變頻器控制電機實現(xiàn)同步和主從控制策略研究

摘 要：為了使變頻器設備控制電機能達到良好的同步控制以及主從控制效果，應認識到同步控制以及主從控制的重要性，并能結合變頻器設備運行特點以及控制操作需要，制定科學的控制方案。本文就變頻器設備控制電機實現(xiàn)主動控制以及同步控制的措施進行了分析。

關鍵詞：變頻器；電機設備；同步；主從控制

在變頻器設備應用，有時需要多臺電機設備能實現(xiàn)高效的同步控制或者是主從控制，而在變頻器設備不斷應用中，逐漸發(fā)展出多種控制方式能達到這一目標，讓工作人員能結合實際情況進行靈活選擇。

1 開環(huán)類型同步控制方式

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

1.1 共電位形式

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

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際運用中有著結構簡單的優(yōu)勢，能滿足用戶遠距離輸電方面的需要，并且這種電路還具有抗干擾能力強的優(yōu)勢，能在大部分環(huán)境中保持穩(wěn)定的運行狀態(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備進行相應的調(diào)整，因此會導致工作量增加，使得這種控制在實際使用中較為麻煩，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

火力類電廠當中上煤機設備牽引系統(tǒng)當中，運煤車輛通常包括有四個小輪子，如果小車當中輪子間實際跨度較大，并且希望各個輪子均能獨立驅(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)動設備來對四臺異步電機設備進行驅(qū)動，這樣也就在實現(xiàn)了同步控制。

2 閉環(huán)類型控制同步方式分析

存在上機位的變頻器設備交流調(diào)速系統(tǒng)當中，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，可以借助變頻器設備當中的PID功能來實現(xiàn)閉環(huán)控制。如果所使用的變頻器設備沒有內(nèi)置類型PID的時候，則可以通過變頻器設備外部閉環(huán)來達到目標，閉環(huán)節(jié)點需要放置到變頻器設備的外。而在存在上機位的變頻器設備調(diào)速系統(tǒng)當中，需要通過上機位來實現(xiàn)閉環(huán)控制算法，之后在將相應的信號傳輸給變頻器設備。

2.1 將上機位設定為總閉環(huán)的控制模式

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

2.2 單機設備就地自閉環(huán)控制模式

這種控制模式有著動態(tài)反應速度快的優(yōu)勢，并且設備現(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現(xiàn)遠距離范圍，可以滿足大部分使用環(huán)境的需要。在這一控制模式中，復雜程度高的控制策略通常會由變頻器設備當中的上機位來完成，并且系統(tǒng)檢測信號也可以直接傳輸?shù)缴蠙C位當中，這也讓這種控制方式有了更強的實用性。

3 電機主從控制方案分析

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)矩控制技術是在變頻器內(nèi)部建立了一個交流異步電動機的軟件數(shù)學模型，根據(jù)實測的直流母線電壓、開關狀態(tài)和電流計算出一組精確的電機轉(zhuǎn)矩和定子磁通實際值，并將這些參數(shù)值直接應用于控制輸出單元的開關狀態(tài)，變頻器的每一次開關狀態(tài)都是單獨確定的，這意味著可以產(chǎn)生實現(xiàn)最佳的開關組合并對負載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應，并將轉(zhuǎn)矩相應限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，真正實現(xiàn)了對電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實時控制。在主從控制應用中，外部信號（包括起動、停止、給定信號等）只與主機變頻器相連，主機通過光纖將從機控制命令和轉(zhuǎn)速給定值、轉(zhuǎn)矩給定值廣播給所有的從機，實現(xiàn)對從機的控制。從機一般不通過主從通訊鏈路向主機發(fā)送任何反饋數(shù)據(jù)，從機的故障信號單獨連至主機的運行使能信號端，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傳動系統(tǒng)設計，每臺電機分別由單獨的變頻器控制。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，可在同步運行的機構之間建立合理的負載分配關系，充分發(fā)揮各電動機的轉(zhuǎn)矩輸出能力。主從控制連接方式一般有以下兩種：主機和從機的電機軸通過齒輪、鏈條等進行剛性連接，從機采用轉(zhuǎn)矩控制模式，以使傳動單元之間平均分配負載轉(zhuǎn)矩，此時是由機械結構保證轉(zhuǎn)速同步，由于每臺電機分別由單獨的變頻器控制，保證了各電動機承擔的負載分配合理，防止出現(xiàn)分配轉(zhuǎn)矩嚴重不平衡，甚至彼此頂撞現(xiàn)象的發(fā)生。當主機和從機的電機軸采用柔性連接時，從機應該采用速度控制方式，在這種情況下，機械結構已經(jīng)不能保證同步運行的要求，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)矩下垂特性實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)矩在各個電機上的平均分配。

4 采用通信網(wǎng)絡的多級分布式驅(qū)動控制系統(tǒng)

根據(jù)構成大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的需要，現(xiàn)在的通用變頻器大多設有通信接口，符合通信自定義協(xié)議和標準協(xié)議要求，變頻器可以與工業(yè)控制計算機、PLC等控制設備相連接構成通信網(wǎng)絡的多級分布式驅(qū)動控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是：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)可以實現(xiàn)整個工廠范圍內(nèi)設備的一體化控制。

5 結束語

在調(diào)速精度要求不嚴的場合?？梢岳米冾l器自身的調(diào)整功能構成開環(huán)同步控制，這種方法也稱為準同步控制。在要求動態(tài)過程完全同步或者實現(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。