速度型负载变频器的选择技术方法

    速度型负载是指变频器在调速过程中，对电动机的转速有相应要求的负载。我们知道，变频器在调速过程中，电动机（异步电动机）转速的稳定受负载转矩的影响。当变频器的频率给定，因负载变化引起的转差率变化范围s=1%~5%，在转速要求不严格的情况下，变频器可以直接由速度给定功能设定电动机的工作转速，不用采用闭环控制等稳速环节，一般的U/f控制变频器就能满足要求。

    1．变频器的加减速

    在速度型负载中，有的对变频器的加减速时间有要求。变频器的加减速时间和负载的惯性有关，负载的惯性大，加减速时间长，反应迟钝，变频器的速度跟不上负载对速度的要求。变频器加减速时间的计算表达式为

   (7-13)

   (7-14)

式中ts1-从na到nb的加速时间(s)；

   ts2-从nb到na的减速时间(s)；

   na-加速前或减速后的转速( r/min)；

   nb-加速后或减速前的转速( r/min)；

   GD2-全系统机械惯性折合到电动机轴的惯性转矩(N·m²)；

   TM-电动机额定转矩(N·m)；

   TLmax-在速度控制范围内换算到电动机轴的最大负载转矩(N·m)；

    α-平均加速转矩率，一般取1.1；

    β-平均减速转矩率．和制动有关，对于无制动单元，一般取0.1~0.2；对于有

    制动单元，取0.5~1.0。

    由式中可见，当负载的GD²和TLmax一定（这两个参数由工程设备及工作性质决定），要想减小加减速时间，就要提高变频器的TM值，即适当加大变频器的容量和过载能力。为了提高减速的快速性，变频器要加装制动单元。

    2．开环控制系统

    开环转速控制系统分为普通U/f控制系统和无PG反馈的矢量控制系统。根据控制精度要求，进行选择。

   (1) U/f开环控制

    变频器开环控制如图7-33所示。由变频器设定输出频率，电动机的转速和同步转速保持1%~5%的转差率，电动机基本在变频器设定的转速上工作。

    图7-33    变频器开环控制

    影响电动机转速稳定的因素有：负载转矩发生变化；电源电压发生变化；变频器的频率设定精度。变频器在用模拟量设定频率时，由于温度变化、电流电压的漂移等使频率控制精度降低约5%，这对转矩比较稳定的负载，由于漂移引起的转速变化不可忽略。

    变频器开环控制多应用在对转速精度要求不太严格的场合，一般选择普通U/f控制变频器即可。

   (2)无反馈矢量开环控制

    如果对开环控制转速精度要求较高，可选用无反馈矢量控制变频器。无反馈矢量控制变频器由于在其内部根据直流电动机的闭环控制理论形成了闭环控制系统，电动机相当于工作在闭环状态，因此具有较高的速度控制精度，其速度控制精度在±0.5%左右，见表7-5。

    表7-5    控制精度比较表

    3．闭环控制系统

    在要求速度控制精度较高的场合，采用转速闭环控制电路。转速闭环是将电动机的转速通过转速传感器转换为电信号反馈到输入端，与给定频率信号相比较，产生误差调整信号，使电动机的转速和给定信号同步。闭环控制如图7-34所示。

    速度闭环控制目的是取得高的速度控制精度，速度控制精度和变频器的控制功能及传感器的选择有关。在速度控制精度要求较高的造纸、轧钢等传动设备中，可选用带传感器的矢量变频器。

    4．快速响应变频器的选择

    转速控制是电动机的基本控制，所谓响应快，是指实际转速对于转速指令的变化跟踪得快，从负载变动等急剧外界干扰引起的过渡性速度变化中恢复得快。图7-35是速度控制系统的阶跃响应示意图，图中ts是阶跃信号作用下的响应时间。该时间越短，相应越快，该时间越长，相应越慢。

    图7-34    闭环控制框图

    图7-35    速度控制系统的阶跃响应

    要求响应快的典型负载有轧钢机、生产流水线设备，机床主轴等。负载的响应时间一方面和负载的GD²有关，GD²大，加速时间延长，响应慢；另一方面和变频器自身的反应速度有关。矢量控制变频器因为是模拟直流电动机的控制方法，在接到调整信号时，能按照直流电动机的控制方法快速准确地给出控制信号，缩短了变频器的响应时间。因此，在要求快速响应的场合，要选择矢量控制变频器。