西門子變頻器在堆取料機(jī)中的應(yīng)用

張曉友 北方重工集團(tuán)有限公司

一、引言

近幾十年來，隨著電子技術(shù)、控制理論等高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，使得交流變頻器技術(shù)逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好技術(shù)性能。變頻器應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。而變頻器參數(shù)的設(shè)置對(duì)于生延長(zhǎng)產(chǎn)機(jī)械的壽命、高效節(jié)能等有很大好處。下面以西門子變頻器為例簡(jiǎn)單說明以下參數(shù)設(shè)置：

二、變頻器控制方式的選擇

變頻器控制方式的選擇 由負(fù)荷的力矩特性所決定，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)下列關(guān)系式?jīng)Q定：

式中：P---電動(dòng)機(jī)功率（KW）

T--轉(zhuǎn)矩（N.m）

n—轉(zhuǎn)速（r/min）

轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)矩n 的關(guān)系根據(jù)負(fù)載類型可分為3種：

（1）即使速度變化轉(zhuǎn)矩不大變化的轉(zhuǎn)矩負(fù)載，此類負(fù)載如傳送帶、起重機(jī)、擠壓機(jī)、壓縮機(jī)等。

（2）隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的平方減小的負(fù)載。此類負(fù)載如風(fēng)機(jī)、各種液壓泵等。

（3）轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小的恒功率負(fù)載。此類負(fù)載如軋機(jī)、卷取機(jī)等。變頻器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制、拋物線特性v/f 控制方式。將變頻器參數(shù)P1300設(shè)為0，變頻器工作于線性v/f控制方式，將使調(diào)速時(shí)的磁通與磁通電流基本不變。

將 p1300設(shè)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(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。這類負(fù)載的軸功率N近似地與轉(zhuǎn)速n的3次方成正比。其轉(zhuǎn)矩M近似地與轉(zhuǎn)速n的平方成正比。對(duì)于這種負(fù)載，如果變頻器v/f特性關(guān)系，則低速時(shí)電機(jī)的許用轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而造成功率因數(shù)和功率嚴(yán)重下降。

為了適應(yīng)這種負(fù)載的需要，使電壓隨著頻率的減小以平方關(guān)系減小，從而減小電機(jī)的磁通和磁通電流，使功率因數(shù)保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

可以進(jìn)一步通過設(shè)置參數(shù)使v/f控制曲線適合負(fù)載特性。將p1312在0至250之間設(shè)置合適的值。具有啟動(dòng)提升功能。將低頻時(shí)的輸出電壓相對(duì)于線性的v/f曲線作適當(dāng)?shù)奶岣咭匝a(bǔ)償在低頻時(shí)定子電阻引起的壓降導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小的問題，適用于大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的調(diào)速對(duì)象。變頻器v/f控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，在某些頻率段，電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)無法運(yùn)行，甚至在加速過程中出現(xiàn)電流保護(hù)，使得電機(jī)不能正常啟動(dòng)，在電機(jī)輕載或轉(zhuǎn)矩慣量較小時(shí)更為嚴(yán)重。可以根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點(diǎn)，在v/f曲線上設(shè)置跳轉(zhuǎn)點(diǎn)及跳轉(zhuǎn)頻帶寬度，當(dāng)電機(jī)加速時(shí)可以自動(dòng)跳過這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。從p1091可以設(shè)定4個(gè)不同的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)，設(shè)置p1101確定跳轉(zhuǎn)頻帶。有些負(fù)載在特定的頻率下需要電機(jī)提供特定的轉(zhuǎn)矩，用可編程的v/f控制應(yīng)設(shè)置變頻器參數(shù)即可得到所需控制曲線。設(shè)置p1320、p1322、p1324確定可編程的v/f 特性頻率坐標(biāo)。參數(shù)p1300設(shè)置為20，變頻器工作與矢量控制。這種控制相對(duì)完善，調(diào)速范圍寬，低速范圍起動(dòng)力矩高，精度高達(dá)0.01%響應(yīng)很快，高精度調(diào)速都采用SVPWM矢量控制方式。參數(shù)p1300設(shè)置為22，變頻器工作于矢量轉(zhuǎn)矩控制。這種控制方式是目前國(guó)際上最先進(jìn)的控制方式，其他方式是模擬直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，進(jìn)行保角變換而進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的，矢量控制是直接取交流電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行控制，控制簡(jiǎn)單，精確度高。

在使用快速調(diào)試用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)前，必須進(jìn)行快速調(diào)試。參數(shù)p0010設(shè)為1、p3900設(shè)為1，變頻器進(jìn)行快速調(diào)試，快速調(diào)試完成后進(jìn)行必要電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的計(jì)算，并將其他所有的參數(shù)恢復(fù)到它們的缺省設(shè)置值。在矢量或轉(zhuǎn)矩控制方式下，為了正確地實(shí)現(xiàn)控制，非常重要的一點(diǎn)是，必須正確地向變頻器輸入電動(dòng)機(jī)處于常溫進(jìn)行。當(dāng)使能（p1910）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號(hào)A0541，給予警告，在接著發(fā)出ON命令時(shí)，立即開始電機(jī)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)。

三、加減速時(shí)間

加速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時(shí)間，減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需時(shí)間。加速時(shí)間和減速時(shí)間選擇的合理與否對(duì)電機(jī)的起動(dòng)、停止運(yùn)行及調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)速度都有重大影響。加速時(shí)間設(shè)置的約束是將電流限制在過電流范圍內(nèi)，不應(yīng)使過電流保護(hù)裝置動(dòng)作。電機(jī)在減速運(yùn)行期間，變頻器處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并通過逆變器將電能回饋到直流側(cè)。回饋的電能將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器兩端電壓升高，因此，減速時(shí)間的約束是防止直流回路電壓過高。

加速時(shí)間：ta= （JM+JL） n/9.56/TMA-TL）

減速時(shí)間：tb= （JM+JL） n/9.56/TMB-TL）

式中：JM—電機(jī)的慣量

JL—負(fù)載慣量

n—額定轉(zhuǎn)速

TMA—電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

TMB—電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩

TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩

加速時(shí)間可根據(jù)公式算出來，也可以用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行設(shè)置。首先，使拖動(dòng)系統(tǒng)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，然后切斷電源，使拖動(dòng)系統(tǒng)處于自由制動(dòng)狀態(tài)，用秒表計(jì)算其轉(zhuǎn)速?gòu)念~定轉(zhuǎn)速下降到停止所需要的時(shí)間。加減速時(shí)間可按自由制動(dòng)時(shí)間的1/2-1/3進(jìn)行預(yù)置。通過起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無電流、過電壓報(bào)警，調(diào)整加減速時(shí)間設(shè)定值，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，變可確定最佳加減時(shí)間。

四、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)置

電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的設(shè)置往往被忽略，認(rèn)為加減速時(shí)間的正確設(shè)置可保證系統(tǒng)正常工作。其實(shí)，z轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)置不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)振蕩，調(diào)速精度也會(huì)受到影響。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式：J=T/dω/dt電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的獲得方法是一樣，讓變頻器工作在和合適值，5-10HZ，分別讓電機(jī)空載和帶載運(yùn)行，讀出參數(shù)ro333額定轉(zhuǎn)矩和r0345電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，再將變頻器工作頻率換算成對(duì)應(yīng)的角速度，代入公式，計(jì)算出電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)置參數(shù)P0341（電動(dòng)機(jī)的慣量）與p0342（驅(qū)動(dòng)裝置總慣量/電動(dòng)機(jī)慣量的比值），這樣變頻器就能更好的調(diào)速。

五、結(jié)束語

變頻器的品牌愈來愈多，功能也不斷完善和加強(qiáng)。如何正確地設(shè)置參數(shù)，對(duì)于變頻器正確使用和發(fā)揮最佳性能十分重要。