G120變頻器的轉速控制器適配功能

1 前言

西門子SINAMICS G120變頻器在有編碼器矢量控制和無編碼器矢量控制模式下具有轉速控制器適配功能。這種功能適用于轉速控制器在低速和高速需要不同Kp和Tn的應用。

2 應用背景

舉例說明低速和高速需要不同速度環特性的應用如下：

上述應用通常具有以下特點：

1. 啟動加速和停機減速時，鋼絲繩會產生彈性拉伸，引起整個機械系統特性變化，尤其在低速區，容易產生轉速波動，此時需要轉速控制器提高動態跟隨特性，抑制振蕩。

2. 在卷揚式升降設備中，常用預置向上的開閘轉矩的方法來避免開閘溜車。但對于帶配重的升降設備，這類設備有四種電動-制動狀態（如圖1所示），并且在空中懸停時負載常常發生變化，又因為配重的原因，難以判斷開閘預置轉矩的方向，有的用戶使用稱重傳感器來輔助，但稱重傳感器又常因現場各種原因失效或精度下降。所以，這類設備也需要在開閘后的零速和低速區以較高跟隨特性來避免溜車。

圖1 電梯運行當中的電動與發電狀態

3 轉速控制器適配功能介紹

轉速控制器適配功能默認是激活的，在調試和旋轉測量時驅動會自動計算并優化適配需要的值。轉速控制器適配功能可抑制可能會出現的轉速控制器的振蕩，如果在自動計算的情況下仍出現轉速振蕩，則還可通過自由 Kp_n適配優化 Kp_n分量。G120變頻器的轉速適配功能圖如圖2所示，相關參數如表1所示。

圖2 G120變頻器的轉速適配功能圖

表1：轉速適配功能相關參數：

通過對以上參數進行設置，即可實現以下功能（如圖3所示）：

1. 恒定低速區 (n < p1464)，速度環Kp為p1460（p1470），Tn為p1462（p1472）；

2. 適配區 (p1464 < n < p1465)，速度環Kp/Tn隨速度的變化，按照固定斜率變化；

3. 恒定高速區 (n > p1465)，速度環Kp為p1460（p1470）*p1461，Tn為p1462（p1472）*p1463。

圖3 轉速控制器 Kp_n/Tn_n 適配

4 應用實例-電梯傳動的調試

電梯在靜止狀態時，是靠抱閘來平衡曳引輪兩側的重力差，在抱閘打開瞬間，驅動系統要迅速輸出轉矩來接替抱閘。本系統未采用稱重傳感器，系統無從知道抱閘打開瞬間要平衡的力矩大小和方向，完全靠系統快速反應來實現。

為實現這個要求，要在零速和極低速時速度調節器采用較大的增益和較小的積分時間常數。實際調試效果如圖4所示，電機轉速小于6 rpm時，放大倍數為31，積分時間為3.6毫秒，速度跟隨性好，且未發生溜車現象

圖4 零速時速度環采用大比例小積分效果較好

如圖5所示，當轉速超過6rpm，加速到220rpm時，如果仍采用較大比例會產生超調，需要將放大倍數減小到23，積分時間增加到180毫秒，才可以降低速度環的超調量，滿足高速運行特性。此時，使用轉速控制器適配功能即可解決這個問題，兼顧低速和高速不同速度環特性的要求。