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 李紅星，劉曉飛，許亞軍

1  電氣負(fù)載平衡優(yōu)化研究的數(shù)學(xué)模型及核心原理
直流調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載平衡問(wèn)題的技術(shù)日益成熟，這里主要針對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究。筆者采用了類似直流系統(tǒng)的雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)為模型：速度外環(huán)和轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)。其原理圖如圖1所示。
 

圖1  系統(tǒng)核心原理圖

因?yàn)镸ASTER的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出是FOLLOWER(從機(jī))轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的給定值，因此如果MASTER電機(jī)負(fù)載增大或減小，同軸運(yùn)行控制系統(tǒng)能自動(dòng)使FOLLOWER電機(jī)自動(dòng)減小或增大負(fù)載，保持電機(jī)之間及兩臺(tái)變頻器之間在任何情況下都能平衡分配負(fù)載。
在正常的運(yùn)行范圍內(nèi)，F(xiàn)OLLOWER的速度調(diào)節(jié)器（speed controller）輸出為零，從機(jī)時(shí)刻跟隨MASTER的轉(zhuǎn)矩給定（torque ref1），保持了負(fù)載的平衡。如果主從機(jī)速度略有偏差（速度給定值－實(shí)際轉(zhuǎn)速值），且速度偏差處于一定的窗口范圍內(nèi)，F(xiàn)OLLOWER的窗口控制（window control）將使從機(jī)速度調(diào)節(jié)器的輸入和輸出保持為零，從機(jī)跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定（torque ref1），滿足負(fù)載的速度平衡要求。
如果速度偏差超出窗口范圍，窗口控制把偏差與速度調(diào)節(jié)器相連，速度調(diào)節(jié)器輸出增加或減少內(nèi)部轉(zhuǎn)矩給定，停止轉(zhuǎn)速的進(jìn)一上升或下降，直至達(dá)到新的平衡。
2  中板精整線翻板機(jī)目前存在狀況
中板機(jī)組精整線翻板機(jī)是由兩臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩臺(tái)減速箱一級(jí)軸之間通過(guò)齒輪硬性連接同步拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備，是重載頻繁升降的重要設(shè)備。電機(jī)及運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1，型號(hào)為YZR315M-10 75kW 164A 582RPM。

表1  改造前技術(shù)數(shù)據(jù)

由表1可知，由于控制采用交流電子開關(guān)柜控制系統(tǒng)，全壓?jiǎn)?dòng)電流較大，電氣負(fù)載嚴(yán)重不平衡，產(chǎn)生了翻板機(jī)的承載機(jī)構(gòu)支桿經(jīng)常性折斷和扭曲變形，嚴(yán)重的機(jī)械沖擊力造成減速箱的固定地腳松動(dòng)而左右擺動(dòng)，電機(jī)地腳掰斷等，這使設(shè)備的維修周期縮短，生產(chǎn)效率降低。
3  系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)及要求
(1)  變頻器選型
因?yàn)槭峭S驅(qū)動(dòng)相同的負(fù)載，所以兩臺(tái)變頻器頻率輸出、頻率變化都應(yīng)該保持嚴(yán)格的同步關(guān)系。如果其中一臺(tái)電機(jī)負(fù)載增大或減小，同軸運(yùn)行控制系統(tǒng)能自動(dòng)使該臺(tái)電機(jī)自動(dòng)減小或增大負(fù)載，保持電機(jī)之間及兩臺(tái)變頻器之間在任何情況下都能平衡分配負(fù)載。
筆者對(duì)變頻器進(jìn)行了嚴(yán)格選型，從日本富士、法國(guó)施耐德到ABB公司的變頻器中，全方位進(jìn)行研究：功率系統(tǒng)、控制觸發(fā)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、電機(jī)識(shí)別系統(tǒng)、應(yīng)用程序集成系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)拓展系統(tǒng)。考慮到ABB ACS604 系列變頻調(diào)速器具有獨(dú)特的方面：
① DTC（direct torque control）技術(shù)和模糊控制理論合二為一，性能優(yōu)于矢量控制變頻器。
② 具有標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)置交流電抗器，大大降低了變頻器的電磁輻射及電流沖擊。
③ 應(yīng)用程序集有獨(dú)特的主/從應(yīng)用宏，主/從應(yīng)用宏是為多電機(jī)傳動(dòng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，其系統(tǒng)由若干變頻器共同驅(qū)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)軸經(jīng)由齒輪、鏈條、皮帶等相互連接。由于有了主/從應(yīng)用宏，保證了電氣負(fù)載在電機(jī)之間均勻分配。
所以，采用ABB ACS604變頻調(diào)速器，并為將來(lái)系統(tǒng)電機(jī)功率的增容作了進(jìn)一步考慮，最后選用ABB ACS604系列160kW變頻調(diào)速器來(lái)突破中板精整線翻板機(jī)電氣負(fù)載平衡的問(wèn)題。
(2)  系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖和控制原理簡(jiǎn)圖
中板機(jī)組翻板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)是由兩臺(tái)交流電機(jī)拖動(dòng)，確定負(fù)載重的電機(jī)作為主電機(jī)，實(shí)施速度控制，另一臺(tái)作為從電機(jī)，實(shí)施轉(zhuǎn)矩控制，從電機(jī)動(dòng)態(tài)跟隨主電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化而變化，有效地控制負(fù)載的平衡。該系統(tǒng)方案的主電路如圖2所示，控制電路如圖3所示。
4  系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)與體會(huì)
(1)  建立主從關(guān)系的參數(shù)  主機(jī)中：60組的01、02、07、08項(xiàng)分別設(shè)為Master、Speed、202、213；從機(jī)中：10組的01、02項(xiàng)均為Comm.module；60組的01、02、07、08項(xiàng)分別設(shè)為Follower、Torque、202、213。
(2)  主從之間的給定  主機(jī)中：11組的01、03、06項(xiàng)分別設(shè)為Ref1、keypad、keypad；從機(jī)中：11組的01、03、06項(xiàng)分別設(shè)為Ref1、Comm Ref、Comm Ref。
(3)  主從之間的光纖選通  主機(jī)中：11組的02項(xiàng)設(shè)定為EXT1；從機(jī)中：11組的02項(xiàng)設(shè)定為EXT2。
(4)  主機(jī)不需要電機(jī)自動(dòng)辨識(shí)運(yùn)行，只需從機(jī)進(jìn)行電機(jī)自動(dòng)辨識(shí)運(yùn)行即可。
(5)  ACS600的減速類型應(yīng)選擇主機(jī)和從機(jī)都采用自由慣性停車方式，不能采用斜率方式停車。因?yàn)椋甭释＼嚪绞较拢瑱C(jī)械抱閘動(dòng)作時(shí)變頻器沒(méi)有完全停止供電。
(6)  ACS604變頻器的數(shù)據(jù)給定采用鍵盤給定方式，以減少外部電壓或電流給定方式帶來(lái)的誤差和故障機(jī)率。
 

圖2  系統(tǒng)方案的主電路

圖3  系統(tǒng)方案的控制電路

5  運(yùn)行實(shí)際效果
控制系統(tǒng)改造后，經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行觀察電機(jī)特性參見(jiàn)表2。

表2  改造后技術(shù)數(shù)據(jù)