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(diǎn)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(dòng)態(tài)性能和卓越的容量過(guò)載，因此其在工業(yè)用品市場(chǎng)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(guò)交流變頻器控制，交流傳動(dòng)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(huì)的快速發(fā)展使得工業(yè)自動(dòng)化也有了較大的改善，但也出現(xiàn)了不少的問(wèn)題，例如同步控制中電網(wǎng)電壓波動(dòng)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(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法繼續(xù)。由于同步控制對(duì)于企業(yè)的重要性，我們需要通過(guò)一些科學(xué)的方式來(lái)解決當(dāng)前問(wèn)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(wèn)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(wèn)題。在工業(yè)生產(chǎn)等設(shè)備中使用的異步電動(dòng)機(jī)其恒轉(zhuǎn)矩和恒定功率的無(wú)級(jí)變速均可以通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且節(jié)能效果明顯，所以其應(yīng)用范圍也越來(lái)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(guò)減少電機(jī)速度的方式以節(jié)省能源，并且能夠通過(guò)降低電路電壓來(lái)使得供電網(wǎng)絡(luò)避免出現(xiàn)因電壓波動(dòng)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(shí)變頻器也可以逐步啟動(dòng)，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(guò)減少對(duì)電網(wǎng)沖擊的方式來(lái)幫助峰谷差值不會(huì)過(guò)大；

（2）在用戶控制下使得加速功能控制更加簡(jiǎn)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(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命；

（4）通過(guò)降低電機(jī)啟動(dòng)電流的方式延長(zhǎng)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?yè)碛卸嘀乇Ｗo(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(shí)間。

社會(huì)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(lái)越依靠日漸先進(jìn)的各類自動(dòng)化技術(shù)，各企業(yè)在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)以提高效率的同時(shí)，卻也面對(duì)著許許多多的問(wèn)題，例如電機(jī)在同步控制下出現(xiàn)的電壓波動(dòng)、負(fù)載失衡、溫度突然變化等這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，從而使得生產(chǎn)無(wú)法繼續(xù)。因此我們需要用更加先進(jìn)的方法來(lái)使得各個(gè)設(shè)備之間能夠更加協(xié)調(diào)地運(yùn)轉(zhuǎn)，降低因各種問(wèn)題而導(dǎo)致的財(cái)產(chǎn)損失，因此我們可以通過(guò)同步控制的方式來(lái)降低各類風(fēng)險(xiǎn)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(duì)復(fù)雜且艱難，因此需要應(yīng)用變頻器。

2 同步運(yùn)行方案的選擇

在工業(yè)中一般使用高功率或多個(gè)相對(duì)小功率的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備或生產(chǎn)線，其中在運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(duì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，這也就是我們常說(shuō)的電機(jī)同步運(yùn)行問(wèn)題。考慮到在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)同步運(yùn)行是一個(gè)操作復(fù)雜，而且各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)都相對(duì)嚴(yán)格的操作方式。所以就需要依靠比較精準(zhǔn)的同步運(yùn)行技術(shù)來(lái)減少人力物力，降低資源浪費(fèi)。一般來(lái)說(shuō)我們可以依靠下面3種方式控制系統(tǒng)的同步運(yùn)行。

2.1 單臺(tái)大功率電機(jī)

我們可以通過(guò)使用高功率電機(jī)搭配及相應(yīng)功率的變頻器來(lái)完成較高功率的負(fù)載。其單個(gè)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?yàn)樵摻M合方式有著單一性，所以一旦任一設(shè)備發(fā)生故障均會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，而且一旦發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)就需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行維修工作才能恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.2 群拖

群拖就是依靠單臺(tái)變頻器和多臺(tái)電機(jī)的共同作用來(lái)達(dá)到同步運(yùn)行的目的。在實(shí)際的操作工程中，可以將各臺(tái)電機(jī)接在變頻器的輸出端，這樣各臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(tái)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)將基本相同，當(dāng)負(fù)載基本相同時(shí)，實(shí)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(wú)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(chǎng)合，因?yàn)楹愣l率對(duì)于穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的控制較為薄弱，且在低速時(shí)其負(fù)載能力較弱。所以實(shí)際上機(jī)械特性曲線和負(fù)載力矩才是決定實(shí)際轉(zhuǎn)速的根本，各個(gè)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(wú)法完全同步各個(gè)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(chǎng)合。

2.3 主從控制

主從的控制，以數(shù)個(gè)單獨(dú)的變頻器分別設(shè)計(jì)在多電機(jī)系統(tǒng)中，通過(guò)控制矢量和直接控制轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)控制能力扭矩。使用這種辦法能夠建立同步運(yùn)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(duì)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(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，如果出現(xiàn)問(wèn)題，那么將會(huì)引起嚴(yán)重的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，甚至嚴(yán)重影響該產(chǎn)品的生產(chǎn)，因此各企業(yè)開(kāi)始通過(guò)主從控制來(lái)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(guò)齒輪、鏈條等將主、從電機(jī)軸緊密相連時(shí)，可以通過(guò)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)保證負(fù)載轉(zhuǎn)矩能夠平均分布在各單元驅(qū)動(dòng)器之間。這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)就在原理上實(shí)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(tái)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(guò)采用柔性鏈接的方式將主、從電機(jī)軸鏈接時(shí)，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(wú)法保證系統(tǒng)同步運(yùn)行。這個(gè)時(shí)候?qū)τ趯?shí)現(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(duì)電機(jī)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)各臺(tái)電機(jī)對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的平均分擔(dān)，這樣才能夠正確解決問(wèn)題。

3 應(yīng)用主從案例分析

某集團(tuán)的皮帶運(yùn)輸機(jī)保證負(fù)載分配平衡的方式是通過(guò)采用兩臺(tái)大功率電機(jī)主從連接來(lái)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(chǎng)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(tái)電機(jī)采用減速機(jī)進(jìn)行同軸聯(lián)結(jié)，利用ABB傳動(dòng)調(diào)控軟件drive-window可以監(jiān)測(cè)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(shí)測(cè)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(tái)電機(jī)采用皮帶機(jī)進(jìn)行同軸聯(lián)結(jié)，利用ABB傳動(dòng)調(diào)控軟件drive-window可以監(jiān)測(cè)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(tái)電機(jī)所能輸出的功率卻大致相同。

結(jié)論

隨著社會(huì)發(fā)展，將來(lái)還有著更多問(wèn)題需要解決，在本文的實(shí)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步操作，相對(duì)于其他操作方式而言比較友好。這樣不僅可以使得多臺(tái)擁有機(jī)械結(jié)構(gòu)的電機(jī)能夠同步運(yùn)行，而且將負(fù)載進(jìn)行了平均分配。這樣降低了因?yàn)樵O(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(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A