技術(shù)頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) > 技術(shù)頻道 > 應(yīng)用方案 > ABB變頻器主從控制在工業(yè)的應(yīng)用

ABB變頻器主從控制在工業(yè)的應(yīng)用

時(shí)間:2015-03-25 14:50:39來(lái)源:ABB中國(guó)有限公司

導(dǎo)語(yǔ):?近年來(lái),隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)自動(dòng)化取得了長(zhǎng)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

1引言

近年來(lái),隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)自動(dòng)化取得了長(zhǎng)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(wú)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(wèn)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(zhǎng)。

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

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:

(1)主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸通過(guò)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。

(2)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(wèn)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。

2.3.2abb變頻器主從控制原理及參數(shù)設(shè)置

(1)主從控制原理

abbacs800系列變頻器主從控制采用直接轉(zhuǎn)矩(dtc)作為其核心控制原理。而直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是在變頻器內(nèi)部建立了一個(gè)交流異步電動(dòng)機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型,根據(jù)實(shí)測(cè)的直流母線電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和電流計(jì)算出一組精確的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子磁通實(shí)際值,并將這些參數(shù)值直接應(yīng)用于控制輸出單元的開(kāi)關(guān)狀態(tài),變頻器的每一次開(kāi)關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的,這意味著可以產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)最佳的開(kāi)關(guān)組合并對(duì)負(fù)載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應(yīng),并將轉(zhuǎn)矩相應(yīng)限制在一拍以內(nèi),且無(wú)超調(diào),真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制??刂圃砣鐖D3所示。

在主從控制應(yīng)用中,外部信號(hào)(包括起動(dòng)、停止、給定信號(hào)等)只與主機(jī)變頻器相連,主機(jī)通過(guò)光纖將從機(jī)控制字和轉(zhuǎn)速給定值、轉(zhuǎn)矩給定值廣播給所有的從機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)的控制。從機(jī)一般不通過(guò)主從通訊鏈路向主機(jī)發(fā)送任何反饋數(shù)據(jù),從機(jī)的故障信號(hào)單獨(dú)連至主機(jī)的運(yùn)行使能信號(hào)端,形成聯(lián)鎖。一旦發(fā)生故障,聯(lián)鎖將停止主機(jī)和從機(jī)的運(yùn)行。

主機(jī)發(fā)送給從機(jī)的的控制字是一個(gè)16位字,其中僅b3(run)、b7(reset)、b10(remote-cmd)使用,當(dāng)從機(jī)參數(shù)10.01(ext1start/stop/dir)或10.02(ext2start/stop/dir)設(shè)置為comm.cw時(shí),控制字命令有效。給定值是包括1個(gè)符號(hào)位和15個(gè)整數(shù)位的16位字,給定1為速度給定,給定2為轉(zhuǎn)矩給定。在從機(jī)中,要將給定1定義為從機(jī)的外部速度給定,需將參數(shù)11.03(extref1select)設(shè)置為comm.ref;要將給定2定義為從機(jī)的外部轉(zhuǎn)矩給定,需將參數(shù)11.06(extref2select)設(shè)置為comm.ref。

圖4為主機(jī)和從機(jī)為剛性連接時(shí),從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定的控制原理圖。主機(jī)采用速度控制方式,即速度給定speedref3與實(shí)際速度actualspeed相比較,通過(guò)pi調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩給定值torqref3,該值經(jīng)過(guò)頻率限幅、直流電壓限幅、功率限幅和轉(zhuǎn)矩限幅后,得到最終的轉(zhuǎn)矩給定值torqrefused。該值和定子磁通給定值分別同相應(yīng)的實(shí)際值在滯環(huán)比較器內(nèi)進(jìn)行比較,得到最優(yōu)的pwm信號(hào),最終通過(guò)驅(qū)動(dòng)逆變器的開(kāi)關(guān)器件達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。主機(jī)速度環(huán)輸出的最終轉(zhuǎn)矩給定值torqrefused同時(shí)作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值,實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡分配。

圖6為主機(jī)與從機(jī)為柔性連接時(shí),從機(jī)跟隨主機(jī)速度給定的控制原理圖。主機(jī)為速度控制方式,轉(zhuǎn)速給定為speedref3。從機(jī)跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)速給定,給定值為speedref3,主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值無(wú)效。在此控制方式中,主機(jī)和從機(jī)轉(zhuǎn)矩下垂功能的使用保證了負(fù)載功率在主從機(jī)上的平均分配。當(dāng)從機(jī)因摩擦力下滑等原因出現(xiàn)部分卸載情況時(shí),從機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低,在轉(zhuǎn)矩下垂功能的作用下,實(shí)際給定轉(zhuǎn)速略有升高,實(shí)際輸出功率變化不大。此時(shí),主機(jī)承受的負(fù)載增加,其內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)提高,而轉(zhuǎn)矩下垂功能使給定轉(zhuǎn)速下降,從而保證主機(jī)輸出功率的平衡。當(dāng)從機(jī)摩擦力恢復(fù)后,從機(jī)承受的負(fù)載增加,內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增加,實(shí)際給定轉(zhuǎn)速減少;主機(jī)承受負(fù)載減少,內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減少,實(shí)際給定轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高。由于轉(zhuǎn)矩下垂功能的存在,主從機(jī)在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率的平均分配。

(2)主從機(jī)參數(shù)設(shè)置

abbacs800系列變頻器主從機(jī)參數(shù)設(shè)置如表1~2所示,具體信息可參考文獻(xiàn)[2]。

需要注意的是,當(dāng)從機(jī)采用跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩控制時(shí),如采用窗口控制功能,參數(shù)組60.02應(yīng)選擇參數(shù)add,表示窗口控制對(duì)轉(zhuǎn)矩控制模式下的從機(jī)進(jìn)行速度監(jiān)視。

在轉(zhuǎn)速偏差在參數(shù)定義的范圍內(nèi),從機(jī)遵循主機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定信號(hào),窗口控制將會(huì)保持從機(jī)速度調(diào)節(jié)器的輸入和輸出為零。

若轉(zhuǎn)速偏差超出窗口范圍,窗口控制將誤差傳至速度調(diào)節(jié)器。速度調(diào)節(jié)器輸出將會(huì)增加或減少內(nèi)部轉(zhuǎn)矩給定值,將轉(zhuǎn)速限制在窗口定義的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。

3應(yīng)用主從案例分析

山西朔州中煤集團(tuán)的皮帶運(yùn)輸機(jī)采用兩臺(tái)大功率電機(jī)主從連接的傳動(dòng)方式,保證負(fù)載的分配平衡。由于應(yīng)用場(chǎng)合的差異,該廠采用了兩種不同的主從控制方式,即主機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制方式,從機(jī)采用跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩和跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方式。傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)如下:

電機(jī)參數(shù):額定電壓為660v;額定電流為720.9a;額定功率為710kw;額定轉(zhuǎn)速為1448r/min;額定頻率為50hz。

變頻器:2×acs800-07-1700-7

3.1從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制方式

圖7為兩臺(tái)電機(jī)通過(guò)同一個(gè)減速機(jī)同軸聯(lián)結(jié)(剛性連接)的主從波形圖。采用abb傳動(dòng)調(diào)試軟件drivewindow監(jiān)測(cè)主機(jī)和從機(jī)在工作過(guò)程中的轉(zhuǎn)速([1]代表主機(jī),[4]代表從機(jī))、電流([2]代表主機(jī),[5]代表從機(jī))和輸出轉(zhuǎn)矩([3]代表主機(jī),[6]代表從機(jī))的波形。圖7中的數(shù)值為相應(yīng)的實(shí)測(cè)值。主機(jī)給定轉(zhuǎn)速為1480r/min。由圖可見(jiàn),從機(jī)跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出,兩電機(jī)分別輸出額定轉(zhuǎn)矩的約37.4%左右,負(fù)載分配基本平衡,兩電機(jī)實(shí)際輸出電流約為320a左右。由于主從機(jī)為剛性連接,主從機(jī)轉(zhuǎn)速由機(jī)械結(jié)構(gòu)保持同步,實(shí)際轉(zhuǎn)速為1480r/min左右。

3.2從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方式

圖8為兩臺(tái)電機(jī)通過(guò)皮帶機(jī)同軸聯(lián)結(jié)(柔性連接)的主從波形圖。采用abb傳動(dòng)調(diào)試軟件drivewindow監(jiān)測(cè)主機(jī)和從機(jī)在工作過(guò)程中的轉(zhuǎn)速([1]代表主機(jī),[3]代表從機(jī))和輸出轉(zhuǎn)矩([2]代表主機(jī),[4]代表從機(jī))的波形。圖中的數(shù)值為相應(yīng)的實(shí)測(cè)值。主機(jī)給定轉(zhuǎn)速為200r/min。由圖8可見(jiàn),由于從機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制,從機(jī)轉(zhuǎn)速保持與主機(jī)一致,維持在200r/min左右。由于系統(tǒng)為柔性連接,主從機(jī)所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩略有不同,因此,其輸出轉(zhuǎn)矩也略有差別,但基本維持在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的28%左右,兩電機(jī)輸出功率基本相同。

4結(jié)束語(yǔ)

由以上分析可知,在工業(yè)應(yīng)用中,針對(duì)同軸連接需要同步運(yùn)行的場(chǎng)合,主從控制是一種最佳的選擇方案,不僅能夠保證多個(gè)同軸電機(jī)的同步運(yùn)行,而且可較好地實(shí)現(xiàn)負(fù)載的均勻分配,減少了設(shè)備因不同步、負(fù)載分配不平衡而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障和產(chǎn)品質(zhì)量差等現(xiàn)象的發(fā)生,保證了生產(chǎn)的正常高效的進(jìn)行。

標(biāo)簽:

點(diǎn)贊

分享到:

上一篇:你需要掌握變頻器常見(jiàn)故障解...

下一篇:易往 ANDON傳遞之眼

中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來(lái)源“中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來(lái)源的稿件,均來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留稿件來(lái)源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

網(wǎng)站簡(jiǎn)介|會(huì)員服務(wù)|聯(lián)系方式|幫助信息|版權(quán)信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見(jiàn)反饋|sitemap

傳動(dòng)網(wǎng)-工業(yè)自動(dòng)化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)

網(wǎng)站客服服務(wù)咨詢采購(gòu)咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權(quán)所有
粵ICP備 14004826號(hào) | 營(yíng)業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報(bào)中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號(hào)