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变频擂台第63期擂台——关于变频器的飞车启动问题
在变频器的应用过程中，会遇到很多问题，其中“飞车启动”就是一个方面。
飞车启动：通俗的讲，就是转速跟踪，也就是对旋转中的电机进行再启动。
在本期擂台中，我们就来讨论一下变频器飞车启动的相关问题：
1、对于正在旋转的电机，如果不考虑飞车启动，变频器启动该电机时会遇到什么问题？
2、变频器的飞车启动原理是什么？
3、 对于正在运转的电机，变频器启动该电机时有必要应用飞车启动功能吗？请分别针对电机在低速及高速运转、小功率电机和大功率电机、低压变频器和高压变频器等情况分别进行讨论。
4、市场上的变频器一般都具有飞车启动功能吗？请举例进行说明（至少两个以上的品牌）。
5、针对以上要求，进行详细阐述。最好能有图片说明，如果能以某品牌举例说明更佳。列举得最全的、阐述得最详细的、原创最多的，作为一等奖。
变频擂台每周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2012年1月15日。
奖项设置：一等奖1名：50MP，二等奖5名：10MP，三等奖10名：30积分。
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
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1、对于正在旋转的电机，如果不考虑飞车启动，变频器启动该电机时会遇到什么问题？
变频器输出频率大于电动机旋转频率则使变频器过流；
变频器输出频率小于电动机旋转频率则使变频器直流母线过压。
2、变频器的飞车启动原理是什么？
高压变频器“飞车启动” 是在电机定子与变频器或工频电网都脱离时，电机定子“无源”,电机转子处于转动状态，但转速随机不确知情况下，将高压变频器接入电机定子，使电机定子从“无源”到 “有源”，电机定子旋转磁场从无到有，最后电机定子旋转磁场拖动电机转子进入正常驱动的过程。由电机原理知，当电机定子旋转磁场速度与电机转子速度相差较大即转差较大时，会产生很大的电流而电磁转矩却不大，例如电机在工频下全压直接起动时，电机定子电流会达到额定值的5~7倍。而高压变频器容量一般不可能按电机电流额定值的5~7倍选配。如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较高（50HZ），而电机转子速度很慢时就与此类似必过流跳闸。反之如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较低，定子旋转磁场速度低于电机转子速度，此时电机为发电状态，电机转子将向定子侧反送能量给变频器电容充电，使变频器因电容电压泵升过压而跳闸。
因此，高压变频器“飞车启动”是否成功关键是输出和转子速度（频率）相同的频率。而电机转子频率是随机的，为此必须进行电机转子频率的搜索，即“飞车启动”开始先搜索电机转子频率，搜索到电机转子频率后，变频器再按搜索到的转子频率作为输出频率。这样，既不会出现过流也不会出现电容电压泵升过压的现象。
（1） 转动惯量比较小的场合。典型负载如风机，它的机械惯性比较小，轻微的自然风就可能使其自然旋转，而对于无此功能的变频器，要投入运行，可能会出现过流保护，必须等待电机完全静止后再启动，而这势必会耽误调试或生产时间。
（2） 对于一个风道采用两个风机引风的场合，在停止一台风机时，另一台也会拖动停止的风机旋转，要想停下势必要两台风机都停下，这样就比较麻烦。
（
高压变频器“飞车启动”是在电机定子与变频器或工频电网都脱离时，电机定子“无源”,电机转子处于转动状态，但转速不确定情况下，将高压变频器接入电机定子，使电机定子从“无源”到“有源”，电机定子旋转磁场从无到有，最后电机定子旋转磁场拖动电机转子进入正常驱动的过程。
由电机原理知，当电机定子旋转磁场速度与电机转子速度相差较大即转差较大时，会产生很大的电流而电磁转矩却不大，例如电机在工频下全压直接起动时，电机定子电流会达到额定值的5～7倍。而高压变频器容量一般不可能按电机电流额定值的5～7倍选配。如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较高（50Hz），而电机转子速度很慢时就与此类似，必过流跳闸。反之如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较低，定子旋转磁场速度低于电机转子速度，此时电机为发电状态，电机转子将向定子側反送能量给变频器电容充电，使变频器因电容电压泵升过压而跳闸。
因此，高压变频器“飞车启动”是否成功的关键是输出和转子速度（频率）相同的频率。而电机转子频率是未知的
对无速度传感器的v/f控制方式，西门子变频器使用手册提到转子频率的搜索有两种方法：
（1） 一种可称之为“定子输入恒定额定电流的v/f曲线电压比较法”，搜索时始终保持定子为恒定额定电流，比较变频器输出电压与v/f曲线上的电压值，二者相等时意味此时的输出频率就是转子频率。
（2） 另一种可称之为“直流母线最小电流法”，即定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时变频器直流母线电流最小，借检测直流母线电流间接检测转子频率。
前一种理论上可行，但实际上v/f曲线与定子额定电流的关系物理概念不明确，低频时又加入作为电压补偿的提升电压，使得借v/f曲线比较电压的精度难保证，另外，恒定额定电流控制的动态响应问题也直接影响电压比较和频率的搜索精度。
后一种物理概念明确但不可照搬。在高压变频器功率单元中，若无直流母线电流检测，就不能采用检测直流母线电流间接检测转子频率的方案。但可以把电机加入搜索电压后产生的定子电流通过矢量分解，取出转矩电流分量，借观测转矩电流分量间接观测转子频率来实现。当定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时，电机转子速度即为同步转速。此时，转矩电流分量理论上应等于零，但实际中在电机转子频率的搜索过程中，旋转磁场角频率是变化的，而矢量变换分解转矩电流的变换关系式是对某一角频率而言的，频率搜索时变化步长也不可能无穷小，有可能前一步高于转子频率,后一步又低于转子频率，所以应按转矩电流分量“接近于零”搜索。即按转矩电流分量最小来“搜索”，给定一个最小转矩电流比较值。
因为电机定子旋转磁场速度低于电机转子速度时，电机为发电状态，电机转子将向定子側反送能量给变频器电容充电，使变频器电容电压泵升过压，故搜索过程必须从高于电机转子频率起，考虑所有可能性取最高50Hz起。故频率搜索由高到低单调下降。
搜索过程从高于电机转子频率（50Hz）起，如果直接按v/f曲线将输出“满度”电压，类似“全压直接启动”，电流与转矩冲击极大。因此电压取“满度”电压的5%～20%输出，搜索成功后再使电压慢慢回升到此频率下的“满度”电压。即弱化电压限制电流与转矩冲击。
搜索过程虽然按“满度”电压的5%～20%输出，也有可能因设置的弱化电压系数不合适产生过电流，为此搜索过程还要有电流限幅，对电压输出构成负反馈自动抑制过电流。
考虑到电机转子自由旋转转向可能与正常运行方向相反的情况，变频器还要有双向搜索功能，当按正常运行方向50Hz起一直到0Hz都搜索不到最小转矩电流，则启动反向搜索过程，搜索到电机转子频率后，先降速到0再正向加速到给定频率。
1、对于正在旋转的电机，如果不考虑飞车启动，变频器启动该电机时会遇到什么问题
由电机原理知，当电机定子旋转磁场速度与电机转子速度相差较大即转差较大时，会产生很大的电流而电磁转矩却不大，例如电机在工频下全压直接起动时，电机定子电流会达到额定值的5～7倍。而高压变频器容量一般不可能按电机电流额定值的5～7倍选配。如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较高（50hz），而电机转子速度很慢时就与此类似，必过流跳闸。反之如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较低，定子旋转磁场速度低于电机转子速度，此时电机为发电状态，电机转子将向定子側反送能量给变频器电容充电，使变频器因电容电压泵升过压而跳闸。
2、变频器的飞车启动原理是什么？
高压变频器“飞车启动”是在电机定子与变频器或工频电网都脱离时，电机定子“无源”,电机转子处于转动状态，但转速随机不确知情况下，将高压变频器接入电机定子，使电机定子从“无源”到“有源”，电机定子旋转磁场从无到有，最后电机定子旋转磁场拖动电机转子进入正常驱动的过程。因此，高压变频器“飞车启动”是否成功的关键是输出和转子速度（频率）相同的频率。而电机转子频率是随机的,为此必须进行电机转子频率的搜索,即“飞车启动”开始先搜索电机转子频率,搜索到电机转子频率后,变频器再按搜索到的转子频率作为输出频率。这样,既不会出现过流也不会出现电容电压泵升过压的现象。
转子频率的搜索有两种方法
对无速度传感器的v/f控制方式，西门子变频器使用手册提到转子频率的搜索有两种方法：
(1) 一种可称之为“定子输入恒定额定电流的v/f曲线电压比较法”，搜索时始终保持定子为恒定额定电流，比较变频器输出电压与v/f曲线上的电压值，二者相等时意味此时的输出频率就是转子频率。
(2) 另一种可称之为“直流母线最小电流法”，即定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时变频器直流母线电流最小，借检测直流母线电流间接检测转子频率。
前一种理论上可行，但实际上v/f曲线与定子额定电流的关系物理概念不明确，低频时又加入作为电压补偿的提升电压，使得借v/f曲线比较电压的精度难保证，另外，恒定额定电流控制的动态响应问题也直接影响电压比较和频率的搜索精度。
后一种物理概念明确但不可照搬，在本高压变频器功率单元中，无直流母线电流检测，因此不能采用检测直流母线电流间接检测转子频率的方案。但可以把电机加入搜索电压后产生的定子电流通过矢量分解，取出转矩电流分量，借观测转矩电流分量间接观测转子频率来实现。当定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时，电机转子速度即为同步转速。此时，转矩电流分量理论上应等于零，但实际中在电机转子频率的搜索过程中，旋转磁场角频率是变化的，而矢量变换分解转矩电流的变换关系式是对某一角频率而言的，频率搜索时变化步长也不可能无穷小，有可能前一步高于转子频率,后一步又低于转子频率，所以应按转矩电流分量“接近于零”搜索。即按转矩电流分量最小来“搜索”，给定一个最小转矩电流比较值。
因为电机定子旋转磁场速度低于电机转子速度时，电机为发电状态，电机转子将向定子側反送能量给变频器电容充电，使变频器电容电压泵升过压，故搜索过程必须从高于电机转子频率起，考虑所有可能性取最高50hz起。故频率搜索由高到低单调下降。
搜索过程从高于电机转子频率（50hz）起，如果直接按v/f曲线将输出“满度”电压，类似“全压直接启动”，电流与转矩冲击极大。因此电压取“满度”电压的5%～20%输出，搜索成功后再使电压慢慢回升到此频率下的“满度”电压。即弱化电压限制电流与转矩冲击。
搜索过程虽然按“满度”电压的5%～20%输出，也有可能因设置的弱化电压系数不合适产生过电流，为此搜索过程还要有电流限幅，对电压输出构成负反馈自动抑制过电流。
考虑到电机转子自由旋转转向可能与正常运行方向相反的情况，变频器还要有双向搜索功能，当按正常运行方向50hz起一直到0hz都搜索不到最小转矩电流，则启动反向搜索过程，搜索到电机转子频率后，先降速到0再正向加速到给定频率。
根据前面的分析结合原系统，可确定转子频率搜索的控制逻辑如图1所示
图1 变频器的“飞车启动”的功能图
启动“飞车启动”功能后，将自动断开正常的频率给定，改为搜索给定器给出的100%（50hz）到0%（0hz）的递减频率给定，经v/f曲线变换器生成的v*要乘降压系数（<20%）。电机定子电流实时采样值与最大电流imax比较,形成对电压u*act的负反馈，以限制频率搜索中的过电流，当电机定子电流实时采样值小于等于设定的最小转矩电流时，表明频率搜索成功。
而后，转入频率“置值”和“v*平滑回升”的处理。v*恢复后再按积分过程自动调整到人为设定频率点运行。如果，电机定子电流实时采样值始终大于设定的最小转矩电流且搜索延时已到则停止搜索，给出搜索失败提示信息。
3、 对于正在运转的电机，变频器启动该电机时有必要应用飞车启动功能吗？请分别针对电机在低速及高速运转、小功率电机和大功率电机、低压变频器和高压变频器等情况分别进行讨论。
个人认为对于低压变频器来说其过在性能还是较强的（无论转速高低、功率大小），另外在选择时可以稍大于电机一个等级，因此必要性不大.
对于高压变频器来说容量一般不可能按电机电流额定值的5～7倍选配。如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较高（50hz），而电机转子速度很慢时就与此类似，必过流跳闸。反之如果高压变频器“飞车启动”时输出频率较低，定子旋转磁场速度低于电机转子速度，此时电机为发电状态，电机转子将向定子側反送能量给变频器电容充电，使变频器因电容电压泵升过压而跳闸。所以对于高压变频器是有必要性的。
4、市场上的变频器一般都具有飞车启动功能吗？
市场上的变频器一般不具备飞车启动功能，一般都是容量较大的高压变频器
九州电气变频器高压变频器
1、对于正在旋转的电机，如果不考虑飞车启动，变频器启动该电机时会遇到什么问题？
一般变频器会报警过流，封锁输出。
2、变频器的飞车启动原理是什么？
频率匹配重启：利用电机的残留电压，检测出频率和旋转方向然后重启。
频率引入重启：有起动频率的设置值起开始输出，按照再启动电流限制门限寻找频率与电压的契合点重启。
3、 对于正在运转的电机，变频器启动该电机时有必要应用飞车启动功能吗？
一般来说是必须的，但对于低速运行的电机和小功率电机可以不考虑，因为电机转动惯量小。
4、市场上的变频器一般都具有飞车启动功能吗？请举例进行说明
一般都有，SJ200的B001就是自动重启模式选择，02就是频率匹配后重新运行；ABB800的21.01就是电机启动的方式，在大多数情况下可以保证电机的最优启动，它包括跟踪启动和自动重启功能。ACS800电机控制程序可以同时辨识电机的磁通和电机的机械状态，并在任何条件下可以随时启动电机。
对楼主的4个问题分别作如下回答：
1.会产生很大的电流而电磁转矩却不大；变频器电容电压泵升过压的现象。
2.这里介绍九州电气变频器高压变频器飞车启动功能原理
电气变频器高压变频器“飞车启动”功能采用的是无速度矢量传感器的方式。我们采用的是把电机加入搜索电压后产生的定子电流通过矢量分解，取出转矩电流分量，借观测转矩电流分量间接观测转子频率来实现。当定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时，电机转子速度既为同步转速。此时，转矩电流分量理论上应等于零。但实际终在电机转子频率的搜索过程中，旋转磁场角频率是变化的。而矢量变换分解转矩电流的变换关系式是对某一角频率而言的，频率搜索时变化补偿也不可能无穷小，所以应按转矩电流分量“接近于零”搜索。即按转矩电流分量来“搜索”，给定一个最小转矩电流比较值。因为电机定子旋转磁场速度低于电机定子速度时，电动机处于发电状态，电机转子将向定子侧反送能量给变频器电容充电，使变频器电容电压泵升过压，故搜索频率过程必须从高于电机转子频率起。在变频器飞车启动电机的过程中，可以看到，启动后变频器的实际频率为50Hz，迅速下降，并处于运行未接通状态，到某一频率时接通，此时即为变频器已经搜索到电机实际运行频率，并控制电机运行。在某些情况下，电机转子自由旋转转向可能与正常运行方向相反，变频器还需要有双向搜索功能，当按正常方向的50Hz起一直到0Hz都搜索不到最小转矩电流，则启动反向搜索过程，搜索到电机转子频率后，先降速到0Hz再正向加速到给定频率。
在搜索过程中从高于电机转子的频率（50Hz）起，如果直接按V/F曲线间输出满度电压，类似于“全压直接启动”，电流与转矩冲击极大。因此电压取低于满度电压的电压输出，搜索成功后再使电压慢慢回升到此频率下的满度电压。即弱化电压限制电流与转矩冲击。具有上述飞车启动功能后，使得高压掉电再起动功能的实现成为可能。
3.飞车启动功能针对大功率高压变频器、变频转工频、工频转变频的场合，一般低速场合不需要。
4.HIVERT通用高压变频器是北京合康亿盛科技有限公司自主研发和生产的高压（同、异步）交流电机调速装置。变频器采用功率单元串联叠波技术，技术成熟、器件可靠；自主开发的空间矢量控制正弦波PWM调制技术，精度高，响应快，性能优越； LCD全中英操作界面，运行参数一目了然，更符合中国人的使用习惯；功率单元模块化设计，维护方便；输入电压范围宽广，更适合中国电网；输出电压具备AVR（自动调整）及0Hz输出功能，防止高电压损坏电机绝缘启动力矩大，适合启动力矩高负载；转速（飞车）启动和瞬时停电功能，适用于可靠性和连续性要求更高的工况；对电网无谐波污染，功率因数高。
HIVERT通用高压变频器电源输入、输出符合最严格的IEEE std 519-1992和GB/T14549-1993标准，无需单独安装输入滤波器，为用户节省谐波治理费用；系统功率因数高，无需功率因数补偿装置，可有效减少无功输入，降低输入容量，减少用户电网增容费用
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