隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高和交流數(shù)字變頻調(diào)速理論在實(shí)踐中的應(yīng)用日趨成熟，并且伴隨著可關(guān)斷器件性能的實(shí)用化，使得高頻化PWM技術(shù)成為可能。因此，交流變頻器在電機(jī)控制系統(tǒng)中無疑成為主導(dǎo)地位，本文介紹的就是一款變頻器在實(shí)踐應(yīng)用的調(diào)試方法及過程。

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(lǐng)域的兩款系列產(chǎn)品。應(yīng)用在冷軋鍍鋅生產(chǎn)線傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)起到巨大作用，使得第一次熱負(fù)荷生產(chǎn)出來的產(chǎn)品就完全符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并得到專家們的好評和認(rèn)可，本文作者從事了全線77套變頻器傳動(dòng)裝置的調(diào)試工作，從而對該款產(chǎn)品有一定的了解和認(rèn)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(yàn)的積累。

2、變頻器的特點(diǎn)介紹：

? ALSPA MV系列交流數(shù)字變頻器是自動(dòng)控制理論與微處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)參與自動(dòng)控制的開/閉環(huán)傳動(dòng)系統(tǒng)。

? 它應(yīng)用了PWM控制技術(shù)，實(shí)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(guān)器件“IGBT”來實(shí)現(xiàn)逆變。

? 微處理器有多種邏輯計(jì)算和控制功能，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法及運(yùn)算功能。如各種狀態(tài)觀測器、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、矢量控制、自適應(yīng)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(hù)和診斷以及和上位機(jī)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(jìn)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(jìn)行自動(dòng)處理或保護(hù)，同時(shí)發(fā)出警報(bào)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(yuǎn)程通信方式。

3、工藝設(shè)計(jì)要求和應(yīng)用方案：

? 生產(chǎn)線有三個(gè)工作段組成，每個(gè)工作段的張力要求恒定，既對傳動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制要求很高。系統(tǒng)全線有8組“S”輥都設(shè)有張力控制和檢測裝置，通過HPC的PID調(diào)節(jié)器之后進(jìn)行了張力平衡分配控制，因此，全線工作輥的交流變頻傳動(dòng)裝置都采用了有速度傳感器反饋異步電機(jī)矢量控制方式，以確保工作輥速度控制的精確性。

? 為適應(yīng)工藝要求，提高控制精度，在調(diào)試中對傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械空載轉(zhuǎn)矩的特性曲線進(jìn)行了調(diào)試，并通過實(shí)際運(yùn)行測試計(jì)算出了機(jī)械慣量值，將其提供給HPC以實(shí)現(xiàn)實(shí)際負(fù)荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算和控制，因此提高了系統(tǒng)響應(yīng)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(dòng)機(jī)與變頻器之間連線，對安裝的準(zhǔn)確性和牢固可靠性進(jìn)行校驗(yàn)檢查，電機(jī)接線組別檢查，線路絕緣檢查，確保絕緣良好，并確認(rèn)電機(jī)具備單體進(jìn)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(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)輸入/輸出電源是否符合設(shè)計(jì)要求。依據(jù)設(shè)計(jì)圖對裝置的邏輯關(guān)系進(jìn)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(gè)數(shù)字量輸出信號進(jìn)行強(qiáng)制為“1”輸出，觀察系統(tǒng)準(zhǔn)備好信號、主接觸器和抱閘接觸器是否正常或動(dòng)作，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(jìn)入下一個(gè)調(diào)試環(huán)節(jié)。

4.2 M單調(diào)試：

目的：為了檢測電機(jī)單體運(yùn)行的狀態(tài)是否正常，對電機(jī)的正方向進(jìn)行確認(rèn)，并執(zhí)行系統(tǒng)矢量控制動(dòng)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(biāo)，利用以靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)之間的變換，則可以把定子電流中的勵(lì)磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量變成標(biāo)量獨(dú)立分開進(jìn)行分別控制。這樣，通過坐標(biāo)變換重建的電機(jī)模型就可等效為一臺直流電機(jī)，從而可像直流電機(jī)那樣進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)矩和磁通控制。

方法：先將速度調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)設(shè)置為開環(huán)，即P13.11設(shè)置為“1”，在合上主電源并將P7.28數(shù)字輸出量強(qiáng)制為“1”，如果有電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)和抱閘，就將它們?nèi)繂?dòng)，這時(shí)再啟動(dòng)裝置運(yùn)行。運(yùn)行指示燈亮后，在參數(shù)P13.12中給定一定的頻率，電機(jī)開始運(yùn)行，這時(shí)觀察電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)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(shí)電機(jī)無任何負(fù)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(gè)電流看作為勵(lì)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(jìn)行檢查，確認(rèn)反饋信號正常后，停止運(yùn)行。P13.12參數(shù)設(shè)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(lì)磁）電流寫入P12.00中。

P12參數(shù)組為矢量控制方式的動(dòng)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(rèn)值與實(shí)際測試值的偏差小一些，有利于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測試工作的順利進(jìn)行。這時(shí)在P12.03中，把設(shè)置選擇為“3”，即選擇動(dòng)態(tài)自測試，這時(shí)在啟動(dòng)裝置運(yùn)行，系統(tǒng)開始動(dòng)態(tài)測試，系統(tǒng)對矢量控制所需要幾個(gè)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，大約會運(yùn)行10～15分鐘左右。測試后，裝置自動(dòng)停止運(yùn)行，這時(shí)會看到P12.00與先前設(shè)定的數(shù)值會有一定差別，這是因?yàn)橄到y(tǒng)通過動(dòng)態(tài)測試后，已經(jīng)修正了，這些參數(shù)值將是系統(tǒng)實(shí)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(dòng)的電機(jī)。電機(jī)如果交換需要重新測試。

現(xiàn)在啟動(dòng)裝置，會發(fā)現(xiàn)P9.05中的電流顯示與P12.00相同。這是因?yàn)檠b置在啟動(dòng)后系統(tǒng)輸出的磁通電流（或稱作勵(lì)磁電流）就為最大值，在HPC遠(yuǎn)程控制時(shí)與現(xiàn)在會有所不同，后面會說到。這時(shí)通過P9.00給系統(tǒng)一個(gè)速度給定，電機(jī)就會在給定速度上運(yùn)行起來，實(shí)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(shí)P9.05顯示為P12.00和P11.00兩個(gè)參數(shù)的實(shí)際值的和。當(dāng)P9.00給定速度等于額定速度時(shí)，這時(shí)的P9.05顯示值最大，當(dāng)給定大于額定速度時(shí)，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(lì)磁電流下降而轉(zhuǎn)矩電流不變的原因造成。在設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速運(yùn)行半小時(shí)后，觀察系統(tǒng)運(yùn)行正常，這樣M單調(diào)試就完成了。

4.3機(jī)械空載調(diào)試

目的：為了檢查機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，對空載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測試，繪制空載轉(zhuǎn)矩曲線，測試并計(jì)算機(jī)械慣量。

原理：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電機(jī)都能在溫升允許的條件下長期運(yùn)行，這時(shí)電機(jī)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(jì)算公式：

J=（ 2Co / W ） * （Tacc * Tdecc） /（Tacc+Tdecc） （1）

注： J = 機(jī)械慣量 Co = 輸出轉(zhuǎn)矩

Tacc = 起動(dòng)時(shí)間（0——最大速度給定）

Tdecc = 停止時(shí)間（最大速度——零給定）

C = Pw / W * （ n / 60 ） = Pw / 2π* n / 60 （2）

注： C = 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 Pw=電機(jī)額定功率

n = 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速

方法：參數(shù)設(shè)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(shè)備可以安全運(yùn)行后，啟動(dòng)運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，逐漸提速，并觀察機(jī)械設(shè)備是否正常，運(yùn)行至最大工藝要求轉(zhuǎn)速后，觀察機(jī)械設(shè)備是否正常，如果一小時(shí)后電機(jī)溫升，電流、機(jī)械設(shè)備都正常，這時(shí)就可以進(jìn)行測試。

對電機(jī)速度環(huán)進(jìn)行階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)，通過對速度調(diào)節(jié)器PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來調(diào)節(jié)速度環(huán)的響應(yīng)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(yīng)波形更加完美。

通過上表可知實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩等于模擬量輸出值與電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩值的乘積。依據(jù)上表繪制出設(shè)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(fù)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(shí)現(xiàn)張力分配控制的依據(jù)。

傳動(dòng)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(dòng)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(gè)積分環(huán)節(jié)，其積分時(shí)間常數(shù)由電機(jī)和機(jī)械設(shè)備的機(jī)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(gè)量進(jìn)行檢測后，提供給HPC得以在控制時(shí)加以排除和補(bǔ)償，提高控制精度。

在參數(shù)P8.00最大轉(zhuǎn)矩輸出中，設(shè)置為20%或依據(jù)設(shè)備情況而定，把啟動(dòng)和停止斜坡時(shí)間都設(shè)置為最小，P6.00為起動(dòng)斜坡，P6.01為停止斜坡，都設(shè)置為最小，這時(shí)再啟動(dòng)裝置，給定最大速度，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行達(dá)到最大速度后，再給定“零”速度，使設(shè)備運(yùn)行停止，通過示波器的波形記憶功能對剛才這一過程進(jìn)行記憶，并通過波形測算出起動(dòng)時(shí)間和停止時(shí)間，依據(jù)機(jī)械慣量的公式可以得到機(jī)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(dòng)調(diào)試：

目的：通過CAN-BUS網(wǎng)的通訊方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程順控，并根據(jù)全線的動(dòng)態(tài)控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視調(diào)控。

方法：依據(jù)HPC控制要求對參數(shù)進(jìn)行了選擇和設(shè)定。

通過這些設(shè)置后，并對通訊元件和通訊進(jìn)行檢查確認(rèn)正確后，重新起動(dòng)HPC，HPC會自動(dòng)檢測網(wǎng)上設(shè)備，從而與裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)HPC聯(lián)控。本階段調(diào)試任務(wù)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(fēng)機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行調(diào)試時(shí)，低速穩(wěn)定性很不好，觀察發(fā)現(xiàn)速度在200rmp以下時(shí)，會發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。由原理可以了解，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)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?yàn)樗徊捎肰/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(bǔ)償，但在200rmp以下時(shí)還是會有些波動(dòng)。

5.2 活套的空載轉(zhuǎn)矩測試：

在對活套進(jìn)行空載轉(zhuǎn)矩和機(jī)械慣量測試時(shí)，因?yàn)榛钐着_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(shí)根據(jù)實(shí)際要求，在對活套測試時(shí)，設(shè)置轉(zhuǎn)速和位置為兩個(gè)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?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行測試，把測試值線性化，依據(jù)這條線性方程來實(shí)現(xiàn)HPC的控制要求。

5.3 氣刀風(fēng)機(jī)出現(xiàn)跳閘：

氣刀風(fēng)機(jī)是全線功率比較大的兩臺特殊電機(jī)，它依據(jù)技術(shù)要求在實(shí)現(xiàn)快速速度調(diào)節(jié)時(shí)，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(cuò)了。在對變頻系統(tǒng)送電時(shí)，特別是氣刀風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)，由于它本身帶有自己的能耗電阻制動(dòng)單元，所以在送電時(shí)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(jìn)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(dòng)能力，當(dāng)大幅度快速調(diào)節(jié)速度時(shí)，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(jī)電流顯示不正常：

系統(tǒng)在HPC遠(yuǎn)程控制時(shí)，在裝置無啟動(dòng)信號時(shí)，磁通電流為最大值的70%，由參數(shù)P12.23設(shè)定。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，磁通加至100%，這時(shí)電機(jī)不會運(yùn)行，HPC是通過對激活電流的控制來實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的，激活電流由P11.00顯示，它是轉(zhuǎn)矩電流的一個(gè)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(gè)關(guān)系式：

所以在HPC操作控制畫面中的電流顯示實(shí)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(shù)先進(jìn)的數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)，在調(diào)試中我們不僅僅對當(dāng)今交流變頻技術(shù)有了新的認(rèn)識，也使得我們對先進(jìn)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(xué)習(xí)實(shí)踐經(jīng)歷，它將帶動(dòng)作者和同事們進(jìn)一步去探索和學(xué)習(xí)傳動(dòng)領(lǐng)域新的理論知識，并應(yīng)用與實(shí)踐以積累更多的經(jīng)驗(yàn)，真誠希望讀者給予指正和幫助。
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