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1、变频器功能讲解1加、减速的时间与方式1.1基础概念(1) 工频起动和变频起动电动机从较低转速升至较高转速的过程称为加速过程，加速 过程的极限状态便是电动机的起动。(a) 工频起动这里所说的工频起动，是指电动机直接接上工频电源时的起 动，也叫直接起动或全压起动.在接通电源瞬间：电源频率为额定频率(50Hz)，以4极电动机为例，同步转速高达 1500r/min。电源电压为额定电压(380V),由于转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，故转子电动势和电流都 很大，从而定子电流也很大，可达额定电流的(47)倍.工频起动存在的主要问题有：起动电流大。当电动机的容量较大时，其起动电流将对电网产生 干扰。对生产
2、机械的冲击很大，影响机械的使用寿命。(b) 变频起动采用变频调速的电机。起动过程的特点有：频率从最低频率 (通常是0Hz)按预置的加速时间逐渐上升，仍以4极电动机为例， 假设在接通电源瞬间，将起动频率降至0.5Hz，则同步转速只有 15r/min，转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频起动时的百分之 。电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升。转子绕组与旋转磁场的相对速度很低，故起动瞬间的冲击电流很 小。同时，可通过逐渐增大频率以减缓起动过程，如在整个起动过 程中，使同步转速n0与转子转速nM间的转差 n限制在一定范围 内，则起动电流也将限制在一定范围内。另一方面，也减小了起动 过程中的动态转矩
3、，加速过程将能保持平稳，减小了对生产机械的 冲击。(2) 加速过程中的主要矛盾(a) 加速过程中电动机的状态 假设变频器的输出频率从fX1上 升至fX2，当频率fX上升时，同步转速n0随即也上升，但电动机 转子的转速nM因为有惯性而不能立即跟上。结果是转差 n增大了, 导体内的感应电动势和感应电流也增大。(b) 加速过程的主要矛盾加速过程中，必须处理好加速的快慢与拖动系统惯性之间的矛 盾。一方面，在生产实践中，拖动系统的加速过程属于不进行生产 的过渡过程，从提高生产率的角度出发，加速过程应该越短越好；另 一方面，由于拖动系统存在着惯性，频率上升得太快了，电动机转 子的转速nM将跟不上同步转速的
4、上升，转差 n增大，引起加速电 流的增大，甚至可能超过一定限值而导致变频器跳闸。所以，加速过程必须解决好的主要问题是:在防止加速电流过大 的前提下，尽可能地缩短加速过程。(3) 变频调速系统的减速(a) 减速过程中的电动机状态电动机从较高转速降至较低转速的过程称为减速过程。在变频 调速系统中，是通过降低变频器的输出频率来实现减速的，电动机 的转速从n1下降至n2(变频器的输出频率从fX1下降至fX2)的过程 即为减速过程。当频率刚下降的瞬间，旋转磁场的转速(同步转速)立即下降，但由 于拖动系统具有惯性的缘故，电动机转子的转速不可能立即下降。 于是，转子的转速超过了同步转速，转子绕组切割磁场的方
5、向和原 来相反了。从而，转子绕组中感应电动势和感应电流的方向，以及 所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了，电动机处于发电机状态。 由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反，能够促使电动机的转速 迅速地降下来，故也称为再生制动状态。(b) 泵升电压电动机在再生制动状态发出的电能，将通过和逆变管反并联的 二极管全波整流后反馈到直流电路，使直流电路的电压UD升高，称 为泵升电压。(c) 多余能量的消耗如果直流电压UD升得太高，将导致整流和逆变器件的损坏。 所以，当UD上升到一定限值时，须通过能耗电路(制动电阻和制动 单元)放电，把直流回路内多余的电能消耗掉。(4) 减速过程中的主要矛盾(a) 减速快慢的
6、影响如上述，频率下降时，电动机处于再生制动状态。所以，和频率下 降速度有关的因素有：制动电流就是电动机处于发电机状态时向直流回路输送电流的大小。泵升电压其大小将影响直流回路电压的上升幅度。(b) 减速过程的主要矛盾和加速过程相同，在生产实践中，拖动系统的减速过程也属于 不进行生产的过渡过程，故减速过程应该越短越好。同样，由于拖动系统存在着惯性的原因，频率下降得太快了，电动 机转子的转速nM将跟不上同步转速的下降，转差An增大，弓|起再 生电流的增大和直流回路内泵升电压的升高，甚至可能超过一定限 值而导致变频器因过电流或过电压而跳闸。所以，减速过程必须解决好的主要问题是在防止减速电流过大和直 流
7、电压过高的前提下，尽可能地缩短减速过程。在一般情况下，直 流电压的升高是更为主要的因素。1.2加、减速的功能设置变频器中，针对电动机在升、降速过程中的特点，以及生产实 际对拖动系统的各种要求，设置了许多相关的功能，供用户进行选 择。力口、减速时间(a) 加速时间的定义不同变频器对加速时间的定义不完全一致，主要有以下两种：定义1变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率所需要的时间；定义2变频器的输出频率从0Hz上升到最高频率所需要的时间。在大多数情况下，最高频率和基本频率是一致的。(b) 减速时间的定义定义1变频器的输出频率从基本频率下降到0Hz所需要的时间；定义2变频器的输出频率从最高频率下降到
8、0Hz所需要的时间。(2)加、减速方式(a)加速方式加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线，称为 加速方式。变频器设置的加速方式有：线性方式变频器的输出频率随时间成正比地上升，大多数负载都可以选用线性方式。S形方式在加速的起始和终了阶段，频率的上升较缓，加速过程呈S 形，如图6(b)所示。例如，电梯在开始起动以及转入等速运行时， 从考虑乘客的舒适度出发，应减缓速度的变化，以采用S形加速方 式为宜。.(b)减速方式和加速过程类似，变频器的减速方式也分线性方式、S形方式线性方式变频器的输出频率随时间成正比地下降，如图7(a)所示。大 多数负载都可以选用线性方式。S形方式在减速的起始和终了
9、阶段，频率的下降较缓，减速过程呈S形， .2变频调速的起动功能2.1起动频率与暂停加速功能(1) 起动频率(a)功能含义电动机开始起动时，并不从0Hz开始加速，而是直接从某一频 率下开始加速。在开始加速瞬间，变频器的输出频率便是起动频率。 设置起动频率是部分生产机械的实际需要，例如：有些负载在静止状态下的静摩擦力较大，难以从0Hz开始起动， 设置了起动频率后，可以在起动瞬间有一点冲力，使拖动系统较易 起动起来；在若干台水泵同时供水的系统里，由于管路内已经存在一定的水 压，后起动的水泵在频率很低的情况下将难以旋转起来，故也需要 电动机在一定频率下直接起动；锥形电动机如果从0Hz开始逐渐升速，将导
10、致定、转子之间的磨 擦。所以，设置了起动频率，可以在起动时很快建立起足够的磁通, 使转子与定子间保持一定的空气隙等等。(b)设置起动频率的方式主要有两种方式：稍有给定信号(X=0+)，变频器的输出频率即为起动频率fS,设置一个死区XS%，在给定信号XXS%的范围内，变频器的输出频 率为0Hz;当给定信号X=XS%时，变频器直接输出与XS%对应的频率。(2) 暂停加速功能(a)功能含义电动机起动后，先在较低频率fDR下运行一个短时间，然后再继续 加速的功能。在下列情况下，应考虑预置暂停加速功能：对于惯性较大的负载，起动后先在较低频率下持续一个短时间 tDR，然后再加速；齿轮箱的齿轮之间总是存在间
11、隙的，起动时容易发生齿间的撞击， 如在较低频率下持续一个短时间tDR，可以减缓齿间的撞击；起重机械在起吊重物前，吊钩的钢丝绳通常是处于松弛状态的， 预置了暂停加速功能后，可首先使钢丝绳拉紧后再上升；有些机械在环境温度较低的情况下，润滑油容易凝固，故要求先 在低速下运行一个短时间，使润滑油稀释后再加速；对于附有机械制动装置的电磁制动电动机，在磁抱闸松开过程中， 为了减小闸皮和闸辊之间的磨擦，要求先在低频下运行，待磁抱闸 完全松开后再升速，等等。(b)设置暂停加速的方式设置暂停加速的方式主要有两种：变频器输出频率从0Hz开始上升至暂停频率fDR，停留tDR后再 加速。变频器直接输出起动频率fS后暂
12、停加速，停留tDR后再加速， 2.2起动前直流制动功能(1) 功能含义起动前先在电动机的定子绕组内通入直流电流，以保证电动机 在零速的状态下开始起动。如果电动机在起动前，拖动系统的转速不为0(nm=0)的话，而变频 器的输出频率(从而同步转速n0)从0Hz开始上升，则在起动瞬间， 电动机或处于强烈的再生制动状态(起动前为正转时)，或处于反接 制动状态(起动前为反转时)，容易引起电动机的过电流。例如:拖动 系统以自由制动的方式停机，在尚未停住前又重新起动;风机在停机 状态下，叶片由于自然通风而自行转动(通常是反转)。(2) 功能设置选择功能即选择是否需要起动前的直流制动功能；制动量即应向定子绕组
13、施加多大的直流电压UDB;直流制动时间即进行直流制动(施加直流电压)的时间tDB。3变频调速的停机功能3.1基础概念(1)电动机的停机方式在变频调速系统中，电动机可以设定的停机方式有：(a)减速停机即按预置的减速时间和减速方式停机，如上述，在减速过程中， 电动机处于再生制动状态。(b)自由制动变频器通过停止输出来停机，这时，电动机的电源被切断， 拖动系统处于自由制动状态。由于停机时间的长短由拖动系统的惯 性决定，故也称为惯性停机。(c) 减速加直流制动首先按预置的减速时间减速，然后转为直流制动，直至停机。3.2变频器的直流制动功能(1)基础概念(a)采取直流制动的必要性有的负载要求能够迅速停机
14、，但减速时间太短将引起电动机实际 转速的下降跟不上频率的下降，产生较大的泵升电压，使直流回路 的电压超过允许值。采用直流制动，能增大制动转矩、缩短停机时 间，且不产生泵升电压；有的负载由于惯性较大，常常停不住，停机后有“爬行”现象， 可能造成十分危险的后果。采用直流制动，可以实现快速停机，并消除爬行现象。(b)方法和原理直流制动就是向定子绕组内通入直流电流，使异步电动机处 于能耗制动状态。由于定子绕组内通入的是直流电流，故定子磁场 的转速为0。这时，转子绕组切割磁力线后产生的电磁转矩与转子 的旋转方向相反，是制动转矩。因为转子绕组切割磁力线的速度较 大，故所产生的制动转矩比较强烈，从而可缩短停
15、机时间。此外，停 止后，定子的直流磁场对转子铁心还有一定的“吸住”作用，以克 服机械的“爬行”。(2)功能设置采用直流制动时，需预置以下功能：(a)直流制动的起始频率fDB在大多数情况下，直流制动都是和再生制动配合使用的。即： 首先用再生制动方式将电动机的转速降至较低转速，然后再转换成 直流制动，使电动机迅速停住。其转换时对应的频率即为直流制动 的起始频率fDB。预置起始频率fDB的主要依据是负载对制动时间的要求，要求制动时间越短，则起始频率fDB应越高。(b)直流制动强度即在定子绕组上施加直流电压UDB或直流电流IDB的大小，它 决定了直流制动的强度。如图12(b)所示。预置直流制动电压UDB(或制动电流IDB)的主要依据是负载惯性的 大小，惯性越大者，UDB也应越大。(3) 直流制动时间tDB即施加直流制动的时间长短。预置直流制动时间tDB的主要依据是负载是否有“爬行”现象，以 及对克服“爬行”的要求，要求越高者，tDB应适当长一些。4变频器的预励磁和零伺服功能4.1基础概念(1)电磁制动电动机及其控制特点对于要求停机位置十分准确的场合，常常采用带有机
