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1、第八章第八章 变频器变频器8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 通用变频器的基本工作原理通用变频器的基本工作原理8.3 8.3 通用变频器的参数设置及功能选择通用变频器的参数设置及功能选择8.4 8.4 变频器调速系统设计变频器调速系统设计8.5 8.5 变频器外围设施的选用及安装变频器外围设施的选用及安装 主要包括如下几个部分：主要包括如下几个部分：8.1 8.1 概述概述u经过大约经过大约30年的发展，目前交流调速电气传动已经上升为电气调年的发展，目前交流调速电气传动已经上升为电气调速传动的主流。在电气调速传动领域内，由直流电动机占统治地速传动的主流。在电气调速传动领域内，由直流电动机占
2、统治地位的局面已经受到了猛烈的冲击。位的局面已经受到了猛烈的冲击。u目前人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器目前人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动。除变频以外的另一些简单的调速对交流电动机的变频调速传动。除变频以外的另一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，虽然方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，虽然仍在特定场合有一定的应用，但由于其性能较差，终将会被变频仍在特定场合有一定的应用，但由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。调速所取代。u交流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速，和如下一些关键交
3、流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性相关。性技术的突破性相关。电力电子器件电力电子器件(包括半控型和全控型器件包括半控型和全控型器件)的制造技术、基于电力电厂电路的的制造技术、基于电力电厂电路的电力变换电力变换技术，交流电机的技术，交流电机的矢矢量变换控制技术量变换控制技术、PWM（Pulse Width Modulation)技术以及以技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术全数字化控制技术等。等。8.2 通用变频器的基本工作原理通用变频器的基本工作原理8.2.1 基本控制方式基本控制方式 改变异步电动机的
4、供电频率，可以改变其同步转速改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速n，实现电，实现电动机的调速运行。但是据电机理论可知，三相异步电动机每相定动机的调速运行。但是据电机理论可知，三相异步电动机每相定子绕组的电动势有效值为子绕组的电动势有效值为 如果定子每相绕组的电动势有效值不变，而单纯改变定子的如果定子每相绕组的电动势有效值不变，而单纯改变定子的频率时会出现如下两种情况频率时会出现如下两种情况:(1)f1大于电动机的额定频率大于电动机的额定频率fN，则气隙磁通就会小于额定气，则气隙磁通就会小于额定气隙磁通，结果是电动机的铁芯得不到充分利用，造成浪费。隙磁通，结果是电动机的铁芯得不到充分利用
5、，造成浪费。(2)f1小于电动机的额定频率小于电动机的额定频率fN，气隙磁通就会大于额定气隙，气隙磁通就会大于额定气隙磁通，结果是电动机的铁芯出现过饱和，电动机处于过励磁状态，磁通，结果是电动机的铁芯出现过饱和，电动机处于过励磁状态，励磁电流过大，使电动机功率因数、效率下降，严重时会因绕组励磁电流过大，使电动机功率因数、效率下降，严重时会因绕组过热而烧坏电动机。过热而烧坏电动机。因此，要实现变频调速，在不损坏电动机的情况下充分利用因此，要实现变频调速，在不损坏电动机的情况下充分利用铁芯，应使每极气隙磁通保持额定值不变，铁芯，应使每极气隙磁通保持额定值不变，即：即：E1/f1=常数常数1.基频以
6、下的恒磁通变频调速基频以下的恒磁通变频调速 即采用即采用电动势与频率之比为常数电动势与频率之比为常数的控制方式。的控制方式。由于绕组中的感应电动势不易直接控制，当电动势的值较高由于绕组中的感应电动势不易直接控制，当电动势的值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，忽略不计，可以认为电动机时，定子的漏阻抗压降相对比较小，忽略不计，可以认为电动机的输入电压等于感应电动势，这样就可以达到通过控制输入电压的输入电压等于感应电动势，这样就可以达到通过控制输入电压来控制感应电动势的目的；当频率较低时，输入电压和感应电动来控制感应电动势的目的；当频率较低时，输入电压和感应电动势都变小，定子漏阻抗压降势都变小，定
7、子漏阻抗压降(主要是定子电阻压降主要是定子电阻压降)不能再忽略，不能再忽略，这种情况下，可人为地适当提高定子电压以补偿定子漏阻抗压降这种情况下，可人为地适当提高定子电压以补偿定子漏阻抗压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。这种基频以下的恒磁通变频的影响，使气隙磁通基本保持不变。这种基频以下的恒磁通变频调速属于调速属于恒转矩调速方式恒转矩调速方式。2.基频以上的弱磁通变频调速基频以上的弱磁通变频调速 在基频以上调速时，频率可以从电动机额定频率向上增加，在基频以上调速时，频率可以从电动机额定频率向上增加，但电压受额定电压的限制不能再升高，只能保持到额定电压不变。但电压受额定电压的限制不能再升高，只能
8、保持到额定电压不变。这样必然会使气隙磁通随着的上升而减小，相当于直流电动机的这样必然会使气隙磁通随着的上升而减小，相当于直流电动机的弱磁调速情况，属于近似的弱磁调速情况，属于近似的恒功率调速方式恒功率调速方式。l由上面的讨论可知，异步电动机变频调速的基本控制方式如图由上面的讨论可知，异步电动机变频调速的基本控制方式如图8-1所示。因此，异步电动机变频调速时必须按照一定的规律同时改所示。因此，异步电动机变频调速时必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压、频率均可变其定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压、频率均可调节的供电电源，实现所谓的调节的供电电源，实现所谓
9、的VVVF（Variable Voltage Variable Frequency)调速控制。如何实现变频又变压呢？这就是逆变器所调速控制。如何实现变频又变压呢？这就是逆变器所要完成的任务。要完成的任务。基本控制方式基本控制方式 8.2.2 逆变的基本原理逆变的基本原理 逆变器是将整流器输出的直流电转换为频率和电压都可调的逆变器是将整流器输出的直流电转换为频率和电压都可调的交流电的装置，其逆变原理如下。交流电的装置，其逆变原理如下。1.单相逆变单相逆变 首先通过单相逆变桥的工作情况来看一下直流电是如何首先通过单相逆变桥的工作情况来看一下直流电是如何“逆逆变变”成交流电的。单相逆变桥的构成如图成
10、交流电的。单相逆变桥的构成如图8-2所示，图中将所示，图中将4个开个开关器件关器件(VlV4)接成桥形电路，两端加直流电压。负载接成桥形电路，两端加直流电压。负载ZL 接至两接至两“桥臂桥臂”的中点的中点a与与b之间，现在就来看看负载之间，现在就来看看负载ZL上是怎样得到交上是怎样得到交变电压和电流的。变电压和电流的。逆变电路逆变电路 电压波形电压波形 2.三相逆变三相逆变 三相逆变桥的工作过程与单相逆变桥相同，只要注意三相之三相逆变桥的工作过程与单相逆变桥相同，只要注意三相之间互隔间互隔T/3（T是周期）就可以了，即是周期）就可以了，即V相比相比U相滞后相滞后T/3，W相又比相又比V相滞后相
11、滞后T/3，如图，如图8-3所示。所示。逆变电路逆变电路 电压波形电压波形 l总之，所谓总之，所谓“逆变逆变”过程，就是若干个开关器件长时间不停息地过程，就是若干个开关器件长时间不停息地交替导通和关断的过程。交替导通和关断的过程。3.逆变器件必须满足的条件逆变器件必须满足的条件 构成逆变桥的开关器件必须满足以下要求：构成逆变桥的开关器件必须满足以下要求：(1)能承受足够高的电压。我国三相交流电的线电压为能承受足够高的电压。我国三相交流电的线电压为380V，经三相全波整流后的直流电压为，经三相全波整流后的直流电压为537V。所以，开关器件能够承。所以，开关器件能够承受的电压必须超过受的电压必须超
12、过537V。(2)能承受足够大的电流。电动机的额定容量大至成百上千千能承受足够大的电流。电动机的额定容量大至成百上千千瓦，额定电流则高达数千安，因此，逆变管允许通过的电流至少瓦，额定电流则高达数千安，因此，逆变管允许通过的电流至少应超过电动机电流的幅值。应超过电动机电流的幅值。(3)允许长时间频繁地接通和关断。这是由逆变电路的工作过允许长时间频繁地接通和关断。这是由逆变电路的工作过程所决定的。程所决定的。图图 8-4 逆变管承受电压和电流逆变管承受电压和电流8.2.3逆变器逆变器 逆变器是变频器的重要组成部分，按直流电源的性质可分为逆变器是变频器的重要组成部分，按直流电源的性质可分为电压型逆变
13、器、电流型逆变器；按输出电压调节方式可分为脉冲电压型逆变器、电流型逆变器；按输出电压调节方式可分为脉冲幅值调制幅值调制PAM、脉冲宽度调制、脉冲宽度调制PWM和正弦脉宽调制和正弦脉宽调制SPWM。1.电压型电压型 典型的电压型逆变器的结构形式如图典型的电压型逆变器的结构形式如图8-5所示，其中用于逆变所示，其中用于逆变器晶闸管的换相电路未画出。图中逆变器的每个导电臂均由一个器晶闸管的换相电路未画出。图中逆变器的每个导电臂均由一个可控开关器件和一个不控器件可控开关器件和一个不控器件(二极管二极管)反并联组成。晶闸管反并联组成。晶闸管VT1VT6为主开关器件，为主开关器件，VD1VD6为回馈二极管
14、。为回馈二极管。特点特点:中问直流环节的储能元件采用中问直流环节的储能元件采用大电容大电容，负载的无功功率，负载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路直流电压将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路直流电压Ed比较平稳，比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。直流电源内阻比较小，相当于电动机端的电压为方波或阶梯波。直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压源型逆变器或电压型逆变器。电压源，故称为电压源型逆变器或电压型逆变器。图图8-5 电压型逆变器的主电路电压型逆变器的主电路 2.电流型电流型 典型的电流型逆变器的主电路结构如图典型的电流型逆变器的主电路结构如图8-6所示。其特点是中
15、所示。其特点是中间直流环节采用间直流环节采用大电感大电感作为储能环节，无功功率将由该作为储能环节，无功功率将由该电感电感来缓来缓冲。由于电感的作用，直流电流冲。由于电感的作用，直流电流Id趋于平稳，电动机的电流波形趋于平稳，电动机的电流波形为方波或阶梯波，电压波形接近于正弦波。直流电源的内阻较大，为方波或阶梯波，电压波形接近于正弦波。直流电源的内阻较大，近似于电流源，故称为电流型逆变器。这种电流型逆变器，其晶近似于电流源，故称为电流型逆变器。这种电流型逆变器，其晶闸管在每周期内工作闸管在每周期内工作120度，属于度，属于120度导电型。度导电型。图图 8-6 电流型逆变器的主电路电流型逆变器的
16、主电路3.脉幅调制脉幅调制(PAM)脉冲幅度调节方式脉冲幅度调节方式(Pulse Amplitude Modulation，即，即PAM)，简称脉幅调制。就是在整流电路部分对输出电压或电流的幅值，简称脉幅调制。就是在整流电路部分对输出电压或电流的幅值进行控制，在逆变电路部分对输出频率进行控制的方式，逆变电进行控制，在逆变电路部分对输出频率进行控制的方式，逆变电路中换流器件的开关频率即为变频器的输出频率。脉幅调制是在路中换流器件的开关频率即为变频器的输出频率。脉幅调制是在频率下降的同时，使直流电压也随着下降，从而逆变后交流电压频率下降的同时，使直流电压也随着下降，从而逆变后交流电压的幅值也一起下
17、降，其一相的电压波形如图的幅值也一起下降，其一相的电压波形如图8-7所示。图所示。图8-7(a)为为频率较高时的电压波形，周期小而幅值较高；图频率较高时的电压波形，周期小而幅值较高；图8-7(b)为频率较低为频率较低时的电压渡形，周期大而幅值较低。这种方法的特点是，时的电压渡形，周期大而幅值较低。这种方法的特点是，变频器变频器在改变输出频率的同时也改变了电压的幅值在改变输出频率的同时也改变了电压的幅值。图图8-7 脉幅调制时的一相电压波形脉幅调制时的一相电压波形a频率较高；频率较高；b频率较低频率较低4.脉宽调制脉宽调制(PWM)脉冲宽度调制方式脉冲宽度调制方式(Pulse Width Mod
18、ulation,即即PWM)，简，简称脉宽调制。是在逆变电路部分同时对输出电压或电流的幅值和称脉宽调制。是在逆变电路部分同时对输出电压或电流的幅值和频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中，以较高频率对逆频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中，以较高频率对逆变电路的半导体开关器件进行开闭控制，通过改变输出脉冲的宽变电路的半导体开关器件进行开闭控制，通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压或电流的目的。即通过调节脉冲宽度和各脉冲度来达到控制电压或电流的目的。即通过调节脉冲宽度和各脉冲间的间的“占空比占空比”来调节逆变后输出电压的平均值，如图来调节逆变后输出电压的平均值，如图8-7所示。所示。PWM
19、的优点是不必控制直流侧，因而大大简化了电路，但是，电的优点是不必控制直流侧，因而大大简化了电路，但是，电流的谐波分量很大。流的谐波分量很大。图图 8-8 脉宽调制的输出电压波形脉宽调制的输出电压波形a频率较高频率较高 b频率较低频率较低5.正弦脉宽调制正弦脉宽调制(SPWM)在脉宽调制中，如果脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律分在脉宽调制中，如果脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律分布，则输出电流的波形接近于正弦波，这就是正弦脉宽调制布，则输出电流的波形接近于正弦波，这就是正弦脉宽调制(SPWM)，如图，如图8-9所示。这种方式大大减少了负载电流中的高次谐所示。这种方式大大减少了负载电流中的高次谐波
20、。当正弦值较大时，脉冲宽度和占空比都大；而当正弦值较小波。当正弦值较大时，脉冲宽度和占空比都大；而当正弦值较小时，脉冲宽度和占空比都小。时，脉冲宽度和占空比都小。SPWM脉冲产生脉冲产生:其基本方法是各脉冲的上升沿与下降沿由正其基本方法是各脉冲的上升沿与下降沿由正弦波和三角波的交点来决定，具体方法又分两种。弦波和三角波的交点来决定，具体方法又分两种。（1）单极性调制。特点是在每半个周期内，三角波的极性是）单极性调制。特点是在每半个周期内，三角波的极性是单方向的，所得到的脉冲系列的极性是单方向的，如图单方向的，所得到的脉冲系列的极性是单方向的，如图8-10所示。所示。(2)双极性调制。实际变频器
21、中，更多地使用双极性调制方式，双极性调制。实际变频器中，更多地使用双极性调制方式，其特点是：三角波和所得到的相电压脉冲系列都是双极性的，但其特点是：三角波和所得到的相电压脉冲系列都是双极性的，但线电压脉冲系列却是单极性的。线电压脉冲系列却是单极性的。图图8-9 正弦脉宽调制的电压波形正弦脉宽调制的电压波形 图图8-10 单极性调制方式单极性调制方式a 调制方式调制方式 b电压较高电压较高 c 电压较低电压较低 SPWM的显著优点是的显著优点是：由于电动机的绕组是电感性的，因此，：由于电动机的绕组是电感性的，因此，尽管电压时由一系列的矩形脉冲构成的，但导入电动机的电流却尽管电压时由一系列的矩形脉
22、冲构成的，但导入电动机的电流却和正弦波十分接近。和正弦波十分接近。8.2.4智能功率模块智能功率模块IPM 智能功率模块智能功率模块(Intelligent Power Module 即即IPM)是先进是先进的混合集成电力电子器件，由高速、低耗的的混合集成电力电子器件，由高速、低耗的IGBT芯片和优化的门芯片和优化的门椴驱动及保护电路构成。由于采用了有电流传感功能的椴驱动及保护电路构成。由于采用了有电流传感功能的IGBT芯片，芯片，从而实现高效的过电流保护和短路保护。智能功率模块具有如下从而实现高效的过电流保护和短路保护。智能功率模块具有如下优点优点：(1)开关速度快，驱动电流小，控制驱动更简
23、单。开关速度快，驱动电流小，控制驱动更简单。(2)内含电流传感器，可以高效、迅速地检测出过电流和短路内含电流传感器，可以高效、迅速地检测出过电流和短路电流，能对功率芯片给予足够的保护，故障率大大降低。电流，能对功率芯片给予足够的保护，故障率大大降低。(3)由于在器件内部电源电路和驱动电路的配线设计上做到优由于在器件内部电源电路和驱动电路的配线设计上做到优化，所以由浪涌电压、门极振荡、噪声引起的干扰等问题能有效化，所以由浪涌电压、门极振荡、噪声引起的干扰等问题能有效得到控制。得到控制。(4)保护功能较为丰富，如电流保护、电压保护、温度保护一保护功能较为丰富，如电流保护、电压保护、温度保护一应俱全
24、，随着技术的进步，保护功能将进一步得到完善。应俱全，随着技术的进步，保护功能将进一步得到完善。(5)由于采用由于采用IPM后的开关电源容量、驱动容量的减小和器件后的开关电源容量、驱动容量的减小和器件的节省及综合性能的提高等因素，使得的节省及综合性能的提高等因素，使得IPM的性价比已高过的性价比已高过IGBT，IPM的售价已逐渐接近的售价已逐渐接近IGBT，有很好的经济性。，有很好的经济性。8.2.5脉宽调制脉宽调制(PWM)型变频器型变频器 PWM变频器的主电路如图变频器的主电路如图8-12所示。由图可知，所示。由图可知，PWM逆变逆变器的主电路就是基本逆变电路。器的主电路就是基本逆变电路。图
25、图 8-12 PWM 变频器的主电路变频器的主电路 1.交交直部分直部分 由由VD1VD6组成三相整流桥，将三相交流电转换成直流电。组成三相整流桥，将三相交流电转换成直流电。若电源的线电压为若电源的线电压为UL,则三相全波整流后平均直流电压为则三相全波整流后平均直流电压为Ud=1.35UL。滤波电容器滤波电容器CF：滤波电容器：滤波电容器CF的功能是消除整流后的电压的功能是消除整流后的电压纹波；当负载变化时，使直流电压保持半稳。纹波；当负载变化时，使直流电压保持半稳。电阻电阻RL与开关与开关SL：变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容器：变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容器CF的充电电流很大，过大的冲
26、击电流将可能损坏三相整流桥的二的充电电流很大，过大的冲击电流将可能损坏三相整流桥的二极管。为了保护整流桥，在变频器刚接通电源时，电路中串入限极管。为了保护整流桥，在变频器刚接通电源时，电路中串入限流电阻流电阻R，将电容器，将电容器CF的充电电流限制在允许范围以内。开关的充电电流限制在允许范围以内。开关SL的功能是当的功能是当CF充电到一定程度时充电到一定程度时SL接通，将接通，将RL短路。在许多新短路。在许多新系列的变频器里，系列的变频器里，SL已由晶闸管代替，如图已由晶闸管代替，如图8-12虚线所示。虚线所示。2.直直交部分交部分 由由VT1VT6组成逆变桥，将组成逆变桥，将VDlVD6整流
27、所得的直流电再整流所得的直流电再转换为频率可调的交流电。转换为频率可调的交流电。续流二极管续流二极管VD7VD12的主要功能有：的主要功能有：1)电动机是电感性负载，其电流具有无功分量，电动机是电感性负载，其电流具有无功分量，VD7VD12为无功电流返同直流电源时提供通道。为无功电流返同直流电源时提供通道。2)当频率下降，电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过当频率下降，电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过VD7VDl2返回直流电路。返回直流电路。3)在在VT1VT6进行逆变的基本工作过程中，同一桥臂的两个进行逆变的基本工作过程中，同一桥臂的两个逆变管不停地交替导通和截止，在这交替导通和
28、截止的过程中，逆变管不停地交替导通和截止，在这交替导通和截止的过程中，需要需要VD7VD12提供通路。提供通路。缓冲电路缓冲电路：缓冲电路由：缓冲电路由C01C06、R01R06与与VD01VD06组成。组成。3.制动电阻和制动单元制动电阻和制动单元 (1)制动电阻制动电阻RB。电动机在工作频率下降过程中，将处于再。电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能将要反馈到直流电路中，使直流电生制动状态，拖动系统的动能将要反馈到直流电路中，使直流电压压Ud不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，在电路中接入不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，在电路中接入制动电阻制动电阻RB，
29、用来消耗这部分能量使，用来消耗这部分能量使Ud保持在允许范围内。保持在允许范围内。(2)制动单元制动单元VB。由大功率晶体管。由大功率晶体管GTR及其驱动电路构成制动及其驱动电路构成制动单元单元VB。其功能是为放电电流，。其功能是为放电电流，IB流经流经RB提供通路。提供通路。8.3 通用变频器的参数设置及功能选择通用变频器的参数设置及功能选择 新型的通用变频器已经采用微处理器进行全数字化控制，硬新型的通用变频器已经采用微处理器进行全数字化控制，硬件电路相对简化，各种功能主要靠软件来完成。由于软件的灵活件电路相对简化，各种功能主要靠软件来完成。由于软件的灵活性。数字控制方式可以完成模拟控制方式
30、难以完成的功能。通用性。数字控制方式可以完成模拟控制方式难以完成的功能。通用变频器的主要功能是通过外部接口电路及数字操作面板来设定的。变频器的主要功能是通过外部接口电路及数字操作面板来设定的。如图，小容量通用变频器的外形结构示意图。如图，小容量通用变频器的外形结构示意图。图图 8-13 小容量通用变频器的外形结构示意图小容量通用变频器的外形结构示意图8.3.1通用变频器的外部接口电路通用变频器的外部接口电路 通用变频器的外部接口的主要作用是使用户能够根据系统的通用变频器的外部接口的主要作用是使用户能够根据系统的不同需要进行各种功能组态与操作，并与其他电路一起构成自动不同需要进行各种功能组态与操
31、作，并与其他电路一起构成自动控制系统。通用变频器的外部接口电路通常包括逻辑控制指令电控制系统。通用变频器的外部接口电路通常包括逻辑控制指令电路、频率指令输入输出电路、过程参数监测信号电路、通信接口路、频率指令输入输出电路、过程参数监测信号电路、通信接口电路和数字信号输入输出电路等。不同品牌通用变频器的外部接电路和数字信号输入输出电路等。不同品牌通用变频器的外部接口电路的配置是各不相同的、但各控制端的功能可任意设定进行口电路的配置是各不相同的、但各控制端的功能可任意设定进行组态是共同的特点。有些通用变频器的外部接口是可编程的，通组态是共同的特点。有些通用变频器的外部接口是可编程的，通过编程来定义
32、接口功能。随着通用变频器的发展，其外部接口电过编程来定义接口功能。随着通用变频器的发展，其外部接口电路的功能也越来越丰富，以下介绍最常见的通用变频器外部接口路的功能也越来越丰富，以下介绍最常见的通用变频器外部接口电路，如图电路，如图8-14所示。所示。图图8-14 通用变频器外部接口电路通用变频器外部接口电路外部信号接口主要有以下内容：外部信号接口主要有以下内容：(1)多功能输入和输出接口多功能输入和输出接口：新型通用变频器中具有多种输入：新型通用变频器中具有多种输入端子和输出接点，多数是可编程自定义的，因此也称为多功能输端子和输出接点，多数是可编程自定义的，因此也称为多功能输入端子和输出接点
33、。外接输入控制信号可以是开关量信号、数字入端子和输出接点。外接输入控制信号可以是开关量信号、数字量信号和模拟量信号等，在通用变频器内，外接控制信号是由光量信号和模拟量信号等，在通用变频器内，外接控制信号是由光耦合器接收和传送的，可以根据需要设定并改变这些端子和接点耦合器接收和传送的，可以根据需要设定并改变这些端子和接点的功能。的功能。(2)多功能模拟量输入输出接口：多功能模拟量输入输出接口：通用变频器的模拟量输入信通用变频器的模拟量输入信号通常是过程工艺参数，如温度、压力、流量、位置等，信号种号通常是过程工艺参数，如温度、压力、流量、位置等，信号种类有类有010V、020mA、420mA等标准
34、信号。模拟量输出信等标准信号。模拟量输出信号主要包括输出电流、电压、转矩检测、输出频率检测、反馈量号主要包括输出电流、电压、转矩检测、输出频率检测、反馈量监测等。多功能模拟输入输出信号接点的作用就是可以将上述模监测等。多功能模拟输入输出信号接点的作用就是可以将上述模拟量输入信号输入到通用变额器中，作为运行指令，并利用模拟拟量输入信号输入到通用变额器中，作为运行指令，并利用模拟量输出信号监视通用变频器的工作状态。量输出信号监视通用变频器的工作状态。(3)数字输入输出接口数字输入输出接口：通用变频器的数字输入输出接口主要：通用变频器的数字输入输出接口主要用于多端频率设定、外部报警、报警复位以及连接
35、可编程序控制用于多端频率设定、外部报警、报警复位以及连接可编程序控制器器(PLC)等数字设备。通用变频器可以根据等数字设备。通用变频器可以根据PLC输出的数字信号指输出的数字信号指令运行，而数字输出接口的作用则主要是通过脉冲计数器给出通令运行，而数字输出接口的作用则主要是通过脉冲计数器给出通用变频器的输出频率监视信号等。用变频器的输出频率监视信号等。(4)通信接口通信接口：通用变频器一股都具有：通用变频器一股都具有RS232或或RS485串行通串行通信接口。通过通信接口可与计算机连接、通过计算机用户程序调信接口。通过通信接口可与计算机连接、通过计算机用户程序调试和运行通用变频器，也可以通过现场
36、总线、工业控制计算机或试和运行通用变频器，也可以通过现场总线、工业控制计算机或PLC进行网络通信，并按照工业控制计算机或进行网络通信，并按照工业控制计算机或PLC的指令完成所的指令完成所需的功能。需的功能。(5)扩展功能卡：扩展功能卡：通用变频器厂商一般都备有作为选件的各种通用变频器厂商一般都备有作为选件的各种扩展功能卡。以供用户通过选件扩展所需要的功能。如扩展扩展功能卡。以供用户通过选件扩展所需要的功能。如扩展I/O卡、卡、各种现场总线通信卡实现网络通信，如各种现场总线通信卡实现网络通信，如Profibus-DP、DeviceNet、CCLink、Modbus、Ethernet、AS-i等。
37、等。(6)通用变频器的电源电路：通用变频器的电源电路：通用变频器的电源电路包括主控通用变频器的电源电路包括主控制板电源、驱动电路电源和外控电源。外控电源是为外接控制电制板电源、驱动电路电源和外控电源。外控电源是为外接控制电路提供的稳定直流电源。路提供的稳定直流电源。(7)数字操作显示面板：数字操作显示面板：数字操作显示面板的作用主要是给数字操作显示面板的作用主要是给用户提供一个良好的人机界面，使通用变频器的操作和故障检测用户提供一个良好的人机界面，使通用变频器的操作和故障检测等工作变得更加简单，新型通用变频器的数字操作面板所具有的等工作变得更加简单，新型通用变频器的数字操作面板所具有的功能也越
38、来越丰富，用户可以利用数字操作面板对系统进行参数功能也越来越丰富，用户可以利用数字操作面板对系统进行参数设定、运行操作、监测运行状态、通过显示故障内容查找故障发设定、运行操作、监测运行状态、通过显示故障内容查找故障发生原因等。生原因等。8.3.2主要控制功能主要控制功能 一般通用变频器必须具有以下基本功能：一般通用变频器必须具有以下基本功能：(1)转矩提升转矩提升(补偿补偿)功能：功能：通用变频器一般都具有自动手动通用变频器一般都具有自动手动转矩提升或转矩补偿功能，有的通用变频器也称为自动电压调整转矩提升或转矩补偿功能，有的通用变频器也称为自动电压调整功能。功能。通用变频器的通用变频器的U/f
39、 特性决定了电动机起动或低速运行时输出转特性决定了电动机起动或低速运行时输出转矩的大小，是通用变频器中诸多功能中最重要的功能特性之一。矩的大小，是通用变频器中诸多功能中最重要的功能特性之一。为了在电动机低速运行时对其输出转矩进行补偿，在通用变频器为了在电动机低速运行时对其输出转矩进行补偿，在通用变频器中采取了在低频区域提高中采取了在低频区域提高U/f值的方法，这种方法称为通用变频器值的方法，这种方法称为通用变频器的转矩补偿功能。所谓自动转矩补偿功能指的是通用变频器在电的转矩补偿功能。所谓自动转矩补偿功能指的是通用变频器在电动机加速、减速和正常运行的所有区域中，可以根据负载情况自动机加速、减速和
40、正常运行的所有区域中，可以根据负载情况自动调节动调节U/f值，对电动机的输出转矩进行必要的补偿。值，对电动机的输出转矩进行必要的补偿。(2)防失速功能：防失速功能：通用变频器的防失速功能包括加速过程中的通用变频器的防失速功能包括加速过程中的防失速功能、恒速运行过程中的防失速功能和减速过程中的防失防失速功能、恒速运行过程中的防失速功能和减速过程中的防失速功能三种。通用变频器具有上述防失速功能，可以充分发挥通速功能三种。通用变频器具有上述防失速功能，可以充分发挥通用变频器的驱动能力和运行安全。用变频器的驱动能力和运行安全。(3)转矩限定功能：转矩限定功能：通用变频器的转矩限定功能可以对电动机通用变
41、频器的转矩限定功能可以对电动机的输出转矩极限值进行设定，使得当电动机的输出转矩达到该设的输出转矩极限值进行设定，使得当电动机的输出转矩达到该设定值时，通用变频器停止工作并给出报警信号。定值时，通用变频器停止工作并给出报警信号。(4)无速度传感器控制功能：无速度传感器控制功能：无速度传感器控制功能的作用是无速度传感器控制功能的作用是在不加速度传感器的情况下，提高通用变频器的速度控制精度和在不加速度传感器的情况下，提高通用变频器的速度控制精度和动态速度响应。具有该功能时，通用变频器是通过检测电动机电动态速度响应。具有该功能时，通用变频器是通过检测电动机电流而得到负载转矩，并根据负载转矩进行必要的转
42、差补偿，从而流而得到负载转矩，并根据负载转矩进行必要的转差补偿，从而得到提高速度控制精度和动态响应的目的。得到提高速度控制精度和动态响应的目的。(5)减少机械振动、降低冲击的功能：减少机械振动、降低冲击的功能：为了在起动、运行和减为了在起动、运行和减速等过程中减低冲击、减少噪声和机械振动、保护机械设备的目速等过程中减低冲击、减少噪声和机械振动、保护机械设备的目的，通用变频器设置了包括选择的，通用变频器设置了包括选择s形加减速模式、停止方式选择、形加减速模式、停止方式选择、载波频率调节、瞬时过电流限制和设定跳越频率等功能，用户可载波频率调节、瞬时过电流限制和设定跳越频率等功能，用户可以根据实际情
43、况选定其中一项或多项进行调节。以根据实际情况选定其中一项或多项进行调节。(6)瞬时停电再起动功能：瞬时停电再起动功能：通用变频器的瞬时停电再起动功能通用变频器的瞬时停电再起动功能的作用是当保护功能起作用后或发生电网瞬时停电变频器停止输的作用是当保护功能起作用后或发生电网瞬时停电变频器停止输出，当电源恢复时，通用变频器可以按照设定自动跟踪转速再起出，当电源恢复时，通用变频器可以按照设定自动跟踪转速再起动，通过白寻速功能对电动机速度进行检测，输出与电动机速度动，通过白寻速功能对电动机速度进行检测，输出与电动机速度相当的频率，使电动机平稳无冲击的起动，直至电动机恢复原有相当的频率，使电动机平稳无冲击
44、的起动，直至电动机恢复原有状态。状态。(7)外部信号起、停控制：外部信号起、停控制：通用变频器通常都具有通道外部信通用变频器通常都具有通道外部信号对变频器进行起停控制功能，包括外部信号运行控制和外部异号对变频器进行起停控制功能，包括外部信号运行控制和外部异常停止信号控制。当被驱动机械设备出现异常时，也可以利用外常停止信号控制。当被驱动机械设备出现异常时，也可以利用外部异常停止信号使通用变频器停止工作，在这种情况下可以将电部异常停止信号使通用变频器停止工作，在这种情况下可以将电动机设定为以不同频率减速停止的停止模式等。另外，在通用变动机设定为以不同频率减速停止的停止模式等。另外，在通用变频器中通
45、常有频器中通常有2线控制方式、线控制方式、3线控制方式及线控制方式及PLC控制功能。控制功能。(8)频率设定功能：频率设定功能：通用变频器和频率设定有关的功能丰要有通用变频器和频率设定有关的功能丰要有以下内容：以下内容：1)多段转速设定功能：多段转速设定功能：多段转速设定功能是为了使电动机能多段转速设定功能是为了使电动机能够以预定的速度按一定的程序运行。够以预定的速度按一定的程序运行。2)频率上下限设定功能：频率上下限设定功能：频率上下限设定功能是为了限制电频率上下限设定功能是为了限制电动机的转速，从而满足设备运行控制的目的。动机的转速，从而满足设备运行控制的目的。3)频率跳跃功能：频率跳跃功
46、能：通过跳跃频率的设定。使变频器不能输出通过跳跃频率的设定。使变频器不能输出与负载机械设备共振的频率值，从而避开共振频率。与负载机械设备共振的频率值，从而避开共振频率。4)加减速时间设定功能：加减速时间设定功能：通用变频器的加速、减速时间是基通用变频器的加速、减速时间是基本功能，设定的加速、减速时间必须与负载的加减速特性相匹配，本功能，设定的加速、减速时间必须与负载的加减速特性相匹配，并应防止失速现象发生。并应防止失速现象发生。5)禁止加减速功能：禁止加减速功能：为了提高通用变频器的可靠性，在加减速为了提高通用变频器的可靠性，在加减速过程中保持转矩不变，可以通过外部信号使起动频率或停止频率过程
47、中保持转矩不变，可以通过外部信号使起动频率或停止频率在上升下降过程中，保持短暂时间不变。在上升下降过程中，保持短暂时间不变。6)S形加减速功能：形加减速功能：S形加减速功能的作用是当被驱动的负载形加减速功能的作用是当被驱动的负载较重、需要缓慢起停运行时，使通用变频器按照较重、需要缓慢起停运行时，使通用变频器按照S形曲线比较平滑形曲线比较平滑地起动或停止远行。地起动或停止远行。7)模糊加减速功能：模糊加减速功能：传统的通用变频器在设定加减速时间时，传统的通用变频器在设定加减速时间时，常常需要反复多次试运行才能确定下来，所设定的加减速时间往常常需要反复多次试运行才能确定下来，所设定的加减速时间往往
48、不够准确。新型通用变频器具有采用模糊控制原理的模糊加减往不够准确。新型通用变频器具有采用模糊控制原理的模糊加减速功能。按照模糊逻辑控制加减速。是以充分利用通用变频器的速功能。按照模糊逻辑控制加减速。是以充分利用通用变频器的容量为基础，决定加减速时间，从而实现在通用变频器容量允许容量为基础，决定加减速时间，从而实现在通用变频器容量允许范围内缩短加减速时间的目标。范围内缩短加减速时间的目标。(9)PID控制功能：控制功能：PID控制功能是一种对生产过程参数进行控制功能是一种对生产过程参数进行比例、积分、微分控制的方法，其原理与通用的比例、积分、微分控制的方法，其原理与通用的PID调节器一样，调节器
49、一样，它可以通过控制对象的传感器检测被控制量。它可以通过控制对象的传感器检测被控制量。(10)与保护有关的功能：与保护有关的功能：新型通用变频器的保护功能越来越新型通用变频器的保护功能越来越多，在诸多的保护功能中，有些保护功能是通过变频器内部软件多，在诸多的保护功能中，有些保护功能是通过变频器内部软件和硬件直接完成的，而另外一些保护功能则与通用变频器的外部和硬件直接完成的，而另外一些保护功能则与通用变频器的外部工作环境密切相关，它们需要和外部信号配合完成，或者需要用工作环境密切相关，它们需要和外部信号配合完成，或者需要用户根据系统要求对其动作条件进行设定。户根据系统要求对其动作条件进行设定。(
50、11)与运行方式有关的功能：与运行方式有关的功能：与运行方式有关的功能包括以下与运行方式有关的功能包括以下内容：内容：1)直流制动功能：直流制动功能：该功能的作用是在不使用机械制动器和制动该功能的作用是在不使用机械制动器和制动电阻的条件下，使电动机制动。制动时，通用变频器给电动机加电阻的条件下，使电动机制动。制动时，通用变频器给电动机加上直流电压，使电动机绕组中流过直流电流，从而使电动机进入上直流电压，使电动机绕组中流过直流电流，从而使电动机进入直流制动状态，达到直流制功的目的。直流制动状态，达到直流制功的目的。2)自寻速跟踪功能：自寻速跟踪功能：具有这种自寻速跟踪功能的通用变频器具有这种自寻