變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步和主從控制策略研究

摘 要：為了使變頻器設(shè)備控制電機(jī)能達(dá)到良好的同步控制以及主從控制效果，應(yīng)認(rèn)識到同步控制以及主從控制的重要性，并能結(jié)合變頻器設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)以及控制操作需要，制定科學(xué)的控制方案。本文就變頻器設(shè)備控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)主動控制以及同步控制的措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：變頻器；電機(jī)設(shè)備；同步；主從控制

在變頻器設(shè)備應(yīng)用，有時需要多臺電機(jī)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)高效的同步控制或者是主從控制，而在變頻器設(shè)備不斷應(yīng)用中，逐漸發(fā)展出多種控制方式能達(dá)到這一目標(biāo)，讓工作人員能結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇。

1 開環(huán)類型同步控制方式

變頻器設(shè)備在出廠的時候通常都是開環(huán)系統(tǒng)，并且在變頻器設(shè)備運(yùn)行未超過其實(shí)際輸出功率以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值的時候，變頻器設(shè)備能達(dá)到頻率值狀態(tài)，變頻器設(shè)備和電機(jī)組件所組成的能讓電機(jī)設(shè)備的實(shí)際輸出矩陣數(shù)值通過內(nèi)部算法來實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整，并和負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值保持穩(wěn)定平衡。因此當(dāng)變頻器設(shè)備處于開環(huán)狀態(tài)的時候，變頻器設(shè)備通過運(yùn)行轉(zhuǎn)動差值補(bǔ)償功能以及轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值提升功能的發(fā)揮，也能讓變頻器設(shè)備既定的運(yùn)行值。在具體的使用中有多種方式，可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行靈活的選擇。

1.1 共電位形式

一般的變頻器設(shè)備當(dāng)中都有0伏到5伏類型或者是0伏到10伏類型的頻率設(shè)定端子，在向各個變頻器設(shè)備當(dāng)中端子部件施放相同大小電位的時候，也就能達(dá)到同步控制的效果。這種共電位類型的同步控制在實(shí)際使用中有著構(gòu)成簡單的優(yōu)勢，并且不需要為系統(tǒng)提供獨(dú)立的供電電源，但這種供電方式的不足則是實(shí)際連線距離有限。

1.2 電流環(huán)鏈路類型控制形式

這種電流環(huán)鏈路類型控制形式在實(shí)際運(yùn)用中有著結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，能滿足用戶遠(yuǎn)距離輸電方面的需要，并且這種電路還具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢，能在大部分環(huán)境中保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。但在這種控制模式使用階段中，由于需要對每一臺變頻器設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，因此會導(dǎo)致工作量增加，使得這種控制在實(shí)際使用中較為麻煩，影響了電流環(huán)鏈路類型控制模式的運(yùn)用、發(fā)展。

1.3 外力輔助類型的同步控制方式

火力類電廠當(dāng)中上煤機(jī)設(shè)備牽引系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)煤車輛通常包括有四個小輪子，如果小車當(dāng)中輪子間實(shí)際跨度較大，并且希望各個輪子均能獨(dú)立驅(qū)動。那么就可以利用軌道摩擦力具有的平衡作用，使用一個變頻驅(qū)動設(shè)備來對四臺異步電機(jī)設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動，這樣也就在實(shí)現(xiàn)了同步控制。

2 閉環(huán)類型控制同步方式分析

存在上機(jī)位的變頻器設(shè)備交流調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中，同步控制有著多種類型組成方式。在使用內(nèi)置類型PID的時候，可以借助變頻器設(shè)備當(dāng)中的PID功能來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。如果所使用的變頻器設(shè)備沒有內(nèi)置類型PID的時候，則可以通過變頻器設(shè)備外部閉環(huán)來達(dá)到目標(biāo)，閉環(huán)節(jié)點(diǎn)需要放置到變頻器設(shè)備的外。而在存在上機(jī)位的變頻器設(shè)備調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中，需要通過上機(jī)位來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制算法，之后在將相應(yīng)的信號傳輸給變頻器設(shè)備。

2.1 將上機(jī)位設(shè)定為總閉環(huán)的控制模式

這種控制方式的突出優(yōu)勢是有良好的計(jì)算速度，并且簡單易行。在這種控制方式使用中，變頻器設(shè)備當(dāng)中的各個反饋信號均會連接到上位機(jī)設(shè)備上，之后再由上位機(jī)分別傳遞出控制變頻器設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)信。由于變頻器設(shè)備運(yùn)行控制中采用了電壓以及電流類型的反饋形式，因此其實(shí)際傳輸范圍有限，難以實(shí)現(xiàn)大范圍分布。

2.2 單機(jī)設(shè)備就地自閉環(huán)控制模式

這種控制模式有著動態(tài)反應(yīng)速度快的優(yōu)勢，并且設(shè)備現(xiàn)場調(diào)節(jié)操作較為簡便，能保證具有良好的操作快捷性，同時這種操作模式在使用之后還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離范圍，可以滿足大部分使用環(huán)境的需要。在這一控制模式中，復(fù)雜程度高的控制策略通常會由變頻器設(shè)備當(dāng)中的上機(jī)位來完成，并且系統(tǒng)檢測信號也可以直接傳輸?shù)缴蠙C(jī)位當(dāng)中，這也讓這種控制方式有了更強(qiáng)的實(shí)用性。

3 電機(jī)主從控制方案分析

3.1 變頻器主從控制原理分析

變頻器主從控制采用直接轉(zhuǎn)矩控制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)部建立了一個交流異步電動機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)測的直流母線電壓、開關(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關(guān)狀態(tài)，變頻器的每一次開關(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)最佳的開關(guān)組合并對負(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)，且無超調(diào)，真正實(shí)現(xiàn)了對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時控制。在主從控制應(yīng)用中，外部信號（包括起動、停止、給定信號等）只與主機(jī)變頻器相連，主機(jī)通過光纖將從機(jī)控制命令和轉(zhuǎn)速給定值、轉(zhuǎn)矩給定值廣播給所有的從機(jī)，實(shí)現(xiàn)對從機(jī)的控制。從機(jī)一般不通過主從通訊鏈路向主機(jī)發(fā)送任何反饋數(shù)據(jù)，從機(jī)的故障信號單獨(dú)連至主機(jī)的運(yùn)行使能信號端，形成聯(lián)鎖。

3.2 主從控制連接方式分析

主從控制是為多電機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，每臺電機(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。利用這些高性能的控制算法，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，從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制模式，以使傳動單元之間平均分配負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時是由機(jī)械結(jié)構(gòu)保證轉(zhuǎn)速同步，由于每臺電機(jī)分別由單獨(dú)的變頻器控制，保證了各電動機(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，甚至彼此頂撞現(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，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系統(tǒng)除了采用速度控制方式解決轉(zhuǎn)速同步問題，同時還要利用轉(zhuǎn)矩下垂特性實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在各個電機(jī)上的平均分配。

4 采用通信網(wǎng)絡(luò)的多級分布式驅(qū)動控制系統(tǒng)

根據(jù)構(gòu)成大規(guī)模控制系統(tǒng)的需要，現(xiàn)在的通用變頻器大多設(shè)有通信接口，符合通信自定義協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議要求，變頻器可以與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC等控制設(shè)備相連接構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)的多級分布式驅(qū)動控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：可以任意修改變頻器的參數(shù)，通過中繼器、光纖連接器可以使驅(qū)動連接距離大大增加。采用現(xiàn)場總線的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)整個工廠范圍內(nèi)設(shè)備的一體化控制。

5 結(jié)束語

在調(diào)速精度要求不嚴(yán)的場合。可以利用變頻器自身的調(diào)整功能構(gòu)成開環(huán)同步控制，這種方法也稱為準(zhǔn)同步控制。在要求動態(tài)過程完全同步或者實(shí)現(xiàn)主從跟蹤的場合，必須采用閉環(huán)跟蹤控制方法。

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作者簡介：劉剛，身份證號：230103198704025710。