雙工方式。數(shù)據(jù)在上位機和變頻器之間的發(fā)送和接收可以同時進行。（2）半雙工方式。每臺設備都只能做一件事情，或接收，或發(fā)送，而不能同時發(fā)送或接收。每次發(fā)送或接收時，都需要進行發(fā)送和接收之間的換向。上位機和變頻器之間的傳輸速度通常用“波特率”來表示，其定義如下:每秒鐘傳送二進制位的位數(shù)，單位是bit/s。6.2通訊參數(shù)設置只有設置正確的通訊參數(shù)才能確保上位機和變頻器之間的通訊正常，也才能保證通訊給定方式的準確性。通訊參數(shù)一般包含以下幾個主要內(nèi)容:（1）波特率選擇。一般的變頻器通訊波特率可以選擇300bps、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps等。（2）數(shù)據(jù)格式。常見的數(shù)據(jù)位包括一個起始位、八個數(shù)據(jù)位、一個停止位，校驗位則可以分別設置位奇校驗、偶校驗和無校驗三種。（3）接線方式。包括直接電纜連接rs-232/rs-485和調制解調器modem（rs-232），其中設置為調制解調器modem（rs-232）時，每當變頻器上電時，將通過變頻器的通訊口（rs-232）對調制解調器modem做一次初始化操作，以便調制解調器在接收到電話線路3次振鈴后自動響應，實現(xiàn)由撥號線路組成的遠程控制線路。（4）通訊地址。用來標志變頻器本體的地址，其中有一個為廣播地址，可以接受和執(zhí)行上位機的廣播命令，而不會應答上位機。（5）通訊超時檢出時間。當通訊口信號消失后，其持續(xù)時間超過通訊超時設置后，變頻器即判斷為通訊故障。（6）變頻器應答延時。它指變頻器通訊口在接收并解釋執(zhí)行上位機發(fā)送過來的命令后，直到返回應答幀給上位機所需要的延遲時間。6.3通訊故障及處理通訊超時故障檢出后，變頻器將按照預先設置的動作模式進行操作。常見的動作模式有故障跳閘并停機、報警并維持現(xiàn)有頻率運行、報警并按限定頻率運行。7給定方式的疊加7.1基本概念給定方式的疊加是指在主給定通道頻率的基礎上再加上輔助給定通道頻率作為變頻器的設定頻率。其疊加方式不是簡單的加法運算，還可以融合多種疊加運算公式。7.2疊加運算公式不同給定方式的疊加是指在主給定通道頻率的基礎上再加上輔助給定通道頻率作為變頻器設定頻率。8給定方式的切換給定方式的切換是指通過多功能端子的不同組合來實現(xiàn)不同給定方式之間的切換。在下面的列表1顯示中，通過多功能輸入端子x1、多功能輸入端子x2、多功能輸入端子x3,不同的輸入狀態(tài)可以實現(xiàn)最多達7種給定方式之間的切換（on表示信號接通、off表示信號斷開）。表1頻率給定方式的切換表1中的操作器鍵盤給定1為鍵盤電位器、操作器鍵盤給定2為數(shù)字鍵盤;模擬量給定1為模擬量通道1信號、模擬量給定2為模擬量通道2信號。當然，表1中給出的只是其中一種切換類型，具體的切換類型必須參照不同變頻器的型號和具體的參數(shù)而定。變頻器的頻率給定方式一（轉）變頻器的頻率給定方式1引言 在使用一臺變頻器的時候，目的是通過改變變頻器的輸出頻率，即改變變頻器驅動電動機的供電頻率從而改變電動機的轉速。如何調節(jié)變頻器的輸出頻率呢？關鍵是必須首先向變頻器提供改變頻率的信號，這個信號，就稱之為“頻率給定信號”。所謂頻率給定方式，就是調節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法，也就是提供給定信號的方式。變頻器常見的頻率給定方式主要有:操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、脈沖信號給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點，必須按照實際的需要進行選擇設置，同時也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。2操作器鍵盤給定操作器鍵盤給定是變頻器最簡單的頻率給定方式，用戶可以通過變頻器的操作器鍵盤上的電位器、數(shù)字鍵或上升下降鍵來直接改變變頻器的設定頻率。操作器鍵盤給定的最大優(yōu)點就是簡單、方便、醒目（可選配led數(shù)碼顯示和中文lcd液晶顯示），同時又兼具監(jiān)視功能，即能夠將變頻器運行時的電流、電壓、實際轉速、母線電壓等實時顯示出來。如果選擇鍵盤數(shù)字鍵或上升下降鍵給定，則由于是數(shù)字量給定，精度和分辨率非常高，其中精度可達最高頻率0.01%、分辨率為0.01hz。如果選擇操作器上的電位器給定，則屬于模擬量給定，精度稍低，但由于無需像外置電位器的模擬量輸入那樣另外接線，實用性非常高。變頻器的操作器鍵盤通?？梢匀∠禄蛘吡硗膺x配，再通過延長線安置在用戶操作和使用方便的地方。一般情況下，延長線可以在5m以下選用，對于距離較遠則不能簡單地加長延長線，而是必須需要使用遠程操作器鍵盤。圖1艾默生變頻器遠程操作器連線圖1所示為艾默生td系列變頻器的遠程操作器連線示意。該遠程操作器型號為tdo-rc02，與其變頻器td2000/2100系列操作器鍵盤的外觀、基本操作方法以及顯示風格等基本一致。它是采用內(nèi)置rs-485通訊方式實現(xiàn)遠程操作控制的，工作電壓為直流24v，在距離只有幾十米的范圍內(nèi)可以采用變頻器內(nèi)部直流電源，若超過50m以上或者變頻器內(nèi)部直流電源另有他用，可以選用10w左右的標準直流24v電源。由于采用通訊方式實現(xiàn)遠程操作控制，所以該操作器的安裝距離可以在數(shù)百米范圍內(nèi)正常工作，并且通過采用不同的通訊地址對多達32臺變頻器進行遠控操作。這些操作內(nèi)容包括正反轉運行、電動運行、停機、功能碼設置、功能碼參數(shù)查看、運行參數(shù)查看、故障復位等。3接點信號給定接點信號給定就是通過變頻器的多功能輸入端子的up和down接點來改變變頻器的設定頻率值。該接點可以外接按鈕或其他類似于按鈕的開關信號（如plc或dcs的繼電器輸出模塊、常規(guī)中間繼電器）。具體接線如圖2所示。圖2接點信號給定注意以下幾點:（1）多功能輸入端子需分別設置為up指令或down指令中的其中一個，不能重復設置，也不能只設置一個，更不能將up/down指令和保持加減速停止指令被同時分配。（2）端子的up/down速率必須被正確設置，速率單位為hz/s。有了正確的速率設置，即使up上升接點一直吸合，變頻器的頻率上升也不會一下子竄到最高輸出頻率，而是按照其上升速率上升。（3）是否斷電保持頻率功能必須設置，如設置為“斷電保持有效”時，當變頻器電源切斷后頻率指令被記憶，接通電源運行指令再次輸入時，變頻器自動加速運行到被記憶的頻率為止。如設置“斷電保持無效”時，當變頻器電源切斷后頻率指令不被記憶，接通電源運行指令再次輸入時，變頻器按參數(shù)數(shù)值不同運行到某一固定頻率（0hz或其他，該參數(shù)依賴于變頻器的型號）。圖3為接點給定的時序示意圖。圖3接點給定的時序示意圖4模擬量給定4.1基本概念模擬量給定方式即通過變頻器的模擬量端子從外部輸入模擬量信號（電流或電壓）進行給定，并通過調節(jié)模擬量的大小來改變變頻器的輸出頻率。模擬量給定中通常采用電流或電壓信號，常見于電位器、儀表、plc和dcs等控制回路。電流信號一般指020ma或420ma。電壓信號一般指010v、210v、010v、05v、15v、05v等。電流信號在傳輸過程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應以及感應噪聲等影響，抗干擾能力較電壓信號強。但由于電流信號電路比較復雜，故在距離不遠的情況下，仍以選用電壓給定為模擬量信號居多。變頻器通常都會有2個及以上的模擬量端子（或擴展模擬量端子），有些端子可以同時輸入電壓和電流信號（但必須通過跳線或短路塊進行區(qū)分），因此對變頻器已經(jīng)選擇好模擬量給定方式后，還必須按照以下步驟進行參數(shù)設置:（1）選擇模擬量給定的輸入通道;（2）選擇模擬量給定的電壓或者電流方式及其調節(jié)范圍，同時設置電壓/電流跳線，注意必須在斷電時進行操作;（3）選擇模擬量端子多個通道之間的組合方式（疊加或者切換）;（4）選擇模擬量端子通道的濾波參數(shù)、增益參數(shù)、線性調整參數(shù)。4.2頻率給定曲線所謂頻率給定曲線，就是指在模擬量給定方式下，變頻器的給定信號p與對應的變頻器輸出頻率f（x）之間的關系曲線f（x）=f（p）。這里的給定信號p，既可以是電壓信號，也可以是電流信號，其取值范圍在10v或20ma之內(nèi)。一般的電動機調速都是線性關系，因此頻率給定曲線可以簡單地通過定義首尾兩點的坐標（模擬量，頻率）即可確定該曲線。如圖4（a）所示，定義首坐標為（pmin，fmin）和尾坐標（pmax，fmax），可以得到設定頻率與模擬量給定值之間的正比關系。如果在某些變頻器運行工況需要頻率與模擬量給定成反比關系的話，也可以定義首坐標為（pmin，fmax）和尾坐標（pmax，fmin），如圖4（b）所示。（a）正比關系（b）反比關系圖4頻率給定曲線這里必須注意以下幾點:（1）如果根據(jù)頻率給定曲線計算出來的設定頻率如果超出頻率上下限范圍的話，只能取頻率上下值，因此，頻率上下限值優(yōu)先考慮;（2）在一些變頻器參數(shù)定義中，模擬量給定信號p或設定頻率f是采用百分比賦值，其百分比的定義為模擬量給定百分比p%=p/pmax100和設定頻率百分比ff/fmax100;（3）在一些變頻器參數(shù)定義中，頻率給定曲線不是直接描述出來，而是通過最大頻率、偏置頻率和頻率增益表達。4.3模擬量給定的濾波和增益參數(shù)模擬量的濾波是為了保證變頻器獲得的電壓或電流信號能真實地反映實際值，消除干擾信號對頻率給定信號的影響。濾波的工作原理是數(shù)字信號處理，即數(shù)字濾波。濾波時間常數(shù)就是特指模擬量給定信號上升至穩(wěn)定值的63所需要的時間（單位為s）。濾波時間的長短必須根據(jù)不同的數(shù)學模型和工況進行設置，濾波時間太短，當變頻器顯示“給定頻率”時有可能不夠穩(wěn)定而呈閃爍狀;濾波時間太長，當調節(jié)給定信號時，給定頻率跟隨給定信號的響應速度會降低。一般而言，出于對抗干擾能力的考慮，需要增加濾波時間常數(shù);處于對響應速度快的考慮，需要降低濾波時間常數(shù)。模擬量通道的增益參數(shù)與上面的頻率增益不一樣，后者主要是為定義頻率給定曲線的坐標值，前者則是在頻率給定曲線既定的前提下，降低或者提高模擬量通道的電壓值或者電流值。4.4模擬量給定的正反轉控制一般情況下，變頻器的正反轉功能都可以通過正轉命令端子或反轉命令端子來實現(xiàn)。在模擬量給定方式下，還可以通過模擬量的正負值來控制電動機的正反轉，即正信號（010v）時電動機正轉、負信號（10v0）時電動機反轉。如圖5所示，10v對應的頻率值為fmax，10v對應的頻率值為fmax。圖5模擬量的正反轉控制和死區(qū)功能在用模擬量控制正反轉時，零界點即0v時應該為0hz，但實際上真正的0hz很難做到，且頻率值很不穩(wěn)定，在頻率0hz附近時，常常出現(xiàn)正轉命令和反轉命令共存的現(xiàn)象，并呈“反反復復”狀。為了克服這個問題，預防反復切換現(xiàn)象，就定義在零速附近為死區(qū)。對于死區(qū)，不同類型的變頻器定義都會有所不同。一般有以下兩種:（1）線段型。如圖中所示，如定義（1v，1v）為死區(qū)，則模擬量信號在（1v，1v）范圍時按零輸入處理，（1v，10v）對應（0hz，最大頻率），（1v，10v）對應（0hz，負的最大頻率）。（2）滯環(huán)回線型。在變頻器的輸出頻率定義一個頻率死區(qū)（fdead，fdead），這樣一來配合著電壓死區(qū)（udead，udead）就圍成了滯環(huán)回線。模擬量的正反轉控制功能還有一種就是在模擬量非雙極性功能的情況下（也就是說電壓不為負的單極性模擬量）也可以實現(xiàn)，即定義在給定信號中間的任意值作為正轉和反轉的零界點（相當于原點），高于原點以上的為正轉，低于原點以下的為反轉。同理，也可以相應設置死區(qū)功能，實現(xiàn)死區(qū)跳躍。但是，在這種情況下，卻存在一個特殊的問題，即萬一給定信號因電路接觸問題或其他原因而丟失，則變頻器的輸入端得到的信號為0v，其輸出頻率將跳變?yōu)榉崔D的最大頻率，電動機將從正常工作狀態(tài)轉入高速反轉狀態(tài)。十分明顯，在生產(chǎn)過程中，這種情況的出現(xiàn)將是十分有害的，甚至有可能損壞生產(chǎn)機械。對此，變頻器設置了一個有效的“零”功能。就是說，讓變頻器的實際最小給定信號不等于0，而當給定信號等于0時，變頻器的輸出頻率則自動降至0速。5轉矩控制方式 5.1基本概念采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相媲美，而且可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉矩。5.2轉矩控制功能結構圖9轉矩控制功能框圖轉矩控制根據(jù)不同的數(shù)學算法其功能結構也不同，圖9是一種典型的采用矢量方式實現(xiàn)的轉矩控制功能框圖。先是根據(jù)轉矩設定值計算出轉差頻率，并與變頻器獲得的反饋速度（一般用編碼器pg）或是直接推算的電動機速度相加，在速度限制下輸出同步頻率。很顯然，在轉矩控制方式下，速度調節(jié)器asr并不起直接作用，也無法控制速度。轉矩控制時，變頻器的輸出頻率自動跟蹤負載速度的變化，但輸出頻率的變化受設定的加速和減速時間影響，如需要加快跟蹤的速度，需要將加速和減速時間設得短一些。轉矩分正向轉矩和反向轉矩，其設定可以通過模擬量端子的電平來決定，該轉矩方向與運行指令的方向（即正轉和反轉）無關。當模擬量信號為010v時，為正轉矩，即電動機正轉方向的轉矩指令（從電動機的輸出軸看是逆時針轉）;當模擬量信號為10v0時，為負轉矩，即電動機反轉方向的轉矩指令（從電動機的輸出軸看是順時針轉）。5.3轉矩控制和速度控制的切換由于轉矩控制時不能控制轉速的大小，所以，在某些轉速控制系統(tǒng)中，轉矩控制主要用于起動或停止的過渡過程中。當拖動系統(tǒng)已經(jīng)起動后，仍應切換成轉速控制方式，以便控制轉速。切換的時序圖如圖10所示。圖10轉矩控制和轉速控制的時序圖（1）t1時段:變頻器發(fā)出運行指令時，如未得到切換信號，則為轉速控制模式。變頻器按轉速指令決定其輸出頻率的大小。同時，可以預置轉矩上限。（2）t2時段:變頻器得到切換至轉矩控制的信號（通常從外接輸入電路輸入），轉為轉矩控制模式。變頻器按轉矩指令決定其電磁轉矩的大小。同時，必須預置轉速上限。（3）t3時段:變頻器得到切換至轉速控制的信號,回到轉速控制模式。（4）t4時段:變頻器再次得到切換至轉矩控制的信號,回到轉矩控制模式。（5）t5時段:變頻器的運行指令結束，將在轉速控制模式下按預置的減速時間減速并停止。如果變頻器的運行指令在轉矩控制下結束，變頻器將自動轉為轉速控制模式，并按預置的減速時間減速并停止。5.4轉矩控制與限轉矩功能在轉矩控制