10.1 变频的调速及其原理10.3 变频器的逆变控制10.2 通用变频器组成及结构10.4 变频器的接口与接线10.６ 变频器的
运行调试10.７变频器的选型安装及回路设计10.8变频器的运行设置10.10 变频器的PID控制10.11 变频器的实训10.
5 变频器的功能及参数10.1 变频的调速及其原理通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作
“变频器”。10.1.1电动机变频调速原理在工业领域所使用的大部分交流异步电动机，其旋转速度近似地取决于电机的极数和频率，略低于电
磁场的转速，而电磁场转速就是同步速度n。n = 60f/p 其中，f——电源频率，p——电机极数。电机变频特性曲线电机的极数是固定
不变的。由于极数值p不是一个连续的数值（为2的倍数，如极数p为2，4，6），所以不适合改变极对数或特别复杂来调节电机的速度。
变频器不是简单改变频率，同时还要控制电压。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止
电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如，为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到
30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V，这也是我们常说的V/F控制模式。10.2 通用变频器组成及结构变
频器交—直—交的结构示意图 主要包括整流器、逆变器、中间储能环节、采样电路、驱动电路、主控电路和控制电源等。10.2
.1整流器一般的三相变频器其整流电路由全波整流桥组成，它的作用是把三相（也可以是单相）交流电整流成直流电10.2.2逆变器逆变电路
的作用是在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。10.2.3中间直流环节中间直流环节
的作用是对整流电路输出的直流电进行平滑，以保证逆变电路和控制电路能够得到高质量的直流电源10.2.4主控电路主控电路是变频器的核心
部分，主控电路通常由运算电路、检测电路、控制信号的输入输出电路和驱动电路构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控
制以及完成各种保护等。10.2.5采样电路采样电路包括电流采样和电压采样10.2.6驱动电路用于驱动各逆变管，如逆变管为GTR，则
驱动电路还包括以隔离变压器为主体的专用驱动电源。10.2.7控制电源控制电源为以下各部分提供稳压电源10.3 变频器的逆变控制1
0.3.1 逆变器的分类电压型电流型脉幅调制（PAM）脉宽调制(PWM)正弦脉宽调制(SPWM)单级调制示意图双极调制示意图智能功
率模块IPM智能功率模块IPM 智能功率模块(Intelligent Power Module ,即IPM)
是先进的混合集成电力电子器件，由高速、低耗的IGBT芯片和优化的门极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，故
可以实现高效的过电流保护和短路保护。10.3．2 控制方式第一代， U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式其特点是控制电路结
构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求第二代，电压空间矢量(SVPWM)控制方式能消除速度控制的误差
；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转
矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。第三代，矢量控制(VC)方式矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流I
a、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等
效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。第四代，直接转矩控制(DTC)方式该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足
，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展10.4 变频器的接口与接线以三菱E500变频器接线端为
例表10-1 三菱E500变频器端子说明10.5 变频器的功能及参数1、频率给定功能变频器的输出频率跟随频率给定方式及给定信号
的不同而改变2、加减速时间加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0 所需时间。3、启动频率即
变频器开始启动的频率4、频率限制频率限制即设置变频器输出频率的上、下限幅值5、转矩提升转矩提升又叫转矩补偿，是为了补偿因电动机定子
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6、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，电子过流保护的作用和设定与继电器相同。7、直流制动在大多数情况下，采用
再生制动方式来停止电动机，但对于某些要求快速制动8、适用负载选择有恒转矩负载（如运输机械、台车）；有变转矩负载（如风车、水泵）；有
提升类负载等9、控制方式选择选择Ｕ／Ｆ控制方式和矢量控制方式。10、电机参数变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频
率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。11、跳频在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避
免压缩机的喘振点。12、基底频率此参数主要用于调整变频器输出到电动机的额定值10.６ 变频器的运行调试10.6.１、变频器的空载
通电检验1）将变频器的电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上。2）将变频器的接地端子接地。3）确认变频器铭牌上的电压、频率等级与电
网的是否相吻合，无误后送电。4）主接触器吸合，风扇运转，用万用表AC 挡测试输入电源电压是否在标准规范内。5）熟悉变频器的操作键盘
键, 以变频器为例：FWD为正向运行键，令驱动器正向运行；REV为反向运行键,令驱动器反向运行；ESC/DISPL为退出/显示键，
退出功能项的数据更改，故障状态退出，退出子菜单或由功能项菜单进入状态显示菜单；STOP/RESET 为停止复位键，令驱动器停止运行
，异常复位，故障确认；PRG为参数设定/移位键；SET 为参数设定键，数值修改完毕保存，监视状态下改变监视对象；10.6.2、变频
器带电机空载运行1）设置电机的基本额定参数，要综合考虑变频器的工作电流。2）设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。v/f类
型的选择包括最高频率、基本频率和转矩类型等项目。3）变频器的频率设置及运行控制均为键盘模式，按运行键、停止键，观察电机是否能正常地
启动、停止。4）熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。5）变频器运行
到满频，测试输出电压及电流，看是否与键盘监视的值相吻合。10.6.3、带载试运行1）手动操作变频器面板上的运行停止键，观察电机运行
停止过程及变频器的监视，看是否有异常现象。2）如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、
减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化
率升速或减速时，3）如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%~20%的保护余量。
4）如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。5）如果变频器带动电机在启动过程中达不到预设速度，可能有下述两种情况。
（1）系统发生机电共振，（2）电机的转矩输出能力不够，10.6.4、变频器与上位机相连进行系统调试10.７变频器的选型安装及回路设
计10.7.1、变频器控制类型的选择变频器的控制方式有U/f控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式三种。1、U/f控制是一种开环
控制方式，由于它的控制方式比较简单，所以相比之下，控制电路的成本也较低。这种控制方式一般应用于对控制精度要求不高的风机、水泵类的调
速系统中。2、转差频率控制是一种速度闭环标量控制，与开环的U/f控制方式相比，在负载转矩发生较大变化时，仍然能够达到较高的速度情度
，并具有较好的转矩特性。3、矢量控制是一种高性能的控制方式。采用矢量控制的交流调速系统在调速特性上可以与直流电动机相媲美。10.7
.2、容量的选择按电机实际功率确定变频器容量的过程是：首先测定电机的实际功率，以此来选择变频器的容量。当电动机处于频繁起动、制动工
作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利于变频器长期、安全地运行。一般说来，变频器功率值与电动机功率值相当时最为
合适。故设置安全系数为1.0~1.2，则变频器的容量Pb为：Pb＝1.1PM（KW)，式中，PM为电机功率。计算出Pb后，按变频器
产品目录选具体规格。变频器电流一般应按1.1IN（IN为电动机额定电流）来选择，10.7.3、外部电磁干扰的处理方法不输出干扰、不
传送干扰、不接受干扰的“三不”原则。10.7.4、变频器对周边设备的影响及故障防范由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的
脉冲调制方式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，造成电压波形畸变，对供电系统产生严重影响，通常可采用以下处理措施：1）采用专
用变压器对变频器供电，与供电系统隔离；2）在变频器输入侧加装滤波电抗器，降低高次谐波分量。10.8变频器的运行设置本节以三菱FR－
E500－0.75kW变频器为例，介绍基本功能参数功能。（1）转矩提升（Pr.0）。（2）上限频率（Pr.1）和下限频率（Pr.2
）。（3）基底频率（Pr.3）。（4）多段速度（Pr.4,Pr.5,Pr.6）。Pr.24,Pr.25,Pr.26,Pr.27也是
多段速度的运行参数，属数字信号控制频率，RH、RM、RL、REX信号组合出15种 速度，（5）加、减速时间（Pr.7,Pr.8）及
加、减速基准频率（Pr.20）。（6）电子过流保护（Pr.9）。（7）点动运行频率（Pr.15）和点动加、减速时间（Pr.16）。
（8）操作模式选择（Pr.79），变频器控制变频与工频之间的相互切换电路接线图10.10 变频器的PID控制变频器的PID控制是
与传感器元件构成的一个闭环控制系统，实现对被控量的自动调节，在温度、压力、流量等参数要求恒定的场合应用十分广泛，是变频器在节能方面
常用的一种方法10.10.1 PID控制概述10.10.2变频器的PID功能通过变频器实现PID控制有两种情况：一是变频器内置的
PID控制功能，给定信号通过变频器的端子输入，反馈信号也反馈给变频器的控制端，在变频器内部进行PID调节以改变输出频率；二是外部的
PID调节器，PID控制接线原理图10.11 变频器的实训【实训1】面板操作模式运用。变频器的面板操作 [PU操作]模式的启、停
练习，在[PU]运行模式下，设定Pr.1=50Hz, Pr.2=3Hz, Pr.3=50Hz, Pr.7=5s, Pr.8=3s,
运行频率分别为30Hz, 40Hz, 试操作运行。【实训2】外部运行操作运用。外部运行操作就是用变频器控制端子上的外部接线控制电
动机启停和运行频率的一种方法。【实训3】外部运行多段速度运行。ＦＲ－E500三菱变频器的多段速度运行参数如表10-3和表10-4所
示。表10-3三菱变频器E500基本参数设置表10-4三菱变频器E500七段速度运行参数设定用PLC控制多段速度运行的示意图【实训
4】改用通讯控制方式进行上述控制。【实训5】ＦＲ－E500三菱变频器的外部模拟量控制速度运行。用外部接线的方式控制电动机运行图10
-12中的三段速的速度曲线控制（50Hz，10秒--30Hz，8秒--15Hz，6秒—循环），也可以外接电位器（1W，1kΩ的电位
器）来手动控制运行频率，然后改变基本参数的值反复操作练习（同样，不需要考虑低速运行，正向直接加速到45Hz运行，反向直接加速到50
Hz运行）。【实训6】完成变频器的变频—工频切换及应用。PLC控制三菱变频器的变频和工频切换接线图【实训7】变频恒压供水系统10.
12 本章小结 电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电
变换为直流电（DC），这个过程叫整流。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置。 变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的， 另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。本章作业习题四一、 填空题 1、2、3、4、5、6、7。二、简答题 1、3三、 设计题 1本章学习结束。Goodbye! |
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