加速和减速功能优化技巧

7.2.3.1 起动功能

1.变频起动的特点

图7-19 变频起动特点

a）起动操作 b）起动时的旋转磁场 c）起动电流

变频器通电后，由继电器KA将FWD和COM之间接通，如图7-19a所示，电动机即按预置的加速时间从“起动频率”开始起动。

以4极电动机为例，假设在接通电源瞬间，将起动频率预置为5Hz，则同步转速只有150r/min，转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频起动时的十分之一。转子绕组切割磁力线的速度很慢，如图7-19b所示，故起动电流不大。如果在整个起动过程中，使同步转速与转子转速间的转差限制在一定范围内，则起动电流也将限制在电动机允许的范围内，如图7-19c所示，图中，I_MN是电动机的额定电流，I_MH是电动机允许的最大电流。

2.相关功能

（1）起动频率及持续时间

负载在静止状态的静摩擦系数是大于动摩擦系数的，就是说，从静止状态开始起动时的阻转矩要比运行过程中的阻转矩大一些。

为了克服这刚起动时的静摩擦转矩，需要有一点冲击力，使它动起来。具体方法就是预置一个起动频率f_S，如图7-20中之f_S所示，使起动瞬间有一点突加的电磁转矩，有助于使机器动起来。

图7-20 起动频率及持续时间

图7-21 起动前的直流制动

a）停机时的反转 b）起动前加入直流制动

除了预置起动频率外，还需要预置一个起动频率的持续时间。这是因为，有些负载在静止时处于松弛状态，如果让起动频率保持一个短时间，使负载先缓慢地转起来，这对于延长生产机械的寿命是很有好处的。如图中之t_S所示。

（2）起动前的直流制动

以风机为例，在停机时，由于周围有自然风的原因，叶片常常反转，如图7-20a所示。使电动机在起动时处于反接状态，增大了起动电流。为此，变频器专门设置了“起动前直流制动”功能，就是说，在起动前，向电动机绕组里通入直流电流，使转子迅速停止，然后再起动，如图7-21b所示。起动前直流制动的目的，是保证电动机在零速状态下起动。

7.2.3.2 加速功能

1.加速时间

所谓加速时间，是指变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率（或最高频率）所需要的时间称为加速时间。加速时间是由用户根据生产机械的具体要求自行预置的。

2.加速时间与电流

加速时间过短，将使电动机的电流超过允许值，导致变频器因过电流而跳闸。

3.加速方式

生产机械在刚开始加速，以及在停止加速时，常常因为有惯性，而使传动轴承受较大的剪切力，影响生产机械的寿命。

为此，可以把加速过程分成三段：

（1）开始加速段

刚起动时，让频率上升得慢一些，如图7-22中的t_AS1所示，称为加速开始时的S形加速时间。

（2）正常加速段

电动机加速到一定频率后，就开始以预置的加速时间正常加速，如图7-22中的t_AS2所示。

（3）完成加速段

当电动机的工作频率接近于所预置的工作频率时，又让频率上升得慢一些，如图7-22中的t_AS3所示，称为加速结束时的S形加速时间。

图7-22 S形加速方式

这种加速方式称为S形加速方式。在进行功能预置时，除了预置加速时间t_A外，还需要分别预置t_AS1和t_AS2。

7.2.3.3 减速功能(www.xing528.com)

1.变频器的减速与停机

（1）停机方法

图7-23 变频器拖动系统的减速与停机

a）停机方法 b）频率的变化 c）频率下降曲线

断开变频器的FWD端子与COM端子之间的连接，电动机的转速将逐渐降低，直至停止，如图7-23a所示。

（2）停机过程

停机时，变频器的输出频率将从工作频率f_X（设为45Hz）逐渐下降为0Hz，如图7-23b所示。

（3）减速时间

变频器的输出频率从基本频率f_BA下降到0Hz所需要的时间，称为减速时间，用t_D表示，如图7-23c所示。

2.减速时的电动机状态

假设某4极电动机，减速前在额定转速下运行，其基本状态如图7-24a所示：同步转速为1500r/min，运行转速为1480r/min。转子绕组以转差（20r/min）反方向切割磁力线而产生感应电动势和电流，感应电流与磁通相互作用而产生的电磁转矩T_M是驱动转子旋转的电磁转矩。

图7-24 电动机减速特点

a）工作频率为50Hz b）工作频率为48Hz c）泵外电压

今将频率下降为48Hz，当频率刚下降的瞬间，旋转磁场的转速（同步转速）立即下降为1440r/min，但由于拖动系统具有惯性的缘故，电动机转子的转速不可能立即下降，仍为1480r/min。于是，转子的转速超过了同步转速，转子绕组切割旋转磁场的方向和原来相反了。从而，转子绕组中感应电动势和感应电流的方向，以及所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了，电动机处于发电状态，如图7-24b所示。由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反，能够促使电动机的转速迅速地降下来，故也称为再生制动状态。

3.泵升电压

如上所述，频率下降（减速）时，电动机处于再生制动状态，再生电流将通过和逆变管反并联的二极管反馈到直流回路，向滤波电容充电，使直流电压上升，称为泵升电压。

4.减速时间与直流电压

减速时间过短，频率下降太快，将使泵升电压增加，变频器的直流电压将可能超过允许值，导致变频器因过电压而跳闸。

7.2.3.4 直流制动

1.直流制动的原理

（1）设置直流制动功能的理由

有的负载在停机后，常常因为惯性较大而停不住，有“蠕动”现象。这对于某些机械来说，是不允许的。例如龙门刨床的刨台，“蠕动”的结果将有可能使刨台滑出台面，造成十分危险的后果。设置了直流制动功能，可使电动机迅速停住。

（2）直流制动的原理

向定子绕组内通入直流电流，则定子绕组产生的磁场将是空间位置不动的固定磁场，如图7-25a所示。尚未停住的电动机转子将正方向切割固定磁场，转子绕组中产生很大的感应电动势和电流，进而产生很强烈的制动转矩，使拖动系统快速停住。

图7-25 异步电动机的直流制动

a）通入直流电流 b）直流制动的预置

2.直流制动功能的预置

（1）直流制动的起始频率ƒ_DB

通常，直流制动都是和再生制动配合使用的。即：首先由再生制动将电动机的转速降至较低转速，然后再加入直流制动，使电动机迅速停住。这里，从再生制动转为直流制动的频率即为直流制动的起始频率，如图7-25b中之ƒ_DB所示。

（2）直流制动电压U_DB

即在定子绕组上施加直流电压的大小，它决定了直流制动的强度。预置直流制动电压U_DB的主要依据是负载惯性的大小，惯性越大者，U_DB也应越大。

（3）直流制动时间t_DB

即施加直流制动的时间长短。预置直流制动时间t_DB的主要依据是负载是否有“蠕动”现象，以及对克服“蠕动”的要求，要求越高者，t_DB应适当长一些。