风机控制系统设计

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TD3000系列变频器是美国Emerson公司自主开发生产的高品质、多功能、低噪声的矢量制通用变频器。双DSP+MCU+CPLD构成了TD3000变频器的控制核心，双DSP之间以SPI方式实现高速数据交换。它具有电机参数自动调谐、零伺服控制、速度控制和转矩控制在线切换、转速跟踪、内置PLC内置PID控制器、编码器给定及反馈信号断线监测、故障信号追忆、28种故障监控、丰富的I／O端子、内置PG(光电测速脉冲编码器)接口和多达数十种的速度设定方式，能满足各类负荷对传动控制的要求。
实验中所用变频器型号为：TD3000．4T0150G，其额定容量为21kVA，适配电机额定功率为15Kw。该变频器有三种基本控制方式：无PG矢量控制、有PG矢量控制和V／F控制。V／F控制我们接触较多，即异步电机的恒压频比控制。无PG矢量控制，即无速度传感器矢量控制，又称开环矢量控制，适用于不安装码盘，对启动转矩和速度控制精度要求较高，常规V／F控制方式满足不了的应用场合。
而有PG矢量控制，即有速度传感器矢量控制，又称为闭环矢量控制，适用于研究转矩响应更快，控制精度更高的场合。而基于这三种基本控制方式，通过变频器功能端子的设定，变频器不仅可以进行通常的启动、运行、停止、正反转等基本运行控制，而且还具有多种功能运行模式，如：PLC运行、PID运行、转矩控制、S加速等。由前面的分析可以看出，石家庄风机厂模拟器软件部分最终的动态转矩信号是以占空比控制的PWM输出的，若加以滤波整形和必要运算，变换成模拟电压信号，直接送入变频器的模拟电压输入端子，(由第二章仿真波形可以看出，石家庄风机厂动态模拟器补偿转矩可能出现负值，故此模拟电压输入端子应该选为双极性输入的A13)利用变频器提供的转矩控制功能，实现控制芯片输出动态转矩信号的跟踪控制，驱动15Kw异步电动机器，复现石家庄风机厂模拟程序的计算转矩，将其变为具有实际驱动意义的转矩信号。转矩控制时无法控制速度，当转矩指令大于负载转矩时，电机转速会上升，故上图的速度极限设定即设定变频器运行的上限频率，以此避免系统飞车等故障出现。
转矩控制本质上还是变频器的矢量频率控制，为有PG矢量控制的一种形式。这样一来，必须明确以下两点：1)电压的模拟给定必然与变频器的频率给定之间有着一一对应的函数关系，通过变频器TD3000手册，可以得到模拟输入信号与设定频率的输入输出关系，模拟端子给定电压最小值·lOv对应频率给定的最小值一厶。，电压最大值对应频率给定最大值厶。，模拟输入电压信号在0附近对应频率给定存在一定的死区，其他部分均为线性关系。2)既然转矩控制是有PG矢量控制的一种，那么PG线连接方式也显得十分重要，它是变频器正常运行所必须的，TD3000变频器提供了三种PG接线方式即：差动输出、集电极开路输出和推挽输出编码器接线方式，本设计采用集电极开路输出方式进行编码器信号与变频器的速度信号传输，此时Emerson TD3000变频器应做如下必要的参数设置，其他参数设置可根据实际情况予以设置，这样一来变频器控制的异步电机既可以作为原动机进行石家庄风机厂模拟，从而进行风力发电地面(M．G)模拟实验研究。