討論背景
時至今日，變頻器的應用已經相當普及了，但許多用戶在使用過程中，仍存在著不少誤區(qū)，主要是對一些基本規(guī)律不夠熟悉。本文將首先從分析一個實例入手，就一些常見的誤區(qū)進行分析。
5.7.1 甩掉減速器
5.7.1.1 想法與結果
1．基本想法
有人說，既然變頻可以調速，原來笨重的減速器是否可以甩掉了？例如，原來減速器的傳動比λ ＝ 5，去掉減速器后只需將電動機的工作頻率下降為10Hz 就可以了。
2．運行結果
拖動系統(tǒng)紋絲不動，不能運行。
5.7.1.2 錯誤分析
以15 kW 的電動機去帶動70kW 的負載，顯然是帶不動的。
2．從轉矩看
可見，去掉減速器后，電動機是帶不動負載的，如圖5-43（b）所示。
5.7.2 提高工作頻率
5.7.2.1 想法和結果
1．基本想法
某廠的顯示屏生產線，在工頻運行時，傳輸帶的線速度是2m/min。希望使用變頻器把工作頻率提高到fX1＝60 Hz（kf＝1.2），使傳輸帶的線速度提高到2.4 m/min，以提高勞動生產率。如圖5-44 所示。
電動機的額定數據是：22kW，1470r ／ min；負載轉矩為643N•m；傳動機構的傳動比為λ=5。
2．運行結果
電動機發(fā)熱嚴重，很快就冒煙了。
5.7.2.2 錯誤分析
1．從功率看
當負載的轉速提高為353 r/min 后，它所消耗的功率將增大為
5.7.3 四極代六極
5.7.3.1 想法與結果
1．基本想法
某車床，原用電動機數據：75 kW，980r∕min。因機座較大，不便操作。故改用75 kW，1480r∕min 的電動機（即6 極改4 極），上限頻率為33 Hz。
2．運行結果
電動機通電后，很快就冒煙了。
5.7.3.2 錯誤分析
1．從轉矩看
小小體會
采用變頻調速改造原有拖動系統(tǒng)時，一定要同時注意變頻后，電動機的功率和電磁轉矩的變化，才能了解拖動系統(tǒng)能否正常運行。
5.8 變頻器用自制配件
討論背景
變頻器在應用過程中，常常需要附加一些配件。有的配件在市場上比較難買，有的雖能買到，但價格較貴。用戶在購買變頻器時，常并未考慮配件的問題，于是和銷售者之間，發(fā)生爭執(zhí)的事情時有發(fā)生。我于是自行制作了一些常用配件，價廉而物美。今介紹如下。
5.8.1 測量器件
5.8.1.1 常用儀表測量變頻器輸出電壓
1．變頻器輸出電壓的特點
變頻器的輸出電壓是正弦脈寬調制后的系列脈沖，如圖5 － 46（b）和（c）所示。特點是：
（1）脈沖的幅值不變
（1）脈沖的幅值不變
變頻器輸出電壓的有效值隨頻率而變，但所有脈沖的幅值不變，都等于直流電壓：
2．常用儀表測量結果
工廠里常用的電壓表主要是電磁式儀表或數字式儀表。用這兩種電壓表測量變頻器的輸出電壓時，讀數都偏大。如圖5-47 所示，分述如下：
（1）電磁式儀表
電磁式儀表的主要部件是作用于鐵片的線圈。由于線圈的感抗要隨變頻器輸出頻率的降低而減小，在相同的電壓下，線圈里的電流就增大，故讀數偏大。如圖（a）所示。
（2）數字式儀表
數字式儀表是通過采樣脈沖不時地對被測電壓進行采樣，由于變頻器輸出電壓的脈沖序列和儀表本身采樣脈沖的頻率不相吻合，故測量結果的誤差很大，如圖（b）所示。
5.8.1.2 整流式儀表
1．整流式電壓表原理
整流式電壓表的主體是磁電式儀表，其結構和特點如下：
（1）磁電式儀表的結構
其基本結構如圖5 － 48（a）所示。圖中，1 是永久磁鐵，是固定的；2 是鐵心，用于增強磁路的磁通； 3 是線圈帶動指針旋轉的，4 是指針。
（2）原理與特點
當線圈中通入與被測量成正比的電流后，將受到磁場的作用力而轉動，并帶動指針偏轉，偏轉角與線圈內電流的平均值成正比。磁電式儀表在進行測量時，有以下特點：
1）只能測量直流電流和電壓
當流經線圈的電流方向改變時，線圈的受力方向也將改變。因此，如果通入線圈的電流是交變電流的話，指針將不能偏轉。所以，磁電式儀表是不能用來測量交流電壓和電流的。
2）測電壓時必須串聯(lián)附加電阻
由于磁電式儀表的偏轉部分是線圈，故測量電壓時，不能像電磁式儀表那樣大量增加線圈的匝數。而必須依靠串聯(lián)一個阻值很大的附加電阻rA 來減小取用電流。
（3）整流式儀表及其功用
1）儀表的構成
所謂整流式儀表，就是把交變電壓經全波整流后再通入磁電式儀表，是用磁電式儀表來測量交流電的一種方式，如圖（b）所示。
2）測量交流電壓時的特點
如上述，由于線圈的匝數不多，故電感量小。當用來測量交流電壓時，因為串聯(lián)了阻值很大的附加電阻rA，故整個測量電路基本上呈純電阻性質。所以，測量變頻器的輸出電壓時，流入線圈的電流波形基本上和電壓波形相同。利用這一特點，由整流式儀表來測量變頻器的輸出電壓是比較準確的，其測量結果如圖（c）所示。由于變頻器的輸出電壓中含有高次諧波成分，故測量結果與基波電壓相比，略大一些。
2．自制SPWM 電壓表
市場上不容易買到整流式電壓表，但可以自制，方法如下：
（1）在市場上購買一個磁電式的低壓直流電壓表，量程不限，這是整流式儀表的基礎。
（2）找一個阻值較大的電位器RP（500kΩ 左右）與電壓表串聯(lián)，開始時將RP 調至最大值；
（3）用一個整流橋（擊穿電壓應≥1000V），其交流輸入側接至變頻器的輸出端，直流輸出側接至電壓表和電位器的串聯(lián)電路，如圖5-49 所示；
（4）儀表的校準磁電式儀表的讀數是和電流的平均值成正比的，要得到有效值，須進行必要的校準。校準步驟如下：
①變頻器接通電源，將輸出頻率調至50Hz。這時，變頻器的輸出電壓應顯示為380V；
②微微調節(jié)電位器RP，使電壓表的指針指最大量程處，則電壓表的最大量程為380V；
③測量電位器的阻值，用一個固定電阻取代電位器，并裝入表內。
③測量電位器的阻值，用一個固定電阻取代電位器，并裝入表內。
5.8.1.3 變頻器運行參數的測量儀表
1．變頻器的幾個接模擬量輸出端子
變頻器的各項運行參數可以通過外接儀表來進行測量，為此，專門配置了為外接儀表提供測量信號的外接模擬量輸出端子，如圖5-50（a）所示。
變頻器的外接模擬量輸出端子通常有兩個，用于測量頻率和電流。但除此以外，還可以通過功能預置測量其他運行數據，如：輸出電壓、轉矩、負載率、功率，以及PID 控制時的目標值和反饋值等。
2．外接測量儀表的處理
變頻器所提供的模擬量信號都是與被測參數成正比的低壓直流電壓或直流電流。不同變頻器的模擬量輸出信號也不一樣，主要有0 ～ 10V、0 ～ 20mA、0 ～ 1mA 等幾種，必須注意說明書中的相關說明。
市場上只能買到低壓的直流電壓表或直流毫安表。因此，需要進行必要的技術處理。今以0 ～ 10V 的電壓表測量變頻器的輸出頻率和輸出電流為例，說明如下：假設變頻器的最高頻率預置為0 ～ 50Hz，最大允許電流是100A。則儀表刻度盤上10V 的位置處，修改成50Hz 或100A 相對應，如圖b）和圖c）所示的處理就可以了。
以此類推，可以修改成任意需要測量的儀表就可以了。
5.8.2 自制制動電阻
5.8.2.1 用電熱器件制作制動電阻
1．制作要點
（1）電壓的匹配
由于電熱器件的額定電壓通常都是220V 的，而變頻器內直流回路的電壓在正常情況下是513V，而允許值可達700V 或更高。所以，電熱器件的基本單元必須由三個串聯(lián)而成。
（2）電阻值的匹配
制動電阻的電阻值常常是比較小的，經過串聯(lián)后的電熱器單元的電阻值要大得多，所以，還必須由若干個單元并聯(lián)而成，如圖5-51 所示。
2．優(yōu)點
實踐證明，這種方法有諸多好處：
（1）價格低廉；
（2）電熱器件本身耐熱性能較好，不易損壞；
（3）一個制動電阻通常由多個電熱器件組成，萬一損壞，也不會一起損壞，而只損壞其中的一、二個，降低了維修成本。
3．制動電阻的粗略算法因為：
（1）在正常情況下，變頻器內部的直流電壓等于513V 左右，而通常在UD>700V 時才接通制動回路，
（2）三相交流異步電動機的額定電流約等于其kW 數的2 倍。
4．計算實例
例1 一臺22kW 的異步電動機實現變頻調速后需要接入制動電阻，用戶購得的電熱器件是220V、5kW 的。取=1，代入式（5-30），所需要的并聯(lián)支路數是：n=0.4×=1.76取n=2須購買6 個電熱器件，如圖5-52（a）所示。
例2 某龍門刨床的主電動機容量等于55kW，用戶購得的電熱器件是220V、10kW 的。因刨臺的慣性很大，取=1.5，代入式（5-30），所需要的并聯(lián)支路數是：n=0.4×1.5×=3.3取n=3須購買9 個電熱器件，如圖（b）所示。
5.8.2.2 短時運行的制動電阻
1．短時運行實例
以帶式輸煤機為例，如圖5-53a）所示，其運行特點是：調節(jié)轉速的次數很少，在工作期間一般不停機。所以，電動機處于再生制動狀態(tài)的時間既少又短。當輸煤機停機時，變頻器的工作頻率下降，如圖（c）中的曲線①所示。因為輸煤機的慣性較大，故電動機在減速過程中，變頻器的直流電壓迅速上升，如圖中的曲線②所示。當直流電壓超過上限值700V 時，制動單元BV 導通，電壓下降，如圖中的曲線③所示。當電壓下降到650V 時，
制動單元截止，制動電阻里的電流下降為0A。制動單元在電壓上升時的導通電壓和下降時的截止電壓之間存在著“回差”（700−650）=50V，這是為了避免制動單元在700V 上下來回振蕩。在圖（c）中，制動電阻通電的時間如圖中的曲線④所示，可以看出，通電時間tB 是十分短暫的。
2．短時運行的制動電阻
因為是短時運行，所以，即使制動電阻里的電流超過額定電流，但因為通電時間很短，所產生的熱量不多，是允許的。因此，每一個支路中可以只串聯(lián)兩個電熱器件,如圖5-54 所示，串聯(lián)后的額定電壓只有440V，則：
5.8.3 自制制動單元
5.8.3.1 制動單元的框圖
1．制動單元的作用
制動單元BV 的作用是當變頻器內部的直流電壓UD超過限值UDH（通常為700V）時，BV 導通，使濾波電容上過高的直流電壓通過制動電阻放電，從而把直流電壓限制在允許范圍內，如圖5-55（a）所示。
2．制動單元的構成
（1）檢測電路
其作用是檢測直流電壓是否超過上限值UDH（ 如700V），如圖（b）所示。圖中：UA 是基準電壓，就是和上限電壓UDH 對應的電壓：
5.8.3.2 執(zhí)行電路的簡化
1．問題的核心
制動單元中，價格最貴的是開關器件。于是，進行簡化所要解決的核心問題就是，能否使用比較價廉的開關器件呢？
2．方案1—IGBT 的廢物利用
變頻器里的IGBT 模塊，大多是雙管模塊。而有許多雙管模塊都只損壞一個IGBT，另一個是好的，于是把并未損壞的半個IGBT模塊利用起來，作為制動單元的開關器件，如圖5-56（a）所示。
3．方案2—用接觸器代替
將三相交流接觸器的三對觸點串聯(lián)起來作為代替IGBT的開關器件，如圖5-56（b）所示。之所以要把三個觸點串聯(lián)起來，有兩個方面的原因：
（1）從耐壓考慮
用于380V 電路里的交流接觸器主觸點的額定電壓，通常是500V，而變頻器里直流回路的電壓可以高達700V，所以必須把三對觸點串聯(lián)。
（2）從滅弧考慮
這三個接觸器觸點是在直流電路里工作的，交流接觸器和直流接觸器的重要區(qū)別之一，就是滅弧系統(tǒng)很不一樣，交流接觸器的滅弧功能要簡單得多，用三對觸點串聯(lián)，三個地方同時斷開，有利于滅弧，如圖（b）所示。但實踐表明，接觸器觸點在斷開時的火花仍較大，容
易損壞。所以在每對觸點旁都并聯(lián)一個電容器，如圖（b）所示。原理如下：接觸器的觸點在閉合狀態(tài)時，各電容器兩端的電壓都等于0V。所以，當觸點斷開后，由于電容器要充電，觸點兩端的電壓是逐漸增大的。實踐結果表明證明，火花會減小很多。
（3）電容器的選擇
電容量：（1~2）μF；耐壓：（500~1000）V。
5.8.3.3 檢測電路的簡化
1．簡化目的
圖5-55 中的檢測電路存在兩個問題：
（1）采樣困難
因為IGBT 驅動電路所需電壓，通常在直流24V 以下，而被測電壓是變頻器里的直流電壓UD，其變化范圍高達（500~800）V。要在UD 中取出低于24V 的采樣電壓，非但精度不高，也涉及高、低壓之間的隔離等問題。
（2）故障率偏高
在實際工作中，制動單元發(fā)生故障的情況時有發(fā)生。一旦發(fā)生故障，常不能迅速修復，影響生產。
2．簡化方法
2．簡化方法
在生產機械減速過程中或重物下降過程中，直接接通執(zhí)行器件，具體方法如圖5-57 所示：
（1）起重機械
由控制吊鉤下行接觸器的輔助觸點或通過中間繼電器KA 來進行控制。使吊鉤在每次向下運行時，令VB 導通，制動回路就處于放電狀態(tài)。
（2）停機控制
由停機按鈕通過中間繼電器KA 來進行控制。使生產機械在每次停機時，使VB 導通，制動回路就處于放電狀態(tài)。
（3）減速控制
從變頻器的多功能輸出端子中任取一個，將功能預置為“ 減速中”，則每當變頻器的輸出頻率下降時，中間繼電器就得電，制動回路就處于放電狀態(tài)。
3．簡化前后的比較
假設變頻器的頻率下降過程如圖5-57（c）中的曲線①所示，經制動單元控制后，直流電壓的變化如曲線②所示，制動電阻通電的狀態(tài)如曲線③所示。而簡化控制后，制動電阻通電的狀態(tài)如曲線④所示。比較曲線③和曲線④可知，簡化后制動電阻的通電時間略長于簡化前。嚴格地說，會多消耗些功率的。但變頻器的減速時間總共也只有幾秒鐘，所增加的損耗功率微乎其微，是可以忽略不計的。
小小體會
在實際工作中，常常會逼迫你去思考一些臨時措施，而事后思考下來，覺得居然也是一種可行的方法。例如，有一次的半夜兩點鐘，陜西的一位讀者打電話來，說廠里提升機用變頻器的制動單元壞了，而提升機一旦停下來，全廠的生產將陷入癱瘓。我略加思索，就告訴他按圖5-57b）所示的方法試試看，結果很快解決了問題。后來想想，這種方法應該是可以推廣的。
5.9 變頻器的PID 功能淺說
撰寫背景
有讀者反映，關于PID 調節(jié)的概念，總覺得比較深奧，一般的工人師傅難以理解。能不能講解得讓技校畢業(yè)的電工師傅們也能看得懂？我根據自己的實踐經驗，嘗試著如下的講解。
5.9.1 基本概念
5.9.1.1 閉環(huán)控制的目的
以空氣壓縮機的為例，要求儲氣罐里的空氣壓力保持恒定，稱為恒壓控制。閉環(huán)控制的目的，就是要實現恒壓控制。
5.9.1.2 閉環(huán)控制運行特點
假設所要求的壓力是PT，稱為目標值；而實際測出的壓力是PF，稱為反饋值。則：
1. PF
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