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控制系統(tǒng)

ABB變頻器主從控制在工業(yè)上的應(yīng)用(一)

星之球激光 來源:工控網(wǎng)2012-10-24 我要評(píng)論(0 )   

1 引言 近年來,隨著我國 自動(dòng)化 技術(shù)的迅速發(fā)展, 工業(yè)自動(dòng)化 取得了長足的進(jìn)步。變頻器由于性能穩(wěn)定、 節(jié)能 環(huán)保、性價(jià)比高,在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中,...

1 引言

  近年來,隨著我國自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)自動(dòng)化取得了長足的進(jìn)步。變頻器由于性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、性價(jià)比高,在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中,冶金、造紙等行業(yè)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)靜態(tài)指標(biāo)有著較高的要求,在轉(zhuǎn)爐或紙機(jī)的電氣控制上要求各部分驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步,否則,無法維持正常生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。然而,在實(shí)際生產(chǎn)中,有許多因素都會(huì)干擾電機(jī)的同步控制,例如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、頻率的變化、負(fù)載的突變、溫度的改變等。因此,為了得到理想的同步控制效果,采用主從控制是比較好的解決方案之一。

 

2 同步運(yùn)行方案的選擇

  工業(yè)中同一臺(tái)設(shè)備或者同一條生產(chǎn)線的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部分通常采用一臺(tái)大功率電機(jī)或多臺(tái)相對(duì)功率較小的電機(jī)分別拖動(dòng)的方式,而這些不同的運(yùn)動(dòng)部分彼此間在運(yùn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)方面常常有配合協(xié)調(diào)關(guān)系,這就要求在各電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制之間建立某種關(guān)系,這就是所謂的同步運(yùn)行問題。

  同步運(yùn)行是變頻調(diào)速在工業(yè)應(yīng)用中比較復(fù)雜和要求很高的領(lǐng)域。正確選擇同步控制方案,是在同步運(yùn)行領(lǐng)域正確設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。通常,同步運(yùn)行主要可以采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)。

 

  2.1 單臺(tái)大功率電機(jī)

  對(duì)于大功率負(fù)載,一般選用一臺(tái)大功率電機(jī)及相應(yīng)功率的變頻器組成其傳動(dòng)系統(tǒng)。相對(duì)于多電機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng),單臺(tái)大功率電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由于只有一個(gè)傳動(dòng)速度,同步性能最優(yōu)。然而,也正是由于該系統(tǒng)的唯一性,任何一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障都將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的停機(jī),系統(tǒng)冗余性差,而且由于電機(jī)、變頻器等電氣設(shè)備的功率較大,維護(hù)困難,恢復(fù)時(shí)間較長。

 

  2.2 群拖

  用一臺(tái)變頻器帶動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行的方式,稱為群拖。這時(shí)變頻器的輸出側(cè)就成了供電母線,各電動(dòng)機(jī)接受同頻率同幅值的電壓。在電動(dòng)機(jī)規(guī)格相同時(shí),彼此間總是運(yùn)行在理想空載轉(zhuǎn)速相同、斜率也大致相同的機(jī)械特性上,當(dāng)負(fù)載大致一致時(shí),實(shí)際轉(zhuǎn)速也大致相同。

  由于矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都不能用于群拖方式,因此,群拖方式只能采用恒壓頻比控制方式。由于恒壓頻比控制方式的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)速性能都不高,且低速時(shí)帶載能力差,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低,一般應(yīng)用于調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。另外,群拖方式下,各電動(dòng)機(jī)只是理想空載轉(zhuǎn)速一致,而實(shí)際轉(zhuǎn)速由機(jī)械特性曲線和負(fù)載力矩決定,因此,群拖方式下的各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速并不能保證完全一致,同步性不高,故群拖方式只能用于同步運(yùn)行要求不高的場(chǎng)合。

  2.3 主從控制#p#分頁標(biāo)題#e#

  2.3.1 主從控制連接方式

  主從控制是為多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),每臺(tái)電機(jī)分別由單獨(dú)的變頻器控制,因此,主從控制可以采用具有轉(zhuǎn)矩控制能力的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制方法。利用這個(gè)高性能的控制算法,可在同步運(yùn)行的機(jī)構(gòu)之間建立合理的負(fù)載分配關(guān)系,充分發(fā)揮各電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力。主從控制連接方式一般有以下兩種:

 ?。?)主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸通過齒輪、鏈條等進(jìn)行剛性連接,如圖1(a)所示。從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制模式,以使傳動(dòng)單元之間平均分配負(fù)載轉(zhuǎn)矩,此時(shí)是由機(jī)械結(jié)構(gòu)保證轉(zhuǎn)速同步,由于每臺(tái)電機(jī)分別由單獨(dú)的變頻器控制,保證了各電動(dòng)機(jī)承擔(dān)的負(fù)載分配合理,防止出現(xiàn)分配轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重不平衡,甚至彼此頂?,F(xiàn)象的發(fā)生。

 ?。?)當(dāng)主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸采用柔性連接時(shí),如圖1(b)所示。從機(jī)應(yīng)該采用速度控制方式,在這種情況下,機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能保證同步運(yùn)行的要求,由變頻器組成的傳動(dòng)系統(tǒng)除了采用速度控制方式解決轉(zhuǎn)速同步問題,同時(shí)還要利用轉(zhuǎn)矩下垂特性實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在各個(gè)電機(jī)上的平均分配。

  圖2示出了轉(zhuǎn)矩下垂功能原理:用參數(shù)規(guī)定額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速差,而系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)矩和給定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定實(shí)際的速度給定值,如式(1)所示。這樣,系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩情況自動(dòng)調(diào)整給定轉(zhuǎn)速,具備了速度適應(yīng)能力。因此,轉(zhuǎn)矩下垂特性允許主機(jī)和從機(jī)之間存在微小的速度差。

  

        式中,n為實(shí)際給定轉(zhuǎn)速,n0為給定轉(zhuǎn)速,δn為轉(zhuǎn)速差,t為實(shí)際轉(zhuǎn)矩,t0為額定轉(zhuǎn)矩。

 

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