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HIVERT高压变频器主从控制探讨

浏览次数: 日期:2014-6-16 15:44:59
摘 要: 主从控制工业场合对变频器控制系统的转速和转矩控制指标要求严格,要求各部分驱动电机的转矩或转速严格同步,否则,将影响正常生产。然而在实际的应用场合中,诸多因素影响着电机的同步控制。在此,本文主要介绍亿万先生器的主从控制理论及在现场的实际应用。关键词:主从控制;同步运行 引言变频器由于其性能稳定,调速精度高,节能环保等特点,在工业领域得到了广泛的应用。亿万先生从成立到现在,产品从通用的U/F高压变频器发展到高性能矢量控制变频器;从单台拖动发展到一拖二、一拖三;再到现在的通用主从控制和同异步矢量主从控制,这一系列成绩的取得,使亿万先生成为同行业中的佼佼者。
一、变频器系统调速同步控制方案在现场应用中,同一负载往往需要多台电机同时拖动,正确选择同步控制方案,是同步运行变频调速系统的关键因素。根据现场工艺不同,可以选择不同的变频控制方案。所谓的电机同步运行就是要求在各电动机的调速控制之间建立某种关系,来确保各电机之间的速度、转矩等方面的关系协调。(一)“一拖n”方案此方案是采用一台变频器同时拖动n台电机运行,将各个电机定子绕组直接并联在一台变频器输出测。“一拖n”方案中由于电机定子直接并联在同一台变频器输出侧,只有一个传动速度,速度同步性能最优,然而,转矩同步性能最差,变频器无法对电机的转矩进行独立的控制,因此各电机的出力由电机的参数、机械设备的参数及负载的变化决定。采用“一拖n”方案有以下三个弊端:l变频器不能有效的分配多台电机的功率;l变频器发生故障将导致整个系统停机,系统有冗余差,维护困难,恢复时间较长;l变频器不能有效的保护每一台电机。(二) “主从控制”方案此方案采用多台变频器分别拖动多台电机,将各个电机定子绕组直接分别接在多台变频器输出测。主从控制同步运行变频系统是由完全独立的多台变频器通过主、从机的同步通讯方式,保证多台电机的转速及转矩平衡。任意一台电机均可作为主机,剩余电机为从机。主从控制方案中,变频器对电机的转矩都能独立控制,主从变频器通讯采用光纤通讯,抗干扰能力强,通讯速率快,在电机同步运行之间建立合理的负载分配关系,充分发挥各电动机的输出转矩控制能力,变频器主从之间可以自动调整各自的输出转速及转矩。 三、HIVERT高压变频器主从控制多台电机驱动同一负载时,不可避免会出现转速、转矩的不同步问题,速度快、转矩大的电机将承受较重负载,因此电机的同步运行成为运行中的控制重点。主从控制连接方式一般有以下两种:HIVERT系列高压变频器(对于柔性连接负载,如图1所示),当主机接收到正常启动信号后,主机启动变频器,同时将运行信号,运行转速及转矩电流发送给从机,从机按照主机发送过来的数据正常启动、运行、输出转矩的控制,从机本身具备转矩电流的调节,同时将自身的转矩电流与主机发送过来的转矩电流做比较,从机会自动调整自身的输出转速,从而达到电机之间的转矩平衡。HIVERT系列高压变频器(对于刚性连接负载,如图2所示),当主机接收到正常启动信号后,主机启动变频器,同时将运行信号,运行转速及转矩电流发送给从机,由于主从机是刚性连接,所以主从机运行转速基本一致,从机按照主机发送过来的数据正常启动、运行、输出转矩的控制,从机本身具备转矩电流的调节,同时将自身的转矩电流与主机发送过来的转矩电流做比较,从机会自动调整自身的输出转矩,从而达到电机之间的转矩平衡。
                             图1 柔性连接负载                             图2 钢性连接负载 四、HIVERT高压变频器主从控制在承德市宽城县宝山矿业的应用宝山矿业是一座超低钒钛磁铁矿,隶属于承德京城矿业集团有限公司。其电机驱动结构如图3所示:   图3 宝山矿业电机驱动结构(一)宝山矿业电机参数及皮带参数    表1 宝山矿业电机参数及皮带参数 
皮带参数电机参数
滚筒直径mm1250额定功率kW400
运输量t/h400额定电流A28.8
带速m/s2.5额定电压V10000
皮带长度m870电机台数4
 (二)宝山矿业HIVERT高压变频器主从控制宝山矿业1段皮带,共有四台驱动电机,其中电机1与电机2为一组,电机3与电机4为一组,属于钢性连接;两组之间属于柔性连接,其控制难点为三台从机的控制方式跟踪。四台HIVERT高压变频器分别对应四台驱动电机,按照电机1~4分别定义变频器为HIVERT1~HIVERT4,HIVERT1为主机,HIVERT2~HIVERT4为从机。HIVERT2为从1,采用转速、转矩双闭环调节,从1收到主机的运行信号后,按照主机发送过来的数据运行、进行输出转矩的控制;从1按照主机运行速度运行,将自身转矩电流与主机转矩电流对比。在此过程中,从机会自动调整自身输出电压,从而达到主机与从1之间的转矩平衡。HIVERT3为从2,采用转矩单闭环调节,从2收到主机的运行信号后,按照主机发送过来的数据运行并输出转矩的控制,从2将自身转矩电流与主机转矩电流对比,从机会自动调整自身输出转速,从而达到主机与从2之间的转矩平衡。HIVERT3为从3,采用转矩单闭环调节,转速进行限幅;从3收到主机的运行信号后,按照主机发送过来的数据运行并输出转矩的控制,从3将自身转矩电流与主机转矩电流对比,从机会自动调整自身输出转速,从而达到主机与从3之间的转矩平衡,同时通过转速限幅,来达到与从2的转速平衡。现场运行如图4所示,主从机电流偏差如图5所示:
       图4 现场运行图        图5主从机电流偏差图(依次从左到右,从上到下分别为主、从1、从2、从3)    (三) 宝山矿业HIVERT高压变频器冗余设计现场皮带属于2、3段运输,如果变频器或电机出现故障,会影响整个系统的停机,严重制约生产。考虑此种现象,变频器在设计过程中加入了冗余设计,即任意1台变频器或者电机发生故障时,不破坏主-从控制结构,在皮带系统允许的情况下,可以依靠剩余的变频器和电机继续驱动皮带运行,维持生产。当变频器及电机维修就绪后,变频器会自动恢复投入运行。宝山矿业四台变频器在运行过程中,任意一台从机发生重故障,则可立即分断从机自身的高压断路器,并不影响其它三台主从机的运行。用户可立即维修故障后的变频器,待故障的变频器恢复正常时,变频器会自动按照电机当前的转速,输出相应的转速;轻故障不影响主、从机的运行,只做故障报警处理。主变频器出现重故障时,主变频器会分断自身的上级高压断路器,并通讯给从机自由停机命令,从机系统待机,用户可立即任意更改一台变频器作为主机,系统可立即恢复工作状态。
五 结束语宝山矿业HIVERT高压变频器投运至今,运行情况良好,主从机功率平衡;经过现场应用表明,宝山矿业皮带机实现平缓、稳定启停,减小了对皮带的冲击,降低了皮带的磨损,减少了设备维护,提高了生产效率和系统的综合可靠性。亿万先生始终走在行业的最前端,不畏艰难,勇于创新,敢于拼搏,利用先进的技术、成熟可靠的高压变频方案解决了不同调速工况的需求,不仅提高了系统的自动化程度,而且响应了国家“节能减排”的政策。
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