同步系統變頻控制與節能技術(shù)探討

0 引言

同步系統在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量存在，不同的場(chǎng)合對其成本、控制精度等有不同的要求。隨著(zhù)對節能型社會(huì )的創(chuàng )導，同步系統變頻節能技術(shù)也成為研究的熱點(diǎn)，本文正是基于這點(diǎn)，對同步系統控制技術(shù)和節能方法進(jìn)行了系統的分析和總結，最后給出了兩個(gè)應用實(shí)例。

1 同步系統的控制方法

1.1 模擬同步控制方案

圖1 為一種低成本模擬同步控制方案，通過(guò)電位器直接實(shí)現，由于這種方法的比例精度受電位器的影響比較大，因此，主給定電位器的阻值比從給定電位器的阻值大10 倍以上。另外，由于是電壓控制方式，所以此方案抗干擾比較差，不適合長(cháng)線(xiàn)傳輸。改進(jìn)方法如圖2 所示，采用有源電壓電流轉換器(V-I)，將電壓信號轉換為電流信號，克服了比例精度受電位器的影響和抗干擾差的缺點(diǎn)，是目前應用比較多的方案。

1.2 開(kāi)關(guān)量速度鏈控制

在一些干擾大的現場(chǎng)，采用模擬量進(jìn)行傳輸的系統受干擾現象嚴重，可以考慮充分利用變頻器高速脈沖輸入的功能，實(shí)現高精度、低成本、高可靠性的控制。如圖3 所示，可以采用上述模擬量的疊加功能實(shí)現微調，或者采用圖3 中的up、down 電動(dòng)電位計的疊加功能。具體方法是：利用PLC高速輸出口產(chǎn)生高頻脈沖，例如5 000 Hz 對應50.00 Hz，其分辨率為0.01 Hz。根據同步的比例，設定每臺變頻器的最大頻率，就可以實(shí)現高精度的比例控制了。例如設k=0.6，設定該臺變頻器的最大頻率為30.00 Hz，當PLC 輸出的高頻脈沖頻率為5 000 Hz時(shí)，對應30.00 Hz。

1.3 通信或者現場(chǎng)總線(xiàn)速度鏈控制

在一些高速、高精度和自動(dòng)化程度要求比較高的場(chǎng)合，常采用如圖4所示的通信或者現場(chǎng)總線(xiàn)速度鏈控制方案。通信速度鏈控制如圖4(a)所示，在臺數比較多時(shí)，由于輪詢(xún)的時(shí)間比較長(cháng)，控制系統的響應速度比較慢，因此適合比較低速的中小系統應用。另外由于動(dòng)態(tài)響應速度比較慢，不能夠實(shí)現頻率的動(dòng)態(tài)調整，一般還需要在每臺傳動(dòng)點(diǎn)控制柜上加裝頻率微調裝置，在負載變化比較大的場(chǎng)合還需要加裝動(dòng)態(tài)負荷分配調節器來(lái)實(shí)現高精度控制?，F場(chǎng)總線(xiàn)速度鏈控制如圖4(b)所示，適合復雜系統的應用，可以根據變頻器的運行狀態(tài)參數，如電流、轉矩，動(dòng)態(tài)調整頻率指令，實(shí)現負荷動(dòng)態(tài)分配，達到高速、高性能的同步控制?，F場(chǎng)總線(xiàn)速度鏈控制方式在控制結構上最為簡(jiǎn)潔，但是對編程和現場(chǎng)布線(xiàn)及控制柜的抗干擾處理方面更為嚴格，這是其應用難點(diǎn)。

2 同步系統中的負荷分配控制

在同步控制系統中，即使在精確比例控制的前提下，還會(huì )碰到由于負載或者生產(chǎn)工藝的影響，造成實(shí)際速度的動(dòng)態(tài)變化，從而導致生產(chǎn)物料的變形或者斷裂等。如在造紙的壓榨部中，兩臺電機由毛布實(shí)現直接連接，處于同一毛布圈路內，不僅需要同步，而且需要進(jìn)行負荷分配，否則會(huì )造成兩臺變頻器的過(guò)流、過(guò)壓保護等問(wèn)題。解決方法之一是可以將其中一臺變頻器作為主傳動(dòng)，采用基本的速度控制方式，將另外一臺變頻器作為從傳動(dòng)，采用負荷分配控制。

采用速度進(jìn)行負荷分配控制原理如圖5 所示。在控制中，運用變頻器內部PID調節器或者外部控制器的PID調節器，將主傳動(dòng)的轉矩電流實(shí)際值作為給定值，從傳動(dòng)的轉矩電流實(shí)際值作為反饋值，經(jīng)PID調節后生成的值作為附加給定疊加到從傳動(dòng)速度通道，從而實(shí)現負荷分配的過(guò)程控制。這種方式，變頻器可以工作在V/f、開(kāi)環(huán)矢量或者閉環(huán)矢量控制方式。

采用轉矩控制進(jìn)行負荷分配控制原理如圖6所示。主傳動(dòng)工作于速度模式，從傳動(dòng)變頻器工作于轉矩模式，從傳動(dòng)電機必須加裝編碼器。主傳動(dòng)轉矩電流實(shí)際值作為從傳動(dòng)轉矩控制給定值，從而實(shí)現負荷分配的過(guò)程控制。為了安全，從傳動(dòng)可以在轉矩控制基礎上，以速度指令加上一定的偏置作為從傳動(dòng)變頻器的速度限幅。

3 同步系統的節能方法

在同步控制系統中，正常情況下，除要求后級與前級保持同步外，還需要保證一定的張力，這就要靠速差來(lái)達到該目的。另外由于機械系統的慣量，在加、減速過(guò)程和穩速過(guò)程中均會(huì )出現發(fā)電運行的過(guò)電壓。針對此，對于一般的同步控制系統有兩種連接方法。

3.1 獨立變頻器加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻

獨立變頻器加裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的方案如圖7所示。

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