变频器PID在恒压供气中的使用

王世峰

摘 要：工作原理为：三相异步电动机在变频器变频调速控制下运转，传动给风机工作产生恒压力的压缩空气，提供给用户。同时，远传压力表将管网压力转化为电压信号给PID，PID根据设定值的调节，经过运算调节产生控制信号，将控制信号传导变频器，变频器接到信号，控制电动机，电动机再到风机，依次往复工作，形成闭环控制。

关键词：变频器 PID控制 閉环控制

中图分类号：TP273 文献标识码 ：A 文章编号：1003-9082（2017）08-0-01

采用恒压供气，一般以管网压力作为控制对象。压力变送器将储气罐压力P转化为电信号控制器。控制器将采集来的压力与压力设定值作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送至变频器，通过变频器控制电动机的工作频率与转速，从而使实际压力始终接近设定压力。这样的工作模式可以显著提高压缩空气的质量和电能的利用率，该方案还可以使电动机从静止到旋转工作可由变频器来实现软启动，避免电动机频繁启停带来的机械冲击，同时减小冲击电流对电网的影响。

一、变频器的简要介绍

1.变频器

在该系统中是一个非常重要的元器件，主要作用是变频调速。交流变频调速技术在国内外得到广泛的应用。变频器具有体积小，重量轻，易安装，操作简单，数据可靠，性能稳定和节电效果明显等特点，是一项较为成熟的技术成果。

变频器主要分为交---交变频器和交---直---交变频器两类。

交---交变频器直接将电网交流电变为可调频调压的交流电，输出无中间滤波环节，又称直接变频器。交---直---交变频器则先将电网交流电经过整流器转化为直流电，经过滤波，再经逆变器转换为调压调频的交流电，又称间接变频器。

常规晶闸管交---直---交变频器存在许多问题。例如，其主电路需用两套可控的晶闸管变流器，可控开关器件多，控制线路复杂。由于电压的控制会使电网功率因数降低，影响供电质量，由于逆变输出的是阶梯电压会使电动机中存在较大的低次谐波电流，会产生较大的脉动转矩，影响电动机的稳定，低速更加明显。中间滤波环节有滤波电容或电抗器等大惯性元件，变频器的动态响应慢。随着科技的发展，中小容量变频器广泛采用了PWM型 交----直---交变频器。PWM变频器的主电路采用不可控的二极管整流器和PWM型逆变器，可控开关器件少。由控制电路按一定规律控制逆变器中开关器件的高频率通断，在逆变器的输出端可获得一系列的等幅但不等宽的矩形脉冲波，这种波形近似正弦交流电波形。基本解决了梯次波在PAM中存在的问题。通常把参考信号为正弦波的脉宽调制方式成为正弦波脉宽调制---SPWM。一般工业领域中大多用SPWM变频器。在应用当中PWM型的特点基本上克服了常规晶闸管交---直---交存在的问题。

2.变频器在应用中常见的故障有

2.1过流故障 过流故障可分为加速，减速，恒速过电流。可能是由于变频器的加速时间太短，负载发生突变，负荷分配不均，对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已坏，需要更换变频器。

2.2过载故障 过载故障包括变频过载和电机过载。其可能加速时间过短，电网电压过低，负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间，延长制动时间，检查电网电压等。负载过重，所选的变频器和电机不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者必须更换大功率的电动机和变频器，若后者则要对生产机械进行检修。

2.3欠压 说明变频器电源输入部分有问题，或者电网电压短时波动引起，需检查后方可运行。

二、本系统采用PID控制模式进行运算

1.在自动控制系统中，PID是指比例积分微分调节器

P即比例控制，是指系统的输出量与输入量成比例的控制。

虽然比例控制作用强，但是也有很大的不足。当系统中输入偏差为零，P调节器输出也将为零，说明系统没有比例控制作用。系统将不能正常运行。当系统出现扰动时，通过适当的比例控制，系统的被控量可以达到新的稳定，但永远回不到原值。

2.I调节器

I控制器的最大优点是消除了输出量的稳态误差，能实现无静差控制，但是，由于积分作用随时间积累的逐渐增强，积分调节的过程是缓慢的。积分控制有明显的滞后作用，积分控制通常只作为一种辅助调节。

3.PI调节器是以P控制为主，I控制为辅的调节器

比例积分控制的比例作用，使得系统的响应速度快，积分作用又使得系统基本无静差。PI调节器有两个可供调整的参数Kp和Ti ，减小Kp 或增大Ti ，都会减小超调量，这有利于系统的稳定，但降低了系统的响应速度。

4.PID调节器是在PI控制的基础上加入了微分控制

由于积分的滞后作用，微分有超前的校正作用，通常把三者结合起来取长补短，以得到更为满意的效果。

PID闭环控制系统中应用最为广泛。在恒压供气系统中是较为首选的调节器。因为：①它不需要被控对象的数学模型。在自动控制理论中的分析和设计主要是建立在被控对象的线性顶常数模型的基础上的。②结构简单容易实现。PID控制器结构典型，计算工作量小，要整定的参数少，各参数都有明确的物理意义。③有较强的适应性与灵活性④使用方便。

三、恒压供气的工作原理

1.元器件

PID调节器、远传压力表、空气开关、按钮开关、电源模块、电位器，变频器、电动机、导线等。

工作原理为：三相异步电动机在变频器变频调速控制下运转，传动给风机工作产生恒压力的压缩空气，提供给用户。同时，远传压力表将管网压力转化为电压信号给PID，PID根据设定值的调节，经过运算调节产生控制信号，将控制信号传导变频器，变频器接到信号，控制电动机，电动机再到风机，依次往复工作，形成闭环控制。

结论

该设计方案充分利用了变频调速原理，PID控制运算方式，闭环自动控制思想，在实际生产中效果显著，明显提高了生产效率，提高了产品的质量。该设计方案也可以延伸应用与恒压供水系统与PLC联合应用，自动化水平更高。endprint