剖析變頻器控制功能的參數(shù)選擇

1 引言

隨著電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各類低壓變頻器的控制功能和控制技術(shù)性能得到了快速提升，相應(yīng)地帶來了變頻器的各種控制功能和大量名目繁多的相關(guān)控制參數(shù)，參數(shù)的選擇與參數(shù)的設(shè)置就顯得相當(dāng)?shù)闹匾蛷?fù)雜。那么，如何從應(yīng)用場合需求的角度來選擇控制方式并正確的設(shè)置相關(guān)參數(shù)，就不再是建立在對參數(shù)的孤立記憶與理解之上了，而是要求技術(shù)人員有全面的系統(tǒng)分析與解決實際問題的能力。

通常，面對一個特定的變頻器應(yīng)用場合，應(yīng)按照：提出問題→分析問題→解決問題的思路進行，為此，首先要將應(yīng)用需求和實際工礦環(huán)境信息、數(shù)據(jù)加以收集、整理（這實際上就是提出問題），避免實際需求功能的重復(fù)和遺漏，需求功能的遺漏會最終造成無法完整地實現(xiàn)目標(biāo)，而需求功能的重復(fù)是一種表象，容易導(dǎo)入混亂，需要技術(shù)人員從功能性特征的角度去加以歸并；其次，將這些需求歸類為對變頻器功能指標(biāo)的具體需求（這就是分析問題），這時還不需要考慮這些歸類后的需求到底要依靠哪個或哪些具體參數(shù)功能，而只需要考慮需求歸類的完整性、合理性與可行性，盡量減少需求歸類后各個功能需求中交叉現(xiàn)場的出現(xiàn)；最后，將歸類后的功能需求逐個分解為對變頻器某些特定的、具體的參數(shù)的設(shè)置需求（這就是解決問題），即按這些需求去尋找具體的參數(shù)功能，這樣當(dāng)你在選擇變頻器時就能很快判斷該變頻器的選擇是否能滿足總體需求，而進一步知道該在這個變頻器上設(shè)置哪些具體的參數(shù)。

本文將從控制功能需求分析角度出發(fā)，力求通過對不同功能的需求分析，介紹如何來選擇控制方式、控制參數(shù)以及這些參數(shù)的功能設(shè)定。主要從提出問題、分析問題的角度進行設(shè)計方案規(guī)劃闡述，以期能夠獲得一些應(yīng)用啟發(fā)，與大家商榷。

2 基本參數(shù)功能介紹

變頻器的變頻、變壓調(diào)節(jié)功能（也稱v/f特性）是其區(qū)別于其它電子設(shè)備的根本性特征，因此，頻率、電壓等相關(guān)參數(shù)是每個變頻器最基本的參數(shù)，撇開各自名稱的不同，其主要的基本參數(shù)如下：

（1）基本頻率

是指變頻器輸出額定電壓時所對應(yīng)的頻率值，有時也稱為額定頻率。通常按照圖1（a）所示的設(shè)置就可以滿足v/f特性需求，即將電機的額定數(shù)據(jù)（額定電壓380v、額定頻率50hz）作為該參數(shù)的值，這時斜線①的斜率k=380/50=7.6，它的v/f關(guān)系相當(dāng)于直線方程v=7.6f。但也有例外，比如：當(dāng)我們試圖使用一個變頻器去驅(qū)動1臺3相50hz ac220v的電機時，就需要按圖1（b）中的斜線②來設(shè)置而不能再按斜線①設(shè)置參數(shù)。

（2）轉(zhuǎn)折頻率

是指變頻器在該轉(zhuǎn)折點的輸出電壓已經(jīng)達到額定電壓參數(shù)所設(shè)置的電壓數(shù)值，在這點以后的輸出頻率運行段都不再增加其輸出電壓，即輸出電壓將維持在這個電壓值不變。在圖1（b）中，對于斜線①來說，其v/f的轉(zhuǎn)折頻率點是a點；對于斜線②來說，其v/f的轉(zhuǎn)折頻率點是c點。通常，我們將轉(zhuǎn)折頻率值設(shè)置與基本頻率值相同，以便在變頻器輸出頻率達到基本頻率后，使變頻器的輸出電壓維持在額定電壓不變。如圖1（a）所示。

（3）啟動頻率

是指變頻器開始有電壓輸出時所對應(yīng)的頻率。在變頻器啟動過程中，當(dāng)變頻器的輸出頻率還沒達到啟動頻率設(shè)定值時，變頻器就不會輸出電壓。通常，為確保電機的啟動轉(zhuǎn)矩，可通過設(shè)定合適的啟動頻率來實現(xiàn)。

（4）上下限頻率

上限頻率、下限頻率有時也被分別稱為輸出頻率上限、輸出頻率下限。顧名思義，這個參數(shù)是對變頻器運行時輸出頻率的一種限制。需要注意的是，在變頻器啟動過程中，輸出頻率下限是不起作用的。例如：在圖1（a）中當(dāng)變頻器正處于從e點到a點的啟動過程中時，盡管設(shè)置了輸出頻率下限d點，但ed段仍然有頻率和電壓輸出。只有當(dāng)變頻器已經(jīng)在da段運行時，就再也不能進入de段運行了。在圖1（c）中的h點就更直觀地反映了這種情況。輸出頻率上限值的設(shè)定將使變頻器的實際運行頻率輸出值永遠小于該設(shè)定值，哪怕是給定頻率值超越了上限輸出頻率，變頻器也不會出現(xiàn)實際輸出頻率超越上限輸出頻率限制的情況。通常情況下，我們設(shè)定“上限輸出頻率值≥額定頻率值”，如圖1（a）所示，這樣就可以實現(xiàn)電機在超越額定速度的狀態(tài)下運行。但，在圖1（d）中卻發(fā)現(xiàn)了“上限輸出頻率值≤額定頻率值”的相反情況。那么，在什么情形下才要這樣的參數(shù)設(shè)置應(yīng)用呢？例如：對于一個輕負載和低啟動轉(zhuǎn)矩的“小馬拉大車”變轉(zhuǎn)矩負載應(yīng)用系統(tǒng)或者對于揚程、流量等有輸出限定的節(jié)能控制應(yīng)用場合。對于前者，只要“小馬”（變頻器標(biāo)稱額定輸出功率小于電機的額定功率）能夠讓電機得以順利啟動，那么，就可以通過這種方法來使電機始終運行在其輸出功率小于等于變頻器標(biāo)稱額定功率范圍內(nèi)，從而達到“小馬拉大車”的應(yīng)用實現(xiàn)。對于后者，可以作為“1+1≤1”的節(jié)能優(yōu)化控制判斷點（控制器通過對上限輸出頻率到達點的判斷，來決定此時是選擇繼續(xù)以單臺泵提升輸出頻率方式變頻運行，還是以2臺泵同時變頻運行），假定：有這樣的2套完全一樣的水泵電機，其電機額定功率為45kw，水泵額定流量320m3/h。若當(dāng)前系統(tǒng)實際僅需要流量256m3/h，那么只需要1套水泵電機以40hz的頻率運行就可以滿足需求，此時，電機實際消耗功率約需要24kw。若此時系統(tǒng)實際需求流量需要增加到305m3/h時，那么該電機必須以約48hz的頻率運行來滿足此時的流量需求，那么，此時該電機實際消耗功率約為40kw?，F(xiàn)在讓我們同樣在系統(tǒng)實際需求流量為305m3/h時，改變僅1#泵變頻運行的這種習(xí)慣，讓系統(tǒng)在需求流量大于288m3/h時就轉(zhuǎn)換為2套電機水泵系統(tǒng)同時變頻運行狀態(tài)，為了同樣達到305m3/h的實際系統(tǒng)流量需求，那么2套電機水泵系統(tǒng)就必須同時按輸出頻率約24hz的頻率運行，那么，此時2套水泵電機各自僅需要消耗約6kw的輸出功率，即累計消耗功率小于12kw。可見此時2套泵同時變頻運行要遠比單套水泵電機運行時所消耗的功率40kw要小很多。此就是“1+1≤1”的節(jié)能優(yōu)化運行控制。關(guān)于詳細的功率計算對比，請參閱本人發(fā)表在2005年05月的《變頻器世界》的“中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造控制技術(shù)的分析與實現(xiàn)”一文相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。

除以上幾個與頻率相關(guān)的基本參數(shù)外，還有一個最大、最小頻率的概念，它是對應(yīng)最大、最小頻率給定值的一個范疇參數(shù)，通常我們將以上幾個頻率參數(shù)都設(shè)定在這兩個參數(shù)的范圍內(nèi)，如圖1（d）所示。

（5）轉(zhuǎn)矩補償

變頻器將電機在一定時間內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動到一定的運轉(zhuǎn)速度，需要克服機械裝置的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩阻力和運行加速度轉(zhuǎn)矩阻力。由于電機在低速時激磁電壓降低，為此，需要補償電機的欠激磁狀態(tài)，使電機低速運行時轉(zhuǎn)矩增強（v/f特性增強，也即v/f在低頻段的斜率增大），以此來克服這2種轉(zhuǎn)矩阻力。圖1（b）中的斜線③是對斜線①的轉(zhuǎn)矩補償作用后的結(jié)果。需要指出，轉(zhuǎn)矩補償值較大時，容易導(dǎo)致低速時電機發(fā)生過激磁狀態(tài)，按這種狀態(tài)連續(xù)運行時，電機可能會發(fā)生快速發(fā)熱現(xiàn)象，危害電機的安全運行；同時，轉(zhuǎn)矩補償值過大時，也容易產(chǎn)生啟動階段過壓甚至過流故障發(fā)生。轉(zhuǎn)矩補償值的大小應(yīng)該以滿足電機啟動需求的最小值為較好。

（6）加減速時間

變頻器加速時間、減速時間分別對應(yīng)電機在啟動過程從0hz到最大輸出頻率所需要的時間、停止過程中從最大輸出頻率到0hz所需要的時間。如圖1（c）所示。加減速時間的大小將直接影響頻率給定躍變到實際最終輸出頻率響應(yīng)時間的長短。對于諸如風(fēng)機類大慣量平方特性負載，時間值的過長或過短都將容易引發(fā)變頻器在啟動、停止過程中的過壓、過流故障的發(fā)生。需要在實際調(diào)試中通過不斷的啟停操作的嘗試來尋找合理的時間設(shè)定值。另外，與加減速時間相關(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3種不同負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》來了解這個問題，這里不再贅述。

（7）與電機保護直接相關(guān)的參數(shù)

變頻器不僅是一個變頻、變壓裝置，更是一個電機綜合保護裝置，通常都有以下保護功能參數(shù)：輸入/輸出缺相保護、電子熱保護、熱敏保護、過載保護、過流保護、堵轉(zhuǎn)保護等。除輸入缺相保護是對進線電源因素的保護外，后5種保護都是針對電機的直接保護，區(qū)別在于熱敏保護是一種直接的電機溫度信號檢測結(jié)果的保護，而其它保護則是一種基于電機銘牌數(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）而進行的電流熱效應(yīng)計算的理論保護。電機的銘牌數(shù)據(jù)可以手動設(shè)置，在大多數(shù)主流變頻器中，也可以利用一個被稱為“自動馬達適配”（ama：auto motor adapter）的參數(shù)幫助我們自動設(shè)置電機的部分特征參數(shù)。另外，需要指出的是堵轉(zhuǎn)保護功能的使能作用，經(jīng)常會導(dǎo)致電機啟動過程中實際加減速時間將不再嚴格按照加減速時間參數(shù)的設(shè)定值進行，通常會導(dǎo)致實際啟停過程的時間延長。

（8）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0：全端子操作與頻率給定方式；編號1：端子啟停+面板頻率給定方式；編號2：面板啟停+端子頻率給定方式；編號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0方式（下文會常用到）使用的最多。

在對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現(xiàn)的為某個特定行業(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

對變頻器控制而言，所謂開環(huán)就是變頻器的運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作用建立數(shù)學(xué)關(guān)系或根本就不存在外部反饋信號?？梢婇_環(huán)控制方式在概念上是一種只顧“命令”而不顧“實際結(jié)果”的控制方式（之所以說是概念上，是因為現(xiàn)在有些變頻器產(chǎn)品，諸如通過滑差補償?shù)葏?shù)的設(shè)定可以達到命令與結(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，對需要追求高精度速度準確性或?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，我們在這里講的開環(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)角度進行判定的。比如，在我們經(jīng)常看到的變頻恒壓供水系統(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)場壓力變送器的實際壓力反饋信號的控制方式，若站在控制系統(tǒng)角度，這個系統(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，因為對變頻器而言它的運行頻率給定來自pid儀表的輸出，整個給定、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驅(qū)動執(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)有這樣一個印刷業(yè)務(wù)用戶，如圖2（a）所示，希望通過變頻驅(qū)動實現(xiàn)對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)場操作箱上進行，并可通過電位器在控制箱上調(diào)節(jié)收卷的線速度；

（2） 收卷電機的線速度要始終與牽引電機的線速度保持一致（放卷由剎車片控制，張力由張力架調(diào)節(jié)）；

（3） 限定速度調(diào)節(jié)范圍。

針對用戶的機械設(shè)備和提出的這個需求，我們將其控制驅(qū)動對象分為2個部分：牽引輥道電機驅(qū)動和收卷筒電機的驅(qū)動。

問題1的分析

首先，讓我們看看用戶對牽引電機控制的要求，針對用戶的需求，可以把其中對牽引電機的需求收集為表2所示的具體子項，并將這些子項對應(yīng)給出所需求的變頻器功能。

很顯然，按照表2中的參數(shù)，在牽引電機上只需要采用開環(huán)速度控制方式就可以滿足用戶對牽引電機變頻驅(qū)動的要求。同時，按照表2中的各項“需求對應(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)輕松地完成用戶對牽引電機的控制需求了。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：電機參數(shù)、頻率參數(shù)、加減速時間參數(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，逐個分解為對變頻器某些特定的、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0方式。

在本文中，對于常規(guī)控制方式的案例分析中，不準備將諸如表2中的對應(yīng)的變頻器功能再進一步轉(zhuǎn)化為某個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），只想表達一種思維過程，供讀者參考。而對于特殊應(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的運行線速度與牽引電機保持一致，為達到這個目的，我們只要將牽引電機與收卷電機用同一個速度給定就可以實現(xiàn)這2臺電機角速度的一致（當(dāng)然，也可以將牽引電機實際運行速度的輸出信號dc4～20ma或dc0～5v/10v作為收卷電機的速度給定信號，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，為滿足用戶對收卷過程中線速度恒定的需求，必須想辦法讓收卷電機的角速度隨滾筒半徑的增長而降低，以實現(xiàn)線速度恒定的目的。為此，需要一個檢測線速度的傳感器信號，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時調(diào)整。在本例中，我們在夾送導(dǎo)向輥上安裝了編碼器（不能安裝在電機軸或收卷滾筒軸上，否則，編碼器測出的信號就不是線速度反饋信號而是角速度反饋信號），以編碼器的脈沖率來表示實際線速度的快慢。如圖2（a）中所示，這樣對于2#變頻器而言，它既有一個用電位器表示的給定速度，又有一個用編碼器的脈沖來表示的實際速度反饋信號，因此，2#變頻器就應(yīng)該是一個閉環(huán)速度控制方式的應(yīng)用案例。

通過以上對用戶需求的分析，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，在實際應(yīng)用中就像對基本參數(shù)的需求一樣，同樣需要對這些功能進行選擇與相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置。

4 工藝過程閉環(huán)控制方式

傳統(tǒng)的v/f控制實際上是一種角速度的控制模式，而閉環(huán)速度控制是通過對實際角速度的檢測的一種調(diào)節(jié)控制。但是，在現(xiàn)實的許多應(yīng)用場合，顯然，我們并不只關(guān)心電機的速度，而可能更多地要關(guān)注生產(chǎn)工藝過程中的某些被控對象的參數(shù)測量值，這些參數(shù)包括：溫度、壓力、流量、液位等信號。比如，在混配料系統(tǒng)中，我們可能需要關(guān)心某種配料的質(zhì)量或流量，而這個量卻并不直接與電機的速度成正比例或反比例關(guān)系，這是工藝閉環(huán)過程控制與上面所敘述的閉環(huán)速度控制的根本差別，當(dāng)然，工藝過程閉環(huán)控制也是一種閉環(huán)控制，它關(guān)注的不是速度而是工藝過程的參數(shù)變量。在諸如這樣的一些應(yīng)用場合，就需要我們采用工藝過程閉環(huán)控制方式。

問題3的提出

假定有一個需要進行混配料比例控制的用戶，他的配料a和配料b由各自的配料電機送入配料攪拌筒中進行混合均勻攪拌，其中，配料b有生產(chǎn)過程決定其送料的多少，而配料a需要根據(jù)配料b的變化始終保持在攪拌筒混合料中的比例恒定，如圖2（b）所示?，F(xiàn)要求對配料a的電機進行變頻控制，以實現(xiàn)如下具體需求：

（1） 配料a的比例可以自由設(shè)定；

（2） 既使在配料b的量是變化的時候，配料a在混料攪拌筒中的比例也要維持在設(shè)定比例。

問題3的分析

首先，用戶對配料電機a的控制需求是要根據(jù)配料b的變化始終維持恒定的配料a所占比例的一種閉環(huán)控制方式，這個反饋信號是混料筒中的配料a所占的比例信號，它與電機的速度無關(guān)，因此，可以準確地定位這種控制需求為工藝過程閉環(huán)控制方式。其次，用戶要求配料比可以在生產(chǎn)過程中根據(jù)需要進行設(shè)定，為此，需要提供配料a所占比例的設(shè)定手段—電位器給定配料比方式。椐此可以得到如表4所示的需求與對應(yīng)功能。

對比表4與表3，可以看見，他們之間的差異除了控制方式的選擇區(qū)別外，還有一個最為明顯的差異，那就是表4中作為控制對象的參考量與反饋值都是生產(chǎn)工藝過程中的參數(shù)（這樣設(shè)定的參數(shù)與反饋的參數(shù)都更直接表達了生產(chǎn)過程狀態(tài)，也更加直觀明了），而不再是速度參數(shù)。撇開這些表面上的差異，幾乎完全可以用一個虛擬的閉環(huán)“速度”控制來實現(xiàn)。從這個意義上講，工藝過程閉環(huán)控制方式與閉環(huán)速度控制方式在本質(zhì)上是沒有差異的，它是閉環(huán)速度控制方式的延伸形式與變種應(yīng)用。

5 開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式

上面介紹的無論是開環(huán)與閉環(huán)速度控制，還是工藝過程閉環(huán)控制，其實質(zhì)都還是變頻器的矢量控制技術(shù)的一種應(yīng)用。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以，稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。而轉(zhuǎn)矩控制則是以轉(zhuǎn)矩為中心來進行磁鏈、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，簡單地通過檢測電機定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量理論計算電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。

對交流電機的直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）技術(shù)的引入，使得交流電機轉(zhuǎn)矩特性像直流電機一樣在應(yīng)用中表現(xiàn)的“硬”起來了，因此，dtc可以說是變頻器技術(shù)發(fā)展史上的又一個里程碑。目前，在丹佛斯vlt2800/5000、abbacs6000、愛默生td2000等產(chǎn)品中都有直接轉(zhuǎn)矩控制功能。

開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式就是利用變頻器本身對電機的轉(zhuǎn)矩的控制來實現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定控制，這種控制方式可廣泛地應(yīng)用在那些在運行過程中需要保持轉(zhuǎn)矩恒定，不需要改變運行方向的場合，諸如：卷繞、擠壓、皮帶輸送等相關(guān)行業(yè)應(yīng)用。

問題4的提出

假定有一個石料廠的皮帶輸送機用戶，皮帶輸送機需要不斷地將從料斗中卸下的片石塊送到破碎機中進行破碎，如圖2（c）所示，用戶想對這個皮帶輸送機進行變頻驅(qū)動改造，具體要求如下：

（1）由于料斗下料的大小、快慢不均勻，致使落在皮帶上的石塊總量不一致，希望即使在皮帶上的石塊較多時，皮帶也能夠拖的動；

（2）皮帶上的石料多時，速度可慢些，在皮帶上的石料較少時，希望皮帶能盡可能快些；

（3）現(xiàn)場無法提供檢測石塊在皮帶上數(shù)量多少的信號。

問題4的分析

首先，應(yīng)用現(xiàn)場無法提供被控對象的檢測信號，可以說只能采用開環(huán)控制方式；其次，用戶的第②個需求，實質(zhì)上就是轉(zhuǎn)矩控制的運行特點，而要保證一個始終穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩（用戶的第①個要求）就只有采用轉(zhuǎn)矩控制方式，至此，我們可以肯定地說這個案例需要采用開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式。椐此可以得到如表5所示的需求與對應(yīng)功能。

用以上的方法在給一個90kw電機調(diào)試后，其表現(xiàn)出以下運行特征現(xiàn)象：

（1）當(dāng)皮帶上的石塊量較少時，皮帶以較快的速度在運轉(zhuǎn)（但不會超越輸出頻率上限的限定50hz）；

（2）當(dāng)皮帶上的石塊量較多時（接近給定轉(zhuǎn)矩），皮帶運行在32hz～38hz；

（3）當(dāng)皮帶上的石塊量很多時（超越給定轉(zhuǎn)矩），皮帶停止輸送。盡管此時電機停止運轉(zhuǎn)，即相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)表現(xiàn)的狀態(tài)，但與通常的堵轉(zhuǎn)有本質(zhì)區(qū)別，在轉(zhuǎn)矩控制方式下，此時電機不會在短時間內(nèi)燒壞。

6 速度反饋轉(zhuǎn)矩控制方式

在開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制案例中，了解到轉(zhuǎn)矩控制的一些特點，那么，如果應(yīng)用場合在既需要保持控制轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定輸出的同時又需要根據(jù)速度反饋信號進行相應(yīng)調(diào)節(jié)，此時，就要選擇帶速度反饋的轉(zhuǎn)矩控制方式。速度反饋轉(zhuǎn)矩控制方式最適合應(yīng)用在卷繞、抽絲等紡織行業(yè)。在圖2（a）中，如果沒有張力架，收卷的張力需要依靠在變頻器上進行設(shè)定，并且要根據(jù)收卷筒半徑的變化作為反饋來適時自動調(diào)整電機輸出轉(zhuǎn)矩和角速度調(diào)整，來保持卷取切線力的恒定和線速度恒定，而將編碼器信號作為速度反饋信號，來保持角速度的恒定。在圖2（d）中給出了控制結(jié)構(gòu)。按照圖2（d）的構(gòu)造，得到表6所示的參數(shù)：

以上介紹常規(guī)控制方式是變頻器應(yīng)用領(lǐng)域使用最為普遍的方式，約占整個變頻器應(yīng)用需求市場的70%以上，準確掌握這些基本控制方式的內(nèi)涵與應(yīng)用技巧，基本上可以勝任變頻器的售前或售后技術(shù)服務(wù)支持工作。但對于一些特殊應(yīng)用需求的場合，還需要掌握一些專用變頻器的應(yīng)用技術(shù)和相關(guān)的控制概念以及生產(chǎn)工藝需求。這些比較特殊的應(yīng)用場合一般都需要借助于變頻器廠家針對各個行業(yè)生產(chǎn)的“選件卡”或?qū)Ｓ米冾l器。

當(dāng)前，由于變頻器行業(yè)的激烈競爭，各變頻器生產(chǎn)廠家?guī)缀醵荚谂ふ易约涸谙嚓P(guān)行業(yè)上的專用功能產(chǎn)品的研發(fā)與定位。下面，簡要介紹幾種在市場上使用比較廣泛的特殊控制方式的概念，詳細的應(yīng)用方法還需要用戶進一步參考相應(yīng)的選件手冊或說明書。

7 其它特殊應(yīng)用場合的控制方式

在這里之所以將以下的應(yīng)用場合稱為特殊應(yīng)用場合，是因為變頻器的這些衍生的控制方式是針對某個特定的行業(yè)應(yīng)用開發(fā)的。撇開行業(yè)的特殊性，這些具有特殊控制功能的變頻器本身就是一個內(nèi)在的、多變量輸入與反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，只不過這些變量可能不僅有電流參數(shù)，還可能有轉(zhuǎn)矩參數(shù)、計算速度參數(shù)、計算功率以及甚至有時間參數(shù)和空間位置參數(shù)等。

7.1 曳引拖動控制方式

傳統(tǒng)的放卷筒的控制都是采用諸如力矩電機、剎車片、磁粉離合器等方式，lgis5變頻器的應(yīng)用組參數(shù)app-33（標(biāo)準配置，無須選件）可以實現(xiàn)對諸如需要在正常運行過程中處于力矩控制方式下的發(fā)電運行狀態(tài)。當(dāng)收卷電機僅以一個恒定的線速度運行時，若系統(tǒng)需要控制張力，可以通過參數(shù)app-34來設(shè)定放卷張力的大小，由放卷電機來控制張力。曳引拖動控制方式與前面介紹的開環(huán)力矩控制方式的區(qū)別在于：

（1） 曳引拖動控制方式正常運行在發(fā)電狀態(tài)，而開環(huán)力矩控制方式則運行在電動狀態(tài)；

（2） 曳引拖動控制方式在受到的外界牽引力小于設(shè)定值時，它將正向運轉(zhuǎn)；反之，反向運轉(zhuǎn)；而開環(huán)力矩控制方式要么正向運轉(zhuǎn)，要么停止運轉(zhuǎn)。

在一個收卷與放卷的應(yīng)用中，如果將放卷使用曳引拖動控制方式，收卷使用速度閉環(huán)控制，通過收卷和放卷變頻器的直流母線共享技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)線速度恒定的恒張力控制目的，而且可以達到最大限度的節(jié)能效益。系統(tǒng)成本低、安裝調(diào)試容易。

7.2 三角波控制方式與擺頻控制方式

7.2.1 lg公司的is5系列變頻器三角波控制方式介紹

由于紡織過程對紡錘繞線形狀的特殊要求，lg公司的is5系列變頻器三角波控制功能可以滿足這個需求，它的應(yīng)用組參數(shù)app-02～app-07（標(biāo)準配置，無須選件）是用來設(shè)置三角波控制方式的參數(shù)，如表7所示。

在圖3（a）中給出了紡錘繞線工藝結(jié)構(gòu)，在圖3（b）中給出了三角波控制方式的參數(shù)app-02～app-07與變頻器設(shè)定頻率、實際輸出運行頻率之間的關(guān)系。

無論在圖3（b）中還是在圖3（d）中，只要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整相關(guān)參數(shù)的設(shè)定就完全可以滿足紡織行業(yè)紡錘對變頻器輸出這種振幅波形的需要。

7.2.2 danfoss公司的擺頻選卡擺頻功能介紹

同樣針對圖3（a）所示的需求結(jié)構(gòu)，通過在vlt5000系列變頻器中安裝一個擺頻選件卡，那么，也同樣可以得到滿意的控制結(jié)果。圖3（d）中給出了擺頻卡控制方式下的功能參數(shù)p701～p709與變頻器設(shè)定頻率、實際輸出運行頻率之間的關(guān)系。參數(shù)p701～p709的相應(yīng)功能作用解釋如表8所示。

需要注意的時，擺頻卡的參數(shù)p701～p709只有在參數(shù)p100選擇為開環(huán)速度控制方式，同時，參數(shù)p700選擇為擺頻模式有效時才起作用。

7.3 定位控制方式與同步控制方式

在運動控制領(lǐng)域通常有定位控制與同步控制兩種，長期以來，在精密機械加工行業(yè)的定位與同步控制都一直是步進驅(qū)動器與伺服驅(qū)動器的天下，傳統(tǒng)的變頻器只能望而卻步。今天，可以驚喜地告訴大家，已經(jīng)有很多廠家生產(chǎn)的變頻器，通過安裝其選件卡就完全可以應(yīng)用在這種行業(yè)了。

7.3.1 定位控制方式簡介

（1）圖3（c）顯示了三墾變頻器在機床加工行業(yè)的定位控制應(yīng)用，它利用ihf變頻器，通過使用三墾vm05的定位控制（point topoint控制）功能可以精確地實現(xiàn)機加工作業(yè)的定位。

（2）danfoss vlt5000系列變頻器，通過安裝同步定位卡（programmable syncpos motioncontroller），也完全可以實現(xiàn)精確定位功能。不僅需要進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，同時還需要對該控制卡進行編程。

7.3.2 同步控制方式簡介

如果說，在運動控制中，定位控制追求的是相對位置或絕對位置的定位精確性，那么，同步控制追求的就是多主機的協(xié)調(diào)一致性或主從隨動性，它對動態(tài)響應(yīng)性能有很高的要求。

danfoss的同步定位卡（programmable syncpos motioncontroller）既可以實現(xiàn)虛擬主軸（virtual mastersynchronization）方式同步，又可以實現(xiàn)主從方式同步（master-slaversynchronization），是取代伺服驅(qū)動方式的理想方案。更詳細的控制功能與參數(shù)，請參閱《danfoss programmablesyncpos motion controller manual》。

以上僅給出了部分特殊應(yīng)用選件卡功能的簡單介紹，隨著變頻器的發(fā)展將來必定會有更多專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)特殊功能變頻器產(chǎn)品或功能選件卡上市，若有興趣或應(yīng)用需求，可給予關(guān)注、研究。

8 結(jié)束語

實際上，作為變頻器應(yīng)用技術(shù)工程師，哪怕一個參數(shù)都記不住也不可怕，可怕的是不能從應(yīng)用需求的角度去分析對變頻器功能的歸類劃分與整理。只有深入理解變頻器原理、準確把握參數(shù)概念的功能實質(zhì)并靈活掌握參數(shù)的組合應(yīng)用技巧，才敢于面對現(xiàn)實中各種復(fù)雜的應(yīng)用需求場合，才有可能做到臨場不亂、胸有成竹。