圖片來源：西門子
作者：Christopher Jaszczolt
為變頻器編程來適配大多數工業應用場景，只需要設置最基本的參數即可使電機運行。了解這5個重要的變頻器參數，可以優化編程設置。
變頻器是一種電子設備，它使用高速開關或絕緣柵雙極晶體管（IGBT），將三相輸入電源轉換為可變頻率和電壓輸出以控制電機轉速。
通過變頻器，電機可廣泛應用于各種場景，實現跨線操作或機械方式無法實現的控制。使用變頻器控制的電機，用戶可以通過匹配電機速度來優化系統效率，以保持精確的系統需求。大多數變頻器應用都可以提高系統效率，因此通常在不到一年的時間里，就可通過節能收回在變頻器上的投資。
與所有電子設備一樣，變頻器具有先進的功能，無需配置外部設備和可編程邏輯控制器（PLC）就可提供更多的系統控制。正是由于這些創新，有些人可能會認為要實現這些功能需要對變頻器進行大量編程，這是可以理解的。但在大多數應用場景下，只需做出最基本的設置，就可使電機運行起來。這是因為變頻器的設計和制造旨在將復雜的事情變得簡單易行。
在大多數情況下，變頻器的默認設置足以滿足應用需求，無需進行任何調整。如果應用需要調整參數，一般不會超過 12 個。為變頻器編程來適配大多數工業應用場景，只需要設置最基本的參數即可使電機運行。了解下面 5 個重要的參數，可以優化變頻器編程。
1
控制方式
通常，需要變頻器安裝人員設置的第一個參數是控制方式?？刂品绞降倪x擇決定了變頻器調節電機轉速的能力。這些控制方式可分為 3 種 ：V/f（伏特 / 赫茲）控制、自感應矢量控制和閉環矢量控制。
▎圖 1 ：變頻器預先配置了 過載功能，以解決不同 類型的電動機。本文圖 片來源 ：Yaskawa
V/f 控制是最常用的電機控制方法。它是這 3 種控制方式中最基本的方法。在變頻器轉速需要調整時，V/f 控制可將變頻器固定為按照預定義的電壓和頻 率曲線輸出，從而使電機按照該曲線調整。可以調整這些 V/f 模式以提供 高 啟 動 轉 矩，也可以在無需恒定的電壓與頻率關系時降低轉矩，優化可變轉矩負載的效率。
自感應矢量控制是可以對電機轉速進行更精細控制的一種方法。變頻器可以使用各種不同和復雜的控制方案來實現此控制。本質上，復雜的算法用于監視、解釋和響應電流反饋，以提供精確的電動機控制。但是，看待此控制方法的最簡單方式是將其視為不需編碼器的精確電機控制。
閉環矢量控制是可用的最先進的電機控制方法。閉環矢量控制使用電機編碼器來提供精確的轉速反饋，并消除因響應電流反饋而在變頻器控制中產生的任何偏差。增加編碼器可以讓變頻器清楚電動機正在做什么以及它正如何響應負載。
為什么要調整控制方式？
調整控方式是為了滿足電機驅動應用的需求。有些應用很簡單，只需要以近似速度運行，而有些應用則需要精確和動態的電機控制。每一種控制方式都能滿足應用需求，或限制系統啟動和運行所需的編程。
V/f 控制通常用于不需精確控制轉速的系統，例如風扇或泵。在最基本的 V/f 控制方法中，允許電機偏離轉速指令。轉速的輕微變化，幾乎不會影響整體的系統性能，因為其它驅動程序會調整轉速以維持系統需求。
▎圖 2 ：使用適當的加速和減速時間，可以顯著減少電機啟動時的沖擊電流和轉速變化時的電流浪涌。
例如，如果要求風扇以半速運行并且無法維持需求，那么大多數系統配置就會通過變頻器的比例積分回路或與外部設備配合使用來提高轉速指令，以提供所需的電機轉速。由于幾乎不需要編程即可實現，V/f 控制是最常用的控制方法。
大多數變頻器制造商根據多年的實踐經驗，已經將泵和風扇設的運行模式設置為默認配置。這些默認配置可以提供最佳節能效果，幾乎不需要編程。即使是固定扭矩應用，例如壓縮機，也可以充分利用 V/f 控制的優點進行配置，非常方便。
自感應矢量控制可以改善過程控制，減少維護工作。例如，自感應矢量控制將電機轉速調節到電機額定轉速的 1/200 以內，提供動態轉速控制，從高起動轉矩降低到低速，并在沒有外部設備的情況下限制電流和轉矩。為了提供這些先進的電機控制功能，變頻器需要特定的電機特性信息，例如電動機空載電流、電阻和電感。
為了獲得這些信息，變頻器可以通過簡單的電機調諧來運行，通過鍵盤輸入電機的基本銘牌數據，例如額定電流、電壓和轉速。受益于此控制的應用包括攪拌機、洗衣機和沖床 / 沖壓機等。
閉環矢量控制增加了轉速反饋信號，可以最大程度地實現過程控制并減少維護工作。閉環矢量控制可實現低至 1RPM 的精確轉速 控制、零轉速下的高啟動轉矩、零轉速控制和轉矩調節。這些功能用于轉速偏差不能超過幾個 RPM 的場景，否則輸出將不符合其設計規格。
▎圖 3 ：加速 / 減速曲 線中的轉折點，出現在每個斜坡的起點和終點。在這些 點上，需要最大的扭矩或電流，才能 推動電機實現期望的運動。
例如，許多擠出機使用編碼器反饋來將電動機轉速精確的維持在所需的轉速下，以確保產品符合其規格。編碼器反饋還可以確保精確的扭矩監控，以使變頻器對可能阻塞或損壞機器的高扭矩條件做出響應。閉環矢量控制中需要使用與自感應矢量控制相同的電機調整需求，以優化電機控制并減少編碼器反饋所需的補償。
變頻器對電機的特性了解得越多，電機運行的就越好。無論有無電機反饋都是如此。擠出機、高速錠子和恒張力放卷機等應用都是利用了閉環矢量控制的優勢。
2
電機滿載電流
大多數變頻器的控制設置中，已經將最常用的應用場景設為默認配置，因此對于任何變頻器安裝人員來講，真正需要編程設置的第一個參數往往是電機滿載電流或電機額定電流。在額定功率和額定電壓下，電機的設計允許以其銘牌上的額定電流連續運行。用電機的滿載電流額定值對變頻器進行編程，可為正在運行的電動機配置變頻器的電子熱過載。
盡管變頻器是天然的軟啟動器，但電機仍可能會在短時間內超過其額定電流，例如在啟動、沖擊負載、快速減速或超出循環期間。但是，長時間過高電流會導致電機過熱，從而縮短使用壽命和過早失效。由于負載或聯軸器的機械損壞，也可能發生轉子鎖定。隨著時間的流逝，負載磨損還會導致電流消耗增加，該電流可能超過電機的滿載電流。
為避免電機故障，將電機銘牌上的滿載電流設置為變頻器的電機滿載電流值。在變 頻器內設置變頻器的電子熱過載，需要滿足 國家標準和當地法規對電機過載保護的要求。利用變頻器的電子熱過載保護，用戶可以消 除電機機械過載，從而降低成本，消除潛在的故障點以及任何與維護過載觸點完整性相 關的維護需求。
變頻器的電子過載保護功能，可根據輸出電流、輸出頻率、電動機熱特性和時間來估算電動機過載水平。當變頻器檢測到電機過載時，會觸發故障，關閉變頻器輸出以保護電機免受熱故障的影響。這些過載曲線可以根據電機的能力進行設置。很多泵、風扇的電機，都是為可變轉矩負載而設計的，這意味著它們并不是為低于額定轉速時的額定 電流而設計的。
降低連續過載，可以減少維護并確保最大限度地延長電機的使用壽命。變頻器預先配置了過載功能，以適應不同的電機類型， 包括 40 ：1 轉速的可變轉矩負載，100 ：1 轉速的恒定轉矩負載和非常規電動機，例如永磁電動機。
3
加速和減速時間
變頻器是天然的軟起動器。當速度改變時，它們可以減少浪涌電流。為此，變頻器根據預設的加速和減速時間來啟動和停止電機。這些時間或斜率定義了從零轉速到最大頻率所需的時間?？梢杂泄潭ㄋ俾剩部梢杂卸嘟M速率，這些速率可以根據運行條件或發送指令給變頻器進行調整。
使用適當的加速和減速時間，將顯著減少啟動和轉速變化時的浪涌電流。這會延長電機（較少的熱量）和動力總成的壽命（較 少的動態高扭矩變化）。變頻器還將這些電流與線路隔離。因此，不需要由變壓器提供大的浪涌，因為這可能會導致不必要的發熱或影響其供電電壓，進而可能影響變頻器性能或系統上的其它負載。較低的浪涌電流意味著公用事業公司因電流 / 功率波動而收取的 費用得以消除。
變頻器加速和減速時間通常會根據其預期應用設置默認值。風扇 / 泵變頻器的斜坡時間會更長，而通用工業變頻器的斜坡時間則相對較短。這有助于簡化安裝過程。但是，并非所有默認設置都適用于每個應用。需要調整這些斜坡時間，以將電流保持在變頻器和電機的限值之內。
由于負載的慣性，啟動 / 停止負載的速度可能比驅動 / 電機的當前能力所允許的速度更快。劇烈的加速 / 減速率將導致更高的電流，這可能會對變頻器和電機造成負擔，并導致過載或過電流故障。設置正確的加速和減速時間可確保系統性能正常，同時確保無故障運行。
加速 / 減速曲線中的轉折點，出現在每個 斜坡的起點和終點。在這些點上，需要最大的扭矩或電流才能推動電動機實現期望的運動。因此，在總斜坡時間需要保持較低的情況下，可以對這些點進行調整以減少總斜坡時間。這些點稱為加加速或 S 曲線時間調整。這些設置延長了加速或減速斜坡的高應力點的時間，以減少對總體啟動 / 停止時間的影響。
4
轉速和運行指令
變頻器在其運行的每個時刻都需要兩個參數 ：運行指令和轉速參考。運行指令告訴變頻器應該啟動電機，而轉速給定則為變頻 器提供運行頻率。要實現電機控制，兩個輸入都是必須的。否則，電機將空轉。在變頻器安裝過程中，參數設置是技術支持最常見的故障排除方法之一。
設置變頻器的轉速和運行指令，更多地是關于選擇如何運行電機，而不是是否希望 電機運行。大多數制造商默認通過數字和模 擬輸入來運行其變頻器。觸點和繼電器將運行指令饋送給變頻器。然后使用模擬輸入將 轉速參考值輸入到變頻器。
這些模擬參考可 以是 0-10 V dc，+/-10 V dc，0-20 mA 或 4-20 mA 信號。每個參考源都有其自身的優 勢。基準電壓源易于生成且易于理解，而電 流信號傳播的距離更遠，且不受附近電噪聲的影響。其它控制方式可通過直接鍵盤控制或網絡通信來實現。這些參數均為變頻器提供了運行電機所 需的精確轉速。變頻器的電機速度控制基準 越準確，其能實現系統需求的精度就越高。精確滿足系統需求，意味著變頻器可實現更 高的節能效益。任何指令接口的目標，都是實現系統所需的控制，以實現效率、質量和安全性的最大化。
5
故障復位
有許多外部條件，可能會導致變頻器超出其設計規格中所規定的運行條件。為了維持產品壽命并預防故障，變頻器可能會觸發故障以保護自身。可能導致變頻器故障的條 件，包括過快的啟動時間和停止時間、功率損失以及轉子鎖定狀態等。
許多變頻器具有自動故障復位功能。此功能使變頻器可以檢測超出其預設范圍的工況，并觸發故障停機以保護自身、電機以及機械系統的其余部分。故障復位功能允許用戶檢測事件，如果故障工況已經消除，則可將變頻器恢復為正常運行狀態。
自動復位的目的是避免頻繁的故障停機，以保持連續運行。停機成本高昂，在確信事件無需停機時，自動復位功能可使系統保持運行，除非認證人員檢查后確認有必要停機。
比如，雷暴引起的電壓尖峰。這些罕見的情況不需要進一步分析。在這種工況下，變頻器會停止運行，從而保護自身。自動復位功能使變頻器無需用戶干預即可重啟，從而節省了時間和成本。
有多種方法可以實施變頻器技術來自動執行電機控制需求。變頻器的設置可能很復雜，但是大多數應用只需進行少量調整即可啟動和運行。此外，變頻器簡化了安裝過程。例如，可通過啟動例程或向導，引導安裝人員通過問答菜單的形式，完成對變頻器的編程，以確保應用可以滿足需求。變頻器的設計將越來越易于使用，并通過優化效率、質量和安全性來最大化其投資回報率。
