淺談ALSPA交流數(shù)字變頻器調(diào)試

摘要：
　　隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化技術的不斷提高和交流數(shù)字變頻調(diào)速理論在實踐中的應用日趨成熟，并且伴隨著可關斷器件性能的實用化，使得高頻化PWM技術成為可能。因此，交流變頻器在電機控制系統(tǒng)中無疑成為主導地位，本文介紹的就是一款變頻器在實踐應用的調(diào)試方法及過程?！　?BR>　　1.概述：
　　ALSPA MV3000和MV1000是法國ALSTOM公司在交流數(shù)字變頻調(diào)速領域的兩款系列產(chǎn)品。應用在冷軋鍍鋅生產(chǎn)線傳動系統(tǒng)中表現(xiàn)出良好性能。為確保產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求得以實現(xiàn)起到巨大作用，使得第一次熱負荷生產(chǎn)出來的產(chǎn)品就完全符合質(zhì)量標準并得到專家們的好評和認可，本文作者從事了全線77套變頻器傳動裝置的調(diào)試工作，從而對該款產(chǎn)品有一定的了解和認識，現(xiàn)總結(jié)成文，希望能對以后類似的工作起到借鑒作用，愿文章成為您經(jīng)驗的積累。
　　2.變頻器的特點介紹：
　　• ALSPA MV系列交流數(shù)字變頻器是自動控制理論與微處理技術相結(jié)合的產(chǎn)物，是計算機參與自動控制的開/閉環(huán)傳動系統(tǒng)。
　　• 它應用了PWM控制技術，實現(xiàn)了變壓變頻控制。裝置輸入采用無控整流橋整流。PWM逆變器采用了全控式電力電子開關器件“IGBT”來實現(xiàn)逆變。
　　• 微處理器有多種邏輯計算和控制功能，可實現(xiàn)復雜的算法及運算功能。如各種狀態(tài)觀測器、坐標轉(zhuǎn)換、矢量控制、自適應控制等。從而大大提高了系統(tǒng)的整體性能和使用靈活性。
　　• 具有故障保護和診斷以及和上位機的通信功能，它可以借助于數(shù)字/模擬信號對系統(tǒng)變量進行限幅監(jiān)控。一旦某信號超過限幅值，它可采取中斷方式進行自動處理或保護，同時發(fā)出警報并顯示故障信息代碼。它支持CAN-BUS、field-bus和RS485、RS232等各種制式的遠程通信方式。
　　3.工藝設計要求和應用方案：
　　• 生產(chǎn)線有三個工作段組成，每個工作段的張力要求恒定，既對傳動電機的轉(zhuǎn)速控制要求很高。系統(tǒng)全線有8組“S”輥都設有張力控制和檢測裝置，通過HPC的PID調(diào)節(jié)器之后進行了張力平衡分配控制，因此，全線工作輥的交流變頻傳動裝置都采用了有速度傳感器反饋異步電機矢量控制方式，以確保工作輥速度控制的精確性。
　　• 為適應工藝要求，提高控制精度，在調(diào)試中對傳動系統(tǒng)的機械空載轉(zhuǎn)矩的特性曲線進行了調(diào)試，并通過實際運行測試計算出了機械慣量值，將其提供給HPC以實現(xiàn)實際負荷轉(zhuǎn)矩計算和控制，因此提高了系統(tǒng)響應速度和控制精度。
　　4.ALSPA交流數(shù)字變頻器調(diào)試：
　　4．1 系統(tǒng)檢查：
　　•物理校線和絕緣檢查 ：
　　檢查電動機與變頻器之間連線，對安裝的準確性和牢固可靠性進行校驗檢查，電機接線組別檢查，線路絕緣檢查，確保絕緣良好，并確認電機具備單體進行條件。
　　•邏輯校線及邏輯輸出/輸入檢測 ：
　　給裝置送電，并對電壓極性和等級進行確認，確認輸入/輸出電源是否符合設計要求。依據(jù)設計圖對裝置的邏輯關系進行操作測試，在P11.21和P11.22中觀察邏輯操作是否正常，分別對P7.27、P7.28、P7.29幾個數(shù)字量輸出信號進行強制為“1”輸出，觀察系統(tǒng)準備好信號、主接觸器和抱閘接觸器是否正?；騽幼?，P11.21邏輯輸出顯示是否正常，并核對P11.22邏輯輸入的顯示是否正常。分別測試正常后，可以進入下一個調(diào)試環(huán)節(jié)。
　　4．2 M單調(diào)試：
　　目的：
　　為了檢測電機單體運行的狀態(tài)是否正常，對電機的正方向進行確認，并執(zhí)行系統(tǒng)矢量控制動態(tài)參數(shù)自測試和參數(shù)整定。
　　原理：
　　矢量控制是以轉(zhuǎn)子磁通這一旋轉(zhuǎn)的空間矢量為參考目標，利用以靜止坐標系到旋轉(zhuǎn)坐標之間的變換，則可以把定子電流中的勵磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量變成標量獨立分開進行分別控制。這樣，通過坐標變換重建的電機模型就可等效為一臺直流電機，從而可像直流電機那樣進行快速的轉(zhuǎn)矩和磁通控制。
　　參數(shù)：
　　本階段的應用主要參數(shù)如下：

　　注：“*”為依據(jù)實例設置
　　方法：
　　先將速度調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)設置為開環(huán)，即P13.11設置為“1”，在合上主電源并將P7.28數(shù)字輸出量強制為“1”，如果有電機冷卻風機和抱閘，就將它們?nèi)繂?，這時再啟動裝置運行。運行指示燈亮后，在參數(shù)P13.12中給定一定的頻率，電機開始運行，這時觀察電機運行狀態(tài)和運行方向是否正常。如果正常，頻率給定可以繼續(xù)升高，直至額定頻率，觀測P9.05中的輸出電流顯示，由于這時電機無任何負載，根據(jù)矢量控制原理，轉(zhuǎn)矩電流分量“q”值很小，所以，先忽略的把這個電流看作為勵磁電流分量“d”，把它記錄下來，再對編碼器的速度反饋信號進行檢查，確認反饋信號正常后，停止運行。P13.12參數(shù)設置為“0”給定，把P13.11參數(shù)修改為閉環(huán)，并將剛才記錄的磁通（勵磁）電流寫入P12.00中。
　　P12參數(shù)組為矢量控制方式的動態(tài)自測參數(shù)組，P12.00為磁通電流值，把剛才記錄的值寫入，是為使默認值與實際測試值的偏差小一些，有利于系統(tǒng)動態(tài)測試工作的順利進行。這時在P12.03中，把設置選擇為“3”，即選擇動態(tài)自測試，這時在啟動裝置運行，系統(tǒng)開始動態(tài)測試，系統(tǒng)對矢量控制所需要幾個控制環(huán)節(jié)進行動態(tài)測試，大約會運行10～15分鐘左右。測試后，裝置自動停止運行，這時會看到P12.00與先前設定的數(shù)值會有一定差別，這是因為系統(tǒng)通過動態(tài)測試后，已經(jīng)修正了，這些參數(shù)值將是系統(tǒng)實現(xiàn)矢量控制的依據(jù)，它們只適用于系統(tǒng)現(xiàn)在所驅(qū)動的電機。電機如果交換需要重新測試。
　　現(xiàn)在啟動裝置，會發(fā)現(xiàn)P9.05中的電流顯示與P12.00相同。這是因為裝置在啟動后系統(tǒng)輸出的磁通電流（或稱作勵磁電流）就為最大值，在HPC遠程控制時與現(xiàn)在會有所不同，后面會說到。這時通過P9.00給系統(tǒng)一個速度給定，電機就會在給定速度上運行起來，實際給定控制的是激活電流給定值，由P11.00顯示，也就是說控制的是轉(zhuǎn)矩電流分量，而這時P9.05顯示為P12.00和P11.00兩個參數(shù)的實際值的和。當P9.00給定速度等于額定速度時，這時的P9.05顯示值最大，當給定大于額定速度時，會看到P9.05的值在下降，這是由于系統(tǒng)在弱磁調(diào)速，即勵磁電流下降而轉(zhuǎn)矩電流不變的原因造成。在設計要求轉(zhuǎn)速運行半小時后，觀察系統(tǒng)運行正常，這樣M單調(diào)試就完成了。
　　4．3機械空載調(diào)試
　　目的：
　　為了檢查機械設備的運行質(zhì)量，對空載轉(zhuǎn)矩進行測試，繪制空載轉(zhuǎn)矩曲線，測試并計算機械慣量。
　　原理：
　　恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：電動機在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電機都能在溫升允許的條件下長期運行，這時電機轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。因此，在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率調(diào)速。
　　計算公式：　
　　 J=( 2Co / W ) * (Tacc * Tdecc) /（Tacc+Tdecc） (1)　　
　　注： J = 機械慣量 Co = 輸出轉(zhuǎn)矩
　　 Tacc = 起動時間（0——最大速度給定）
　　 Tdecc = 停止時間（最大速度——零給定）　
　　C = Pw / W * ( n / 60 ) = Pw / 2π* n / 60 （2）　
　　注： C = 電機額定轉(zhuǎn)矩 Pw=電機額定功率
　　 n = 電機額定轉(zhuǎn)速
　　參數(shù)：
　　本階段的應用參數(shù)如下：
　　

　　方法：
　　參數(shù)設置完后，把兩通道示波器與模擬量輸出端子TB6連接后，在檢查設備可以安全運行后，啟動運行，電機運轉(zhuǎn)，逐漸提速，并觀察機械設備是否正常，運行至最大工藝要求轉(zhuǎn)速后，觀察機械設備是否正常，如果一小時后電機溫升，電流、機械設備都正常，這時就可以進行測試。
　　對電機速度環(huán)進行階躍響應調(diào)節(jié)，通過對速度調(diào)節(jié)器PI參數(shù)進行調(diào)整來調(diào)節(jié)速度環(huán)的響應質(zhì)量，積分增益由參數(shù)P14.01調(diào)整、比例增益由參數(shù)P14.00調(diào)整。通過調(diào)整后使速度響應波形更加完美。
　　依據(jù)下表進行速度給定，輸出測試轉(zhuǎn)矩值
　

　　 通過上表可知實際輸出轉(zhuǎn)矩等于模擬量輸出值與電機額定轉(zhuǎn)矩值的乘積。依據(jù)上表繪制出設備空載轉(zhuǎn)矩曲線，由于系統(tǒng)依據(jù)工藝要求有張力控制環(huán)節(jié)，所以對于負載轉(zhuǎn)矩的控制要求有很高精度，因此，這條空載轉(zhuǎn)矩曲線將是HPC實現(xiàn)張力分配控制的依據(jù)。
　　傳動系統(tǒng)依據(jù)恒轉(zhuǎn)矩控制原理來保證帶鋼在各種線速度下得到可靠的動能，但對于調(diào)速系統(tǒng)而言，從轉(zhuǎn)矩到轉(zhuǎn)速近似為一個積分環(huán)節(jié)，其積分時間常數(shù)由電機和機械設備的機械慣量決定，為不可控量。因此，為提高轉(zhuǎn)矩控制性能，還要對這個量進行檢測后，提供給HPC得以在控制時加以排除和補償，提高控制精度?！　?BR>　　測試方法如下:
　

　　 注：額定轉(zhuǎn)矩計算公式可以得出 Cn = 582Nm
　　
　　在參數(shù)P8.00最大轉(zhuǎn)矩輸出中，設置為20%或依據(jù)設備情況而定，把啟動和停止斜坡時間都設置為最小，P6.00為起動斜坡，P6.01為停止斜坡，都設置為最小，這時再啟動裝置，給定最大速度，當設備運行達到最大速度后，再給定“零”速度，使設備運行停止，通過示波器的波形記憶功能對剛才這一過程進行記憶，并通過波形測算出起動時間和停止時間，依據(jù)機械慣量的公式可以得到機械慣量 J = 5.15，這將是HPC控制依據(jù)。至此本階段調(diào)試結(jié)束。
　　4．4 HPC聯(lián)動調(diào)試：
　　目的：
　　通過CAN-BUS網(wǎng)的通訊方式實現(xiàn)遠程順控，并根據(jù)全線的動態(tài)控制參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)視調(diào)控。
　　方法：
　　依據(jù)HPC控制要求對參數(shù)進行了選擇和設定。
　　通過這些設置后，并對通訊元件和通訊進行檢查確認正確后，重新起動HPC，HPC會自動檢測網(wǎng)上設備，從而與裝置實現(xiàn)遠程通信，實現(xiàn)HPC聯(lián)控。本階段調(diào)試任務結(jié)束。
　　5.在調(diào)試中常見問題和解決方法:
　　5．1 M單調(diào)試中開環(huán)下低速穩(wěn)定性差：
　　在M單調(diào)試中，在對風機的變頻驅(qū)動器進行調(diào)試時，低速穩(wěn)定性很不好，觀察發(fā)現(xiàn)速度在200rmp以下時，會發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。由原理可以了解，因為風機的速度控制精度要求不是很高，所以系統(tǒng)無速度反饋元件，又因為它只采用V/F控制方式，這種方式控制在低速下，控制效率會有所下降，雖然有低頻補償，但在200rmp以下時還是會有些波動。
　　5．2 活套的空載轉(zhuǎn)矩測試：
　　在對活套進行空載轉(zhuǎn)矩和機械慣量測試時，因為活套臺車的位置不同，它的轉(zhuǎn)矩也不同，轉(zhuǎn)矩不單隨速度的變化而變化，這時根據(jù)實際要求，在對活套測試時，設置轉(zhuǎn)速和位置為兩個變量，然后，將變量轉(zhuǎn)化為Y=a+bx的代數(shù)模式，開始對活套臺車在不同速度下及不同位置上的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)進行測試，把測試值線性化，依據(jù)這條線性方程來實現(xiàn)HPC的控制要求。
　　5．3 氣刀風機出現(xiàn)跳閘：
　　氣刀風機是全線功率比較大的兩臺特殊電機，它依據(jù)技術要求在實現(xiàn)快速速度調(diào)節(jié)時，出現(xiàn)了跳閘現(xiàn)象，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是操作者在送電過程中順序錯了。在對變頻系統(tǒng)送電時，特別是氣刀風機變頻系統(tǒng)，由于它本身帶有自己的能耗電阻制動單元，所以在送電時要先送主電源，電源送上后，系統(tǒng)會自主的對自身系統(tǒng)的配置進行檢測，二十秒鐘后，系統(tǒng)自主測試完畢，再送24VDC輔助操作電源，否則，系統(tǒng)會無自主檢測環(huán)節(jié)而沒有配置能耗電阻制動能力，當大幅度快速調(diào)節(jié)速度時，再生能量就無法消耗，使母線電壓上升，而出現(xiàn)過壓跳閘。
　　5．4 操作臺畫面電機電流顯示不正常：
　　系統(tǒng)在HPC遠程控制時，在裝置無啟動信號時，磁通電流為最大值的70%，由參數(shù)P12.23設定。當啟動時，磁通加至100%，這時電機不會運行，HPC是通過對激活電流的控制來實現(xiàn)控制電機轉(zhuǎn)速的，激活電流由P11.00顯示，它是轉(zhuǎn)矩電流的一個組成部分，它的大小是決定轉(zhuǎn)速的重要參數(shù)，這里有這樣一個關系式：　
　　In = Im + √ Ir²+Ig² 　　
　　In = 額定電流（P2.02） Im = 磁通電流（P12.00）
　　Ig = 激活電流（P11.00） Ir = 感應電動勢電流　　
　　所以在HPC操作控制畫面中的電流顯示實際是Ig激活電流。
　　6.結(jié)束語
　　ALSPA MV3000是一款用途廣泛操作結(jié)構(gòu)簡單，技術先進的數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)，在調(diào)試中我們不僅僅對當今交流變頻技術有了新的認識，也使得我們對先進的調(diào)試作業(yè)方法有深刻的理解，這些都將成為一次難得的學習實踐經(jīng)歷，它將帶動作者和同事們進一步去探索和學習傳動領域新的理論知識，并應用與實踐以積累更多的經(jīng)驗，真誠希望讀者給予指正和幫助。