李紅星，劉曉飛，許亞軍

1  電氣負載平衡優(yōu)化研究的數學(xué)模型及核心原理
直流調速系統負載平衡問(wèn)題的技術(shù)日益成熟，這里主要針對交流調速系統進(jìn)行研究。筆者采用了類(lèi)似直流系統的雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應系統為模型：速度外環(huán)和轉矩內環(huán)雙閉環(huán)。其原理圖如圖1所示。
 

圖1  系統核心原理圖

因為MASTER的轉矩調節器輸出是FOLLOWER(從機)轉矩調節器的給定值，因此如果MASTER電機負載增大或減小，同軸運行控制系統能自動(dòng)使FOLLOWER電機自動(dòng)減小或增大負載，保持電機之間及兩臺變頻器之間在任何情況下都能平衡分配負載。
在正常的運行范圍內，FOLLOWER的速度調節器（speed controller）輸出為零，從機時(shí)刻跟隨MASTER的轉矩給定（torque ref1），保持了負載的平衡。如果主從機速度略有偏差（速度給定值－實(shí)際轉速值），且速度偏差處于一定的窗口范圍內，FOLLOWER的窗口控制（window control）將使從機速度調節器的輸入和輸出保持為零，從機跟隨主機的轉矩給定（torque ref1），滿(mǎn)足負載的速度平衡要求。
如果速度偏差超出窗口范圍，窗口控制把偏差與速度調節器相連，速度調節器輸出增加或減少內部轉矩給定，停止轉速的進(jìn)一上升或下降，直至達到新的平衡。
2  中板精整線(xiàn)翻板機目前存在狀況
中板機組精整線(xiàn)翻板機是由兩臺交流電機驅動(dòng)，兩臺減速箱一級軸之間通過(guò)齒輪硬性連接同步拖動(dòng)機械設備，是重載頻繁升降的重要設備。電機及運行參數見(jiàn)表1，型號為YZR315M-10 75kW 164A 582RPM。

表1  改造前技術(shù)數據

由表1可知，由于控制采用交流電子開(kāi)關(guān)柜控制系統，全壓?jiǎn)?dòng)電流較大，電氣負載嚴重不平衡，產(chǎn)生了翻板機的承載機構支桿經(jīng)常性折斷和扭曲變形，嚴重的機械沖擊力造成減速箱的固定地腳松動(dòng)而左右擺動(dòng)，電機地腳掰斷等，這使設備的維修周期縮短，生產(chǎn)效率降低。
3  系統改造設計及要求
(1)  變頻器選型
因為是同軸驅動(dòng)相同的負載，所以?xún)膳_變頻器頻率輸出、頻率變化都應該保持嚴格的同步關(guān)系。如果其中一臺電機負載增大或減小，同軸運行控制系統能自動(dòng)使該臺電機自動(dòng)減小或增大負載，保持電機之間及兩臺變頻器之間在任何情況下都能平衡分配負載。
筆者對變頻器進(jìn)行了嚴格選型，從日本富士、法國施耐德到ABB公司的變頻器中，全方位進(jìn)行研究：功率系統、控制觸發(fā)系統、保護系統、電機識別系統、應用程序集成系統、網(wǎng)絡(luò )拓展系統?？紤]到ABB ACS604 系列變頻調速器具有獨特的方面：
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 具有標準的內置交流電抗器，大大降低了變頻器的電磁輻射及電流沖擊。
③ 應用程序集有獨特的主/從應用宏，主/從應用宏是為多電機傳動(dòng)應用而設計的，其系統由若干變頻器共同驅動(dòng)，同時(shí)電機軸經(jīng)由齒輪、鏈條、皮帶等相互連接。由于有了主/從應用宏，保證了電氣負載在電機之間均勻分配。
所以，采用ABB ACS604變頻調速器，并為將來(lái)系統電機功率的增容作了進(jìn)一步考慮，最后選用ABB ACS604系列160kW變頻調速器來(lái)突破中板精整線(xiàn)翻板機電氣負載平衡的問(wèn)題。
(2)  系統設計簡(jiǎn)圖和控制原理簡(jiǎn)圖
中板機組翻板機傳動(dòng)系統是由兩臺交流電機拖動(dòng)，確定負載重的電機作為主電機，實(shí)施速度控制，另一臺作為從電機，實(shí)施轉矩控制，從電機動(dòng)態(tài)跟隨主電機轉矩的變化而變化，有效地控制負載的平衡。該系統方案的主電路如圖2所示，控制電路如圖3所示。
4  系統調試要點(diǎn)與體會(huì )
(1)  建立主從關(guān)系的參數  主機中：60組的01、02、07、08項分別設為Master、Speed、202、213；從機中：10組的01、02項均為Comm.module；60組的01、02、07、08項分別設為Follower、Torque、202、213。
(2)  主從之間的給定  主機中：11組的01、03、06項分別設為Ref1、keypad、keypad；從機中：11組的01、03、06項分別設為Ref1、Comm Ref、Comm Ref。
(3)  主從之間的光纖選通  主機中：11組的02項設定為EXT1；從機中：11組的02項設定為EXT2。
(4)  主機不需要電機自動(dòng)辨識運行，只需從機進(jìn)行電機自動(dòng)辨識運行即可。
(5)  ACS600的減速類(lèi)型應選擇主機和從機都采用自由慣性停車(chē)方式，不能采用斜率方式停車(chē)。因為，斜率停車(chē)方式下，機械抱閘動(dòng)作時(shí)變頻器沒(méi)有完全停止供電。
(6)  ACS604變頻器的數據給定采用鍵盤(pán)給定方式，以減少外部電壓或電流給定方式帶來(lái)的誤差和故障機率。
 

圖2  系統方案的主電路

圖3  系統方案的控制電路

5  運行實(shí)際效果
控制系統改造后，經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)運行觀(guān)察電機特性參見(jiàn)表2。

表2  改造后技術(shù)數據