變頻器帶編碼器的閉環(huán)控制：
變頻控制閉環(huán)，主要是指速度閉環(huán)。
變頻電機有需要速度反饋的，在電機啟動、加速和減速停止的變速過程中，電機的驅(qū)動電流需要與實際轉(zhuǎn)速下電機因“發(fā)電機效應”產(chǎn)生的反電動勢相匹配，如果電機驅(qū)動電流與反電動勢阻抗不匹配，電機驅(qū)動力不夠轉(zhuǎn)速達不到輸出要求，或者因電機負載過大電機沒有達到輸出速度值，反電動勢因與轉(zhuǎn)速成比例而偏弱，這樣會引起電機電流徒增，容易燒毀電機線圈或驅(qū)動器。速度反饋及時反饋的信息可以計算實際轉(zhuǎn)速并導算反電動勢與驅(qū)動電流的匹配，從而保護電機和驅(qū)動器。
變頻頻電機的速度閉環(huán)反饋，大約有三種模式：
1，霍爾傳感器，在電機轉(zhuǎn)徑上大部分是三個霍爾傳感器，反饋三相位置變化。由于傳感器對電機一周的提供信息有限，速度精度低，在低速時很難分辨。
2，所謂無傳感器的技術----利用線圈轉(zhuǎn)起來，自感應反電動勢。但是在啟動到低速過程中反電動勢較弱，如果感應電路本底阻抗在，這種微弱的感應被“吃掉”，低速時實際獲得反饋很不穩(wěn)定。
3，旋轉(zhuǎn)編碼器，較高的分辨率（例如每圈1024個脈沖），可獲得較高的速度精度，尤其是在啟動到低速時精度高。
根據(jù)上述描述，可見變頻器（尤其是矢量變頻）帶編碼器主要是在低速啟動時的效果，可以精細化計算驅(qū)動電流，防止電流過小驅(qū)動力不夠（沒有轉(zhuǎn)速），或者因為堵轉(zhuǎn)電機失速，反電動勢不夠而驅(qū)動電流過流，容易燒毀器件或電機。
上述情況在起重啟升類電機尤為重要，防止變頻器為保護電機失速而溜鉤，所以起重啟升類變頻器必須加裝編碼器。
注意一下矢量變頻的手冊內(nèi)容，一般有編碼器反饋的，低速可做到很低。
另外，變頻器有的加裝了PG卡的位置閉環(huán)模式，編碼器反饋給具有位置控制功能的變頻器（PG卡）做位置閉環(huán)控制，或者編碼器信號給PLC，PLC給指令變頻器減速和制動做位置閉環(huán)控制，這時我建議需要用值編碼器。
變頻電機節(jié)能一直是一個討論的話題，電機從啟動到低速到正常運動，往往啟動過流設計，并在低速時因反電動勢很低，要有外部阻抗來匹配，實際上這就消耗了大量能耗在外部阻抗上。編碼器的推廣使用，可精細化驅(qū)動電流，減少這部分損耗。有人計算過，全球40%以上的電能用于電機，而啟動時的能耗占比大，如果電機都能在啟動時實現(xiàn)節(jié)能啟動，相當于可多出多個福島核電站。
所以，變頻器編碼器閉環(huán)應該是個趨勢。
變頻調(diào)速已被公認為是較為理想、比較有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，采用通用構成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的，一是為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求;二是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。
1、變頻調(diào)速的節(jié)能
由于采用變頻調(diào)速后，風機、泵類負載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達到20%～60%，這是因為風機水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當用戶需要的平均流量較小時，風機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。而傳統(tǒng)的擋板和閥門進行流量調(diào)節(jié)時，耗用功率變化不大。由于這類負載很多，約占交流總?cè)萘康?0%～30%，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。
2、軟啟動
工頻狀況下馬達采用的是星三角降壓延時啟動，此時電流是電機額定電流的4—7倍，若多臺大功率的電機同時啟動，將對電網(wǎng)造成很大沖擊。采用變頻器后，馬達只需在額定電流下就可啟動，電流平滑無沖擊，減少了啟動電流對馬達和電網(wǎng)的沖擊，延長了電機的使用壽命。
3、減少無功功率
無功功率不但增加線損和設備的發(fā)熱，更主要的是因無功功率因素的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低。而使用變頻器調(diào)節(jié)后由于變頻器內(nèi)濾波的使用，使得功率因素接近為1，增大了電網(wǎng)的有功功率。從而節(jié)省了無功功率消耗的能量。
4、方便控制，使控制系統(tǒng)簡單化
1、適應性強，不易受電壓波動影響，可適應電壓±20%的變化;
2、調(diào)速效率高，可達95%以上;
3、實現(xiàn)平穩(wěn)的無級調(diào)速，調(diào)速方便、調(diào)速精度高(可達0.01HZ);
4、有過壓、欠壓、過流、過載、欠相等多種保護功能，保護準確、可靠，從而降低事故發(fā)生率并及時提供
5、提高電機運行功率因數(shù)，減少了設備的磨損，延長了電機的檢修周期和使用壽命;
6、具有開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式，提高系統(tǒng)自動化程度，控制更方便，控制精度更高;
7、靈活換相，起停加減速時間可調(diào);
8、調(diào)試、安裝方便，操作簡單，容易掌握。
9、操作簡便，不需要更多人員，節(jié)約人工費。
高壓同步以其功率因數(shù)高、運行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、低轉(zhuǎn)速設計簡單等優(yōu)點在高壓大功率驅(qū)動領域有著大量的應用，如大功率風機、水泵、油泵等。對于大功率低速負載，如磨機、往復式壓縮機等，使用多極不僅可以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，更可以省去變速機構，如齒輪變速箱，降低系統(tǒng)故障率，簡化系統(tǒng)維護。
由于同步電機物理過程復雜、控制難度高，以往的高壓同步電機調(diào)速系統(tǒng)必須安裝速度/位置，增加了故障率，系統(tǒng)的可靠性較低。
單元串聯(lián)多電平型由于具有成本低，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，網(wǎng)側(cè)電流諧波小，輸出電壓波形正弦、基本無畸變，可靠性高等特點，在高壓大容量異步電機變頻調(diào)速領域取得了非常廣泛的應用。將單元串聯(lián)多電平型變頻器應用于同步電動機將有效地提高同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，降低同步電機變頻改造的成本，提高節(jié)能改造帶來的效益，同時也為單元串聯(lián)多電平型變頻器打開一個廣闊的新市場。利德華福的技術人員經(jīng)過大量的理論分析、計算機仿真和物理系統(tǒng)實驗，解決了同步電機起動整步等關鍵問題，已于2006年4月底成功地將單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器應用于巨化股份公司合成氨廠的1000kw/6kv同步電動機上。以下將簡要介紹實際應用中的主要技術問題。
1、同步電動機的工頻起動投勵過程
為了更好的說明同步電機的運行特點，先對同步電機的工頻起動投勵過程進行簡要的介紹。
在電網(wǎng)電壓直接驅(qū)動同步電機工頻運行時，同步電動機的起動投勵是一個比較復雜的過程。當同步電機電樞繞組高壓合閘時，通過高壓的輔助觸點告知同步電機的勵磁裝置準備投勵。此時，勵磁裝置自動在同步電機的勵磁繞組上接入一個滅磁電阻，以防止勵磁繞組上感應出高壓，同時在起動時提供一部分起動轉(zhuǎn)矩。同步電機電樞繞組上電后，在起動繞組和連有滅磁電阻的勵磁繞組的共同作用下，電機開始加速。當速度到達95%的同步轉(zhuǎn)速時，勵磁裝置根據(jù)勵磁繞組上的感應電壓選擇合適的時機投入勵磁，電機被牽入同步速運行。如果同步電機的凸極效應較強、起動負載較低，則在勵磁裝置找到合適的投勵時機之前，同步電機已經(jīng)進入同步運行狀態(tài)。在這種情況下，勵磁裝置將按照延時投勵的準則進行投勵，即高壓合閘后15s強行投勵。
2、變頻器驅(qū)動同步電動機時的起動整步過程
用變頻器驅(qū)動同步電機運行時，使用與上述方式不同的起動方式：帶勵起動。
在變頻器向同步電機定子輸出電壓之前，即啟動前，先由勵磁裝置向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，然后變頻器再向同步電機的電樞繞組輸出適當?shù)碾妷?，起動電機。
同步電機與普通異步電機運行上主要的區(qū)別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導致系統(tǒng)失步。在電機起動之初，這二者的夾角是任意的，必須經(jīng)過適當?shù)恼竭^程將這一夾角控制到一定的范圍之內(nèi)，然后電機進入穩(wěn)定的同步運行狀態(tài)。因此，起動整步問題是變頻器驅(qū)動同步電動機運行的關鍵問題。
變頻器驅(qū)動同步電動機的起動整步過程主要分為以下幾個步驟：
(1)勵磁裝置投勵。勵磁系統(tǒng)向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，在同步電機轉(zhuǎn)子上建立一定的磁場。
(2)變頻器向同步電機的電樞繞組施加一定的直流電壓，產(chǎn)生一定的定子電流。此時，在同步電機上產(chǎn)生一定的定子電流，并在定子上建立較強的磁場。轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間電磁力的作用下開始轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向可能與電機正常運行時的轉(zhuǎn)向相同，也可能相反。
(3)變頻器按照電機正常運行時的轉(zhuǎn)動方向，緩慢旋轉(zhuǎn)其施加在電樞繞組上的電壓矢量。隨著同步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動和定子磁場的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁極將在某一時刻掠過定子的異性磁極，或者轉(zhuǎn)子磁極加速追上旋轉(zhuǎn)的定子磁極。此時，電機的轉(zhuǎn)子磁極被較強的定子磁極可靠吸引，二者間的角度經(jīng)過少量有阻尼的震蕩后，逐漸趨于一個較小的常量。至此，同步電機進入同步運行狀態(tài)，整步過程完成。
(4)變頻器按照預先設定的加速度和v/f曲線(即磁通給定)，調(diào)節(jié)輸出電壓，逐漸加速到給定頻率。此時，同步電機的轉(zhuǎn)子角逐漸拉大到某一常值，然后電機轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機起動過程完成。
在同步電機的起動整步過程中，定、轉(zhuǎn)子磁勢大小的選擇和各步驟間的切換是控制的關鍵問題。如果選擇過低的定子磁場，則定子磁極無法在第一次經(jīng)過轉(zhuǎn)子的異性磁極時，將其可靠吸牢，此后轉(zhuǎn)子經(jīng)過同性磁極間斥力的反向加速作用，在下一次經(jīng)過定子磁極時，二者將具有更大的相對速度，定子磁場更加無法有效牽引轉(zhuǎn)子磁極，最終將導致起動整步失敗。選擇過大的定子磁場可能導致同步電機的定子鐵心飽和，進一步導致變頻器輸出過電流，電機起動失敗。
3、變頻器驅(qū)動同步電動機的穩(wěn)態(tài)運行與運行時的勵磁調(diào)節(jié)
由于變頻器驅(qū)動同步電機時使用無需安裝速度/位置傳感器的控制方法，而變頻器輸出波形為多電平pwm波形，與控制異步電機時的波形相同，因此在運行過程中，變頻器可以完全等效于一個正弦電壓源，無轉(zhuǎn)矩脈動，具有較高的可靠性。
由于同步電機的無功電流僅在電機和變頻器間流動，不進入電網(wǎng)，因而無須對電機的勵磁電流進行精確的控制。一般可在電機運行的典型工況下，手動調(diào)節(jié)其勵磁電流，使變頻器的輸出電流量小，輸出功率因數(shù)近似為1，然后在先調(diào)速運行過程中維持該電流不變即可。對于需要在運行時實時調(diào)整勵磁電流的工況，變頻器可以實測其輸出給同步電機的無功功率，向勵磁裝置下達勵磁給定信號，調(diào)整勵磁電流。
4、同步電動機的故障滅磁
在正常停機時，變頻器先驅(qū)動同步電機減速至停機轉(zhuǎn)速，然后停止向電機的電樞繞組輸出電壓。在該轉(zhuǎn)速下，最大的勵磁電流在同步電機定子側(cè)感應的電壓低于變頻器輸出側(cè)的長時間耐受電壓，因此在電機之后的自由滑行過程中，維持勵磁電流不會對設備造成危害，不需要即時滅磁。
在遇到故障時，如果僅停止向其電樞繞組供電，而維持其勵磁電流，則旋轉(zhuǎn)中的同步電機將持續(xù)地向其定子側(cè)發(fā)出三相交流電壓，危害設備安全，并可能造成事故的擴大。因此在遇到嚴重故障需要停機時，變頻器必須通知勵磁裝置進行滅磁。
同步電機滅磁的物理過程如下：
在滅磁之初，在勵磁裝置的作用下同步電機的勵磁電流迅速下降，但由于同步電機的主磁通無法突變，在阻尼繞組(起動繞組)上隨即感應出較大的電流，此時旋轉(zhuǎn)中的同步電機向其定子機端(即變頻器輸出端)發(fā)出較高的三相交流電壓。隨后，阻尼繞組上的電流在阻尼繞組的內(nèi)阻上逐步衰減為零，同步電機發(fā)出的定子電壓也隨之逐步衰減。這一衰減過程一般為數(shù)秒鐘，因此變頻器的輸出端必須具有停機狀態(tài)下承受短時過電壓的能力。
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