讨论背景
时至今日，变频器的应用已经相当普及了，但许多用户在使用过程中，仍存在着不少误区，主要是对一些基本规律不够熟悉。本文将首先从分析一个实例入手，就一些常见的误区进行分析。
5.7.1 甩掉减速器
5.7.1.1 想法与结果
1．基本想法
有人说，既然变频可以调速，原来笨重的减速器是否可以甩掉了？例如，原来减速器的传动比λ ＝ 5，去掉减速器后只需将电动机的工作频率下降为10Hz 就可以了。
2．运行结果
拖动系统纹丝不动，不能运行。
5.7.1.2 错误分析
以15 kW 的电动机去带动70kW 的负载，显然是带不动的。
2．从转矩看
可见，去掉减速器后，电动机是带不动负载的，如图5-43（b）所示。
5.7.2 提高工作频率
5.7.2.1 想法和结果
1．基本想法
某厂的显示屏生产线，在工频运行时，传输带的线速度是2m/min。希望使用变频器把工作频率提高到fX1＝60 Hz（kf＝1.2），使传输带的线速度提高到2.4 m/min，以提高劳动生产率。如图5-44 所示。
电动机的额定数据是：22kW，1470r ／ min；负载转矩为643N•m；传动机构的传动比为λ=5。
2．运行结果
电动机发热严重，很快就冒烟了。
5.7.2.2 错误分析
1．从功率看
当负载的转速提高为353 r/min 后，它所消耗的功率将增大为
5.7.3 四极代六极
5.7.3.1 想法与结果
1．基本想法
某车床，原用电动机数据：75 kW，980r∕min。因机座较大，不便操作。故改用75 kW，1480r∕min 的电动机（即6 极改4 极），上限频率为33 Hz。
2．运行结果
电动机通电后，很快就冒烟了。
5.7.3.2 错误分析
1．从转矩看
小小体会
采用变频调速改造原有拖动系统时，一定要同时注意变频后，电动机的功率和电磁转矩的变化，才能了解拖动系统能否正常运行。
5.8 变频器用自制配件
讨论背景
变频器在应用过程中，常常需要附加一些配件。有的配件在市场上比较难买，有的虽能买到，但价格较贵。用户在购买变频器时，常并未考虑配件的问题，于是和销售者之间，发生争执的事情时有发生。我于是自行制作了一些常用配件，价廉而物美。今介绍如下。
5.8.1 测量器件
5.8.1.1 常用仪表测量变频器输出电压
1．变频器输出电压的特点
变频器的输出电压是正弦脉宽调制后的系列脉冲，如图5 － 46（b）和（c）所示。特点是：
（1）脉冲的幅值不变
（1）脉冲的幅值不变
变频器输出电压的有效值随频率而变，但所有脉冲的幅值不变，都等于直流电压：
2．常用仪表测量结果
工厂里常用的电压表主要是电磁式仪表或数字式仪表。用这两种电压表测量变频器的输出电压时，读数都偏大。如图5-47 所示，分述如下：
（1）电磁式仪表
电磁式仪表的主要部件是作用于铁片的线圈。由于线圈的感抗要随变频器输出频率的降低而减小，在相同的电压下，线圈里的电流就增大，故读数偏大。如图（a）所示。
（2）数字式仪表
数字式仪表是通过采样脉冲不时地对被测电压进行采样，由于变频器输出电压的脉冲序列和仪表本身采样脉冲的频率不相吻合，故测量结果的误差很大，如图（b）所示。
5.8.1.2 整流式仪表
1．整流式电压表原理
整流式电压表的主体是磁电式仪表，其结构和特点如下：
（1）磁电式仪表的结构
其基本结构如图5 － 48（a）所示。图中，1 是永久磁铁，是固定的；2 是铁心，用于增强磁路的磁通； 3 是线圈带动指针旋转的，4 是指针。
（2）原理与特点
当线圈中通入与被测量成正比的电流后，将受到磁场的作用力而转动，并带动指针偏转，偏转角与线圈内电流的平均值成正比。磁电式仪表在进行测量时，有以下特点：
1）只能测量直流电流和电压
当流经线圈的电流方向改变时，线圈的受力方向也将改变。因此，如果通入线圈的电流是交变电流的话，指针将不能偏转。所以，磁电式仪表是不能用来测量交流电压和电流的。
2）测电压时必须串联附加电阻
由于磁电式仪表的偏转部分是线圈，故测量电压时，不能像电磁式仪表那样大量增加线圈的匝数。而必须依靠串联一个阻值很大的附加电阻rA 来减小取用电流。
（3）整流式仪表及其功用
1）仪表的构成
所谓整流式仪表，就是把交变电压经全波整流后再通入磁电式仪表，是用磁电式仪表来测量交流电的一种方式，如图（b）所示。
2）测量交流电压时的特点
如上述，由于线圈的匝数不多，故电感量小。当用来测量交流电压时，因为串联了阻值很大的附加电阻rA，故整个测量电路基本上呈纯电阻性质。所以，测量变频器的输出电压时，流入线圈的电流波形基本上和电压波形相同。利用这一特点，由整流式仪表来测量变频器的输出电压是比较准确的，其测量结果如图（c）所示。由于变频器的输出电压中含有高次谐波成分，故测量结果与基波电压相比，略大一些。
2．自制SPWM 电压表
市场上不容易买到整流式电压表，但可以自制，方法如下：
（1）在市场上购买一个磁电式的低压直流电压表，量程不限，这是整流式仪表的基础。
（2）找一个阻值较大的电位器RP（500kΩ 左右）与电压表串联，开始时将RP 调至最大值；
（3）用一个整流桥（击穿电压应≥1000V），其交流输入侧接至变频器的输出端，直流输出侧接至电压表和电位器的串联电路，如图5-49 所示；
（4）仪表的校准磁电式仪表的读数是和电流的平均值成正比的，要得到有效值，须进行必要的校准。校准步骤如下：
①变频器接通电源，将输出频率调至50Hz。这时，变频器的输出电压应显示为380V；
②微微调节电位器RP，使电压表的指针指最大量程处，则电压表的最大量程为380V；
③测量电位器的阻值，用一个固定电阻取代电位器，并装入表内。
③测量电位器的阻值，用一个固定电阻取代电位器，并装入表内。
5.8.1.3 变频器运行参数的测量仪表
1．变频器的几个接模拟量输出端子
变频器的各项运行参数可以通过外接仪表来进行测量，为此，专门配置了为外接仪表提供测量信号的外接模拟量输出端子，如图5-50（a）所示。
变频器的外接模拟量输出端子通常有两个，用于测量频率和电流。但除此以外，还可以通过功能预置测量其他运行数据，如：输出电压、转矩、负载率、功率，以及PID 控制时的目标值和反馈值等。
2．外接测量仪表的处理
变频器所提供的模拟量信号都是与被测参数成正比的低压直流电压或直流电流。不同变频器的模拟量输出信号也不一样，主要有0 ～ 10V、0 ～ 20mA、0 ～ 1mA 等几种，必须注意说明书中的相关说明。
市场上只能买到低压的直流电压表或直流毫安表。因此，需要进行必要的技术处理。今以0 ～ 10V 的电压表测量变频器的输出频率和输出电流为例，说明如下：假设变频器的最高频率预置为0 ～ 50Hz，最大允许电流是100A。则仪表刻度盘上10V 的位置处，修改成50Hz 或100A 相对应，如图b）和图c）所示的处理就可以了。
以此类推，可以修改成任意需要测量的仪表就可以了。
5.8.2 自制制动电阻
5.8.2.1 用电热器件制作制动电阻
1．制作要点
（1）电压的匹配
由于电热器件的额定电压通常都是220V 的，而变频器内直流回路的电压在正常情况下是513V，而允许值可达700V 或更高。所以，电热器件的基本单元必须由三个串联而成。
（2）电阻值的匹配
制动电阻的电阻值常常是比较小的，经过串联后的电热器单元的电阻值要大得多，所以，还必须由若干个单元并联而成，如图5-51 所示。
2．优点
实践证明，这种方法有诸多好处：
（1）价格低廉；
（2）电热器件本身耐热性能较好，不易损坏；
（3）一个制动电阻通常由多个电热器件组成，万一损坏，也不会一起损坏，而只损坏其中的一、二个，降低了维修成本。
3．制动电阻的粗略算法因为：
（1）在正常情况下，变频器内部的直流电压等于513V 左右，而通常在UD>700V 时才接通制动回路，
（2）三相交流异步电动机的额定电流约等于其kW 数的2 倍。
4．计算实例
例1 一台22kW 的异步电动机实现变频调速后需要接入制动电阻，用户购得的电热器件是220V、5kW 的。取=1，代入式（5-30），所需要的并联支路数是：n=0.4×=1.76取n=2须购买6 个电热器件，如图5-52（a）所示。
例2 某龙门刨床的主电动机容量等于55kW，用户购得的电热器件是220V、10kW 的。因刨台的惯性很大，取=1.5，代入式（5-30），所需要的并联支路数是：n=0.4×1.5×=3.3取n=3须购买9 个电热器件，如图（b）所示。
5.8.2.2 短时运行的制动电阻
1．短时运行实例
以带式输煤机为例，如图5-53a）所示，其运行特点是：调节转速的次数很少，在工作期间一般不停机。所以，电动机处于再生制动状态的时间既少又短。当输煤机停机时，变频器的工作频率下降，如图（c）中的曲线①所示。因为输煤机的惯性较大，故电动机在减速过程中，变频器的直流电压迅速上升，如图中的曲线②所示。当直流电压超过上限值700V 时，制动单元BV 导通，电压下降，如图中的曲线③所示。当电压下降到650V 时，
制动单元截止，制动电阻里的电流下降为0A。制动单元在电压上升时的导通电压和下降时的截止电压之间存在着“回差”（700−650）=50V，这是为了避免制动单元在700V 上下来回振荡。在图（c）中，制动电阻通电的时间如图中的曲线④所示，可以看出，通电时间tB 是十分短暂的。
2．短时运行的制动电阻
因为是短时运行，所以，即使制动电阻里的电流超过额定电流，但因为通电时间很短，所产生的热量不多，是允许的。因此，每一个支路中可以只串联两个电热器件,如图5-54 所示，串联后的额定电压只有440V，则：
5.8.3 自制制动单元
5.8.3.1 制动单元的框图
1．制动单元的作用
制动单元BV 的作用是当变频器内部的直流电压UD超过限值UDH（通常为700V）时，BV 导通，使滤波电容上过高的直流电压通过制动电阻放电，从而把直流电压限制在允许范围内，如图5-55（a）所示。
2．制动单元的构成
（1）检测电路
其作用是检测直流电压是否超过上限值UDH（ 如700V），如图（b）所示。图中：UA 是基准电压，就是和上限电压UDH 对应的电压：
5.8.3.2 执行电路的简化
1．问题的核心
制动单元中，价格最贵的是开关器件。于是，进行简化所要解决的核心问题就是，能否使用比较价廉的开关器件呢？
2．方案1—IGBT 的废物利用
变频器里的IGBT 模块，大多是双管模块。而有许多双管模块都只损坏一个IGBT，另一个是好的，于是把并未损坏的半个IGBT模块利用起来，作为制动单元的开关器件，如图5-56（a）所示。
3．方案2—用接触器代替
将三相交流接触器的三对触点串联起来作为代替IGBT的开关器件，如图5-56（b）所示。之所以要把三个触点串联起来，有两个方面的原因：
（1）从耐压考虑
用于380V 电路里的交流接触器主触点的额定电压，通常是500V，而变频器里直流回路的电压可以高达700V，所以必须把三对触点串联。
（2）从灭弧考虑
这三个接触器触点是在直流电路里工作的，交流接触器和直流接触器的重要区别之一，就是灭弧系统很不一样，交流接触器的灭弧功能要简单得多，用三对触点串联，三个地方同时断开，有利于灭弧，如图（b）所示。但实践表明，接触器触点在断开时的火花仍较大，容
易损坏。所以在每对触点旁都并联一个电容器，如图（b）所示。原理如下：接触器的触点在闭合状态时，各电容器两端的电压都等于0V。所以，当触点断开后，由于电容器要充电，触点两端的电压是逐渐增大的。实践结果表明证明，火花会减小很多。
（3）电容器的选择
电容量：（1~2）μF；耐压：（500~1000）V。
5.8.3.3 检测电路的简化
1．简化目的
图5-55 中的检测电路存在两个问题：
（1）采样困难
因为IGBT 驱动电路所需电压，通常在直流24V 以下，而被测电压是变频器里的直流电压UD，其变化范围高达（500~800）V。要在UD 中取出低于24V 的采样电压，非但精度不高，也涉及高、低压之间的隔离等问题。
（2）故障率偏高
在实际工作中，制动单元发生故障的情况时有发生。一旦发生故障，常不能迅速修复，影响生产。
2．简化方法
2．简化方法
在生产机械减速过程中或重物下降过程中，直接接通执行器件，具体方法如图5-57 所示：
（1）起重机械
由控制吊钩下行接触器的辅助触点或通过中间继电器KA 来进行控制。使吊钩在每次向下运行时，令VB 导通，制动回路就处于放电状态。
（2）停机控制
由停机按钮通过中间继电器KA 来进行控制。使生产机械在每次停机时，使VB 导通，制动回路就处于放电状态。
（3）减速控制
从变频器的多功能输出端子中任取一个，将功能预置为“ 减速中”，则每当变频器的输出频率下降时，中间继电器就得电，制动回路就处于放电状态。
3．简化前后的比较
假设变频器的频率下降过程如图5-57（c）中的曲线①所示，经制动单元控制后，直流电压的变化如曲线②所示，制动电阻通电的状态如曲线③所示。而简化控制后，制动电阻通电的状态如曲线④所示。比较曲线③和曲线④可知，简化后制动电阻的通电时间略长于简化前。严格地说，会多消耗些功率的。但变频器的减速时间总共也只有几秒钟，所增加的损耗功率微乎其微，是可以忽略不计的。
小小体会
在实际工作中，常常会逼迫你去思考一些临时措施，而事后思考下来，觉得居然也是一种可行的方法。例如，有一次的半夜两点钟，陕西的一位读者打电话来，说厂里提升机用变频器的制动单元坏了，而提升机一旦停下来，全厂的生产将陷入瘫痪。我略加思索，就告诉他按图5-57b）所示的方法试试看，结果很快解决了问题。后来想想，这种方法应该是可以推广的。
5.9 变频器的PID 功能浅说
撰写背景
有读者反映，关于PID 调节的概念，总觉得比较深奥，一般的工人师傅难以理解。能不能讲解得让技校毕业的电工师傅们也能看得懂？我根据自己的实践经验，尝试着如下的讲解。
5.9.1 基本概念
5.9.1.1 闭环控制的目的
以空气压缩机的为例，要求储气罐里的空气压力保持恒定，称为恒压控制。闭环控制的目的，就是要实现恒压控制。
5.9.1.2 闭环控制运行特点
假设所要求的压力是PT，称为目标值；而实际测出的压力是PF，称为反馈值。则：
1. PF
