CN201278499Y - 双变频电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的双变频电机控制装置，包括由电源供电的主电机，具有输出轴的辅电机，控制主电机转速的第一变频器，控制辅电机转速的第二变频器，主电机通过第一皮带轮驱动转鼓旋转，差速器固定于所述转鼓上，且辅电机通过第二皮带轮驱动差速器的输入轴，差速器的输出轴带动转子旋转，扭矩传感器安装于辅电机的输出轴上，PID调节器与第二变频器、辅电机、扭矩传感器、扭矩表、形成一个闭环PID控制***。本实用新型利用PID闭环控制***解决了能量回馈引起的电阻发热问题，且又能节约电能的消耗；同时又能改善双变频电机的控制性能及离心机的脱水处理效果。

Description

双变频电机控制装置

技术领域

本实用新型是有关于一种电机控制装置，且特别是有关于一种双变频电机控制装置。

背景技术

在市政污水处理中，为避免污水产生污泥造成二次污染，污泥处理与处置成为了非常重要的一环。随着市政污水处理工艺的不断改进，越来越多的城市污水处理厂为了节省占地面积而省去污泥浓缩池，将城市污水经曝气处理后的低浓度沉淀污泥直接用螺杆泵输入卧螺离心机进行浓缩脱水。

双变频器差速控制是卧螺离心机实现差速控制的重要形式，这种控制方式虽然能够克服传统机械差速器在实现差速控制时要更换皮带的问题，但是在实际使用中人们发现这种双变频器差速调节器在使用中仍存在两个问题。

首先，双变频器差速调节器必须解决在制动时的辅机能量回馈问题，否则变频器由于泵升电压的不断增加，变频器很快就会报警停机，解决这一问题的方法可以采用加变频器的能耗装置(能耗电阻)，但这种方法成本太高、效率降低，且能耗电阻的方法只能在停机时短时间使用，长期运行时电阻会很快发热烧毁。

其次，在离心机的运行中还涉及恒扭矩和恒差速的控制问题，保持一定的扭矩对于卧螺离心机十分重要，在一个高的工作扭矩下，能保证对分离物有一个高的挤压力，确保被分离物的合适干度；同样在离心机运行时保持一定的差速也很重要，差速的设置要合适，差速太大虽然处理量可以增大，但是分离物的干度不能保证，差速太小分离物的干度有所提高，但是又容易堵机和造成处理量的减小；另外，在离心机分离物的浓度增加时，由于负载的变化会使离心机的差速降低，也会导致堵机事故。

因此，双变频电机的控制方法的选择和控制***设计，是解决上述问题的关键。

实用新型内容

本实用新型提供一种双变频电机控制装置，其对扭矩采取PID闭环控制。

本实用新型提出的双变频电机控制装置，包括由电源供电的主电机，具有输出轴的辅电机，控制主电机转速的第一变频器，控制辅电机转速的第二变频器，主电机通过第一皮带轮驱动转鼓旋转，差速器固定于所述转鼓上，且辅电机通过第二皮带轮驱动差速器的输入轴，差速器的输出轴带动转子旋转，扭矩传感器安装于辅电机的输出轴上，PID调节器与第二变频器、辅电机、扭矩传感器、扭矩表、形成一个闭环PID控制***。

本实用新型利用PID闭环控制***解决了能量回馈引起的电阻发热问题，且又能节约电能的消耗；同时又能改善双变频电机的控制性能及离心机的脱水处理效果。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为本实用新型一个实施例的双变频控制结构示意图。

图2所示为本实用新型一个实施例的双变频主回路接线图。

图3所示为本实用新型一个实施例的被控对象的开环阶跃响应曲线图。

图4所示为PID控制器参数整定表。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本实用新型一个实施例的双变频控制结构示意图。图1中双变频电机控制装置包括由电源供电的主电机，具有输出轴的辅电机，控制主电机转速的第一变频器，控制辅电机转速的第二变频器，主电机通过第一皮带轮驱动转鼓旋转，差速器固定于所述转鼓上(差速器与转鼓同速)，且辅电机通过第二皮带轮驱动差速器的输入轴，差速器的输出轴带动转子旋转，旋转方向如图中所示，扭矩传感器安装于辅电机的输出轴上，PID调节器与第二变频器、辅电机、扭矩传感器、扭矩表、形成一个闭环PID控制***。差速器的速比i＝1/87。转鼓转速n1，差速器输入轴转速n2，以及转鼓与转子间差速n，三者关系为n＝(n1-n2)/87。此外，测速探头安装于所述转鼓上，第二PID调节器，与第二变频器、辅电机、测速探头、测速表形成一个闭环PID控制***。PID调节由可编程控制器(PLC)完成。

图2所示为本实用新型一个实施例的双变频主回路接线图。图2中主机变频器由380V电源供电，将主机变频器直流母线与辅机变频器直流母线相连，辅机变频器不接380V电源。在正常运行时，辅电机将机械能转换成电能，通过辅机变频器把再生能量反馈到变频器的直流母线上，完成能量的回收。

本实用新型所揭露的双变频电机控制装置，在恒扭矩控制方式下，扭矩实时值由扭矩表以4-20mA电流的方式提供给PLC的模拟量输入模块，经A/D转换后作为PID算法的反馈量(如图1所示)。若由于扰动，扭矩比设定值高，调整关系：扭矩↑→PID控制量↓→辅机变频器频率↓→辅电机转速↓→差速↑→扭矩↓，由此使扭矩向设定值方向靠近，误差减小；反之，扭矩比设定值低，调整关系：扭矩↓→PID控制量↑→辅机变频器频率↑→辅电机转速↑→差速↓→扭矩↑，扭矩向设定值方向靠近，误差减小。

本实用新型所揭露的双变频电机控制装置，在恒差速控制方式下，实际差速值由测速表以4-20mA电流的方式提供给PLC的模拟量输入模块，经A/D转换后作为PID运算的反馈量(如图1所示)。若由于扰动，差速n比设定值高，调整关系：差速n↑→PID控制量↓→控制量反向处理↑→辅电机变频器频率↑→辅电机转速↑→差速n↓，由此使差速向设定值方向靠近，误差减小；反之，差速n比设定值低，调整关系：差速n↓→PID控制量↑→控制量反向处理↓→辅电机变频器频率↓→辅电机转速↓→差速n↑，差速向设定值方向靠近，误差减小。

本实用新型所揭露的双变频电机控制装置，其PID控制器系数和时间常数的选取如下：

模拟量PID控制器的输出表达式为

$\mathrm{mv}\left(t\right)=K_p[\mathrm{ev}\left(t\right)+\frac{1}{T_I}\∫\mathrm{ev}\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{dev}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]+M$

式中控制器的输入量(误差信号)ev(t)＝sp(t)-pv(t)，sp(t)为设定值，pv(t)为过程变量(反馈量)；mv(t)是控制器的输出信号，Kp为比例系数，TI和TD分别是积分时间常数和微分时间常数，M是积分部分的初始值。

整定方法：理论上讲，同样的控制效果，可以有不同组参数设置。一般地，选择参数过程是在开环的情况下，令比例增益KP＝1，测得被控对象的飞升曲线，即在输入端加一个阶跃给定信号，绘出被控对象的开环阶跃响应曲线(如图3所示)，图中斜线是根据曲线的最大斜率处绘制的切线，它分别与时间轴和稳态量c(∞)相交，根据两个交点求得被控对象的纯滞后时间τ和上升时间常数TI。然后确定控制度。所谓控制度，是指计算机直接数字控制(简称DDC)与模拟量控制效果之比。一般用下式表示，即

当控制度为1.05时，可以认为二者控制效果相当。根据纯滞后时间τ、上升时间常数TI和控制度可以查表选择相应的参数。参数表如图4所示。

其中TS为采样周期，理论上TS越小越好，但会增加CPU的运算工作量，所以不宜太小。

选择参数可以比较几组参数，选择其中一组较好的参数作为控制器的初始值，以后在此基础上微调，直到满意为止。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种双变频电机控制装置，其特征在于，包括

主电机，由电源供电；

辅电机，包括一个输出轴；

第一变频器，控制主电机的转速；

第二变频器，控制辅电机的转速；

转鼓，其中主电机通过第一皮带轮驱动所述转鼓旋转；

差速器，包括输入轴和输出轴，固定于所述转鼓上，且辅电机通过第二皮带轮驱动差速器的输入轴；

转子，其中差速器的输出轴带动转子旋转；

扭矩传感器，安装于辅电机的输出轴上；

第一PID调节器，与第二变频器、辅电机、扭矩传感器、扭矩表形成一个闭环PID控制***。

2.根据权利要求1所述的双变频电机控制装置，其特征在于，还包括

测速探头，安装于所述转鼓上；

第二PID调节器，与第二变频器、辅电机、测速探头、测速表形成一个闭环PID控制***。

3.根据权利要求1所述的双变频电机控制装置，其特征在于，所述PID调节由可编程控制器完成。

4.根据权利要求1所述的双变频电机控制装置，其特征在于，差速器的速比i＝1/87，转鼓与转子间差速＝(转鼓转速-差速器输入轴转速)/87。

5.根据权利要求1所述的双变频电机控制装置，其特征在于，主机变频器由380V电源供电，将主机变频器直流母线与辅机变频器直流母线相连，辅机变频器不接380V电源。

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