西門子變頻器在堆取料機中的應用

張曉友 北方重工集團有限公司

一、引言

近幾十年來，隨著電子技術、控制理論等高科技產業的發展，特別是矢量控制技術的應用，使得交流變頻器技術逐步具備了寬調速范圍、高穩速精度、快動態響應快，以及在四象限作可逆運行等良好技術性能。變頻器應用到工業生產的各個領域。而變頻器參數的設置對于生延長產機械的壽命、高效節能等有很大好處。下面以西門子變頻器為例簡單說明以下參數設置：

二、變頻器控制方式的選擇

變頻器控制方式的選擇 由負荷的力矩特性所決定，電動機的機械負載轉矩特性根據下列關系式決定：

式中：P---電動機功率（KW）

T--轉矩（N.m）

n—轉速（r/min）

轉矩T與轉矩n 的關系根據負載類型可分為3種：

（1）即使速度變化轉矩不大變化的轉矩負載，此類負載如傳送帶、起重機、擠壓機、壓縮機等。

（2）隨著轉速的降低，轉矩按轉速的平方減小的負載。此類負載如風機、各種液壓泵等。

（3）轉速越高，轉矩越小的恒功率負載。此類負載如軋機、卷取機等。變頻器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制、拋物線特性v/f 控制方式。將變頻器參數P1300設為0，變頻器工作于線性v/f控制方式，將使調速時的磁通與磁通電流基本不變。

將 p1300設為2，變頻器工作于拋物線特性v/f 控制方式，這種方式適用于風機、水泵類負載。這類負載的軸功率N近似地與轉速n的3次方成正比。其轉矩M近似地與轉速n的平方成正比。對于這種負載，如果變頻器v/f特性關系，則低速時電機的許用轉矩遠大于負載轉矩，從而造成功率因數和功率嚴重下降。

為了適應這種負載的需要，使電壓隨著頻率的減小以平方關系減小，從而減小電機的磁通和磁通電流，使功率因數保持在適當的范圍內。

可以進一步通過設置參數使v/f控制曲線適合負載特性。將p1312在0至250之間設置合適的值。具有啟動提升功能。將低頻時的輸出電壓相對于線性的v/f曲線作適當的提高以補償在低頻時定子電阻引起的壓降導致電機轉矩減小的問題，適用于大啟動轉矩的調速對象。變頻器v/f控制方式驅動電機時，在某些頻率段，電機的電流、轉矩發生振蕩，嚴重時系統無法運行，甚至在加速過程中出現電流保護，使得電機不能正常啟動，在電機輕載或轉矩慣量較小時更為嚴重。可以根據系統出現振蕩的頻率點，在v/f曲線上設置跳轉點及跳轉頻帶寬度，當電機加速時可以自動跳過這些頻率段，保證系統能夠正常運行。從p1091可以設定4個不同的跳轉點，設置p1101確定跳轉頻帶。有些負載在特定的頻率下需要電機提供特定的轉矩，用可編程的v/f控制應設置變頻器參數即可得到所需控制曲線。設置p1320、p1322、p1324確定可編程的v/f 特性頻率坐標。參數p1300設置為20，變頻器工作與矢量控制。這種控制相對完善，調速范圍寬，低速范圍起動力矩高，精度高達0.01%響應很快，高精度調速都采用SVPWM矢量控制方式。參數p1300設置為22，變頻器工作于矢量轉矩控制。這種控制方式是目前國際上最先進的控制方式，其他方式是模擬直流電動機的參數，進行保角變換而進行調節控制的，矢量控制是直接取交流電動機參數進行控制，控制簡單，精確度高。

在使用快速調試用變頻器驅動電機前，必須進行快速調試。參數p0010設為1、p3900設為1，變頻器進行快速調試，快速調試完成后進行必要電動機數據的計算，并將其他所有的參數恢復到它們的缺省設置值。在矢量或轉矩控制方式下，為了正確地實現控制，非常重要的一點是，必須正確地向變頻器輸入電動機處于常溫進行。當使能（p1910）時，會產生一個報警信號A0541，給予警告，在接著發出ON命令時，立即開始電機參數的自動檢測。

三、加減速時間

加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。加速時間和減速時間選擇的合理與否對電機的起動、停止運行及調速系統的響應速度都有重大影響。加速時間設置的約束是將電流限制在過電流范圍內，不應使過電流保護裝置動作。電機在減速運行期間，變頻器處于再生發電制動狀態。傳動系統中所儲存的機械能轉換為電能并通過逆變器將電能回饋到直流側。回饋的電能將導致中間回路的儲能電容器兩端電壓升高，因此，減速時間的約束是防止直流回路電壓過高。

加速時間：ta= （JM+JL） n/9.56/TMA-TL）

減速時間：tb= （JM+JL） n/9.56/TMB-TL）

式中：JM—電機的慣量

JL—負載慣量

n—額定轉速

TMA—電機驅動轉矩

TMB—電機制動轉矩

TL—負載轉矩

加速時間可根據公式算出來，也可以用實驗方法進行設置。首先，使拖動系統以額定轉速運行，然后切斷電源，使拖動系統處于自由制動狀態，用秒表計算其轉速從額定轉速下降到停止所需要的時間。加減速時間可按自由制動時間的1/2-1/3進行預置。通過起、停電動機觀察有無電流、過電壓報警，調整加減速時間設定值，以運轉中不發生報警為原則，重復操作幾次，變可確定最佳加減時間。

四、轉動慣量設置

電機與負載轉動慣量的設置往往被忽略，認為加減速時間的正確設置可保證系統正常工作。其實，z轉動慣量設置不當會使系統振蕩，調速精度也會受到影響。轉動慣量公式：J=T/dω/dt電機與負載轉動慣量的獲得方法是一樣，讓變頻器工作在和合適值，5-10HZ，分別讓電機空載和帶載運行，讀出參數ro333額定轉矩和r0345電動機的起動時間，再將變頻器工作頻率換算成對應的角速度，代入公式，計算出電機與負載轉動慣量。設置參數P0341（電動機的慣量）與p0342（驅動裝置總慣量/電動機慣量的比值），這樣變頻器就能更好的調速。

五、結束語

變頻器的品牌愈來愈多，功能也不斷完善和加強。如何正確地設置參數，對于變頻器正確使用和發揮最佳性能十分重要。