（1）直接采樣
即直接從直流電壓上取樣，如圖7-12（a）所示。圖中的PC 是集成光耦合電路，一方面，使強(qiáng)電和弱電之間可靠隔離；另一方面，也提高了檢測的靈敏度。
（2）間接采樣
如圖7-12（b）所示。
開關(guān)電源二次繞組N2 的感應(yīng)電動勢經(jīng)二極管整流，并經(jīng)電阻分壓后，得到脈沖序列。因?yàn)殚_關(guān)電源二次繞組所得電壓的峰值是和直流電壓UD 成正比的。
3．溫度的檢測
把半導(dǎo)體熱敏電阻（NTC）封裝在逆變模塊里靠近IGBT 芯片的位置，如圖7-13（a）所示。半導(dǎo)體熱敏電阻通常呈負(fù)溫度系數(shù)特性，即溫度越高，電阻值越小。采用內(nèi)置熱敏電阻的保護(hù)電路如圖7-13（b）所示。
7.2 變頻器常用功能
內(nèi)容提要
本節(jié)歸納了變頻器在使用過程中，需要用戶根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整的功能。主要?dú)w納功能的含義及調(diào)整的方法和基本要點(diǎn)，對于其原理不再多作講解。
7.2.1 頻率給定功能
7.2.1.1 模擬量頻率給定功能
1. 模擬量給定方法
模擬量給定的給定信號是電壓或電流，給定途徑主要是通過外接輸入端子輸入。如圖7-14（b）所示，端子AV1 接受電壓信號，由電位器RP 的滑動端得到信號；端子C1 則接受電流信號。部分變頻器在面板上裝有電位器，也可以進(jìn)行模擬量給定，如圖7-14（a）所示。
2．?dāng)?shù)字量給定方法
（1）鍵盤給定
即利用鍵盤上的升鍵▲和降鍵▼進(jìn)行頻率給定，如圖7-15（a）所示。
（2）外接端子給定
變頻器的輸入控制端子中，有兩個(gè)端子，經(jīng)過功能預(yù)置，可以作為升速和降速之用。如圖7-15（b）所示，在多功能輸入端子中任選兩個(gè)端子（如圖7-15（b）中之X1 和X2 端），將它們分別預(yù)置為“頻率遞增”和“頻率遞減”，則X1 和X2 端子具
有如下功能：
“X1 － CM”接通→頻率上升；
“X1 － CM”斷開→頻率保持已經(jīng)上升的頻率，或回復(fù)至原來的頻率；
“X2 － CM”接通→頻率下降；
“X2 － CM”斷開→頻率保持已經(jīng)下降的頻率，或回復(fù)至原來的頻率。
升速和降速端子常寫成“UP/DOWN”端子。
7.2.1.2 頻率的限制功能
1．最高頻率
變頻器允許輸出的最大頻率，稱為最高頻率，用fmax表示。
在模擬量給定時(shí)，最高頻率實(shí)際上就是與最大給定信號對應(yīng)的頻率。
當(dāng)利用鍵盤的升鍵（▲）進(jìn)行頻率給定時(shí)，最高頻率的含義是：當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)達(dá)到最高頻率后，即使再按升鍵，變頻器的輸出頻率也不能再升高了。
優(yōu)先權(quán)。
3．下限頻率
（1）定義
下限頻率是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求而決定的最低工作頻率，用fL 表示。
（2）下限頻率和起始頻率的關(guān)系
①電動機(jī)起動時(shí)，變頻器的輸出頻率從0Hz 開始上升；停機(jī)時(shí)，變頻器的輸出頻率也能下降至0Hz。
②在運(yùn)行過程中調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率時(shí)，最低的工作頻率為下限頻率。
4．回避頻率
任何機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，都會發(fā)生振動，振動的頻率和轉(zhuǎn)速有關(guān)。每臺機(jī)器又都有各自的固有振蕩頻率，它取決于機(jī)械的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速時(shí)，所引起的振動頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相吻合的話，則
機(jī)械的振動將因發(fā)生諧振而變得十分強(qiáng)烈，并可能導(dǎo)致?lián)p壞機(jī)械的嚴(yán)重后果。
回避頻率就是要“回避”掉可能引起諧振的頻率。
5．點(diǎn)動頻率
點(diǎn)動控制就是“點(diǎn)一點(diǎn)，動一動”。是各類機(jī)械在調(diào)試過程中經(jīng)常使用的操作方式。
點(diǎn)動運(yùn)行時(shí)的工作頻率，稱為點(diǎn)動頻率，用ƒJOG 表示。
點(diǎn)動頻率的大小應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的需要來進(jìn)行預(yù)置。
7.2.2 控制方式功能
異步電動機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，其電壓也應(yīng)同時(shí)下降，但如果電壓和頻率同步下降，電動機(jī)的磁通會減少，其帶負(fù)載能力也會減小。所謂控制方式，就是在運(yùn)行頻率下降時(shí)，如何根據(jù)負(fù)載的具體情況，調(diào)整電動機(jī)磁通的控制方式。
7.2.2.1 U/f 控制方式
1．幾個(gè)基本名詞
（1）基本頻率
與最大輸出電壓對應(yīng)的頻率，稱為基本頻率，用fBA表示。
在絕大多數(shù)情況下，基本頻率應(yīng)該等于電動機(jī)的額定頻率，并且最好不要隨意改變。
（2）頻率調(diào)節(jié)比
變頻器的輸出頻率與額定頻率之比稱為頻率調(diào)節(jié)比：
2．V/F 控制方式
（1）含義
通過調(diào)整變頻器輸出側(cè)的電壓頻率比（U/f 比）的方法，來改變電動機(jī)在調(diào)速過程中機(jī)械特性的控制方式。
由于電壓的下降是人為的，這就有可能根據(jù)負(fù)載的不同特點(diǎn)來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整U/f 比。這種通過調(diào)整U/f 比來改變電動機(jī)特性的方法，便稱為V/F 控制方式。
（2）U/f 線
不同的負(fù)載在低頻運(yùn)行時(shí)對U/f 比的要求也是不一樣的。為此，各種變頻器都設(shè)置了許多種U/f 線，供用戶根據(jù)負(fù)載的具體要求來進(jìn)行預(yù)置。如圖7-16 所示，曲線①是電壓與頻率成正比地變化的U/f 線，稱為基本U/f 線。其特點(diǎn)是：
如要加大低頻時(shí)的帶負(fù)載能力，須在基本U/f 線的基礎(chǔ)上加大U/f 比，使kU ＞ kF，稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升，轉(zhuǎn)矩提升后的U/f 線如曲線②所示，圖中的UC% 是轉(zhuǎn)矩提升量。
離心式風(fēng)機(jī)和水泵等二次方律負(fù)載在低頻運(yùn)行時(shí)，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩相比，減小很多，非但不必要加大U/f 比，還應(yīng)該減小U/f 比，使kU < kF，進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，如曲線③所示，在許多變頻器的說明書中，稱之為“低勵(lì)磁壓頻比”。
7.2.2.2 矢量控制方式
1．矢量控制的基本思想
仿照直流電動機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)，使異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速也能通過控制兩個(gè)互相垂直的直流磁場來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2．矢量控制框圖
如圖7-17 所示。
當(dāng)頻率給定信號改變時(shí)，仿照直流電動機(jī)的情形，使直流磁場中的勵(lì)磁分量保持不變，而轉(zhuǎn)矩分量得到調(diào)整，以模擬直流電動機(jī)的主磁場不變，只調(diào)節(jié)電樞磁場的情形，從而獲得和直流電動機(jī)相仿的調(diào)速特性。
（3）轉(zhuǎn)速反饋
①外部反饋
須在變頻器外部附加測速裝置，常稱為“有反饋矢量控制”，也稱為“有速度傳感器矢量控制”，可以使電動機(jī)得到很硬的機(jī)械特性，并且具有很高的動態(tài)響應(yīng)能力。
②內(nèi)部反饋
不需要在變頻器外部另裝轉(zhuǎn)速反饋裝置，在了解電動機(jī)參數(shù)的前提下，即使只檢測電動機(jī)的端電壓和電流，也能算出轉(zhuǎn)子磁通及其角速度，并進(jìn)而推算出轉(zhuǎn)矩電流指令iT* 和勵(lì)磁電流iM* 指令，實(shí)現(xiàn)矢量控制，常稱為“無反饋矢量控制”。
3．電動機(jī)參數(shù)的自動檢測
矢量控制方式在進(jìn)行等效變換時(shí)，須根據(jù)電動機(jī)的參數(shù)作大量的運(yùn)算。而所需數(shù)據(jù)中的相當(dāng)部分，例如，定子繞組的電阻和漏磁電抗、轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏磁電抗的折算值等，一般用戶是很難得到的。對此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動檢測電動機(jī)參數(shù)的功能。
具體方法大致如下：
（1）準(zhǔn)備工作
①輸入電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)；
②使變頻器處于“鍵盤操作”方式；
③將自測定功能預(yù)置為“自動”方式。
（2）靜止自測量
用手制住電動機(jī)的輸出軸，使電動機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。變頻器輸出額定電壓的25%，按下RUN 鍵，持續(xù)約1min。
（3）旋轉(zhuǎn)自測量
將電動機(jī)和負(fù)載脫開，處于空載狀態(tài)。按下RUN 鍵，讓電動機(jī)空轉(zhuǎn)約1min，轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的（50 ～ 80）%。如電動機(jī)不能脫離負(fù)載，則空載電流按額定電流的40% 計(jì)（I0 ≈ 40%IMN）。
7.2.2.3 直接轉(zhuǎn)矩控制方式
1．基本思想
把給定信號分解成一個(gè)轉(zhuǎn)矩信號和一個(gè)磁通信號。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于給定值時(shí)，它就關(guān)斷IGBT 管，使電動機(jī)因失去轉(zhuǎn)矩而減速；而當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速低于給定值時(shí)，它又使IGBT 管導(dǎo)通，電動機(jī)因得到轉(zhuǎn)矩而加速，稱為“砰－砰”控制（雙位控制）。
2．主要優(yōu)缺點(diǎn)
（1）不需要SPWM發(fā)生器，結(jié)構(gòu)簡單，且動態(tài)響應(yīng)快；
（2）輸出電流的諧波分量較大，沖擊電流也較大，逆變器輸出端常常需要接入輸出濾波器或輸出電抗器；
（3）逆變電路的開關(guān)頻率不固定，電動機(jī)的電磁噪聲較大。
切割磁力線的速度很慢，如圖7-18（b）所示，故起動電流不大。如果在整個(gè)起動過程中，使同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)差限制在一定范圍內(nèi)，則起動電流也將限制在電動機(jī)允許的范圍內(nèi)，如圖7-18（c）所示，圖7-18（c）中，IMN 是電動機(jī)的額定電流，IMN 是電動機(jī)允許的最大電流。
2．相關(guān)功能
（1）起動頻率及持續(xù)時(shí)間
負(fù)載在靜止?fàn)顟B(tài)的靜磨擦系數(shù)是大于動磨擦系數(shù)的，就是說，從靜止?fàn)顟B(tài)開始啟動時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩要比運(yùn)行過程中的阻轉(zhuǎn)矩大一些。
為了克服這剛啟動時(shí)的靜磨擦轉(zhuǎn)矩，需要有一點(diǎn)沖擊力，使它動起來。具體方法就是預(yù)置一個(gè)起動頻率fS，如圖7-19 中之fS 所示，使起動瞬間有一點(diǎn)突加的電磁轉(zhuǎn)矩，有助于使機(jī)器動起來。
除了預(yù)置起動頻率外，還需要預(yù)置一個(gè)起動頻率的持續(xù)時(shí)間。這是因?yàn)椋行┴?fù)載在靜止時(shí)處于松弛狀態(tài)，如果讓起動頻率保持一個(gè)短時(shí)間，使負(fù)載先緩慢地轉(zhuǎn)起來，這對于延長生產(chǎn)機(jī)械的壽命是很有好處的。如圖7-19 中之
（2）起動前的直流制動
以風(fēng)機(jī)為例，在停機(jī)時(shí)，由于周圍有自然風(fēng)的原因，葉片常常反轉(zhuǎn)，如圖7-20（a）所示。使電動機(jī)在起動時(shí)處于反接狀態(tài)，增大了起動電流。為此，變頻器專門設(shè)置了“起動前直流制動”功能，就是說，在起動前，向電動機(jī)繞組里通入直流電流，使轉(zhuǎn)子迅速停止，然后再起動，如圖7-20（b）所示。起動前直流制動的目的，是保證電動機(jī)在零速狀態(tài)下起動。
7.2.3.2 加速功能
1．加速時(shí)間
所謂加速時(shí)間，是指變頻器的輸出頻率從0Hz 上升到基本頻率（或最高頻率）所需要的時(shí)間稱為加速時(shí)間。加速時(shí)間是由用戶根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體要求自行預(yù)置的。
2．加速時(shí)間與電流
加速時(shí)間過短，將使電動機(jī)的電流超過允許值，導(dǎo)致變頻器因過電流而跳閘。
3．加速方式
生產(chǎn)機(jī)械在剛開始加速，以及在停止加速時(shí)，常常因?yàn)橛袘T性，而使傳動軸承受較大的剪切力，影響生產(chǎn)機(jī)械的壽命。為此，可以把加速過程分成三段：
（1）開始加速段
剛起動時(shí)，讓頻率上升得慢一些，如圖7-21 中的tAS1所示，稱為加速開始時(shí)的S 字加速時(shí)間。
（2）正常加速段
電動機(jī)加速到一定頻率后，就開始以預(yù)置的加速時(shí)間正常加速，如圖7-21 中的tAS2 所示。
（3）完成加速段
當(dāng)電動機(jī)的工作頻率接近于所預(yù)置的工作頻率時(shí)，又讓頻率上升得慢一些，如圖7-21 中的tAS3 所示，稱為加速結(jié)束時(shí)的S 字加速時(shí)間。
這種加速方式稱為S 形加速方式。在進(jìn)行功能預(yù)置時(shí)，除了預(yù)置加速時(shí)間tA 外，還需要分別預(yù)置tAS1 和tAS2。
7.2.3.3 減速功能
1．變頻器的減速與停機(jī)
（1）停機(jī)方法
斷開變頻器的FWD 端子與COM 端子之間的連接，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速將逐漸降低，直至停止，如圖7-22（a）所示。
（2）停機(jī)過程
停機(jī)時(shí)，變頻器的輸出頻率將從工作頻率fX（設(shè)為45Hz）逐漸下降為0Hz，如圖7-22（b）所示。
（3）減速時(shí)間
變頻器的輸出頻率從基本頻率fBA 下降到0Hz 所需要的時(shí)間，稱為減速時(shí)間，用tD 表示，如圖7-22（c）所示。
2．減速時(shí)的電動機(jī)狀態(tài)
假設(shè)某4 極電動機(jī)，減速前在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，其基本狀態(tài)如圖7-23（a）所示：同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min，運(yùn)行轉(zhuǎn)速為1480 r/min。轉(zhuǎn)子繞組以轉(zhuǎn)差（20 r/min）反方向切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，感應(yīng)電流與磁通相互作用而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩TM 是驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。
今將頻率下降為48Hz，當(dāng)頻率剛下降的瞬間，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）立即下降為1440r/min，但由于拖動系統(tǒng)具有慣性的緣故，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不可能立即下降，仍為1480 r/min。于是，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向和原來相反了。從而，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向，以及所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向都和原來相反了，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，如圖7-23（b）所示。由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，能夠促使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速地降下來，故也稱為再生制動狀態(tài)。
3．泵升電壓
如上述，頻率下降（減速）時(shí)，電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)，再生電流將通過和逆變管反并聯(lián)的二極管反饋到直流回路，向?yàn)V波電容充電，使直流電壓上升，稱為泵升電壓。
4．減速時(shí)間與直流電壓
減速時(shí)間過短，頻率下降太快，將使泵升電壓增加，變頻器的直流電壓將可能超過允許值，導(dǎo)致變頻器因過電壓而跳閘。
7.2.3.4 直流制動
1．直流制動的原理
（1）設(shè)置直流制動功能的理由
有的負(fù)載在停機(jī)后，常常因?yàn)閼T性較大而停不住，有“蠕動”現(xiàn)象。這對于某些機(jī)械來說，是不允許的。例如龍門刨床的刨臺，“蠕動”的結(jié)果將有可能使刨臺滑出臺面，造成十分危險(xiǎn)的后果。設(shè)置了直流制動功能，可使電動機(jī)迅速停住。
（2）直流制動的原理
向定子繞組內(nèi)通入直流電流，則定子繞組產(chǎn)生的磁場將是空間位置不動的固定磁場，如圖7-24（a）所示。尚未停住的電動機(jī)轉(zhuǎn)子將正方向切割固定磁場，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動勢和電流，進(jìn)而產(chǎn)生很強(qiáng)烈的制動轉(zhuǎn)矩，使拖動系統(tǒng)快速停住。
2．直流制動功能的預(yù)置
（1）直流制動的起始頻率ƒDB
通常，直流制動都是和再生制動配合使用的。即：首先由再生制動將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速，然后再加入直流制動，使電動機(jī)迅速停住。這里，從再生制動轉(zhuǎn)為直流制動的頻率即為直流制動的起始頻率，如圖7-24（b）中之ƒDB 所示。
（2）直流制動電壓UDB
即在定子繞組上施加直流電壓的大小，它決定了直流制動的強(qiáng)度。預(yù)置直流制動電壓UDB 的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大者，UDB 也應(yīng)越大。
（3）直流制動時(shí)間TDB
即施加直流制動的時(shí)間長短。預(yù)置直流制動時(shí)間TDB的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“蠕動”現(xiàn)象，以及對克服“蠕動”的要求，要求越高者，TDB 應(yīng)適當(dāng)長一些。
7.2.4 外接端子的控制功能
7.2.4.1 開關(guān)量輸入端子的安排
變頻器的外接輸入端子的安排如圖7-25 所示。
1．基本輸入端
變頻器的外接開關(guān)量輸入端子中，有一部分端子的功能是固定的，稱為基本操作輸入端，如圖7-25 中的FWD（正轉(zhuǎn)控制端）和REV（反轉(zhuǎn)控制端）所示。各種變頻器對基本操作輸入端的設(shè)置不盡相同，有的變頻器除了正、反轉(zhuǎn)控制端外，還有自鎖、點(diǎn)動、復(fù)位等端子。
