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转 变频器的控制方式—有速度传感器矢量控制方式  

2012-06-01 06:11:05|  分类: 变频器 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1 基本概念
       有速度传感器的矢量控制方式,主要用于高精度的速度控制、转矩控制、简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合。在该方式下采用的速度传感器一般是旋转编码器,并安装在被控电动机的轴端,而不是象闭环v/f控制安装编码器或接近开关那样随意。在很多时候,为了描述上的方便,也把有速度传感器的矢量控制方式称为闭环矢量控制或有pg反馈矢量控制,本文为了不与运行方式中的pid闭环控制相混淆,以及与无速度传感器矢量控制相对应,基本采用“有速度传感器矢量控制方式”这种称呼。
  有速度传感器矢量控制方式的变频调速是一种理想的控制方式,它有许多优点:
(1)可以从零转速起进行速度控制,即使低速亦能运行,因此调速范围很宽广,可达1000:1;
(2)可以对转矩实行精确控制;
(3)系统的动态响应速度甚快;
(4)电动机的加速度特性很好等优点。

2 编码器pg接线与参数
  矢量变频器与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理的跳线至关重要。前者的典型代表是安川vs g7变频器,后者的典型代表为艾默生td3000变频器。
  以安川vs g7变频器为例,其用于带速度传感器矢量控制方式安装的pg卡类型主要有两种:
(1) pg-b2卡,含a/b相脉冲输入,对应补码输出,如图1所示。

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图1 pg-b2卡与编码器接线图

(2) pg-x2卡,含a/b/z相脉冲输入,对应线驱动,如图2所示。

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图2 pg-x2卡与编码器接线图

  艾默生td3000变频器的pg卡是统一配置的,最高输入频率为120khz,它与不同的编码器pg接线时,只需注意接线方式和跳线cn4。当跳线cn4位于di侧时,可以选择编码器信号由a+、a-、b+、b-差动输出(如图3所示)或者a+、b+推挽输出(如图5所示);当跳线cn4位于oci侧时,可以选择编码器信号由a-、b-开路集电极输出(如图4所示)。

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图3 差动输出编码器接线图

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图4 集电极开路输出编码器(加上虚线为电压型输出编码器)接线图

  在变频器的参数组中对于编码器pg都有比较严格的定义,这些定义包括:
(1)编码器pg每转脉冲数。此参数可以查看编码器本身的技术指标,单位为p/r。
(2)编码器pg方向选择。如果变频器pg卡与编码器pg接线次序代表的方向,和变频器与电动机连接次序代表的方向匹配,设定值应为正向,否则为反向。必须注意当方向选择错误时,变频器将无法加速到你所需要的频率,并报过流故障或编码器反向故障。更改此参数可方便地调整接线方向的对应关系,而无须重新接线。

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图5 推挽输出编码器接线图

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图6 编码器pg的方向选择

  图6中所示为安川vs g7变频器的编码器pg方向选择示意。编码器pg从输入轴看时顺时针方向cw旋转时,为a相超前,另外,正转指令输出时,电动机从输出侧看时逆时针ccw旋转。然而,一般的编码器pg在电动机正转时,安装在负载侧时为a相超前,安装在与负载侧相反时b相超前。
(3) 编码器pg断线动作。如果编码器pg断线(即pgo),变频器将无法得到速度反馈值,将立即报警并输出电压被关闭,电动机自由滑行停车,在停车过程中,故障将无法复位,直到停机为止。
(4) 编码器pg断线检测时间。一般为10s以下,以确认在此时间内编码器pg的断线故障是否持续存在。
(5) 零速检测值。本参数是为了检测编码器pg断线而定义的功能,当设定频率大于零速检测值,而反馈速度小于零速检测值,并且持续时间在编码器pg断线检测时间参数以上,则变频器确认为编码器pg断线故障(pgo)成立。
(6) 编码器pg与电动机之间的齿轮齿数。本参数是为了适应编码器安装在齿轮电动机上的情况,可设定齿轮齿数。由电动机转速公式可以得出:
电动机速度(r/min)=(从编码器pg输入的脉冲数×60)×(负载侧齿轮齿数 / 电动机侧齿轮齿数)/编码器pg的每转脉冲数
(7) 检出电动机的过速度。电动机超过规定以上的转速时,检出故障。通常设定100%~120%的最大频率为检出过速度的基准值,如果在预定的时间内频率持续超出该值,则定义为电动机过速度故障(os)。如发生该故障,变频器自由停车。
(8) 检出电动机和速度指令的速度差。我们定义电动机的实际速度和设定速度的差值为速度偏差,如果在一定的时间内其速度偏差值持续超出某一范围值(如10%时),则检出速度偏差过大(dev)。如发生该故障,变频器可以按照预先设定的故障停机方式停机。

 3 带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制的区别
  带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制在安装编码器pg上有共同点,而且都有类似的pid环以及相应的参数设置,好像给人一种雷同的感觉。但两者存在着很大的区别,主要一点在于前者是矢量控制,而后者属于传统的v/f控制。

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图7 带速度传感器矢量控制原理框图

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图8 闭环v/f控制原理框图

  我们对比一下带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制的原理框图,如图7、图8中所示。矢量控制时的速度控制asr是把速度指令和速度反馈信号进行差值比较,然后进行pi控制后,经过一定的滤波时间,再经过转矩限定,输出转矩电流,进入转矩环控制;而闭环v/f控制是将速度指令和速度反馈信号的偏差调为零,pid的结果只是去直接控制变频器的频率输出。
  除了控制原理上的区分外,带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制还有以下几点不同:
(1) 控制精度不同。带速度传感器矢量控制的速度控制精度能达到0.05%,而闭环v/f控制则只有0.5%(相当于无传感器矢量控制的水平)。
(2) 启动转矩不同。带速度传感器矢量控制的启动转矩可达到200%/0hz,而闭环v/f控制则只有180%/0.5hz。
(3) 安装方式不一样。带速度传感器矢量控制的编码器安装要求非常严格,必须与电动机或者齿轮电动机的轴一致;而闭环v/f控制则可以安装在传动点的任意一个位置。
(4) 编码器选型不一样。带速度传感器矢量的编码器要求比较严格,通常都要求二相输入;而闭环v/f控制则可以只要求一相输入,甚至可以用高性能接近开关替代。
(5)编码器断线停机方式不一样。带速度传感器矢量控制的编码器断线故障检出后,将不得不自由停车;而闭环v/f控制还可以在频率指令下继续开环v/f控制运行。

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