甘 鵬

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 青島分公司，山東 青島266555）

0 概述

在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中很多場合都對電機的速度控制提出了很高的要求，在一個控制流程中會要求電機輸出多段不同的轉(zhuǎn)速，因此如何根據(jù)電機運動原理來改變電機的轉(zhuǎn)速成為解決電機調(diào)速的關(guān)鍵。目前對交流異步電動機的調(diào)速主要是通過變頻器來實現(xiàn)的，即通過改變電動機的輸入頻率從而達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。在使用上變頻器主要分一般常用類變頻器和風(fēng)機泵類變頻器，其二者的不同點主要是所驅(qū)動的負載的特性不同。

1 變頻控制中變頻調(diào)速的原理

1.1 變頻調(diào)速的控制方式

變頻調(diào)速控制方式一般可分為兩種，開環(huán)控制和閉環(huán)控制，閉環(huán)控制需要加測速反饋裝置。 開環(huán)控制主要是轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比控制（V/F 控制）的調(diào)速系統(tǒng)，閉環(huán)控制方式包括轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速系統(tǒng)。

（1）V/F 控制：異步電動機的轉(zhuǎn)速由電源頻率和電機級數(shù)決定，即

其中：n——異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；P——異步電動機極對數(shù)；f1——交流電源頻率；S——異步電動機轉(zhuǎn)差頻率。

所以改變頻率可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。但是頻率的改變導(dǎo)致電動機內(nèi)部阻抗也改變，因此單獨改變頻率將產(chǎn)生由弱勵磁引起的轉(zhuǎn)矩不足和由過勵磁引起的磁飽和等現(xiàn)象， 使電動機的功率因數(shù)和效率下降;V/F 是一種開環(huán)控制方式，變頻器在改變輸出頻率的同時，必須控制變頻器的輸出電壓，即使V/F 為常值。 要保持磁通量Φm不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Eg，即使得電動勢與頻率的比值為恒值。然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，但當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓Us≈Eg，從而使得電動勢與頻率的比值為恒值。

這就是恒壓頻比的控制方式即V/F 控制，采用這種控制方式可以保證電機轉(zhuǎn)矩的較高穩(wěn)定性。

（2）轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制：轉(zhuǎn)差頻率控制方式是在V/F 控制方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，需要加裝轉(zhuǎn)速檢測（硬件）和數(shù)字測速（軟件）來檢測出電動機的轉(zhuǎn)速并反饋到變頻器的中央處理單元，然后根據(jù)實測轉(zhuǎn)速信號ω 與轉(zhuǎn)差角頻率ωs相加后得到電機定子頻率的輸入值ω1，從而得到變頻器的輸出頻率。 由于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率的關(guān)系為：

其中：ωs=sω1；Ts——交流異步電動機轉(zhuǎn)矩；ωs——轉(zhuǎn)差頻率；ω1——異步電動機定子頻率；s——異步電動機轉(zhuǎn)差率。

上式表明在s 值很小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通Φm不變，異步電動機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率ωs成正比。 這就是說，在異步電動機中控制ωs就能控制轉(zhuǎn)矩。 控制轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。

2 變頻控制中常用參數(shù)的設(shè)置

2.1 多段調(diào)速的參數(shù)設(shè)置

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中變頻控制已得到了廣泛的應(yīng)用，其中恒壓頻比控制的調(diào)速方式不但可以很好的調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速同時可以保證電機轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性，因而得到了較多的使用。 多段調(diào)速作為恒壓頻比控制的一種主要形式在變頻調(diào)速中使用較多。

采用多段調(diào)速的方式來控制電機轉(zhuǎn)速以臺達VHD_A 系列的變頻器為例，首先要進行主頻率輸入來源地選擇，將Pr.00 中參數(shù)的值設(shè)定為d0000,表示主頻率輸入由數(shù)字操作器控制,而后設(shè)定運轉(zhuǎn)信號的來源，將Pr.01 中的參數(shù)值設(shè)定為d0001,即代表運轉(zhuǎn)指令由外部端子控制。 同時將Pr.39、Pr.40、Pr.41 分別設(shè)定為多段速指令一、二、三。即分別將Pr.39、Pr.40、Pr.41 中參數(shù)的值設(shè)定為d0000、d0001、d0002。而后要在Pr.16、Pr.17、Pr.18、Pr.19、Pr.20、Pr.21、Pr.22 中設(shè)定不同的頻率值， 從而通過Pr.39、Pr.40、Pr.41 所組成的不同的二進制位來選擇Pr.16 到Pr.22 中的頻率值。 其中Pr.39、Pr.40、Pr.41 的內(nèi)部二進制所對應(yīng)的高低電平的狀態(tài)對應(yīng)變頻器的外部輸入端口Mx1、Mx2、Mx3 的狀態(tài)，具體的對應(yīng)關(guān)系如圖1 所示。

圖1 多段調(diào)速時各端口的對應(yīng)關(guān)系

3 變頻控制中的通訊方式

常用通訊方式簡介：

變頻控制中經(jīng)常使用PLC 來控制變頻器進行調(diào)速以實現(xiàn)電機的多段速運行， 其中PLC 與變頻器之間的信號傳輸常見的有數(shù)字指令式、現(xiàn)場總線式等多種通訊方式。

3.1 數(shù)字指令式

該種通訊方式常見于較簡單的調(diào)速設(shè)備中，例如汽車行業(yè)中的清洗機， 當(dāng)電機帶動輸送帶運動一段距離即將到達設(shè)定位置前PLC 便會發(fā)送減速信號，通過輸出一個高電平的數(shù)字量信號改變當(dāng)前變頻器的運行頻率從而使電機減速。

3.2 現(xiàn)場總線式

隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的不斷發(fā)展，變頻控制的使用也越來越廣泛越來越復(fù)雜，僅僅依靠數(shù)字指令的方式來控制變頻器進行變頻已不能滿足設(shè)備的要求， 因此通過現(xiàn)場總線來實現(xiàn)PLC 與變頻器之間的通訊越來越多應(yīng)用在現(xiàn)代化的復(fù)雜設(shè)備中。在變頻控制中采用現(xiàn)場總線的方式進行通訊不但可以實現(xiàn)大量信號的快速傳輸，同時可以將變頻器作為整個控制系統(tǒng)中的一個子站從而對站點的狀態(tài)實現(xiàn)實時監(jiān)控。

近年來變頻控制不斷融合許多新的技術(shù)，在通訊方式、變頻裝置內(nèi)部監(jiān)控以及對各類控制系統(tǒng)的兼容性等方面都有較大的發(fā)展，隨著變頻控制技術(shù)的不斷發(fā)展必將在更為廣泛的領(lǐng)域得到使用。

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［2］李傳偉,王燕妮.變頻器與PLC 的連接與配合使用[J]. 電氣傳動自動化，2005(2)：21-26.