眾所周知，變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用各行各業(yè)。但變頻控制系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)，變頻控制柜設(shè)計(jì)與制造對(duì)實(shí)際應(yīng)用具體要求，是許多電氣工程師及制造商，客戶想明確了解的。本章從實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例中，總結(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，寫出拙見，供同行參考。
根據(jù)實(shí)際及客戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)
在變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，一定要了解系統(tǒng)配制，工作方式，環(huán)境，控制方式，客戶具體要求。
具體系統(tǒng)分新設(shè)計(jì)系統(tǒng)還是就設(shè)備改造系統(tǒng)。
對(duì)舊設(shè)備改造，電氣工程師應(yīng)該確切知道如下技術(shù)參數(shù)及要求。
1． 電機(jī)具體參數(shù)，2． 出廠日期，3． 廠商（國產(chǎn)，4． 進(jìn)口）
5． 電機(jī)的額定電壓，6． 額定電流，7． 相數(shù)。
8． 電機(jī)的負(fù)載特性類型，9． 工作制式。
10． 電機(jī)起動(dòng)方式。
11． 工作環(huán)境。如現(xiàn)場的溫度，12． 防護(hù)等級(jí)，13． 電磁輻射等級(jí)，14． 防爆等級(jí)。
15． 配電具體參數(shù)。
16． 變頻柜安裝位置到電機(jī)位置實(shí)際距離。（變頻柜到電機(jī)距離是非常重要的參數(shù)）
17． 變頻柜拖動(dòng)電機(jī)的數(shù)量及方式。
18． 變頻柜與舊的電氣系統(tǒng)的切19． 換關(guān)系。一般為Δ-Y啟動(dòng)與變頻工作互為備20． 用，21． 切22． 換保護(hù)。
10.變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點(diǎn)。
10.變頻控制柜的控制方式，如手動(dòng)/自動(dòng)，本地/遠(yuǎn)程，控制信號(hào)的量程。是否通訊組網(wǎng)。
11.強(qiáng)電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號(hào)的隔離。
12．工作場合的供電質(zhì)量，如防雷，浪涌，電磁輻射。
對(duì)新變頻系統(tǒng)，電氣工程師應(yīng)該與機(jī)械工程師對(duì)傳動(dòng)機(jī)械負(fù)載特性，深入了解，才能確電機(jī)類型，容量。根據(jù)電機(jī)機(jī)械負(fù)載特性，容量，選用變頻器的類型，容量。
目前，機(jī)械負(fù)載與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性有許多種類，常用有三種。
1． 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如傳送帶，2． 升降機(jī)等
用公式表式為 P=T*N/975 P-電機(jī)的功率 T-電機(jī)轉(zhuǎn)矩 N-電機(jī)轉(zhuǎn)速
對(duì)恒轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：
（1） 電機(jī)應(yīng)選變頻器專用電機(jī)
（2） 變頻柜應(yīng)加裝專用冷卻風(fēng)扇
（3） 增大電機(jī)容量，（4） 降低負(fù)載特性
（5） 增大變頻器的容量
（6） 變頻器的容量與電機(jī)的容量關(guān)系應(yīng)根據(jù)品牌，
（7） 一般為1.1~1.5電機(jī)的容量。
3． 平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如風(fēng)機(jī)，4． 水泵類
用公式表式為 T=K1*N2 ，P=K2*N3 P-電機(jī)的功率 T-電機(jī)轉(zhuǎn)矩 N-電機(jī)轉(zhuǎn)速
一般，風(fēng)機(jī)，水泵，采用變頻節(jié)能，理論與實(shí)際證明節(jié)能為40~50%左右，此類應(yīng)用占變頻器應(yīng)用30~40%左右。
對(duì)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：
（1） 電機(jī)通常選異步交流電機(jī)。根據(jù)環(huán)境需要，（2） 選電機(jī)防護(hù)等級(jí)和方式。
（3） 大于7.5KW變頻柜,應(yīng)加裝通風(fēng)散熱設(shè)施
（4） 電機(jī)，（5） 變頻器容量關(guān)系。
關(guān)系系數(shù) 國外變頻器容量 國產(chǎn)變頻器容量
國外電機(jī)容量 相等相當(dāng)電機(jī)容量 1.3-1.5電機(jī)容量
國產(chǎn)電機(jī) 1.2電機(jī)容量 1.5-2電機(jī)容量
5． 恒功率負(fù)載。如卷揚(yáng)機(jī)，6． 機(jī)床主軸。
公式：P=T*N/975=CONT。
一般達(dá)到特定速度段時(shí)，按恒轉(zhuǎn)矩，超過特定速度時(shí)，按恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。
恒功率機(jī)械特性較復(fù)雜。
對(duì)于每個(gè)變頻控制柜，設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)重點(diǎn)，最能體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于變頻控制柜，
電氣設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在如下設(shè)計(jì)方面入手。
1. 變頻控制系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)
2. 電路主路設(shè)計(jì)。
3. 電路控制路設(shè)計(jì)。包括常規(guī)控制電路，4. PLC控制接口電路，5. 變頻器聯(lián)網(wǎng)等。
6. 變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。包括電氣工藝設(shè)計(jì)，7. 柜體板金工藝設(shè)計(jì)。
原理圖設(shè)計(jì)
根據(jù)以上所述的原理規(guī)則，參照變頻控制柜的原理圖，根據(jù)實(shí)際需要，畫出原理圖。
電路主路設(shè)計(jì)。按如下順序選擇主回路電器件。
（1） 確定機(jī)械負(fù)載特性，（2） 功率，（3） 扭矩，（4） 轉(zhuǎn)速
（5） 確定電機(jī)特性，（6） 額定電壓，（7） 額定功率，（8） 額定電流，（9）
（10） 根據(jù)以上條件，（11） 和實(shí)際客戶的需要，（12） 對(duì)下列電器元件取舍（13）
TR-變壓器為可選項(xiàng)，根據(jù)電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，選配。
FU-熔斷絲，一般要，選擇為2.5-4倍額定變頻器電流。注意熔斷絲選速熔類。
QA-空開，一般要，選擇為1.2倍額定變頻器電流
KM-接觸器，必須要，選擇為額定變頻器電流
LY-防雷浪涌器，最好要，特別雷暴多發(fā)區(qū)，以及交流電源尖峰浪涌多發(fā)場合，保護(hù)變頻系統(tǒng)免遭意外破壞。一般配40KVA浪涌器。
DK-電抗器
電抗器的作用是抑制變頻器輸入輸出電流重高次諧波成份帶來的不良影響，而濾波器的作用
是抑制由變頻器帶來的無線電電波干擾，即電波噪聲。
有的變頻器內(nèi)置電抗器，有的場合也可不裝電抗器。一般，多大功率變頻器配多大電抗器，變頻器廠商提供參數(shù)。選擇電抗器的參數(shù)，可由下面公式計(jì)算
L=(2%~5%)V/6.18*F*I
V-額定電壓 V
I-額定電流 A
F-最大頻率 HZ
LBI/ LBO 輸入輸出濾波器，一般應(yīng)根據(jù)頻率進(jìn)行配置
R-制動(dòng)電阻 計(jì)算較復(fù)雜，應(yīng)在變頻器柜制造商指導(dǎo)下配置。
電路控制回路設(shè)計(jì)，按電氣工程師知識(shí)及變頻器要求設(shè)計(jì)。但應(yīng)注意
（1） 輸入/輸出的弱電信號(hào)，（2） 與PLC，（3） 儀表，（4） 傳感變送器，（5） 一定采取信號(hào)隔離，（6） 否則，（7） 控制系統(tǒng)信號(hào)混亂，（8） 系統(tǒng)不（9） 正常。
（10） 與PLC，（11） 常規(guī)控制系統(tǒng)接口，（12） 一定加裝浪涌吸收器。
（13） 控制電源應(yīng)采用隔離變壓器，（14） 進(jìn)行電氣隔離。
變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。
（1） 電氣工藝設(shè)計(jì)
電氣工程師變頻電路設(shè)計(jì)出來，下一步就是電氣工藝設(shè)計(jì)，包括：
1. 多大功率變頻器，2. 配什么類型電纜，3. 多大的線徑，4. 配多遠(yuǎn)。一般可以查表格或計(jì)算。
5. 接地配線。
6. 抗干擾布線。是非常重要的。一般強(qiáng)電電纜用帶屏蔽電纜，7. 電纜及屏蔽層用金屬卡固定安裝底板上，8. 也有的加裝屏蔽金屬環(huán)，9. 抗干擾。
10. 進(jìn)出線的電纜管接頭配置。
柜體板金工藝設(shè)計(jì)
應(yīng)根據(jù)以下原則設(shè)計(jì)
1． 變頻器的環(huán)境
溫度：變頻器環(huán)境溫度為-10度-50度，一定要考慮通風(fēng)散熱。
濕度：
震動(dòng)：
氣體：有無暴炸，腐蝕性氣體
2． 柜體承載重量。
3． 運(yùn)輸方便性。加裝吊裝掛鉤，4． 搬運(yùn)安全。
5． 柜體的銘牌，6． 制造商的CI標(biāo)7． 識(shí)。
結(jié)論：一個(gè)質(zhì)量較高的變頻控制柜，從設(shè)計(jì)，工藝，制作制造，運(yùn)輸，包裝，是實(shí)際要求較高的產(chǎn)品，要求各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量保障，才能作出較高質(zhì)量和水平的控制柜。
２. 諧波對(duì)供電線路的影響
變頻器屬于非線性負(fù)荷，它從電網(wǎng)吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓畸變，它既是一個(gè)諧波源，又是一個(gè)諧波接收者。作為諧波源，它對(duì)各種電氣設(shè)備，自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)、計(jì)量儀器以及通信系統(tǒng)均有不同程度的影響。對(duì)于供電線路來說，由于諧波的作用，惡化了電網(wǎng)質(zhì)量指標(biāo)，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)損失，縮短了電氣設(shè)備的壽命。其產(chǎn)生的主要危害有：
(1)增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能性，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故的危險(xiǎn)性。
(2)增加附加損耗，輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。
(3)使電氣設(shè)備(旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、變壓器等)運(yùn)行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。
(4)使測(cè)量和計(jì)量儀器、儀表、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以及許多用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或者不能正常動(dòng)作或操作。
(5)干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。
(6)某些情況下，它不僅產(chǎn)生諧波，而且還引起供電電壓波動(dòng)和閃變，甚至引起三相電壓不平衡，會(huì)危及電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并影響電氣設(shè)備的正常用電和周邊用戶。
要降低諧波的影響程度，可以采取各種措施，但對(duì)于變頻器來說，主要是在其回路中加裝交流電抗器。
３.接近開關(guān)工作原理
電感式接近開關(guān)工作原理
電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。
電容式接近開關(guān)系列
電容式接近開關(guān)亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測(cè)較低介電常數(shù)ε的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn的位置動(dòng)作。
霍爾開關(guān)工作原理
當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為
U=K·I·B/d
其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場（洛倫慈力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。
由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。
霍爾開關(guān)就屬于這種有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號(hào)，同時(shí)又具備工業(yè)場合實(shí)際應(yīng)用易操作和可靠性的要求。
霍爾開關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。
４.PID控制簡介
目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經(jīng)過傳感器﹐變送器﹐通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(inbbbligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。
1、開環(huán)控制系統(tǒng)
開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。
2、閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3、階躍響應(yīng)
階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的﹔準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來定量描述。
4、PID控制的原理和特點(diǎn)
在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。
比例（P）控制
比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。
積分（I）控制
在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。
5、PID控制器的參數(shù)整定
PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期﹔(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。
５.變頻器基本參數(shù)的調(diào)試
變頻器功能參數(shù)很多，一般都有數(shù)十甚至上百個(gè)參數(shù)供用戶選擇。實(shí)際應(yīng)用中，沒必要對(duì)每一參數(shù)都進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試，多數(shù)只要采用出廠設(shè)定值即可。但有些參數(shù)由于和實(shí)際使用情況有很大關(guān)系，且有的還相互關(guān)聯(lián)，因此要根據(jù)實(shí)際進(jìn)行設(shè)定和調(diào)試。
因各類型變頻器功能有差異，而相同功能參數(shù)的名稱也不一致，為敘述方便，本文以富士變頻器基本參數(shù)名稱為例。由于基本參數(shù)是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。
一 加減速時(shí)間
加速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時(shí)間，減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需時(shí)間。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來確定加減速時(shí)間。在電動(dòng)機(jī)加速時(shí)須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過電流，減速時(shí)則限制下降率以防止過電壓。
加速時(shí)間設(shè)定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算出來，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定較長加減速時(shí)間，通過起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無過電流、過電壓報(bào)警；然后將加減速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時(shí)間。
二 轉(zhuǎn)矩提升
又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，是為補(bǔ)償因電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍f/V增大的方法。設(shè)定為自動(dòng)時(shí)，可使加速時(shí)的電壓自動(dòng)提升以補(bǔ)償起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)加速順利進(jìn)行。如采用手動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動(dòng)特性，通過試驗(yàn)可選出較佳曲線。對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)的輸出電壓過高，而浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，甚至還會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。
三 電子熱過載保護(hù)
本功能為保護(hù)電動(dòng)機(jī)過熱而設(shè)置，它是變頻器內(nèi)CPU根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)電流值和頻率計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的溫升，從而進(jìn)行過熱保護(hù)。本功能只適用于“一拖一”場合，而在“一拖多”時(shí)，則應(yīng)在各臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加裝熱繼電器。
電子熱保護(hù)設(shè)定值(%)=[電動(dòng)機(jī)額定電流(A)/變頻器額定輸出電流(A)]×100%。
四 頻率限制
即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號(hào)源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。在應(yīng)用中按實(shí)際情況設(shè)定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機(jī)，由于輸送物料不太多，為減少機(jī)械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅(qū)動(dòng)，并將變頻器上限頻率設(shè)定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機(jī)運(yùn)行在一個(gè)固定、較低的工作速度上。
五 偏置頻率
有的又叫偏差頻率或頻率偏差設(shè)定。其用途是當(dāng)頻率由外部模擬信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可用此功能調(diào)整頻率設(shè)定信號(hào)最低時(shí)輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí)，偏差值可作用在0～fmax范圍內(nèi)，有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對(duì)偏置極性進(jìn)行設(shè)定。如在調(diào)試中當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí)，變頻器輸出頻率不為0Hz，而為xHz，則此時(shí)將偏置頻率設(shè)定為負(fù)的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。
六 頻率設(shè)定信號(hào)增益
此功能僅在用外部模擬信號(hào)設(shè)定頻率時(shí)才有效。它是用來彌補(bǔ)外部設(shè)定信號(hào)電壓與變頻器內(nèi)電壓(+10v)的不一致問題；同時(shí)方便模擬設(shè)定信號(hào)電壓的選擇，設(shè)定時(shí)，當(dāng)模擬輸入信號(hào)為最大時(shí)(如10v、5v或20mA)，求出可輸出f/V圖形的頻率百分?jǐn)?shù)并以此為參數(shù)進(jìn)行設(shè)定即可；如外部設(shè)定信號(hào)為0～5v時(shí)，若變頻器輸出頻率為0～50Hz，則將增益信號(hào)設(shè)定為200%即可。
七 轉(zhuǎn)矩限制
可分為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值，經(jīng)CPU進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算，其可對(duì)加減速和恒速運(yùn)行時(shí)的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速和減速控制。假設(shè)加減速時(shí)間小于負(fù)載慣量時(shí)間時(shí)，也能保證電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動(dòng)加速和減速。
驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能提供了強(qiáng)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差，而將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)，甚至在加速時(shí)間設(shè)定過短時(shí)，也不會(huì)引起變頻器跳閘。在加速時(shí)間設(shè)定過短時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也不會(huì)超過最大設(shè)定值。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大對(duì)起動(dòng)有利，以設(shè)置為80～100%較妥。
制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小，其制動(dòng)力越大，適合急加減速的場合，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過大會(huì)出現(xiàn)過壓報(bào)警現(xiàn)象。如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動(dòng)機(jī)在減速時(shí)，不使用制動(dòng)電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會(huì)跳閘。但在有的負(fù)載上，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%時(shí)，減速時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成變頻器反復(fù)起動(dòng)，電流大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使變頻器跳閘，應(yīng)引起注意。
八 加減速模式選擇
又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如風(fēng)機(jī)等；S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其加減速變化較為緩慢。設(shè)定時(shí)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，選擇相應(yīng)曲線，但也有例外，筆者在調(diào)試一臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)的變頻器時(shí)，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)變頻器就跳閘，調(diào)整改變?cè)S多參數(shù)無效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動(dòng)前引風(fēng)機(jī)由于煙道煙氣流動(dòng)而自行轉(zhuǎn)動(dòng)，且反轉(zhuǎn)而成為負(fù)向負(fù)載，這樣選取了S曲線，使剛起動(dòng)時(shí)的頻率上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當(dāng)然這是針對(duì)沒有起動(dòng)直流制動(dòng)功能的變頻器所采用的方法。
九 轉(zhuǎn)矩矢量控制
矢量控制是基于理論上認(rèn)為：異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流，分別進(jìn)行控制，同時(shí)將兩者合成后的定子電流輸出給電動(dòng)機(jī)。因此，從原理上可得到與直流電動(dòng)機(jī)相同的控制性能。采用轉(zhuǎn)矩矢量控制功能，電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩，尤其是電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域。
現(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進(jìn)行轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，使電動(dòng)機(jī)具有很硬的力學(xué)特性，對(duì)于多數(shù)場合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設(shè)置速度反饋電路。這一功能的設(shè)定，可根據(jù)實(shí)際情況在有效和無效中選擇一項(xiàng)即可。
與之有關(guān)的功能是轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制，其作用是為補(bǔ)償由負(fù)載波動(dòng)而引起的速度偏差，可加上對(duì)應(yīng)于負(fù)載電流的轉(zhuǎn)差頻率。這一功能主要用于定位控制。
十 節(jié)能控制
風(fēng)機(jī)、水泵都屬于減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即隨著轉(zhuǎn)速的下降，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設(shè)計(jì)有專用V/f模式，這種模式可改善電動(dòng)機(jī)和變頻器的效率，其可根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)降低變頻器輸出電壓，從而達(dá)到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設(shè)置為有效或無效。
要說明的是，九、十這兩個(gè)參數(shù)是很先進(jìn)的，但有一些用戶在設(shè)備改造中，根本無法啟用這兩個(gè)參數(shù)，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有：(1)原用電動(dòng)機(jī)參數(shù)與變頻器要求配用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)相差太大。(2)對(duì)設(shè)定參數(shù)功能了解不夠，如節(jié)能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢讀取方法不當(dāng)。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|