ABB變頻器主從控制在工業(yè)中的應(yīng)用

齊書鵬（天津泰達(dá)西區(qū)熱電有限公司，天津 300462）

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ABB變頻器主從控制在工業(yè)中的應(yīng)用

齊書鵬
（天津泰達(dá)西區(qū)熱電有限公司，天津 300462）

摘 要：ABB變頻器主要用于控制和調(diào)節(jié)三相異步電機(jī)交流的速度，其優(yōu)點是具有穩(wěn)定的性能，豐富的功能、高性能控制技術(shù)相結(jié)合的矢量、低轉(zhuǎn)速高扭矩輸出、良好的動態(tài)性能和卓越的容量過載，因此其在工業(yè)用品市場上占有相當(dāng)重要的地位。作為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配備標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩通過交流變頻器控制，交流傳動技術(shù)擴(kuò)展了電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍-從零到標(biāo)稱速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于額定速度，所以生產(chǎn)率得到顯著提高。

關(guān)鍵詞：主從控制下同步控制；電氣系統(tǒng)控制；控制方式

社會的快速發(fā)展使得工業(yè)自動化也有了較大的改善，但也出現(xiàn)了不少的問題，例如同步控制中電網(wǎng)電壓波動的變化，負(fù)載出現(xiàn)變化，溫度上的變化和頻率變化等都會導(dǎo)致生產(chǎn)無法繼續(xù)。由于同步控制對于企業(yè)的重要性，我們需要通過一些科學(xué)的方式來解決當(dāng)前問題，而使用主從控制使得同步控制做出最理想的效果就是目前最好的解決方案之一。

1 變頻器

在20世紀(jì)60年代大功率晶體管的問世與集成電路的發(fā)展，使得變頻器出現(xiàn)，極大地解決了工業(yè)生產(chǎn)上設(shè)備損耗的問題。在工業(yè)生產(chǎn)等設(shè)備中使用的異步電動機(jī)其恒轉(zhuǎn)矩和恒定功率的無級變速均可以通過變頻器實現(xiàn)自動控制，且節(jié)能效果明顯，所以其應(yīng)用范圍也越來越廣泛，本文主要探討了變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

變頻器主要通過減少電機(jī)速度的方式以節(jié)省能源，并且能夠通過降低電路電壓來使得供電網(wǎng)絡(luò)避免出現(xiàn)因電壓波動較大而使一些敏感設(shè)備發(fā)生故障或工作異常。在零頻零壓時變頻器也可以逐步啟動，這樣最大程度地消除了電壓的下降。其應(yīng)用范圍廣，性能穩(wěn)定，節(jié)約能源并且具有成本效益。

變頻器的其他作用：

（1）通過減少對電網(wǎng)沖擊的方式來幫助峰谷差值不會過大；

（2）在用戶控制下使得加速功能控制更加簡便平滑；

（3）可以使電機(jī)與設(shè)備的停止方式更加安全，從而延長整個系統(tǒng)的使用壽命；

（4）通過降低電機(jī)啟動電流的方式延長電機(jī)的使用壽命；

（5）減少機(jī)械結(jié)構(gòu)的磨損提高穩(wěn)定性降低成本；

（6）可以提供更加可靠的可變頻率與電流；

（7）減少各類設(shè)備損耗加強(qiáng)功率；

（8）自身擁有多重保護(hù)，且能夠極大限度地保障設(shè)備；

（9）自身功能齊全，能夠很好的配合控制其他儀器的使用，從而節(jié)省用戶的時間。

社會的發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步，現(xiàn)在的生產(chǎn)也越來越依靠日漸先進(jìn)的各類自動化技術(shù)，各企業(yè)在實現(xiàn)自動化生產(chǎn)以提高效率的同時，卻也面對著許許多多的問題，例如電機(jī)在同步控制下出現(xiàn)的電壓波動、負(fù)載失衡、溫度突然變化等這些問題都會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，從而使得生產(chǎn)無法繼續(xù)。因此我們需要用更加先進(jìn)的方法來使得各個設(shè)備之間能夠更加協(xié)調(diào)地運轉(zhuǎn)，降低因各種問題而導(dǎo)致的財產(chǎn)損失，因此我們可以通過同步控制的方式來降低各類風(fēng)險的發(fā)生，而目前的最好的解決方案之一就是使用主從控制讓同步控制做出最理想的效果。而主從控制下的同步控制相對復(fù)雜且艱難，因此需要應(yīng)用變頻器。

2 同步運行方案的選擇

在工業(yè)中一般使用高功率或多個相對小功率的電動機(jī)來驅(qū)動設(shè)備或生產(chǎn)線，其中在運動的運動部件是彼此不同速度，扭矩等都有著合作與協(xié)調(diào)關(guān)系，所以就需要對電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，這也就是我們常說的電機(jī)同步運行問題。考慮到在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)同步運行是一個操作復(fù)雜，而且各項運行指標(biāo)都相對嚴(yán)格的操作方式。所以就需要依靠比較精準(zhǔn)的同步運行技術(shù)來減少人力物力，降低資源浪費。一般來說我們可以依靠下面3種方式控制系統(tǒng)的同步運行。

2.1 單臺大功率電機(jī)

我們可以通過使用高功率電機(jī)搭配及相應(yīng)功率的變頻器來完成較高功率的負(fù)載。其單個的高功率電機(jī)相比較多電機(jī)，擁有著更好的同步性能。但也正是因為該組合方式有著單一性，所以一旦任一設(shè)備發(fā)生故障均會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓，而且一旦發(fā)生故障，整個系統(tǒng)就需要相當(dāng)長的時間來進(jìn)行維修工作才能恢復(fù)正常運行。

2.2 群拖

群拖就是依靠單臺變頻器和多臺電機(jī)的共同作用來達(dá)到同步運行的目的。在實際的操作工程中，可以將各臺電機(jī)接在變頻器的輸出端，這樣各臺電機(jī)的驅(qū)動電壓的幅值和頻率相同。如果這些電機(jī)的規(guī)格等指標(biāo)也相同，那么各臺電機(jī)的運行狀態(tài)將基本相同，當(dāng)負(fù)載基本相同時，實際的轉(zhuǎn)速也基本相同。

控制矢量和直接控制轉(zhuǎn)矩的模式無法使用群拖，因此，它們只能用恒定頻率控制模式。然而，該方法通常適用于進(jìn)行速度要求不高的場合，因為恒定頻率對于穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的控制較為薄弱，且在低速時其負(fù)載能力較弱。所以實際上機(jī)械特性曲線和負(fù)載力矩才是決定實際轉(zhuǎn)速的根本，各個電機(jī)也只是在理想空載下能夠保持轉(zhuǎn)速一致。由于群拖方式下無法完全同步各個電機(jī)的速度等，所以群拖的控制方式適合于同步性要求較低的場合。

2.3 主從控制

主從的控制，以數(shù)個單獨的變頻器分別設(shè)計在多電機(jī)系統(tǒng)中，通過控制矢量和直接控制轉(zhuǎn)矩的方法來控制能力扭矩。使用這種辦法能夠建立同步運行機(jī)制，使得載荷分布之間的關(guān)系更加合理化，使得電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力能夠得到充分發(fā)揮。其中，冶金、造紙等行業(yè)對電氣控制系統(tǒng)有著較為嚴(yán)格的要求，在電氣控制上要求各部分驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，如果出現(xiàn)問題，那么將會引起嚴(yán)重的產(chǎn)品質(zhì)量問題，甚至嚴(yán)重影響該產(chǎn)品的生產(chǎn)，因此各企業(yè)開始通過主從控制來保證其同步控制。目前常用的主從控制鏈接方式有兩種：

（1）通過齒輪、鏈條等將主、從電機(jī)軸緊密相連時，可以通過控制電機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩來保證負(fù)載轉(zhuǎn)矩能夠平均分布在各單元驅(qū)動器之間。這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)就在原理上實現(xiàn)了系統(tǒng)速度的同步性，并將系統(tǒng)負(fù)荷均勻分配給各臺電機(jī)，以防止扭矩分配的失衡和頂牛的現(xiàn)象發(fā)生。

（2）當(dāng)通過采用柔性鏈接的方式將主、從電機(jī)軸鏈接時，應(yīng)該控制從機(jī)的速度。但是，此種情況下機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法保證系統(tǒng)同步運行。這個時候?qū)τ趯崿F(xiàn)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，最好的方式就是控制電機(jī)的速度。但是也應(yīng)該注意到，除了對電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制外，還需要依靠轉(zhuǎn)矩的下垂特性，才能實現(xiàn)各臺電機(jī)對負(fù)載轉(zhuǎn)矩的平均分擔(dān)，這樣才能夠正確解決問題。

3 應(yīng)用主從案例分析

某集團(tuán)的皮帶運輸機(jī)保證負(fù)載分配平衡的方式是通過采用兩臺大功率電機(jī)主從連接來達(dá)到的。該廠利用主機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，而從機(jī)根據(jù)應(yīng)用場合等方面存在的差異可以細(xì)分為跟隨主句轉(zhuǎn)矩控制和跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)速控制。電機(jī)和變頻器的參數(shù)如下：

電機(jī)參數(shù)：額定電壓660V；額定電流720.9A；額定功率710kW；額定轉(zhuǎn)速1448r/min；額定頻率50Hz。

變頻器參數(shù)：2xACS800-07-1700-7。

3.1 跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩的從機(jī)控制方式

當(dāng)兩臺電機(jī)采用減速機(jī)進(jìn)行同軸聯(lián)結(jié)，利用ABB傳動調(diào)控軟件drive-window可以監(jiān)測到主機(jī)和從機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流等信息。如果設(shè)定主機(jī)的轉(zhuǎn)速為1480r/min，那么利用drive-window實測的主機(jī)和從機(jī)的轉(zhuǎn)矩均為其額定值的37%左右，輸出電流也同為320A左右。而考慮到主機(jī)從機(jī)采用的是剛性連接方式，所以主機(jī)和從機(jī)的轉(zhuǎn)矩也能夠保持同步，均為1480r/min。

3.2 跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)速的從機(jī)控制方式

當(dāng)兩臺電機(jī)采用皮帶機(jī)進(jìn)行同軸聯(lián)結(jié)，利用ABB傳動調(diào)控軟件drive-window可以監(jiān)測主機(jī)和從機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流等信息。如果設(shè)定主機(jī)的轉(zhuǎn)速為200r/min。由于從機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制，所以其轉(zhuǎn)速與主機(jī)轉(zhuǎn)速保持一致，同樣為200r/min。但是考慮到該系統(tǒng)采用柔性連接方式連接，所以主機(jī)和從機(jī)所能承擔(dān)的負(fù)荷扭矩略有差別，基本維持在額定扭矩的28%附近。但是兩臺電機(jī)所能輸出的功率卻大致相同。

結(jié)論

隨著社會發(fā)展，將來還有著更多問題需要解決，在本文的實例分析中我們可以得到結(jié)論，變頻器在工業(yè)應(yīng)用中，利用主從控制方式實現(xiàn)電機(jī)的同步操作，相對于其他操作方式而言比較友好。這樣不僅可以使得多臺擁有機(jī)械結(jié)構(gòu)的電機(jī)能夠同步運行，而且將負(fù)載進(jìn)行了平均分配。這樣降低了因為設(shè)備不同步，負(fù)載分布不均而發(fā)生故障的幾率，直接保證了工業(yè)生產(chǎn)的正常和高效。

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中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A