風機控制系統設計

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TD3000系列變頻器是美國Emerson公司自主開發生產的高品質、多功能、低噪聲的矢量制通用變頻器。雙DSP+MCU+CPLD構成了TD3000變頻器的控制核心，雙DSP之間以SPI方式實現高速數據交換。它具有電機參數自動調諧、零伺服控制、速度控制和轉矩控制在線切換、轉速跟蹤、內置PLC內置PID控制器、編碼器給定及反饋信號斷線監測、故障信號追憶、28種故障監控、豐富的I／O端子、內置PG(光電測速脈沖編碼器)接口和多達數十種的速度設定方式，能滿足各類負荷對傳動控制的要求。
實驗中所用變頻器型號為：TD3000．4T0150G，其額定容量為21kVA，適配電機額定功率為15Kw。該變頻器有三種基本控制方式：無PG矢量控制、有PG矢量控制和V／F控制。V／F控制我們接觸較多，即異步電機的恒壓頻比控制。無PG矢量控制，即無速度傳感器矢量控制，又稱開環矢量控制，適用于不安裝碼盤，對啟動轉矩和速度控制精度要求較高，常規V／F控制方式滿足不了的應用場合。
而有PG矢量控制，即有速度傳感器矢量控制，又稱為閉環矢量控制，適用于研究轉矩響應更快，控制精度更高的場合。而基于這三種基本控制方式，通過變頻器功能端子的設定，變頻器不僅可以進行通常的啟動、運行、停止、正反轉等基本運行控制，而且還具有多種功能運行模式，如：PLC運行、PID運行、轉矩控制、S加速等。由前面的分析可以看出，石家莊風機廠模擬器軟件部分最終的動態轉矩信號是以占空比控制的PWM輸出的，若加以濾波整形和必要運算，變換成模擬電壓信號，直接送入變頻器的模擬電壓輸入端子，(由第二章仿真波形可以看出，石家莊風機廠動態模擬器補償轉矩可能出現負值，故此模擬電壓輸入端子應該選為雙極性輸入的A13)利用變頻器提供的轉矩控制功能，實現控制芯片輸出動態轉矩信號的跟蹤控制，驅動15Kw異步電動機器，復現石家莊風機廠模擬程序的計算轉矩，將其變為具有實際驅動意義的轉矩信號。轉矩控制時無法控制速度，當轉矩指令大于負載轉矩時，電機轉速會上升，故上圖的速度極限設定即設定變頻器運行的上限頻率，以此避免系統飛車等故障出現。
轉矩控制本質上還是變頻器的矢量頻率控制，為有PG矢量控制的一種形式。這樣一來，必須明確以下兩點：1)電壓的模擬給定必然與變頻器的頻率給定之間有著一一對應的函數關系，通過變頻器TD3000手冊，可以得到模擬輸入信號與設定頻率的輸入輸出關系，模擬端子給定電壓最小值·lOv對應頻率給定的最小值一厶。，電壓最大值對應頻率給定最大值厶。，模擬輸入電壓信號在0附近對應頻率給定存在一定的死區，其他部分均為線性關系。2)既然轉矩控制是有PG矢量控制的一種，那么PG線連接方式也顯得十分重要，它是變頻器正常運行所必須的，TD3000變頻器提供了三種PG接線方式即：差動輸出、集電極開路輸出和推挽輸出編碼器接線方式，本設計采用集電極開路輸出方式進行編碼器信號與變頻器的速度信號傳輸，此時Emerson TD3000變頻器應做如下必要的參數設置，其他參數設置可根據實際情況予以設置，這樣一來變頻器控制的異步電機既可以作為原動機進行石家莊風機廠模擬，從而進行風力發電地面(M．G)模擬實驗研究。