1.5　典型变频器

1.5.1　富士变频器的基本性能

日本富士电机有限公司生产有多种电器产品，变频器也是它的重要产品之一，其中FRENIC5000G9S/P9S是它的最新产品，分为200V和400V两大系列。200V表示输出为3相220V 50Hz，400V表示输出为3相380V 50Hz。P9S系列主要用于风机、泵类设备，G9S用于普通电气设备，较之P9S有过载能力强、驱动转矩大、变频范围宽的优点。配用的电动机为0.2～280kW共分24个规格。产品除具有高性能的U/f式变频功能外，还具有转矩矢量控制功能，根据负载状态计算出最佳控制电压及电流矢量。由于采用了新型的计算机芯片，大幅度地提高了低速区域内的运算精度和运算速度。在1Hz运算时，实现了大于150％的启动转矩，1min过载能力达150％；0.5s过载能力达200％。在全部工作频率范围内可自动提升转矩，转矩的响应速度也较老式有所提高。产品还采用了第三代IGBT功率元件，效率高噪声低，新开发的PWM控制技术改善了电流波形，可人为地选择PWM载波频率以适应环境要求的最小噪声状态。新产品采用新型的高密度集成电路和高效率冷却技术，产品的外形较小。

产品采用发光二极管式数字显示和液晶显示参数的组合式显示面板，采用对话式触摸面板的手工编汇器。显示器具有日语/英语/汉语三种显示方式，以适应不同国家的需要。监视器能显示运行频率、电流、电压、线速度、转矩、维护信息等28种参量。

变频器还具有自整定功能，可自动设定电动机的特性，适应高性能运转的要求，具有自动节能功能，能进行节能运转。具有内部速度设定和计时器功能，可实现7级速度曲线运转功能，可设定加速时间、运转时间、旋转方向等。

1.5.2　基本功能及使用操作

变频器的基本功能包括：控制功能、显示功能、保护功能和使用环境等。

（1）控制功能

①运转与操作　可用编汇器上的键盘操作启动与停止，也可用外部信号控制启停、正反转、加速、减速、多级频率选择等。

②频率设定　可用键盘操作设定，也可用外接电位器控制频率，还可用4～20mA电流信号控制频率。可用外部开关量信号控制电动机按某一频率运行，最多可进行8级选择。

③运转状态信号　设备可输出（集电极开路）开关量信号，指示系统的运转状态，如“正在运转中”“频率到达”“频率控制”“转矩限制中”等。也可输出模拟信号指示某些状态的参数，如“输出频率”“输出电流”“输出转矩”“负载量”等。

④加速时间/减速时间设定　设定范围为0.2～3600s，能独立设定4种加/减速方式，并能由外部信号选择。能设定加/减速曲线的类型，如：直线型、曲线型等。

⑤上/下限频率　可由软件设定设备运转的上限频率及下限频率。

⑥频率设定的增益　可设定模拟信号（来自外部信号的电位）与输出频率之间的比例关系范围为0～200％。

⑦偏置频率　可将0频率设定为非0的偏置频率，满足特殊系统的要求。

⑧跳变频率　当系统运转的频率接近机械系统的固有频率时，会产生不良的共振现象，可人工设定跳变频率防止系统在此频率点运行。可设定最多3点和跳变频率的宽度。

⑨瞬间停电再启动　有四种选择方式，使正在运转的电动机瞬间停电后能平稳地重新启动运行。

⑩自动补偿控制　在U/f控制方式中，可自动设定转矩提升的补偿量，也可手动进行固定补偿设置。

第2台电动机设定　通过软件控制一台变频器，进而控制2台电动机，可设定第2台电动机的各种参数。

自动节能运转　对于轻负载运行方式，能自动减弱U/f比，减少损失，节能运转。

（2）显示功能

①运转中（或停止时）　显示输出频率、输出电流、输出电压、电动机转速、负载轴转速、线速度、输出转矩等，并能显示单位，在液晶显示画面上能显示测试功能、输入信号和输出信号的模拟值。

②在设定状态时　能显示各种功能码及有关数据。

③出现故障跳闸时　能显示跳闸原因及有关数据。

（3）保护功能

①过载保护　　根据设备的热保护电路进行过载保护。

②过压保护　　在系统制动时，当中间直流电路的电压过高时进行保护。

③电涌保护　　针对侵入到主电路电源线和接地之间的电涌采用保护措施。

④欠压保护　　当中间级电路的电压过低时启动保护电路。

⑤过热保护　　根据设备内的温度检测元件的信号保护设备。

⑥短路保护　　当输出端短路时保护设备。

⑦接地保护　　当输出端产生接地过电流时动作。

⑧电动机保护　　根据外部的电动机保护信号保护变频器。

⑨防止失速　　在加减速中限制过电流。

（4）使用环境

①用于不含腐蚀性气体、易燃性气体，无灰尘，避免阳光直接照射的场合。

②环境温度：-10～+500℃。

③环境湿度：20％～90％RH。

（5）使用操作

5.5～7.5kW的产品外形如图1-54所示，编程器装于前面板上，也可卸下用电缆连接，实行外部控制。前面板卸下后，可看到内部装有外部连接线的接线端子，变频器驱动电动机的电源线及各种控制信号均由此处接出。变频器的各种功能均通过编程器进行软件设置。对设置完成的程序可自动保存在机内不丢失。

图1-55是富士FRENIC5000G9S/P9S的接线图。各接线端子的功能见表1-4。说明如下。

①主回路

a.R、S、T为主回路电源端子，不需要考虑相序。

b.U、V、W为逆变器输出端子，按正确相序接至三相交流电动机，相序不正确会使电动机反转。

c.P₁、P（+）为内部直流电路中为改善功率因数而外接的直流电抗器，一般应用可将其短路。

d.P（+）、N对于大于等于11kW的逆变器内部无内装制动电路和制动电阻.应在此二端子上接入外部制动电路（制动单元），而将制动电阻接至此制动单元上。

e.E（G）是设备的接地端子，它可保护人身安全与减少噪声。

②控制回路

a.13、12、11为频率控制输入端。可用一个1～10kΩ的电位器接入，调节它可控制变频器输出频率的高低。

b.C1、11为频率控制输入端。它为电流信号输入端，当电流在4～20mA之间变化时，输出频率可以从0Hz变化到最高频率。

c.FWD、CM为正转/停止输入端。为开关量输入，即当两点短路时电动机正转，断开时电动机停止运行。

d.REV、CM为反转/停止输入端，开关量输入。

e.THR、CM为外部报警信号输入端，开关量输入。

f.HLD、CM为自保选择信号输入端。接通后可保持FWD或REV的信号，开关量输入。

g.RST、CM为异常恢复。接通后可解除变换器的故障状态恢复正常运行。

h.BX、CM为自由运转信号输入端。接通后，变频器切断输出，电动机自由运转。

i.X1、X2、X3、X4、X5、CM是变换器的多种用途的开关量输入信号端。

j.FMA、11端接入直流电压表，可指示变频器的输出。可由软件设定为频率、电位、转矩、负载率等。

k.FMP、11端输出脉冲信号。接入频率计，可监视变频器频率输出。

l.Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、CME为变频器输出信号端，它具有多种功能（由软件设定），为三极管集电极开路输出信号。

m.30A、30B、30C为变频器的报警信号输出触点。

该系列变频器操作面板如图1-56所示，分为三部分区域。上部显示窗为采用发光二极管的数字显示（LED），它可显示多种数据。中部显示窗为液晶显示器，它可显示文字、模拟波形等，主要用于编程。下部为各种操作按键，其中包括：编程（PRG）、运行（RUN）、停止（STOP）、复位（RE-SET）、功能/数据（FUNC/DATA）、增量（∧）、减量（∨）、移位（切换）（>>）等。

使用操作面板可对变频器进行各种功能的软件设置，对变频器进行运转控制、运行状态显示等。

1.5.3　常用功能的软件设计及举例

G9S/P9S变频器共有95种软件代码功能，分为基本功能、输入端子（1）、加速/减速时间控制、第2电动机控制、模拟监视输出、输出端子、输入端子（2）、频率控制LED和LCD监视器、程序运行、特殊功能1、电动机特性、特殊功能2等多种功能。现仅对几种常用功能加以介绍。

（1）“00”功能

频率命令（FREQ COMND）。

进入功能后，选“0”则输出频率由编程器设定，采用增量（∧）、减量（∨）可进行调整。选“1”则由外部电位器经11、12、13端子的输入电压控制输出频率。选“2”则由11、12、13端的输入电压与C1、11端输入电流联合控制输出频率。

（2）“01”功能

运行操作（OPR METHOD）。

进入功能后，选“0”，用编程器上的RUN和STOP键控制电动机运行。选“1”用FWD或REV端信号控制电动机运行。

例：如选‘00′：0、‘01′：0，通电后按RUN键，则电动机以30Hz的频率旋转。按STOP键后电动机停止。

如选‘00′：1、‘01′：1，则通电后短接RWD、CM后电动机正转，调整外接电位器的动臂则可使电动机有不同的转速。

（3）“02”功能

最高频率（MAX Hz）。

可设定频率范围为50～400Hz（G9S型）或50～120Hz（P9S型），对普通电动机只能设定为50Hz，如有特殊需要可提高至60～70Hz。对更高频率的运行受电动机各方面参数的限制，是不允许的，只能用于专门设计的高速电动机。

（4）“03”功能

基本频率1（BASE Hz-1）。

采用U/f型变频方式，当基本频率小于最大频率时，0～基本频率一般为U/f方式运转，基本频率～最大频率一般为恒压变频输出方式。

（5）“04”功能

额定电压1（RATED V-1），又称最大输出电压。

设定增量为1V，出厂设定值为380V。

例：“02”：60，“03”：50，“04”：380，输出曲线如图1-57所示。机器运行后调整输入电位器，0～50Hz（对二极电动机为0～3000r/min）一段为U/f型变频方式，属于恒转矩工作方式。50～60Hz（3000～3600r/min），为恒压变频方式，属于恒功率工作方式，类似直流电动机的额定转速下恒转矩调速，额定转矩以上弱磁调速的恒功率调速方式。

（6）“07”功能

转矩提升1（TRQ BO0ST1），选择数据范围：0～20.0。

①数据　0.0为变频器根据电动机的参数自动补偿转矩提升值。

②数据　0.1～1.5为非线性（递减）曲线（见图1-58）。

③数据　2.0～20.0为线性提升曲线，数据为0.1～20.0时为手动设定转矩提升值。

（7）“52”功能

这一功能是“53”～“59”功能的入口控制。只有F52=l时，才能修改“53”～“59”的功能。

（8）“57”功能

启动频率（START Hz）。

此功能仅当F52（“52”功能）=1时才能被修改，设定值范围为：0.2～60Hz。

例：F52=1，F57=1，则变频器运行时，调整输入电位器的值可控制输出频率。当电位器阻值从0开始增加，但阻值很小时电动机不动，只有阻值增大到使输出频率达到1Hz以上后，电动机才开始转动。这种设置可防止输入小电压时电动机爬行，或输入电压为0时，由于干扰信号造成的电动机爬行的不能“锁零”的毛病。

（9）“59”功能

频率设定信号滤波器（FIL TER）。

仅当F52=1时，F59的参数才能被修改。此功能用于系统有较强干扰信号混入到模拟信号输入端（当采用电位信号输入时，由于输入信号线较长会引入较强干扰）时，变频器内部可采用数字滤波器滤除干扰。设定范围为0.01～5s，此设定值为数字滤波器的时间常数。但实际设定的参数应选得合适，太小不能起到滤波作用，太大则系统的响应时间过慢。

（10）“05”“06”功能

“05”功能：加速时间1（ACC TIME1）。

“06”功能：减速时间1（DEC TIME1）。

“加速时间”为从启动到达到最大频率所用的时间，设定范围为0.01～3600s。“减速时间”为从最大频率到停止所用的时间，设定范围同上。当设定值为“0.00”时表示电动机滑行停止。

（11）“60”功能

“60”功能为F61～F79功能的入口控制。

（12）“73”功能

加速/减速方式的模式选择（ACC PTN）。

0：线性加速和减速（见图1-59）。

1：S曲线加速和减速。

2：非线性加速和减速。

此功能与F05/F06功能配合可获得良好的启动性能曲线，达到启动平稳、无冲击、启动速度快的良好效果。

（13）“15”“16”功能

“15”功能：驱动时，转矩达到启动平稳、无冲击、启动限制（DRV TORQVE）。

“16”功能：制动时，转矩限制（BRK TORQVE）。

这两种功能用于驱动或制动时，使最大转矩限制在某一值上，防止电流过大跳闸。取值范围为20～180.999，当取180.999时为不限制。

（14）“20”～“26”功能

多步速度设定1～7。

每一种功能可设定一种速度，设定频率后，依靠外接信号端子X1、X2、X3的组合控制信号可获得7种控制速度。组合方式由X3、X2、X1组成的二进制数所决定（当取000时，速度由‘00’功能确定）。

（15）“33”～“38”功能

“33”功能：加速时间2（ACC TIME2）。

“34”功能：减速时间2（DEC TIME2）。

“35”功能：加速时间3（ACC TIME3）。

“36”功能：减速时间3（DEC TIME 3）。

“37”功能：加速时间4（ACC TIME4）。

“38”功能：减速时间4（DEC TIME4）。

以上功能用于程序运行时的多种速度的控制。设定范围为0.01～3600s，此功能受输入端子X4、X5的控制。

当X4=OFF与X5=OFF时，为加速时间1/减速时间1的设定。

当X4=ON与X5=OFF时，为加速时间2/减速时间2的设定。

当X4=OFF与X5=ON时，为加速时间3/减速时间3的设定。

当X4=ON与X5=ON时，为加速时间4/减速时间4的设定。

此功能与以上功能结合在一起可由外部开关量信号通过端子控制电抗完成各种不同程序速度控制的功能。

（16）“65”功能

程序运行时模式选择（PATTERN）。

仅当F60=1时才能修改此功能。此功能有三种选择。0：一般运行；1：程序运行一个循环后结束；2：程序运行一个循环后按最后速度继续运行。这种功能是软件控制的程序运行方式。

（17）“66”～“72”功能

程序运行第1步～第7步的每步运行时间和加/减速方式的设置。每步运行时间设置的范围为0.01～6000s。

加减速方式按表1-5设置。

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，则电动机按图1-60所示的速度图运行循环一次结束。图中的匀速度11～17的值取决于F20～F26的设置。T₁=10s，T₂～T₇=11s，程序运行的启动和停止可使用编程器上的RUN和STOP键或使用FWD/REV端子用外信号控制。

（18）“29”功能

转矩矢量控制（TRQ VECTOR）。

当F29=1时，电动机运行于转矩矢量控制方式。

当F29=0时，电动机运行于普通工作方式。

（19）“78”功能

语种设置。

仅当F60=1时，才能修改此功能。

F78=0为英文，F78=1为中文，F78=2为日文（对于日语/英语型号的变频器，F78=0为日文，F78=1为英文）。