变频器的主要控制特性

时间：2022-08-11作者：浔之漫智控技术（上海）有限公司浏览：141

变频器控制特性的参数比较多，通常包括以下内容。
1)变频器运行控制方式。
变频器运行控制方式非常重要，它是根据生产工艺的要求，针对被拖动电动机的自身特性、负载特性以及运转速度的要求，控制变频器输出电压(电流)和频率的方式。一般可分为U/f控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式和直接转矩控制方式。新型的通用变频器还派生了多种用途的U/f控制方式，如我们的DS100系列通用型变频器就有多种运行控制方式，用户可以根据需要进行设定，现以DS100系列通用型变频器为典型，将各种控制方式简要说明如下：
a)线性U/f控制方式。设定时，P1300=0。线性U/f控制方式可用于降转矩和恒转矩负载。
b)带磁通电流控制(FCC)的线性U/f控制方式。设定时，P1300=1。该控制方式可用于提高电动机的效率和改善动态响应特性。
c)抛物线二次方特性U/f控制方式。设定时，P1300=2。该方式可用于平方降转矩员载，获得较理想的工作特性，如风机、水泵控制等。
d)带节能运行方式的线性U/F控制方式。设定时，P1300=4。该控制方式的特点是变频器可以自动搜寻并运行在电动机功率损耗小点，达到节能的目的。
e)纺织机械的U/f控制方式。设定时，P1300=5。该控制方式设有转差补偿或谐振阻尼功能。电流大值随电压变化而变化，而不跟随频率变化。
f)用于纺织机械的带FCC功能的U/f控制方式。设定时P1300=6。该控制方式是带磁通电流控制(FCC)的线性U/f控制方式和纺织机械的U/f控制方式的组合控制方式，设有转差补偿或谐振阻尼功能，可提高电动机的效率，改善动态响应特性。
g)与电压设定值无关的U/f控制方式。设定时，P1300=19。电压设定值可以由参数P1330给定，此时与斜坡函数发生器频率无关。
h)无传感器矢量控制。设定时，P1300=20。该控制方式的特点是，用固有的转差补偿对电动机速度进行控制，低频运行转矩大、瞬态响应快、速度控制稳定。
i)无传感器矢量转矩控制。设定时，P1300=22。该控制方式的特点是变频器可以控制电动机的转矩。可以通过设定转矩给定值，使变频器输出转矩维持在设定值。
j)转差补偿控制。在异步电动机运行过程中，当负载发生变化时，转差也会同时发生变化，电动机的转速也随之变化。所谓转差补偿控制，指不需要速度反馈而在负载大小发生变化时，电动机依然保持原恒定的转速，若负载增大而使转速降低，设定的转差补偿频率加上原设定的运行频率，使电动机恢复原先的转速;若负载减小，则与上述动作相反，使增大的转速降低，保持电动机转速的恒定。
2)频率特性，变频器的频率特性通常包括以下内容：
a)输出频率范围。指通用变频器可控制的输出频率范围，低的起动频率一般为0. 1Hz，高频率则因变频器性能指标不同而不同，一般为400Hz，有的机型是650Hz。输出频率再高就属于高频变频器的范围。
b)设定频率分辨率。频率分辨率即可分辨的小频率值。在数字化通用变频器中，若通过外部模拟信号0-10V或4～20mA对频率进行设定，其分辨率由内部A/D转换器决定，若以数字信号进行设定，其分辨率由输入信号的数字位数决定。模拟设定分辨率可达到1/3000，面板操作设定分辨率可达到0.01Hz。有的变频器还有对外部信号进行偏置调整、增益调整、上下限调整等功能。对需要较高控制精度的场合，还可通过可选件解浃。有的变频器可选用数字(BCD码、二进制码)输入及RS232C/RS485串行通信信号输入模块。
c)输出频率精度。输出频率精度为输出频率根据运行条件改变而变化的程度。输出频率精度一频率变动值/高频率×**，通常这种变动都是由于温度变化或漂移引起的。当模拟设定时，输出频率精度为±0. 2%以下;当数字设定时，输出频率精度为±0.01%以下。
3) U/f特性。U/f特性是在频率可变化范围内，通用变频器输出电压与频率的比。一般的通用变频器可以在基本频率和高频率时分别设定输出电压，通常给出电压范围，如400V级输入，160～480V。
4)转矩特性。由变频器驱动电动机时，其温升比使用工频电源时略高。在低速运行时，电动机冷却效果下降，允许的输出转矩相应下降。变频器的转矩特性通常包括以下内容。
a)起动转矩。对应于0Hz时的大输出转矩，通常给出0.5Hz时大输出转矩的百分数，如0. 5Hz、200%。
b)转矩提升。由变频器驱动电动机时，在低频区会欠励磁，为了顺利起动电动机，应补偿电动机的欠励磁，使低频运行时减小的转矩增强，转矩提升功能通常是可设定或自整定。
c)转矩限制。通常在产品说明书中说明转短限制功能的特性，如当电动机转矩达到设定值时，转矩限制功能将自动调整输出频率，防止变频器过电流跳闸。转矩限制功能通常可设定，并可用触点输入信号选择。
5) PID控制。通常在产品说明书中说明PID控制功能的控制信号及反馈信号的类型及设定值，如键盘面板设定，电压输入DC O～IOV，电流输入DC 4～20mA，多段速设定，串行通信接口链接设定RS485，设定频率/高频率×**，反馈信号O～IOV、4—20 mA或20～4mA等。
6)调速比。调速比是上限频率(如50Hz)与可以达到的低运行频率(如0.5 Hz)之比。低频率所对应的标称值，如转矩性能、温速精度、速度响应等应能满足运行要求。如低频率是0. 5Hz，上限频率为50Hz，则调速比为100：1。调速比间接表达了通用变频器的低频、性能和速度控制精度。
7)制动方式。采用通用变频器控制电动机时，可以进行电气制动。通用变频器的电气制动分为内部制动和外部制动，内部制动一般有交流制动和直流制动，外部制动有制动电阻制动和电源回馈制动。
变频器功能参数很多，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。实际应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。
因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，为叙述方便，本文以富士变频器基本参数名称为例。由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到触类旁通。
1.加减速时间
加速时间就是输出频率从0上升到大频率所需时间，减速时间是指从大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出佳加减速时间。

2.转矩提升
转矩提升又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。
3.电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时，则应在各台电动机上加装热继电器。电子热保护设定值(%)=【电动机额定电流(A)/变频器额定输出电流(A)】×**。
4.频率限制
即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用，如有的皮带输送机，由于输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
5.偏置频率
有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号(电压或电流)进行设定时，可用此功能调整频率设定信号低时输出频率的高低， 有的变频器当频率设定信号为0%时，偏差值可作用在0～fmax范围内，有的变频器(如明电舍、三垦)还可对偏置性进行设定。如在调试中当频率设定信号为0%时，变频器输出频率不为0Hz，而为xHz，则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。
6.频率设定信号增益
此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压(+10v)的不一致问题;同时方便模拟设定信号电压的选择，设定时，当模拟输入信号为大时(如10v、5v或20mA)，求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可;如外部设定信号为0～5v时，若变频器输出频率为0～50Hz，则将增益信号设定为200%即可。
7.转矩限制
可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值，经CPU进行转矩计算，其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时，也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。
驱动转矩功能提供了强大的起动转矩，在稳态运转时，转矩功能将控制电动机转差，而将电动机转矩限制在大设定值内，当负载转矩突然增大时，甚至在加速时间设定过短时，也不会引起变频器跳闸。在加速时间设定过短时，电动机转矩也不会过大设定值。驱动转矩大对起动有利，以设置为80～**较妥。 制动转矩设定数值越小，其制动力越大，适合急加减速的场合，如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。如制动转矩设定为0%，可使加到主电容器的再生总量接近于0，从而使电动机在减速时，不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。但在有的负载上，如制动转矩设定为0%时，减速时会出现短暂空转现象，造成变频器反复起动，电流大幅度波动，严重时会使变频器跳闸，应引起注意。
8.加减速模式选择 又叫加减速曲线选择
一般变频器有线性、非线性和S三种曲线，通常大多选择线性曲线;非线性曲线适用于变转矩负载，如风机等;S曲线适用于恒转矩负载，其加减速变化较为缓慢。设定时可根据负载转矩特性，选择相应曲线，但也有例外，笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时，先将加减速曲线选择非线性曲线，一起动运转变频器就跳闸，调整改变许多参数无效果，后改为S曲线后就正常了。究其原因是：起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动，且反转而成为负向负载，这样选取了S曲线，使刚起动时的频率上升速度较慢，从而避免了变频器跳闸的发生，当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。
9.转矩矢量控制
矢量控制是基于理论上认为：异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此，从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能，电动机在各种运行条件下都能输出大转矩，尤其是电动机在低速运行区域。
现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制，由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿，使电动机具有很硬的力学特性，对于多数场合已能满足要求，不需在变频器的外部设置速度反馈电路。这一功能的设定，可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。
与之有关的功能是转差补偿控制，其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差，可加上对应于负载电流的转差频率。这一功能主要用于定位控制。
10.节能控制
风机、水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，而具有节能控制功能的变频器设计有V/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或无效。
要说明的是，九、十这两个参数是很的，但有一些用户在设备改造中，根本无法启用这两个参数，即启用后变频器跳闸频繁，停用后一切正常。究其原因有：
      (1)原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。
      (2)对设定参数功能了解不够，如节能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。
      (3)启用了矢量控制方式，但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作，或读取方法不当。

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