变频器主从控制

　　ABB变频器主要用于控制和调节三相异步电机交流的速度，其优点是具有稳定的性能，丰富的功能、高性能控制技术相结合的矢量、低转速高扭矩输出、良好的动态性能和卓越的容量过载，因此其在工业技术用品市场上占有相当重要的地位。作为行业的标准配备标准感应电机的转速和扭矩通过交流变频器控制，交流传动技术扩展了电机的转速范围-从零到标称速度远远高于额定速度。

　　社会的快速发展使得工业自动化也有了较大的改善，但也出现了不少的问题，例如同步控制中电网电压波动的变化，负载出现变化，温度上的变化和频率变化等都会导致生产无法继续。由于同步控制对于企业的重要性，我们需要通过一些科学的方式来解决当前问题，而使用主从控制使得同步控制做出最理想的效果就是目前最好的解决方案之一。

　　1 变频器

　　在20世纪60年代大功率晶体管的问世与集成电路的发展，使得变频器出现，极大地解决了工业生产上设备损耗的问题。在工业生产等设备中使用的异步电动机其恒转矩和恒定功率的无级变速均可以通过变频器实现自动控制，且节能效果明显，所以其应用范围也越来越广泛，本文主要探讨了变频器在工业生产中的应用。

　　变频器主要通过减少电机速度的方式以节省能源，并且能够通过降低电路电压来使得供电网络避免出现因电压波动较大而使一些敏感设备发生故障或工作异常。在零频零压时变频器也可以逐步启动，这样最大程度地消除了电压的下降。其应用范围广，性能稳定，节约能源并且具有成本效益。

　　变频器的其他作用：

　　(1)通过减少对电网冲击的方式来帮助峰谷差值不会过大;

　　(2)在用户控制下使得加速功能控制更加简便平滑;

　　(3)可以使电机与设备的停止方式更加安全，从而延长整个系统的使用寿命;

　　(4)通过降低电机启动电流的方式延长电机的使用寿命;

　　(5)减少机械结构的磨损提高稳定性降低成本;

　　(6)可以提供更加可靠的可变频率与电流;

　　(7)减少各类设备损耗加强功率;

　　(8)自身拥有多重保护，且能够极大限度地保障设备;

　　(9)自身功能齐全，能够很好的配合控制其他仪器的使用，从而节省用户的时间。

　　社会的发展促进了工业的进步，现在的生产也越来越依靠日渐先进的各类自动化技术，各企业在实现自动化生产以提高效率的同时，却也面对着许许多多的问题，例如电机在同步控制下出现的电压波动、负载失衡、温度突然变化等这些问题都会导致设备出现故障，从而使得生产无法继续。因此我们需要用更加先进的方法来使得各个设备之间能够更加协调地运转，降低因各种问题而导致的财产损失，因此我们可以通过同步控制的方式来降低各类风险的发生，而目前的最好的解决方案之一就是使用主从控制让同步控制做出最理想的效果。而主从控制下的同步控制相对复杂且艰难，因此需要应用变频器。

　　2 同步运行方案的选择

　　在工业中一般使用高功率或多个相对小功率的电动机来驱动设备或生产线，其中在运动的运动部件是彼此不同速度，扭矩等都有着合作与协调关系，所以就需要对电机的运转速度进行控制，这也就是我们常说的电机同步运行问题。考虑到在实际的工业生产中，电机同步运行是一个操作复杂，而且各项运行指标都相对严格的操作方式。所以就需要依靠比较精准的同步运行技术来减少人力物力，降低资源浪费。一般来说我们可以依靠下面3种方式控制系统的同步运行。

　　2.1 单台大功率电机

　　我们可以通过使用高功率电机搭配及相应功率的变频器来完成较高功率的负载。其单个的高功率电机相比较多电机，拥有着更好的同步性能。但也正是因为该组合方式有着单一性，所以一旦任一设备发生故障均会导致整个系统的瘫痪，而且一旦发生故障，整个系统就需要相当长的时间来进行维修工作才能恢复正常运行。

　　2.2 群拖

　　群拖就是依靠单台变频器和多台电机的共同作用来达到同步运行的目的。在实际的操作工程中，可以将各台电机接在变频器的输出端，这样各台电机的驱动电压的幅值和频率相同。如果这些电机的规格等指标也相同，那么各台电机的运行状态将基本相同，当负载基本相同时，实际的转速也基本相同。

　　控制矢量和直接控制转矩的模式无法使用群拖，因此，它们只能用恒定频率控制模式。然而，该方法通常适用于进行速度要求不高的场合，因为恒定频率对于稳态和动态性能的控制较为薄弱，且在低速时其负载能力较弱。所以实际上机械特性曲线和负载力矩才是决定实际转速的根本，各个电机也只是在理想空载下能够保持转速一致。由于群拖方式下无法完全同步各个电机的速度等，所以群拖的控制方式适合于同步性要求较低的场合。

　　2.3 主从控制

　　主从的控制，以数个单独的变频器分别设计在多电机系统中，通过控制矢量和直接控制转矩的方法来控制能力扭矩。使用这种办法能够建立同步运行机制，使得载荷分布之间的关系更加合理化，使得电机的输出转矩能力能够得到充分发挥。其中，冶金、造纸等行业对电气控制系统有着较为严格的要求，在电气控制上要求各部分驱动电机转矩或转速严格同步，如果出现问题，那么将会引起严重的产品质量问题，甚至严重影响该产品的生产，因此各企业开始通过主从控制来保证其同步控制。目前常用的主从控制链接方式有两种：

　　(1)通过齿轮、链条等将主、从电机轴紧密相连时，可以通过控制电机的驱动转矩来保证负载转矩能够平均分布在各单元驱动器之间。这样的机械结构就在原理上实现了系统速度的同步性，并将系统负荷均匀分配给各台电机，以防止扭矩分配的失衡和顶牛的现象发生。

　　(2)当通过采用柔性链接的方式将主、从电机轴链接时，应该控制从机的速度。但是，此种情况下机械结构已经无法保证系统同步运行。这个时候对于实现电机的同步转速，最好的方式就是控制电机的速度。但是也应该注意到，除了对电机的运转速度进行控制外，还需要依靠转矩的下垂特性，才能实现各台电机对负载转矩的平均分担，这样才能够正确解决问题。

　　3 应用主从案例分析

　　某集团的皮带运输机保证负载分配平衡的方式是通过采用两台大功率电机主从连接来达到的。该厂利用主机进行转速控制，而从机根据应用场合等方面存在的差异可以细分为跟随主句转矩控制和跟随主机转速控制。电机和变频器的参数如下：

　　电机参数：额定电压660V;额定电流720.9A;额定功率710kW;额定转速1448r/min;额定频率50Hz。

　　变频器参数：2xACS800-07-1700-7。

　　3.1 跟随主机转矩的从机控制方式

　　当两台电机采用减速机进行同轴联结，利用ABB传动调控软件drive-window可以监测到主机和从机的转矩、转速、电流等信息。如果设定主机的转速为1480r/min，那么利用drive-window实测的主机和从机的转矩均为其额定值的37%左右，输出电流也同为320A左右。而考虑到主机从机采用的是刚性连接方式，所以主机和从机的转矩也能够保持同步，均为1480r/min。

　　3.2 跟随主机转速的从机控制方式

　　当两台电机采用皮带机进行同轴联结，利用ABB传动调控软件drive-window可以监测主机和从机的转矩、转速、电流等信息。如果设定主机的转速为 200r/min。由于从机采用转速控制，所以其转速与主机转速保持一致，同样为200r/min。但是考虑到该系统采用柔性连接方式连接，所以主机和从机所能承担的负荷扭矩略有差别，基本维持在额定扭矩的28%附近。但是两台电机所能输出的功率却大致相同。

　　结论

　　随着社会发展，将来还有着更多问题需要解决，在本文的实例分析中我们可以得到结论，变频器在工业应用中，利用主从控制方式实现电机的同步操作，相对于其他操作方式而言比较友好。这样不仅可以使得多台拥有机械结构的电机能够同步运行，而且将负载进行了平均分配。这样降低了因为设备不同步，负载分布不均而发生故障的几率，直接保证了工业生产的正常和高效。

　　作者：齐书鹏 来源：中国新技术新产品 2016年11期