變頻器控制功能的參數選擇與典型應用
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?。?）加減速時(shí)間
變頻器加速時(shí)間、減速時(shí)間分別對應電機在啟動(dòng)過(guò)程從0hz到最大輸出頻率所需要的時(shí)間、停止過(guò)程中從最大輸出頻率到0hz所需要的時(shí)間。如圖1（c）所示。加減速時(shí)間的大小將直接影響頻率給定躍變到實(shí)際最終輸出頻率響應時(shí)間的長(cháng)短。對于諸如風(fēng)機類(lèi)大慣量平方特性負載，時(shí)間值的過(guò)長(cháng)或過(guò)短都將容易引發(fā)變頻器在啟動(dòng)、停止過(guò)程中的過(guò)壓、過(guò)流故障的發(fā)生。需要在實(shí)際調試中通過(guò)不斷的啟停操作的嘗試來(lái)尋找合理的時(shí)間設定值。另外，與加減速時(shí)間相關(guān)的參數還有加減速曲線(xiàn)類(lèi)型選擇問(wèn)題，圖1（c）中的斜線(xiàn)①、斜線(xiàn)②、斜線(xiàn)③是針對3種不同負載特性在加減速過(guò)程中而設置的，可參考lg公司《is5系列變頻器用戶(hù)手冊》來(lái)了解這個(gè)問(wèn)題，這里不再贅述。
?。?）與電機保護直接相關(guān)的參數
變頻器不僅是一個(gè)變頻、變壓裝置，更是一個(gè)電機綜合保護裝置，通常都有以下保護功能參數：輸入/輸出缺相保護、電子熱保護、熱敏保護、過(guò)載保護、過(guò)流保護、堵轉保護等。除輸入缺相保護是對進(jìn)線(xiàn)電源因素的保護外，后5種保護都是針對電機的直接保護，區別在于熱敏保護是一種直接的電機溫度信號檢測結果的保護，而其它保護則是一種基于電機銘牌數據（包括額定功率、電流、電壓、頻率、轉速，以及定子電阻與電抗）而進(jìn)行的電流熱效應計算的理論保護。電機的銘牌數據可以手動(dòng)設置，在大多數主流變頻器中，也可以利用一個(gè)被稱(chēng)為“自動(dòng)馬達適配”（ama：auto motor adapter）的參數幫助我們自動(dòng)設置電機的部分特征參數。另外，需要指出的是堵轉保護功能的使能作用，經(jīng)常會(huì )導致電機啟動(dòng)過(guò)程中實(shí)際加減速時(shí)間將不再?lài)栏癜凑占訙p速時(shí)間參數的設定值進(jìn)行，通常會(huì )導致實(shí)際啟停過(guò)程的時(shí)間延長(cháng)。
?。?）與啟停操作和頻率給定方式相關(guān)的參數
撇開(kāi)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(wú)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。在集中控制系統應用中以編號0方式（下文會(huì )常用到）使用的最多。
在對變頻器的主要基本參數做出介紹后，下面讓我們來(lái)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用在哪些比較典型的應用場(chǎng)合，以及相應需要設置哪些相關(guān)參數。
本文把以下將要介紹的開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制方式、工藝過(guò)程控制方式、開(kāi)環(huán)轉矩控制方式、速度反饋轉矩控制方式統稱(chēng)為常規控制方式，而把專(zhuān)用變頻器或通過(guò)選件卡實(shí)現的為某個(gè)特定行業(yè)應用而 采用的控制方式稱(chēng)為特殊控制方式。
3 開(kāi)環(huán)與閉環(huán)速度控制方式
對變頻器控制而言，所謂開(kāi)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(méi)有與外部反饋信號作用建立數學(xué)關(guān)系或根本就不存在外部反饋信號?？梢?jiàn)開(kāi)環(huán)控制方式在概念上是一種只顧“命令”而不顧“實(shí)際結果”的控制方式（之所以說(shuō)是概念上，是因為現在有些變頻器產(chǎn)品，諸如通過(guò)滑差補償等參數的設定可以達到命令與結果之間有一定程度的關(guān)聯(lián)），因此，開(kāi)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實(shí)際速度追蹤調節的控制應用場(chǎng)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(kāi)環(huán)與閉環(huán)都是站在變頻器設備的角度而不是控制系統角度進(jìn)行判定的。比如，在我們經(jīng)?？吹降淖冾l恒壓供水系統中，那些通過(guò)數字pid儀表來(lái)設定壓力給定值和接收現場(chǎng)壓力變送器的實(shí)際壓力反饋信號的控制方式，若站在控制系統角度，這個(gè)系統就是閉環(huán)控制方式，但若站在變頻器角度看，在這里仍然被稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制方式，因為對變頻器而言它的運行頻率給定來(lái)自pid儀表的輸出，整個(gè)給定、反饋、調節等功能全部又pid儀表來(lái)完成的，變頻器只是被作為一個(gè)驅動(dòng)執行設備在使用。
3.1 開(kāi)環(huán)速度控制方式
問(wèn)題1的提出
假設有這樣一個(gè)印刷業(yè)務(wù)用戶(hù)，如圖2（a）所示，希望通過(guò)變頻驅動(dòng)實(shí)現對收卷過(guò)程的恒定線(xiàn)速度控制，具體要求如下：
?。?） 啟停操作和調速都在現場(chǎng)操作箱上進(jìn)行，并可通過(guò)電位器在控制箱上調節收卷的線(xiàn)速度；
?。?） 收卷電機的線(xiàn)速度要始終與牽引電機的線(xiàn)速度保持一致（放卷由剎車(chē)片控制，張力由張力架調節）；
?。?） 限定速度調節范圍。
針對用戶(hù)的機械設備和提出的這個(gè)需求，我們將其控制驅動(dòng)對象分為2個(gè)部分：牽引輥道電機驅動(dòng)和收卷筒電機的驅動(dòng)。
問(wèn)題1的分析
首先，讓我們看看用戶(hù)對牽引電機控制的要求，針對用戶(hù)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，并將這些子項對應給出所需求的變頻器功能。
很顯然，按照表2中的參數，在牽引電機上只需要采用開(kāi)環(huán)速度控制方式就可以滿(mǎn)足用戶(hù)對牽引電機變頻驅動(dòng)的要求。同時(shí)，按照表2中的各項“需求對應的變頻器功能”，我們也很容易去尋找到具備這樣功能的變頻器，那么，我們也就能相當輕松地完成用戶(hù)對牽引電機的控制需求了。當然，除了表2中的需要功能外，變頻器的一些基本參數功能，諸如：電機參數、頻率參數、加減速時(shí)間參數等（如第2節內容所提到的一些基本參數），無(wú)論在什么樣的控制方式應用系統中都是必不可少需要設置的，這里不再贅述（以下類(lèi)同，略）。
通過(guò)以上分析，可以得出如表2所示的分析結果。再按照表2中的歸類(lèi)后的功能需求，逐個(gè)分解為對變頻器某些特定的、具體的參數的設置，這樣就可以得到如圖2（a）中的1#變頻器所示的設計結構圖了。圖2（a）中的1#變頻器采用的控制方式就是開(kāi)環(huán)控制、編號0方式。
在本文中，對于常規控制方式的案例分析中，不準備將諸如表2中的對應的變頻器功能再進(jìn)一步轉化為某個(gè)特定品牌的變頻器參數，以免給讀者造成品牌依賴(lài)性誤導（以下常規控制方式的案例同），只想表達一種思維過(guò)程，供讀者參考。而對于特殊應用場(chǎng)合的控制方式，將以具體品牌為例加以說(shuō)明。
3.2 閉環(huán)速度控制方式
問(wèn)題2的提出
同問(wèn)題1的提出，如圖2（a），略。
問(wèn)題2的分析
首先，由于用戶(hù)需要收卷電機的運行線(xiàn)速度與牽引電機保持一致，為達到這個(gè)目的，我們只要將牽引電機與收卷電機用同一個(gè)速度給定就可以實(shí)現這2臺電機角速度的一致（當然，也可以將牽引電機實(shí)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(dòng)給定方式，存在一定的響應延遲，具體差異分析，略）；其次，由于收卷滾筒在運行過(guò)程中，隨著(zhù)紙張等物體被不斷地纏繞在滾筒上，導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(guò)程中的線(xiàn)速度也同樣在不斷地加快，為滿(mǎn)足用戶(hù)對收卷過(guò)程中線(xiàn)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(cháng)而降低，以實(shí)現線(xiàn)速度恒定的目的。為此，需要一個(gè)檢測線(xiàn)速度的傳感器信號，以此來(lái)作為變頻器的速度反饋，告訴變頻器要做出角速度的實(shí)時(shí)調整。在本例中，我們在夾送導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(xiàn)速度反饋信號而是角速度反饋信號），以編碼器的脈沖率來(lái)表示實(shí)際線(xiàn)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(gè)用電位器表示的給定速度，又有一個(gè)用編碼器的脈沖來(lái)表示的實(shí)際速度反饋信號，因此，2#變頻器就應該是一個(gè)閉環(huán)速度控制方式的應用案例。
通過(guò)以上對用戶(hù)需求的分析，我們可以得出如表3所示的結果。
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(shí)際應用中就像對基本參數的需求一樣，同樣需要對這些功能進(jìn)行選擇與相應參數的設置。
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