1 引言
近年來，隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。變頻器由于性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、性價(jià)比高，在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，冶金、造紙等行業(yè)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)靜態(tài)指標(biāo)有著較高的要求，在轉(zhuǎn)爐或紙機(jī)的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，否則，無法維持正常生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多因素都會(huì)干擾電機(jī)的同步控制，例如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、頻率的變化、負(fù)載的突變、溫度的改變等。800-04-0490-7+P901 ACS 800-04-0550-7+P901 ACS 800-04-0610-7+P901 ACS 800-04P-0140-3+P901 ACS 800-04P-0170-3+P901 ACS 800-04P-0210-3+P901 ACS 800-04P-0260-3+P901 ACS 800-04P-0320-3+P901 ACS 800-04P-0400-3+P901 ACS 800-04P-0440-3+P901 ACS 800-04P-0490-3+P901 ACS 800-04P-0170-5+P901 ACS 800-04P-0210-5+P901 ACS 800-04P-0260-5+P901 ACS 800-04P-0320-5+P901 ACS 800-04P-0400-5+P901 ACS 800-04P-0440-5+P901 ACS 800-04P-0490-5+P901 ACS 800-04P-0550-5+P901 ACS 800-04P-0610-5+P901 ACS 800-04P-0140-7+P901 ACS 800-04P-0170-7+P901 ACS 800-04P-0210-7+P901 ACS 800-04P-0260-7+P901 ACS 800-04P-0320-7+P901 ACS 800-04P-0400-7+P901 ACS 800-04P-0440-7+P901 ACS 800-04P-0490-7+P901 ACS 800-04P-0550-7+P901 ACS 800-04P-0610-7+P901 ACS800-07 系列變頻器 ACS 800-07-0070-3+P901 ACS 800-07-0100-3+P901 ACS 800-07-0120-3+P901 ACS 800-07-0140-3+P901 ACS 800-07-0170-3+P901 ACS 800-07-0210-3+P901 ACS 800-07-0260-3+P901 ACS 800-07-0320-3+P901 ACS 800-07-0400-3+P901 ACS 800-07-0440-3+P901 ACS 800-07-0490-3+P901 ACS 800-07-0170-5+P901 ACS 800-07-0210-5+P901 ACS 800-07-0260-5+P901 ACS 800-07-0320-5+P901 ACS 800-07-0400-5+P901 ACS 800-07-0440-5+P901 ACS 800-07-0490-5+P901 ACS 800-07-0550-5+P901 ACS 800-07-0610-5+P901 ACS 800-07-0140-7+P901 ACS 800-07-0170-7+P901 ACS 800-07-0210-7+P901 ACS 800-07-0260-7+P901 ACS 800-07-0320-7+P901 ACS 800-07-0400-7+P901 ACS 800-07-0440-7+P901 ACS 800-07-0490-7+P901 ACS 800-07-0550-7+P901 ACS 800-07-0610-7+P901 ACS800-02 系列變頻器 ACS 800-02-0140-3+P901 ACS 800-02-0170-3+P90因此，為了得到理想的同步控制效果，采用主從控制是比較好的解決方案之一。
2 同步運(yùn)行方案的選擇
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS800-04-0035-3+P901
ACS800-04-0040-3+P901
ACS800-04-0050-3+P901
ACS800-04-0060-3+P901
ACS800-04-0075-3+P901
ACS800-04-0100-3+P901
ACS800-04-0120-3+P901
ACS800-04-0135-3+P901
ACS800-04-0165-3+P901
ACS800-04-0205-3+P901
ACS800-04-0140-3+P901
ACS800-04-0170-3+P901
ACS800-04-0210-3+P901
ACS800-04-0260-3+P901
ACS800-04-0320-3+P901
ACS800-04-0400-3+P901
ACS800-04-0440-3+P901
ACS800-04-0490-3+P901
ABB部分型號(hào)
（一）ACS510 IP21系列變頻器
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510 IP54系列變頻器
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS510-01
ACS550 IP21系列變頻器
工業(yè)中同一臺(tái)設(shè)備或者同一條生產(chǎn)線的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部分通常采用一臺(tái)大功率電機(jī)或多臺(tái)相對(duì)功率較小的電機(jī)分別拖動(dòng)的方式，而這些不同的運(yùn)動(dòng)部分彼此間在運(yùn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)方面常常有配合協(xié)調(diào)關(guān)系，這就要求在各電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制之間建立某種關(guān)系，這就是所謂的同步運(yùn)行問題。
同步運(yùn)行是變頻調(diào)速在工業(yè)應(yīng)用中比較復(fù)雜和要求很高的領(lǐng)域。正確選擇同步控制方案，是在同步運(yùn)行領(lǐng)域正確設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。通常，同步運(yùn)行主要可以采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)。
2.1 單臺(tái)大功率電機(jī)
對(duì)于大功率負(fù)載，一般選用一臺(tái)大功率電機(jī)及相應(yīng)功率的變頻器組成其傳動(dòng)系統(tǒng)。相對(duì)于多電機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，單臺(tái)大功率電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由于只有一個(gè)傳動(dòng)速度，同步性能最優(yōu)。然而，也正是由于該系統(tǒng)的唯一性，任何一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障都將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的停機(jī)，系統(tǒng)冗余性差，而且由于電機(jī)、變頻器等電氣設(shè)備的功率較大，維護(hù)困難，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。
2.2 群拖
用一臺(tái)變頻器帶動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行的方式，稱為群拖。這時(shí)變頻器的輸出側(cè)就成了供電母線，各電動(dòng)機(jī)接受同頻率同幅值的電壓。在電動(dòng)機(jī)規(guī)格相同時(shí)，彼此間總是運(yùn)行在理想空載轉(zhuǎn)速相同、斜率也大致相同的機(jī)械特性上，當(dāng)負(fù)載大致一致時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)速也大致相同。
由于矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制都不能用于群拖方式，因此，群拖方式只能采用恒壓頻比控制方式。由于恒壓頻比控制方式的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)速性能都不高，且低速時(shí)帶載能力差，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低，一般應(yīng)用于調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。另外，群拖方式下，各電動(dòng)機(jī)只是理想空載轉(zhuǎn)速一致，而實(shí)際轉(zhuǎn)速由機(jī)械特性曲線和負(fù)載力矩決定，因此，群拖方式下的各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速并不能保證完全一致，同步性不高，故群拖方式只能用于同步運(yùn)行要求不高的場(chǎng)合。
2.3 主從控制
主從控制是為多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，每臺(tái)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。利用這個(gè)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(dòng)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：
（1）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，如圖1（a）所示。從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制模式，以使傳動(dòng)單元之間平均分配負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時(shí)是由機(jī)械結(jié)構(gòu)保證轉(zhuǎn)速同步，由于每臺(tái)電機(jī)分別由單獨(dú)的變頻器控制，保證了各電動(dòng)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?，F(xiàn)象的發(fā)生。
?。?/span>2）當(dāng)主機(jī)和從機(jī)的電機(jī)軸采用柔性連接時(shí)，如圖1（b）所示。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(dòng)系統(tǒng)除了采用速度控制方式解決轉(zhuǎn)速同步問題，同時(shí)還要利用轉(zhuǎn)矩下垂特性實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在各個(gè)電機(jī)上的平均分配。
圖2示出了轉(zhuǎn)矩下垂功能原理：用參數(shù)規(guī)定額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速差，而系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)矩和給定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定實(shí)際的速度給定值，如式（1）所示。這樣，系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩情況自動(dòng)調(diào)整給定轉(zhuǎn)速，具備了速度適應(yīng)能力。因此，轉(zhuǎn)矩下垂特性允許主機(jī)和從機(jī)之間存在微小的速度差。
式中，n為實(shí)際給定轉(zhuǎn)速，n0為給定轉(zhuǎn)速，δn為轉(zhuǎn)速差，t為實(shí)際轉(zhuǎn)矩，t0為額定轉(zhuǎn)矩。
?。?/span>1） 主從控制原理
abbacs800系列變頻器主從控制采用直接轉(zhuǎn)矩（dtc）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(gè)交流異步電動(dòng)機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)測(cè)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(duì)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(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制?？刂圃砣鐖D3所示。
在主從控制應(yīng)用中，外部信號(hào)（包括起動(dòng)、停止、給定信號(hào)等）只與主機(jī)變頻器相連，主機(jī)通過光纖將從機(jī)控制字和轉(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(duì)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(hào)單獨(dú)連至主機(jī)的運(yùn)行使能信號(hào)端，形成聯(lián)鎖。一旦發(fā)生故障，聯(lián)鎖將停止主機(jī)和從機(jī)的運(yùn)行。
主機(jī)發(fā)送給從機(jī)的的控制字是一個(gè)16位字，其中僅b3（run）、b7（reset）、b10（remote－cmd）使用，當(dāng)從機(jī)參數(shù)10.01（ext1start/stop／dir）或10.02（ext2start/stop/dir）設(shè)置為comm.cw時(shí)，控制字命令有效。給定值是包括1個(gè)符號(hào)位和15個(gè)整數(shù)位的16位字，給定1為速度給定，給定2為轉(zhuǎn)矩給定。在從機(jī)中，要將給定1定義為從機(jī)的外部速度給定，需將參數(shù)11.03（extref1 select）設(shè)置為comm.ref；要將給定2定義為從機(jī)的外部轉(zhuǎn)矩給定，需將參數(shù)11.06（ext ref2select）設(shè)置為comm.ref。
圖4為主機(jī)和從機(jī)為剛性連接時(shí)，從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定的控制原理圖。主機(jī)采用速度控制方式，即速度給定speedref3與實(shí)際速度actual speed相比較，通過pi調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩給定值torqref3，該值經(jīng)過頻率限幅、直流電壓限幅、功率限幅和轉(zhuǎn)矩限幅后，得到最終的轉(zhuǎn)矩給定值torq refused。該值和定子磁通給定值分別同相應(yīng)的實(shí)際值在滯環(huán)比較器內(nèi)進(jìn)行比較，得到最優(yōu)的pwm信號(hào)，最終通過驅(qū)動(dòng)逆變器的開關(guān)器件達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。主機(jī)速度環(huán)輸出的最終轉(zhuǎn)矩給定值torqref used同時(shí)作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡分配。
由于從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制，其轉(zhuǎn)速由主機(jī)速度和機(jī)械耦合度共同決定。當(dāng)機(jī)械耦合緊密時(shí)，從機(jī)速度保持與主機(jī)同步；當(dāng)由于機(jī)械原因?qū)е埋詈隙茸儾顣r(shí)，從機(jī)實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，來自主機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩torqrefused大于從機(jī)的實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而引起從機(jī)轉(zhuǎn)速的迅速升高，直到達(dá)到其轉(zhuǎn)速的限幅值，如圖5（a）所示。此時(shí)，從機(jī)由轉(zhuǎn)矩控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣瓤刂品绞?，速度給定值為轉(zhuǎn)速限幅值。在工程中，為防止主從機(jī)速度相差過大，在從機(jī)的速度環(huán)節(jié)中增加了窗口控制功能。窗口控制原理如圖5（b）所示。當(dāng)從機(jī)轉(zhuǎn)速超過窗口控制所設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍后，窗口控制功能激活從機(jī)轉(zhuǎn)速pi調(diào)節(jié)器輸出torqref2，該輸出值與主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值的和作為最終的從機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值torq ref used，保證從機(jī)轉(zhuǎn)速限制在窗口限定的范圍之內(nèi)。
圖6為主機(jī)與從機(jī)為柔性連接時(shí)，從機(jī)跟隨主機(jī)速度給定的控制原理圖。主機(jī)為速度控制方式，轉(zhuǎn)速給定為speedref3。從機(jī)跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)速給定，給定值為speedref3，主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值無效。在此控制方式中，主機(jī)和從機(jī)轉(zhuǎn)矩下垂功能的使用保證了負(fù)載功率在主從機(jī)上的平均分配。當(dāng)從機(jī)因摩擦力下滑等原因出現(xiàn)部分卸載情況時(shí)，從機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低，在轉(zhuǎn)矩下垂功能的作用下，實(shí)際給定轉(zhuǎn)速略有升高，實(shí)際輸出功率變化不大。此時(shí)，主機(jī)承受的負(fù)載增加，其內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)提高 。，而轉(zhuǎn)矩下垂功能使給定轉(zhuǎn)速下降，從而保證主機(jī)輸出功率的平衡。當(dāng)從機(jī)摩擦力恢復(fù)后，從機(jī)承受的負(fù)載增加，內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增加，實(shí)際給定轉(zhuǎn)速減少；主機(jī)承受負(fù)載減少，內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減少，實(shí)際給定轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高。由于轉(zhuǎn)矩下垂功能的存在，主從機(jī)在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率的平均分配。
（2） 主從機(jī)參數(shù)設(shè)置
abb acs800系列變頻器主從機(jī)參數(shù)設(shè)置如表1～2所示，具體信息可參考文獻(xiàn)［2］。
需要注意的是，當(dāng)從機(jī)采用跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，如采用窗口控制功能，參數(shù)組60.02應(yīng)選擇參數(shù)add，表示窗口控制對(duì)轉(zhuǎn)矩控制模式下的從機(jī)進(jìn)行速度監(jiān)視。
在轉(zhuǎn)速偏差在參數(shù)定義的范圍內(nèi)，從機(jī)遵循主機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，窗口控制將會(huì)保持從機(jī)速度調(diào)節(jié)器的輸入和輸出為零。
若轉(zhuǎn)速偏差超出窗口范圍，窗口控制將誤差傳至速度調(diào)節(jié)器。速度調(diào)節(jié)器輸出將會(huì)增加或減少內(nèi)部轉(zhuǎn)矩給定值，將轉(zhuǎn)速限制在窗口定義的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
3 應(yīng)用主從案例分析
山西朔州中煤集團(tuán)的皮帶運(yùn)輸機(jī)采用兩臺(tái)大功率電機(jī)主從連接的傳動(dòng)方式，保證負(fù)載的分配平衡。由于應(yīng)用場(chǎng)合的差異，該廠采用了兩種不同的主從控制方式，即主機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制方式，從機(jī)采用跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩和跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方式。傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)如下：
電機(jī)參數(shù)：額定電壓為660v；額定電流為720.9a；額定功率為710kw；額定轉(zhuǎn)速為1448r/min；額定頻率為50hz。
變頻器：2 × acs800-07-1700-7
3.1 從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制方式
圖7為兩臺(tái)電機(jī)通過同一個(gè)減速機(jī)同軸聯(lián)結(jié)（剛性連接）的主從波形圖。采用abb傳動(dòng)調(diào)試軟件driveb監(jiān)測(cè)主機(jī)和從機(jī)在工作過程中的轉(zhuǎn)速（［1］代表主機(jī)，［4］代表從機(jī)）、電流（［2］代表主機(jī)，［5］代表從機(jī)）和輸出轉(zhuǎn)矩（［3］代表主機(jī)，［6］代表從機(jī)）的波形。圖7中的數(shù)值為相應(yīng)的實(shí)測(cè)值。主機(jī)給定轉(zhuǎn)速為1480r/min。由圖可見，從機(jī)跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，兩電機(jī)分別輸出額定轉(zhuǎn)矩的約37.4%左右，負(fù)載分配基本平衡，兩電機(jī)實(shí)際輸出電流約為320a左右。由于主從機(jī)為剛性連接，主從機(jī)轉(zhuǎn)速由機(jī)械結(jié)構(gòu)保持同步，實(shí)際轉(zhuǎn)速為1480r/min左右。
3.2 從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方式
圖8為兩臺(tái)電機(jī)通過皮帶機(jī)同軸聯(lián)結(jié)（柔性連接）的主從波形圖。采用abb傳動(dòng)調(diào)試軟件driveb監(jiān)測(cè)主機(jī)和從機(jī)在工作過程中的轉(zhuǎn)速（［1］代表主機(jī)，［3］代表從機(jī)）和輸出轉(zhuǎn)矩（［2］代表主機(jī)，［4］代表從機(jī)）的波形。圖中的數(shù)值為相應(yīng)的實(shí)測(cè)值。主機(jī)給定轉(zhuǎn)速為200r/min。由圖8可見，由于從機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制，從機(jī)轉(zhuǎn)速保持與主機(jī)一致，維持在200r/min左右。由于系統(tǒng)為柔性連接，主從機(jī)所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩略有不同，因此，其輸出轉(zhuǎn)矩也略有差別，但基本維持在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的28%左右，兩電機(jī)輸出功率基本相同。
4 結(jié)束語
由以上分析可知，在工業(yè)應(yīng)用中，針對(duì)同軸連接需要同步運(yùn)行的場(chǎng)合，主從控制是一種最佳的選擇方案，不僅能夠保證多個(gè)同軸電機(jī)的同步運(yùn)行，而且可較好地實(shí)現(xiàn)負(fù)載的均勻分配，減少了設(shè)備因不同步、負(fù)載分配不平衡而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障和產(chǎn)品質(zhì)量差等現(xiàn)象的發(fā)生，保證了生產(chǎn)的正常高效的進(jìn)行。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,它具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高,起、制動(dòng)平穩(wěn)、可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)。市面上各種品牌的變頻器控制方式大多采用磁通矢量控制FVC,而ABB采用獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC方式。DTC控制方式其力矩階躍上升時(shí)間小于5ms,比FVC控制方式至少小一倍,動(dòng)態(tài)控制精度比FVC高出一個(gè)數(shù)量級(jí);特別在低速運(yùn)行、電網(wǎng)供電質(zhì)量不好、波形發(fā)生畸變時(shí),DTC仍然能保持較高的控制精度。
一、ABB交流調(diào)速裝置的介紹
ABB的交流調(diào)速裝置分為ACC和ACS兩種系列,ACC和ACS在硬件組成和結(jié)構(gòu)上基本一樣,區(qū)別在控制軟件上;ACC是專門為起重機(jī)設(shè)計(jì)的,它有一個(gè)專門控制制動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)提升應(yīng)用宏,用于位能性負(fù)載。它可以做到打開制動(dòng)器時(shí)電機(jī)以零速保持著重物,然后根據(jù)裝置內(nèi)設(shè)定的加、減速曲線加速到給定值,解決了溜鉤問題。ACS是為風(fēng)機(jī)、水泵、平移機(jī)構(gòu)等摩擦性負(fù)載而設(shè)計(jì)的,在起重機(jī)中,主要用于行走等平移機(jī)構(gòu)。
因此在我單位為琿春電廠設(shè)計(jì)的75t/20t雙梁橋機(jī)中,選用了ABB的交流調(diào)速裝置,其中主起升和副起升采用ACC800,小車和大車行走采用了ACS800
二、調(diào)速裝置的選擇
1、變頻器的容量選擇
變頻器容量選擇應(yīng)本著變頻器額定電流大于電動(dòng)機(jī)額定電流的原則來選配：
Ib≥Id×K1×K2／K3
式中：Ib－變頻器的額定電流;
Id－電動(dòng)機(jī)的額定電流;
K1－最大負(fù)載系數(shù),為所需最大轉(zhuǎn)距與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)距之比;
K2－余量系數(shù),一般取K2＝1.2
K3－變頻器過載能力系數(shù),不同的變頻器生產(chǎn)廠家其K3值不一樣,ABB和安川一般取K3＝1.5,西門子取K3=1.36
2、制動(dòng)電阻的選擇：
制動(dòng)電阻的阻值大小以使制動(dòng)電流不超過變頻器額定電流的一半為宜：
IB=UD/R≤Ie/2
從而得到 R≥2UD/Ie
式中：R-制動(dòng)電阻
UD-變頻器內(nèi)整流后直流側(cè)的電壓
Ie-變頻器額定電流
IB-制動(dòng)電流
制動(dòng)電阻的功率:
PB≥αBUD2/R
式中：PB-制動(dòng)電阻的功率
αB-選用系數(shù)
UD-變頻器內(nèi)整流后直流側(cè)的電壓
R-制動(dòng)電阻
αB的取值范圍約為αB＝0.3~0.5 因?yàn)樵谄鹬貦C(jī)中,吊鉤下降全過程的工作狀態(tài)屬于電動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài),可以認(rèn)為是長(zhǎng)時(shí)工作制,因此選用：αB＝1.0
3、制動(dòng)單元的選擇：
制動(dòng)單元的功能是,當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的限值時(shí),接通能耗電路,使直流回路通過制動(dòng)電阻釋放能量。制動(dòng)單元的額定電流按正常直流側(cè)的電壓下流經(jīng)制動(dòng)電阻的電流的兩倍來選擇：
ICM≥2UD/R
三、橋機(jī)的系統(tǒng)介紹
琿春電廠發(fā)電廠房有兩臺(tái)75t/20t雙梁橋式起重機(jī),平時(shí)兩臺(tái)橋機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行,當(dāng)需要抬吊發(fā)電機(jī)定子或抬吊別的大件重物時(shí),兩臺(tái)橋機(jī)合并為一臺(tái)。在任何一臺(tái)橋機(jī)的司機(jī)室里,都可以控制兩臺(tái)橋機(jī)各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)行,并且也可以單獨(dú)控制對(duì)方橋機(jī)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。因此電控系統(tǒng)采用了“PLC+變頻調(diào)速+MPI網(wǎng)”三級(jí)控制方案。
橋機(jī)的控制過程是通過聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令控制器檔位的數(shù)字量信號(hào)傳送給PLC,由PLC運(yùn)算處理后,再由PLC模擬量輸出模塊輸出直流電壓信號(hào)(0～10V)給交流變頻器,通過交流變頻器內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定,輸出相應(yīng)的速度, 各檔速度可在PLC中任意設(shè)定。
兩臺(tái)橋機(jī)電氣系統(tǒng)一樣,主要由主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)、橋機(jī)操作控制系統(tǒng)等部分組成。
①起升機(jī)構(gòu)
主起升機(jī)構(gòu)由1臺(tái)YZPB（F）250M1-6 37Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。副起升機(jī)構(gòu)由1臺(tái)YZPB（F）225M-6 30Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用ABB 公司專門為位能性負(fù)載設(shè)計(jì)的ACC800－01－0060－3、內(nèi)置制動(dòng)斬波器;調(diào)速為帶編碼器的閉環(huán)控制,調(diào)速范圍為1:10。
主起升速度： 0.18~1.8m/min;副起升速度： 0.68~6.8m/min。主令控制器分為四檔,上下各為10%、30% 60%、100%額定速度;起動(dòng)、停止和各檔速度過渡平穩(wěn)無沖擊,屬有檔位無級(jí)調(diào)速方式。
主、副鉤的操作手柄分別設(shè)在左、右聯(lián)動(dòng)臺(tái)上,可實(shí)現(xiàn)主、副鉤的同時(shí)工作和副鉤協(xié)同主鉤傾翻或翻轉(zhuǎn)起吊構(gòu)件的要求。
起升機(jī)構(gòu)的電路原理圖如圖1所示：
②大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)
大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)有2臺(tái)YZPB（F）E132M2-4 6.3Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng),兩臺(tái)電機(jī)由一套變頻器控制;小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由1臺(tái)YZPB（F）E132M1-4 5.5Kw變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬位移性負(fù)載,所以采用ABB公司 ACS800－
大車運(yùn)行速度：3~30m/min;小車運(yùn)行速度：1.8~18m/min。同起升機(jī)構(gòu)一樣,系統(tǒng)采用主令檔位開關(guān)量通過PLC的處理,輸出模擬量給交流變頻器,再由交流變頻器輸出相應(yīng)的速度, 各檔速度可在PLC中任意設(shè)定。大、小車主令檔位分為五檔,各檔速度為10%、30%、50%、70%、100%額定速度;同起升機(jī)構(gòu)一樣也屬有檔位無級(jí)調(diào)速方式。大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電路原理圖如圖2所示：
四、ABB交流調(diào)速裝置的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試
1、變頻器ACC800的主要參數(shù)的設(shè)置
①首先應(yīng)選擇應(yīng)用宏
ACC提供了兩個(gè)應(yīng)用宏：CRANE和M/F CTRL,CRANE宏為不帶主/從總線功能的提升應(yīng)用宏;M/F CTRL為帶主/從總線功能的提升應(yīng)用宏,本機(jī)選擇CRANE宏。
②基本參數(shù)的設(shè)置
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌上額定電壓、電流、轉(zhuǎn)速、功率等設(shè)置99.5～99.9參數(shù);也可以通過CDP312控制盤的FUNC功能鍵由啟動(dòng)向?qū)У挠⑽奶崾疽徊讲竭M(jìn)行參數(shù)設(shè)定;參數(shù)設(shè)定好后,即可作電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行。在電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)的設(shè)備無法分離時(shí),99.10參數(shù)應(yīng)選擇ID MAGN;在電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)的設(shè)備分離時(shí),為了保證最好的控制精度,99.10參數(shù)應(yīng)選擇STANDARD;根據(jù)ACC的特點(diǎn),由10.1參數(shù)設(shè)定的制動(dòng)應(yīng)答數(shù)字輸入點(diǎn)一定要和實(shí)際接線相對(duì)應(yīng),此輸入點(diǎn)沒信號(hào)變頻器將無法啟動(dòng);
③其他參數(shù)的設(shè)置
組13（模擬輸入）、組14（繼電器輸出）、組20（極限值）、組23（速度控制）和組27（制動(dòng)斬波器）等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定;本橋機(jī)起升部分采用了日本渡邊脈沖編碼器,編碼器由組50參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,與之配合的參數(shù)98.1一定要設(shè)為RTAC-SLOT1,以激活脈沖編碼器,使之為可用。ACC800有兩種外部控制模式：FIELD BUS模式和STAND ALONE模式,本橋機(jī)采用外部開關(guān)量控制,因此64.1參數(shù)應(yīng)選擇TRUE。
2、變頻器ACS800的主要參數(shù)的設(shè)置
橋機(jī)的大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用ACS800變頻器、沒有編碼器的開環(huán)控制。參數(shù)設(shè)置比較簡(jiǎn)單,99.4參數(shù)設(shè)置為DTC控制。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌將組99參數(shù)設(shè)置好后,即可作電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行。電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行后,根據(jù)實(shí)際需要,對(duì)組10（起動(dòng)/停止/方向）、組11（給定選擇）、組13（模擬輸入）、組14（繼電器輸出）、組20（極限值）、組21（起動(dòng)/停止）、組23（速度控制）和組27（制動(dòng)斬波器）等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,參數(shù)設(shè)置結(jié)束,整機(jī)變頻器參數(shù)的設(shè)置即告結(jié)束。
五、調(diào)試中出現(xiàn)的問題ACS550-01
在生產(chǎn)制造廠內(nèi)調(diào)試時(shí),由于條件所限,調(diào)速裝置僅帶著電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)試,沒有制動(dòng)器。在調(diào)試主起升時(shí),給定信號(hào)為零,電動(dòng)機(jī)卻一直沒有停下來。ACC是專為起重機(jī)設(shè)計(jì)的,調(diào)速裝置在接到制動(dòng)器閉合確認(rèn)信號(hào)后,還要檢測(cè)速度信號(hào),當(dāng)速度信號(hào)為零時(shí),經(jīng)過延時(shí),調(diào)速裝置才停止輸出。用人為的辦法將電動(dòng)機(jī)抱死,一松開,電動(dòng)機(jī)又繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整,調(diào)速裝置始終沒有停止輸出。檢查裝置時(shí),發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí),變頻器的速度顯示值還有一個(gè)很小的值。檢查電動(dòng)機(jī),發(fā)現(xiàn)傳感器的連接沒有固定好,因?yàn)檎饎?dòng)等原因,使傳感器仍然有信號(hào)輸出。固定好后,上述現(xiàn)象消失。在調(diào)試副起升時(shí),發(fā)現(xiàn)了同樣問題。檢查電機(jī)沒有問題,便考慮到編碼器是否有問題,更換之,一切正常。因此不帶機(jī)械制動(dòng)的調(diào)試過程也是必要的。提醒同行,在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)一定要注意變頻器的速度顯示值,如果制動(dòng)器抱死后,變頻器的速度顯示值還有,立即查明原因,排除故障。否則,變頻器將有燒毀的危險(xiǎn)。
結(jié)束語
ABB變頻技術(shù)的使用,解決了舊的調(diào)速系統(tǒng)所存在的故障率高、線路復(fù)雜、不能平滑調(diào)速、維護(hù)量大等弊病,同時(shí)也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作,使電氣控制性能上了一個(gè)新臺(tái)階。其可靠性和先進(jìn)性是舊的調(diào)速系統(tǒng)所無法比擬的,并以其優(yōu)越的性能價(jià)格比受到了用戶的歡迎。
