【正文】 的結(jié)果，只能決定拖動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下等速運(yùn)行。其主要特點(diǎn)是:(a) 給定信號(hào)并不用于控制變頻器輸出頻率的大小, 而是用于控制電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的大小，如圖15所示:當(dāng)給定信號(hào)為10V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值Tmax(如圖中之狀態(tài)①)。(c) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的限值是受發(fā)熱和過(guò)載能力(取決于臨界轉(zhuǎn)矩)制約的。(b) 電動(dòng)機(jī)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)。 轉(zhuǎn)矩控制功能 轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)速控制的區(qū)別(1) 轉(zhuǎn)速控制的特點(diǎn)能進(jìn)行四象限運(yùn)行。 尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般都能小于100ms。機(jī)械特性好 即使運(yùn)行在1Hz()時(shí), 也能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩,且不會(huì)產(chǎn)生在V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。兩種PID調(diào)節(jié)功能中，P(比例增益)、I(積分時(shí)間)、D(微分時(shí)間)的作用對(duì)象不同，但原理是相同的。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。當(dāng)采用有反饋矢量控制模式時(shí)，變頻器存在著一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，并且為此專(zhuān)門(mén)配置了PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 (2) 速度控制的PID功能但特殊電動(dòng)機(jī)(如高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)等)則不能用。 以2p=4(4極電動(dòng)機(jī))為最佳，要注意說(shuō)明書(shū)中對(duì)磁極數(shù)的規(guī)定。則該變頻器只能在配接45kW或37kW的電動(dòng)機(jī)時(shí)，矢量控制功能是有效的。電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)盡可能與變頻器說(shuō)明書(shū)中標(biāo)明的“配用電動(dòng)機(jī)容量”相符，最多低一個(gè)檔次。(a) 電動(dòng)機(jī)的容量 式(18)中: p0—編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，p/r。將控制卡PGB2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。 編碼器與變頻器的聯(lián)接圖14圖13(a)所示是編碼器的引出線。例如, TRDJ系列編碼器的脈沖數(shù)從10p/r~1000p/r, 分16檔可選。, 如圖13(b)所示, 和分別是A相和B相的“非”。177。和變頻器配用的旋轉(zhuǎn)編碼器通常為二相(Ａ相和B相)原點(diǎn)輸出型, 其輸出信號(hào)分為兩相:Ａ相和B相。 (1) 旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號(hào)當(dāng)變頻器的控制方式預(yù)置為有反饋矢量控制方式時(shí)，轉(zhuǎn)速測(cè)定是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。 轉(zhuǎn)速反饋矢量控制中編碼器的相關(guān)功能“2”時(shí)，該操作程序開(kāi)始運(yùn)行，并在顯示屏上指導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行必要的功能預(yù)置和操作。檢測(cè)完畢后, 自動(dòng)轉(zhuǎn)為“0”。(b) “1”。，數(shù)據(jù)碼是:“0”—不進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。以艾默生TD3000系列變頻器為例，其相關(guān)功能如下:，數(shù)據(jù)碼是:“0”—禁止自動(dòng)檢測(cè)。　自動(dòng)檢測(cè)功能的英語(yǔ)名稱(chēng)是autotuning, 故有的變頻器直譯為“自動(dòng)調(diào)諧”功能, 也有的稱(chēng)之為“自學(xué)習(xí)”功能。對(duì)此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動(dòng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的功能。從上面所舉例子可以看出，進(jìn)行矢量控制時(shí)，所需數(shù)據(jù)中的相當(dāng)部分，一般用戶(hù)是很難得到的。 (1) 自動(dòng)檢測(cè)功能而進(jìn)行計(jì)算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。與無(wú)反饋矢量控制模式相比，具有機(jī)械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。有反饋矢量控制則必須在電動(dòng)機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，如圖12中的虛線所示。無(wú)反饋矢量控制是根據(jù)測(cè)量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)接地計(jì)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(yùn)行時(shí)，得到較硬機(jī)械特性的控制模式。從而得到與直流電動(dòng)機(jī)類(lèi)似的硬機(jī)械特性, 提高了低頻時(shí)的帶負(fù)載能力。當(dāng)給定信號(hào)改變時(shí)，也和直流電動(dòng)機(jī)一樣，只改變其中一個(gè)信號(hào)，從而使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制具有和直流電動(dòng)機(jī)類(lèi)似的特點(diǎn)。在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，只調(diào)節(jié)其中一個(gè)電路的參數(shù)。它的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間是互相垂直的，如圖11(a)所示。究其原因，是因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)十分重要的特點(diǎn):(a) 磁場(chǎng)特點(diǎn)3(b) 預(yù)置要點(diǎn)如果負(fù)載在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/f比)預(yù)置得較小，則低速時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載。 變頻器為用戶(hù)提供的U/f線 (3) U/f線的預(yù)置要點(diǎn)(a) 預(yù)置不當(dāng)?shù)暮蠊?圖10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。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)速時(shí)還要大得多。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速時(shí)是基本相同的。低速時(shí)的阻轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩小得多。因此，通常把轉(zhuǎn)折點(diǎn)Ａ稱(chēng)為弱磁點(diǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于額定頻率時(shí)，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Ａ點(diǎn)以后所示。 基本U/f線 (4) 弱磁點(diǎn)在變頻器的輸出頻率從0Hz上升到基本頻率fBA的過(guò)程中, 滿(mǎn)足KU=Kf的U/f線, 稱(chēng)為基本U/f線, 如圖8(a)所示。 基本頻率 (3) 基本U/f線圖7在大多數(shù)情況下，基本頻率等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率，如圖7所示。 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償 (2) 基本頻率圖6如圖6中之曲線②所示(曲線①是KU＝Kf的U/f線)。2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(dòng)勢(shì)E1X所占的比例必將減小。式(17)表明，反電動(dòng)勢(shì)是定子側(cè)輸入電壓減去阻抗壓降的結(jié)果。式(9)可以改寫(xiě)為:　　異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子電流和磁通相互作用的結(jié)果?！M(mǎn)足式(16)的情況下進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，隨著頻率的下降，電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩和帶負(fù)載能力(用有效轉(zhuǎn)矩ＴMEX表示)也有所下降，如圖5所示。(b) 調(diào)壓調(diào)頻存在的問(wèn)題設(shè)頻率的調(diào)節(jié)比為:式(13)中: U1X—運(yùn)行頻率為fX時(shí)的輸入電壓，V。但反電動(dòng)勢(shì)是由定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁通而感生的，無(wú)法從外部進(jìn)行控制。下半部則是勵(lì)磁電流的波形。它極容易使電動(dòng)機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵(lì)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。(b) 磁通增大　任何電動(dòng)機(jī)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(guò)額定值的，否則將引起電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。由式(8)知, 當(dāng)頻率fX下降時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)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ΦM和電磁功率PM的增大。 (d) 頻率下降的后果(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(dòng)勢(shì)平衡方程如下:漏磁通Φ0或者說(shuō)，主磁通ΦM的大小是通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)E1的大小來(lái)體現(xiàn)的。它在定子繞組中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)，用E1表示，其有效值的計(jì)算如下式:主磁通Φ1 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。 (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和轉(zhuǎn)子鐵心的鐵損PFe2)，便是轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率P2: 異步電動(dòng)機(jī)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(guò)磁場(chǎng)傳遞給轉(zhuǎn)子的功率，稱(chēng)為電磁功率，用PM表示:傳遞過(guò)程如圖2(b)所示, 可歸納如下:圖2異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是依靠電磁感應(yīng)(轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng))而得到能量的，如圖2(a)所示。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(wèn)題呢？ (2) 異步電動(dòng)機(jī)的能量傳遞然而, 式(1)表明, 電動(dòng)機(jī)的輸入功率和頻率之間卻并無(wú)直接關(guān)系。 式(4)中: ｎ0—同步轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速), r/min。這是因?yàn)?，異步電?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率有關(guān):ｎM─電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速，r/min。m。P2─電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率，kW。(b) 電動(dòng)機(jī)的輸出功率電動(dòng)機(jī)是用來(lái)拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的，因此，其輸出功率便是軸上的機(jī)械功率:三相交流異步電動(dòng)機(jī)輸入的是三相電功率P1:異步電動(dòng)機(jī)的輸入輸出如圖1所示。 變頻引出的特殊問(wèn)題 異步電動(dòng)機(jī)在頻率下降后出現(xiàn)的問(wèn)題TorqueEncoderAutotuningcontrolTorquecontrolmodeinterrelatedit39。motor.characteristicstheforcontrolintroduced轉(zhuǎn)矩控制Abstract:This自動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償關(guān) 鍵 詞: 控制模式ofMechanicalImprovingFunction變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)(副主編，機(jī)械工業(yè)出版社2003年1月出版)。2002年４月第二版)。宜昌市自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、湖北省自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事。(4) 載波頻率與環(huán)境溫度當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，逆變橋中，上、下兩個(gè)逆變管在交替導(dǎo)通過(guò)程中的死區(qū)將變窄，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致橋臂直通(短路)而損壞變頻器。 (3) 載波頻率與輸出功率的關(guān)系對(duì)其他設(shè)備的干擾 　 載波頻率越高，則高頻電壓通過(guò)靜電感應(yīng)對(duì)其他設(shè)備的干擾也越嚴(yán)重。對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響 當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，則載波頻率越高，由線路分布電容引起的不良效應(yīng)(如電動(dòng)機(jī)側(cè)電壓升高、電動(dòng)機(jī)振動(dòng)等)越大。(c) 載波頻率引起的漏電流 載波頻率越高，因線路相互之間，以及線路與地之間分布電容的容抗越小，由高頻脈沖電壓引起的漏電流越大，如圖19(a)所示。載波頻率越高，則死區(qū)的累計(jì)值越大，變頻器的平均輸出電流越小。變頻器的輸出電流越大，每次交替所要求的死區(qū)也越大。在交替過(guò)程中，必須有一個(gè)死區(qū)(等待時(shí)間)。 載波頻率大小的影響(1) 載波頻率對(duì)變頻器輸出電流的影響(a) 載波頻率與電流波形 　運(yùn)行頻率越低, 則電壓波的平均占空比越小, 電流高次諧波成分越大, 故適當(dāng)提高載波頻率, 可以改善電流波形。改變載波頻率時(shí), 電磁噪聲的音調(diào)也將發(fā)生改變。 在PWM電壓脈沖序列的作用下, 電流波形是脈動(dòng)的, 脈動(dòng)頻率與載波頻率一致。 圖17 變頻器輸出電壓波的形成 圖17中，uU、ｕV、ｕW是各相的相電壓波形, uUV則是U相和V相間線電壓的波形。在這里，正弦波稱(chēng)為調(diào)制波，三角波稱(chēng)為載波。6 載波頻率的選擇功能 基礎(chǔ)概念 變頻器輸出電壓的波形，都是經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制后的系列脈沖波?；乇軐挾圈J 即回避區(qū)域，如圖16(a)所示。中心回避頻率fJ 即回避頻率所在的位置。 圖16 回避頻率 設(shè)置回避頻率fJ的目的，就是使拖動(dòng)系統(tǒng)回避掉可能引起諧振的轉(zhuǎn)速，如圖16所示。每臺(tái)機(jī)器又都有一個(gè)固有振蕩頻率，它取決于機(jī)械的結(jié)構(gòu)。上限頻率比最高頻率優(yōu)先 這是因?yàn)椋舷揞l率是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求來(lái)決定的，所以具有優(yōu)先權(quán)。在上例中，如傳動(dòng)比λ＝2，則: (2) 上限頻率與最高頻率的關(guān)系要求的最高轉(zhuǎn)速是600r/min，最低轉(zhuǎn)速是150r/min。5 頻率的限制功能 上、下限頻率(1) 基礎(chǔ)概念(a) 生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速范圍的要求 生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)工藝過(guò)程的實(shí)際需要，常常要求對(duì)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行限制。對(duì)應(yīng)地，也就有一個(gè)最小給定信號(hào)。例如，是否停機(jī)，如繼續(xù)運(yùn)行，則在多大頻率下運(yùn)行等。有的變頻器也可以預(yù)置多檔點(diǎn)動(dòng)頻率。因?yàn)橹饕糜谡{(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。保持功能有效 運(yùn)行頻率自動(dòng)上升到停機(jī)前的工作頻率。保持功能無(wú)效 運(yùn)行頻率為0Hz，如要回復(fù)到原來(lái)的工作頻率，須重新加速。 頻率給定的其他功能(1) 頻率指令的保持功能 變頻器在停機(jī)后, 是否保持停機(jī)前的運(yùn)行頻率的選擇功能。各單元的微調(diào) 當(dāng)從動(dòng)單元與主令單元的不一致時(shí)，數(shù)據(jù)處理器將輸出一個(gè)微調(diào)信號(hào)給從動(dòng)單元，使從動(dòng)單元的線速度和主令單元相等。統(tǒng)調(diào)信號(hào)將各變頻器的主給定端VR1COM都并聯(lián)起來(lái), 與統(tǒng)調(diào)給定信號(hào)相接, 使各變頻器的主給定信號(hào)同時(shí)改變, 實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)調(diào)。(c) 電路特點(diǎn)，如圖14所示。(b) 同步信號(hào)的取出通常，各單元都有線速度的檢測(cè)裝置，如圖14中的SV1和SV2所示。因此，對(duì)于多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的要求是:在這種情況下，總是要求被加工物在各單元的線速度一致:顯然，如果后面的速度低于前面，將導(dǎo)致被加工物的堆積。 圖13 主給定與輔助給定 (2) 應(yīng)用舉例(a) 多單元拖動(dòng)系統(tǒng)的同步運(yùn)行 圖14 自動(dòng)同步控制 在造紙、印染等機(jī)械中，整臺(tái)機(jī)器具有若干個(gè)單元，每個(gè)單元都有各自獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng), 如圖14所示:第１單元由電動(dòng)機(jī)Ｍ１拖動(dòng)，第二單元由電動(dòng)機(jī)Ｍ２拖動(dòng)……。 大多數(shù)變頻器的輔助給定信號(hào)都是疊加到主給定信號(hào)(相加或相減)上去的。濾波時(shí)間太長(zhǎng)當(dāng)調(diào)節(jié)給定信號(hào)時(shí)，給定頻率隨給定信號(hào)改變時(shí)的響應(yīng)速度較慢。濾波時(shí)間太短 當(dāng)變頻器顯示給定頻率時(shí)，有可能不夠穩(wěn)定。濾波時(shí)間常數(shù)，是指給定信號(hào)上升至穩(wěn)定值63％所需的時(shí)間。圖中，綜坐標(biāo)是給定信號(hào)的百分?jǐn)?shù)X％。當(dāng)給定信號(hào)X＜, 變頻器的輸出頻率降為0Hz。例如，將有效０。就是說(shuō)，變頻器的最小給定信號(hào)不等于0(Xmin≠0)。 十分明顯，在生產(chǎn)過(guò)程中，這種情況的出現(xiàn)將是十分有害的，甚至有可能損壞生產(chǎn)機(jī)械。 (3) 有效0的功能 在給定信號(hào)為單極性的正、反轉(zhuǎn)控制方式中，存在著一個(gè)特殊的問(wèn)題。(2) 死區(qū)的設(shè)置 　 用模擬量給定信號(hào)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)控制時(shí)，0速控制很難穩(wěn)定，在給定信號(hào)為０時(shí)，常常出現(xiàn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的蠕動(dòng)現(xiàn)象。3 模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)控制與濾波 模擬量給定的正、反轉(zhuǎn)功能(1) 控制方式 主要有兩種方式:(a) 由雙極性給定信號(hào)控制 給定信號(hào)可－可＋，正信號(hào)控制正轉(zhuǎn)，負(fù)