1.5　典型變頻器

1.5.1　富士變頻器的基本性能

日本富士電機有限公司生產有多種電器產品，變頻器也是它的重要產品之一，其中FRENIC5000G9S/P9S是它的最新產品，分為200V和400V兩大系列。200V表示輸出為3相220V 50Hz，400V表示輸出為3相380V 50Hz。P9S系列主要用于風機、泵類設備，G9S用于普通電氣設備，較之P9S有過載能力強、驅動轉矩大、變頻范圍寬的優點。配用的電動機為0.2～280kW共分24個規格。產品除具有高性能的U/f式變頻功能外，還具有轉矩矢量控制功能，根據負載狀態計算出最佳控制電壓及電流矢量。由于采用了新型的計算機芯片，大幅度地提高了低速區域內的運算精度和運算速度。在1Hz運算時，實現了大于150％的啟動轉矩，1min過載能力達150％；0.5s過載能力達200％。在全部工作頻率范圍內可自動提升轉矩，轉矩的響應速度也較老式有所提高。產品還采用了第三代IGBT功率元件，效率高噪聲低，新開發的PWM控制技術改善了電流波形，可人為地選擇PWM載波頻率以適應環境要求的最小噪聲狀態。新產品采用新型的高密度集成電路和高效率冷卻技術，產品的外形較小。

產品采用發光二極管式數字顯示和液晶顯示參數的組合式顯示面板，采用對話式觸摸面板的手工編匯器。顯示器具有日語/英語/漢語三種顯示方式，以適應不同國家的需要。監視器能顯示運行頻率、電流、電壓、線速度、轉矩、維護信息等28種參量。

變頻器還具有自整定功能，可自動設定電動機的特性，適應高性能運轉的要求，具有自動節能功能，能進行節能運轉。具有內部速度設定和計時器功能，可實現7級速度曲線運轉功能，可設定加速時間、運轉時間、旋轉方向等。

1.5.2　基本功能及使用操作

變頻器的基本功能包括：控制功能、顯示功能、保護功能和使用環境等。

（1）控制功能

①運轉與操作　可用編匯器上的鍵盤操作啟動與停止，也可用外部信號控制啟停、正反轉、加速、減速、多級頻率選擇等。

②頻率設定　可用鍵盤操作設定，也可用外接電位器控制頻率，還可用4～20mA電流信號控制頻率。可用外部開關量信號控制電動機按某一頻率運行，最多可進行8級選擇。

③運轉狀態信號　設備可輸出（集電極開路）開關量信號，指示系統的運轉狀態，如“正在運轉中”“頻率到達”“頻率控制”“轉矩限制中”等。也可輸出模擬信號指示某些狀態的參數，如“輸出頻率”“輸出電流”“輸出轉矩”“負載量”等。

④加速時間/減速時間設定　設定范圍為0.2～3600s，能獨立設定4種加/減速方式，并能由外部信號選擇。能設定加/減速曲線的類型，如：直線型、曲線型等。

⑤上/下限頻率　可由軟件設定設備運轉的上限頻率及下限頻率。

⑥頻率設定的增益　可設定模擬信號（來自外部信號的電位）與輸出頻率之間的比例關系范圍為0～200％。

⑦偏置頻率　可將0頻率設定為非0的偏置頻率，滿足特殊系統的要求。

⑧跳變頻率　當系統運轉的頻率接近機械系統的固有頻率時，會產生不良的共振現象，可人工設定跳變頻率防止系統在此頻率點運行。可設定最多3點和跳變頻率的寬度。

⑨瞬間停電再啟動　有四種選擇方式，使正在運轉的電動機瞬間停電后能平穩地重新啟動運行。

⑩自動補償控制　在U/f控制方式中，可自動設定轉矩提升的補償量，也可手動進行固定補償設置。

第2臺電動機設定　通過軟件控制一臺變頻器，進而控制2臺電動機，可設定第2臺電動機的各種參數。

自動節能運轉　對于輕負載運行方式，能自動減弱U/f比，減少損失，節能運轉。

（2）顯示功能

①運轉中（或停止時）　顯示輸出頻率、輸出電流、輸出電壓、電動機轉速、負載軸轉速、線速度、輸出轉矩等，并能顯示單位，在液晶顯示畫面上能顯示測試功能、輸入信號和輸出信號的模擬值。

②在設定狀態時　能顯示各種功能碼及有關數據。

③出現故障跳閘時　能顯示跳閘原因及有關數據。

（3）保護功能

①過載保護　　根據設備的熱保護電路進行過載保護。

②過壓保護　　在系統制動時，當中間直流電路的電壓過高時進行保護。

③電涌保護　　針對侵入到主電路電源線和接地之間的電涌采用保護措施。

④欠壓保護　　當中間級電路的電壓過低時啟動保護電路。

⑤過熱保護　　根據設備內的溫度檢測元件的信號保護設備。

⑥短路保護　　當輸出端短路時保護設備。

⑦接地保護　　當輸出端產生接地過電流時動作。

⑧電動機保護　　根據外部的電動機保護信號保護變頻器。

⑨防止失速　　在加減速中限制過電流。

（4）使用環境

①用于不含腐蝕性氣體、易燃性氣體，無灰塵，避免陽光直接照射的場合。

②環境溫度：-10～+500℃。

③環境濕度：20％～90％RH。

（5）使用操作

5.5～7.5kW的產品外形如圖1-54所示，編程器裝于前面板上，也可卸下用電纜連接，實行外部控制。前面板卸下后，可看到內部裝有外部連接線的接線端子，變頻器驅動電動機的電源線及各種控制信號均由此處接出。變頻器的各種功能均通過編程器進行軟件設置。對設置完成的程序可自動保存在機內不丟失。

圖1-55是富士FRENIC5000G9S/P9S的接線圖。各接線端子的功能見表1-4。說明如下。

①主回路

a.R、S、T為主回路電源端子，不需要考慮相序。

b.U、V、W為逆變器輸出端子，按正確相序接至三相交流電動機，相序不正確會使電動機反轉。

c.P₁、P（+）為內部直流電路中為改善功率因數而外接的直流電抗器，一般應用可將其短路。

d.P（+）、N對于大于等于11kW的逆變器內部無內裝制動電路和制動電阻.應在此二端子上接入外部制動電路（制動單元），而將制動電阻接至此制動單元上。

e.E（G）是設備的接地端子，它可保護人身安全與減少噪聲。

②控制回路

a.13、12、11為頻率控制輸入端。可用一個1～10kΩ的電位器接入，調節它可控制變頻器輸出頻率的高低。

b.C1、11為頻率控制輸入端。它為電流信號輸入端，當電流在4～20mA之間變化時，輸出頻率可以從0Hz變化到最高頻率。

c.FWD、CM為正轉/停止輸入端。為開關量輸入，即當兩點短路時電動機正轉，斷開時電動機停止運行。

d.REV、CM為反轉/停止輸入端，開關量輸入。

e.THR、CM為外部報警信號輸入端，開關量輸入。

f.HLD、CM為自保選擇信號輸入端。接通后可保持FWD或REV的信號，開關量輸入。

g.RST、CM為異常恢復。接通后可解除變換器的故障狀態恢復正常運行。

h.BX、CM為自由運轉信號輸入端。接通后，變頻器切斷輸出，電動機自由運轉。

i.X1、X2、X3、X4、X5、CM是變換器的多種用途的開關量輸入信號端。

j.FMA、11端接入直流電壓表，可指示變頻器的輸出。可由軟件設定為頻率、電位、轉矩、負載率等。

k.FMP、11端輸出脈沖信號。接入頻率計，可監視變頻器頻率輸出。

l.Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、CME為變頻器輸出信號端，它具有多種功能（由軟件設定），為三極管集電極開路輸出信號。

m.30A、30B、30C為變頻器的報警信號輸出觸點。

該系列變頻器操作面板如圖1-56所示，分為三部分區域。上部顯示窗為采用發光二極管的數字顯示（LED），它可顯示多種數據。中部顯示窗為液晶顯示器，它可顯示文字、模擬波形等，主要用于編程。下部為各種操作按鍵，其中包括：編程（PRG）、運行（RUN）、停止（STOP）、復位（RE-SET）、功能/數據（FUNC/DATA）、增量（∧）、減量（∨）、移位（切換）（>>）等。

使用操作面板可對變頻器進行各種功能的軟件設置，對變頻器進行運轉控制、運行狀態顯示等。

1.5.3　常用功能的軟件設計及舉例

G9S/P9S變頻器共有95種軟件代碼功能，分為基本功能、輸入端子（1）、加速/減速時間控制、第2電動機控制、模擬監視輸出、輸出端子、輸入端子（2）、頻率控制LED和LCD監視器、程序運行、特殊功能1、電動機特性、特殊功能2等多種功能。現僅對幾種常用功能加以介紹。

（1）“00”功能

頻率命令（FREQ COMND）。

進入功能后，選“0”則輸出頻率由編程器設定，采用增量（∧）、減量（∨）可進行調整。選“1”則由外部電位器經11、12、13端子的輸入電壓控制輸出頻率。選“2”則由11、12、13端的輸入電壓與C1、11端輸入電流聯合控制輸出頻率。

（2）“01”功能

運行操作（OPR METHOD）。

進入功能后，選“0”，用編程器上的RUN和STOP鍵控制電動機運行。選“1”用FWD或REV端信號控制電動機運行。

例：如選‘00′：0、‘01′：0，通電后按RUN鍵，則電動機以30Hz的頻率旋轉。按STOP鍵后電動機停止。

如選‘00′：1、‘01′：1，則通電后短接RWD、CM后電動機正轉，調整外接電位器的動臂則可使電動機有不同的轉速。

（3）“02”功能

最高頻率（MAX Hz）。

可設定頻率范圍為50～400Hz（G9S型）或50～120Hz（P9S型），對普通電動機只能設定為50Hz，如有特殊需要可提高至60～70Hz。對更高頻率的運行受電動機各方面參數的限制，是不允許的，只能用于專門設計的高速電動機。

（4）“03”功能

基本頻率1（BASE Hz-1）。

采用U/f型變頻方式，當基本頻率小于最大頻率時，0～基本頻率一般為U/f方式運轉，基本頻率～最大頻率一般為恒壓變頻輸出方式。

（5）“04”功能

額定電壓1（RATED V-1），又稱最大輸出電壓。

設定增量為1V，出廠設定值為380V。

例：“02”：60，“03”：50，“04”：380，輸出曲線如圖1-57所示。機器運行后調整輸入電位器，0～50Hz（對二極電動機為0～3000r/min）一段為U/f型變頻方式，屬于恒轉矩工作方式。50～60Hz（3000～3600r/min），為恒壓變頻方式，屬于恒功率工作方式，類似直流電動機的額定轉速下恒轉矩調速，額定轉矩以上弱磁調速的恒功率調速方式。

（6）“07”功能

轉矩提升1（TRQ BO0ST1），選擇數據范圍：0～20.0。

①數據　0.0為變頻器根據電動機的參數自動補償轉矩提升值。

②數據　0.1～1.5為非線性（遞減）曲線（見圖1-58）。

③數據　2.0～20.0為線性提升曲線，數據為0.1～20.0時為手動設定轉矩提升值。

（7）“52”功能

這一功能是“53”～“59”功能的入口控制。只有F52=l時，才能修改“53”～“59”的功能。

（8）“57”功能

啟動頻率（START Hz）。

此功能僅當F52（“52”功能）=1時才能被修改，設定值范圍為：0.2～60Hz。

例：F52=1，F57=1，則變頻器運行時，調整輸入電位器的值可控制輸出頻率。當電位器阻值從0開始增加，但阻值很小時電動機不動，只有阻值增大到使輸出頻率達到1Hz以上后，電動機才開始轉動。這種設置可防止輸入小電壓時電動機爬行，或輸入電壓為0時，由于干擾信號造成的電動機爬行的不能“鎖零”的毛病。

（9）“59”功能

頻率設定信號濾波器（FIL TER）。

僅當F52=1時，F59的參數才能被修改。此功能用于系統有較強干擾信號混入到模擬信號輸入端（當采用電位信號輸入時，由于輸入信號線較長會引入較強干擾）時，變頻器內部可采用數字濾波器濾除干擾。設定范圍為0.01～5s，此設定值為數字濾波器的時間常數。但實際設定的參數應選得合適，太小不能起到濾波作用，太大則系統的響應時間過慢。

（10）“05”“06”功能

“05”功能：加速時間1（ACC TIME1）。

“06”功能：減速時間1（DEC TIME1）。

“加速時間”為從啟動到達到最大頻率所用的時間，設定范圍為0.01～3600s。“減速時間”為從最大頻率到停止所用的時間，設定范圍同上。當設定值為“0.00”時表示電動機滑行停止。

（11）“60”功能

“60”功能為F61～F79功能的入口控制。

（12）“73”功能

加速/減速方式的模式選擇（ACC PTN）。

0：線性加速和減速（見圖1-59）。

1：S曲線加速和減速。

2：非線性加速和減速。

此功能與F05/F06功能配合可獲得良好的啟動性能曲線，達到啟動平穩、無沖擊、啟動速度快的良好效果。

（13）“15”“16”功能

“15”功能：驅動時，轉矩達到啟動平穩、無沖擊、啟動限制（DRV TORQVE）。

“16”功能：制動時，轉矩限制（BRK TORQVE）。

這兩種功能用于驅動或制動時，使最大轉矩限制在某一值上，防止電流過大跳閘。取值范圍為20～180.999，當取180.999時為不限制。

（14）“20”～“26”功能

多步速度設定1～7。

每一種功能可設定一種速度，設定頻率后，依靠外接信號端子X1、X2、X3的組合控制信號可獲得7種控制速度。組合方式由X3、X2、X1組成的二進制數所決定（當取000時，速度由‘00’功能確定）。

（15）“33”～“38”功能

“33”功能：加速時間2（ACC TIME2）。

“34”功能：減速時間2（DEC TIME2）。

“35”功能：加速時間3（ACC TIME3）。

“36”功能：減速時間3（DEC TIME 3）。

“37”功能：加速時間4（ACC TIME4）。

“38”功能：減速時間4（DEC TIME4）。

以上功能用于程序運行時的多種速度的控制。設定范圍為0.01～3600s，此功能受輸入端子X4、X5的控制。

當X4=OFF與X5=OFF時，為加速時間1/減速時間1的設定。

當X4=ON與X5=OFF時，為加速時間2/減速時間2的設定。

當X4=OFF與X5=ON時，為加速時間3/減速時間3的設定。

當X4=ON與X5=ON時，為加速時間4/減速時間4的設定。

此功能與以上功能結合在一起可由外部開關量信號通過端子控制電抗完成各種不同程序速度控制的功能。

（16）“65”功能

程序運行時模式選擇（PATTERN）。

僅當F60=1時才能修改此功能。此功能有三種選擇。0：一般運行；1：程序運行一個循環后結束；2：程序運行一個循環后按最后速度繼續運行。這種功能是軟件控制的程序運行方式。

（17）“66”～“72”功能

程序運行第1步～第7步的每步運行時間和加/減速方式的設置。每步運行時間設置的范圍為0.01～6000s。

加減速方式按表1-5設置。

例：F66=10.00：F2，F67=11.00：F1，F68=11.00：R4，F69=11.00：R2，F70=11.00：F2，F70=11.00：F4，F70=11.00：F2，F65=1，則電動機按圖1-60所示的速度圖運行循環一次結束。圖中的勻速度11～17的值取決于F20～F26的設置。T₁=10s，T₂～T₇=11s，程序運行的啟動和停止可使用編程器上的RUN和STOP鍵或使用FWD/REV端子用外信號控制。

（18）“29”功能

轉矩矢量控制（TRQ VECTOR）。

當F29=1時，電動機運行于轉矩矢量控制方式。

當F29=0時，電動機運行于普通工作方式。

（19）“78”功能

語種設置。

僅當F60=1時，才能修改此功能。

F78=0為英文，F78=1為中文，F78=2為日文（對于日語/英語型號的變頻器，F78=0為日文，F78=1為英文）。