变频器的技术应用：接线与基本参数设置

部分参考自《变频器与步进/伺服驱动技术完全精通教程》 化学工业出版社
图源：部分引自《台达 VFD-M变频器 使用手册》，其余引自互联网。

学习笔记，记录一下新变频器到手后，需要进行的配置工作。
说起来，变频器属于传动控制的范畴，而非运动控制。

1接线说明

变频器配线部分分为主回路和控制回路（图中使用双圆和单圆区分），其接线框图见下图。

变频器控制端子通常可划分为：控制回路输入信号（无电源输入）、频率设定信号（模拟量）、内置选件连接用接口、继电器输出、集电极开路输出、模拟电压输出和RS-485端子，但并非所有型号的变频器都可被以上标准划分。

图中被包裹在虚线中的信号线应在同一线缆中；RS-485通信接口标准为RJ-11，而非常见的DB9。

1.1主回路

主回路接线

主回路接线端子分为电源侧和负载侧，前者用于连接三相供电电源，后者连接电动机。

制动电阻：是波纹电阻的一种，主要用于变频器控制电机快速停车的机械系统中，帮助电机将其因快速停车所产生的再生电能转化为热能。

一拖多

SINAMICS S120变频器可否在V/F控制方式下实现一拖多

一台变频器不一定只拖动一台电机，在功率允许的情况下，变频器可实现一拖多。

一拖多有同时启动和分时启动两种类型。

• 同时启动：多台电机全程同时通电、同速运转。
• 分时启动：同一时间仅一台电机挂在变频器输出，其余电机断开；靠接触器停机切换，轮流投入工作。

需要注意的是：

1. 电机最好是同一型号的异步电机，电机工作电流和必须小于变频器输出电流。
2. 变频器通常具备电子热保护功能，当一台变频器控制一台电动机时，可以不用热继电器，直接使用变频器的电子热保护功能。当变频器连接多台电动机时，变频器和单台电动机容量相差过大，电子过流保护功能不起作用，需要安装外部热继电器。
3. 应使用U/f控制；使用矢量控制功能时，只能拖动一台电机。
4. 总的线缆长度不能超过变频器的建议值。
5. 变频器同时起、停，不允许在运行过程中进行电机的投切。
   
   关于参数设置：待补充

交流电抗器的选用

交流电抗器分为电源输入侧交流电抗器（ACL1）和变频器输出侧交流电抗器（ACL2）。
电源输入侧交流电抗器可减少变频器、整流回路和回馈单元的谐波。
于以下4种情况下，需要考虑在输入侧接入交流电抗器：

1. 多台变频器接同一电源；
2. 同一电源上接有大容量晶闸管设备；
3. 变压器容量超过变频器容量10倍以上；
4. 电源电压不平衡度大于或等于3%；

1.2控制回路

控制回路接线端子用于连接变频器控制信号。

变频器提供0~10V的模拟电压输出，可通过读取该值，利用公式得出变频器实时频率。借助PLC读取该值时，需要安装模拟量模块。
并非所有端子都需要被接上，根据不同的频率给定方式，可选配不同的端子。

2控制面板说明

2.1面板说明

注意：不同变频器在操作上有所差异。

使用操作面板可以进行运行方式、频率的设定，运行指令监视、参数设定、错误表示等。

注意图中的状态指示灯。

单位显示：

1. Hz：显示频率时灯亮
2. V：显示电压时灯亮
3. A：显示电流时灯亮
   运行模式显示：
4. PU：PU运行模式时灯亮
5. EXT：外部运行模式时灯亮
6. NET：网络运行模式时灯亮
   显示转动方向：
7. FWD：正转时灯亮
8. REV：反转时灯亮

2.2面板操作

面板参数设定方式如下：

3参数设定

基本的参数设定流程为：

1. 电机基本参数设定
2. 电机精确参数设定
3. 运行命令设定
4. 频率命令设定
5. 控制模式设定
6. 加减速时间设定

3.1电机参数设定

电机基本参数设定
试运行前，需要由用户自行设定的必要参数有：

1. 电机类型
2. 电机额定功率
3. 电机额定电压
4. 电机额定电流
5. 电机额定频率
6. 电机额定转速

以上参数值可由电机铭牌处获取。

变频器参数的出厂设定值被设置为完成简单的变频运行。如需按照负载和操作要求设定参数，则应进入参数设定模式，先选定参数号，然后设置其参数值。并非全部参数支持在运行时设定。

电机精确参数设定
使用矢量控制模式，必须获得电机的精确参数。用户可以通过执行调谐来获取精确电机参数，如定子电阻、转子电阻、漏感等。
有完整调谐和静止调谐两种调谐方式：
●完整调谐：电机可与负载完全分开。调谐时电机处于运动状态。该调谐效果最佳。
●静止调谐：电机不可和负载完全分开。调谐时电机处于静止状态。
用户也可以选择手动输入电机参数。

注意调谐用于获取电机参数，而非进行速度环PID自整定。

3.4输出频率曲线规划

通常采用T型曲线规划。部分变频器支持S型曲线规划。
用户通过设定加减速基准频率来决定加减速时间。

反转时，电机首先减速至0，然后再反向加速至设定频率。
用户可以设定死区正反转时间来决定变频器正反转过程中，在输出0Hz处的过渡时间。

对启停设置做出改动时，曲线规划将变动。

3.3运行命令设定

运行命令设定指对启动、停止、正转、反转、点动运行等运行命令来源的指定。变频器在不同的运行命令下，各种按键、M旋钮的功能各异。

• 使用控制电路端子、在外部设置电位器和开关来进行操作的是端子命令通道；
• 使用操作面板或参数单元输入启动指令、设定频率的是操作面板命令通道；
• 通过PU接口进行RS-485通信或使用通信元件的是通讯命令通道；

3.4频率指令设定

变频器频率给定有如下几种频率给定方法：

• 手动键盘频率给定（控制面板）
• 模拟量频率给定
• 多段频率给定
• 通信频率给定
• 脉冲频率给定

3.5点动指令设定

同伺服一样，变频器也支持点动控制，但是点动键通常需要用户自行更改相应参数激活；一些机型默认点动功能不关联面板按钮（即不启用）。
点动控制相关参数如下：

1. 正向点动频率
2. 反向点动频率
3. 点动斜坡上升时间

4频率指令设定方法

4.0频率与速度换算

关于电机速度与频率的关系：

频率设定f=电机设定转速/电机额定转速*额定频率

例：电机输出转速=240r/min，额定转速=1440r/min，则

f=240/1440*50=8.6Hz

使用变频器频率给定后，一般不需要减速机，但长期工作频率在低频时加减速机后效果更好，可以显著提高输出转矩。

4.1控制面板频率给定

通过UP键和Down键进行频率的修正。

4.2多段频率给定

多段频率给定可以实现自动控制。
变频器在外部操作模式或组合操作模式下，通过外接开关器件的组合通断改变输入端子的状态来实现变频，这种控制频率的方式称为多段速控制功能。本例中变频器的频率控制端子是M3、M4、M5，通过这些开关的组合可以实现3段、7段的控制。
转速的切换：
由于转速的档次是按二进制的顺序排列的，故三个输入端可以组合成3档至7档转速，其中3段速由三个输入端的单个通断实现，7段速由三个输入端通断的组合来实现。

7段速的各自运行频率通过参数设定实现。

4.3模拟量频率给定

模拟量频率给定可以实现自动控制和无级调速。

4.4通信频率给定

通信频率给定可以实现自动控制和无级调速。

4.5脉冲频率给定

通过DI端子高速脉冲输入实现频率给定。

5控制性能

5.1电流环

矢量控制电流环PI调节参数分为励磁和转矩两组，该参数在异步机完整调谐后会自动获得，一般不需要修改。

5.2速度环

注意在U/f控制中，并未构建速度环，因此该功能仅矢量控制模式下有效。
变频器的速度环出厂参数适用于大部分情况，因而通常不需要进行修改（这可能也是大部分机型不会像伺服那样搭载PID自整定功能的原因）。

6 PID功能

6.2过程PID控制

一些变频器支持对过程量进行PID控制，此时需要构建闭环。

7注意事项

1. 变频器频率给定系统中，由于高频和高次谐波干扰的原因，漏电断路器易跳闸。可以适当调高设定值或更换具有防干扰功能的断路器。在实际生产实践中，常采用无漏保的断路器。
2. 矢量控制方式下，变频器获取不到电动机的相关信息，无法运算作出判断，无法发出输出信息，因此不带电动机的情况下不能启动。

附录 变频器的选型

知名国产变频器有汇川变频器、英威腾变频器、伟创变频器等。

1.根据负载的机械特性选择变频器
恒转矩负载、平方降负载、恒功率负载

2.根据负载的工艺特性选择变频器
生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩要求

3.变频器的容量选择

依据电流原则、依据效率原则、依据计算功率原则

变频器容量选择的原则是变频器的额定电流一定要大于拖动系统在运行过程中的最大电流。
在选择变频器容量时，需考虑的情况：
1变频器驱动的电机数
2电动机时直接在额定电压、额定频率下直接启动，还是软启动
3驱动多个电动机时，是同时启动还是分别启动

4.变频器的箱体结构选择
变频器的箱体结构要与环境条件相适应，即必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素。