變頻器轉(zhuǎn)矩提升和啟動頻率參數(shù)的設(shè)定[圖文運用]

1、變頻器轉(zhuǎn)矩提升和啟動頻率參數(shù)的設(shè)定2011-11-16 21:16:02 來源： 上海臺津自動化工程有限公司在一次負(fù)載為進(jìn)料泵電機的變頻器帶負(fù)荷試車過程中，變頻器在起動過程中發(fā)生了過電流跳閘，筆者對此原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為進(jìn)料泵出料側(cè)裝有單向逆止閥、揚程高、料漿粘度大，造成了進(jìn)料泵電機起動阻力較大，于是選擇了轉(zhuǎn)矩提升的方法，按泵類負(fù)載二次方轉(zhuǎn)矩提升曲線設(shè)置了參數(shù)，解決了變頻器起動時過電流跳閘的問題?？墒呛髞砉P者又發(fā)現(xiàn)變頻器并不是運行在最佳狀態(tài)，它在低頻段運行時相對電流較大，電機溫升較高。通過認(rèn)真分析，認(rèn)清了這個問題的真正本質(zhì)，改用設(shè)定起動頻率參數(shù)的方法，解決了變頻器所需起動轉(zhuǎn)矩的問題，即按進(jìn)料泵

2、的實際運行狀況選用了較低的理想的轉(zhuǎn)矩提升曲線，這樣將變頻器所需的起動轉(zhuǎn)矩和實際工作中所需的運行狀態(tài)曲線分別進(jìn)行相應(yīng)處理，兩者相互間不再有任何牽連。合理的參數(shù)設(shè)置使變頻器運行在最佳狀態(tài)，獲得滿意的效果。從以上問題的處理過程來看，筆者認(rèn)為有必要將變頻的轉(zhuǎn)矩提升和起動頻率兩個參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真的分析和比較，這對同行在變頻器調(diào)試過程中對此類問題的處理和認(rèn)識是有幫助的。1、變頻器轉(zhuǎn)矩提升功能(1) 設(shè)置轉(zhuǎn)矩提升功能的原因普通電動機采用的冷軋硅鋼片鐵芯,其導(dǎo)磁系數(shù)不是很高而且不是常數(shù),正常情況下鐵芯工作在其磁化曲線的附點以上至膝點附近的一段區(qū)域內(nèi),在這段區(qū)域內(nèi)導(dǎo)磁系數(shù)最高,在工頻電源下能滿足電機的正常運行要求.

3、采用變頻器供電時可以在低頻段運行,在低頻段雖然電機所承受的最高電壓同高頻段一樣,但電機電流卻是很小(有時比電機在工頻下的空載電流還要低),使得這種冷軋硅鋼片鐵芯工作在了磁化曲線的附點附近及以下，在這一段區(qū)域內(nèi)鐵芯的導(dǎo)磁系數(shù)相對較小。電機繞組中電流產(chǎn)生的磁通在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯中閉合的數(shù)量會相對減少，表現(xiàn)為對鐵芯的磁化力不足,導(dǎo)致電機的電磁轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重下降,實際運行時將可能因電磁轉(zhuǎn)矩不夠或負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對較大而無法起動和在無法在低頻段運行。因此各種各樣的變頻器中均設(shè)置有相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩提升功能，為不同的負(fù)載提供了不同的轉(zhuǎn)矩特性曲線，在不同的轉(zhuǎn)矩提升曲線中為低頻段設(shè)定了不同的轉(zhuǎn)矩提升量，如富士5000g11s/

4、p11s系列變頻器就提供了38條不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩提升曲線。在變頻器調(diào)試時選擇不同的轉(zhuǎn)矩提升曲線可以實現(xiàn)對不同負(fù)載在低頻段的補償。(2) 轉(zhuǎn)矩提升曲線的選擇變頻轉(zhuǎn)矩提升曲線在調(diào)試時應(yīng)按電機運行狀態(tài)下的負(fù)載特性曲線進(jìn)行選擇,泵類、恒功率、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)在各自相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩提升曲線中選擇。一般普通電機低頻特性不好,如果工藝流程不需要在較低頻狀態(tài)下運行,應(yīng)按工藝流程要求設(shè)置最低運行頻率,避免電機在較低頻狀態(tài)下運行,如果工藝流程需要電機在較低頻段運行,則應(yīng)根據(jù)電機的 實際負(fù)載特性認(rèn)真選擇合適的轉(zhuǎn)矩提升曲線。而是否選擇了合適的轉(zhuǎn)矩提升曲線，可以通過在調(diào)試中測量其電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)來確定，在調(diào)試中應(yīng)

5、 在整個調(diào)速范圍內(nèi)測定初步選定的的幾條相近的轉(zhuǎn)矩提升曲線下的各參數(shù)數(shù)值，首先看是否有超差，然后對比確定較理想的數(shù)值。對轉(zhuǎn)矩提升曲線下的于某一頻率運 行點來說，電壓不足(欠補償)或電壓提升過高(過補償)都會使電流增大，要選擇合適的轉(zhuǎn)矩提升曲線，必須通過反復(fù)比較分析各種測定數(shù)據(jù),才能找出真正符合 工藝要求、使變頻器驅(qū)動的電機能安全運行、功率因數(shù)又相對較高的轉(zhuǎn)矩提升曲線。2、變頻器起動頻率起動頻率的參數(shù)設(shè)置是為確保由變頻器驅(qū)動的電機在起動時有足夠的起動轉(zhuǎn)矩,避免電機無法起動或在起動過程中過流跳閘。在一般情況下，起動頻率要根據(jù)變頻器所驅(qū)動負(fù)載的特性及大小進(jìn)行設(shè)置，在變頻器過載能力允許的范圍內(nèi)既要避開低

6、頻欠激磁區(qū)域，保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩，又不能將起動頻率設(shè)置太高，在電機起動時造成較大的電流沖擊甚至過流跳閘。既要符合工藝要求，又要充分發(fā)揮變頻器的潛力。在設(shè)置起動頻率時要相應(yīng)設(shè)置起動頻率的保持時間，使電動機起動時的轉(zhuǎn)速能夠在起動頻率的保持時間內(nèi)達(dá)到一定的數(shù)值后再開始隨變頻器輸出頻率的增加而加速，這樣可以避免電機因加速過快而跳閘。在一般情況下只要能合理設(shè)置起動頻率和起動頻率保持時間這兩個參數(shù)即可滿足電機的起動要求。變頻器功能解析電動機特性的控制功能收藏此信息 打印該信息 添加：張燕賓 來源：未知1 變頻引出的特殊問題1.1 異步電動機在頻率下降后出現(xiàn)的問題異步電動機的輸入輸出如圖1所示。圖1 異步電

7、動機的輸入和輸出(1) 問題的提出(a) 電動機的輸入功率眾所周知，電動機是將電能轉(zhuǎn)換成機械能的器件。三相交流異步電動機輸入的是三相電功率p1:(b) 電動機的輸出功率電動機是用來拖動負(fù)載旋轉(zhuǎn)的，因此，其輸出功率便是軸上的機械功率:式(2)中: p2電動機輸出的機械功率，kw;tm電動機軸上的轉(zhuǎn)矩，nm;m電動機軸上的轉(zhuǎn)速，r/min。(c) 頻率下降后出現(xiàn)的問題毫無疑問，頻率下降的結(jié)果是轉(zhuǎn)速下降。這是因為，異步電動機的轉(zhuǎn)速和頻率有關(guān):式(4)中: 0同步轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速), r/min。由式(2)知, 轉(zhuǎn)速下降的結(jié)果是:電動機的輸出功率下降。然而, 式(1)表明, 電動機的輸入功率和頻

8、率之間卻并無直接關(guān)系。如果仔細(xì)分析的話，當(dāng)頻率下降時，輸入功率將是有增無減的(因為反電動勢將減小)。輸入不變而輸出減少，這似乎有悖于能量守恒的原理，出現(xiàn)了什么問題呢？(2) 異步電動機的能量傳遞異步電動機的轉(zhuǎn)子是依靠電磁感應(yīng)(轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場)而得到能量的，如圖2(a)所示。所以，其能量是通過磁場來傳遞的。傳遞過程如圖2(b)所示, 可歸納如下:圖2 異步電動機的能量傳遞(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，便是通過磁場傳遞給轉(zhuǎn)子的功率，稱為電磁功率，用pm表示:(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

9、和轉(zhuǎn)子鐵心的鐵損pfe2)，便是轉(zhuǎn)子輸出的機械功率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部分:圖3 定子側(cè)的等效電路主磁通1 主磁通1是穿過空氣隙與轉(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)生的自感電動勢稱為反電動勢，用e1表示，其有效值的計算如下式:式(7)表明，反電動勢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，反電動勢的數(shù)值直接反映了主磁通的大小。或者說，主磁通m的大小是通過反電動勢e

10、1的大小來體現(xiàn)的。漏磁通0 漏磁通0是未穿過空氣隙與轉(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)生的自感電動勢只起電抗的作用，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，其電動勢平衡方程如下:(c) 電磁功率的計算如上述，把能量從定子傳遞給轉(zhuǎn)子的是主磁通m，而主磁通m在電路中通過反電動勢e1來體現(xiàn)，所以，電磁功率可計算如下:(d) 頻率下降的后果由式(8)知, 當(dāng)頻率fx下降時，反電動勢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

11、必要性(a) 磁通減小 任何電動機的電磁轉(zhuǎn)矩都是電流和磁通相互作用的結(jié)果，電流是不允許超過額定值的，否則將引起電動機的發(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 電動機的磁路將飽和，由于在變頻調(diào)速時，運行頻率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。它極容易使電動機的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵磁電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生峰值很高的尖峰電流，如圖4所示。圖4的上半部是電動機的磁化曲線;下半部則是勵磁電流的波形。圖4 磁化曲線與勵磁電流所以，變頻調(diào)速的一個特殊問題便是:當(dāng)頻率fx變化時，必須使磁通保持不變:const(2) 保持磁

12、通不變的方法由式(8)知，保持const的準(zhǔn)確方法是:即，在調(diào)節(jié)頻率時，必須保持反電動勢e1x和頻率fx的比值不變。但反電動勢是由定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁通而感生的，無法從外部進(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)來代替:式(13)中: u1x運行頻率為fx時的輸入電壓，v。所以, 在改變頻率時, 必須同時改變定子側(cè)的輸入電壓。設(shè)頻率的調(diào)節(jié)比為:1.3 變壓變頻存在的問題及原因分析(1) 存在的問題(a) 衡量調(diào)速性能的主要因素電動機的基本功能是拖動生產(chǎn)機械旋轉(zhuǎn)，因此，在低頻時的帶負(fù)載能力便是衡量變頻調(diào)速性能好壞的一個十分重要的因素。(b) 調(diào)壓調(diào)頻存在的問題滿足式(16)的情況下進(jìn)行

13、變頻調(diào)速時，隨著頻率的下降，電動機的臨界轉(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)后的機械特性(2) 臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因分析(a) 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子電流和磁通相互作用的結(jié)果。因此，問題的關(guān)鍵便是:在滿足式(16)的情況下，低頻時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，反電動勢是定子側(cè)輸入電壓減去阻抗壓降的結(jié)果。當(dāng)頻率fx下降時，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, 于是反電動勢e1x所占的比例必將減小。由式(12)知, 磁通m也必減

14、小，磁通不變的要求并沒有真正得到滿足，結(jié)果是導(dǎo)致電動機的臨界轉(zhuǎn)矩也減小。2 v/f控制功能2.1 v/f控制模式(1) 指導(dǎo)思想為了確保電動機在低頻運行時，反電動勢和頻率之比保持不變，真正實現(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)矩得到補償，提高電動機在低速時的帶負(fù)載能力。如圖6中之曲線所示(曲線是kukf的u/f線)。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補償或轉(zhuǎn)矩提升，這種控制方式稱為v/f控制模式。圖6 轉(zhuǎn)矩補償(2) 基本頻率 與變頻器的最大輸出電壓對應(yīng)的頻率稱為基本頻率，用fba表示。在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動機的額定頻率，如圖7所示。 圖7 基本頻率(3) 基本u

15、/f線 在變頻器的輸出頻率從0hz上升到基本頻率fba的過程中, 滿足ku=kf的u/f線, 稱為基本u/f線, 如圖8(a)所示。圖8 基本u/f線(4) 弱磁點當(dāng)電動機的運行頻率高于額定頻率時，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，電動機磁路內(nèi)的磁通也因此而減小，處于弱磁運行狀態(tài)。因此，通常把轉(zhuǎn)折點稱為弱磁點。2.2 u/f線的選擇功能(1) 不同負(fù)載在低速時對轉(zhuǎn)矩的要求 各類負(fù)載在低速時所呈現(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)速的二次方成正比，如圖9中的曲線所示。低速時的阻轉(zhuǎn)矩比額定

16、轉(zhuǎn)矩小得多;圖9 各類負(fù)載的機械特性(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。低速時的阻轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速時是基本相同的;(c) 恒功率負(fù)載在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載功率保持恒定，其機械特性呈雙曲線狀，如圖9中之曲線所示。低速時的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)速時還要大得多。(2) 變頻器對u/f線的設(shè)置因為每臺變頻器應(yīng)用到什么負(fù)載上是不確定的，而不同負(fù)載在低頻時對u/f比的要求又很不一致。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)電動機在低速運行時負(fù)載的輕重來選擇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)

17、置要點(a) 預(yù)置不當(dāng)?shù)暮蠊绻?fù)載在低速時的轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)矩補償(u/f比)預(yù)置得較小，則低速時帶不動負(fù)載。反之, 如果負(fù)載在低速時的轉(zhuǎn)矩較輕而轉(zhuǎn)矩補償(u/f比)預(yù)置得較大，則補償過分，低速時電動機的磁路將飽和，勵磁電流發(fā)生畸變，嚴(yán)重時會因勵磁電流峰值過高而導(dǎo)致“過電流”跳閘。(b) 預(yù)置要點 調(diào)試時，u/f比的預(yù)置宜由小逐漸加大，每加大一檔，觀察在最低頻時能否帶得動負(fù)載？及至能帶動時，還應(yīng)反過來觀察空載時會不會跳閘？一直到在最低頻率下運行時，既能帶得動負(fù)載，又不會空載跳閘時為止。3 矢量控制功能3.1 基本思想(1) 對直流電動機的分析在變頻調(diào)速技術(shù)成熟之前，直流電動機的調(diào)速特性被公認(rèn)為是

18、最好的。究其原因，是因為它具有兩個十分重要的特點:(a) 磁場特點 它的主磁場和電樞磁場在空間是互相垂直的，如圖11(a)所示;圖11 直流電動機的特點(b) 電路特點 它的勵磁電路和電樞電路是互相獨立的，如圖11(b)所示。在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時，只調(diào)節(jié)其中一個電路的參數(shù)。(2) 變頻器的矢量控制模式(a) 基本構(gòu)思 仿照直流電動機的控制特點，對于調(diào)節(jié)頻率的給定信號，分解成和直流電動機具有相同特點的磁場電流信號i*m和轉(zhuǎn)矩電流信號i*t，并且假想地看作是兩個旋轉(zhuǎn)著的直流磁場的信號。當(dāng)給定信號改變時，也和直流電動機一樣，只改變其中一個信號，從而使異步電動機的調(diào)速控制具有和直流電動機類似的特點。對于控制電

19、路分解出的控制信號i*m和i*t，根據(jù)電動機的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制信號i*a、i*b和i*c，對三相逆變橋進(jìn)行控制，如圖12所示。從而得到與直流電動機類似的硬機械特性, 提高了低頻時的帶負(fù)載能力。 圖12 矢量控制框圖(b) 無反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模式根據(jù)在實行矢量控制時，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的特點，而有無反饋和有反饋矢量控制之分。無反饋矢量控制是根據(jù)測量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，簡接地計算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運行時，得到較硬機械特性的控制模式。由于計算量較大，故動態(tài)響應(yīng)能力稍差。有反饋矢量控制則必須在電動機輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)

20、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量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。與無反饋矢量控制模式相比，具有機械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大、動態(tài)響應(yīng)能力強等優(yōu)點。3.2 電動機數(shù)據(jù)的輸入如上述，要實現(xiàn)矢量控制功能，必須根據(jù)電動機自身的參數(shù)進(jìn)行一系列等效變換的計算。而進(jìn)行計算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動機的各項數(shù)據(jù)。因此，把電動機銘牌上的額定數(shù)據(jù)以及定、轉(zhuǎn)子的參數(shù)輸入給變頻器，就是實現(xiàn)矢量控制的必要條件。(1) 自動檢測功能從上面所舉例子可以看出，進(jìn)行矢量控制時，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)用帶來了困難。對此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動檢測電動機

21、參數(shù)的功能。但檢測的具體方法，各種變頻器不盡相同。自動檢測功能的英語名稱是auto-tuning, 故有的變頻器直譯為“自動調(diào)諧”功能, 也有的稱之為“自學(xué)習(xí)”功能。(2) 自動檢測方法舉例 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用于選擇自動檢測功能，數(shù)據(jù)碼是:“0”禁止自動檢測;“1”允許自動檢測。功能碼f1.10用于實施自動檢測，數(shù)據(jù)碼是:“0”不進(jìn)行自動檢測;“1”進(jìn)行自動檢測，步驟如下:(a) 將電動機的銘牌數(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 檢測。檢

22、測完畢后, 自動轉(zhuǎn)為“0”?！?”變頻器設(shè)置了一個自動檢測的操作程序(說明書中稱為“調(diào)諧宏”)。當(dāng)功能碼f1.10預(yù)置為“2”時，該操作程序開始運行，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。檢測完畢后，自動轉(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，轉(zhuǎn)速測定是十分重要的一個環(huán)節(jié)。和變頻器配用的測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 和變頻器配用的旋轉(zhuǎn)編碼器通常為二相(相和b相)原點輸出型, 其輸出信號分為兩相:相和b相。兩者在相位上互差9045, 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

23、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相為原點標(biāo)記，其特點是:每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，只輸出個相位固定的脈沖，作為原點的標(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

24、選擇一般說來，電動機在最高頻率下工作時，編碼器的脈沖頻率以接近于20khz為佳，即: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(1) 應(yīng)用矢量控制的注意點由于矢量控制必須根據(jù)電動機的參數(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) 電動機的容量 電動機的容量應(yīng)盡可能與變頻器說明書中標(biāo)明的“配用電動機容量”相符，最多低一個檔次。例如，變頻器的“配用電動機容量”為45kw，電動機的下一檔容量為37kw。則該變頻器只能在配接45kw或37kw的電動機時，矢量控制功能是有效的。(b) 電動機的磁極數(shù) 以2p=4(4極電動機)為最佳，要注意說明書中對磁極數(shù)的

25、規(guī)定。(c) 電動機的型號 以生產(chǎn)變頻器的同一家公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機或變頻調(diào)速專用電動機為最佳，一般的通用電動機也都可用。但特殊電動機(如高轉(zhuǎn)差電動機等)則不能用。(d) 電動機的臺數(shù) 矢量控制只適用于一臺變頻器控制一臺電動機的場合。(2) 速度控制的pid功能當(dāng)采用有反饋矢量控制模式時，變頻器存在著一個轉(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)速的過程中，或者拖動系統(tǒng)發(fā)生擾動(負(fù)載突然加重或減輕)時，能夠使控制系統(tǒng)既反映迅速，又運行穩(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

26、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(積分時間)、d(微分時間)的作用對象不同，但原理是相同的。(2) 矢量控制的主要優(yōu)點 低頻轉(zhuǎn)矩大 即使運行在1hz(或0.5hz)時, 也能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩,且不會產(chǎn)生在v/f控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。機械特性好 在整個頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，都具有較硬的機械特性，所有機械特性基本上都是平行的。動態(tài)響應(yīng)好 尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動態(tài)響應(yīng)時間一般都能小于100ms。能進(jìn)行四象限運行。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 迄今為止，我們所討論的變頻調(diào)速，都是以控制電動機的轉(zhuǎn)速

27、為目的的，其基本特點有:(a) 變頻器輸出頻率的大小(從而電動機轉(zhuǎn)速的高低)隨給定信號的大小而變;(b) 電動機的轉(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)載的輕重而隨時變化的;(c) 電動機轉(zhuǎn)矩的限值是受發(fā)熱和過載能力(取決于臨界轉(zhuǎn)矩)制約的。(2) 轉(zhuǎn)矩控制的特點轉(zhuǎn)矩控制是矢量控制模式下的一種特殊控制方式。其主要特點是:(a) 給定信號并不用于控制變頻器輸出頻率的大小, 而是用于控制電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的大小，如圖15所示:當(dāng)給定信號為10v時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值tmax(如圖中之狀態(tài));當(dāng)給定信號為5v時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為tmax/2(如圖中之狀態(tài)

28、)。(b) 電動機的轉(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)，很難使拖動系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下等速運行。圖15 轉(zhuǎn)矩控制的概念如果給定的電動機轉(zhuǎn)矩不變(等于tmx)，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，系統(tǒng)的運行如圖16(a)中之曲線所示:圖16 轉(zhuǎn)矩控制時的轉(zhuǎn)速當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl小于tmx時，拖動系統(tǒng)將加速，并且一直加速至變頻器預(yù)置的上限頻率，拖動系統(tǒng)將按上限轉(zhuǎn)速h運行;當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl超過tmx時, 拖動系統(tǒng)將減速;當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl又小于tmx時, 拖動系統(tǒng)又加速到上限轉(zhuǎn)速nh。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，而給定的電動機轉(zhuǎn)矩變化(等于tl)，則系統(tǒng)的運行如圖16(b)中之曲線所示

29、:當(dāng)電動機轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，轉(zhuǎn)速為0;當(dāng)電動機轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，拖動系統(tǒng)開始加速，加速度隨動態(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或停止的過渡過程中。當(dāng)拖動系統(tǒng)已經(jīng)起動后，仍應(yīng)切換成轉(zhuǎn)速控制方式，以便控制轉(zhuǎn)速。(2) 切換的時序圖 切換的時序圖如圖17所示。圖17 轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制的時序圖(a) t1時段變頻器發(fā)出運行指令時，如未得到切換信號，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，可以預(yù)置轉(zhuǎn)矩上限;(b) t2時段 變頻器得到切

30、換至轉(zhuǎn)矩控制的信號(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，必須預(yù)置轉(zhuǎn)速上限;(c) t3時段 變頻器得到切換至轉(zhuǎn)速控制的信號, 回到轉(zhuǎn)速控制模式;(d) t4時段 變頻器的運行指令結(jié)束，將在轉(zhuǎn)速控制模式下按預(yù)置的減速時間減速并停止。如果變頻器的運行指令在轉(zhuǎn)矩控制下結(jié)束，變頻器 將自動轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速控制模式，并按預(yù)置的減速時間減速并 停止。4.3 轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用(1) 用于牽引和起重裝置的起動過程中牽引裝置主要有:電氣機車、電梯、起重裝置等。(a) 牽引裝置拖動系統(tǒng)的主要特點 負(fù)載的輕重是隨機的以電氣機車和電梯為例, 乘客時多時少, 無規(guī)律可循;對加、

31、減速過程的要求很高例如，裝載液體的傳輸帶以及起重和運輸鋼水包時，其加、減速過程必須十分平穩(wěn)，起動時應(yīng)毫無沖擊，以保證液體不會溢出;電氣機車和電梯等則還要求保證乘客的舒適感等等。(b) 拖動系統(tǒng)的加速度根據(jù)電力拖動的知識，加速度的計算公式是:tj動態(tài)轉(zhuǎn)矩，在忽略損耗轉(zhuǎn)矩的情況下，等于電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩之差:tjtmtl (20)(c) 在轉(zhuǎn)矩控制模式下起動的優(yōu)點在轉(zhuǎn)速控制模式下，起動時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩不可能根據(jù)負(fù)載輕重自動進(jìn)行調(diào)整。在預(yù)置起動轉(zhuǎn)矩時，只能按負(fù)載最重的情況進(jìn)行設(shè)定，故在起動瞬間容易產(chǎn)生沖擊。例如，火車在起動時常常會有發(fā)生沖擊的感覺。圖18 轉(zhuǎn)矩控制用于起動如采用轉(zhuǎn)矩控制模式，可以使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩逐漸增大，直至能夠克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，動態(tài)轉(zhuǎn)矩和加速度才從0開始緩慢增加，從而使起動過程十分平穩(wěn)。在圖18中，圖(a)是負(fù)載較輕時的情形;圖(b)是負(fù)載較重時的情形。由于轉(zhuǎn)矩控制方式不能控制轉(zhuǎn)速，所以，隨著動態(tài)轉(zhuǎn)矩的不斷增大，加速度也必然不斷增大，這又并非人們所希望的。因此，當(dāng)拖動系統(tǒng)起動起