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变频器、多传动的应用
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今生缘 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2020-02-24 14:40:51 楼主

在工业设备中多台电动机的交流调速系统应用日益广泛,例如冶金、机械制造、纺织、造纸、运输、起重等行业的许多生产设备要求多台电动机之间按照一定的规律协调地运行。

多电动机传动是相对于单电动机传动而言的,也就是说在一条生产线或者一套设备上有两个或两个以上的电动机同时运行,这些电动机大多要求精确速度控制、多电机同步运转或比例同步(牵伸)运转等,这种类型的多台电动机的变频控制系统就是多传动变频系统。使用多传动变频系统不断可以满足现场工况多种控制要求,还可以提高生产工艺、提升产品质量、减轻人工劳动强度和提高生产效率等。

1多传动变频系统的基本组成

多传动变频系统上的多台独立变频器来完成各自电动机的控制要求,这种方式最为简单,使用普通的变频器就能完成,多台变频器可以多路电源供电也可以在前级共用一路电源(如图1-a)。将系统中的多台变频器的直流电源并联连接,这种方式为共直流母线,该方式中一种是将多台普通变频器的直流端并联(如图1-b),一种是由独立的整流装置提供直流电源,多台逆变装置共用此直流电源(如图1-c)。

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多传动变频系统的应用场合中一般要满足多台变频器之间的同步运行、协调运行和功率均衡等要求。从而控制方式就有多样化,例如速度同步控制、主从控制和负荷分配等。

1. 速度同步控制

速度同步控制方式是多台变频器同时按照一样的速度运行的一种控制方式。速度同步控制方式一般有模拟量同步控制、脉冲信号同步控制和通讯总线控制等方法(如图2)。

1.1 模拟量同步控制

由同步控制器输出多路模拟量信号控制多台变频器的速度,这种以模拟量信号控制变频器输出速度的方式即为模拟量同步控制方式,该方式需要配备一台同步控制器。

1.2 脉冲信号同步控制

通过一台变频器脉冲信号来控制另一台变频器运行速度的一种方式为脉冲信号同步控制方式。当第一台变频器接受到主令电位器的速度信号后进行运转并同时输出同步脉冲信号给下一台变频器,该台变频器接受到上一台变频器的同步脉冲信号后进行运转并同时输出脉冲信号给下一台变频器,以此类推一直到最后一台变频器。

由于脉冲信号的数字处理技术抗干扰能力强,因此在速度同步控制中被广泛使用。

1.3 通讯总线控制

通过变频器通讯接口与上位机通讯来控制变频器速度同步的控制方式为通讯总线同步控制方式。通过网络通讯可以设定总线上多台变频器的高精度的频率,其具有通讯速率高、稳定可靠、接线简单等优点,且在传输过程中不会造成损耗。

2. 主从控制

主从控制方式是由多台变频器驱动同一传动系统运行的一种控制方式,一般将变频设置为一台主机和一台或多台从机,从机变频器按照主机变频器发出的速度指令来运行。根据传动系统中多台电动机轴相互耦合方式,变频器主从控制方式可分为刚性耦合和柔性耦合。

2.1 刚性耦合

几个不同的电动机轴之间通过万向节、传动辊、齿轮带等硬连接方式进行耦合为刚性耦合。在这种情况下,只要其中一个电动机运行另外几个电动机也将被动运行。刚性耦合时变频器主从控制遵循下列控制方式:

a. 主机变频器为速度控制;

b. 从机变频器跟随主机变频器的转矩给定。

2.2 柔性耦合

几个不同的电动机轴之间通过网毯、皮带等软连接方式进行耦合为柔性耦合。在这种情况下,只要其中一个电动机运行另外几个电动机也将被拖动,但也有可能打滑。柔性耦合时变频器主从控制遵循下列控制方式:

a. 主机变频器为速度控制;

b. 从机变频器跟随主机变频器的速度给定。

3. 负荷分配

在主从控制方式中,几台变频器控制几台电动机共同驱动同一负载会出现负荷分配的问题,即其中某一台变频器控制的电机出力大某一台出力小的情况,影响整个负载系统的加工工艺。此时就要进行各台变频器间的负荷分配控制了。很多连续生产线负载多变、传动情况复杂,所以要求负荷分配快速稳定无振荡,不但能够随时适应负载变化而且要保证负荷分配平衡。多传动中变频器的负荷分配控制可以通过PLC通讯功能控制、转矩控制功能控制、专用变频器软件控制和转矩限幅间接控制等方法实现。

3.1 PLC通讯功能控制

将变频器与PLC通讯链接后,PLC通过通讯方式读取主从机变频器的转矩值进行比较,然后调节从机变频器的给定频率从而调节各从机变频器的转矩,这种实现负荷分配的控制方式为PLC通讯功能控制方式。此方式需要PLC和变频器通讯的物理接口支持。

3.2 转矩控制功能控制

以一台速度控制模式的变频器作为主机变频器,将主机变频器的转矩输出作为其它从机变频器的转矩给定,从机变频器跟随主机变频器的转矩变化而变化,起到负荷分配控制的目的的方式为转矩控制功能控制方式。此方式从机变频器必须为转矩控制模式,从机变频器的给定信号是转矩而非频率。为了保证从机变频器的速度受控,必须采用速度限幅。此转矩功能控制方式控制精度高、动态响应快,但使用范围较小,对负载有一定的要求,一般用于刚性连接的主从控制方式中。

3.3 专用变频器软件控制

将软件做成变频器专用功能块或应用宏来实现负荷分配,即为专用变频器软件控制方式。调试起来不仅方便还能获得非常好的控制精度。

3.4 转矩限幅间接控制

让从机变频器的速度比主机变频器的稍微快点,然后给从机变频器加上转矩限幅使得主从变频器的转矩基本保持平衡,以达到负荷分配的目的,这种通过转矩限幅来实现负荷分配的方式为转矩限幅间接控制方式。

3AS700变频器的基本组成及应用

AS700变频器是新时达公司自行研制生产的一种工程型低压大功率交流变频器(图3是AS700变频器各个组件)。AS700变频器是共直流母线多传动形式,主要有控制单元、整流单元和逆变单元等组成,与非共直流母线的变频系统来比,省掉了多台变频器的整流部分,此方式只需要一套整流装置即可给多台逆变提供直流电源。

AS700变频器电压有400V级和690V级,单个单元功率从250kW至400kW,主要有以下特点:

共直流母线多传动变频配置:

AS700变频器主要由连接到公共直流母线的整流单元和逆变单元构成,通过整流单元为系统提供一定功率的直流电源,各个逆变单元直接挂在直流母线上,由统一的直流母线供电这样既节省空间简化了装置,能量又可在各个逆变器之间自由流动,提高了能量的再生利用率,并且减少了直流电压的波动。

一键完成预充电和整流过程:

在主回路接通时预充电系统可以在整流系统没有工作之前将直流回路电压提高到一定电压值,预充电和整流过程不需要额外增加控制信号,一键即可完成。

独立的整流系统:

一套整流单元即可完成将三相交流变为逆变所需要的直流电压的工作,为多驱动提供恒定的直流电源,不需要每台逆变驱动配整流装置。

可控硅整流和AFE整流满足不同需求:

AS700变频器有可控硅整流和AEF整流两种整流方式。如果将可控硅整流更改为AFE有源整流则可将电机制动的能量回馈电网,达到节能效果。(图4是AS700变频器的两种整流方式示意图)

AS700变频器中可控硅整流是共直流母线系统中的单向(电动方向)整流装置,输入侧配有专用的电抗器,可利用并联整流单元方式获得更大功率,支持12、18或24脉冲整流。一般用于对谐波量没有更高要求且不需要能量回馈的场合。图5是AS700工作于两象限中共直流母线变频器系统三种方案图。

AS700变频器中AFE有源整流是共直流母线系统中的双向(可回馈能量)整流装置,由功率驱动单元、LCL滤波器和预充电回路构成,也可利用并联逆变单元方式获得更大功率,且无需专用连接件。一般适用于要求电网谐波低且需要能量回馈的应用场合。图6是AS700工作于四象限中共直流母线变频器系统两种方案图。

灵活的控制: 逆变与电机之间配以接触器可以切换控制不同功率等级电机;通过切换变频器输出接触器,不仅满足多驱动之间的协调控制,多台逆变之间通过公共的直流母线还能够完成能量交换;完全支持现场的速度同步控制、主从控制和负荷分配等控制方式。

4AS700变频器突出的性能

1, 通过并联功率单元的形式得到更大的整机功率(最多可并联八个功率单元,最大功率可达3000kW),只需备一种功率单元即可,彻底解决了用户备多种规格功率单元的烦恼;

2, 驱动单元与控制器之间采用光纤连接,提高了控制器的抗干扰能力;

3, 通过均流控制算法,多单元间不需要硬件严格配对功率单元间就能达到理想的均流效果(图7和图8分别是均流控制算法前后的两个单元间电流波形)。

结束语

共直流母线多传动系统中将多台逆变配以输出接触器后,可以根据现场工况自由转换实现多种功能。共直流母线的多传动与采用多台单个独立变频器传动方案相比,在初期投资、可靠性和节能等方面都具有明显的优势。


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