變頻器功能解析

1、變頻器功能解析(講座)變頻器功能解析變頻器的保護(hù)和顯示功能 Protection and Monitor Function of the Inverter摘要: 本文介紹了變頻器的保護(hù)和顯示功能。關(guān) 鍵 詞: 過(guò)載   過(guò)電流   過(guò)電壓   欠電壓   防止跳閘   瞬時(shí)停電   重合閘   運(yùn)行數(shù)據(jù)  &

2、#160;端子功能   跳閘原因Abstract: This paper introduced the protection and monitor function of the inverter.Keywords:Over load    Over current   Over voltage  Under voltage 

3、 Stall prevention   Momentary power loss   Restart   Running data   State of terminals   CaUse of trip1  電動(dòng)機(jī)過(guò)載的保護(hù)功能1.1 基礎(chǔ)概念電動(dòng)機(jī)過(guò)載的基本特征是溫升超過(guò)額定溫升。因此，從根本上說(shuō)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的目的，是使電動(dòng)機(jī)不因過(guò)熱

4、而燒壞。1.1.1 電動(dòng)機(jī)的溫升曲線(1) 溫升曲線及其含義電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其損耗功率(主要是銅損)必然要轉(zhuǎn)換成熱能，使電動(dòng)機(jī)的溫度升高。圖1  電動(dòng)機(jī)的溫升曲線電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過(guò)程屬于熱平衡的過(guò)渡過(guò)程。因此，基本規(guī)律和其他的過(guò)渡過(guò)程相同，其溫升也遵循按指數(shù)曲線上升(或下降)的規(guī)律，如圖1(a)中曲線所示。其物理意義是:由于電動(dòng)機(jī)在溫度升高的同時(shí)，必然要向周圍散熱，溫升越大，散熱也越快。故溫升不可能按線性規(guī)律上升，而是越升越慢。當(dāng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量相平衡時(shí)，溫升不再增. .講座一頻率的給定與相關(guān)功能 Reference and Interrelated

5、0;Function for Inverter摘要: 本文綜述了變頻器的各種頻率給定功能，以及某些相關(guān)的功能，并舉例說(shuō)明了它們的應(yīng)用。關(guān) 鍵 詞: 頻率給定 面板給定 外接模擬量給定 頻率給定線偏置頻率Abstract:This paper introduced all reference and interrelated function with inverter. And gave some examples&

6、#160;for application.Keywords: Frequency command  Keyboard frequency command   External analog input  Curve of analog frequency command1 頻率給定的方式與選擇1.1 基礎(chǔ)概念(1) 給定方式的基本含義 要調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，必須首先向變頻器提供改變頻率的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)，稱為頻率給定信號(hào)，也有

7、稱為頻率指令信號(hào)或頻率參考信號(hào)的。所謂給定方式，就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法, 也就是提供給定信號(hào)的方式。(2) 面板給定方式 通過(guò)面板上的鍵盤或電位器進(jìn)行頻率給定(即調(diào)節(jié)頻率)的方式，稱為面板給定方式，面板給定又有兩種情況如圖1所示:(a) 鍵盤給定頻率的大小通過(guò)鍵盤上的升鍵(鍵)和降鍵(q鍵)來(lái)進(jìn)行給定。鍵盤給定屬于數(shù)字量給定，精度較高。(b) 電位器給定部分變頻器在面板上設(shè)置了電位器，如圖1(a)所示。頻率大小也可以通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)。電位器給定屬于模擬量給定，精度稍低。圖1頻率的面板給定方式 多數(shù)變頻器在面板上并無(wú)電位器，故說(shuō)明書中所說(shuō)的"面板給定"，實(shí)際就是鍵盤

8、給定。 變頻器的面板通?？梢匀∠拢ㄟ^(guò)延長(zhǎng)線安置在用戶操作方便的地方，如圖2所示。圖2面板遙控給定 此外, 采用哪一種給定方式, 須通過(guò)功能預(yù)置來(lái)事先決定。(3) 外部給定方式 從外接輸入端子輸入頻率給定信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的大小，稱為外部給定，或遠(yuǎn)控給定。主要的外部給定方式有:(a) 外接模擬量給定 通過(guò)外接給定端子從變頻器外部輸入模擬量信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行給定，并通過(guò)調(diào)節(jié)給定信號(hào)的大小來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。 模擬量給定信號(hào)的種類有:·電壓信號(hào) 以電壓大小作為給定信號(hào)。給定信號(hào)的范圍有:010V、210V、0±10V、05V、15V、0±5V等。

9、83;電流信號(hào) 以電流大小作為給定信號(hào)。給定信號(hào)的范圍有:020mA、420mA等。(b) 外接數(shù)字量給定 通過(guò)外接開關(guān)量端子輸入開關(guān)信號(hào)進(jìn)行給定。(c) 外接脈沖給定 通過(guò)外接端子輸入脈沖序列進(jìn)行給定。(d) 通訊給定 由PLC或計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊接口進(jìn)行頻率給定。1.2 選擇給定方式的一般原則(1) 面板給定和外接給定 優(yōu)先選擇面板給定。因?yàn)樽冾l器的操作面板包括鍵盤和顯示屏，而顯示屏的顯示功能十分齊全。例如，可顯示運(yùn)行過(guò)程中的各種參數(shù)，以及故障代碼等。 但由于受聯(lián)接線長(zhǎng)度的限制，控制面板與變頻器之間的距離不能過(guò)長(zhǎng)。(2) 數(shù)字量給定與模擬量給定 優(yōu)先選擇數(shù)字量給定。因?yàn)?(a) 數(shù)字量給定時(shí)頻

10、率精度較高;(b) 數(shù)字量給定通常用觸點(diǎn)操作，非但不易損壞，且抗干擾能力強(qiáng)。(3) 電壓信號(hào)與電流信號(hào) 優(yōu)先選擇電流信號(hào)。因?yàn)殡娏餍盘?hào)在傳輸過(guò)程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應(yīng)以及感應(yīng)噪聲等等的影響，抗干擾能力較強(qiáng)。 但由于電流信號(hào)電路比較復(fù)雜，故在距離不遠(yuǎn)的情況下，仍以選用電壓給定方式居多。2 模擬量給定的調(diào)整功能2.1 基礎(chǔ)概念(1) 頻率給定線的定義 由模擬量進(jìn)行頻率給定時(shí)，變頻器的給定信號(hào)X(X是給定信號(hào)的統(tǒng)稱，既可以是電壓信號(hào)UG，也可以是電流信號(hào)IG與對(duì)應(yīng)的給定頻率fX之間的關(guān)系曲線fXf()，稱為頻率給定線。(2) 基本頻率給定線 (a) 定義 在給定信號(hào)X從

11、0增大至最大值Xmax的過(guò)程中，給定頻率fX線性地從0增大到最大頻率fmax的頻率給定線 稱為基本頻率給定線。其起點(diǎn)為(X0，fX0); 終點(diǎn)為 (XXmax，fXfmax)，如圖3(a)和(b)所示。圖3基本頻率給定線 例如，給定信號(hào)為UG010V，要求對(duì)應(yīng)的輸出頻率為fX050Hz。 則:UG0V與fX0Hz相對(duì)應(yīng);UG10V與fX50Hz相對(duì)應(yīng)。(2) 最大頻率fmax 在數(shù)字量給定(包括鍵盤給定、外接升速/降速給定、外接多檔轉(zhuǎn)速給定等)時(shí)，是變頻器允許輸出的最高頻率;在模擬量給定時(shí)，是與最大給定信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率。(3) 頻率給定線的調(diào)整 在生產(chǎn)實(shí)踐中，生產(chǎn)機(jī)械所要求的最低頻率及最高頻率常

12、常不是0Hz和額定頻率，或者說(shuō)，實(shí)際要求的頻率給定線與基本頻率給定線并不一致。所以，需要對(duì)頻率給定線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之符合生產(chǎn)實(shí)際的需要。因?yàn)轭l率給定線是直線，所以，調(diào)整的著眼點(diǎn)便是:(a) 頻率給定線的起點(diǎn) 即當(dāng)給定信號(hào)為最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率;(b) 頻率給定線的終點(diǎn) 即當(dāng)給定信號(hào)為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。2.2 偏置頻率和頻率增益設(shè)定方式 (1) 偏置頻率 部分變頻器把與給定信號(hào)為"0"時(shí)的對(duì)應(yīng)頻率稱為偏置頻率，用fBI表示，如圖4所示。偏置頻率的表示方式主要有:圖4偏置頻率 (a) 頻率表示 即直接用頻率值fBI值表示;(b) 百分?jǐn)?shù)表示 用百分?jǐn)?shù)fBI表示: (2) 頻

13、率增益 當(dāng)給定信號(hào)為最大值Xmax時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大給定頻率fXM與變頻器預(yù)置的最大輸出頻率fmax之比的百分?jǐn)?shù)，用G表示:式中，頻率增益，;fmax變頻器預(yù)置的最大頻率，Hz;fXM虛擬的最大給定頻率，Hz。在這里，變頻器的最大給定頻率fXM不一定與最大頻率fmax相等。當(dāng)100時(shí)，變頻器實(shí)際輸出的最大頻率就等于fXM，如圖5中之曲線所示(曲線是基本頻率給定線);當(dāng)100時(shí)，變頻器實(shí)際輸出的最大頻率等于fmax，如圖5中的曲線所示。圖5頻率增益2.3 坐標(biāo)設(shè)定方式 部分變頻器的頻率給定線是通過(guò)預(yù)置其起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行調(diào)整的。不同變頻器的具體方法又略有差異，介紹如下:(1) 直接坐標(biāo)預(yù)置 通過(guò)直

14、接預(yù)置起點(diǎn)坐標(biāo)(Xmin，fmin)與坐標(biāo)(Xmax，fmax)來(lái)預(yù)置頻率給定線，如圖6(a)所示。如果要求頻率與給定信號(hào)成反比的話，則起點(diǎn)為(Xmin，fmax)，坐標(biāo)為(Xmax，fmin)，如圖6(b)所示。圖6直接預(yù)置坐標(biāo)調(diào)整頻率給定線 (2) 上、下限值預(yù)置 有的變頻器并不直接預(yù)置坐標(biāo)點(diǎn)，而是通過(guò)預(yù)置給定信號(hào)或給定頻率的上、下限值來(lái)間接地進(jìn)行坐標(biāo)預(yù)置。具體地說(shuō)，又有:(a) 預(yù)置給定信號(hào)的上、下限值 給定信號(hào)的最大限值用Xmax表示; 最小限值用Xmin表示，也可以用百分?jǐn)?shù)Xmin來(lái)表示，如圖7(a)所示。圖7頻率給定線的起點(diǎn)與終點(diǎn) (b) 預(yù)置給定頻率的上、下限值 即給定頻率的最大

15、值fmax和最小值fmin, 如圖7(b)所示。2.4 頻率給定線的應(yīng)用舉例實(shí)例1某用戶要求:當(dāng)模擬量給定信號(hào)為15V時(shí)，變頻器輸出頻率為050Hz。要滿足上述要求，各種變頻器的處理方法大致可分為兩大類:(1) 變頻器的給定信號(hào)范圍可選對(duì)于這類變頻器，可以將給定信號(hào)范圍直接預(yù)置為15V，使:與1V對(duì)應(yīng)的頻率為0Hz，與5V對(duì)應(yīng)的頻率為50Hz，作出頻率給定線如圖8(a)中之曲線所示(曲線為基本頻率線)。圖8實(shí)例1示意圖之一舉例說(shuō)明如下:(a) 選用明電VT230S系列變頻器，如圖8(b)所示:將功能碼B00-1(最大頻率的簡(jiǎn)單設(shè)定)預(yù)置為"1"，則最高頻率選擇為"

16、50Hz"將功能碼C12-0(FSV端子輸入模式)預(yù)置為"3"，則端子FSV輸入的給定信號(hào)范圍預(yù)置為"15"。(b) 選用瓦薩CX系列變頻器如圖8所示。將功能碼1.2(最大頻率)預(yù)置為"50Hz"將功能碼2.3(in信號(hào)的范圍)預(yù)置為"1"，則給定信號(hào)范圍由用戶設(shè)定;將功能碼2.4(in信號(hào)的最小值)預(yù)置為"10%"，則端子in輸入的給定信號(hào)的最小值為"10×101V"將功能碼2.5(in信號(hào)的最大值)預(yù)置為"50"，則端子in輸入的給

17、定信號(hào)的最大值為"10×505V"。(2) 變頻器的給定信號(hào)范圍不可選這類變頻器的模擬量給定信號(hào)范圍通常規(guī)定為010V，針對(duì)這種情況，首先應(yīng)正確作出頻率給定線。如圖9(a)所示，由"G1V、fX0Hz"得到頻率給定線的起點(diǎn);又由"G5V、fX50Hz"得到頻率給定線的終點(diǎn)。圖9中，曲線為基本頻率給定線。圖9實(shí)例1示意圖之二由曲線的延長(zhǎng)線知:與XG0V對(duì)應(yīng)的頻率是fBI-12.5Hz，為最高頻率的-25;與XG10V對(duì)應(yīng)的頻率是fXM112.5Hz，為最高頻率fmax的225。不同變頻器的功能預(yù)置情況舉例如下:(a) 選用富士

18、G11S系列變頻器，如圖9(b)所示。將功能碼F01(頻率設(shè)定1)預(yù)置為"1"，則給定信號(hào)從端子12輸入，信號(hào)范圍為"010V"將功能碼F03(最高輸出頻率1)預(yù)置為"50Hz"將功能碼F17(頻率設(shè)定信號(hào)增益)預(yù)置為"225"，使與5V對(duì)應(yīng)的頻率為50Hz;將功能碼F18(頻率偏置)預(yù)置為"-12.5Hz"，使與1V對(duì)應(yīng)的頻率為0Hz。(b) 選用安川G7A系列變頻器，如圖9(c)所示。將功能碼E1-04(最高輸出頻率)預(yù)置為50Hz;將功能碼H3-01(選擇頻率指令端子A1的信號(hào)值)預(yù)置為&

19、quot;0"，則給定信號(hào)的范圍為010V;將功能碼H3-02(頻率指令端子A1輸入增益)預(yù)置為"225"，使與5V對(duì)應(yīng)的頻率為50Hz;將功能碼H3-03(頻率指令端子A1輸入偏置)預(yù)置為"-25"，使與1V對(duì)應(yīng)的頻率為0Hz。實(shí)例2用戶要求:當(dāng)模擬量給定信號(hào)為(010)V時(shí)，變頻器的輸出頻率為(030)Hz。解決方法:可將最大給定信號(hào)時(shí)的頻率增益G預(yù)置為60，如圖10中曲線所示。圖10實(shí)例2之頻率給定線注意:變頻器的最大頻率不能小于基本頻率(通常等于額定頻率)，故本例中不能把最大頻率預(yù)置為"30Hz"。3 模擬量給定的正

20、、反轉(zhuǎn)控制與濾波3.1 模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)功能(1) 控制方式 主要有兩種方式:(a) 由雙極性給定信號(hào)控制 給定信號(hào)可""可""，正信號(hào)控制正轉(zhuǎn)，負(fù)信號(hào)控制反轉(zhuǎn)，如圖11(a)所示。圖11模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)控制 (b) 由單極性給定信號(hào)控制給定信號(hào)只有""值，由給定信號(hào)中間的任意值作為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的分界點(diǎn)，如圖11(b)所示。(2) 死區(qū)的設(shè)置 用模擬量給定信號(hào)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)控制時(shí)，"0"速控制很難穩(wěn)定，在給定信號(hào)為""時(shí)，常常出現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的"蠕動(dòng)"現(xiàn)象。為了防止這種&q

21、uot;蠕動(dòng)"現(xiàn)象，需要在""速附近設(shè)定一個(gè)死區(qū)X，使給定信號(hào)從-X到X的區(qū)間內(nèi)，輸出頻率為0Hz。 (3) 有效"0"的功能 在給定信號(hào)為單極性的正、反轉(zhuǎn)控制方式中，存在著一個(gè)特殊的問(wèn)題。即，萬(wàn)一給定信號(hào)因電路接觸不良或其他原因而"丟失"，則變頻器的給定輸入端得到的信號(hào)為"0"，其輸出頻率將跳變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的最大頻率，電動(dòng)機(jī)將從正常工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入高速反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 十分明顯，在生產(chǎn)過(guò)程中，這種情況的出現(xiàn)將是十分有害的，甚至有可能損壞生產(chǎn)機(jī)械。 對(duì)此，變頻器設(shè)置了一個(gè)有效"0"功能。就是說(shuō)，變頻器

22、的最小給定信號(hào)不等于0(Xmin0)。如果給定信號(hào)X0，變頻器將認(rèn)為是故障狀態(tài)而把輸出頻率降至0Hz。例如，將有效""預(yù)置為0.3V。則:當(dāng)給定信號(hào)X0.3V時(shí), 變頻器的輸出頻率為fmin;當(dāng)給定信號(hào)X0.3V時(shí), 變頻器的輸出頻率降為0Hz。3.2 模擬量給定的濾波時(shí)間(1) 濾波時(shí)間的含義 變頻器在接受模擬量給定信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)行濾波，其物理意義與圖12中的濾波電容類似(通常都采用數(shù)字濾波)。圖中，綜坐標(biāo)是給定信號(hào)的百分?jǐn)?shù)X。圖12給定信號(hào)的濾波濾波的目的, 是消除干擾信號(hào)對(duì)頻率給定信號(hào)的影響。濾波時(shí)間常數(shù)，是指給定信號(hào)上升至穩(wěn)定值63所需的時(shí)間。(2) 濾波時(shí)間的影

23、響·濾波時(shí)間太短 當(dāng)變頻器顯示"給定頻率"時(shí)，有可能不夠穩(wěn)定;·濾波時(shí)間太長(zhǎng)當(dāng)調(diào)節(jié)給定信號(hào)時(shí)，給定頻率隨給定信號(hào)改變時(shí)的響應(yīng)速度較慢。4 輔助給定與其他功能4.1 輔助給定功能(1) 基本概念 當(dāng)變頻器有兩個(gè)或多個(gè)模擬量給定信號(hào)同時(shí)從不同的端子輸入時(shí)，其中必有一個(gè)為主給定信號(hào)，其他為輔助給定信號(hào)。 大多數(shù)變頻器的輔助給定信號(hào)都是疊加到主給定信號(hào)(相加或相減)上去的。疊加后在頻率給定線如圖13中的曲線和曲線所示。圖13主給定與輔助給定 (2) 應(yīng)用舉例(a) 多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行 圖14自動(dòng)同步控制 在造紙、印染等機(jī)械中，整臺(tái)機(jī)器具有若干個(gè)單元，每個(gè)單

24、元都有各自獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng), 如圖14所示:第單元由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，第二單元由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。通常, 把第單元稱為主令單元, 后面的各單元稱為從動(dòng)單元。在這種情況下，總是要求被加工物在各單元的線速度一致:顯然，如果后面的速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積;反之，如果后面的速度高于前面，將導(dǎo)致被加工物的撕裂。因此，對(duì)于多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的要求是:·在調(diào)速時(shí), 各單元必須同時(shí)調(diào)節(jié);·各單元的運(yùn)行線速度必須步調(diào)一致, 即實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。(b) 同步信號(hào)的取出通常，各單元都有線速度的檢測(cè)裝置，如圖14中的SV1和SV2所示。把SV1和SV2取出的線速度信號(hào)在數(shù)據(jù)處理器中進(jìn)行比較后變換成同步信號(hào)，接

25、至各從動(dòng)單元的輔助給定輸入端，通過(guò)功能預(yù)置，使VR1端的主給定信號(hào)與VR2端的輔助給定信號(hào)相減。(c) 電路特點(diǎn)，如圖14所示。·統(tǒng)調(diào)信號(hào)將各變頻器的主給定端VR1-COM都并聯(lián)起來(lái), 與統(tǒng)調(diào)給定信號(hào)相接, 使各變頻器的主給定信號(hào)同時(shí)改變, 實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)調(diào)。·各單元的微調(diào) 當(dāng)從動(dòng)單元與主令單元的不一致時(shí)，數(shù)據(jù)處理器將輸出一個(gè)微調(diào)信號(hào)給從動(dòng)單元，使從動(dòng)單元的線速度和主令單元相等。1單元是主令單元，不需要進(jìn)行微調(diào)。4.2 頻率給定的其他功能(1) 頻率指令的保持功能 變頻器在停機(jī)后, 是否保持停機(jī)前的運(yùn)行頻率的選擇功能。再開機(jī)時(shí), 變頻器的運(yùn)行頻率有兩種狀態(tài)可供選擇:·保

26、持功能無(wú)效 運(yùn)行頻率為0Hz，如要回復(fù)到原來(lái)的工作頻率，須重新加速。·保持功能有效 運(yùn)行頻率自動(dòng)上升到停機(jī)前的工作頻率。(2) 點(diǎn)動(dòng)頻率功能 點(diǎn)動(dòng)是各類機(jī)械在調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常使用的操作方式。因?yàn)橹饕糜谡{(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。所以，點(diǎn)動(dòng)頻率(用fJ表示)是通過(guò)功能預(yù)置來(lái)確定的。有的變頻器也可以預(yù)置多檔點(diǎn)動(dòng)頻率。(3) 頻率給定異常時(shí)的處理功能 給定信號(hào)異常大致有以下兩種情形:(a) 給定信號(hào)丟失 當(dāng)外接模擬頻率給定信號(hào)因電路接觸不良或斷線而丟失時(shí)，變頻器處理方式的選擇功能。例如，是否停機(jī)，如繼續(xù)運(yùn)行，則在多大頻率下運(yùn)行等。(b) 給定信號(hào)小于最低頻率時(shí)的處理功能 有的負(fù)

27、載在頻率很低時(shí)實(shí)際上不能運(yùn)行，因而需要預(yù)置"最低頻率"。對(duì)應(yīng)地，也就有一個(gè)最小給定信號(hào)。當(dāng)實(shí)際給定信號(hào)小于最小給定信號(hào)時(shí)，應(yīng)視為異常狀態(tài)。5 頻率的限制功能5.1 上、下限頻率(1) 基礎(chǔ)概念(a) 生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速范圍的要求 生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)工藝過(guò)程的實(shí)際需要，常常要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行限制。以某攪拌機(jī)為例，如圖15(a)所示。要求的最高轉(zhuǎn)速是600r/min，最低轉(zhuǎn)速是150r/min。圖15上限頻率和下限頻率 (b) 變頻器的上、下限頻率 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所要求的最高與最低轉(zhuǎn)速，以及電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動(dòng)比，可以推算出相對(duì)應(yīng)的頻率，分別稱為上限頻率(用fH表示)與下限頻率(用f

28、L表示)。在上例中，如傳動(dòng)比2，則: (2) 上限頻率與最高頻率的關(guān)系·上限頻率小于最高頻率 ·上限頻率比最高頻率優(yōu)先 這是因?yàn)?，上限頻率是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求來(lái)決定的，所以具有優(yōu)先權(quán)。5.2 回避頻率(1) 基礎(chǔ)概念 任何機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，都或多或少會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。每臺(tái)機(jī)器又都有一個(gè)固有振蕩頻率，它取決于機(jī)械的結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速下時(shí)，所引起的振動(dòng)頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機(jī)械的振動(dòng)將因發(fā)生諧振而變得十分強(qiáng)烈(也稱為機(jī)械共振)，并可能導(dǎo)致機(jī)械損壞的嚴(yán)重后果。圖16回避頻率 設(shè)置回避頻率fJ的目的，就是使拖動(dòng)系統(tǒng)"回避"掉可能引起諧振的

29、轉(zhuǎn)速，如圖16所示。(2) 回避頻率的預(yù)置 預(yù)置回避頻率時(shí)，必須預(yù)置以下兩個(gè)數(shù)據(jù):·中心回避頻率fJ 即回避頻率所在的位置;·回避寬度f(wàn)J 即回避區(qū)域，如圖16(a)所示。(3) 回避頻率的數(shù)量 大多數(shù)變頻器都可以預(yù)置三個(gè)回避頻率, 如圖16(b)所示。6 載波頻率的選擇功能6.1 基礎(chǔ)概念 變頻器輸出電壓的波形，都是經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制后的系列脈沖波。脈寬調(diào)制的基本方法是:各脈沖的上升沿和下降沿都是由正弦波和三角波的交點(diǎn)決定的，如圖17所示。在這里，正弦波稱為調(diào)制波，三角波稱為載波。三角波的頻率就稱為載波頻率，用fC表示。圖17變頻器輸出電壓波的形成 圖17中，uU、V、W是各相

30、的相電壓波形, uUV則是U相和V相間線電壓的波形。顯然, 電壓脈沖序列的頻率必等于載波頻率。 在PWM電壓脈沖序列的作用下, 電流波形是脈動(dòng)的, 脈動(dòng)頻率與載波頻率一致。脈動(dòng)電流將使電動(dòng)機(jī)鐵心的硅鋼片之間產(chǎn)生電磁力并引起振動(dòng)，產(chǎn)生電磁噪聲。改變載波頻率時(shí), 電磁噪聲的音調(diào)也將發(fā)生改變。所以, 有的變頻器對(duì)于調(diào)節(jié)載波頻率的功能, 稱為"音調(diào)調(diào)節(jié)功能"。6.2 載波頻率大小的影響(1) 載波頻率對(duì)變頻器輸出電流的影響(a) 載波頻率與電流波形 運(yùn)行頻率越低, 則電壓波的平均占空比越小, 電流高次諧波成分越大, 故適當(dāng)提高載波頻率, 可以改善電流波形。(b) 載波頻率與死區(qū) 逆

31、變橋中, 同一橋臂的上、下兩個(gè)逆變管是在不停地交替導(dǎo)通的，為了保證在交替導(dǎo)通時(shí), 只有當(dāng)一個(gè)逆變管完全截止的情況下, 另一個(gè)逆變管才開始導(dǎo)通。在交替過(guò)程中，必須有一個(gè)死區(qū)(等待時(shí)間)。載波頻率和死區(qū)的關(guān)系有如下的幾個(gè)方面:·變頻器的輸出電流越大，每次交替所要求的死區(qū)也越大;·載波頻率越高，則死區(qū)的累計(jì)值越大，變頻器的平均輸出電流越小。圖18載波頻率對(duì)輸出電流的影響 因此，載波頻率越高，變頻器的允許輸出電流越小，如圖18所示(圖中曲線系根據(jù)西門子440系列變頻器提供的資料作出)。(c) 載波頻率引起的漏電流 載波頻率越高，因線路相互之間，以及線路與地之間分布電容的容抗越小，由

32、高頻脈沖電壓引起的漏電流越大，如圖19(a)所示。圖19載波頻率的影響 (2) 載波頻率對(duì)其他設(shè)備的影響(a) 高頻電壓的影響·對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響 當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，則載波頻率越高，由線路分布電容引起的不良效應(yīng)(如電動(dòng)機(jī)側(cè)電壓升高、電動(dòng)機(jī)振動(dòng)等)越大;·對(duì)其他設(shè)備的干擾 載波頻率越高，則高頻電壓通過(guò)靜電感應(yīng)對(duì)其他設(shè)備的干擾也越嚴(yán)重。(b) 高頻電流的影響如圖19(b)所示。·電磁感應(yīng)對(duì)其他設(shè)備的干擾 高頻電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)將通過(guò)電磁感應(yīng)對(duì)其他設(shè)備的控制線路產(chǎn)生干擾;·電磁輻射對(duì)其他設(shè)備的干擾 高頻電磁場(chǎng)具有強(qiáng)大的輻射能量，使其他設(shè)備，尤其

33、通訊設(shè)備受到干擾。 (3) 載波頻率與輸出功率的關(guān)系·載波頻率越高，諧波電流的頻率也越高，則電動(dòng)機(jī)定子繞組的趨表效應(yīng)越嚴(yán)重，有效電阻值及其損失增大，電動(dòng)機(jī)的輸出功率越小;·載波頻率越高，死區(qū)的累計(jì)時(shí)間越大，變頻器實(shí)際工作的時(shí)間越短，輸出功率越小。(4) 載波頻率與環(huán)境溫度當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，逆變橋中，上、下兩個(gè)逆變管在交替導(dǎo)通過(guò)程中的死區(qū)將變窄，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致橋臂"直通"(短路)而損壞變頻器。參考文獻(xiàn)(略)作者簡(jiǎn)介張燕賓(1937-) 男 高級(jí)工程師 退休前在宜昌市自動(dòng)化研究所工作，曾任自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng)、宜昌市科委駐深圳聯(lián)絡(luò)處主任;宜昌市自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、

34、湖北省自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事。著作:SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)(編著，機(jī)械工業(yè)出版社1997年12月初版;2002年月第二版);變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐(主編，機(jī)械工業(yè)出版社2001年1月出版);變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)(副主編，機(jī)械工業(yè)出版社2003年1月出版)。講座二電動(dòng)機(jī)特性的控制功能 Control Function for Improving the Mechanical Characteristics of Motor摘要: 本文綜述了變頻器為了改善電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性而設(shè)置的各種控制模式及其相關(guān)功能。關(guān) 鍵 詞: 控制模式

35、60;  V/F控制   轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償   矢量控制   自動(dòng)檢測(cè)   旋轉(zhuǎn)編碼器   轉(zhuǎn)矩控制Abstract:This paper introduced all control mode for improving the mechanical characteristics of motor. A

36、nd it's interrelated function.Keywords:Control mode V/F control  Torque boost  Vector control  Auto-tuning  Encoder  Torque control1  變頻引出的特殊問(wèn)題1.1 異步電動(dòng)機(jī)在頻率下降后出現(xiàn)的問(wèn)題    異步電動(dòng)機(jī)的輸入輸

37、出如圖1所示。圖1     異步電動(dòng)機(jī)的輸入和輸出 (1) 問(wèn)題的提出(a) 電動(dòng)機(jī)的輸入功率眾所周知，電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的器件。三相交流異步電動(dòng)機(jī)輸入的是三相電功率P1:            (b) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率電動(dòng)機(jī)是用來(lái)拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的，因此，其輸出功率便是軸上的機(jī)械功率:            &#

38、160;                  式(2)中: P2電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率，kW;  TM電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，N·m; M電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速，r/min。(c) 頻率下降后出現(xiàn)的問(wèn)題毫無(wú)疑問(wèn)，頻率下降的結(jié)果是轉(zhuǎn)速下降。這是因?yàn)?，異步電?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率有關(guān):         &

39、#160;                 式(4)中: 0同步轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速), r/min。由式(2)知, 轉(zhuǎn)速下降的結(jié)果是:電動(dòng)機(jī)的輸出功率下降。    然而, 式(1)表明, 電動(dòng)機(jī)的輸入功率和頻率之間卻并無(wú)直接關(guān)系。如果仔細(xì)分析的話，當(dāng)頻率下降時(shí)，輸入功率將是有增無(wú)減的(因?yàn)榉措妱?dòng)勢(shì)將減小)。    輸入不變而輸出減少，這似乎有悖于能量守恒

40、的原理，出現(xiàn)了什么問(wèn)題呢？ (2) 異步電動(dòng)機(jī)的能量傳遞    異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是依靠電磁感應(yīng)(轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng))而得到能量的，如圖2(a)所示。所以，其能量是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的。傳遞過(guò)程如圖2(b)所示, 可歸納如下:圖2     異步電動(dòng)機(jī)的能量傳遞 (a) 從輸入的電功率P1中扣除定子側(cè)損失(定子繞組的銅損pCu1和定子鐵心的鐵損pFe1)后，便是通過(guò)磁場(chǎng)傳遞給轉(zhuǎn)子的功率，稱為電磁功率，用PM表示:         &

41、#160; (b) 轉(zhuǎn)子得到的電磁功率PM中扣除轉(zhuǎn)子側(cè)損失(轉(zhuǎn)子繞組的銅損PCu2和轉(zhuǎn)子鐵心的鐵損PFe2)，便是轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率P2:                顯然，頻率下降的結(jié)果必將導(dǎo)致電磁功率PM的“中部崛起”，這意味著磁通的大量增加。那么，PM是如何增大的呢？ (3) 定子側(cè)的等效電路(a) 定子磁通及其在電路中的作用  如圖3(a)所示，定子磁通可以分為兩個(gè)部分:圖3     定

42、子側(cè)的等效電路·主磁通1 主磁通1是穿過(guò)空氣隙與轉(zhuǎn)子繞組相鏈的部分，是把能量傳遞給轉(zhuǎn)子的部分。它在定子繞組中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)，用E1表示，其有效值的計(jì)算如下式:          式(7)表明，反電動(dòng)勢(shì)E1與頻率fX和主磁通M的乘積成正比:      在頻率一定的情況下，反電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值直接反映了主磁通的大小?；蛘哒f(shuō)，主磁通M的大小是通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)E1的大小來(lái)體現(xiàn)的。·漏磁通0 漏磁通0是未穿過(guò)空氣

43、隙與轉(zhuǎn)子繞組相鏈的部分，它并不傳遞能量，它在定子繞組中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)只起電抗的作用，稱為漏磁電抗X1，其壓降為I1X1。(b) 定子側(cè)的等效電路圖3(b)所示即為定子繞組的一相等效電路，其電動(dòng)勢(shì)平衡方程如下:                      (c) 電磁功率的計(jì)算    如上述，把能量從定子傳遞給轉(zhuǎn)子的是主磁通M，而主磁通M在電路中通過(guò)

44、反電動(dòng)勢(shì)E1來(lái)體現(xiàn)，所以，電磁功率可計(jì)算如下:      (d) 頻率下降的后果    由式(8)知, 當(dāng)頻率fX下降時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)E1也將下降，由式(10)知，這將引起電流I1的增大，并導(dǎo)致磁通M和電磁功率PM的增大。1.2 保持磁通不變的必要性和途徑(1) 保持磁通不變的必要性(a) 磁通減小 任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是電流和磁通相互作用的結(jié)果，電流是不允許超過(guò)額定值的，否則將引起電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。因此，如果磁通減小，電磁轉(zhuǎn)矩也必減小，導(dǎo)致帶載能力降低。(b) 磁通增大 電動(dòng)機(jī)的磁路將飽和

45、，由于在變頻調(diào)速時(shí)，運(yùn)行頻率fX是在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化的，因此，如不采取措施的話，磁通的變化范圍也是非常大的。它極容易使電動(dòng)機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生峰值很高的尖峰電流，如圖4所示。圖4的上半部是電動(dòng)機(jī)的磁化曲線;下半部則是勵(lì)磁電流的波形。圖4     磁化曲線與勵(lì)磁電流所以，變頻調(diào)速的一個(gè)特殊問(wèn)題便是:當(dāng)頻率fX變化時(shí)，必須使磁通保持不變:           const (2) 保持磁通不變的方法由式(8)知，保持const的準(zhǔn)

46、確方法是:         即，在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，必須保持反電動(dòng)勢(shì)E1X和頻率fX的比值不變。但反電動(dòng)勢(shì)是由定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁通而感生的，無(wú)法從外部進(jìn)行控制。于是用保持定子側(cè)輸入電壓和頻率之比等于常數(shù)來(lái)代替:           式(13)中: U1X運(yùn)行頻率為fX時(shí)的輸入電壓，V。所以, 在改變頻率時(shí), 必須同時(shí)改變定子側(cè)的輸入電壓。設(shè)頻率的調(diào)節(jié)比為:     

47、;  1.3 變壓變頻存在的問(wèn)題及原因分析(1) 存在的問(wèn)題(a) 衡量調(diào)速性能的主要因素    電動(dòng)機(jī)的基本功能是拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)，因此，在低頻時(shí)的帶負(fù)載能力便是衡量變頻調(diào)速性能好壞的一個(gè)十分重要的因素。(b) 調(diào)壓調(diào)頻存在的問(wèn)題    滿足式(16)的情況下進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，隨著頻率的下降，電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩和帶負(fù)載能力(用有效轉(zhuǎn)矩MEX表示)也有所下降，如圖5所示。圖5     頻率下降(U/fC)后的機(jī)械特性 (2) 臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因分析(a) 電磁

48、轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生     異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子電流和磁通相互作用的結(jié)果。因此，問(wèn)題的關(guān)鍵便是:在滿足式(16)的情況下，低頻時(shí)能否保持磁通量基本不變？(b) 電磁轉(zhuǎn)矩減小的原因     式(9)可以改寫為:                  式(17)表明，反電動(dòng)勢(shì)是定子側(cè)輸入電壓減去阻抗壓降的結(jié)果。 

49、60;  當(dāng)頻率fX下降時(shí)，輸入電壓U1X隨之下降。但在負(fù)載不變的情況下，電流I1及其阻抗壓降卻基本不變, 于是反電動(dòng)勢(shì)E1X所占的比例必將減小。由式(12)知, 磁通M也必減小，磁通不變的要求并沒(méi)有真正得到滿足，結(jié)果是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩也減小。2  V/F控制功能2.1 V/F控制模式(1) 指導(dǎo)思想    為了確保電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)和頻率之比保持不變，真正實(shí)現(xiàn)const，在式(16)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高U/f比，使KUKf，從而使轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償，提高電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的帶負(fù)載能力。如圖6中之曲線所示(曲線是KUKf的

50、U/f線)。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償或轉(zhuǎn)矩提升，這種控制方式稱為V/F控制模式。圖6     轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 (2) 基本頻率     與變頻器的最大輸出電壓對(duì)應(yīng)的頻率稱為基本頻率，用fBA表示。在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率，如圖7所示。 圖7     基本頻率 (3) 基本U/f線      在變頻器的輸出頻率從0Hz上升到基本頻率fBA的過(guò)程中, 滿足KU=Kf的U/f線, 稱為基本U/

51、f線, 如圖8(a)所示。圖8    基本U/f線 (4) 弱磁點(diǎn)    當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于額定頻率時(shí)，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，如圖8(b)中之點(diǎn)以后所示。在這種情況下，由于U/f比將隨頻率的上升而下降，電動(dòng)機(jī)磁路內(nèi)的磁通也因此而減小，處于弱磁運(yùn)行狀態(tài)。因此，通常把轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為弱磁點(diǎn)。2.2 U/f線的選擇功能(1) 不同負(fù)載在低速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩的要求      各類負(fù)載在低速時(shí)所呈現(xiàn)的阻轉(zhuǎn)矩是很不一樣的, 例如:(a) 二次方律負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次

52、方成正比，如圖9中的曲線所示。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩小得多;圖9     各類負(fù)載的機(jī)械特性 (b) 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在不同的轉(zhuǎn)速下, 負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩基本不變, 如圖9中之曲線所示。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速時(shí)是基本相同的;(c) 恒功率負(fù)載在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載功率保持恒定，其機(jī)械特性呈雙曲線狀，如圖9中之曲線所示。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)速時(shí)還要大得多。 (2) 變頻器對(duì)U/f線的設(shè)置    因?yàn)槊颗_(tái)變頻器應(yīng)用到什么負(fù)載上是不確定的，而不同負(fù)載在低頻時(shí)對(duì)U/f比的要求又很不一致。   

53、0;為此，各種變頻器在V/F控制模式下，提供了任意預(yù)置U/f比的功能。使用戶可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)負(fù)載的輕重來(lái)選擇U/f比，如圖10所示。 圖10     變頻器為用戶提供的U/f線 (3) U/f線的預(yù)置要點(diǎn)(a) 預(yù)置不當(dāng)?shù)暮蠊?#160;   如果負(fù)載在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/f比)預(yù)置得較小，則低速時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載。反之, 如果負(fù)載在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩較輕而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/f比)預(yù)置得較大，則補(bǔ)償過(guò)分，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁路將飽和，勵(lì)磁電流發(fā)生畸變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因勵(lì)磁電流峰值過(guò)高而導(dǎo)致“過(guò)電流”跳閘。(b) 預(yù)置要點(diǎn)

54、0;    調(diào)試時(shí)，U/f比的預(yù)置宜由小逐漸加大，每加大一檔，觀察在最低頻時(shí)能否帶得動(dòng)負(fù)載？及至能帶動(dòng)時(shí)，還應(yīng)反過(guò)來(lái)觀察空載時(shí)會(huì)不會(huì)跳閘？一直到在最低頻率下運(yùn)行時(shí)，既能帶得動(dòng)負(fù)載，又不會(huì)空載跳閘時(shí)為止。3  矢量控制功能3.1 基本思想(1) 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的分析    在變頻調(diào)速技術(shù)成熟之前，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性被公認(rèn)為是最好的。究其原因，是因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)十分重要的特點(diǎn):(a) 磁場(chǎng)特點(diǎn)      它的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間是互相垂直的，如圖11

55、(a)所示;圖11     直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) (b) 電路特點(diǎn)      它的勵(lì)磁電路和電樞電路是互相獨(dú)立的，如圖11(b)所示。    在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，只調(diào)節(jié)其中一個(gè)電路的參數(shù)。 (2) 變頻器的矢量控制模式(a) 基本構(gòu)思      仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)，對(duì)于調(diào)節(jié)頻率的給定信號(hào)，分解成和直流電動(dòng)機(jī)具有相同特點(diǎn)的磁場(chǎng)電流信號(hào)i*M和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)i*T，并且假想地看作是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)著的直流磁場(chǎng)的信號(hào)

56、。當(dāng)給定信號(hào)改變時(shí)，也和直流電動(dòng)機(jī)一樣，只改變其中一個(gè)信號(hào)，從而使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制具有和直流電動(dòng)機(jī)類似的特點(diǎn)。    對(duì)于控制電路分解出的控制信號(hào)i*M和i*T，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制信號(hào)i*A、i*B和i*C，對(duì)三相逆變橋進(jìn)行控制，如圖12所示。從而得到與直流電動(dòng)機(jī)類似的硬機(jī)械特性, 提高了低頻時(shí)的帶負(fù)載能力。 圖12     矢量控制框圖 (b) 無(wú)反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模式    根據(jù)在實(shí)行矢量控制時(shí)，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的

57、特點(diǎn)，而有無(wú)反饋和有反饋矢量控制之分。無(wú)反饋矢量控制是根據(jù)測(cè)量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)接地計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運(yùn)行時(shí)，得到較硬機(jī)械特性的控制模式。由于計(jì)算量較大，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力稍差。    有反饋矢量控制則必須在電動(dòng)機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，如圖12中的虛線所示。由于轉(zhuǎn)速大小直接由速度傳感器測(cè)量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。與無(wú)反饋矢量控制模式相比，具有機(jī)械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。3.2 電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的輸入    如上述，要實(shí)現(xiàn)矢量控制功能，必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)自身

58、的參數(shù)進(jìn)行一系列等效變換的計(jì)算。而進(jìn)行計(jì)算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。因此，把電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定數(shù)據(jù)以及定、轉(zhuǎn)子的參數(shù)輸入給變頻器，就是實(shí)現(xiàn)矢量控制的必要條件。 (1) 自動(dòng)檢測(cè)功能    從上面所舉例子可以看出，進(jìn)行矢量控制時(shí)，所需數(shù)據(jù)中的相當(dāng)部分，一般用戶是很難得到的。這給矢量控制的應(yīng)用帶來(lái)了困難。對(duì)此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動(dòng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的功能。但檢測(cè)的具體方法，各種變頻器不盡相同。    自動(dòng)檢測(cè)功能的英語(yǔ)名稱是auto-tuning, 故有的變頻器直譯為“自動(dòng)調(diào)諧”功能,

59、 也有的稱之為“自學(xué)習(xí)”功能。 (2) 自動(dòng)檢測(cè)方法舉例     以艾默生TD3000系列變頻器為例，其相關(guān)功能如下:功能碼F1.09用于選擇自動(dòng)檢測(cè)功能，數(shù)據(jù)碼是:“0”禁止自動(dòng)檢測(cè);“1”允許自動(dòng)檢測(cè)。功能碼F1.10用于實(shí)施自動(dòng)檢測(cè)，數(shù)據(jù)碼是:“0”不進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè);“1”進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，步驟如下:(a) 將電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)預(yù)置給變頻器(功能碼F1.00F1.05);(b) 將功能碼F1.10預(yù)置為“1”;(c) 按變頻器鍵盤上的RUN鍵, 變頻器將執(zhí)行自動(dòng)   檢測(cè)。檢測(cè)完畢后, 自動(dòng)轉(zhuǎn)為“0”。  

60、  “2”變頻器設(shè)置了一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)的操作程序(說(shuō)明書中稱為“調(diào)諧宏”)。當(dāng)功能碼F1.10預(yù)置為“2”時(shí)，該操作程序開始運(yùn)行，并在顯示屏上指導(dǎo)用戶進(jìn)行必要的功能預(yù)置和操作。檢測(cè)完畢后，自動(dòng)轉(zhuǎn)為“0”。3.3 轉(zhuǎn)速反饋矢量控制中編碼器的相關(guān)功能    當(dāng)變頻器的控制方式預(yù)置為有反饋矢量控制方式時(shí)，轉(zhuǎn)速測(cè)定是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。和變頻器配用的測(cè)速裝置大多采用旋轉(zhuǎn)編碼器。 (1) 旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號(hào)      和變頻器配用的旋轉(zhuǎn)編碼器通常為二相(相和B相)原點(diǎn)輸出型, 其輸出信號(hào)

61、分為兩相:相和B相。兩者在相位上互差90°±45°, 如圖13(b)所示, 和分別是A相和B相的“非”。每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器輸出的脈沖數(shù)可根據(jù)情況選擇。例如, TRD-J系列編碼器的脈沖數(shù)從10p/r1000p/r, 分16檔可選。    Z相為原點(diǎn)標(biāo)記，其特點(diǎn)是:每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，只輸出個(gè)相位固定的脈沖，作為原點(diǎn)的標(biāo)志。圖13(a)所示是編碼器的引出線。圖13     編碼器的信號(hào)與接線 (2) 編碼器與變頻器的聯(lián)接  主要有兩種類型:一種是直接聯(lián)接，例如艾默生TD3000

62、系列變頻器和編碼器之間的聯(lián)接如圖14(a)所示;圖14     編碼器與變頻器的聯(lián)接    另一種類型以安川VS-616G7系列變頻器為例，須配置專用的PG速度控制卡，如圖14(b)所示。將控制卡PG-B2插入變頻器的相關(guān)插座4CN中，再將PG的引出線接至控制卡上。(3) 編碼器脈沖數(shù)的選擇一般說(shuō)來(lái)，電動(dòng)機(jī)在最高頻率下工作時(shí)，編碼器的脈沖頻率以接近于20kHz為佳，即:             &

63、#160;        式(18)中: p0編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，p/r。3.4 矢量控制的應(yīng)用要點(diǎn)(1) 應(yīng)用矢量控制的注意點(diǎn)    由于矢量控制必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的演算，因此，其使用范圍必將受到一些限制。(a) 電動(dòng)機(jī)的容量  電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)盡可能與變頻器說(shuō)明書中標(biāo)明的“配用電動(dòng)機(jī)容量”相符，最多低一個(gè)檔次。例如，變頻器的“配用電動(dòng)機(jī)容量”為45kW，電動(dòng)機(jī)的下一檔容量為37kW。則該變頻器只能在配接45kW或37kW的電動(dòng)機(jī)時(shí)，矢量控制功能是有效的

64、。(b) 電動(dòng)機(jī)的磁極數(shù)  以2p=4(4極電動(dòng)機(jī))為最佳，要注意說(shuō)明書中對(duì)磁極數(shù)的規(guī)定。(c) 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)  以生產(chǎn)變頻器的同一家公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速專用電動(dòng)機(jī)為最佳，一般的通用電動(dòng)機(jī)也都可用。但特殊電動(dòng)機(jī)(如高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)等)則不能用。(d) 電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù)  矢量控制只適用于一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合。 (2) 速度控制的PID功能    當(dāng)采用有反饋矢量控制模式時(shí)，變頻器存在著一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，并且為此專門配置了PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以利于在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，或者拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)(負(fù)載

65、突然加重或減輕)時(shí)，能夠使控制系統(tǒng)既反映迅速，又運(yùn)行穩(wěn)定。因此，在具有矢量控制功能的變頻器中，有兩套PID調(diào)節(jié)功能:(a) 用于速度閉環(huán)控制的PID調(diào)節(jié)功能;(b) 用于系統(tǒng)控制(例如供水系統(tǒng)的恒壓控制等)的PID調(diào)節(jié)功能。兩種PID調(diào)節(jié)功能中，P(比例增益)、I(積分時(shí)間)、D(微分時(shí)間)的作用對(duì)象不同，但原理是相同的。 (2) 矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn) ·低頻轉(zhuǎn)矩大  即使運(yùn)行在1Hz(或0.5Hz)時(shí), 也能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩,且不會(huì)產(chǎn)生在V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。·機(jī)械特性好 在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，都具有較硬的機(jī)械特性，所有機(jī)械特

66、性基本上都是平行的。·動(dòng)態(tài)響應(yīng)好  尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般都能小于100ms。·能進(jìn)行四象限運(yùn)行。4  轉(zhuǎn)矩控制功能4.1 轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)速控制的區(qū)別(1) 轉(zhuǎn)速控制的特點(diǎn)     迄今為止，我們所討論的變頻調(diào)速，都是以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為目的的，其基本特點(diǎn)有:(a) 變頻器輸出頻率的大小(從而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低)隨給定信號(hào)的大小而變;(b) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小是不能控制的, 它總是和負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩處于平衡狀態(tài)。因此, 是隨負(fù)載的輕重而隨時(shí)變化的;(c) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的限值是受發(fā)熱和過(guò)載能

67、力(取決于臨界轉(zhuǎn)矩)制約的。(2) 轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn)    轉(zhuǎn)矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方式。其主要特點(diǎn)是:(a) 給定信號(hào)并不用于控制變頻器輸出頻率的大小, 而是用于控制電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的大小，如圖15所示:當(dāng)給定信號(hào)為10V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值Tmax(如圖中之狀態(tài));當(dāng)給定信號(hào)為5V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為Tmax/2(如圖中之狀態(tài))。 (b) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小取決于電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩比較的結(jié)果，只能決定拖動(dòng)系統(tǒng)是加速還是減速，其輸出頻率不能調(diào)節(jié)，很難使拖動(dòng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下等速運(yùn)行。圖15   &#

68、160; 轉(zhuǎn)矩控制的概念    如果給定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不變(等于TMX)，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，系統(tǒng)的運(yùn)行如圖16(a)中之曲線所示:圖16     轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的轉(zhuǎn)速當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL小于TMX時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)將加速，并且一直加速至變頻器預(yù)置的上限頻率，拖動(dòng)系統(tǒng)將按上限轉(zhuǎn)速H運(yùn)行;當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL超過(guò)TMX時(shí), 拖動(dòng)系統(tǒng)將減速;當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL又小于TMX時(shí), 拖動(dòng)系統(tǒng)又加速到上限轉(zhuǎn)速nH。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，而給定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化(等于TL)，則系統(tǒng)的運(yùn)行如圖16(b)中之曲線所示:當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)速為0;當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大

69、于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)開始加速，加速度隨動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩(TJ=TM-TL)的增加而增加。4.2 轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的切換(1) 切換的必要性      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(guò)渡過(guò)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。 (2) 切換的時(shí)序圖      切換的時(shí)序圖如圖17所示。圖17      轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的時(shí)序圖 (a) t1時(shí)段

70、    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;(b) 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; (c) 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; (d) t4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