讲座三
—变频器的加减速功能 The Acceleration and Deceleration Function of Inverter
摘　　要: 本文介绍了变频器中的加、减速时间，加、减速方式，以及起动和停机的相关功能。
关 键 词: 加速时间 减速时间 加速方式 减速方式 起动频率 暂停起动 斜坡停机 惯性停机 直流制动预励磁功能 零速伺服功能
Abstract:This paper introduced the function of acceleration time, deceleration time, acceleration pattern, deceleration pattern. And be related to the function of motor‘s start and stop.
Keywords:Acceleration time Deceleration time Acceleration pattern Deceleration pattern Starting frequency
1 加、减速的时间与方式
1.1基础概念
(1) 工频起动和变频起动
电动机从较低转速升至较高转速的过程称为加速过程，加速过程的极限状态便是电动机的起动。
(a)工频起动 　　
这里所说的工频起动，是指电动机直接接上工频电源时的起动，也叫直接起动或全压起动，如图1(a)所示。

图1 工频起动
在接通电源瞬间:
•电源频率为额定频率(50Hz)，如图1(b)的上部所示。以４极电动机为例，同步转速高达1500r/min。
•电源电压为额定电压(380V), 如图1(b)的下部所示。
由于转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，故转子电动势和电流都很大，从而定子电流也很大，可达额定电流的(4～7)倍，如图1(c)所示。
工频起动存在的主要问题有:
•起动电流大。当电动机的容量较大时，其起动电流将对电网产生干扰。
•对生产机械的冲击很大，影响机械的使用寿命。
(b) 变频起动 　
采用变频调速的电路如图2(a)所示, 起动过程的特点有:

图2 变频起动
•频率从最低频率(通常是0Hz)按预置的加速时间逐渐上升，如图2(b)的上部所示。仍以4极电动机为例，假设在接通电源瞬间，将起动频率降至0.5Hz，则同步转速只有15r/min，转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频起动时的百分之一。
•电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升，如图2(b)的下部所示。
•转子绕组与旋转磁场的相对速度很低，故起动瞬间的冲击电流很小。同时，可通过逐渐增大频率以减缓起动过程，如在整个起动过程中，使同步转速n0与转子转速nM间的转差Δn限制在一定范围内，则起动电流也将限制在一定范围内，如图2(c)所示。
另一方面，也减小了起动过程中的动态转矩，加速过程将能保持平稳，减小了对生产机械的冲击。
(2) 加速过程中的主要矛盾
(a) 加速过程中电动机的状态 　

图3 加速过程
假设变频器的输出频率从fX1上升至fX2，如图3(b)所示。图3(a)所示是电动机在频率为fX1时稳定运行的状态，图3(c)所示是加速过程中电动机的状态。比较图3(a)和图3(c)可以看出:当频率fX上升时，同步转速n0随即也上升，但电动机转子的转速nM因为有惯性而不能立即跟上。结果是转差Δn增大了, 导体内的感应电动势和感应电流也增大。
(b) 加速过程的主要矛盾
加速过程中，必须处理好加速的快慢与拖动系统惯性之间的矛盾。
一方面，在生产实践中，拖动系统的加速过程属于不进行生产的过渡过程，从提高生产率的角度出发，加速过程应该越短越好;
另一方面，由于拖动系统存在着惯性，频率上升得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的上升，转差Δn增大，引起加速电流的增大，甚至可能超过一定限值而导致变频器跳闸。
所以，加速过程必须解决好的主要问题是:在防止加速电流过大的前提下，尽可能地缩短加速过程。
(3) 变频调速系统的减速
(a) 减速过程中的电动机状态 　
电动机从较高转速降至较低转速的过程称为减速过程。在变频调速系统中，是通过降低变频器的输出频率来实现减速的，如图4(b)所示。图中，电动机的转速从n1下降至n2(变频器的输出频率从fX1下降至fX2)的过程即为减速过程。

图4 减速过程
当频率刚下降的瞬间，旋转磁场的转速(同步转速)立即下降，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。于是，转子的转速超过了同步转速，转子绕组切割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，电动机处于发电机状态。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。
(b) 泵升电压
电动机在再生制动状态发出的电能，将通过和逆变管反并联的二极管VD7～VD12全波整流后反馈到直流电路，使直流电路的电压UD升高，称为泵升电压。
(c) 多余能量的消耗 　
如果直流电压UD升得太高，将导致整流和逆变器件的损坏。所以，当UD上升到一定限值时，须通过能耗电路(制动电阻和制动单元)放电，把直流回路内多余的电能消耗掉。
(4) 减速过程中的主要矛盾
(a) 减速快慢的影响 　
如上述，频率下降时，电动机处于再生制动状态。所以，和频率下降速度有关的因素有:
•制动电流
就是电动机处于发电机状态时向直流回路输送电流的大小。
•泵升电压
其大小将影响直流回路电压的上升幅度。
(b) 减速过程的主要矛盾 　
和加速过程相同，在生产实践中，拖动系统的减速过程也属于不进行生产的过渡过程，故减速过程应该越短越好。
同样，由于拖动系统存在着惯性的原因，频率下降得太快了，电动机转子的转速nM将跟不上同步转速的下降，转差Δn增大，引起再生电流的增大和直流回路内泵升电压的升高，甚至可能超过一定限值而导致变频器因过电流或过电压而跳闸。　
所以，减速过程必须解决好的主要问题是在防止减速电流过大和直流电压过高的前提下，尽可能地缩短减速过程。在一般情况下，直流电压的升高是更为主要的因素。
1.2 加、减速的功能设置
变频器中，针对电动机在升、降速过程中的特点，以及生产实际对拖动系统的各种要求，设置了许多相关的功能，供用户进行选择。
(1) 加、减速时间
(a) 加速时间的定义
不同变频器对加速时间的定义不完全一致，主要有以下两种:
•定义1
变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率所需要的时间;
•定义２
变频器的输出频率从0Hz上升到最高频率所需要的时间。
在大多数情况下，最高频率和基本频率是一致的。
加速时间的定义如图5(a)所示。

图5 加速时间的定义
(b) 减速时间的定义
•定义１
变频器的输出频率从基本频率下降到0Hz所需要的时间;
•定义２
变频器的输出频率从最高频率下降到0Hz所需要的时间。
减速时间的定义如图5(b)所示。
(2) 加、减速方式
(a) 加速方式
加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线，称为加速方式。变频器设置的加速方式有:
•线性方式
变频器的输出频率随时间成正比地上升，如图6(a)所示。大多数负载都可以选用线性方式。

图6 加速方式
•S形方式
在加速的起始和终了阶段，频率的上升较缓，加速过程呈S形，如图6(b)所示。例如，电梯在开始起动以及转入等速运行时，从考虑乘客的舒适度出发，应减缓速度的变化，以采用S形加速方式为宜。
•半S形方式
在加速的初始阶段或终了阶段，按线性方式加速;而在终了阶段或初始阶段，按S形方式加速，如图6(c)和6(d)所示。图6(c)所示方式主要用于如风机