（已结贴）变频擂台第103期——如何提高变频调速系统的响应性？ 点击：2398 | 回复：17
本期擂台：如何提高变频调速系统的响应性？
所谓响应快，是指实际速度对于速度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。典型载荷有轧钢机、生产线、机床主轴、六角孔冲床等。以前的话一般采用直流电机，我们今天来讨论交流电机。
要求响应快的理由：
1， 缩短系统运转的周期时间，提高单位时间的处理能力。这里需要保证在停止和高速之间的过渡。
2， 改善系统运转的性能，提高产品质量。这里需要保证系统在受外界干扰的变动要小，而且恢复的速度要快。
为达到以上目的，你将如何选择变频器呢？
希望各位擂友各抒己见，我们支持原创，更支持理论推导，尤其是结合案例。
本期擂台的最晚结贴时间为：2013年5月31日。
奖项设置：一等20MP 1名 二等10MP 2名 三等5MP 3名 鼓励奖若干 各50积分
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
动态响应的参数调节，调节原则是保证系统的机械特性，获取最小的动态响应时间，对于磁通调节器一般采纳自整定值，防止不适当的修改影响磁通量的给定。主要是调整转速调节器的比例增益kp和积分时间，转速调节器在自整定过程中，机器本身已经自动写入参数。对本系统，自整定后系统为自保护，把上升和下降过程信号加一个0.5s斜坡函数，并在斜坡函数加上初始和结束圆弧时间均为10s，此时kp=7.2，积分时间为400ms，在这种情况下系统的动态响应时间是450ms左右，无超调量，运行稳定，但这远不能满足高动态响应性能的要求，为追求快速性，取消斜坡函数，将斜坡函数的时间设定为0，把初始和结束设定10ms圆弧时间用于保护，然后调节转速调节器的比例增益kp和积分时间。
转速调节器是一个pi调节器，当积分时间一定，加大比例增益kp时，动态响应时间加快，但超调量也加大；当比例增益kp一定，积分时间加大，动态响应时间变长，对超调量有所抑制，过渡过程稳定性加强，积分时间减小，动态响应时间变小，过渡过程稳定性变差，对超调量也没有抑制。所以对比例增益kp和积分时间要进行不断的比较调整，获得与系统匹配的最佳参数。
如果是已经存在的系统，不想更换高性能变频器的情况下，可以增加能耗制动来改善变频器从高速到停止的响应速度。特别是大负荷，高转速场合。
如果是新组建的系统，通过变频器的性能选择，可以满足设计要求，但是，考虑系统经济性，过高的单一性能要求，一般不采用单一部件实现，在兼顾通用性能的基础上，通常通过增加辅助部件，来提高所需的性能，所以，单一的参数设置，不具备改善和提高的优势。
响应速度分启动性能和制动性能，变频器的制动多采用反向输出加能耗的方式，而启动性能受负载性质的影响很大，这个可以从机械结构设计上进行考虑，在充分考虑定位准确性的基础上，启动缓冲机构是提高启动性能的一个手段。
如果不考虑负载情况，比如机械加工场合的退刀和进刀过程，只要将加减速过程设置到与进退刀过程匹配，在系统经济性和工作性能保障上会收到比较良好的效果。
变频器应有良好的运行环境和维护保养
尽管选用了高质量的变频器，并且变频驱动系统匹配也正确，如果希望获得长周期安全稳定运行，还应有一个良好运行环境以及做好设备维护保养。
(1) 变频器应有的运行环境
几乎所有的变频器制造厂商都说，可以在0-40℃温度，相对湿度RH≤95%(不结露)环境下工作。但是，为了变频器更有利的运行，希望变频器置于空气调节的环境里，温度控制在25±3℃，相对湿度RH≤70%-75%。实践证明，置于空调环境下变频器的故障机率要比没有空调环境变频器少得多，系统的可靠性增加很多。
另外，变频器的空调最好采用独立专用空调，避免使用车间空调或中央空调，因为中央空调、车间空间会把空气中的油污，灰尘和腐蚀性气体进入变频器柜内，引起变频器电力电子、微电子(IC集成电路)元器件的损坏。
(2) 加强每天的巡检及定期维修。
① 日常运行巡检项目，主要检查有无异常现象。例如冷却系统异常、过热、变色、异味、异声和异常振动。定时抄录变频器的输入和输出的电气参数是否正常。
② 定期维修--变频器停役后进行断电维修。除了清扫和紧固接线端子外，重点维修项目(即变频器薄弱环节)有:
a.电介电容器是否变形和渗漏电介液;是否腐蚀印刷电路板，造成绝缘电阻下降，引起IC软故障。国外厂商规定3-5年运行后，应将电介电容器强制更换。
b. 冷却风扇及过滤网清理。2-3年运行后，冷却风扇也应强制更换。
c. 印刷电路板是否腐蚀损坏。最好进行喷膜处理，可以抗腐蚀性，增强绝缘性能。我们公司某化纤厂对安川变频器印板进行清洗，燥干和喷膜处理，修复了几十台损坏的变频器，并在东芝变频器十多台上推广这个喷膜处理技术，取得良好的效果--修复后再也没有发生类似故障。当然在进行喷膜处理时，特别要注意保护好各类接插件口，不要让膜层保护剂喷入，以免引起接触不良。具体做法，接插件口可先用遮盖剂或塑料胶带遮后再喷膜。
1提高变频器本身质量和可靠性.
变频器的电路结构应力求简单可靠，首选采用真正的(交-直-交)直接变频主电路.，率单元愈少愈好,尽量避免功率单元和电力电子器件的串联.因为串联系统的可靠度减小(N次幂)，而串联系统的失效率增大(N倍).虽然并联系统有利于可靠性的提高,减少失效率,增长装置的平均
寿命,但是目前电力电子器件的电流可达3KA--4KA水平,所以不并联也可以使用了,目前主要问题是电力电子器件的耐压水平进一步提高后,电力电子器件就可以不串不并,便会大大提高变频器的可靠性.
变频器中电力电子模块的选用--耐压和电流额定值必须具有充分的裕度，变频器中电力电子模块应有充分的通风量和冷却措施.保证在允许结温下运行,离允许结温愈低。变流装置的可靠性愈高.
变频器必须制作精良,连接牢靠，连接件要少,尽量避免插件方式(易松动,不牢靠),以焊接代替接线端子,尽量少用电位器，采用大面积整块印刷电路板，采用无接线独特结构的电力电子功率模块,提高产品的可靠性，合理布局.例如:整流变压器与变流装置之间的隔热以及防电磁干扰措施;高压与低压之间的光电隔离和采用光缆传输。变频器出厂前应进行严格地带载试验和48-72小时性能考核.一台变频器由大量电气元器件组装而成
使变频器带电运行考验.一般要进行48-72小时连续运行考验,要求特别可靠的场合进行7昼夜，带负载试验(不是空载或轻载)，具备实际应用场合的温度和相对湿度，凡经试验检测符合技术规范,并通过长时间考核的变频器出厂投运以后,都会有很高的可靠性， 根据生产机器负荷要求和电动机规格参数,正确选择变频器形式及容量匹配如果单有变频器本体的高可靠性,而变频器选型和容量匹配不适当,组成的变频调速系统也不可能达到很高的可靠性,甚至无法运转,为此,我们必须，首先根据负荷性质,正确选用变频器类型.总的原则就是什么性质负载特性配什么特性的变频器.
2 变频器的维护保养
加强每天的巡检及定期维修， 日常运行巡检项目,主要检查有无异常现象，例如冷却系统异常、过热、变色、异味、异声和异常，振动，定时抄录变频器的输入和输出的电气参数是否正常。变频器停电后进行断电维修，除了清扫和紧固接线端子外,重点维修项目有：电介电容器是否变形和渗漏，电介液是否腐蚀印刷电路板，造成绝缘电阻下降。冷却风扇及过滤网清理， 印刷电路板是否腐蚀损坏.最好进行喷膜处理，可以抗腐蚀性,增强绝缘性能.。
3运行环境的重要性
虽然选用了高质量的变频器,并且变频驱动系统匹配也正确,但是想获得长周期安全稳定运行,还应有一个良好运行环境。
变频器应有的运行环境，几乎所有的变频器制造厂商都说,可以在0-40℃温度,相对湿度95%环境下工作，但是，为了变频器更有利的运行，最好把变频器置于空气调节的环境里，良好的运行环境置使变频器的故障机率要比没有空调环境变频器少得多,系统的可靠性增加很多。
做到以上几点，能够很好地提高变频器系统的响应性。
楼主讲的是如何选择负载突变情况的变频器选用：
1、为了实现快速响应，首先要保证在低速的时候就可以达到百分之百的扭矩，目前市面上变频器大多在3—5HZ的时候就可以实现高扭矩的输出，参数设定好就可以了；
2、由于是负载突变，对过载电流的允许范围应该比较高，应该选择过载电流可以达到150%的变频器；
3、目前市面上争对突变负载的使用情况，有部分厂商已将其功率放大板放大，从而保证了使用电流突变而产生的过载。
4、尽量选择带自学习功能的变频器，可以使电机达到使用的最佳状态；
5、为了使突变的负载，产生的能量有所消耗，一定要接制动单元和制动电阻，这样才能实现紧急停止。提高响应速度。
6、注意施工过程，屏蔽做好，接地良好等。
1 通过变频器的性能选择，可以满足设计要求，但是，考虑系统经济性，过高的单一性能要求，一般不采用单一部件实现，在兼顾通用性能的基础上，通常通过增加辅助部件，来提高所需的性能，所以，单一的参数设置，不具备改善和提高的优势。
2 响应速度分启动性能和制动性能，变频器的制动多采用反向输出加能耗的方式，而启动性能受负载性质的影响很大，这个可以从机械结构设计上进行考虑，在充分考虑定位准确性的基础上，启动缓冲机构是提高启动性能的一个手段。
3 由于是负载突变，对过载电流的允许范围应该比较高，应该选择过载电流可以达到150%的变频器； 变频器应有的运行环境，几乎所有的变频器制造厂商都说,可以在0-40℃温度,相对湿度95%环境下工作，但是，为了变频器更有利的运行，最好把变频器置于空气调节的环境里，良好的运行环境置使变频器的故障机率要比没有空调环境变频器少得多,系统的可靠性增加很多。
通用交流变频调速器使用方便、性能可靠、成本低廉并有节能的效果 ,所以现在很多自动控制系统中采用通用交流变频调速器作为系统的调控输出。虽然用高性能的磁场定向控制变频调速器组成闭环的伺服系统具有更好的动态特性 ,但除了在数控机床、机器人控制和其他一些需要定位精确的特定场合采用外 ,大部分自动控制系统中仍然采用ｕ/ｆ控制的通用交流变频调速器。这是因为一方面伺服系统造价太高、安装调试复杂 ,另一方面针对大部分控制系统来说 ,通用交流变频调速器已能满足基本要求。任何一个控制系统总是希望能达到的控制精度越高越好 ,要求其动态响应速度越快越好 ,而通用交流变频调速器对转矩和转速的响应不是太快 ,一定程度上制约了控制系统性能的提高 ,这一点在非线性复杂系统的控制中显得尤为突出。通用交流变频调速器的加、减速动态响应受最小加、减速时间的限制 ,不可能在一个控制节拍内完成对系统调控的响应 ,这样就形成了对系统调控响应的迟钝和滞后。
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