今日頭條
官方微信
官方抖音
資訊頻道
由圖1中可以看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率高于一定值時(shí)，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，我們就將該特定值稱之為基本運(yùn)行頻率，用fb表示。也就是說(shuō)，基本運(yùn)行頻率是指變頻器輸出最高電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的最小頻率。在通常情況下，基本運(yùn)行頻率是電動(dòng)機(jī)的額定頻率，如電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)識(shí)的50Hz或60Hz。同時(shí)與基本運(yùn)行頻率對(duì)應(yīng)的變頻器輸出電壓稱之為最大輸出電壓，用Vmax表示。 對(duì)于其他特殊的負(fù)載，如同步電動(dòng)機(jī)，則可以通過(guò)設(shè)置用戶自定義V/ f曲線的幾個(gè)參數(shù)，來(lái)得到任意V/ f曲線，從而可以適應(yīng)這些負(fù)載的特殊要求和特定功能。自定義V/ f曲線一般都通過(guò)折線設(shè)定，典型的有三段折線和兩段折線。 1.3 V/f曲線轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償
李方園（1973 －）
男， 籍貫浙江舟山，畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作。
通常意義上講的低壓變頻器，其輸出電壓一般為220～650V、輸出功率為0.2～400kW、工作頻率為0～800Hz左右，變頻器的主電路采用交－直－交電路。根據(jù)不同的變頻控制理論，其模式主要有以下三種：
（1） V/f=C的正弦脈寬調(diào)制模式
（2） 矢量控制（VC）模式
（3） 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）模式
針對(duì)以上三種控制模式理論，可以發(fā)展為幾種不同的變頻器控制方式，即V/f控制方式（包括開(kāi)環(huán)V/f控制和閉環(huán)V/f控制）、無(wú)速度傳感器矢量控制方式（矢量控制VC的一種）、閉環(huán)矢量控制方式（即有速度傳感器矢量控制VC的一種）、轉(zhuǎn)矩控制方式（矢量控制VC或直接轉(zhuǎn)矩控制DTC）等。這些控制方式在變頻器通電運(yùn)行前必須首先設(shè)置。
1 V/f控制方式
1.1 基本概念
眾所周知，變頻器V/f控制的基本思想是U/f=C，因此定義在頻率為fx時(shí)，Ux的表達(dá)式為Ux/fx=C，其中C為常數(shù)，就是“壓頻比系數(shù)”。圖中所示就是變頻器的基本運(yùn)行V/f曲線。
圖1 基本運(yùn)行V/f曲線
當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率超過(guò)基本運(yùn)行頻率fb后，U/f不再是一個(gè)常數(shù)，而是隨著輸出頻率的上升而減少，電動(dòng)機(jī)磁通也因此減少，變成“弱磁調(diào)速”狀態(tài)。
基本運(yùn)行頻率是決定變頻器的逆變波形占空比的一個(gè)設(shè)置參數(shù)，當(dāng)設(shè)定該值后，變頻器CPU將基本運(yùn)行頻率值和運(yùn)行頻率進(jìn)行運(yùn)算后，調(diào)整變頻器輸出波形的占空比來(lái)達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。因此，在一般情況下，不要隨意改變基本運(yùn)行頻率的參數(shù)設(shè)置，如確有必要，一定要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)特性來(lái)適當(dāng)設(shè)值，否則，容易造成變頻器過(guò)熱、過(guò)流等現(xiàn)象。
1.2 預(yù)定義的V/f曲線和用戶自定義V/f曲線
由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載的多樣性和不確定性，因此很多變頻器廠商都推出了預(yù)定義的V/f曲線和用戶自定義的任意V/f曲線。
預(yù)定義的V/f曲線是指變頻器內(nèi)部已經(jīng)為用戶定義的各種不同類型的曲線。如艾默生EV2000變頻器有三種特定曲線（圖2a），曲線1為2.0次冪降轉(zhuǎn)矩特性、曲線2為1.7次冪降轉(zhuǎn)矩特性、曲線3為1.2次冪降轉(zhuǎn)矩特性。羅克韋爾AB PowerFlex 400變頻器有4種定義的曲線（如圖2b），其定義的方式是在電動(dòng)機(jī)額定頻率一半（即50％FN）時(shí)的輸出電壓是電動(dòng)機(jī)額定電壓的30％時(shí)（即30％VN）為曲線1，35％VN為曲線2，40％VN為曲線3，VN為曲線4。這些預(yù)定義的V/f曲線非常適合在可變轉(zhuǎn)矩（如典型的風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載）中使用，用戶可以根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。
a)艾默生EV2000 b)AB PoweFlex 400
圖2 預(yù)定義V/f曲線
以三段折線設(shè)定為例（如圖3），F(xiàn)通常為變頻器的基本運(yùn)行頻率，在某些變頻器中定義為電動(dòng)機(jī)的額定頻率，V通常為變頻器的最大輸出電壓，在某些變頻器中定義為電動(dòng)機(jī)的額定電壓。如果最大輸出電壓等于額定電壓或者基本運(yùn)行頻率等于額定頻率，則兩者是一回事，如果兩者之間數(shù)值不相等，就必須根據(jù)變頻器的用戶手冊(cè)來(lái)確定具體的數(shù)據(jù)。圖中給出了三個(gè)中間坐標(biāo)數(shù)值，即（F1，V1）、（F2，V2）、（F3，V3），用戶只需填入相應(yīng)的電壓值或電壓百分比以及頻率值或頻率百分比即可。如果將其中的兩點(diǎn)重合就可以看成是二段折線設(shè)定。
雖然用戶自定義V/F曲線是可以任意設(shè)定，但是一旦數(shù)值設(shè)定不當(dāng)，就會(huì)造成意外故障。如低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩提升電壓過(guò)高，造成電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)低頻抖動(dòng)。所以，V/F曲線特性必須以滿足電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行為前提條件。
圖3 用戶自定義V/f曲線
變頻器在啟動(dòng)或極低速運(yùn)行時(shí)，根據(jù)V/f曲線，電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，這就導(dǎo)致勵(lì)磁不足而使電動(dòng)機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)充補(bǔ)償，這稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。通常的做法是對(duì)輸出電壓做一些提升補(bǔ)償，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
圖4中，V0表示手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升電壓、Vmax表示最大輸出電壓、f0表示轉(zhuǎn)矩提升的截止頻率、fb表示基本運(yùn)行頻率。 閉環(huán)V/f控制為了獲得良好的速度控制性能，還必須設(shè)置比例增益P值和積分時(shí)間I值，圖5b所示為參數(shù)設(shè)置情況。 有時(shí)為了描述上的方便，也把無(wú)速度傳感器的矢量控制方式稱為開(kāi)環(huán)矢量控制或無(wú)PG反饋矢量控制。 從上面已經(jīng)知道，參數(shù)辨識(shí)分電動(dòng)機(jī)靜止辨識(shí)和旋轉(zhuǎn)辨識(shí)2種，其中在靜止辨識(shí)中，變頻器能自動(dòng)測(cè)量并計(jì)算定子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對(duì)于基本頻率的漏感抗，并同時(shí)將測(cè)量的參數(shù)寫入；在旋轉(zhuǎn)辨識(shí)中，變頻器自動(dòng)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的互感抗和空載電流。 速度調(diào)節(jié)器ASR的整定參數(shù)包括比例增益P和積分時(shí)間I，其數(shù)值大小將直接影響矢量控制的效果，其目標(biāo)就是要取得動(dòng)態(tài)性能良好的階躍響應(yīng)（圖9a）。具體調(diào)節(jié)的影響情況如下：（1）增加比例增益P，可加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但P值過(guò)大，系統(tǒng)容易振蕩；（2）減小積分時(shí)間I值，可加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但I(xiàn)值過(guò)小，系統(tǒng)超調(diào)就會(huì)增大，且容易產(chǎn)生振蕩；（3）通常先調(diào)整比例增益P值，保證系統(tǒng)不振蕩的前提下盡量增大P值，然后調(diào)節(jié)積分時(shí)間I值使系統(tǒng)既有快速的響應(yīng)特性又超調(diào)不大。
圖4 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償
對(duì)于V0的設(shè)置原則一般有以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器之間的距離太遠(yuǎn)時(shí)，由于線路壓降增大，應(yīng)適當(dāng)增大V0值；（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量小于變頻器額定容量時(shí)，由于此容量電動(dòng)機(jī)的繞組電阻比大容量電動(dòng)機(jī)大，電阻壓降也大，應(yīng)適當(dāng)增大V0值；（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)抖動(dòng)厲害時(shí)，說(shuō)明轉(zhuǎn)矩過(guò)大，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償增益調(diào)得過(guò)高，應(yīng)適當(dāng)減小V0值。這里必須避免這樣一個(gè)誤區(qū)：即使提高很多輸出電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)電流包含電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。
關(guān)于截止頻率f0，在有些變頻器中是固定的頻率值，如ABB ACS550變頻器f0＝20Hz、羅克韋爾AB PowerFlex 400變頻器f0＝25Hz；有些變頻器是可以設(shè)置的，如艾默生EV2000變頻器f0＝0~50%基本運(yùn)行頻率。
轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償可以根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置選擇手動(dòng)和自動(dòng)，如手動(dòng)設(shè)置允許用戶V0在0－20%或30％Umax之間任意設(shè)定，自動(dòng)設(shè)置則是變頻器根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的力矩情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，其參數(shù)是隨著負(fù)載變化而更改的。
1.4 閉環(huán)V/f控制
閉環(huán)V/f控制就是在V/f控制方式下，設(shè)置轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。測(cè)速裝置可以是旋轉(zhuǎn)編碼器，也可以是光電開(kāi)關(guān)，安裝方式比較自由，既可以安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，也可以安裝在其他相關(guān)聯(lián)的位置。同樣，通常所說(shuō)的不帶轉(zhuǎn)速反饋的V/f控制，也稱之為開(kāi)環(huán)V/f控制。
閉環(huán)V/f控制選用速度反饋信號(hào)可以選用一相或者二相信號(hào)，一相信號(hào)如接近開(kāi)關(guān)或是旋轉(zhuǎn)編碼器的A相和B相之一。旋轉(zhuǎn)編碼器是一種測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量器件，它集機(jī)、光、電技術(shù)于一體，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字信號(hào)輸出。旋轉(zhuǎn)編碼器通常采用兩個(gè)相位差90度的方波編碼方式，其旋轉(zhuǎn)方向由兩個(gè)波形的相位差決定。旋轉(zhuǎn)編碼器有很多種型號(hào)，通常的速度反饋則選用增量型編碼器，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度由一定時(shí)間內(nèi)編碼器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)決定。脈沖信號(hào)輸出即可與變頻器的PG接口相連接，就可以得到測(cè)量。編碼器的精度由旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生方波數(shù)決定，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生2000個(gè)方波時(shí)，每一個(gè)方波周期表示為360°/2000，其最大的響應(yīng)頻率達(dá)到100kHz左右。
圖5所示為旋轉(zhuǎn)編碼器PG與變頻器VF組成的閉環(huán)V/f控制。圖5a中，PS+/PS-為編碼器的工作電源，A+信號(hào)為A相信號(hào)或B相信號(hào)，本控制方式采用一相反饋。
a)PG接口示意
b)速度增益曲線
圖5 閉環(huán)V/f控制接線圖和速度增益示意
其調(diào)整參數(shù)必須遵循以下原則：第一，最低輸出頻率的增益調(diào)整。請(qǐng)用最低輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，在此狀態(tài)下，在無(wú)振動(dòng)的范圍內(nèi)增大P02值，然后，在無(wú)振動(dòng)范圍內(nèi)減小設(shè)定I02值。監(jiān)視變頻器的輸出電流，并且確認(rèn)達(dá)到變頻器額定電流50％以下的輸出電流，超過(guò)50％時(shí)，請(qǐng)減小P02值，增大I02值。第二，最高輸出頻率的調(diào)整。請(qǐng)用最高輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，在此狀態(tài)下，在無(wú)振動(dòng)的范圍內(nèi)增大設(shè)定P01值，然后，在無(wú)振動(dòng)范圍內(nèi)減小設(shè)定I01值。第三，增益的微調(diào)。在增益更細(xì)微調(diào)整時(shí)，可以邊觀察速度波形邊微調(diào)。在加速完成時(shí)發(fā)生上沖超調(diào)，請(qǐng)減小P01值，增大I01值，停止時(shí)發(fā)生下沖超調(diào)，請(qǐng)減小P02值，增大I02值。
帶PG閉環(huán)V/f控制系統(tǒng)要注意以下幾點(diǎn)：（1）一般編碼器為5～36V工作電源，因此必須要選用合適的PG接口電源，確保編碼器正常工作；（2）編碼器的工作方式有許多種，包括集電極開(kāi)路、推挽式和線驅(qū)動(dòng)，集電極開(kāi)路還分NPN或PNP，因此必須在選配合適PG接口的基礎(chǔ)上，還必須選用正確的接線方式和跳線方式（NPN或PNP方式）；（3）編碼器與變頻器的距離一般以不超過(guò)100米為宜，必須采用屏蔽和抗干擾處理；（4）閉環(huán)V/f控制多用于簡(jiǎn)易速度控制，且安裝位置可以不在電動(dòng)機(jī)軸端，因此在參數(shù)設(shè)置上必須加以區(qū)別，設(shè)定轉(zhuǎn)速計(jì)算值必須折算到電動(dòng)機(jī)側(cè)；（5）轉(zhuǎn)速的設(shè)定和反饋一般都以轉(zhuǎn)/分（rpm）為單位，一般而言設(shè)定值在面板上可以數(shù)字輸入，若是用模擬信號(hào)作為給定量時(shí)，模擬給定最大值對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。
2 無(wú)速度傳感器矢量控制方式
2.1 基本概念
在高性能的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是必不可少的。通常，采用旋轉(zhuǎn)編碼器等速度傳感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，并反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)。但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來(lái)一些缺陷：系統(tǒng)的成本大大增加；精度越高的編碼器價(jià)格也越貴；編碼器在電動(dòng)機(jī)軸上的安裝存在同心度的問(wèn)題，安裝不當(dāng)將影響測(cè)速的精度；電動(dòng)機(jī)軸上的體積增大，而且給電動(dòng)機(jī)的維護(hù)帶來(lái)一定困難，同時(shí)破壞了異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單堅(jiān)固的特點(diǎn)；在惡劣的環(huán)境下，編碼器工作的精度易受環(huán)境的影響。而無(wú)速度傳感器的控制系統(tǒng)無(wú)需檢測(cè)硬件，免去了速度傳感器帶來(lái)的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本；另一方面，使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電動(dòng)機(jī)與控制器的連線。因此，無(wú)速度傳感器的矢量控制方式在工程應(yīng)用中變得非常必要。
無(wú)速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場(chǎng)定向控制理論發(fā)展而來(lái)的。實(shí)現(xiàn)精確的磁場(chǎng)定向矢量控制需要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置，要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動(dòng)機(jī)中直接安裝磁通檢測(cè)裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了無(wú)速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對(duì)作為基本控制量的勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵(lì)磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測(cè)值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，因此需要在使用時(shí)準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，并對(duì)拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)諧整定，否則難以達(dá)到理想的控制效果。
無(wú)速度傳感器矢量控制方式的基本技術(shù)指標(biāo)定義如下：速度控制精度±0.5％，速度控制范圍1：100，轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)<200ms，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩>150％/0.5Hz。其中啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩指標(biāo)，根據(jù)不同品牌的變頻器其性能有所高低，大致在150％～250％之間。如圖6所示為安川G7的無(wú)速度傳感器矢量控制方式下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，在0.3Hz極低速下能達(dá)到150%以上的轉(zhuǎn)矩。
圖6 無(wú)速度傳感器矢量控制方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性
2.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)的調(diào)諧整定
由于電動(dòng)機(jī)磁通模型的建立必須依賴于電動(dòng)機(jī)參數(shù)，因此選擇無(wú)速度傳感器矢量控制時(shí)，第一次運(yùn)行前必須首先對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)的調(diào)諧整定。目前新型矢量控制通用頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)調(diào)諧、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧后存儲(chǔ)在相應(yīng)的參數(shù)組中，并根據(jù)調(diào)諧結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)數(shù)值。
自動(dòng)調(diào)諧（因在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行，又稱旋轉(zhuǎn)式調(diào)諧）的步驟一般是這樣的：首先在變頻器參數(shù)中輸入需要調(diào)諧的電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，包括電動(dòng)機(jī)的類型（異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)）、電動(dòng)機(jī)的額定功率（單位是KW）、電動(dòng)機(jī)的額定電流（單位是A）、電動(dòng)機(jī)的額定頻率（單位是Hz）、電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（單位轉(zhuǎn)/分）；然后將電動(dòng)機(jī)與機(jī)械設(shè)備分開(kāi)，電動(dòng)機(jī)作為單體；接著用變頻器的操作面板指令操作，變頻器的控制程序就會(huì)一邊根據(jù)內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行程序自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，一邊測(cè)定一次電壓和一次電流，然后計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)。但在電動(dòng)機(jī)與機(jī)械設(shè)備難以分開(kāi)的場(chǎng)合卻很不方便，此時(shí)可采用靜止式調(diào)諧整定的方法，即將固定在任一相位、僅改變振幅而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的三相交流電壓施加于電動(dòng)機(jī)上，電動(dòng)機(jī)不旋轉(zhuǎn)，由此時(shí)的電壓、電流波形按電動(dòng)機(jī)等值回路對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，便能高精度測(cè)定控制上必需的電動(dòng)機(jī)參數(shù)。在靜止式調(diào)諧中，用原來(lái)方法無(wú)法測(cè)定的漏電流也能測(cè)定，控制性能進(jìn)一步提高。利用靜止式調(diào)諧技術(shù)，可對(duì)于機(jī)械設(shè)備組合一起的電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)諧、自動(dòng)測(cè)定控制上所需的各項(xiàng)常數(shù)，因而顯著提高了通用變頻器使用的方便性。
從圖7的異步電動(dòng)機(jī)的T型等效電路表示中可以看出，電動(dòng)機(jī)除了常規(guī)的參數(shù)如電動(dòng)機(jī)極數(shù)、額定功率、額定電流外，還有R1（定子電阻）、X11（定子漏感抗）、R2（轉(zhuǎn)子電阻）、X21（轉(zhuǎn)子漏感抗）、Xm（互感抗）和I0（空載電流）。
圖7 異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路
2.3 速度調(diào)節(jié)器ASR
速度調(diào)節(jié)器ASR的結(jié)構(gòu)如圖所示，圖8中Kp為比例增益，KI為積分時(shí)間。積分時(shí)間設(shè)為0時(shí)，則無(wú)積分作用，速度環(huán)為單純的比例調(diào)節(jié)器。由于是無(wú)速度傳感器矢量控制方式，速度環(huán)的實(shí)際速度來(lái)源于變頻器內(nèi)部的實(shí)際計(jì)算值。
圖8 速度調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化框圖
圖9b是比例增益P值與速度調(diào)節(jié)器ASR的階躍響應(yīng)關(guān)系，圖9c是積分時(shí)間I值與速度調(diào)節(jié)器ASR的階躍響應(yīng)關(guān)系。
（a）
（b）
（c）
圖9 速度調(diào)節(jié)器ASR的階躍響應(yīng)與PI參數(shù)的關(guān)系
一般的矢量變頻器為了適應(yīng)電動(dòng)機(jī)低速和高速帶載運(yùn)行都有快速響應(yīng)的情況，都設(shè)有兩套PI參數(shù)值（即低速PI值和高速PI值），同時(shí)設(shè)有切換頻率。為了保證兩套PI值的正常過(guò)渡，一些變頻器還另外設(shè)置了兩個(gè)切換頻率，即切換頻率1和切換頻率2，如圖10。其控制原理是：低于切換頻率1的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)PI值取A點(diǎn)的數(shù)值，高于切換頻率2的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)PI值取B點(diǎn)的數(shù)值，位于切換頻率1和切換頻率2的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)PI值取兩套PI參數(shù)的加權(quán)平均值。 如果PI參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，系統(tǒng)在快速啟動(dòng)到高速后，可能產(chǎn)生減速過(guò)電壓故障（如果沒(méi)有外接制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元），這是由于在速度超調(diào)后的下降過(guò)程中系統(tǒng)再生制動(dòng)狀態(tài)能量回饋所致，因此合適的PI值對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。
圖10 PI參數(shù)與頻率切換的關(guān)系
2.4 轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益和靜差率
靜差就是從一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速之間的差值，靜差率是指電動(dòng)機(jī)空載與滿載的速度差，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制特性都是要求比較高的。
由于無(wú)速度傳感器的矢量控制方式對(duì)于轉(zhuǎn)速的測(cè)量是間接的，一般都是通過(guò)容易測(cè)量的定子電壓和電流信號(hào)間接求得轉(zhuǎn)速。目前常用的方法有：（1）利用電動(dòng)機(jī)模型推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速方程式，從而計(jì)算轉(zhuǎn)速；（2）利用電動(dòng)機(jī)模型計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率，進(jìn)行補(bǔ)償；（3）根據(jù)模型參考自適應(yīng)控制理論，選擇合適的參考模型和可調(diào)整模型，同時(shí)辨識(shí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈；（4）利用其它辨識(shí)或估計(jì)方法求得轉(zhuǎn)速；（5）利用電動(dòng)機(jī)的齒諧波電勢(shì)計(jì)算轉(zhuǎn)速；等等。但是，無(wú)論哪一種方法，對(duì)于電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的速度計(jì)算或辨識(shí)精度都非常有限，為了精確調(diào)整靜差，確保電動(dòng)機(jī)的靜差率低于0.01%，就需要對(duì)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益進(jìn)行設(shè)置。
所謂轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益，就是用于計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率，設(shè)定值100％表示額定的轉(zhuǎn)矩電流對(duì)應(yīng)額定的轉(zhuǎn)差頻率，因此設(shè)置合理的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益系統(tǒng)可以精確調(diào)整速度控制的靜差。其參數(shù)的設(shè)置原則是：當(dāng)電動(dòng)機(jī)重載時(shí)速度偏低，就應(yīng)該加大該系數(shù)，反之就減小該參數(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 李方園. 變頻器行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.5.
[2] 李方園.變頻器自動(dòng)化工程實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.4
[3]張燕賓,胡綱衡,唐瑞球.使用變頻調(diào)速技術(shù)培訓(xùn)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.8.
[4]吳忠智,吳加林.變頻器應(yīng)用手冊(cè)（第2版）[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2003.4.
[5]吳忠智,黃立培,吳加林.調(diào)速用變頻器及配套設(shè)備選用指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.4.
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)