1 引言
近十多年來，隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，特別是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，使得交流變頻調(diào)速技術(shù)逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快動態(tài)響應(yīng)，以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，調(diào)速特性可與直流電氣傳動相媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，由于變頻調(diào)速的調(diào)速性能與可靠性等性能在不斷完善，價格也在不斷降低，特別是它的節(jié)電效果明顯，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)調(diào)速極為方便，因此，在一切需要速度控制的場合，變頻器以其操作方便、體積小、控制性能高而獲得廣泛的應(yīng)用。變頻器在使用中出現(xiàn)的一些問題，很多情況下都是因?yàn)樽冾l器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起的。西門子micromaster 440變頻器可設(shè)置的參數(shù)有幾千個，只有系統(tǒng)地、合適地、準(zhǔn)確地設(shè)置參數(shù)才能充分利用變頻器性能[1]。
2 控制方式選擇
變頻器控制方式的選擇由負(fù)荷的力矩特性所決定，電動機(jī)的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)下列關(guān)系式?jīng)Q定:
p= t n/ 9550
式中:p——電動機(jī)功率(kw)
t——轉(zhuǎn)矩(n. m)
n——轉(zhuǎn)速(r/ min)
轉(zhuǎn)矩t與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系根據(jù)負(fù)載種類大體可分為3種[2]。
(1)即使速度變化轉(zhuǎn)矩也不大變化的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，此類負(fù)載如傳送帶、起重機(jī)、擠壓機(jī)、壓縮機(jī)等。
(2)隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的平方減小的負(fù)載。此類負(fù)載如風(fēng)機(jī)、各種液體泵等。
(3)轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小的恒功率負(fù)載。此類負(fù)載如軋機(jī)、機(jī)床主軸、卷取機(jī)等。
變頻器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有線性v/f控制、拋物線特性v/f控制。將變頻器參數(shù)p1300設(shè)為0，變頻器工作于線性 v/f控制方式，將使調(diào)速時的磁通與勵磁電流基本不變。適用于工作轉(zhuǎn)速不在低頻段的一般恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速對象。
將p1300設(shè)為2，變頻器工作于拋物線特性v/f控制方式，這種方式適用于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。這類負(fù)載的軸功率n近似地與轉(zhuǎn)速n的3次方成正比。其轉(zhuǎn)矩m近似地與轉(zhuǎn)速n的平方成正比。對于這種負(fù)載，如果變頻器的v/f特性是線性關(guān)系，則低速時電機(jī)的許用轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而造成功率因數(shù)和效率的嚴(yán)重下降。為了適應(yīng)這種負(fù)載的需要，使電壓隨著輸出頻率的減小以平方關(guān)系減小，從而減小電機(jī)的磁通和勵磁電流，使功率因數(shù)保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
可以進(jìn)一步通過設(shè)置參數(shù)使v/f控制曲線適合負(fù)載特性。將p1312在0至250之間設(shè)置合適的值，具有起動提升功能。將低頻時的輸出電壓相對于線性的v/f曲線作適當(dāng)?shù)奶岣咭匝a(bǔ)償在低頻時定子電阻引起的壓降導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小的問題。適用于大起動轉(zhuǎn)矩的調(diào)速對象。
變頻器v/f控制方式驅(qū)動電機(jī)時，在某些頻率段，電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速會發(fā)生振蕩，嚴(yán)重時系統(tǒng)無法運(yùn)行，甚至在加速過程中出現(xiàn)過電流保護(hù)，使得電機(jī)不能正常啟動，在電機(jī)輕載或轉(zhuǎn)矩慣量較小時更為嚴(yán)重?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點(diǎn)，在v/f曲線上設(shè)置跳轉(zhuǎn)點(diǎn)及跳轉(zhuǎn)頻帶寬度，當(dāng)電機(jī)加速時可以自動跳過這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。從p1091至p1094可以設(shè)定4個不同的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)，設(shè)置p1101確定跳轉(zhuǎn)頻帶寬度。
有些負(fù)載在特定的頻率下需要電機(jī)提供特定的轉(zhuǎn)矩，用可編程的v/f控制對應(yīng)設(shè)置變頻器參數(shù)即可得到所需控制曲線。設(shè)置p1320、p1322、p1324確定可編程的v/f 特性頻率座標(biāo)，對應(yīng)的p1321、p1323、p1325為可編程的v/f 特性電壓座標(biāo)。
參數(shù)p1300設(shè)置為20，變頻器工作于矢量控制。這種控制相對完善，調(diào)速范圍寬，低速范圍起動力矩高，精度高達(dá)0.01%，響應(yīng)很快，高精度調(diào)速都采用svpwm矢量控制方式。
參數(shù)p1300設(shè)置為22，變頻器工作于矢量轉(zhuǎn)矩控制。這種控制方式是目前國際上最先進(jìn)的控制方式，其他方式是模擬直流電動機(jī)的參數(shù)，進(jìn)行保角變換而進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的，矢量轉(zhuǎn)矩控制是直接取交流電動機(jī)參數(shù)進(jìn)行控制，控制簡單，精確度高。
3 快速調(diào)試
在使用變頻器驅(qū)動電機(jī)前，必須進(jìn)行快速調(diào)試。參數(shù)p0010設(shè)為1、p3900設(shè)為1，變頻器進(jìn)行快速調(diào)試，快速調(diào)試完成后，進(jìn)行了必要的電動機(jī)數(shù)據(jù)的計(jì)算，并將其它所有的參數(shù)恢復(fù)到它們的缺省設(shè)置值。在矢量或轉(zhuǎn)矩控制方式下，為了正確地實(shí)現(xiàn)控制，非常重要的一點(diǎn)是，必須正確地向變頻器輸入電動機(jī)的數(shù)據(jù)，而且，電動機(jī)數(shù)據(jù)的自動檢測參數(shù)p1910必須在電動機(jī)處于常溫時進(jìn)行。當(dāng)使能這一功能 (p1910 =1)時，會產(chǎn)生一個報(bào)警信號a0541，給予警告，在接著發(fā)出on 命令時，立即開始電動機(jī)參數(shù)的自動檢測。
4 加減速時間調(diào)整
加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。加速時間和減速時間選擇的合理與否對電機(jī)的起動、停止運(yùn)行及調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)速度都有重大的影響。加速時間設(shè)置的約束是將電流限制在過電流范圍內(nèi)，不應(yīng)使過電流保護(hù)裝置動作。電機(jī)在減速運(yùn)轉(zhuǎn)期間，變頻器將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。傳動系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并通過逆變器將電能回饋到直流側(cè)。回饋的電能將導(dǎo)致中間回路的儲能電容器兩端電壓上升。因此，減速時間設(shè)置的約束是防止直流回路電壓過高。加減速時間計(jì)算公式為:
加速時間:ta=(jm+jl)n/9.56(tma-tl)
減速時間:tb=(jm+jl)n/9.56(tmb-tl)
式中: jm 一 電機(jī)的慣量
jl — 負(fù)載慣量
n — 額定轉(zhuǎn)速
tma— 電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩
tmb — 電機(jī)制動轉(zhuǎn)矩
tl — 負(fù)載轉(zhuǎn)矩
加減速時間可根據(jù)公式算出來，也可用簡易試驗(yàn)方法[3]進(jìn)行設(shè)置。首先，使拖動系統(tǒng)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行(工頻運(yùn)行)，然后切斷電源，使拖動系統(tǒng)處于自由制動狀態(tài)，用秒表計(jì)算其轉(zhuǎn)速從額定轉(zhuǎn)速下降到停止所需要的時間。加減速時間可首先按自由制動時間的1/2~1/3進(jìn)行預(yù)置。通過起、停電動機(jī)觀察有無過電流、過電壓報(bào)警，調(diào)整加減速時間設(shè)定值，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。
5 轉(zhuǎn)動慣量設(shè)置
電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的設(shè)置往往被忽視，認(rèn)為加減速時間的正確設(shè)置可保證系統(tǒng)正常工作[4]。其實(shí)，轉(zhuǎn)動慣量設(shè)置不當(dāng)會使得系統(tǒng)振蕩，調(diào)速精度也會受到影響。轉(zhuǎn)動慣量公式:
j=t/dω/dt
電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的獲得方法一樣，讓變頻器工作頻率在合適的值，5～10hz。分別讓電機(jī)空載和帶載運(yùn)行，讀出參數(shù)r0333額定轉(zhuǎn)矩和r0345電動機(jī)的起動時間，再將變頻器工作頻率換算成對應(yīng)的角速度，代入公式，計(jì)算得出電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。設(shè)置參數(shù)p0341(電動機(jī)的慣量)與參數(shù)p0342(驅(qū)動裝置總慣量 / 電動機(jī)慣量的比值)，這樣變頻器就能更好的調(diào)速。
6 結(jié)束語
變頻器的品牌愈來愈多，功能也不斷完善和加強(qiáng)。如何正確地設(shè)置參數(shù)，對于變頻器正確使用和發(fā)揮最佳性能是十分重要的。