变频器知识讲解

变频器控制功能的参数选择与典型应用

一、相关参数

1、加减速时间

变频器加速时间、减速时间分别对应电机在启动过程从0Hz到最大输出频率所需要的时间、停止过程中从最大输出频率到0Hz所需要的时间。加减速时间的大小将直接影响频率给定跃变到实际最终输出频率响应时间的长短。对于诸如风机类大惯量平方特性负载，时间值的过长或过短都将容易引发变频器在启动、停止过程中的过压、过流故障的发生。需要在实际调试中通过不断的启停操作的尝试来寻找合理的时间设定值。

2、与电机保护直接相关的参数

变频器不仅是一个变频、变压装置，更是一个电机综合保护装置，通常都有以下保护功能参数：输入/输出缺相保护、电子热保护、热敏保护、过载保护、过流保护、堵转保护等。除输入缺相保护是对进线电源因素的保护外，后5种保护都是针对电机的直接保护，区别在于热敏保护是一种直接的电机温度信号检测结果的保护，而其它保护则是一种基于电机铭牌数据（包括额定功率、电流、电压、频率、转速，以及定子电阻与电抗）而进行的电流热效应计算的理论保护。电机的铭牌数据可以手动设置，在大多数主流变频器中，也可以利用一个被称为“自动马达适配”（AMA：Auto Motor Adapter）的参数帮助我们自动设置电机的部分特征参数。另外，需要指出的是堵转保护功能的使能作用，经常会导致电机启动过程中实际加减速时间将不再严格按照加减速时间参数的设定值进行，通常会导致实际启停过程的时间延长。

3、与启停操作和频率给定方式相关的参数

撇开RS-485串行通讯方式，变频器的启停操作方式和频率给定方式一般都各自有2种：操作面板和端子。因此，我们可以得出变频器如表1所述的4种组合运行方式：

表1 启停操作与频率给定方式的组合

其中，“0”代表该方式无效，“1”代表该方式有效。它们各代表的意义是，编号0：全端子操作与频率给定方式；编号1：端子启停+面板频率给定方式；编号2：面板启停+端子频率给定方式；编号3：全面板操作与频率给定方式。在集中控制系统应用中以编号0方式（下文会常用到）使用的最多。

在对变频器的主要基本参数做出介绍后，下面让我们来介绍一下变频器中都有哪些常用的控

制方式，针对这些控制方式都应用在哪些比较典型的应用场合，以及相应需要设置哪些相关参数。

本文把以下将要介绍的开环与闭环控制方式、工艺过程控制方式、开环转矩控制方式、速度反馈转矩控制方式统称为常规控制方式，而把专用变频器或通过选件卡实现的为某个特定行业应用而采用的控制方式称为特殊控制方式。

二、控制方式典型应用

1、开环与闭环速度控制方式

对变频器控制而言，所谓开环就是变频器的运行输出频率只受频率给定值大小变化的影响，而没有与外部反馈信号作用建立数学关系或根本就不存在外部反馈信号。可见开环控制方式在概念上是一种只顾“命令”而不顾“实际结果”的控制方式（之所以说是概念上，是因为现在有些变频器产品，诸如通过滑差补偿等参数的设定可以达到命令与结果之间有一定程度的关联），因此，开环速度控制方式的速度精度不够精确，对需要追求高精度速度准确性或实际速度追踪调节的控制应用场合，就需要采用闭环速度控制方式。

需要申明的是，我们在这里讲的开环与闭环都是站在变频器设备的角度而不是控制系统角度进行判定的。比如，在我们经常看到的变频恒压供水系统中，那些通过数字PID仪表来设定压力给定值和接收现场压力变送器的实际压力反馈信号的控制方式，若站在控制系统角度，这个系统就是闭环控制方式，但若站在变频器角度看，在这里仍然被称为开环控制方式，因为对变频器而言它的运行频率给定来自PID仪表的输出，整个给定、反馈、调节等功能全部又PID仪表来完成的，变频器只是被作为一个驱动执行设备在使用。

1.1 开环速度控制方式

● 问题1的提出

假设有这样一个印刷业务用户，希望通过变频驱动实现对收卷过程的恒定线速度控制，具体要求如下：

（1）启停操作和调速都在现场操作箱上进行，并可通过电位器在控制箱上调节收卷的线速度；

（2）收卷电机的线速度要始终与牵引电机的线速度保持一致（放卷由刹车片控制，张力由张力架调节）；

（3）限定速度调节范围。

针对用户的机械设备和提出的这个需求，我们将其控制驱动对象分为2个部分：牵引辊道电机驱动和收卷筒电机的驱动。

● 问题1的分析

首先，让我们看看用户对牵引电机控制的要求，针对用户的需求，可以把其中对牵引电机的需求收集为表2所示的具体子项，并将这些子项对应给出所需求的变频器功能。

很显然，按照表2中的参数，在牵引电机上只需要采用开环速度控制方式就可以满足用户对牵引电机变频驱动的要求。同时，按照表2中的各项“需求对应的变频器功能”，我们也很容易去寻找到具备这样功能的变频器，那么，我们也就能相当轻松地完成用户对牵引电机的控制需求了。当然，除了表2中的需要功能外，变频器的一些基本参数功能，诸如：电机参数、频率参数、加减速时间参数等，无论在什么样的控制方式应用系统中都是必不可少需要设置的。

表2 开环速度控制方式的功能需求与参数选择

通过以上分析，可以得出如表2所示的分析结果。再按照表2中的归类后的功能需求，逐个分解为对变频器某些特定的、具体的参数的设置。

1.2 闭环速度控制方式

● 问题2的提出

同问题1的提出，如图2(a)，略。

● 问题2的分析

首先，由于用户需要收卷电机的运行线速度与牵引电机保持一致，为达到这个目的，我们只要将牵引电机与收卷电机用同一个速度给定就可以实现这2台电机角速度的一致（当然，也可以将牵引电机实际运行速度的输出信号DC4～20mA或DC0～5V/10V作为收卷电机的速度给定信号，这2种方式的差异在于：前者为同步速率给定方式；而后者为主从随动给定方式，存在一定的响应延迟，具体差异分析，略）；其次，由于收卷滚筒在运行过程中，随着纸张等物体被不断地缠绕在滚筒上，导致滚筒的半径在不断地增大，如果收卷电机的角速度保持不变，那么，收卷过程中的线速度也同样在不断地加快，为满足用户对收卷过程中线速度恒定的需求，必须想办法让收卷电机的角速度随滚筒半径的增长而降低，以实现线速度恒定的目的。为此，需要一个检测线速度的传感器信号，以此来作为变频器的速度反馈，告诉变频器要做出角速度的实时调整。我们在夹送导向辊上安装了编码器（不能安装在电机轴或收卷滚筒轴上，否则，编码器测出的信号就不是线速度反馈信号而是角速度反馈信号），以编码器的脉冲率来表示实际线速度的快慢。这样对于2#变频器而言，它既有一个用电位器表示的给定速度，又有一个用编码器的脉冲来表示的实际速度反馈信号，因此，2#变频器就应该是一个闭环速度控制方式的