变频器功能解析

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变频器是一种用于调节电动机转速和转矩的电力电子设备，其核心功能是通过改变输入电源的频率和电压来控制电机的运行状态。它广泛应用于工业自动化、楼宇控制、能源管理等领域，能够显著提高系统的效率和灵活性。

变频器的基本工作原理是将工频交流电（通常为50Hz或60Hz）转换为直流电，再通过逆变电路将直流电转化为可调频率和电压的交流电。这一过程由整流、滤波和逆变三个主要环节组成。通过调整输出频率，可以精确控制电机的转速；同时，通过调节输出电压，可以满足电机在不同负载条件下的需求。

变频器的主要功能包括：节能降耗，尤其是在风机、水泵等场合，通过降低电机转速减少能量损耗；软启动与保护，避免电机直接启动时对电网和设备的冲击，同时提供过载、过压、欠压等多种保护功能；精准控制，实现对速度、位置和转矩的精确调节，满足复杂工艺需求。

此外，现代变频器还集成了通信接口，支持与PLC、SCADA等系统互联，便于远程监控和管理。随着技术的发展，高效能、小型化、智能化已成为变频器的重要趋势，进一步推动了其在绿色能源和智能制造领域的应用。

(3)最大频率fmax在数字量给定(包括键盘给定、外接升速/降速给定、外接多档转速给定等)时，是变频器允许输出的最高频率;在模拟量给定时，是与最大给定信号对应的频率。(4)频率给定线的调整在生产实践中，生产机械所要求的最低频率及最高频率常常不是0Hz和额定频率，或者说，实际要求的频率给定线与基本频率给定线并不一致。所以，需要对频率给定线进行适当的调整，使之符合生产实际的需要。因为频率给定线是直线，所以，调整的着眼点便是:(a)频率给定线的起点即当给定信号为最小值时对应的频率;(b)频率给定线的终点　即当给定信号为最大值时对应的频率。

3模拟量给定的正、反转控制与滤波

3.1模拟量给定的正、反转功能(1)控制方式主要有两种方式:(a)由双极性给定信号控制给定信号可“－”可“＋”，正信号控制正转，负信号控制反转，如图11(a)所示。　　　　　(b)由单极性给定信号控制给定信号只有“＋”值，由给定信号中间的任意值作为正转和反转的分界点，如图11(b)所示。

3.2模拟量给定的滤波时间(1)滤波时间的含义变频器在接受模拟量给定信号时，首先要进行滤波，其物理意义与图12中的滤波电容类似(通常都采用数字滤波)。图中，综坐标是给定信号的百分数X％。滤波的目的,是消除干扰信号对频率给定信号的影响。滤波时间常数，是指给定信号上升至稳定值63％所需的时间。(2)滤波时间的影响·滤波时间太短当变频器显示“给定频率”时，有可能不够稳定;·滤波时间太长当调节给定信号时，给定频率随给定信号改变时的响应速度较慢。

4.1辅助给定功能1)基本概念　当变频器有两个或多个模拟量给定信号同时从不同的端子输入时，其中必有一个为主给定信号，其他为辅助给定信号。大多数变频器的辅助给定信号都是叠加到主给定信号(相加或相减)上去的。叠加后在频率给定线如图中的曲线②和曲线③所示。

(2)应用举例多单元拖动系统的同步运行在造纸、印染等机械中，整台机器具有若干个单元，每个单元都有各自独立的拖动系统,如图所示:第１单元由电动机Ｍ１拖动，第二单元由电动机Ｍ２拖动……。通常,把第１单元称为主令单元,后面的各单元称为从动单元。在这种情况下，总是要求被加工物在各单元的线速度一致:显然，如果后面的速度低于前面，将导致被加工物的堆积;反之，如果后面的速度高于前面，将导致被加工物的撕裂。因此，对于多单元拖动系统的要求是:·在调速时,各单元必须同时调节;·各单元的运行线速度必须步调一致,即实现同步运行。

4.2频率给定的其他功能(1)频率指令的保持功能变频器在停机后,是否保持停机前的运行频率的选择功能。再开机时,变频器的运行频率有两种状态可供选择:·保持功能无效运行频率为0Hz，如要回复到原来的工作频率，须重新加速。·保持功能有效运行频率自动上升到停机前的工作频率。(2)点动频率功能点动是各类机械在调试过程中经常使用的操作方式。因为主要用于调试，故所需频率较低，一般也不需要调节。所以，点动频率(用fJ表示)是通过功能预置来确定的。有的变频器也可以预置多档点动频率。(3)频率给定异常时的处理功能给定信号异常大致有以下两种情形:(a)给定信号丢失　　当外接模拟频率给定信号因电路接触不良或断线而丢失时，变频器处理方式的选择功能。例如，是否停机，如继续运行，则在多大频率下运行等。(b)给定信号小于最低频率时的处理功能有的负载在频率很低时实际上不能运行，因而需要预置“最低频率”。对应地，也就有一个最小给定信号。当实际给定信号小于最小给定信号时，应视为异常状态。

5.1上、下限频率(1)基础概念(a)生产机械对转速范围的要求生产机械根据工艺过程的实际需要，常常要求对转速范围进行限制。以某搅拌机为例，如图(a)所示。要求的最高转速是600r/min，最低转速是150r/min。

(b)变频器的上、下限频率根据生产机械所要求的最高与最低转速，以及电动机与生产机械之间的传动比，可以推算出相对应的频率，分别称为上限频率(用fH表示)与下限频率(用fL表示)。在上例中，如传动比λ＝2，则:(2)上限频率与最高频率的关系·上限频率小于最高频率·上限频率比最高频率优先这是因为，上限频率是根据生产机械的要求来决定的，所以具有优先权5.2回避频率(1)基础概念任何机械在运转过程中，都或多或少会产生振动。每台机器又都有一个固有振荡频率，它取决于机械的结构。如果生产机械运行在某一转速下时，所引起的振动频率和机械的固有振荡频率相吻合的话，则机械的振动将因发生谐振而变得十分强烈(也称为机械共振)，并可能导致机械损坏的严重后果。

设置回避频率fJ的目的，就是使拖动系统“回避”掉可能引起谐振的转速，如图所示。(2)回避频率的预置预置回避频率时，必须预置以下两个数据:·中心回避频率fJ即回避频率所在的位置;·回避宽度ΔfJ即回避区域，如图所示。(3)回避频率的数量大多数变频器都可以预置三个回避频率,如图所示。

6.1保持磁通不变的必要性和途径(1)保持磁通不变的必要性(a)磁通减小　任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果，电流是不允许超过额定值的，否则将引起电动机的发热。因此，如果磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载能力降低。(b)磁通增大　电动机的磁路将饱和，由于在变频调速时，运行频率fX是在相当大的范围内变化的，因此，如不采取措施的话，磁通的变化范围也是非常大的。它极容易使电动机的磁路严重饱和，导致励磁电流的波形严重畸变，产生峰值很高的尖峰电流，如图所示。图的上半部是电动机的磁化曲线;下半部则是励磁电流的波形。

所以，变频调速的一个特殊问题便是:当频率fX变化时0265 锦秋知春电子商务中心工程施工组织设计，必须使磁通Φ保持不变:Φ＝const(2)保持磁通不变的方法保持Φ＝const的准确方法是:在调节频率时，必须保持反电动势E1X和频率fX的比值不变。但反电动势是由定子绕组切割旋转磁通而感生的，无法从外部进行控制。于是用保持定子侧输入电压和频率之比等于常数来代替:所以,在改变频率时,必须同时改变定子侧的输入电压。6.2变压变频存在的问题及原因分析(1)存在的问题(a)衡量调速性能的主要因素电动机的基本功能是拖动生产机械旋转，因此，在低频时的带负载能力便是衡量变频调速性能好坏的一个十分重要的因素。(b)调压调频存在的问题满足Φ＝const的情况下进行变频调速时，随着频率的下降，电动机的临界转矩和带负载能力(用有效转矩ＴMEX表示)也有所下降，如图所示。

(2)临界转矩下降的原因分析(a)电磁转矩的产生异步电动机的电磁转矩是转子电流和磁通相互作用的结果。因此，问题的关键便是:在满足式(16)的情况下，低频时能否保持磁通量基本不变？(b)电磁转矩减小的原因　　反电动势是定子侧输入电压减去阻抗压降的结果。当频率fX下降时，输入电压U1X随之下降。但在负载不变的情况下，电流I1及其阻抗压降却基本不变,于是反电动势E1X所占的比例必将减小。磁通ΦM也必减小，磁通不变的要求并没有真正得到满足，结果是导致电动机的临界转矩也减小。

7.1V/F控制模式(1)指导思想为了确保电动机在低频运行时，反电动势和频率之比保持不变，真正实现Φ＝const，适当提高U/f比，使KU＞Kf，从而使转矩得到补偿，提高电动机在低速时的带负载能力。如图中之曲线②所示(曲线①是KU＝Kf的U/f线)。这种方法称为转矩补偿或转矩提升，这种控制方式称为V/F控制模式。KU　电压调节比Kf　　频率调节比

(2)基本频率与变频器的最大输出电压对应的频率称为基本频率，用fBA表示。在大多数情况下，基本频率等于电动机的额定频率，如图所示。(3)基本U/f线在变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率fBA的过程中,满足KU=Kf的U/f线,称为基本U/f线,如图(a)所示。(4)弱磁点当电动机的运行频率高于额定频率时，变频器的输出电压不再能随频率的上升而上升，如图(b)中之Ａ点以后所示。在这种情况下，由于U/f比将随频率的上升而下降，电动机磁路内的磁通也因此而减小，处于弱磁运行状态。因此，通常把转折点Ａ称为弱磁点。

7.2U/f线的选择功能(1)不同负载在低速时对转矩的要求各类负载在低速时所呈现的阻转矩是很不一样的,例如:(a)二次方律负载阻转矩与转速的二次方成正比，如图中的曲线①所示。低速时的阻转矩比额定转矩小得多;(b)恒转矩负载在不同的转速下,负载的阻转矩基本不变,如图中之曲线②所示。低速时的阻转矩与额定转速时是基本相同的;(c)恒功率负载在不同的转速下，负载功率保持恒定，其机械特性呈双曲线状，如图中之曲线③所示。低速时的阻转矩比额定转速时还要大得多。