油田注水泵新控制方法
一、前言
我公司业内高级工程师根据多年的工作经验和油田的工艺过程，以及油田注水的特别要求精心研制出了油田注水专用全自动化全数字式变频无级调速器。通过改变频率,控制电动机转速,实现不同的注水量.
二、技术特点
本产品为全自动化运行，操作简便。
全数字式变频无级调速器。0—--50Hz 为恒转距输出,
50Hz以上 为恒功率输出
采用世界先进的IGBT功率模块，输入电压范围容许额定电压的20%上下波动，适合油田这种电压波动大的场所。变频器内置PI调节器和PLC，使注水泵很容易形成开环系统便于控制和维护。
三、节能特性
由于水泵系统设计的裕度系数过大，同时单机造型向上靠档，宁大勿小，最终造成系统负荷转轻，多数水泵都要靠闸阀来节流，人为地增加管网阻力以减少流量，因此阻力损失相当增加，而此时水泵的特性曲线不变，叶片转速不变，系统输入功率并无多大减少，所以当流量变化时，会浪费大量的电能，另外，在节流调节方式中，电动机、水泵等长期处于高速、大负载下运行，造成维护工作量大、设备寿命低，并且运行现场噪声大，影响环境，采用变频器通过调节转速来调节流量，其功率(耗电量)与转速3次方成正比，节能效果非常明显。
四、实施方案
1、框图
2、柜体面板说明
采用一台变频器控制1台电动机，最大电动机的功率为变频器功率93KW
3、控制过程：
利用变频器的多段速度功能来是实现井口不同压力的情况，控制电动机转速注入所要求不同的水量。
通过出口压力变送器采集到的压力信号转化为4-20mA电流信号 , 送到PLC微处理器,经过计算,转换,比较.在0-25Mpa,25-30Mpa,30-35Mpa,35-42Mpa,42Mpa- +∞ ,5段不同压力值分别对应发出5个开关信号(0001，0010，0011，0100，0101，0110)给变频器,按在不同开关信号下设定的不同频率，使电动机在工作在不同转速.此而保证在不同压力下完成不同的供水量.
针对不同的油井，我们最多能实现16种不同的速度。具有强大的实用性。
4、工作原理：
在二次控制线路上,由压力变送器,PLC,以开关信号形式从变频器的S1,S2,S3,S4多端速度端子输入，实行闭环控制。变频器的启动和停止由FUN、FWD、COM端子组成三线式运转模式且为双工控的逻辑启停。FM和GND接出0-10V直流电压表以观察变频器的输出频率。A，C接入闪光报警器，一旦变频器出现故障及时报警。
五、EX系列标准规范
|
项 目 |
规 范 | ||||||||||||||
|
额定电压 |
三相220V、380V、660V | ||||||||||||||
|
输
出 |
功率（kW） |
0.4 |
0.75 |
1.5 |
2.2 |
4 |
25.5 |
7.5 |
11 |
15 |
18.5 |
22 |
30 | ||
|
额定电流（A） |
220V |
2.4 |
4.5 |
7 |
11 |
18 |
22 |
30 |
42 |
55 |
70 |
80 |
110 | ||
|
380V |
2.5 |
4 |
6 |
9 |
13 |
17 |
25 |
32 |
38 |
45 |
60 | ||||
|
660V |
5.5 |
7.5 |
9 |
15 |
18 |
22 |
28 |
35 | |||||||
|
功率（kW） |
37 |
45 |
55 |
75 |
93 |
110 |
132 |
160 |
200 |
220 |
250 |
280 | |||
|
额定电流（A） |
220V |
145 |
180 |
215 |
285 |
350 |
415 |
||||||||
|
380V |
75 |
90 |
110 |
150 |
170 |
210 |
250 |
300 |
380 |
420 |
480 |
540 | |||
|
660V |
45 |
52 |
63 |
86 |
98 |
121 |
150 |
175 |
218 |
240 |
270 |
300 | |||
|
定额 |
100%连续 | ||||||||||||||
|
最大过载电流 |
150% 1分钟，180% 0.2秒 | ||||||||||||||
|
电源 |
额定输入电压 |
单相220V，三相220V、380V、660V±20%，50～60Hz±5% | |||||||||||||
|
控
制
及
运
行 |
输出电压自动调整 |
AVR功能有效时，在输入电压变动的情况下，输出电压基本不变，保持恒定V/f值 | |||||||||||||
|
控制方式 |
空间矢量控制的正弦波PWM | ||||||||||||||
|
频率控制范围 |
0～400Hz | ||||||||||||||
|
输出频率精度 |
最大频率值的±0.5% | ||||||||||||||
|
输出频率分辨率 |
0.1Hz | ||||||||||||||
|
电压/频率特性 |
额定电压30%～100%可调，基频50Hz可调 | ||||||||||||||
|
转矩提升 |
21种方式可选 | ||||||||||||||
|
加、减速特性 |
0.2秒～3200秒（程序运行可达32000秒） | ||||||||||||||
|
制动转矩 |
22KW以内>20%，30KW以上>15% | ||||||||||||||
|
频率设定输入 |
键盘、键盘电位器、0～5V、0～10V、4～20mA，以及相互之间组合、内置PI调节器 | ||||||||||||||
|
输入指令信号 |
运转、正/反转、点动、多段速度、多段加减速时间、自由停车、上升/下降控制、复位、电压/电流信号输入切换，外部故障，端子屏蔽 | ||||||||||||||
|
标准功能 |
电流限幅、转矩提升、转速追踪、直流制动、自由停车再超动多步速度、频率上下限限制、偏置频率、频率增益、载波频率调整、加减速模式可调、频率表输出、电流表输出、多段速度、程序运行，PI调节器，简易PLC，比例连动，远距离控制 | ||||||||||||||
|
保护功能 |
过压、欠压、过流、电流限幅、过热，电子热过载继电器、过压失速、数据保护，外部故障 | ||||||||||||||
|
外部输出信号 |
故障继电器信号
三路可编程开路集电极输出
两路模拟输出信号：DC 0～5V或0～1mA | ||||||||||||||
|
显
示 |
键盘 |
参数设定 |
功能代码、数据、状态 | ||||||||||||
|
运行显示 | |||||||||||||||
|
故障显示 | |||||||||||||||
|
使
用
条
件 |
安装场所 |
室内，海拔不高于3000米，无尘，无腐蚀性气体、无日光直射 | |||||||||||||
|
适用环境 |
-30℃～+50℃，20%～90%PH（无凝露） | ||||||||||||||
|
振动 |
小于0.5g | ||||||||||||||
|
储存方式 |
-50℃～+65℃ | ||||||||||||||
|
安装方式 |
柜式 | ||||||||||||||
|
防护等级 |
IP40 | ||||||||||||||
|
冷却方式 |
0.75KW及以下为封闭自冷，其它为强迫风冷 | ||||||||||||||
六、操作说明
A、启动
1. 合上控制柜内的空气开关，点亮变频器的LED，此时系统处于待操作状态。
2. 按下控制柜门上的绿色启动按钮，系统开始自动工作。
B、停机
1. 按下控制柜门上的红色停止按钮，系统停止工作此时变频器自动记忆并保持设定的运行参数。
2. 关闭控制柜内的空气开关。
C、参数设定
1. 将井口压力分为要求的若干不同的压力段。
2. 将PLC的内置地址也分为相应多的段.并对应设定一个开关信号。
3. 将PLC接收到的4—20mA连续电流信号和内置地址中的A/D进行比较, 判断对应后并从该地址中
发出开关信号。
4. 将变频器的多段速度端子进行设定
开关信号 地址 频率/转速
0001 35 0Hz
0010 36 10Hz
0011 37 20Hz
0100 38 30Hz
0101 39 40Hz
0110 40 50Hz
0111 41 Hz
1000
1001
……
七、运行监控
系统运行时，按
LED依次显示：
|
00 |
输出频率 |
当前的运行频率 |
|
01 |
参考频率 |
当前的设定频率 |
|
02 |
输出电流 |
当前输出电流的有效值的标么值 |
|
03 |
输出电压 |
当前输出电压的有效值的标么值 |
|
04 |
机械速度 |
功能代码“00”与“69”的乘积 |
|
05 |
OL计数 |
当前过载率 |
|
06 |
模块温度/运行段数 |
IGBT温度(15kW及以上无效)
程序运行时的当前运行段数、状态 |
|
07 |
直流电压/运行时间 |
当前直流母线平均电压
程序运行时的当前运行时间 |
|
08 |
PI调节器给定值 |
PI调节器给定值 |
|
09 |
PI调节器反馈值 |
PI调节器反馈值 |
八、键盘显示与管理功能表
A、功能代码
|
参 数 设 定 | |||
|
功能代码 |
功能名称 |
设定及指示数据 |
出厂值 |
|
01 |
参考频率 |
0.0—400.0Hz |
50.0 |
|
10 |
控制方式 |
0：键盘 1：端子 |
0 |
|
11 |
频率给定选择 |
0：键盘数字设定 1：模拟输入
2：程序运行 3：摆频运行
4：PI调节器 5：上升/下降控制1
6：上升/下降控制2 |
1 |
|
12 |
输入模拟量选择 |
0：键盘电位器 1：0-5V
2：0～10V 3：4 –20mA
4：0+1 5：0+2
6：0+3 7：1+2
8：0+3 9：2+3
10：0/3切换 11：1/3切换
12：2/3切换 |
0 |
|
13 |
最大频率 |
50.0—400.0 Hz |
50.0 |
|
14 |
基准频率 |
50.0—400.0 Hz |
50.0 |
|
15 |
输出电压 |
30—100% |
100 |
|
16 |
上限频率 |
0.5—400.0 Hz |
50.0 |
|
17 |
下限频率 |
0.0—400.0 Hz |
0.0 |
|
18 |
模拟量偏置1(键盘电位器) |
0.0—100.0% |
0 |
|
19 |
模拟量增益1 |
0—200% |
100 |
|
20 |
模拟量偏置2(VA：0-5V输入) |
0.0—100.0% |
0.0 |
|
21 |
模拟量增益2 |
0—200% |
100 |
|
22 |
模拟量偏置3(VB：0-10V输入) |
0.0—100.0% |
0.0 |
|
23 |
模拟量增益3 |
0—200% |
100 |
|
24 |
模拟量偏置4(IS：4-20m A) |
0.0—100.0% |
0.0 |
|
25 |
模拟量增益4 |
0—200% |
100 |
|
26 |
转矩提升 |
0—20 |
1 |
|
27 |
电子热过载水平 |
50—100% |
100 |
|
28 |
直流制动起动频率 |
0.0—60.0 Hz |
0.0 |
|
29 |
直流制动电压 |
0.0—10.0% |
5.0 |
|
30 |
直流制动时间 |
0.0—60.0秒 |
0.5 |
|
31 |
加速时间1 |
0.2—3200.0秒 |
10.0 |
|
32 |
减速时间1 |
0.2—3200.0秒 |
10.0 |
|
33 |
加速时间2 |
0.2—3200.0秒 |
10.0 |
|
34 |
减速时间2 |
0.2—3200.0秒 |
10.0 |
|
35 |
多段速度设定1 |
0.5—400.0 Hz |
5.0 |
|
36 |
多段速度设定2 |
0.5—400.0 Hz |
10.0 |
|
37 |
多段速度设定3 |
0.5—400.0 Hz |
20.0 |
|
38 |
多段速度设定4 |
0.5—400.0 Hz |
30.0 |
|
39 |
多段速度设定5 |
0.5—400.0 Hz |
40.0 |
|
40 |
多段速度设定6 |
0.5—400.0 Hz |
45.0 |
|
41 |
多段速度设定7 |
0.5—400.0 Hz |
50.0 |
|
42 |
多段速度设定8 |
0.5—400.0 Hz |
5.0 |
|
43 |
多段速度设定9 |
0.5—400.0 Hz |
10.0 |
|
44 |
多段速度设定10 |
0.5—400.0 Hz |
20.0 |
|
45 |
多段速度设定11 |
0.5—400.0 Hz |
30.0 |
|
46 |
多段速度设定12 |
0.5—400.0 Hz |
40.0 |
|
47 |
多段速度设定13 |
0.5—400.0 Hz |
50.0 |
|
48 |
多段速度设定14
/上行频率水平检测 |
0.5—400.0 Hz |
40.0 |
|
49 |
多段速度设定15
/下行频率水平检测 |
0.5—400.0 Hz |
30.0 |
|
65 |
载波频率调整 |
0.5—12.0kHz |
3.0 |
|
66 |
频率等效范围 |
0.0—5.0Hz |
2.5 |
|
67 |
模拟输入滤波系数 |
0—99% |
0 |
|
68 |
电流限幅动作水平 |
80—160% |
150 |
|
69 |
机械速度系数 |
0.0—200.0 |
30 |
|
70 |
加速/减速模式 |
0：线性 1：S曲线 2：L曲线 |
0 |
|
71 |
参数设定方式选择 |
0：手动设定 1：恢复出厂值
2：参数锁定 3：故障查询 |
0 |
|
72 |
PST端子功能定义 |
0：nuLL无定义
1：rSE复位
2：FjoG正转点动
3：rJoG反转点动
4：S1多段速度运行1
5：S2多希速度运行2
6：S3多段速度运行3
7：S4多段速度运行4
8：2加/减速时间2
9：FrE自由停车(紧急制动)
10：-PrG程序运行时不记忆
11：-P1 PI调节器切换
12：EH外部故障输入
13：U-1电压/电流切换
14：uP上升控制
15：doun下降控制 |
|
|
73 |
FRE端子功能定义 |
||
|
74 |
S1 端子功能定义 |
||
|
75 |
S2 端子功能定义 |
||
|
76 |
S3 端子功能定义 |
||
|
77 |
S4 端子功能定义 |
||
|
78 |
输出端子Y1功能选择 |
0：RUN 1：FAR 2：FDTH
3：FDTL 4：UL 5：CL
6：OL 7：程序运行步数 |
0 |
|
79 |
输出端子Y2功能选择 |
1 | |
|
80 |
输出端子Y3功能选择 |
2 | |
|
81 |
模拟输出FM选择 |
0：频率 1：电流 2：PI给定
3：PI反馈 4：不用 |
0 |
|
82 |
模拟输出AM选择 |
1 | |
|
83 |
FM满量程调整 |
50.0—200.0% |
100.0 |
|
84 |
AM满量程调整 |
100.0 | |
|
92 |
内部保留 |
0—99% |
0 |
|
93 |
反转禁止功能 |
0：允许反转 1：禁止反转 |
0 |
|
94 |
AVR功能 |
0：无效 1：有效 |
0 |
|
95 |
转速追踪功能 |
0：无效 1：有效 |
0 |
|
96 |
电流限幅功能 |
0：无效 1：有效 |
0 |
|
97 |
过电压保护功能 |
0：回生制动 1： 减速制动 |
1 |
|
98 |
停车方式选择 |
0：减速停车 1：自由停车 |
0 |
|
99 |
回生过电压处理方式 |
0：减速有效 1：运行有效 |
0 |
|
故 障 状 态 显 示 | |||
|
F0 |
故障信息 |
指示当前故障的显示代码 |
Hz |
|
F1 |
故障时的输出频率 |
指示数据 |
Hz |
|
F2 |
故障时的设定频率 |
% | |
|
F3 |
故障时的输出电流 |
||
|
F4 |
故障时的运行状态1 |
运行方向，正/反向：For/rEu |
|
|
F5 |
故障时的运行状态2 |
加速/减速/稳态运行状态：
Rcc/dEc/con |
|
|
F6 |
故障时的运行状态3 |
电流限幅/过压失速状态： |
|
|
F7 |
故障存储1 |
指示历史故障的显示代码 |
|
|
F8 |
故障存储2 |
||
|
F9 |
故障存储3 |
||
B、变频器键盘的布局
C、键盘功能说明
当功能代码10的值为0时，变频器的运行/停车由键盘控制。在按下该键并释放时，发出运行指令，变频器按设定的加速时间加速运行。
用键盘运行时，按下该键，变频器立即发出停机指令，变频器按设定的减速时间减速停机。
在故障状态，用该键进行故障复位(也可用端子RST进行故障复位)。按下该键即可退出故障状态(若故障未排除，则不能退出)。
在参数设定状态，该键尚可为参数设定提供方便，当FUN指示灯点亮时，按该键可以实现当前功能代码与功能代码F10之间相互转换。例如：当前功能代码为71，按一次该键，则功能代码变为10，再按一次该键，则功能代码以变为71。
当FUN指示灯熄灭时，按该键，放弃当前修改的参数，恢复修改前的数值，同时将FUN指示灯点亮。
在参数设定状态，根据FUN指示灯状态，对功能代码或功能内容进行加减操作。此二键具有积分功能。即按键之初响应较慢，然后才变快，便于数值定位。
在频率给定方式不是模拟设定时，不管当前监视功能代码是什么，按此二键之一将直接把监视功能代码修改为01，并修改当前的频率给定值(模拟给定时无效)，释放该按键后，将修改后的频率给定值保存(即使断电仍不丢失)，同时恢复原监视功能代码。
在故障状态，该二键用于查询故障
在参数设定状态，该键用于改FUN指示灯的状态，从而改变▲▼两键的操作对象。
在运行状态，该键用于改变当彰监视功能代码，相当于▲键。
在参数设定状态，FUN指示灯点亮时无效。FUN指示灯熄灭时，该键用于保存当前修改过的参数。
在运行状态，该键用于改变当前监视功能代码，相当于▼键。
D、多段速度
多段速度由外部端子的状态决定。由功能代码72――77定义任意端子为多段速度控制端子51、52、53、54，可重复定义，也可部分定义(未定义时视为OFF状态)。最大可实现15段外部速度。
在多段速度运行时，用户可以用键盘▲▼键对当前运行的频率进行调整，但调整后的频率，在停机或断电后不保存。
多段速度优先级高于键盘给定或模拟给定。故当S1=S2=S3=S4=OFF时，频率缎带定方式由功能代码11选择，运行频率由键盘给定或模拟给定，因而，实际最多可选择16段速度运行。
多段速度运行时的起动/停机由控制方式选择功能代码10决定，可选择键盘或端子指令。
只有在变频器接通电后，系统处于待工作状态时，才能修改变频器的内部参数
E、参数修改步骤
1. 由增减
5. 指示灯闪烁三下表示修改完毕。
九、保护功能
1、 故障显示及其内容
在运行过程中，如果发生异常，则变频器立即封锁PWM输出，进入故障保护状态。由闪烁显示的功能代码F0，及故障代码参数，指示当前故障信息。故障指示灯TRIP闪烁。
故障发生的工况(如输出频率、设定频率、输出电流、运行方向、运行状态等)，以及最近发生的三次故障内容，分别由功能代码F1―F9指示，可通过▲ ▼键进行查询，如下图所示。
|
故障信息代码 |
显示内容 |
实际内容 |
|
F0 |
当前故障代码 |
闪烁显示 |
|
F1 |
数据（同时提示单位） |
故障时的输出频率 |
|
F2 |
故障时的设定频率 | |
|
F3 |
故障时的输出电流 | |
|
F4 |
For/rEu |
运行方向：
For正向
rEu反向 |
|
F5 |
Rcc/dEc/con |
运行状态：
Rcc加速
dEc减速
con稳态 |
|
F6 |
Cl/UL |
失速保护：
Cl电流限幅
UL过电压失速 |
|
F7 |
故障代码 |
前第一次故障 |
|
F8 |
前第二次故障 | |
|
F9 |
前第三次故障 |
2、 故障发生后的故障查询
不论是否发生故障，只要变频器工作在参数设定状态，就可通过功能代码71设定4，进入故障查询状态，其全部内容见上表。
在此状态下所查询的当前故障F0及其故障信息F1～F6，实际就是最后一次故障的诊断结果。
3、 保护功能动作时的退出
在故障查询状态下，下列任何一种操作均可使保护功能复原：
1.按键盘STOP/RESET键。
2.将端子RST与端子COM接通后再释放。
3.关闭电源。
4、故障内容及保护措施
|
故障代码 |
故障内容 |
措 施 |
|
OC |
过流 |
1、 试调整加减速时间
2、 试调整转转矩提升曲线
3、 减小负荷变动
4、 驱动电路异常，请委托经销商检查 |
|
OU |
过压 |
1、 将减速时间拉长
2、 若安装有制动单元，将功能代码97的值设定为0 |
|
LU |
欠压（运行中） |
1、 输入电压低落
2、 请检查电源输入部分的布线 |
|
OH |
过热 |
1、 检查环境温度是否过高
2、 检查变频器周围空间是否过小
3、 检查冷却风扇是否不运转 |
|
OL |
过载 |
1、 负载过重，应减轻负载
2、 V/f特性曲线或转矩提升设定不当
3、 更换大一个规格的变频器 |
|
EH |
外部故障 |
1、 外部设备故障，请检查与输入端子相连的外部设备
2、 检查输入端子的定义是否有误 |
|
PO |
欠压（上电时） |
输入电源电压不足，充电继电器不动作 |
|
Err1 |
EEPROM读写错误 |
1、重新上电，或复位
2、该现象重复时，请委托经销商检查 |
|
Err2 |
CPU故障 |
1、 检查电源是否正常
2、 控制板异常，请委托经销商检查 |
|
Err3 |
参数错误 |
1、 CPU故障
2、 摆频运行时，偏差频率大于5Hz |
4、 常见异常现象及对策
常见异常现象的分析判断和对策参考下表：
|
异常现象 |
可能的原因和对策 | |
|
电
机
不
转 |
键盘无显示 |
检查是否停电，输入电源是否缺相，输入电源线是否接错 |
|
键盘无显示，但机内充电指示灯亮 |
检查与键盘相关的接线、插座等是否存在问题
测量机内各控制电源电压，以此确认开关电源是否正常工作
若开关电源工作不正常，检查开关电源进线（P＋、N－）
插座是否接好，起振电阻是否损坏或稳压管是否正常 | |
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PN端子无电压或电压偏低 |
检查充电回路 | |
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电机有嗡嗡声 |
电机负载太重，设法降低 | |
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未发现异常 |
确认是否处于跳闸状态或跳闸后没有复位，是否处于掉电再起动状态，键盘是否重新设定过，是否进入程序运行状态、多段速度运行状态、特定的运行状态或非运行状态。
可试用恢复出厂值的办法 | |
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确认运行指令是否给出 | ||
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检查运转频率是否设定为0 | ||
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电机不能顺利加减速 |
加减速时间设定的不合适 | |
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电流限幅值设定的太小 | ||
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减速时过电压保护动作 | ||
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载波频率设定的不合适，负载过重或出现振荡 | ||
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电机虽能旋转但不能调速 |
频率上下限设定不合适 | |
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频率设定偏低，或频率增益设定的太小 | ||
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检查使用的调速方式是否与设定的频率给定相吻合 | ||
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检查负载是否过重，是否处于失速状态 | ||
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电机在运转中转速变动 |
负载过重或过轻，尽量减小其变化 | |
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变频器与电机额定值严重不符 | ||
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频率设定电位器接触不良 | ||
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电机的旋转方向相反 |
调整输出端子U、V、W的相序 | |
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电机的转速太高或过低 |
V/F特性选择不当 | |
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V/F特性的斟频选择错误，重新设定 | ||
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电机的额定电压不标准或不规范 | ||
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电源电压过低 | ||
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频率设定信号增益设定错误 | ||
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输出频率设定错误 | ||
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