MM440變頻器矢量控制技術

周煒明

(河南工業職業技術學院，河南 南陽 473009)

1 概述

矢量控制改善了交流電動機的轉矩控制特性，矢量控制的原理是在特殊的負載狀態情況下，要求電動機的電流與電動機的磁通相作用從而得到相應的轉矩;在旋轉坐標系中可以模擬直流電動機控制轉矩的方法，把交流電動機轉子磁通交鏈的的定子電流分解成產生磁通的電流分量和產生轉矩的電流分量，兩個分量在各自的PI控制器作用下，跟隨著電流控制器中的設定值，并在穩態運行時達到其設定值的大小。

2 MM440變頻器矢量控制的應用分析

矢量控制具有負載和設定值變化時可以穩定運行，設定值變化時達到穩態的過渡時間短，動態控制性能好;負載變化時達到穩態的過渡時間短，抗干擾性能好，在最大可調轉矩的負載下加速和制動，在電動狀態和再生制動狀態下利用可調整的轉矩限幅功能使電動機和被驅動的負載得保護。驅動轉矩和制動轉矩的控制與速度無關，在零速時仍然可以保持全轉矩輸出。對于基本的應用如水泵和風機一般是采用V/f控制，矢量控制主要用于要求較復雜的傳動裝置如卷繞機械，這些設備要求在噪聲較大的環境中在速度和轉矩的控制方面，具有良好的控制功能和特性。如果在零到大約1Hz的范圍內也要保證這些要求，那么不帶速度反饋的矢量控制是不能滿足速度轉矩精度方面的要求，須采用帶有速度反饋的矢量控制。

2.1 不帶速度編碼器的矢量閉環控制

閉環速度控制 P1300=20、選擇轉矩設定值P1501=0、閉環轉矩控制P1300=22、選擇轉矩設定值P1501=1，參數范圍:電動機開環/閉環控制P1400-P1780、P1610、P1611、閉環控制運行與開環控制運行之間的切換受等待時間和頻率狀況的控制P1755、P1756、P1758。采用不帶速度編碼器的閉環速度控制時，須根據電動機的模型確定磁通的位置和轉子的實際速度，可以進行訪問的電流和電壓支持電動機的模型計算。低頻0Hz時由于在這一速度范圍內，模型參數的不可靠和測量的不精確，系統由閉環運行切換為開環運行，因此不可能通過這一模型來確定電動機的實際速度。閉環控制運行與開環控制運行之間的切換受等待時間和頻率狀況的控制，如果斜坡函數發生器輸入的設定頻率和實際頻率同時都低于頻率狀況的控制P1756的頻率值，系統將不考慮等待時間而立即進行切換。

在開環控制方式下速度設定值與實際值相同，在懸掛型負載加速時必須對恒定轉矩提升參數P1610和加速時的轉矩提升參數P1611加速時的轉矩提升進行修正，使驅動裝置可以提供穩態的或動態的負載轉矩。如果P1610設定0%，那么只有磁化電流r0331注入電動機，數值是電動機額定電流P0305的100%，保證傳動裝置在加速時不致失速停車，可以增加恒定轉矩提升參數參數P1611的數值或對速度控制器加入加速度預控，是為了保證電動機在低速時不致過載而發熱。在不帶速度實際值編碼器的矢量控制方面與其他變頻器相比，MM440變頻器在低頻范圍內有以下的突出優點，閉環控制運行可低達1Hz，可以在閉環矢量控制方式下起動變頻器，上電后立即起動，閉環控制運行方式下可以穩定地通過低頻區域0Hz。當閉環控制運行的輸出頻率低達1Hz其數值可由參數P1755選定時，以及閉環控制系統從0Hz起動或閉環控制系統反向這可由參數P1750設定時具有以下優點:閉環控制系統內不需要進行切換、操作特性平滑、無頻率突變、連續的閉環速度、轉矩控制輸出頻率可低達1Hz。閉環控制系統反向或閉環控制系統從零Hz起動的情況下必須考慮到，如果傳動裝置處于零Hz附近的時間太長在于2s或大于P1758的設定值時，閉環控制系統將自動切換為開環控制方式運行。

圖1 不帶速度編碼器的矢量控制的切換條件

2.2 帶有速度編碼器的矢量控制

閉環轉矩控制帶編碼器P1300=21、選擇轉矩設定值 P1501=0、參數范圍電動機開環/閉環控制P1400-P1740、速度編碼器參數設定P0400-P0494。在帶有速度編碼器的矢量控制方式下需要有脈沖檢測和處理單元，脈沖編碼器模塊可選件和脈沖編碼器。如每圈1024個脈沖的脈沖編碼器除了接線要正確以外，照脈沖編碼器類型的不同，須利用參數P0400-P0494或利用模塊上的DIP開關使脈沖編碼器模塊激活。P0400=1脈沖波形不同、端子A編碼器輸出單端、端子A編碼器輸出差動P0400=2脈沖波形不同、端子A編碼器輸出單端、端子A編碼器輸出差動。帶有脈沖編碼器的矢量控制的優點:速度的閉環控制可低達0Hz靜止停車，在整個速度范圍內運行控制特性穩定，在額定速度范圍內允許恒轉矩運行，與不帶脈沖編碼器的閉環速度控制相比，傳動裝置的動態響應特性要好得多，因電動機的實際速度是用脈沖編碼器直接測量的，與生成電流分量的控制模型緊密相關。轉矩設定值的限幅:參數范圍電動機開環/閉環控制P1520-P1531、電動機的過載因子設定P0640，轉矩設定值可以來自速度控制器的輸出端閉環速度控制的情況下，也可來自閉環轉矩控制的轉矩輸入，各個限制值中應采用最小的限制值變頻器內周期地計算，最小的限制值由參數 r1538、r1539顯示，r1538轉矩上限、r1539轉矩下限，周期計算的這些限制值對速度控制器輸出的轉矩設定值，或轉矩控制環節的輸入轉矩設定值的大小進行限制，并顯示瞬時最大可能的轉矩。

3 結束語

對于基本的應用如水泵和風機一般是采用V/f控制，矢量控制主要用于要求較復雜的傳動裝置如卷繞機械，這些設備要求在噪聲較大的環境中，在速度和轉矩的控制方面具有良好的控制功能和特性，MM440變頻器不帶速度編碼器的矢量控制在低頻范圍內閉環控制運行可低達1Hz，帶有脈沖編碼器的矢量控制傳動裝置的動態響應特性高，在整個速度范圍內運行控制特性穩定，在額定速度范圍內允許恒轉矩運行。

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