变频器频率控制策略优化

在变频调速系统应用中要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号称为频率给定信号，也有称为频率指令信号或频率参考信号的。所谓给定方式，就是调节变频器输出频率的具体方法，也就是提供给定信号的方式。可由面板、输入端子、微机联网三种方式设置频率，当用面板操作时，在控制盘上设置一个频率，电动机就以一个固定频率旋转，若想改变转速需再重新设置一个频率。

1.面板给定方式

通过变频器面板上的键盘或电位器进行频率给定（即调节频率）的方式。称为面板给定方式。用变频器操作面板进行频率设置，只需操作面板上的上升、下降键，就可以实现频率的设置。该方法不需要外部接线，方法简单，频率设置精度高，属数字量频率设置方式，适用于单台变频器的频率设置。部分变频器在面板上设置了电位器，频率大小也可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定，频率设置精度稍低。

多数变频器在面板上并无给定电位器，在变频器说明书中所说的面板给定，实际就是键盘给定。变频器的面板通常可以取下，通过延长线安置在用户操作方便的地方。采用哪一种给定方式，需通过功能预置来事先决定。

2.外部给定方式

从变频器的输入端子输入频率给定信号来调节变频器输出频率的大小，称为外部给定或远控给定。主要的外部给定方式有：

1）外接模拟量给定。通过变频器的输入端子输入模拟量信号（电压或电流）进行给定，并通过调节给定信号的大小来调节变频器的输出频率。模拟量给定信号的种类有：

①使用输入电压端子，以电压大小作为给定信号。给定信号的范围有：0～10V、2～10V、0～±10V、0～5V、1～5V、0～±5V等。

②使用输入电流端子，以电流大小作为给定信号。给定信号的范围有：0～20mA、4～20mA等。

可以任意设置其中的一种或多种输入，变频器内部用10位以上的A-D把它转换成数字量。应用这种方式设置变频器的运行频率可以实现外控操作，且在现场可以实时修改，但模拟量在传输过程中易受干扰，特别是电压信号，更易受干扰，造成系统运行不稳定。

2）外接数字量给定。通过变频器的输入端子输入开关信号进行给定。这种设置频率的方式，各种品牌的变频器叫法不一，有的称为电动电位器，也有的称为上升/下降功能等，实际上就是利用变频器本身的多功能数字输入端子来改变变频器的运行频率，且升/降速的速率可调。

3）外接脉冲给定。通过变频器的输入端子输入脉冲序列进行给定。

4）通信给定。由PLC或计算机通过变频器的通信接口进行频率给定。这种以串行通信的方式设置变频器的运行频率在变频调速系统中应用最为广泛。

5）编程给定。当使用变频器的控制端子X1、X2、……时，设置各自对应的频率。

当然，在通用型变频器的频率设置方式中，常见的是以上几种给定方式并非独立存在，它们可以组合使用，在设置频率时就可以用模拟量的代数和、多个模拟量的最大值、多个模拟量的最小值、模拟量的乘积、模拟量与通信量的和等多种组合方式，在使用中应根据实际情况灵活运用。

3.选择给定方式的一般原则

在选择给定方式时应优先选择面板给定方式，因为面板给定不需要外部接线，方法简单，频率设置精度高。并且变频器的操作面板包括键盘和显示屏，而显示屏的显示功能十分齐全。但在实际工程应用中由于受连接线长度的限制，可选择外部给定方式，但应优先选择数字量给定，因为：

1）数字量给定时频率精度高。

2）数字量给定通常用触点操作，不易损坏，且抗干扰能力强。

在给定信号选择上应优先选择电流信号，因为电流信号在传输过程中不受线路电压降、接触电阻、杂散的热电效应以及感应噪声的影响，抗干扰能力较强。但由于电流信号电路比较复杂，故在距离不远的情况下，仍以选用电压给定方式居多。(www.xing528.com)

4.频率给定的异常现象

变频器在采用外部模拟量或数字量给定时，因接线或电磁干扰等因素会出现以下异常现象：

1）给定信号丢失。当外接的模拟给定信号因电路接触不良或断线而丢失时，变频器需对处理方式做出选择，如是否停机，继续运行，在多大频率下运行等。

2）给定信号小于最低频率。有的负载在频率很低时实际上不能运行，因而需要预置“最低频率”。对应地，也就有一个最小给定信号。当实际给定信号小于最小给定信号时，变频器视为异常状态。

3）模拟量给定的滤波时间不正确。滤波的目的是消除干扰信号对给定信号的影响，滤波时间常数是指给定信号上升至稳定值63%所需的时间。若滤波时间太短，当变频器显示“给定频率”时，有可能不够稳定。滤波时间太长，当调节给定信号时，给定频率随给定信号改变时的响应速度较慢。

4）用模拟量给定信号进行正、反转控制时，“0”速控制很难稳定。在给定信号为“0”时，常出现正转或反转的“蠕动”现象。为了防止这种“蠕动”现象，需要在“0”速附近设置一个死区ΔX，使给定信号在-ΔX到+ΔX的区间内，输出频率为0Hz。

5）在给定信号为单极性的正、反转控制方式中，存在的问题是给定信号因电路接触不良或其他原因而“丢失”，则变频器的给定输入端得到的信号为“0”，其输出频率将跳变为反转的最大频率，电动机将从正常工作状态转入高速反转状态。在生产过程中，这种情况的出现将是十分危险的，甚至有可能损坏生产机械和造成人身事故。对此，变频器设置了一个有效“0”功能。就是说，变频器的最小给定信号不等于0（X_min≠0）。如果给定信号X=0，变频器将认为是故障状态而把输出频率降至零。例如，将有效“0”预置为0.3V。当给定信号X=0.3V时，变频器的输出频率为f_min；当给定信号X<0.3V时，变频器的输出频率降为零。

图4-7 频率给定线和频率增益的含义

曲线①为基本频率给定线，f_max为对应最高输入电压的输出频率（基本频率给定线是U=0时f=f_BI=0Hz，U=最大时f=f_max，即G=100%）。曲线②为频率增益G<100%，f_xm1<f_max。通常偏置频率可设为f_BI。曲线③为频率增益G>100%，f_xm2>f_max。通常偏置频率也可设为f_BI。

5.频率给定线

变频器由外部模拟量进行频率给定时，变频器的给定信号X可以是电压信号U_G，也可以是电流信号I_G，给定信号X与给定频率f_X之间的关系曲线f_X=f（X），称为频率给定线。频率给定线分为：

1）基本频率给定线。基本频率给定线是基本信号变动范围所对应的基本频率范围，如图4-7中的曲线①，在给定信号X从0增大至最大值X_max的过程中，给定频率f_X也线性地从0增大到最大频率f_max，该曲线称为基本频率给定线。

2）任意频率给定线。任意频率给定线需设置最低频率和最高频率，如图4-7中的曲线②所对应着输出频率f_BI～f_xm1（f_BI为最低频率，也称偏置频率，f_xm1为最高频率，最高频率f_xm1低于最大频率f_max），当频率增益G>100%时，f_xm1=f_max。图4-7中的曲线③对应着输出频率f_BI～f_xm2（f_BI为最低频率，即为偏置频率，f_xm2为最高频率，f_xm2高于f_max），任意给定线的设置时考虑上、下限频率的要求。

变频调速系统驱动的生产机械设备，所要求的最低频率及最高频率不一定是零和额定频率，所以在系统调试时需要对频率给定线进行适当的调整，使之符合生产工艺的实际需要。通常是调整频率给定线的起点（调整给定信号为最小值时对应的频率）和调整频率给定线的终点（调整给定信号为最大值时对应的频率），通过预置起点坐标（X_min，f_min）与终点坐标（X_max，f_max）来预置频率给定线，如图4-8a所示。如果系统要求频率与给定信号成反比，则起点坐标为（X_min，f_max），终点坐标为（X_max，f_min），如图4-8b所示。

图4-8 直接预置坐标调整频率给定线

a）频率与给定值成正比 b）频率与给定值成反比