引言
變頻器由于其性能穩(wěn)定，調(diào)速精度高，節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。合康變頻從成立到現(xiàn)在，產(chǎn)品從通用的U/F高壓變頻器發(fā)展到高性能矢量控制變頻器;從單臺(tái)拖動(dòng)發(fā)展到一拖二、一拖三;再到現(xiàn)在的通用主從控制和同異步矢量主從控制，這一系列成績(jī)的取得，使合康變頻成為同行業(yè)中的佼佼者。
一、變頻器系統(tǒng)調(diào)速同步控制方案
在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，同一負(fù)載往往需要多臺(tái)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，正確選擇同步控制方案，是同步運(yùn)行變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝不同，可以選擇不同的變頻控制方案。所謂的電機(jī)同步運(yùn)行就是要求在各電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制之間建立某種關(guān)系，來確保各電機(jī)之間的速度、轉(zhuǎn)矩等方面的關(guān)系協(xié)調(diào)。
(一)“一拖n”方案
此方案是采用一臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)n臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，將各個(gè)電機(jī)定子繞組直接并聯(lián)在一臺(tái)變頻器輸出測(cè)。
“一拖n”方案中由于電機(jī)定子直接并聯(lián)在同一臺(tái)變頻器輸出側(cè)，只有一個(gè)傳動(dòng)速度，速度同步性能最優(yōu)，然而，轉(zhuǎn)矩同步性能最差，變頻器無法對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立的控制，因此各電機(jī)的出力由電機(jī)的參數(shù)、機(jī)械設(shè)備的參數(shù)及負(fù)載的變化決定。
采用“一拖n”方案有以下三個(gè)弊端：
● 變頻器不能有效的分配多臺(tái)電機(jī)的功率;
● 變頻器發(fā)生故障將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)，系統(tǒng)有冗余差，維護(hù)困難，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng);
● 變頻器不能有效的保護(hù)每一臺(tái)電機(jī)。
(二) “主從控制”方案
此方案采用多臺(tái)變頻器分別拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)，將各個(gè)電機(jī)定子繞組直接分別接在多臺(tái)變頻器輸出測(cè)。
主從控制同步運(yùn)行變頻系統(tǒng)是由完全獨(dú)立的多臺(tái)變頻器通過主、從機(jī)的同步通訊方式，保證多臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩平衡。任意一臺(tái)電機(jī)均可作為主機(jī)，剩余電機(jī)為從機(jī)。
主從控制方案中，變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩都能獨(dú)立控制，主從變頻器通訊采用光纖通訊，抗干擾能力強(qiáng)，通訊速率快，在電機(jī)同步運(yùn)行之間建立合理的負(fù)載分配關(guān)系，充分發(fā)揮各電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩控制能力，變頻器主從之間可以自動(dòng)調(diào)整各自的輸出轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩。
三 HIVERT高壓變頻器主從控制
多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的不同步問題，速度快、轉(zhuǎn)矩大的電機(jī)將承受較重負(fù)載，因此電機(jī)的同步運(yùn)行成為運(yùn)行中的控制重點(diǎn)。主從控制連接方式一般有以下兩種：
HIVERT系列高壓變頻器(對(duì)于柔性連接負(fù)載，如圖1所示)，當(dāng)主機(jī)接收到正常啟動(dòng)信號(hào)后，主機(jī)啟動(dòng)變頻器，同時(shí)將運(yùn)行信號(hào)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩電流發(fā)送給從機(jī)，從機(jī)按照主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)正常啟動(dòng)、運(yùn)行、輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從機(jī)本身具備轉(zhuǎn)矩電流的調(diào)節(jié)，同時(shí)將自身的轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)發(fā)送過來的轉(zhuǎn)矩電流做比較，從機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身的輸出轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到電機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩平衡。
HIVERT系列高壓變頻器(對(duì)于剛性連接負(fù)載，如圖2所示)，當(dāng)主機(jī)接收到正常啟動(dòng)信號(hào)后，主機(jī)啟動(dòng)變頻器，同時(shí)將運(yùn)行信號(hào)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩電流發(fā)送給從機(jī)，由于主從機(jī)是剛性連接，所以主從機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速基本一致，從機(jī)按照主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)正常啟動(dòng)、運(yùn)行、輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從機(jī)本身具備轉(zhuǎn)矩電流的調(diào)節(jié)，同時(shí)將自身的轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)發(fā)送過來的轉(zhuǎn)矩電流做比較，從機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身的輸出轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到電機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩平衡。
圖1 柔性連接負(fù)載
圖2 鋼性連接負(fù)載
四、HIVERT高壓變頻器主從控制在承德市寬城縣寶山礦業(yè)的應(yīng)用
寶山礦業(yè)是一座超低釩鈦磁鐵礦，隸屬于承德京城礦業(yè)集團(tuán)有限公司。其電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：
圖3 寶山礦業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)
(一)寶山礦業(yè)電機(jī)參數(shù)及皮帶參數(shù)
表1 寶山礦業(yè)電機(jī)參數(shù)及皮帶參數(shù)
(二)寶山礦業(yè)HIVERT高壓變頻器主從控制
寶山礦業(yè)1段皮帶，共有四臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其中電機(jī)1與電機(jī)2為一組，電機(jī)3與電機(jī)4為一組，屬于鋼性連接;兩組之間屬于柔性連接，其控制難點(diǎn)為三臺(tái)從機(jī)的控制方式跟蹤。
四臺(tái)HIVERT高壓變頻器分別對(duì)應(yīng)四臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，按照電機(jī)1～4分別定義變頻器為HIVERT1～HIVERT4，HIVERT1為主機(jī)，HIVERT2～HIVERT4為從機(jī)。
HIVERT2為從1，采用轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，從1收到主機(jī)的運(yùn)行信號(hào)后，按照主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)運(yùn)行、進(jìn)行輸出轉(zhuǎn)矩的控制;從1按照主機(jī)運(yùn)行速度運(yùn)行，將自身轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)轉(zhuǎn)矩電流對(duì)比。在此過程中，從機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身輸出電壓，從而達(dá)到主機(jī)與從1之間的轉(zhuǎn)矩平衡。
HIVERT3為從2，采用轉(zhuǎn)矩單閉環(huán)調(diào)節(jié)，從2收到主機(jī)的運(yùn)行信號(hào)后，按照主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)運(yùn)行并輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從2將自身轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)轉(zhuǎn)矩電流對(duì)比，從機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身輸出轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到主機(jī)與從2之間的轉(zhuǎn)矩平衡。
HIVERT3為從3，采用轉(zhuǎn)矩單閉環(huán)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速進(jìn)行限幅;從3收到主機(jī)的運(yùn)行信號(hào)后，按照主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)運(yùn)行并輸出轉(zhuǎn)矩的控制，從3將自身轉(zhuǎn)矩電流與主機(jī)轉(zhuǎn)矩電流對(duì)比，從機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身輸出轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到主機(jī)與從3之間的轉(zhuǎn)矩平衡，同時(shí)通過轉(zhuǎn)速限幅，來達(dá)到與從2的轉(zhuǎn)速平衡。
現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行如圖4所示，主從機(jī)電流偏差如圖5所示：
圖4 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行圖
圖5主從機(jī)電流偏差圖
(依次從左到右，從上到下分別為主、從1、從2、從3)
(三) 寶山礦業(yè)HIVERT高壓變頻器冗余設(shè)計(jì)
現(xiàn)場(chǎng)皮帶屬于2、3段運(yùn)輸，如果變頻器或電機(jī)出現(xiàn)故障，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的停機(jī)，嚴(yán)重制約生產(chǎn)?？紤]此種現(xiàn)象，變頻器在設(shè)計(jì)過程中加入了冗余設(shè)計(jì)，即任意1臺(tái)變頻器或者電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，不破壞主-從控制結(jié)構(gòu)，在皮帶系統(tǒng)允許的情況下，可以依靠剩余的變頻器和電機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)行，維持生產(chǎn)。當(dāng)變頻器及電機(jī)維修就緒后，變頻器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)投入運(yùn)行。
寶山礦業(yè)四臺(tái)變頻器在運(yùn)行過程中，任意一臺(tái)從機(jī)發(fā)生重故障，則可立即分?jǐn)鄰臋C(jī)自身的高壓斷路器，并不影響其它三臺(tái)主從機(jī)的運(yùn)行。用戶可立即維修故障后的變頻器，待故障的變頻器恢復(fù)正常時(shí)，變頻器會(huì)自動(dòng)按照電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速;輕故障不影響主、從機(jī)的運(yùn)行，只做故障報(bào)警處理。
主變頻器出現(xiàn)重故障時(shí)，主變頻器會(huì)分?jǐn)嘧陨淼纳霞?jí)高壓斷路器，并通訊給從機(jī)自由停機(jī)命令，從機(jī)系統(tǒng)待機(jī)，用戶可立即任意更改一臺(tái)變頻器作為主機(jī)，系統(tǒng)可立即恢復(fù)工作狀態(tài)。
五 結(jié)束語
寶山礦業(yè)HIVERT高壓變頻器投運(yùn)至今，運(yùn)行情況良好，主從機(jī)功率平衡;經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，寶山礦業(yè)皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)平緩、穩(wěn)定啟停，減小了對(duì)皮帶的沖擊，降低了皮帶的磨損，減少了設(shè)備維護(hù)，提高了生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的綜合可靠性。
合康變頻始終走在行業(yè)的最前端，不畏艱難，勇于創(chuàng)新，敢于拼搏，利用先進(jìn)的技術(shù)、成熟可靠的高壓變頻方案解決了不同調(diào)速工況的需求，不僅提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，而且響應(yīng)了國(guó)家“節(jié)能減排”的政策。
（轉(zhuǎn)載）
