转矩控制方式：优化技巧详解

1.基本概念

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。

2.转矩控制功能结构

转矩控制根据不同的数学算法其功能结构也不同，图6-3是一种典型的采用矢量方式实现的转矩控制功能框图。先是根据转矩设定值计算出转差频率，并与变频器获得的反馈速度（一般用编码器PG）或是直接推算的电动机速度相加，在速度限制下输出同步频率。很显然，在转矩控制方式下，速度调节器ASR并不起直接作用，也无法控制速度。

转矩控制时，变频器的输出频率自动跟踪负载速度的变化，但输出频率的变化受设定的加速和减速时间影响，如需要加快跟踪的速度，需要将加速和减速时间设得短一些。

图6-3 转矩控制功能框图

转矩分正向转矩和反向转矩，其设定可以通过模拟量端子的电平来决定，该转矩方向与运行指令的方向（即正转和反转）无关。当模拟量信号为0～10V时，为正转矩，即电动机正转方向的转矩指令（从电动机的输出轴看是逆时针转）；当模拟量信号为-10V～0时，为负转矩，即电动机反转方向的转矩指令（从电动机的输出轴看是顺时针转）。

3.转矩控制和速度控制的切换

由于转矩控制时不能控制转速的大小，所以，在某些转速控制系统中，转矩控制主要用于起动或停止的过渡过程中。当拖动系统已经起动后，仍应切换成转速控制方式，以便控制转速。

切换的时序图如图6-4所示。

图6-4 转矩控制和转速控制的时序图

1）t₁时段：变频器发出运行指令时，如未得到切换信号，则为转速控制模式。变频器按转速指令决定其输出频率的大小。同时，可以预置转矩上限。

2）t₂时段：变频器得到切换至转矩控制的信号（通常从外接输入电路输入），转为转矩控制模式。变频器按转矩指令决定其电磁转矩的大小。同时，必须预置转速上限。(www.xing528.com)

3）t₃时段：变频器得到切换至转速控制的信号，回到转速控制模式。

4）t₄时段：变频器再次得到切换至转矩控制的信号，回到转矩控制模式。

5）t₅时段：变频器的运行指令结束，将在转速控制模式下按预置的减速时间减速并停止。

如果变频器的运行指令在转矩控制下结束，变频器将自动转为转速控制模式，并按预置的减速时间减速并停止。

4.转矩控制与限转矩功能

在转矩控制中，经常会与速度控制下的限转矩功能混淆。所谓转矩限定，就是用来限制速度调节器ASR输出的转矩电流。

定义转矩限定值0～200%为变频器额定电流的百分数；如果转矩限定=100%，即设定的转矩电流极限值为变频器的额定电流。图6-5所示为转矩限值功能示意图，F₁、F₂分别限制电动和制动状态时输出转矩的大小。

再生制动状态运行时，应根据需要的制动转矩适当调整再生制动限定值F₂，在要求大制动转矩的场合，应外接制动电阻或制动单元，否则可能会产生过电压故障。

对于转矩限制，一般可以通过两种方式进行设定。一种是通过参数设定，变频器都提供了相应的参数；另外一种就是通过模拟量输入设定，用输入量的0～10V或4～20mA信号对应0～200%的转矩限值。

图6-5 转矩限制功能图

小贴士

对于转矩限值的设定，必须注意以下几点：转矩极限功能起动时，应转矩控制优先，所以电动机转速的控制与修正为无效。因此会有增加加减速时间、电动机转速降低的现象发生；在升降负载使用转矩极限时，请勿随意降低转矩极限值，会有落下和滑落的危险；转矩极限的精度，在输出频率10Hz以上时可以达到±5%，输出频率低于10 Hz时精度会有所降低。