0 引言

近十多年來，隨著大規(guī)模集成電路、計算機控制技術以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，特別是矢量控制技術的應用，使得交流變頻調速技術逐步具備了寬調速范圍、高穩(wěn)速精度、快動態(tài)響應，以及在四象限作可逆運行等良好的技術性能，調速特性可與直流電力拖動相媲美。在交流調速技術中，由于變頻調速的調速性能與可靠性在不斷完善，價格也在不斷降低，特別是它的節(jié)電效果明顯，實現(xiàn)變頻調速極為方便，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用。變頻器在使用中出現(xiàn)的一些問題大多情況下都是因為變頻器參數(shù)設置不當引起的。西門子Micromaster 440變頻器可設置的參數(shù)有幾千個，只有系統(tǒng)合適、準確地設置參數(shù)才能充分利用變頻器性能[1]。

1 控制方式選擇

變頻器控制方式的選擇由負荷的力矩特性決定，電動機的機械負載轉矩特性

P= Tn/ 9 550 (1)

式中：P為電動機功率(kW);

T為轉矩(N·m);

n為轉速(r/ min)。

轉矩T與轉速n的關系根據(jù)負載種類大體可分為3種[2]。

1)即使速度變化，轉矩也不太變化的恒轉矩負載，此類負載如傳送帶、起重機、擠壓機、壓縮機、羅茨風機等。

2)隨著轉速的降低，轉矩按轉速的平方減小的負載，此類負載如風機、各種液體泵等。

3)轉速越高，轉矩越小的恒功率負載，此類負載如軋機、機床主軸、卷取機等。

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設為0，變頻器工作于線性V/f控制方式，將使調速時的磁通與勵磁電流基本不變。適用于工作轉速不在低頻段的一般恒轉矩調速對象。

將P1300設為2，變頻器工作于拋物線特性V/f控制方式，這種方式適用于風機、水泵類負載。這類負載的軸功率N 近似地與轉速n 的三次方成正比。

其轉矩M近似地與轉速n的平方成正比。對于這種負載，如果變頻器的V/f特性是線性關系，則低速時電機的可用轉矩遠大于負載轉矩，從而造成功率因數(shù)和效率的嚴重下降。為了適應這種負載的需要，使電壓隨著輸出頻率的減小以平方關系減小，從而減小電機的磁通和勵磁電流，使功率因數(shù)保持在適當?shù)姆秶鷥取?/p>

可以進一步通過設置參數(shù)使V/f 控制曲線適合負載特性。將P1312在0至250之間設置合適的值，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?shù)奶岣咭匝a償在低頻時定子電阻引起的壓降導致電機轉矩減小的問題，適用于大起動轉矩的調速對象。

變頻器V/f 控制方式驅動電機時，在某些頻率段，電機的電流、轉速會發(fā)生振蕩，嚴重時系統(tǒng)無法運行，甚至在加速過程中出現(xiàn)過電流保護，使得電機不能正常啟動，這在電機輕載或轉矩慣量較小時更為嚴重?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點，在V/f曲線上設置跳轉點及跳轉頻帶寬度，當電機加速時可以自動跳過這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運行。從P1091 至P1094 可以設定4 個不同的跳轉點，設置P1101確定跳轉頻帶寬度。

有些負載在特定的頻率下需要電機提供特定的轉矩，用可編程的V/f控制對應設置變頻器參數(shù)即可得到所需控制曲線。設置P1320、P1322、P1324 確定可編程的V/f特性頻率坐標，對應的P1321、P1323、P1325為可編程的V/f特性電壓坐標。

參數(shù)P1300設置為20，變頻器工作于矢量控制。

這種控制相對完善，調速范圍寬，低速范圍起動力矩高，精度高達0.01%，響應很快，高精度調速都采用矢量控制SVPWM。

參數(shù)P1300設置為22，變頻器工作于矢量轉矩控制。這種控制方式是目前國際上最先進的控制方式，其他方式是模擬直流電動機的參數(shù)，進行保角變換而進行調節(jié)控制的，矢量轉矩控制是直接取交流電動機參數(shù)進行控制，控制簡單，精確度高。

2 快速調試

在使用變頻器驅動電機前，必須進行快速調試。

參數(shù)P0010設為1、P3900設為1，變頻器進行快速調試?？焖僬{試完成后，進行了必要的電動機數(shù)據(jù)的計算，并將其它所有的參數(shù)恢復到它們的默認設置值。

在矢量或轉矩控制方式下，為了正確地實現(xiàn)控制，非常重要的一點是，必須正確地向變頻器輸入電動機的數(shù)據(jù)，而且，電動機數(shù)據(jù)的自動檢測參數(shù)P1910必須在電動機處于常溫時進行。當使能這一功能(P1910 =1)時，會產(chǎn)生一個報警信號A0541，給予警告，在接著發(fā)出ON 命令時，立即開始對電動機參數(shù)的自動檢測。

3 加減速時間調整

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的起動、停止運行及調速系統(tǒng)的響應速度都有重大的影響。加速時間設置的約束是將電流限制在過電流范圍內，不應使過電流保護裝置動作。電機在減速運轉期間，變頻器將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能轉換為電能并通過逆變器將電能回饋到直流側?；仞伒碾娔軐е轮虚g回路的儲能電容器兩端電壓上升。因此，減速時間設置的約束是防止直流回路電壓過高。加減速時間計算公式為

ta=(JM+JL)n/9.56(TMA-TL) (加速時間) (2)

tb=(JM+JL)n/9.56(TMB-TL) (減速時間) (3)

式中：JM為電機的慣量;

JL為負載慣量;

n為額定轉速;

TMA為電機驅動轉矩;

TMB為電機制動轉矩;

TL為負載轉矩。

加減速時間可根據(jù)公式算出來，也可用簡易試驗方法確定[3]。首先，使拖動系統(tǒng)以額定轉速運行(工頻運行)，然后切斷電源，使拖動系統(tǒng)處于自由制動狀態(tài)，用秒表計算其轉速從額定轉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到1/3進行預置。通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警，調整加減速時間設定值，以運轉中不發(fā)生報警為原則，重復操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。

4 轉動慣量設置

電機與負載轉動慣量的設置往往被忽視，通常認為只需加減速時間的正確設置就可以保證系統(tǒng)正常工作[4]。其實，轉動慣量設置不當會使得系統(tǒng)振蕩，調速精度也受到影響。轉動慣量公式為

J=T/(d棕/dt) (4)

電機與負載轉動慣量的獲得方法一樣，讓變頻器工作頻率在合適的值，5 至10 Hz。分別讓電機空載和帶載運行，讀出參數(shù)r0333(額定轉矩)和r0345(電動機的起動時間)，再將變頻器工作頻率換算成對應的角速度，代入公式(4)計算得電機與負載轉動慣量。設置參數(shù)P0341(電動機的慣量)與參數(shù)P0342(驅動裝置總慣量/電動機慣量的比值)，這樣變頻器就能更好的調速。

5 結語

變頻器的品牌愈來愈多，功能也不斷完善和加強。如何正確地設置參數(shù)，對于正確使用變頻器和發(fā)揮其最佳性能是十分重要的。本文對于應用西門子Micromaster 440 變頻器進行調速時的參數(shù)設置給出了參考。