CN102368673A - 变频器多机拖动***功率平衡控制方法与试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多电机拖动***的功率平衡控制，特别是用于皮带传送***的变频器多机拖动***的功率平衡控制方法与试验装置。所述控制方法为设置一台主变频器，与主变频器硬连接的变频器调节转矩与主变频器一致；与主变频器软连接的变频器调节转速与主变频器一致。所述试验装置包括多个电机和变频器，所述试验装置包括电机与电机之间构成的同轴硬刚性拖动部分以及同轴刚性拖动部分与其他电机之间形成的异轴柔性拖动部分；所述电机的输出端连接有转矩转速传感器；所述试验装置的输出端连接有负载。采用上述控制方法能使多电机拖动***的功率平衡，并通过试验装置来验证。
Description
技术领域
本发明涉及多电机拖动***的功率平衡控制，特别是用于皮带传送***的变频器多机拖动***的功率平衡控制方法与试验装置。
背景技术
随着国家对煤矿的整合改造，单个煤矿的产量越来越大，其输煤皮带越来越长。在年产千万吨级煤矿中，皮带长度达到8-10Km，其驱动功率超过3MW，因此在驱动方案上往往采用多电机驱动。考虑到电机功率很大，直接起动会造成电网冲击，电机机械振动大，多电机起动同步性差等等缺点；皮带运输***越来越多地采用变频器驱动电机，构成变频器多机拖动***。
对于多机驱动的带式输送机，为防止因电动机严重偏载而导致设备损坏，必须关注多机间功率平衡问题。现在有一种利用液体黏性传动装置实现带式输送机功率平衡的电流控制法原理，即通过改变液体黏性传动装置所配用的液压伺服控制***中各个电液比例阀中电流的大小，使液体黏性传动装置中的控制油压改变以调节各电动机的负荷大小，从而改变电动机的电流，以使多台电动机功率趋于一致或相差在允许的范围内。但是这种控制原理很大程度上依赖液体黏性传动装置的性能，长期使用过程中容易受其影响而达不到预期的效果。
为了使变频器输出功率基本平衡，以提高***寿命，需要对变频器多机拖动***的功率平衡进行更稳定的控制，并通过试验装置进行验证。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是实现变频器多机拖动***的功率平衡。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种变频器多机拖动***的功率平衡控制方法，包括以下步骤，
设置一台变频器为主变频器；
设置与主变频器驱动电机硬连接电机的从变频器为第一类从变频器，设置与主变频器驱动电机软连接电机的从变频器为第二类从变频器；
第一类从变频器跟踪主变频器转矩，第一类从变频器调节与其相连的电机转矩，使其转矩与主变频器设定转矩一致；
第二类从变频器跟踪主变频器转速，第二类从变频器调节与其相连的电机转速，使其转速与主变频器设定转速一致。
本发明还提供了一种验证变频器多机拖动***的功率平衡试验装置，包括多个电机和变频器，所述每个电机都与变频器相连接，所述试验装置包括电机与电机之间构成的同轴硬刚性拖动部分以及同轴刚性拖动部分与其他电机之间形成的异轴柔性拖动部分；所述电机的输出端连接有转矩转速传感器；所述试验装置的输出端连接有负载。
采用上述方法和实验装置后，同轴刚性拖动部分的转矩一致，柔性拖动部分的转速一致，这样使得试验装置内电机的功率平衡。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明第一类从变频器转矩调节的流程图。
图2为本发明第二类从变频器转速调节的流程图。
图3为本发明试验装置的结构示意图。
图中：VSI1为主变频器，VSI2为第一类从变频器，VSI3为第二类从变频器
具体实施方式
本发明变频器多机拖动***功率平衡控制方法包括以下步骤，
开始先设置一台变频器为主变频器，确定一个使得多机拖动***功率平衡的基准。然后设置与主变频器驱动电机硬连接电机的从变频器为第一类从变频器，这里所说的硬连接电机为与主变频器驱动电机同轴相连的电机；设置与主变频器驱动电机软连接电机的从变频器为第二类从变频器，这里所说的软连接电机为与主变频器通过皮带或其他柔性方式连接的电机。
第一类从变频器跟踪主变频器转矩，第一类从变频器调节与其相连的电机转矩，使其转矩与主变频器设定转矩一致，这里所说的一致是相同或在允许的偏差范围之内。第一类从变频器转矩调节的过程如下，如图1所示，设定主变频器给定转速ω*，主变频器反馈转速ωr，将ω*和ωr相比较，判断是否需要作出调整。如果需要，将ω*和ωr的差值通过转速调节器ASR得到转矩电流给定值iT *。因为第一类从变频器的电机与主变频器的电机硬连接即同轴连接，所以电机的转速是相同的。这样主变频器和第一类从变频器反馈转速ωr与给定转速ω*的差值也是一样的，所以可以将转矩电流给定值iT *同时作为主变频器和第一类从变频器调整的基准。与此同时，根据电机参数得到主变频器和第一类从变频器励磁电流给定值，设定主变频器励磁电流给定值为iM *，第一类从变频器励磁电流给定值为iM1 *，这里的给定励磁电流值是根据电机工作时磁场强度来确定的。再通过电机的输出电流计算得到主变频器和第一类从变频器当前转矩电流，将主变频器当前转矩电流设为iT，将第一类从变频器当前转矩电流设为iT1。
分别将主变频器和第一类从变频器当前转矩电流和与转矩电流给定值进行比较，即将主变频器当前转矩电流iT与转矩电流给定值iT *，将第一类从变频器当前转矩电流iT1与转矩电流给定值iT *比较。同时分别将主变频器和第一类从变频器当前励磁电流与励磁电流给定值进行比较，即将主变频器的当前励磁电流iM与主变频器的励磁电流给定值iM *，第一类从变频器的当前励磁电流值iM1与第一从变频器的励磁电流值给定值iM1 *相比较，这里主变频器和从变频器的当前励磁电流值是根据三相输出电流和电机转子磁场的方向，通过Park变换得到的。分别将主变频器和第一类从变频器转矩电流对比差值通过转矩调节器ATR，分别得到主变频器和第一类从变频器同步旋转坐标系下T轴电压矢量，将励磁电流对比差值通过励磁调节器AMR分别得到主变频器和第一类从变频器同步旋转坐标系下M轴电压矢量。
将两个电压矢量输入到SVPWM得到逆变器开关器件的驱动脉冲，通过逆变器开关器件控制电机，使电机的转矩做出相应的调整。
重复上述过程，不断的将反馈转速与给定转速相比较，按差值做出相应的调整。使得第一类从变频器电机的转矩与主变频器电机一致，从而使得第一类从变频器和主变频器达到功率平衡。
第二类从变频器跟踪主变频器转速，第二类从变频器调节与其相连的电机转速，使其转速与主变频器设定转速一致，这里所说的一致同样是相同或在允许偏差范围之内的意思。因为第二类从变频器所连电机与主变频器电机为软连接，所以要确保第二类从变频器电机转速与主变频器电机转速一致或在允许的范围之内，否则会使得电机之间的皮带无法正常工作。在第二类从变频器电机转速能使得皮带正常工作的前提下，需要使得第二类从变频器电机与主变频器电机功率平衡。因为电机的电压是一样的，所以需要通过改变电机自身的输出电流来保证功率的平衡。第二类从变频器转速调节的过程如下，如图2所示，将主变频器给定转速ω*与主变频器反馈转速ωr作差，这样同样是为了主变频器自身的调整，以使得达到设定的转速。同时为了修正第二类从变频器的输出电流，将输出电流经过比例控制器来调整，将***平均电流iavg与第二类从变频器自身输出电流之差iout乘以修正系数后K累加到主变频器给定转速ω*，再将两者的和值与第二类变频器反馈转速ωr作差。
分别将上述主变频器和第二类从变频器的转速差值通过转速调节器ASR转换为主变频器转矩电流给定值和第二类从变频器转矩电流给定值，设定主变频器转矩电流给定值为iT *，第二类从变频器转矩电流给定值为iT2 *。同时根据电机参数分别得到主变频器和第二类变频器励磁电流给定值，设定主变频器励磁电流给定值为iM *，第二类从变频器励磁电流给定值iM2 *。
通过电机的输出电流分别计算得到主变频器和第二类从变频器当前转矩电流，设定主变频器当前转矩电流为iT，第二类从变频器当前转矩电流为iT2。
分别将主变频器和第二类从变频器当前转矩电流与转矩电流给定值进行对比，同时分别将主变频器和第二类从变频器当前励磁电流值与励磁电流进行对比。即求出主变频器当前转矩电流iT与转矩电流给定值iT *差值，主变频器当前励磁电流iM与励磁电流给定值iM *差值；第二类从变频器当前转矩电流iT2与转矩电流给定值iT2 *差值，第二类从变频器当前励磁电流iM2与励磁电流给定值iM2 *差值。在第二类从变频器调速过程中励磁电流给定值和当前励磁电流与第一类从变频器调转矩得到这两个值得方法相同。
根据转矩电流对比差值通过转矩调节器ATR分别得到主变频器和第二类从变频器同步旋转坐标系下T轴电压矢量，根据励磁电流对比差值通过励磁调节器AMR分别得到主变频器和第二类从变频器同步旋转坐标系下M轴电压矢量；将两个电压矢量输入到SVPWM得到逆变器开关器件的驱动脉冲，通过逆变器开关器件控制电机做出调整。
重复上述过程，使得第二类从变频器电机的转速与主变频器电机一致。虽然通过平均电流与输出电流的修正会使得第二类从变频器的转速不一定能与主变频器一致，但是可以保持第二类变频器与主变频器同步(也就是转速偏差在一定范围内)的同时，使得***达到功率平衡。
图3为本发明试验装置的结构示意图，此实验装置主要是为了模拟多机拖动***，同时可以很好的检测多机拖动***功率平衡控制方法是否正确。所述试验装置包括选用了三台电机，其中电机1和电机2通过轴7连接，形成同轴刚性拖动部分，同时与电机3之间形成柔性拖动部分。所述柔性拖动部分为同轴刚性拖动部分的轴7和电机3的输出端设置有皮带轮8，所述两个皮带轮8之间用皮带9连接。这样同轴刚性拖动部分和柔性拖动部分就形成了一个多机拖动的试验平台。
所述电机1、电机2和电机3分别与变频器4、变频器5和变频器6连接，所述三个电机的输出端都连接有转矩转速传感器10。验证时，将与电机1相连的变频器4设定为主变频器，因为电机2与电机1为同轴连接，即硬连接，所以设定与电机2相连的变频器5为第一类从变频器；又因为电机3与电机1为柔性连接，即软连接，所以设定与电机3相连接的变频器6为第二类从变频器。运用上述多机拖动***功率平衡控制方法，使得电机1与电机2的输出转矩达到一致，同时使得电机3与电机1的转速达到一致。在控制过程中，转矩转速传感器10会提供反馈转速给变频器，同时可以通过转矩转速传感器10来验证转速转矩是否达到一致。
所述试验装置的输出端连接有负载，所述负载为涡流测功机12，因为在现实中皮带的长度很长，试验装置中的皮带达不到那样的长度，同时为了很好的模拟皮带上运送货物，需要在试验装置的输出端连接负载。
所述每个电机的输出端还连接有齿轮变速箱11，所述齿轮变速箱11设置在每个电机的传动输出轴上，齿轮变速箱11可以降低电机的输出转速，每个齿轮变速箱11的传动比设置为一样，这样可以使得各个电机的输出任然是同步的。齿轮变速箱11降低电机的输出转速是为了使得皮带的传动与实际情况更加的贴近，也使得变频器对电机转速的调节更加的方便。
当然，试验装置也可以采用3台以上的电机，本技术领域内的熟练技术人员应当理解，本发明的具体实施方式仅是举例发明，可以对实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，这些都落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种变频器多机拖动***功率平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
设置一台变频器为主变频器；
设置与主变频器驱动电机硬连接电机的从变频器为第一类从变频器，设置与主变频器驱动电机软连接电机的从变频器为第二类从变频器；
第一类从变频器跟踪主变频器转矩，第一类从变频器调节与其相连的电机转矩，使其转矩与主变频器设定转矩一致；
第二类从变频器跟踪主变频器转速，第二类从变频器调节与其相连的电机转速，使其转速与主变频器设定转速一致。
2.按照权利要求1所述的变频器多机拖动***功率平衡控制方法，其特征在于，所述第一类从变频器跟踪主变频器转矩的步骤还包括以下步骤，
将主变频器给定转速和主变频器反馈转速作差；
将两者的差值通过转速调节器转换为转矩电流给定值，同时通过电机参数得到主变频器和第一类从变频器的励磁电流值给定值；
通过电机的输出电流计算得到主变频器和第一类从变频器当前转矩电流；
分别将主变频器和第一类从变频器当前转矩电流与转矩电流给定值进行比较，同时分别将主变频器和第一类从变频器当前励磁电流与励磁电流给定值进行比较；
将转矩电流对比差值通过转矩调节器分别得到主变频器和第一类从变频器同步旋转坐标系下T轴电压矢量，将励磁电流对比差值通过励磁调节器分别得到主变频器和第一类从变频器同步旋转坐标系下M轴电压矢量；
将两个电压矢量输入到SVPWM得到逆变器开关器件的驱动脉冲，通过逆变器开关器件控制电机；
重复上述过程，使得第一类从变频器电机的转矩与主变频器电机一致。
3.按照权利要求1所述的变频器多机拖动***功率平衡控制方法，其特征在于，第二类从变频器跟踪主变频器转速的步骤还包括以下步骤，
将主变频器给定转速与主变频器反馈转速作差，同时将***平均电流与第二类从变频器自身输出电流之差乘以修正系数后累加到主变频器给定转速中，再将两者的和值与第二类变频器反馈转速作差；
分别将上述主变频器和第二类从变频器的转速差值通过转速调节器转换为主变频器转矩电流给定值和第二类从变频器转矩电流给定值，同时根据电机参数分别得到主变频器和第二类变频器励磁电流给定值；
通过电机的输出电流分别计算得到主变频器和第二类变频器当前转矩电流；
分别将主变频器和第二类从变频器当前转矩电流与转矩电流给定值进行对比，同时分别将主变频器和第二类从变频器当前励磁电流值与励磁电流进行对比；
根据转矩电流对比差值通过转矩调节器分别得到主变频器和第二类从变频器同步旋转坐标系下T轴电压矢量，根据励磁电流对比差值通过励磁调节器分别得到主变频器和第二类从变频器同步旋转坐标系下M轴电压矢量；
将两个电压矢量输入到SVPWM得到逆变器开关器件的驱动脉冲，通过逆变器开关器件控制电机；
重复上述过程，使得第二类从变频器电机的转速与主变频器电机一致。
4.一种变频器多机拖动***功率平衡试验装置，包括多个电机和变频器，所述每个电机都与变频器相连接，其特征在于：所述试验装置包括电机与电机之间构成的同轴刚性拖动部分以及同轴刚性拖动部分与其他电机之间形成的异轴柔性拖动部分；所述电机的输出端连接有转矩转速传感器；所述试验装置的输出端连接有负载。
5.按照权利要求4所述的变频器多机拖动***功率平衡试验装置，其特征在于：所述柔性拖动部分为同轴刚性拖动部分的轴和其他电机的输出端设置有皮带轮；所述皮带轮之间用皮带连接。
6.按照权利要求4所述的变频器多机拖动***功率平衡试验装置，其特征在于：所述负载为涡流测功器。
7.按照权利要求4所述的变频器多机拖动***功率平衡试验装置，其特征在于：所述每个电机的输出端还连接有齿轮减速箱。
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Denomination of invention: Power balance control method of frequency converter multi-motor dragging system and test device Effective date of registration: 20140605 Granted publication date: 20131204 Pledgee: Jiangsu Jiangnan Rural Commercial Bank Limited by Share Ltd Pledgor: Changzhou Lianli Automation Technology Co., Ltd. Registration number: 2014990000436 |
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Denomination of invention: Power balance control method of frequency converter multi-motor dragging system and test device Effective date of registration: 20150604 Granted publication date: 20131204 Pledgee: Jiangsu Jiangnan Rural Commercial Bank Limited by Share Ltd Pledgor: Changzhou Lianli Automation Technology Co., Ltd. Registration number: 2015990000434 |
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