如何搭建变频器来控制电机调速系统

变频器，本质是一个可以控制的交流电源而已，从控制角度来看，搭建所谓的变频器系统比较简单，主要是开始选型要正确了，然后考虑工艺和设备的具体状况，设计好线路和安装，最后就是参数调整。

一、选型

（一）负载类型考虑

变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型: 恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵负载。

1、恒转矩负载

负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。

2、功率负载

机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL 不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓“匹配”的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。

3、平方转距负载

在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2 次方减小。这种负载所需的功率与速度的3 次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。

（二）选型原则

1、变频器功率，按所带的负载功率选取，一般多大功率电机就选多大的功率的变频器，大一规格也可以。不同用途选不同的变频器， 例如，有通用的变频器，有风机水泵专用的变频器， 有机床主轴专用的变频器。恒功率负载要选用矢量型等等。

1）变频器额定功率pv≥电动机功率pd。在一对一的情况下，即一台变频器拖一台电动机。

2）一台变频器拖几台电动机时，则pv≥pd1＋pd2＋pd3＋…，而且pd1＝pd2＝pd3＝…，而且几台电动机只能同时起动和工作。在基本相同工作环境和工况条件才可以，这样比买多台小功率变频器时能节省投资。

3）一台变频器拖几台电动机时，当pd1≠pd2≠pd3…，而且功率差别大又不能同时起动，工况也不相同时，不宜采用一台拖几台的方式，这样对变频器不利，同时pv》pd1＋pvz＋pd3＋…，因最后起动的变频器要承受5～7倍的起动电流，所以选用变频器的功率将会很大，这是不经济又不合理的，不应该选用。

4）当电动机处于满负载、正反转、起动转矩大时，在cd2也大的情况下，原则上选择放大一级pn功率值。5）通常变频器额定电流in＝1.05id，在一般运行条件下或条件较差时，可选择：in＝1.10id。

6）变频器额定电压un＝电动机额定电压u，。

7）变频器的频率，对通用的变频器可选用0～240hz或0～400hz，对水泵风机专用变频器可选用0～12ohz。

8）变频器控制方式的选择一主要按使用设备性能、工艺要求选择，做到量材使用，既不“大材小用”又不“小材大用”，前者是多花钱而浪费，后者是达不到使用要求。变频器常用的控制方式有v/f控制、空间电压矢量控制（svpwm）、矢量控制（vc）、直接转矩控制（dtc），以及无速度反馈矢量控制（n-ssvc）、有速度反馈矢量控制（h-ssvc）、调制方式控制（pwn）、u形特性曲线控制、模糊控制、自设定控制（离线或在线）等，这些控制方式各有特点及使用对象，要正确、合理、经济、实用综合考虑。

2、选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10％而温升会增加20％左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。

3、变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。

4、当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为V/F 控制方式，并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。

5、对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。

6、使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。

7、变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。

8、驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。

9、使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在超过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要超过最高转速容许值。

10、变频器驱动绕线转子异步电动机时，由于绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小，因此，容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。

11、变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低输出容量10％～20％，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标示值的乘积。

12、对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。13、变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大， 所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。

14、当变频器控制罗茨风机或特种风机时，由于其起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。

15、选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。

16、单相电动机不适用变频器驱动。

二、设计和安装

1、变频器有主回路和控制回路，主回路进线连接电网三相电源，主回路出线接异步电机三条相线。一般主回路配多一个断路器即可，不宜使用漏电器的，因为高频干扰容易产生跳闸。

2、控制回路是为主回路服务的，一般有一些传感器的联锁保护，变频器本身启动和停止等功能，如果需要外接旋钮控制的，还有电位器或者模拟量等信号电路。现在还有一些是通过总线或者其他通讯方式控制的变频器，这些也归纳到控制回路里边。

3、至于确保变频器工作正常，变频器正常工作需要保证：进线电源电压在正常范围且无过大的骤升骤降，室内温度在正常范围，变频器冷却通风正常，接地良好，电机无长期过负荷情况，室内无冷凝水，无腐蚀性气体，粉尘少等等；

4、如果工艺和设备要求多个变频器要联动，这时候需要考虑联动信号的分配和反馈问题，保证设计精度了。

5、有些场合可能需要外加制动功能的，可以选择制动电阻和制动单元来满足要求。

6、有些场合线路比较远的，可以考虑外加输出端电抗器。

7、有些场合电网电压波动大的，可以考虑加进线电抗器。

8、一般场合使用面板操作启停就可以了，但是也有些场合需要外部端子控制或者远程操作，这时候需要单独把控制线引到对应的操作箱，然后外加显示仪表和启停按钮以及调速电位器。

9、有些地方环境恶劣，比如高温潮湿的，需要单独给变频器电控柜配备冷却装置，比如安装空调。

10、和其他器件搭配控制考虑，比如同步控制需要同步控制器，逻辑控制需要PLC和继电器电路，张力控制需要张力控制器等等。

三、调试

大多数场合变频器，就是一个启动停止和调速需求。

（一）频率设定：

1、启动频率：此参数用来设定启动时电机从多少频率开始运转。

2、运行频率：根据生产情况调节好电机运转后的旋转频率。

3、频率上下限：这个参数避免用户误操作使频率过高，烧坏电机

（二）频率给定方式：

1、面板调速：可以通过面板的按键调节频率。

2、传感器控制：可以通过传感器的电压或电流变化作为信号输入来控制频率。

3、通讯输入：与PLC等上位机控制其频率。

（三）加减速时间：

1、加速时间：加速时间是从其启动频率到运行频率的时间。

2、减速时间：可以设定电机从运行频率到停止所需时间。

（四）电机参数设定：

可根据使用电机铭牌的额定电压与额定电流在变频器中设定参数，与其对应。

（五）控制方式和保护

1、运转方向：主要用来设定是否禁止反转。

2、停机方式：用来设定是否刹车停止还是自由停止。

3、电压上下限：根据设备电机电压设定极限，避免烧坏电机。

（六）其他

比如恒压供水可能需要设定PID，有些场合需要设定从机跟踪，有些需要设定主机同步输出等，可以利用模拟量和数字量端口功能根据说明书来调整。

审核编辑 黄昊宇