變頻器起動(dòng)制動(dòng)運(yùn)行相關(guān)知識(shí)

1、-作者xxxx-日期xxxx變頻器起動(dòng)制動(dòng)運(yùn)行相關(guān)知識(shí)【精品文檔】變頻器的控制方式1引言我們通常意義上講的低壓變頻器，其輸出電壓一般為220650v、輸出功率為400kw、工作頻率為0800hz左右，變頻器的主電路采用交直交電路。根據(jù)不同的變頻控制理論，其模式主要有以下三種:（1）v/f=c的正弦脈寬調(diào)制模式（2）矢量控制（vc）模式（3）直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）模式針對(duì)以上三種控制模式理論，可以發(fā)展為幾種不同的變頻器控制方式，即v/f控制方式（包括開環(huán)v/f控制和閉環(huán)v/f控制）、無速度傳感器矢量控制方式（矢量控制vc的一種）、閉環(huán)矢量控制方式（即有速度傳感器矢量控制vc的一種）、轉(zhuǎn)矩控制方式

2、（矢量控制vc或直接轉(zhuǎn)矩控制dtc）等。這些控制方式在變頻器通電運(yùn)行前必須首先設(shè)置。2v/f控制方式基本概念我們知道，變頻器v/f控制的基本思想是u/f=c，因此定義在頻率為fx時(shí)，ux的表達(dá)式為ux/fx=c，其中c為常數(shù)，就是“壓頻比系數(shù)”。圖1中所示就是變頻器的基本運(yùn)行v/f曲線。圖1基本運(yùn)行v/f曲線由圖1可以看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于一定值時(shí)，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，我們就將該特定值稱之為基本運(yùn)行頻率，用fb表示。也就是說，基本運(yùn)行頻率是指變頻器輸出最高電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的最小頻率。在通常情況下，基本運(yùn)行頻率是電動(dòng)機(jī)的額定頻率，如電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)識(shí)的50hz或60hz。同時(shí)

3、與基本運(yùn)行頻率對(duì)應(yīng)的變頻器輸出電壓稱之為最大輸出電壓，用vmax表示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率超過基本運(yùn)行頻率fb后，u/f不再是一個(gè)常數(shù)，而是隨著輸出頻率的上升而減少，電動(dòng)機(jī)磁通也因此減少，變成“弱磁調(diào)速”狀態(tài)?；具\(yùn)行頻率是決定變頻器的逆變波形占空比的一個(gè)設(shè)置參數(shù)，當(dāng)設(shè)定該值后，變頻器cpu將基本運(yùn)行頻率值和運(yùn)行頻率進(jìn)行運(yùn)算后，調(diào)整變頻器輸出波形的占空比來達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。因此，在一般情況下，不要隨意改變基本運(yùn)行頻率的參數(shù)設(shè)置，如確有必要，一定要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)特性來適當(dāng)設(shè)值，否則，容易造成變頻器過熱、過流等現(xiàn)象。預(yù)定義的v/f曲線和用戶自定義v/f曲線由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載的多樣性和不確定性，因

4、此很多變頻器廠商都推出了預(yù)定義的v/f曲線和用戶自定義的任意v/f曲線。預(yù)定義的v/f曲線是指變頻器內(nèi)部已經(jīng)為用戶定義的各種不同類型的曲線。如艾默生ev2000變頻器有三種特定曲線（圖2a），曲線1為次冪降轉(zhuǎn)矩特性、曲線2為次冪降轉(zhuǎn)矩特性、曲線為次冪降轉(zhuǎn)矩特性。羅克韋爾abpowerflex400變頻器有4種定義的曲線（如圖2b），其定義的方式是在電動(dòng)機(jī)額定頻率一半（即50fn）時(shí)的輸出電壓是電動(dòng)機(jī)額定電壓的30時(shí)（即30vn）為曲線1，35vn為曲線2，40vn為曲線3，vn為曲線4。這些預(yù)定義的v/f曲線非常適合在可變轉(zhuǎn)矩（如典型的風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載）中使用，用戶可以根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)

5、到最優(yōu)的節(jié)能效果。a）艾默生ev2000b）abpoweflex400圖2預(yù)定義v/f曲線對(duì)于其他特殊的負(fù)載，如同步電動(dòng)機(jī)，則可以通過設(shè)置用戶自定義v/f曲線的幾個(gè)參數(shù)，來得到任意v/f曲線，從而可以適應(yīng)這些負(fù)載的特殊要求和特定功能。自定義v/f曲線一般都通過折線設(shè)定，典型的有三段折線和兩段折線。用戶自定義v/f曲線以三段折線設(shè)定為例，如圖3所示，f通常為變頻器的基本運(yùn)行頻率，在某些變頻器中定義為電動(dòng)機(jī)的額定頻率，;v通常為變頻器的最大輸出電壓，在某些變頻器中定義為電動(dòng)機(jī)的額定電壓。如果最大輸出電壓等于額定電壓或者基本運(yùn)行頻率等于額定頻率，則兩者是一回事，如果兩者之間數(shù)值不相等，就必須根據(jù)變頻

6、器的用戶手冊(cè)來確定具體的數(shù)據(jù)。圖中給出了三個(gè)中間坐標(biāo)數(shù)值，即（f1，v1）、（f2，v2）、（f3，v3），用戶只需填入相應(yīng)的電壓值或電壓百分比以及頻率值或頻率百分比即可。如果將其中的兩點(diǎn)重合就可以看成是二段折線設(shè)定。雖然用戶自定義v/f曲線可以任意設(shè)定，但是一旦數(shù)值設(shè)定不當(dāng)，就會(huì)造成意外故障。比如說低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩提升電壓過高，造成電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)低頻抖動(dòng)。所以，v/f曲線特性必須以滿足電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行為前提條件。v/f曲線轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償變頻器在啟動(dòng)或極低速運(yùn)行時(shí)，根據(jù)v/f曲線，電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，這就導(dǎo)致勵(lì)磁不足而使電動(dòng)機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)

7、行補(bǔ)充補(bǔ)償，這稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。通常的做法是對(duì)輸出電壓做一些提升補(bǔ)償，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。圖4轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償圖4中，v0表示手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升電壓、vmax表示最大輸出電壓、f0表示轉(zhuǎn)矩提升的截止頻率、fb表示基本運(yùn)行頻率。對(duì)于v0的設(shè)置原則一般有以下幾點(diǎn):（1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器之間的距離太遠(yuǎn)時(shí)，由于線路壓降增大，應(yīng)適當(dāng)增大v0值;（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量小于變頻器額定容量時(shí)，由于此容量電動(dòng)機(jī)的繞組電阻比大容量電動(dòng)機(jī)大，電阻壓降也大，應(yīng)適當(dāng)增大v0值;（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)抖動(dòng)厲害時(shí)，說明轉(zhuǎn)矩過大，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償增益調(diào)得過高，應(yīng)適當(dāng)減小v0值。這里必須避免這樣一個(gè)誤區(qū):即使提高很多

8、輸出電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)電流包含電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。關(guān)于截止頻率f0，在有些變頻器中是固定的頻率值，如abbacs550變頻器f020hz、羅克韋爾abpowerflex400變頻器f025hz;有些變頻器是可以設(shè)置的，如艾默生ev2000變頻器f0=050%基本運(yùn)行頻率。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償可以根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置選擇手動(dòng)和自動(dòng)，如手動(dòng)設(shè)置則允許用戶v0在020%或30umax之間任意設(shè)定，如自動(dòng)設(shè)置則是變頻器根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中的力矩情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，其參數(shù)是隨著負(fù)載變化而更改的。閉環(huán)v/f控制閉環(huán)v/f控制就是在v/f控制方式下，設(shè)置轉(zhuǎn)

9、速反饋環(huán)節(jié)。測(cè)速裝置可以是旋轉(zhuǎn)編碼器，也可以是光電開關(guān)，安裝方式比較自由，既可以安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，也可以安裝在其他相關(guān)聯(lián)的位置。同樣，通常所說的不帶轉(zhuǎn)速反饋的v/f控制，也稱之為開環(huán)v/f控制。閉環(huán)v/f控制選用速度反饋信號(hào)可以選用一相或者二相信號(hào)，一相信號(hào)如接近開關(guān)或是旋轉(zhuǎn)編碼器的a相和b相之一。旋轉(zhuǎn)編碼器是一種測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量器件，它集機(jī)、光、電技術(shù)于一體，通過光電轉(zhuǎn)換，將角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字信號(hào)輸出。旋轉(zhuǎn)編碼器通常采用兩個(gè)相位差90的方波編碼方式，其旋轉(zhuǎn)方向由兩個(gè)波形的相位差決定。旋轉(zhuǎn)編碼器有很多種型號(hào)，通常的速度反饋則選用增量型編碼器，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度由一定時(shí)間內(nèi)編碼器所產(chǎn)

10、生的脈沖信號(hào)決定。脈沖信號(hào)輸出即可與變頻器的pg接口相連接，就可以得到測(cè)量值。編碼器的精度由旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生方波數(shù)決定，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生2000個(gè)方波時(shí)，每一個(gè)方波周期表示為360/2000，其最大的響應(yīng)頻率達(dá)到100khz左右。a）pg接口示意b）速度增益曲線圖5閉環(huán)v/f控制接線圖和速度增益示意圖圖5所示為旋轉(zhuǎn)編碼器pg與變頻器vf組成的閉環(huán)v/f控制。圖5a中，ps+/ps-為編碼器的工作電源，a+信號(hào)為a相信號(hào)或b相信號(hào)，本控制方式采用一相反饋。閉環(huán)v/f控制為了獲得良好的速度控制性能，還必須設(shè)置比例增益p值和積分時(shí)間i值，圖5b所示為參數(shù)設(shè)置情況。調(diào)整參數(shù)必須遵循以下原則（1）最低輸出頻

11、率的增益調(diào)整。請(qǐng)用最低輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，在此狀態(tài)下，在無振動(dòng)的范圍內(nèi)增大p02值，然后，在無振動(dòng)范圍內(nèi)減小設(shè)定i02值。監(jiān)視變頻器的輸出電流，并且確認(rèn)達(dá)到變頻器額定電流50以下的輸出電流，超過50時(shí)，請(qǐng)減小p02值，增大i02值（2）最高輸出頻率的調(diào)整。請(qǐng)用最高輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，在此狀態(tài)下，在無振動(dòng)的范圍內(nèi)增大設(shè)定p01值，然后，在無振動(dòng)范圍內(nèi)減小設(shè)定i01值（3）增益的微調(diào)。在增益更細(xì)微調(diào)整時(shí)，可以邊觀察速度波形邊微調(diào)。在加速完成時(shí)發(fā)生上沖超調(diào)，請(qǐng)減小p01值，增大i01值，停止時(shí)發(fā)生下沖超調(diào)，請(qǐng)減小p02值，增大i02值。帶pg閉環(huán)v/f控制系統(tǒng)要注意以下幾點(diǎn)（1）一般編碼器為

12、536v工作電源，因此必須要選用合適的pg接口電源，確保編碼器正常工作（2）編碼器的工作方式有許多中，包括集電極開路、推挽式和線驅(qū)動(dòng)，集電極開路還分npn或pnp，因此必須在選配合適pg接口的基礎(chǔ)上，還必須選用正確的接線方式和跳線方式（npn或pnp方式）（3）編碼器與變頻器的距離一般以不超過100m為宜，必須采用屏蔽和抗干擾處理（4）閉環(huán)v/f控制多用于簡(jiǎn)易速度控制，且安裝位置可以不在電動(dòng)機(jī)軸端，因此在參數(shù)設(shè)置上必須加以區(qū)別，設(shè)定轉(zhuǎn)速計(jì)算值必須折算到電動(dòng)機(jī)側(cè)（5）轉(zhuǎn)速的設(shè)定和反饋一般都以轉(zhuǎn)/分（r/min）為單位，一般而言設(shè)定值在面板上可以數(shù)字輸入，若是用模擬信號(hào)作為給定量時(shí)，模擬給定最大值

13、對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。3無速度傳感器矢量控制方式基本概念在高性能的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是必不可少的。通常，采用旋轉(zhuǎn)編碼器等速度傳感器來進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，并反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)。但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來一些缺陷:系統(tǒng)的成本大大增加;精度越高的編碼器價(jià)格也越貴;編碼器在電動(dòng)機(jī)軸上的安裝存在同心度的問題，安裝不當(dāng)將影響測(cè)速的精度;安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的體積增大，而且給電動(dòng)機(jī)的維護(hù)帶來一定困難，同時(shí)破壞了異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單堅(jiān)固的特點(diǎn);在惡劣的環(huán)境下，編碼器工作的精度易受環(huán)境的影響。而無速度傳感器的控制系統(tǒng)無需檢測(cè)硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系

14、統(tǒng)的成本;另一方面，使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電動(dòng)機(jī)與控制器的連線。因此，無速度傳感器的矢量控制方式在工程應(yīng)用中變得非常必要。無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場(chǎng)定向控制理論發(fā)展而來的。實(shí)現(xiàn)精確的磁場(chǎng)定向矢量控制需要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置，要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動(dòng)機(jī)中直接安裝磁通檢測(cè)裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對(duì)作為基本控制量的勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓的頻率

15、使勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測(cè)值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹敵，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，因此需要在使用時(shí)準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，并對(duì)拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)諧整定，否則難以達(dá)到理想的控制效果。無速度傳感器矢量控制方式的基本技術(shù)指標(biāo)定義如下:速度控制精度，速度控制范圍1:100，轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)150。其中啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩指標(biāo)，根據(jù)不同品牌的變頻器其性能有所高低變動(dòng)，大致在150250之間。如圖6所示為安川g7的無速度傳感器矢量控制方式下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，在極

16、低速下能達(dá)到150%以上的轉(zhuǎn)矩。圖6無速度傳感器矢量控制方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性有時(shí)為了描述上的方便，也把無速度傳感器的矢量控制方式稱為開環(huán)矢量控制或無pg反饋矢量控制。電動(dòng)機(jī)參數(shù)的調(diào)諧整定由于電動(dòng)機(jī)磁通模型的建立必須依賴于電動(dòng)機(jī)參數(shù)，因此選擇無速度傳感器矢量控制時(shí)，第一次運(yùn)行前必須首先對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)的調(diào)諧整定。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)調(diào)諧、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧后存儲(chǔ)在相應(yīng)的參數(shù)組中，并根據(jù)調(diào)諧結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)數(shù)值。自動(dòng)調(diào)諧（因在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行，又稱旋轉(zhuǎn)式調(diào)諧）的步驟一般是

17、這樣的:首先在變頻器參數(shù)中輸入需要調(diào)諧的電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，包括電動(dòng)機(jī)的類型（異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)）、電動(dòng)機(jī)的額定功率（單位是kw）、電動(dòng)機(jī)的額定電流（單位是a）、電動(dòng)機(jī)的額定頻率（單位是hz）、電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（單位r/min）;然后將電動(dòng)機(jī)與機(jī)械設(shè)備分開，電動(dòng)機(jī)作為單體;接著用變頻器的操作面板指令操作，變頻器的控制程序就會(huì)一邊根據(jù)內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行程序自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，一邊測(cè)定一次電壓和一次電流，然后計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)。但在電動(dòng)機(jī)與機(jī)械設(shè)備難以分開的場(chǎng)合卻很不方便，此時(shí)可采用靜止式調(diào)諧整定的方法，即將固定在任一相位、僅改變振幅而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的三相交流電壓施加于電動(dòng)機(jī)上，電動(dòng)機(jī)不旋轉(zhuǎn)，由此時(shí)的電壓

18、、電流波形按電動(dòng)機(jī)等值回路對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，便能高精度測(cè)定控制上必需的電動(dòng)機(jī)參數(shù)。在靜止式調(diào)諧中，用原來方法無法測(cè)定的漏電流也能測(cè)定，控制性能進(jìn)一步提高。利用靜止式調(diào)諧技術(shù)，可對(duì)于機(jī)械設(shè)備組合一起的電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)諧、自動(dòng)測(cè)定控制上所需的各項(xiàng)常數(shù)，因而顯著提高了通用變頻器使用的方便性。圖7異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路從圖7所示的異步電動(dòng)機(jī)的t型等效電路表示中可以看出，電動(dòng)機(jī)除了常規(guī)的參數(shù)如電動(dòng)機(jī)極數(shù)、額定功率、額定電流外，還有r1（定子電阻）、x11（定子漏感抗）、r2（轉(zhuǎn)子電阻）、x21（轉(zhuǎn)子漏感抗）、xm（互感抗）和i0（空載電流）。從上面已經(jīng)知道，參數(shù)辨識(shí)分電動(dòng)機(jī)靜止辨識(shí)和旋轉(zhuǎn)辨識(shí)兩種，其中在靜

19、止辨識(shí)中，變頻器能自動(dòng)測(cè)量并計(jì)算定子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對(duì)于基本頻率的漏感抗，并同時(shí)將測(cè)量的參數(shù)寫入;在旋轉(zhuǎn)辨識(shí)中，變頻器自動(dòng)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的互感抗和空載電流。速度調(diào)節(jié)器asr圖8速度調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化框圖速度調(diào)節(jié)器asr的結(jié)構(gòu)如圖8所示，圖8中kp為比例增益，ki為積分時(shí)間。積分時(shí)間設(shè)為0時(shí)，則無積分作用，速度環(huán)為單純的比例調(diào)節(jié)器。由于是無速度傳感器矢量控制方式，速度環(huán)的實(shí)際速度來源于變頻器內(nèi)部的實(shí)際計(jì)算值。速度調(diào)節(jié)器asr的整定參數(shù)包括比例增益p和積分時(shí)間i，其數(shù)值大小將直接影響矢量控制的效果，其目標(biāo)就是要取得動(dòng)態(tài)性能良好的階躍響應(yīng)，如圖9a所示。具體調(diào)節(jié)的影響情況如下:（1）增加比例增益p，可加快系統(tǒng)的

20、動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但p值過大，系統(tǒng)容易振蕩;（2）減小積分時(shí)間i值，可加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但i值過小，系統(tǒng)超調(diào)就會(huì)增大，且容易產(chǎn)生振蕩;（3）通常先調(diào)整比例增益p值，保證系統(tǒng)不振蕩的前提下盡量增大p值，然后調(diào)節(jié)積分時(shí)間i值使系統(tǒng)既有快速的響應(yīng)特性又超調(diào)不大。a）參數(shù)整定情況之一b）參數(shù)整定情況之二c）參數(shù)整定情況之三圖9速度調(diào)節(jié)器asr的階躍響應(yīng)與pi參數(shù)的關(guān)系圖9b是比例增益p值與速度調(diào)節(jié)器asr的階躍響應(yīng)關(guān)系，圖9c是積分時(shí)間i值與速度調(diào)節(jié)器asr的階躍響應(yīng)關(guān)系。一般的矢量變頻器為了適應(yīng)電動(dòng)機(jī)低速和高速帶載運(yùn)行都有快速響應(yīng)的情況，都設(shè)有兩套pi參數(shù)值（即低速pi值和高速pi值），同時(shí)設(shè)有切換頻率。

21、為了保證兩套pi值的正常過渡，一些變頻器還另外設(shè)置了兩個(gè)切換頻率，即切換頻率1和切換頻率2，如圖10。其控制原理是:低于切換頻率1的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)pi值取a點(diǎn)的數(shù)值，高于切換頻率2的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)pi值取b點(diǎn)的數(shù)值，位于切換頻率1和切換頻率2的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)pi值取兩套pi參數(shù)的加權(quán)平均值。如果pi參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，系統(tǒng)在快速啟動(dòng)到高速后，可能產(chǎn)生減速過電壓故障（如果沒有外接制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元），這是由于在速度超調(diào)后的下降過程中系統(tǒng)再生制動(dòng)狀態(tài)能量回饋所致，因此合適的pi值對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。圖10pi參數(shù)與頻率切換的關(guān)系轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益和靜差率靜差就是從一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速過渡到另一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速之間的差值

22、，靜差率是指電動(dòng)機(jī)空載與滿載的速度差，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制特性都是要求比較高的。由于無速度傳感器的矢量控制方式對(duì)于轉(zhuǎn)速的測(cè)量是間接的，一般都是通過容易測(cè)量的定子電壓和電流信號(hào)間接求得轉(zhuǎn)速。目前常用的方法有:（1）利用電動(dòng)機(jī)模型推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速方程式，從而計(jì)算轉(zhuǎn)速;（2）利用電動(dòng)機(jī)模型計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率，進(jìn)行補(bǔ)償;（3）根據(jù)模型參考自適應(yīng)控制理論，選擇合適的參考模型和可調(diào)整模型，同時(shí)辨識(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈;（4）利用其它辨識(shí)或估計(jì)方法求得轉(zhuǎn)速;（5）利用電動(dòng)機(jī)的齒諧波電勢(shì)計(jì)算轉(zhuǎn)速;等等。但是，無論哪一種方法，對(duì)于電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的速度計(jì)算或辨識(shí)精度都非常有限，為了精確調(diào)整靜差，確保電動(dòng)機(jī)的靜差率低于0.01

23、%，就需要對(duì)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益進(jìn)行設(shè)置。所謂轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益，就是用于計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率，設(shè)定值100表示額定的轉(zhuǎn)矩電流對(duì)應(yīng)額定的轉(zhuǎn)差頻率，因此設(shè)置合理的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益系統(tǒng)可以精確調(diào)整速度控制的靜差。其參數(shù)的設(shè)置原則是:當(dāng)電動(dòng)機(jī)重載時(shí)速度偏低，就應(yīng)該加大該系數(shù)，反之就減小該參數(shù)。4有速度傳感器矢量控制方式41基本概念有速度傳感器的矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、簡(jiǎn)單伺服控制等對(duì)控制性能要求嚴(yán)格的使用場(chǎng)合。在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉(zhuǎn)編碼器，并安裝在被控電動(dòng)機(jī)的軸端，而不是象閉環(huán)v/f控制安裝編碼器或接近開關(guān)那樣隨意。在很多時(shí)候，為了描述上的方便，也把有速度傳感器的矢量控制方式稱為閉環(huán)矢

24、量控制或有pg反饋矢量控制，本文為了不與運(yùn)行方式中的pid閉環(huán)控制相混淆，以及與無速度傳感器矢量控制相對(duì)應(yīng)，基本采用“有速度傳感器矢量控制方式”這種稱呼。有速度傳感器矢量控制方式的變頻調(diào)速是一種理想的控制方式，它有許多優(yōu)點(diǎn):（1）可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即使低速亦能運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá)1000:1;（2）可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行精確控制;（3）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度甚快;（4）電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好等優(yōu)點(diǎn)。42編碼器pg接線與參數(shù)矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式，必須與編碼器pg的型號(hào)相對(duì)應(yīng)。一般而言，編碼器pg型號(hào)分差動(dòng)輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種，其信號(hào)的傳遞方式必須考慮到變頻器

25、pg卡的接口，因此選擇合適的pg卡型號(hào)或者設(shè)置合理的跳線至關(guān)重要。前者的典型代表是安川vsg7變頻器，后者的典型代表為艾默生td3000變頻器。以安川vsg7變頻器為例，其用于帶速度傳感器矢量控制方式安裝的pg卡類型主要有兩種:（1）pgb2卡，含a/b相脈沖輸入，對(duì)應(yīng)補(bǔ)碼輸出，如圖1所示。圖1pgb2卡與編碼器接線圖（2）pgx2卡，含a/b/z相脈沖輸入，對(duì)應(yīng)線驅(qū)動(dòng)，如圖2所示。圖2pgx2卡與編碼器接線圖艾默生td3000變頻器的pg卡是統(tǒng)一配置的，最高輸入頻率為120khz，它與不同的編碼器pg接線時(shí)，只需注意接線方式和跳線cn4。當(dāng)跳線cn4位于di側(cè)時(shí)，可以選擇編碼器信號(hào)由a+、a

26、、b、b差動(dòng)輸出（如圖3所示）或者a、b推挽輸出（如圖5所示）;當(dāng)跳線cn4位于oci側(cè)時(shí)，可以選擇編碼器信號(hào)由a、b開路集電極輸出（如圖4所示）。圖3差動(dòng)輸出編碼器接線圖圖4集電極開路輸出編碼器（加上虛線為電壓型輸出編碼器）接線圖在變頻器的參數(shù)組中對(duì)于編碼器pg都有比較嚴(yán)格的定義，這些定義包括:（1）編碼器pg每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。此參數(shù)可以查看編碼器本身的技術(shù)指標(biāo)，單位為p/r。（2）編碼器pg方向選擇。如果變頻器pg卡與編碼器pg接線次序代表的方向，和變頻器與電動(dòng)機(jī)連接次序代表的方向匹配，設(shè)定值應(yīng)為正向，否則為反向。必須注意當(dāng)方向選擇錯(cuò)誤時(shí)，變頻器將無法加速到你所需要的頻率，并報(bào)過流故障或編碼器反

27、向故障。更改此參數(shù)可方便地調(diào)整接線方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而無須重新接線。圖5推挽輸出編碼器接線圖圖6編碼器pg的方向選擇圖6中所示為安川vsg7變頻器的編碼器pg方向選擇示意。編碼器pg從輸入軸看時(shí)順時(shí)針方向cw旋轉(zhuǎn)時(shí)，為a相超前，另外，正轉(zhuǎn)指令輸出時(shí)，電動(dòng)機(jī)從輸出側(cè)看時(shí)逆時(shí)針ccw旋轉(zhuǎn)。然而，一般的編碼器pg在電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在負(fù)載側(cè)時(shí)為a相超前，安裝在與負(fù)載側(cè)相反時(shí)b相超前。（3）編碼器pg斷線動(dòng)作。如果編碼器pg斷線（即pgo），變頻器將無法得到速度反饋值，將立即報(bào)警并輸出電壓被關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)自由滑行停車，在停車過程中，故障將無法復(fù)位，直到停機(jī)為止。（4）編碼器pg斷線檢測(cè)時(shí)間。一般為10s以

28、下，以確認(rèn)在此時(shí)間內(nèi)編碼器pg的斷線故障是否持續(xù)存在。（5）零速檢測(cè)值。本參數(shù)是為了檢測(cè)編碼器pg斷線而定義的功能，當(dāng)設(shè)定頻率大于零速檢測(cè)值，而反饋速度小于零速檢測(cè)值，并且持續(xù)時(shí)間在編碼器pg斷線檢測(cè)時(shí)間參數(shù)以上，則變頻器確認(rèn)為編碼器pg斷線故障（pgo）成立。（6）編碼器pg與電動(dòng)機(jī)之間的齒輪齒數(shù)。本參數(shù)是為了適應(yīng)編碼器安裝在齒輪電動(dòng)機(jī)上的情況，可設(shè)定齒輪齒數(shù)。由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式可以得出:電動(dòng)機(jī)速度（r/min）=（從編碼器pg輸入的脈沖數(shù)60）（負(fù)載側(cè)齒輪齒數(shù)/電動(dòng)機(jī)側(cè)齒輪齒數(shù)）/編碼器pg的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（7）檢出電動(dòng)機(jī)的過速度。電動(dòng)機(jī)超過規(guī)定以上的轉(zhuǎn)速時(shí)，檢出故障。通常設(shè)定100120的最大

29、頻率為檢出過速度的基準(zhǔn)值，如果在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)頻率持續(xù)超出該值，則定義為電動(dòng)機(jī)過速度故障（os）。如發(fā)生該故障，變頻器自由停車。（8）檢出電動(dòng)機(jī)和速度指令的速度差。我們定義電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度和設(shè)定速度的差值為速度偏差，如果在一定的時(shí)間內(nèi)其速度偏差值持續(xù)超出某一范圍值（如10時(shí)），則檢出速度偏差過大（dev）。如發(fā)生該故障，變頻器可以按照預(yù)先設(shè)定的故障停機(jī)方式停機(jī)。43帶速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制的區(qū)別帶速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制在安裝編碼器pg上有共同點(diǎn)，而且都有類似的pid環(huán)以及相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，好像給人一種雷同的感覺。但兩者存在著很大的區(qū)別，主要一點(diǎn)在于前者是矢量控制，而后者屬于

30、傳統(tǒng)的v/f控制。圖7帶速度傳感器矢量控制原理框圖圖8閉環(huán)v/f控制原理框圖我們對(duì)比一下帶速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制的原理框圖，如圖7、圖8中所示。矢量控制時(shí)的速度控制asr是把速度指令和速度反饋信號(hào)進(jìn)行差值比較，然后進(jìn)行pi控制后，經(jīng)過一定的濾波時(shí)間，再經(jīng)過轉(zhuǎn)矩限定，輸出轉(zhuǎn)矩電流，進(jìn)入轉(zhuǎn)矩環(huán)控制;而閉環(huán)v/f控制是將速度指令和速度反饋信號(hào)的偏差調(diào)為零，pid的結(jié)果只是去直接控制變頻器的頻率輸出。除了控制原理上的區(qū)分外，帶速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制還有以下幾點(diǎn)不同:（1）控制精度不同。帶速度傳感器矢量控制的速度控制精度能達(dá)到，而閉環(huán)v/f控制則只有（相當(dāng)于無傳感器矢量控制的水平

31、）。（2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不同。帶速度傳感器矢量控制的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)到200/0hz，而閉環(huán)v/f控制則只有180。（3）安裝方式不一樣。帶速度傳感器矢量控制的編碼器安裝要求非常嚴(yán)格，必須與電動(dòng)機(jī)或者齒輪電動(dòng)機(jī)的軸一致;而閉環(huán)v/f控制則可以安裝在傳動(dòng)點(diǎn)的任意一個(gè)位置。（4）編碼器選型不一樣。帶速度傳感器矢量的編碼器要求比較嚴(yán)格，通常都要求二相輸入;而閉環(huán)v/f控制則可以只要求一相輸入，甚至可以用高性能接近開關(guān)替代。（5）編碼器斷線停機(jī)方式不一樣。帶速度傳感器矢量控制的編碼器斷線故障檢出后，將不得不自由停車;而閉環(huán)v/f控制還可以在頻率指令下繼續(xù)開環(huán)v/f控制運(yùn)行。5轉(zhuǎn)矩控制方式基本概念采用矢量控制方式

32、的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相媲美，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩控制功能結(jié)構(gòu)圖9轉(zhuǎn)矩控制功能框圖轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)不同的數(shù)學(xué)算法其功能結(jié)構(gòu)也不同，圖9是一種典型的采用矢量方式實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩控制功能框圖。先是根據(jù)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值計(jì)算出轉(zhuǎn)差頻率，并與變頻器獲得的反饋速度（一般用編碼器pg）或是直接推算的電動(dòng)機(jī)速度相加，在速度限制下輸出同步頻率。很顯然，在轉(zhuǎn)矩控制方式下，速度調(diào)節(jié)器asr并不起直接作用，也無法控制速度。轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，變頻器的輸出頻率自動(dòng)跟蹤負(fù)載速度的變化，但輸出頻率的變化受設(shè)定的加速和減速時(shí)間影響，如需要加快跟蹤的速度，需要將加速和減速時(shí)間設(shè)得短一些。轉(zhuǎn)矩分正向轉(zhuǎn)矩和反向轉(zhuǎn)矩，

33、其設(shè)定可以通過模擬量端子的電平來決定，該轉(zhuǎn)矩方向與運(yùn)行指令的方向（即正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)）無關(guān)。當(dāng)模擬量信號(hào)為010v時(shí)，為正轉(zhuǎn)矩，即電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)矩指令（從電動(dòng)機(jī)的輸出軸看是逆時(shí)針轉(zhuǎn)）;當(dāng)模擬量信號(hào)為10v0時(shí)，為負(fù)轉(zhuǎn)矩，即電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)矩指令（從電動(dòng)機(jī)的輸出軸看是順時(shí)針轉(zhuǎn)）。轉(zhuǎn)矩控制和速度控制的切換由于轉(zhuǎn)矩控制時(shí)不能控制轉(zhuǎn)速的大小，所以，在某些轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制主要用于起動(dòng)或停止的過渡過程中。當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)起動(dòng)后，仍應(yīng)切換成轉(zhuǎn)速控制方式，以便控制轉(zhuǎn)速。切換的時(shí)序圖如圖10所示。圖10轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的時(shí)序圖（1）t1時(shí)段:變頻器發(fā)出運(yùn)行指令時(shí)，如未得到切換信號(hào)，則為轉(zhuǎn)速控制模式。變頻

34、器按轉(zhuǎn)速指令決定其輸出頻率的大小。同時(shí)，可以預(yù)置轉(zhuǎn)矩上限。（2）t2時(shí)段:變頻器得到切換至轉(zhuǎn)矩控制的信號(hào)（通常從外接輸入電路輸入），轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)矩控制模式。變頻器按轉(zhuǎn)矩指令決定其電磁轉(zhuǎn)矩的大小。同時(shí)，必須預(yù)置轉(zhuǎn)速上限。（3）t3時(shí)段:變頻器得到切換至轉(zhuǎn)速控制的信號(hào),回到轉(zhuǎn)速控制模式。（4）t4時(shí)段:變頻器再次得到切換至轉(zhuǎn)矩控制的信號(hào),回到轉(zhuǎn)矩控制模式。（5）t5時(shí)段:變頻器的運(yùn)行指令結(jié)束，將在轉(zhuǎn)速控制模式下按預(yù)置的減速時(shí)間減速并停止。如果變頻器的運(yùn)行指令在轉(zhuǎn)矩控制下結(jié)束，變頻器將自動(dòng)轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速控制模式，并按預(yù)置的減速時(shí)間減速并停止。轉(zhuǎn)矩控制與限轉(zhuǎn)矩功能在轉(zhuǎn)矩控制中，經(jīng)常會(huì)與速度控制下的限轉(zhuǎn)矩功能搞混淆

35、。所謂轉(zhuǎn)矩限定，就是用來限制速度調(diào)節(jié)器asr輸出的轉(zhuǎn)矩電流。定義轉(zhuǎn)矩限定值200為變頻器額定電流的百分?jǐn)?shù);如果轉(zhuǎn)矩限定100，即設(shè)定的轉(zhuǎn)矩電流極限值為變頻器的額定電流。圖11所示為轉(zhuǎn)矩限值功能示意圖，f1、f2分別限制電動(dòng)和制動(dòng)狀態(tài)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩的大小。圖11轉(zhuǎn)矩限制功能圖再生制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩適當(dāng)調(diào)整再生制動(dòng)限定值f2，在要求大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，應(yīng)外接制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元，否則可能會(huì)產(chǎn)生過壓故障。對(duì)于轉(zhuǎn)矩限制值，一般可以通過兩種方式進(jìn)行設(shè)定。一種是通過參數(shù)設(shè)定，變頻器都提供了相應(yīng)的參數(shù)，如安川vsg7的l701到l704可以分別設(shè)定四個(gè)象限的轉(zhuǎn)矩限定值。另外一種就是通過模擬量輸入設(shè)

36、定，用輸入量的010v或420ma信號(hào)對(duì)應(yīng)0200的轉(zhuǎn)矩限值。6dtc方式基本概念直接轉(zhuǎn)矩控制也稱之為“直接自控制”，這種“直接自控制”的思想是以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制。和矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)單地通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)定子電壓和電流，借助瞬時(shí)空間矢量理論計(jì)算電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算與控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器（bandband控制），把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩給

37、定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生pwm脈寬調(diào)制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，由于它省掉了矢量變換方式的坐標(biāo)變換與計(jì)算和為解耦而簡(jiǎn)化異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，沒有通常的pwm脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制信號(hào)處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。與矢量控制方式比較，直接轉(zhuǎn)矩控制磁場(chǎng)定向所用

38、的是定子磁鏈，它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。只要知道定子電阻就可以把它觀測(cè)出來。而矢量控制磁場(chǎng)定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和電感。因此直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。直接轉(zhuǎn)矩控制強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制與效果。與矢量控制方法不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量，對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制或直接控制轉(zhuǎn)矩，既直接又簡(jiǎn)化。直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)交流傳動(dòng)來說是一個(gè)優(yōu)秀的電動(dòng)機(jī)控制方法，它可以對(duì)所有交流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制。它開發(fā)出交流傳動(dòng)前所未有的能力并給所有的應(yīng)用提供了益處。在d

39、tc中，定子磁通和轉(zhuǎn)矩被作為主要的控制變量。高速數(shù)字信號(hào)處理器與先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)軟件模型相結(jié)合使電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)每秒鐘被更新40,000次。由于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)以及實(shí)際值和給定值的比較值被不斷地更新，逆變器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的。這意味著傳動(dòng)可以產(chǎn)生最佳的開關(guān)組合并對(duì)負(fù)載擾動(dòng)和瞬時(shí)掉電等動(dòng)態(tài)變化做出快速響應(yīng)。在dtc中不需要對(duì)電壓，頻率分別控制的pwm調(diào)制器。dtc直接轉(zhuǎn)矩控制的速度控制性能abb的acs800能夠?qū)λ俣冗M(jìn)行精確的控制，根據(jù)不同的速度精度可以選擇無脈沖編碼器和有脈沖編碼器兩種，下表1給出了在使用dtc直接轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的典型速度性能指標(biāo)。其中動(dòng)態(tài)速度誤差依賴于速度控制器的參數(shù)整定，圖12

40、為動(dòng)態(tài)速度響應(yīng)曲線。圖12dtc直接轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的速度響應(yīng)曲線tn:電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩nn:電動(dòng)機(jī)額定速度nact:實(shí)際速度nref:設(shè)定速度在參數(shù)組23中可以對(duì)速度控制器進(jìn)行pid變量設(shè)定，速度控制器的原理見圖13a，該控制器包含了比例、微分、積分和微分加速度補(bǔ)償，其經(jīng)過pid作用后的輸出作為轉(zhuǎn)矩控制器的給定信號(hào)。速度控制器的參數(shù)內(nèi)容包括以下幾方面:（1）增益參數(shù):定義速度控制器的比例增益，如增益過大可能引起速度波動(dòng)。（2）積分時(shí)間參數(shù):定義速度控制器的積分時(shí)間，即在偏差階躍信號(hào)下，控制器輸出信號(hào)的變化率。積分時(shí)間越短，連續(xù)偏差值的校正就越快，但是如果太短就會(huì)造成控制不穩(wěn)定。（3）微分時(shí)間參數(shù):定

41、義速度控制器的微分時(shí)間，即在偏差值發(fā)生改變的情況下增加控制器的輸出。微分時(shí)間越長(zhǎng)，在偏差改變的過程中，控制器的輸出速度就越快。微分作用使控制對(duì)擾動(dòng)的敏感度增加。（4）加速補(bǔ)償?shù)奈⒎謺r(shí)間:在加速過程中為了補(bǔ)償慣性，將給定變化量的微分加到速度控制器的輸出中。（5）滑差增益:定義了電動(dòng)機(jī)滑差補(bǔ)償控制的滑差增益，100表示完全滑差補(bǔ)償、0表示零滑差補(bǔ)償。速度控制器的參數(shù)值能在電動(dòng)機(jī)辨識(shí)（與矢量控制的電動(dòng)機(jī)辨識(shí)相同）整定期間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)然也可以手動(dòng)整定控制器的相關(guān)參數(shù)，或是讓變頻器單獨(dú)執(zhí)行一次速度控制器自動(dòng)整定運(yùn)行。要注意的是，最終速度控制器的控制效果取決于各個(gè)參數(shù)的綜合作用，因此電動(dòng)機(jī)帶載運(yùn)行進(jìn)行

42、自整定才是最合適的，同時(shí)可以在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的三分之一作用進(jìn)行恒速度運(yùn)行。dtc直接轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩控制性能直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)于轉(zhuǎn)矩的控制非常出色，即使不使用任何來自電動(dòng)機(jī)軸上的速度反饋，變頻器也能進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)矩控制。當(dāng)然，由于在無脈沖編碼器情況下的直接轉(zhuǎn)矩控制，在零頻附近運(yùn)行時(shí)，線性誤差和可重復(fù)性誤差可能會(huì)較大，對(duì)于需用在此頻段內(nèi)的負(fù)載，建議采用有脈沖編碼器的直接轉(zhuǎn)矩控制。表2顯示了在abb變頻器acs800使用直接轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的典型轉(zhuǎn)矩控制性能指標(biāo)。（a）（b）圖13dtc直接轉(zhuǎn)矩控制（a）dtc直接轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的速度控制器（b）dtc直接轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線tn:電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩tref:設(shè)

43、定轉(zhuǎn)矩tact:實(shí)際轉(zhuǎn)矩如圖13（b）為直接轉(zhuǎn)矩控制方式下的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線。表1直接轉(zhuǎn)矩控制速度性能指標(biāo)表2直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩性能指標(biāo)對(duì)于參數(shù)的設(shè)置，首先必須在參數(shù)選擇應(yīng)用程序宏設(shè)定為tctrl轉(zhuǎn)矩控制宏和參數(shù)定義為dtc直接轉(zhuǎn)矩控制，然后在參數(shù)組24中可以對(duì)轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行設(shè)定，參數(shù)內(nèi)容包括:（1）轉(zhuǎn)矩給定的斜坡上升時(shí)間:就是從零增加到電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的時(shí)間;（2）轉(zhuǎn)矩給定的斜坡下降時(shí)間:就是從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩下降到零的時(shí)間。轉(zhuǎn)矩控制宏一般應(yīng)用于需要控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，如嚙合輥控制、張力控制等。其默認(rèn)的接線方式是:轉(zhuǎn)矩給定值由模擬量輸入口以電流信號(hào)提供，0ma對(duì)應(yīng)0、20ma對(duì)應(yīng)100的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩

44、。變頻器的起動(dòng)制動(dòng)方式變頻器的起動(dòng)制動(dòng)方式是指變頻器從停機(jī)狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)的起動(dòng)方式、從運(yùn)行狀態(tài)到停機(jī)狀態(tài)的制動(dòng)方式以及從某一運(yùn)行頻率到另一運(yùn)行頻率的加速或減速方式。變頻器的起動(dòng)制動(dòng)包含較多的內(nèi)容，這里將逐一闡述。1起動(dòng)運(yùn)行方式變頻器從停機(jī)狀態(tài)開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)通常有以下幾種方式:（1）從起動(dòng)頻率起動(dòng)。變頻器接到運(yùn)行指令后，按照預(yù)先設(shè)定的起動(dòng)頻率和起動(dòng)頻率保持時(shí)間起動(dòng)。該方式適用于一般的負(fù)載。起動(dòng)頻率是指變頻器起動(dòng)時(shí)的初始頻率，如圖1所示的fs，它不受變頻器下限頻率的限制;起動(dòng)頻率保持時(shí)間是指變頻器在起動(dòng)過程中，在起動(dòng)頻率下保持運(yùn)行的時(shí)間，如圖1中的t1。圖1起動(dòng)頻率與起動(dòng)時(shí)間示意電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)時(shí)，

45、并不從0hz開始加速，而是直接從某一頻率下開始加速。在開始加速瞬間變頻器的輸出頻率便是上述所說的起動(dòng)頻率。設(shè)置起動(dòng)頻率是部分生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際需要，比如:有些負(fù)載在靜止?fàn)顟B(tài)下的靜摩擦力較大，難以從0hz開始起動(dòng)，設(shè)置了起動(dòng)頻率后，可以在起動(dòng)瞬間有一點(diǎn)沖力，使拖動(dòng)系統(tǒng)較易起動(dòng)起來;在若干臺(tái)水泵同時(shí)供水的系統(tǒng)里，由于管道里已經(jīng)存在一定的水壓，后起動(dòng)的水泵在頻率很低的情況下將難以旋轉(zhuǎn)起來，故也需要電動(dòng)機(jī)在一定頻率下直接起動(dòng);錐形電動(dòng)機(jī)如果從0hz開始逐漸升速，將導(dǎo)致定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦，所以起動(dòng)頻率，可以在起動(dòng)時(shí)很快建立起足夠的磁通，使轉(zhuǎn)子和定子間保持一定的氣隙，等等。起動(dòng)頻率保持時(shí)間的設(shè)置對(duì)于下面幾種

46、情況比較適合:對(duì)于慣性較大的負(fù)載，起動(dòng)后先在較低頻率下持續(xù)一個(gè)短時(shí)間t1，然后再加速運(yùn)行到穩(wěn)定頻齒輪箱的齒輪之間總是有間隙的，起動(dòng)時(shí)容易在齒輪間發(fā)生撞擊，如在較低頻率下持續(xù)一個(gè)短時(shí)間t1，可以減緩齒輪間的碰撞;起重機(jī)械在起吊重物前，吊鉤的鋼絲繩通常是處于松弛的狀態(tài)，起動(dòng)頻率保持時(shí)間t1可首先使鋼絲繩拉緊后再上升;有些機(jī)械在環(huán)境溫度較低的情況下，潤(rùn)滑油容易凝固，故要求先在低速下運(yùn)行一個(gè)短時(shí)間t1，使?jié)櫥拖♂尯笤偌铀?對(duì)于附有機(jī)械制動(dòng)裝置的電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在電磁抱閘松開過程中，為了減小閘皮和閘輥之間的摩擦，要求先在低速下運(yùn)行，待電磁抱閘完全松開后再升速。從起動(dòng)頻率起動(dòng)對(duì)于驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)，尤其適合

47、。（2）先制動(dòng)再起動(dòng)。本起動(dòng)方式是指先對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施直流制動(dòng)，然后再按照方式（1）進(jìn)行起動(dòng)。該方式適用于變頻器停機(jī)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的小慣性負(fù)載，對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)大慣性負(fù)載則不適合。圖2先制動(dòng)再起動(dòng)功能示意如圖2所示為先制動(dòng)再起動(dòng)的功能示意圖，起動(dòng)前先在電動(dòng)機(jī)的定子繞組內(nèi)通入直流電流，以保證電動(dòng)機(jī)在零速的狀態(tài)下開始起動(dòng)。如果電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)前，拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不為零，而變頻器的輸出是從0hz開始上升，則在起動(dòng)瞬間，將引起電動(dòng)機(jī)的過電流故障。它包含兩個(gè)參數(shù):制動(dòng)量和直流制動(dòng)時(shí)間，前者表示應(yīng)向定子繞組施加多大的直流電壓，后者表示進(jìn)行直流制動(dòng)的時(shí)間。（3）轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)。在這種方式下，變頻器能自動(dòng)跟蹤

48、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，對(duì)旋轉(zhuǎn)中的電動(dòng)機(jī)實(shí)施平滑無沖擊起動(dòng)，因此變頻器的起動(dòng)有一個(gè)相對(duì)緩慢的時(shí)間用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，如下圖3所示。該方式適用于變頻器停機(jī)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的大慣性負(fù)載瞬時(shí)停電再起動(dòng)。圖3轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)功能示意2加減速方式基本概念變頻器從一個(gè)速度過渡到另外一個(gè)速度的過程稱為加減速，如果速度上升則為加速，速度下降則為減速。加減速方式主要有以下幾種:（1）直線加減速。變頻器的輸出頻率按照恒定斜率遞增或遞減。變頻器的輸出頻率隨時(shí)間成正比地上升，大多數(shù)負(fù)載都可以選用直線加減速方式。如圖4a。加速時(shí)間為t1、減速時(shí)間為t2。一般定義加速時(shí)間為變頻器從零速加速到最大輸出頻率所需

49、的時(shí)間，減速時(shí)間則相反，變頻器從最大輸出頻率減至零頻率所需的時(shí)間。必須注意的是:在有些變頻器定義中，加減速時(shí)間不是以最大輸出頻率fmax為基準(zhǔn)，而是固定的頻率（如50hz）;加減速時(shí)間的單位，可以根據(jù)不同的變頻器型號(hào)選擇為秒或分;一般大功率的變頻器其加減速時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng);加減速時(shí)間必須根據(jù)負(fù)載要求適時(shí)調(diào)整，否則容易引起加速過流和過壓、減速過流和過壓故障。（2）s曲線加減速。變頻器的輸出頻率按照s型曲線遞增或遞減。如圖4b所示。（a）直線加減速（b）s型曲線加減速圖4加減速方式筆者將s曲線劃分為3個(gè)階段的時(shí)間，s曲線起始段時(shí)間如圖4b中所示，這里輸出頻率變化的斜率從零逐漸遞增;s曲線上升段時(shí)間如圖

50、4b中所示，這里輸出頻率變化的斜率恒定;s曲線結(jié)束段時(shí)間如圖4b中所示，這里輸出頻率變化的斜率逐漸遞減到零。將每個(gè)階段時(shí)間按百分比分配，就可以得到一條完整的s型曲線。因此，只需要知道三個(gè)時(shí)間段中的任意兩個(gè)，就可以得到完整的s曲線，因此在某些變頻器只定義了起始段和上升段，而有些變頻器則定義兩頭起始段和結(jié)束段。s曲線加減速，非常適合于輸送易碎物品的傳送機(jī)、電梯、搬運(yùn)傳遞負(fù)載的傳送帶以及其他需要平穩(wěn)改變速度的場(chǎng)合。例如，電梯在開始起動(dòng)以及轉(zhuǎn)入等速運(yùn)行時(shí)，從考慮乘客的舒適度出發(fā)，應(yīng)減緩速度的變化，以采用s形加速方式為宜。（3）半s形加減速方式。它是s曲線加減速的衍生方式，即s曲線加減速在加速的起始段或

51、結(jié)束段，按線性方式加速;而在結(jié)束段或起始段，按s形方式加速。因此，半s形加減速方式要么只有，要么只有，其余均為線性，如后者主要用于如風(fēng)機(jī)一類具有較大慣性的二次方律負(fù)載中，由于低速時(shí)負(fù)荷較輕，故可按線性方式加速，以縮短加速過程;高速時(shí)負(fù)荷較重，加速過程應(yīng)減緩，以減小加速電流;前者主要用于慣性較大的負(fù)載。（4）其他還有如倒l形加減速方式、u型加減速方式等。加減速時(shí)間的切換通過多功能輸入端子的組合來實(shí)現(xiàn)不同加減速時(shí)間的選擇（共計(jì)4種）。將多功能輸入端子x1、x2定義為加減速時(shí)間端子1、加減速時(shí)間端子2就能按照表1中的邏輯組合實(shí)現(xiàn)4種不同加減速時(shí)間的切換，如圖5所示。圖5加減速時(shí)間的切換加減速時(shí)間的銜

52、接功能生產(chǎn)實(shí)踐中，有時(shí)會(huì)遇到這樣的情況:在拖動(dòng)系統(tǒng)正在加速的過程中，又得到減速或停機(jī)的指令。這時(shí)，就出現(xiàn)了加速過程和減速過程的銜接問題。變頻器對(duì)于在加速過程尚未結(jié)束的情況下，得到停機(jī)指令時(shí)減速方式的處理如圖6所示。表1加減速時(shí)間的切換圖6加減速的銜接功能圖6是加、減速曲線。曲線是在運(yùn)行指令時(shí)間較長(zhǎng)情況下的形加速曲線;曲線和曲線是在加速過程尚未完成，而運(yùn)行指令已經(jīng)結(jié)束時(shí)的減速曲線。用戶可根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況進(jìn)行選擇。加減速時(shí)間的最小極限功能某些生產(chǎn)機(jī)械，出于特殊的需要，要求加、減速時(shí)間越短越好。對(duì)此，有的變頻器設(shè)置了加、減速時(shí)間的最小極限功能。其基本含義是:（1）最快加速方式。在加速過程中，使

53、加速電流保持在變頻器允許的極限狀態(tài)（ia150%in，ia是加速電流，in是變頻器的額定電流）下，從而使加速過程最小化。（2）最快減速方式。在減速過程中，使直流回路的電壓保持在變頻器允許的極限狀態(tài)（ud95%udh,ud是減速過程中的直流電壓，udh是直流電壓的上限值）下,從而使減速過程最小化。（3）最優(yōu)加速方式。在加速過程中，使加速電流保持在變頻器額定電流的120%（ia120%in），使加速過程最優(yōu)化。（4）最優(yōu)減速方式。在減速過程中，使直流回路的電壓保持在上限值的93%（ud93%udh），使減速過程最優(yōu)化。其中c和d統(tǒng)稱為自動(dòng)加減速方式，它能根據(jù)負(fù)載狀況，保持變頻器的輸出電流在自動(dòng)限流

54、水平之下或輸出電壓在自動(dòng)限壓水平之下，平穩(wěn)地完成加減速過程。3 停機(jī)方式變頻器接收到停機(jī)命令后從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入到停機(jī)狀態(tài)，通常有以下幾種方式:（1）減速停機(jī)。變頻器接到停機(jī)命令后，按照減速時(shí)間逐步減少輸出頻率，頻率降為零后停機(jī)。該方式適用于大部分負(fù)載的停機(jī)。（2）自由停車。變頻器接到停機(jī)命令后，立即中止輸出，負(fù)載按照機(jī)械慣性自由停止。變頻器通過停止輸出來停機(jī),這時(shí),電動(dòng)機(jī)的電源被切斷,拖動(dòng)系統(tǒng)處于自由制動(dòng)狀態(tài)。由于停機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短由拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性決定,故也稱為慣性停機(jī)。（3）帶時(shí)間限制的自由停車。變頻器接到停機(jī)命令后，切斷變頻器輸出，負(fù)載自由滑行停止。這時(shí)，在運(yùn)行待機(jī)時(shí)間t內(nèi)，可忽略運(yùn)行指令。運(yùn)行

55、待機(jī)時(shí)間t，由停機(jī)指令輸入時(shí)的輸出頻率和減速時(shí)間決定。（4）減速停機(jī)加上直流制動(dòng)。變頻器接到停機(jī)命令后，按照減速時(shí)間逐步降低輸出頻率，當(dāng)頻率降至停機(jī)制動(dòng)起始頻率時(shí)，開始直流制動(dòng)至完全停機(jī)。如圖7所示。圖7減速停車加直流制動(dòng)直流制動(dòng)是在電動(dòng)機(jī)定子中通入直流電流，以產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)停車后會(huì)產(chǎn)生一定的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，所以直流制動(dòng)可在一定程度上替代機(jī)械制動(dòng);但由于設(shè)備及電動(dòng)機(jī)自身的機(jī)械能只能消耗在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，同時(shí)直流電流也通入電動(dòng)機(jī)定子中，所以使用直流制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫度會(huì)迅速升高，因而要避免長(zhǎng)期、頻繁使用直流制動(dòng);直流制動(dòng)是不控制電動(dòng)機(jī)速度的，所以停車時(shí)間不受控。停車時(shí)間根據(jù)負(fù)載、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等的不同而不

56、同;直流制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是很難實(shí)際計(jì)算出來的;直流制動(dòng)需要設(shè)置的參數(shù)為:p1230p1234;使用同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，不能使用直流制動(dòng)！直流制動(dòng)強(qiáng)度:即在定子繞組上施加直流電壓udb或直流電流idb的大小，它決定了直流制動(dòng)的強(qiáng)度。如圖所示。預(yù)置直流制動(dòng)電壓udb（或制動(dòng)電流idb）的主要依據(jù)是負(fù)載慣性的大小，慣性越大者，udb也應(yīng)越大。直流制動(dòng)時(shí)間:即施加直流制動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短。預(yù)置直流制動(dòng)時(shí)間tdb的主要依據(jù)是負(fù)載是否有“爬行”現(xiàn)象，以及對(duì)克服“爬行”的要求，要求越高者，tdb應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些。4能耗制動(dòng)和回饋制動(dòng)方式基本概念不少的生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)行過程中需要快速地減速或停車，而有些設(shè)備在生產(chǎn)中要求保持若干臺(tái)設(shè)備前后一定的轉(zhuǎn)速差或者拉伸率，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生發(fā)電制動(dòng)的問題，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在第二或第四象限。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于大多通用