變頻器控制功能的參數(shù)選擇與典型應(yīng)用
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?。?）加減速時(shí)間
變頻器加速時(shí)間、減速時(shí)間分別對(duì)應(yīng)電機(jī)在啟動(dòng)過程從0hz到最大輸出頻率所需要的時(shí)間、停止過程中從最大輸出頻率到0hz所需要的時(shí)間。如圖1（c）所示。加減速時(shí)間的大小將直接影響頻率給定躍變到實(shí)際最終輸出頻率響應(yīng)時(shí)間的長短。對(duì)于諸如風(fēng)機(jī)類大慣量平方特性負(fù)載，時(shí)間值的過長或過短都將容易引發(fā)變頻器在啟動(dòng)、停止過程中的過壓、過流故障的發(fā)生。需要在實(shí)際調(diào)試中通過不斷的啟停操作的嘗試來尋找合理的時(shí)間設(shè)定值。另外，與加減速時(shí)間相關(guān)的參數(shù)還有加減速曲線類型選擇問題，圖1（c）中的斜線①、斜線②、斜線③是針對(duì)3種不同負(fù)載特性在加減速過程中而設(shè)置的，可參考lg公司《is5系列變頻器用戶手冊(cè)》來了解這個(gè)問題，這里不再贅述。
（7）與電機(jī)保護(hù)直接相關(guān)的參數(shù)
變頻器不僅是一個(gè)變頻、變壓裝置，更是一個(gè)電機(jī)綜合保護(hù)裝置，通常都有以下保護(hù)功能參數(shù)：輸入/輸出缺相保護(hù)、電子熱保護(hù)、熱敏保護(hù)、過載保護(hù)、過流保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)等。除輸入缺相保護(hù)是對(duì)進(jìn)線電源因素的保護(hù)外，后5種保護(hù)都是針對(duì)電機(jī)的直接保護(hù)，區(qū)別在于熱敏保護(hù)是一種直接的電機(jī)溫度信號(hào)檢測(cè)結(jié)果的保護(hù)，而其它保護(hù)則是一種基于電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（包括額定功率、電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速，以及定子電阻與電抗）而進(jìn)行的電流熱效應(yīng)計(jì)算的理論保護(hù)。電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)可以手動(dòng)設(shè)置，在大多數(shù)主流變頻器中，也可以利用一個(gè)被稱為“自動(dòng)馬達(dá)適配”（ama：auto motor adapter）的參數(shù)幫助我們自動(dòng)設(shè)置電機(jī)的部分特征參數(shù)。另外，需要指出的是堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能的使能作用，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)過程中實(shí)際加減速時(shí)間將不再嚴(yán)格按照加減速時(shí)間參數(shù)的設(shè)定值進(jìn)行，通常會(huì)導(dǎo)致實(shí)際啟停過程的時(shí)間延長。
?。?）與啟停操作和頻率給定方式相關(guān)的參數(shù)
撇開rs-485串行通訊方式，變頻器的啟停操作方式和頻率給定方式一般都各自有2種：操作面板和端子。因此，我們可以得出變頻器如表1所述的4種組合運(yùn)行方式：
其中，“0”代表該方式無效，“1”代表該方式有效。它們各代表的意義是，編號(hào)0：全端子操作與頻率給定方式；編號(hào)1：端子啟停+面板頻率給定方式；編號(hào)2：面板啟停+端子頻率給定方式；編號(hào)3：全面板操作與頻率給定方式。在集中控制系統(tǒng)應(yīng)用中以編號(hào)0方式（下文會(huì)常用到）使用的最多。
在對(duì)變頻器的主要基本參數(shù)做出介紹后，下面讓我們來介紹一下變頻器中都有哪些常用的控制方式，針對(duì)這些控制方式都應(yīng)用在哪些比較典型的應(yīng)用場合，以及相應(yīng)需要設(shè)置哪些相關(guān)參數(shù)。
本文把以下將要介紹的開環(huán)與閉環(huán)控制方式、工藝過程控制方式、開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式、速度反饋轉(zhuǎn)矩控制方式統(tǒng)稱為常規(guī)控制方式，而把專用變頻器或通過選件卡實(shí)現(xiàn)的為某個(gè)特定行業(yè)應(yīng)用而 采用的控制方式稱為特殊控制方式。
3 開環(huán)與閉環(huán)速度控制方式
對(duì)變頻器控制而言，所謂開環(huán)就是變頻器的運(yùn)行輸出頻率只受頻率給定值大小變化的影響，而沒有與外部反饋信號(hào)作用建立數(shù)學(xué)關(guān)系或根本就不存在外部反饋信號(hào)?？梢婇_環(huán)控制方式在概念上是一種只顧“命令”而不顧“實(shí)際結(jié)果”的控制方式（之所以說是概念上，是因?yàn)楝F(xiàn)在有些變頻器產(chǎn)品，諸如通過滑差補(bǔ)償?shù)葏?shù)的設(shè)定可以達(dá)到命令與結(jié)果之間有一定程度的關(guān)聯(lián)），因此，開環(huán)速度控制方式的速度精度不夠精確，對(duì)需要追求高精度速度準(zhǔn)確性或?qū)嶋H速度追蹤調(diào)節(jié)的控制應(yīng)用場合，就需要采用閉環(huán)速度控制方式。
需要申明的是，我們?cè)谶@里講的開環(huán)與閉環(huán)都是站在變頻器設(shè)備的角度而不是控制系統(tǒng)角度進(jìn)行判定的。比如，在我們經(jīng)?？吹降淖冾l恒壓供水系統(tǒng)中，那些通過數(shù)字pid儀表來設(shè)定壓力給定值和接收現(xiàn)場壓力變送器的實(shí)際壓力反饋信號(hào)的控制方式，若站在控制系統(tǒng)角度，這個(gè)系統(tǒng)就是閉環(huán)控制方式，但若站在變頻器角度看，在這里仍然被稱為開環(huán)控制方式，因?yàn)閷?duì)變頻器而言它的運(yùn)行頻率給定來自pid儀表的輸出，整個(gè)給定、反饋、調(diào)節(jié)等功能全部又pid儀表來完成的，變頻器只是被作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備在使用。
3.1 開環(huán)速度控制方式
問題1的提出
假設(shè)有這樣一個(gè)印刷業(yè)務(wù)用戶，如圖2（a）所示，希望通過變頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)收卷過程的恒定線速度控制，具體要求如下：
（1） 啟停操作和調(diào)速都在現(xiàn)場操作箱上進(jìn)行，并可通過電位器在控制箱上調(diào)節(jié)收卷的線速度；
?。?） 收卷電機(jī)的線速度要始終與牽引電機(jī)的線速度保持一致（放卷由剎車片控制，張力由張力架調(diào)節(jié)）；
?。?） 限定速度調(diào)節(jié)范圍。
針對(duì)用戶的機(jī)械設(shè)備和提出的這個(gè)需求，我們將其控制驅(qū)動(dòng)對(duì)象分為2個(gè)部分：牽引輥道電機(jī)驅(qū)動(dòng)和收卷筒電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
問題1的分析
首先，讓我們看看用戶對(duì)牽引電機(jī)控制的要求，針對(duì)用戶的需求，可以把其中對(duì)牽引電機(jī)的需求收集為表2所示的具體子項(xiàng)，并將這些子項(xiàng)對(duì)應(yīng)給出所需求的變頻器功能。
很顯然，按照表2中的參數(shù)，在牽引電機(jī)上只需要采用開環(huán)速度控制方式就可以滿足用戶對(duì)牽引電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)的要求。同時(shí)，按照表2中的各項(xiàng)“需求對(duì)應(yīng)的變頻器功能”，我們也很容易去尋找到具備這樣功能的變頻器，那么，我們也就能相當(dāng)輕松地完成用戶對(duì)牽引電機(jī)的控制需求了。當(dāng)然，除了表2中的需要功能外，變頻器的一些基本參數(shù)功能，諸如：電機(jī)參數(shù)、頻率參數(shù)、加減速時(shí)間參數(shù)等（如第2節(jié)內(nèi)容所提到的一些基本參數(shù)），無論在什么樣的控制方式應(yīng)用系統(tǒng)中都是必不可少需要設(shè)置的，這里不再贅述（以下類同，略）。
通過以上分析，可以得出如表2所示的分析結(jié)果。再按照表2中的歸類后的功能需求，逐個(gè)分解為對(duì)變頻器某些特定的、具體的參數(shù)的設(shè)置，這樣就可以得到如圖2（a）中的1#變頻器所示的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖了。圖2（a）中的1#變頻器采用的控制方式就是開環(huán)控制、編號(hào)0方式。
在本文中，對(duì)于常規(guī)控制方式的案例分析中，不準(zhǔn)備將諸如表2中的對(duì)應(yīng)的變頻器功能再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為某個(gè)特定品牌的變頻器參數(shù)，以免給讀者造成品牌依賴性誤導(dǎo)（以下常規(guī)控制方式的案例同），只想表達(dá)一種思維過程，供讀者參考。而對(duì)于特殊應(yīng)用場合的控制方式，將以具體品牌為例加以說明。
3.2 閉環(huán)速度控制方式
問題2的提出
同問題1的提出，如圖2（a），略。
問題2的分析
首先，由于用戶需要收卷電機(jī)的運(yùn)行線速度與牽引電機(jī)保持一致，為達(dá)到這個(gè)目的，我們只要將牽引電機(jī)與收卷電機(jī)用同一個(gè)速度給定就可以實(shí)現(xiàn)這2臺(tái)電機(jī)角速度的一致（當(dāng)然，也可以將牽引電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度的輸出信號(hào)dc4～20ma或dc0～5v/10v作為收卷電機(jī)的速度給定信號(hào)，這2種方式的差異在于：前者為同步速率給定方式；而后者為主從隨動(dòng)給定方式，存在一定的響應(yīng)延遲，具體差異分析，略）；其次，由于收卷滾筒在運(yùn)行過程中，隨著紙張等物體被不斷地纏繞在滾筒上，導(dǎo)致滾筒的半徑在不斷地增大，如果收卷電機(jī)的角速度保持不變，那么，收卷過程中的線速度也同樣在不斷地加快，為滿足用戶對(duì)收卷過程中線速度恒定的需求，必須想辦法讓收卷電機(jī)的角速度隨滾筒半徑的增長而降低，以實(shí)現(xiàn)線速度恒定的目的。為此，需要一個(gè)檢測(cè)線速度的傳感器信號(hào)，以此來作為變頻器的速度反饋，告訴變頻器要做出角速度的實(shí)時(shí)調(diào)整。在本例中，我們?cè)趭A送導(dǎo)向輥上安裝了編碼器（不能安裝在電機(jī)軸或收卷滾筒軸上，否則，編碼器測(cè)出的信號(hào)就不是線速度反饋信號(hào)而是角速度反饋信號(hào)），以編碼器的脈沖率來表示實(shí)際線速度的快慢。如圖2（a）中所示，這樣對(duì)于2#變頻器而言，它既有一個(gè)用電位器表示的給定速度，又有一個(gè)用編碼器的脈沖來表示的實(shí)際速度反饋信號(hào)，因此，2#變頻器就應(yīng)該是一個(gè)閉環(huán)速度控制方式的應(yīng)用案例。
通過以上對(duì)用戶需求的分析，我們可以得出如表3所示的結(jié)果。
在表3中，我們略去了與閉環(huán)速度控制非直接相關(guān)的其它一些功能的列舉，在實(shí)際應(yīng)用中就像對(duì)基本參數(shù)的需求一樣，同樣需要對(duì)這些功能進(jìn)行選擇與相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置。
評(píng)論