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载能力都只有150%，允许持续时间为1 min。因此变频器的过电流保护就显得尤为重要。

    产生过电流的原因较多，大致可分为以下两种：一种就是在加、减速过程中，由于加减速时间设置过短而产生的过电流；另一种是在恒速运行时，由于负载或变频器的工作异常而引起的过电流，如电动机遇到了冲击、变频器输出短路等。

    在大多数的拖动系统中，由于负载的变动，短时间的过电流是不可避免的。为了避免频繁跳闸给生产带来的不便，一般的变频器都设置了失速防止功能（即防止跳闸功能），只有在该功能不能消除过电流或过电流峰值过大时，变频器才会跳闸，停止输出。

    可以对变频器失速防止功能进行设置来限制过电流，用户根据电动机的额定电流IMN和负载的情况，给定一个电流限值Iset，（通常该电流给定为150% IMN）。

    如果过电流发生在加、减速过程中，当电流**过Iset时，变频器暂停加减速（即维持fx不变），待过电流消失后再进行加、减速，如图7-15所示。

    如果过电流发生在恒速运行时，变频器会适当降低其输出频率，待过电流消失后再使输出频率返回原来的值，如图7-16所示。

当变频器出现故障或电动机需要长期在工频频率下运行时，需要将电动机切换到工频电源下运行。变频器和工频电源的切换有手动和自动两种，这两种切换方式都需要配加外电路。

    如果采用手动切换，只需要在适当的时候用人工来完成，控制电路比较简单。如果采用自动切换方式，除控制电路比较复杂外，还需要对变频器进行参数预置。大多数变频器常有下面两项选择：

    1)报警时的工频电源/变频器切换选择。

    2)自动变频器/工频电源切换选择。

    用户只需在上面两个选项中选择“用”，那么当变频器出现故障报警或由变频器起动的电动机运行到达工频频率后，变频器的控制电路会使电动机自动脱离变频器，改由工频电源为电动机供电。

   当变频器的配套电动机符合变频器说明书的使用要求时，用户只需要输入电动机的较数、额定电压等参数，变频器就可以在自己的存储器中找到该类电动机的相关参数。当选用的变频器和电动机不配套时（诸如电动机型号不配套），变频器往往不能准确地得到电动机的参数。

    在采用开环U/f控制时，这种矛盾并不**；而选择矢量控制功能时，系统的控制是以电动机参数为依据的，此时电动机参数的准确性就显得非常重要。为了提高矢量控制的效果，很多变频器都提供了电动机参数的自动调整功能，对电动机的参数进行测试。

    测试时，首先将变频器和配套电动机按要求接线，然后按以下步骤操作：

    1)选择矢量控制。

    2)输入电动机额定值，如额定电压、电流、频率等。

    3)选择自动调整的方式为“用”或“不用”。

    通过上面选择，将变频器通入电源后空转一会儿；也有的变频器需先后对电动机实施加速、减速、停止等操作，从而将电动机的定子、转子电阻、电感等参数计算出来并自动保存。

    自动电压调整功能，很多变频器根据其英文缩写也称作AVR功能。变频器的输出电压会随着输入电压的变化而变化，如果输入电压下降，会引起变频器的输出电压也下降。那么就会影响电动机的带负载能力，而这种影响是不可控制的。若选择了AVR功能有效，遇到这种情况，变频器就会适当提高其输出电压，以**电动机的带负载能力不变。

 PID控制是闭环控制中的一种常见形式。反馈信号取自拖动系统的输出端，当输出量偏离所要求的给定值时，反馈信号成比例地变化。在输入端，给定信号与反馈信号相比较，存在一个偏差值。对该偏差值，经过PID调节，变频器通过改变输出频率，*、准确地消除拖动系统的偏差，回复到给定值，振荡和误差都比较小。

    图7-13所示为PID调节的恒压供水系统示意图，供水系统的实际压力由压力传感器转换成电量（电压或电流），反馈到PID调节器的输入端（即xf），下面以该系统为例介绍PID调节功能。

PID调节的恒压供水系统示意图

    图7-13    PID调节的恒压供水系统示意图

    (1)比较与判断功能

    首先为PID调节器给定一个电信号xt，该给定电信号对应着系统的给定压力pp，当压力传感器将供水系统的实际压力px转变成电信号（即xf），送回PID调节器的输入端时，调节器首先将它与压力给定电信号xt相比较，得到的偏差信号为△x，即：

    △x=xt-xf

    △x >0：给定值大于供水压力，在这种情况下，水泵应升速。△x越大，水泵的升速幅度越大。

    △x <0：给定值小于供水压力，在这种情况下，水泵应降速。|△x|越大，水泵的降速幅度越大。

    如果△x的值很小，可能反应就不够灵敏。另外，不管控制系统的动态响应多么好也不可能完全消除静差。这里的静差是指△x的值不可能完全降到0，而始终有一个很小的差值存在，从而使控制系统出现了误差。

    为了增大控制的灵敏度，引入了P功能。

    (2)P（比例）功能

    P功能就是将△x的值按比例进行放大（放大P倍），这样尽管△x的值很小，经放大后再来调整水泵的转速也会比较准确而*。放大后，△x的值大大增加，静差s在△x中占的比例也相对减少，从而使控制的灵敏度增大，误差减小。

    那么P值的大小对控制系统有何影响呢？如果P值设得过大，△x的值变得很大，供水系统的实际压力px调整到给定值pp的速度必定很快。但由于拖动系统的惯性原因，很*发生px>pp的情况，这种现象称为**调。于是控制又必须反方向调节，这样就会使系统的实际压力在给定值（恒压值）pp附近来回振荡，如图7-14(b)所示。

    分析产生振荡现象的原因：主要是加、减速过程都太快的缘故，为了缓解因P功能给定过大而引起的**调振荡，可以引入I功能。

    (3)I（积分）功能

    I功能就是对偏差信号△x积分后再输出，其作用是延长加速和减速的时间，以缓解因P（比例）功能设置过大而引起的**调。P功能与I功能结合，就是PI功能，图7-14(c)就是经PI调节后供水系统实际压力px的变化波形。

    从图中看，尽管增加I功能后使得**调减少，避免了供水系统的压力振荡，但是也延长了供水压力重新回到给定值pp的时间。为了克服上述缺陷，又增加了D功能。

    (4)D（微分）功能

    D功能就是对偏差信号△x取微分后再输出。也就是说，当供水压力px刚开始下降时，dpx/dt较大，此时△x的变化率较大，D输出也就较大。此时水泵的转速会突然增大一下。随着水泵转速的逐渐升高，供水压力会逐渐恢复，dPx/dt会逐渐减小，D的输出会*衰减，供水系统又呈现PI调节。图7-14(d)所示即为PID调节后，供水压力px的变化情况。

    变频调速时，减速是通过逐步降低给定频率来实现的。由于在频率下降的过程中，电动机将处于再生制动状态。如果拖动系统的惯性较大，频率下降又很快，电动机将处于强烈的再生制动状态，从而产生过电流和过电压，使变频器跳闸。为避免上述情况的发生，可以在减速时间和减速方式上进行合理的选择。

    减速时间是指变频器的输出频率从基本频率fb减至0 Hz所需的时间。减速时间的给定方法同加速时间一样，其值的大小主要考虑系统的惯性。惯性越大，减速时间也越长。一般情况下，加、减速选择同样的时间。

    减速模式设置与加速模式相似，也要根据负载情况而定，减速曲线也有线性和S形、半S形等几种方式。

   该类变频器使用GTO作为功率输出器件。由于GTO本身可以通过门较控制关断，从而可引入PWM控制技术，简化控制电路。其主电路如图6-6所示。

GTO电流型变频器的主电路

    图6-6    GTO电流型变频器的主电路

    图6-6电路中，变压器二次绕组采用Y和△不同联结组别，是为了获得互差60°的六相电压，既可以减少整流后的电压纹波，也可以降低电网的谐波。整流部分采用SCR器件，逆变部分采用了可关断晶闸管GTO，开关频率为180 Hz。电路可以说是电流源和PWM技术的结合（简称“CSI - PWM技术”）。由于采用脉宽调制方式，输出谐波降低，滤波器可大大减小，但不能省去。实际使用中常加电容滤波器，为防止电容与电动机的电感在换向过程中产生谐振，其数值需仔细选择。

    GTO器件目前实用水平为6000 V/6000 A。采用器件串联方式，变频器容量可达5000 kW以上，且谐波问题比较*解决。因此，GTO电流型变频器可以说是SCR方式的改进。

    但将GTO器件用作中压变频器仍有需要改进的地方，主要是：

    1)受耗散功率的限制，GTO的开关频率较低，一般为200 Hz左右。

    2) GTO的通态压降为2.5～4 V，**晶闸管的压降(1.5~2 V)，因此效率较低。

    3)对GTO的门较驱动，除了要提供与晶闸管一样的导通脉冲外，还要提供峰值为阳极电流1/5到1/3的反向关断电流，故其驱动电路的功率高达晶闸管驱动电路的10倍。

  假设电流是连续的，不考虑重叠角。当t=0时，正组①的3只晶闸管同时获得控制角α=60°的工作指令。晶闸管1符合导通条件，负载上出现uu的一段，延续时间是120°。当ωt=120°时，晶闸管5导通，输出的电压为uv片段。当晶闸管5被触发导通后，晶闸管1受到线电压uwu的封锁作用，阴极电位**阳极电位，晶闸管1被关断。这就是电源侧的自然换相。

    由于电路中采用了限环流电感，可以将换组指令的内容规定为：封锁发往组①的触发脉冲；开放发往组④的触发脉冲。当ωt=300°时，假定根据输出频率的要求，此时ω0t=180°，需要发出换组指令。于是，晶闸管5继续导通，晶闸管6获得触发脉冲列。在线电压uwv的作用下，晶闸管6导通，形成环流。图5-9所示为组①和组④的输出电压波形，组①输出电压片段uw，组④输出电压片段uy。图5-10所示为换组时的等效电路。

电流连续时换组触发得到的电压波形

    图5-9    电流连续时换组触发得到的电压波形

    电网角频率ω是固定的，而输出电压的角频率ω0是任意值，所以换组时间是随比值ω/ω0的变化而变化的。由图5-9可见，如果在ωt=240°时发出换组指令，换组时间将延续120°电角度，此值为较长。当比值不是整数时，例如等于1. 83，从负组换到正组的换组时间是60°，而从正组换到负组的时间是30°，相差一倍。电网电压和输出电压之间并无同步关系，所以换组指令何时出现是随机的。图5-9中，换组指令是从ωt=0°开始的。

    交-交变频电路根据其输出电压的波形，可以分为矩形波型及正弦波型两种。

    图5-7所示为由18只晶闸管组成的三相变三相有环流、三相零式交-交变频。这是一种比较简单的三相交-交变频电路。电路中，每一相由两个三相零式整流器组成，提供正向电流的是共阴极组①、③、⑤；提供反向电流的是共阳极组②、④、⑥。为了限制环流，采用了限环流电感L。

三相零式交-交变频电路

    图5-7    三相零式交-交变频电路

    由于采用了中性线结构，各相彼此独立。假设负载是纯电阻性，电流波形与电压波形完全一致，因此可以只分析输出电压波形。这里以U相为例进行分析，其他两相只是和U相相位差120°。

    假设三相电源电压uu、uv、uw完全对称。当给定一个恒定的触发控制角α时，例如，α=90°，得正组①的输出电压波形如图5-8所示。在t=t1时，接入u相的晶闸管1得到触发脉冲满足导通条件，uu输出。晶闸管1导电角60°，当uu过零时，晶闸管1关断。当t=t2时，接入v相的晶闸管3得到触发脉冲满足导通条件，uv输出。t=t3时，接入w相的晶闸管5得到触发脉冲满足导通条件，uw输出。晶闸管5导电角60°，当uw过零时，晶闸管5关断。而当t=t4时，发出换相指令，组④的3只晶闸管获得触发角等于90°的工作指令，组①的触发脉冲被封锁掉，组①退出工作状态。如触发脉冲是脉冲列，或是触发脉冲的宽度为120°，则t=t4时，晶闸管6符合导通条件，负载上出现导电角为30°的uy片段。t=t5时，晶闸管2导通，输出60°的uz片段，依此类推。

  图5-6所示是输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图。3组单相交-交变频电路的输出端是星形联结，电动机的3个绕组也是星形联结，电动机的中性点和变频器的中性点接在一起，电动机要引出6根线。因为3组单相交-交变频电路的输出端连接在一起，其电源进线就必须隔离，因此3组单相交-交变频电路分别用3个变压器供电。

输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图

    图5-6    输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图

    若电动机的中性点不和变频器的中性点接在一起，电动机只引出3根线即可。由于变频器输出端中性点不和负载中性点相连接，所以在构成三相变频电路的6组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的4个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。和整流电路一样，同一组桥内的两只晶闸管靠双触发脉冲**同时导通。而两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以**同时导通。

    交-交变频电路的优点是：只用一次变流，效率较高；可方便地使电动机实现四象限工作；低频输出波形接近正弦波。缺点是：接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交-交变频电路至少要用36只晶闸管；受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低；输入电流谐波含量大，频谱复杂。

    由于以上优缺点，交-交变频电路主要用于1000 kW以下的大容量、低转速的交流调速电路中。既可用于异步电动机传动，也可用于同步电动机传动。

三相输出交-交变频电路主要应用于大功率交流电动机调速系统，三相输出交-交变频电路是由三组输出电压相位各差120°的单相交-交变频电路组成的，所以其控制原理与单相交-交变频电路相同。下面艾特贸易小编简单介绍一下三相交-交变频电路接线方式。

    图5-5所示是公共交流母线进线方式的三相交-交变频电路简图。它由3组彼此独立的、输出电压相位相互错开120°的单相交-交变频电路构成，它们的电源进线接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以3组单相交-交变频电路的输出端必须隔离。为此需将异步电动机的3个绕组的首尾端都引出，共6根线。这种电路主要用于中等容量的交流调速系统。