西門子變頻器參數(shù)設(shè)置的探討

　　近十多年來，隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，特別是矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，使得交流變頻調(diào)速技術(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)，以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，調(diào)速特性可與直流電力拖動(dòng)相媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，由于變頻調(diào)速的調(diào)速性能與可靠性在不斷完善，價(jià)格也在不斷降低，特別是它的節(jié)電效果明顯，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)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(yīng)用。變頻器在使用中出現(xiàn)的一些問題大多情況下都是因?yàn)樽冾l器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起的。西門子Micromaster 440變頻器可設(shè)置的參數(shù)有幾千個(gè)，只有系統(tǒng)合適、準(zhǔn)確地設(shè)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(fù)荷的力矩特性決定，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

　　P= Tn/ 9 550 （1）

　　式中：P為電動(dòng)機(jī)功率（kW）；

　　T為轉(zhuǎn)矩（N·m）；

　　n為轉(zhuǎn)速（r/ min）。

　　轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系根據(jù)負(fù)載種類大體可分為3種[2]。

　　1）即使速度變化，轉(zhuǎn)矩也不太變化的恒轉(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)、羅茨風(fēng)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)、各種液體泵等。

　　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)、機(jī)床主軸、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。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(shè)為0，變頻器工作于線性V/f控制方式，將使調(diào)速時(shí)的磁通與勵(lì)磁電流基本不變。適用于工作轉(zhuǎn)速不在低頻段的一般恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速對象。

　　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 的三次方成正比。

　　其轉(zhuǎn)矩M近似地與轉(zhuǎn)速n的平方成正比。對于這種負(fù)載，如果變頻器的V/f特性是線性關(guān)系，則低速時(shí)電機(jī)的可用轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而造成功率因數(shù)和效率的嚴(yán)重下降。為了適應(yīng)這種負(fù)載的需要，使電壓隨著輸出頻率的減小以平方關(guān)系減小，從而減小電機(jī)的磁通和勵(lì)磁電流，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，具有起動(dòng)提升功能。將低頻時(shí)的輸出電壓相對于線性的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，適用于大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的調(diào)速對象。

　　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)速會(huì)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)過電流保護(hù)，使得電機(jī)不能正常啟動(dòng)，這在電機(jī)輕載或轉(zhuǎn)矩慣量較小時(shí)更為嚴(yán)重?？梢愿鶕?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 至P1094 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)頻帶寬度。

　　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控制對應(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)，對應(yīng)的P1321、P1323、P1325為可編程的V/f特性電壓坐標(biāo)。

　　參數(shù)P1300設(shè)置為20，變頻器工作于矢量控制。

　　這種控制相對完善，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)速都采用矢量控制SVPWM。

　　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，矢量轉(zhuǎn)矩控制是直接取交流電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行控制，控制簡單，精確度高。

2 快速調(diào)試

　　在使用變頻器驅(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?？焖僬{(diào)試完成后，進(jìn)行了必要的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的計(jì)算，并將其它所有的參數(shù)恢復(fù)到它們的默認(rèn)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)的數(shù)據(jù)，而且，電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測參數(shù)P1910必須在電動(dòng)機(jī)處于常溫時(shí)進(jìn)行。當(dāng)使能這一功能（P1910 =1）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號A0541，給予警告，在接著發(fā)出ON 命令時(shí)，立即開始對電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)檢測。

3 加減速時(shí)間調(diào)整

　　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)速度都有重大的影響。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)轉(zhuǎn)期間，變頻器將處于再生發(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)能電容器兩端電壓上升。因此，減速時(shí)間設(shè)置的約束是防止直流回路電壓過高。加減速時(shí)間計(jì)算公式為

　　ta=（JM+JL）n/9.56（TMA-TL） （加速時(shí)間） （2）

　　tb=（JM+JL）n/9.56（TMB-TL） （減速時(shí)間） （3）

　　式中：JM為電機(jī)的慣量；
JL為負(fù)載慣量；
n為額定轉(zhuǎn)速；
TMA為電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；
TMB為電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；
TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

　　加減速時(shí)間可根據(jù)公式算出來，也可用簡易試驗(yàn)方法確定[3]。首先，使拖動(dòng)系統(tǒng)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行（工頻運(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)速從額定轉(zhuǎn)速下降到停止所需要的時(shí)間。加減速時(shí)間可首先按自由制動(dòng)時(shí)間的1/2到1/3進(jìn)行預(yù)置。通過起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無過電流、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，便可確定出最佳加減速時(shí)間。

4 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)置往往被忽視，通常認(rèn)為只需加減速時(shí)間的正確設(shè)置就可以保證系統(tǒng)正常工作[4]。其實(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)置不當(dāng)會(huì)使得系統(tǒng)振蕩，調(diào)速精度也受到影響。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為

　　J=T/（d棕/dt） （4）

　　電機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)空載和帶載運(yùn)行，讀出參數(shù)r0333（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應(yīng)的角速度，代入公式（4）計(jì)算得電機(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）與參數(shù)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。

5 結(jié)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(yīng)用西門子Micromaster 440 變頻器進(jìn)行調(diào)速時(shí)的參數(shù)設(shè)置給出了參考。