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同步系統(tǒng)變頻控制與節(jié)能技術(shù)探討

作者: 時(shí)間:2018-08-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

0 引言

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201808/387187.htm

同步系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中大量存在,不同的場合對(duì)其成本、精度等有不同的要求。隨著對(duì)節(jié)能型社會(huì)的創(chuàng)導(dǎo),同步系統(tǒng)變頻節(jié)能技術(shù)也成為研究的熱點(diǎn),本文正是基于這點(diǎn),對(duì)同步系統(tǒng)技術(shù)和節(jié)能方法進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié),最后給出了兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

1 同步系統(tǒng)的方法

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,通過電位器直接實(shí)現(xiàn),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,不適合長線傳輸。改進(jìn)方法如圖2 所示,采用有源電壓電流轉(zhuǎn)換器(V-I),將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào),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(yīng)用比較多的方案。

1.2 開關(guān)量速度鏈控制

在一些干擾大的現(xiàn)場,采用模擬量進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)受干擾現(xiàn)象嚴(yán)重,可以考慮充分利用變頻器高速脈沖輸入的功能,實(shí)現(xiàn)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(xiàn)微調(diào),或者采用圖3 中的up、down 電動(dòng)電位計(jì)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(duì)應(yīng)50.00 Hz,其分辨率為0.01 Hz。根據(jù)同步的比例,設(shè)定每臺(tái)變頻器的最大頻率,就可以實(shí)現(xiàn)高精度的比例控制了。例如設(shè)k=0.6,設(shè)定該臺(tái)變頻器的最大頻率為30.00 Hz,當(dāng)PLC 輸出的高頻脈沖頻率為5 000 Hz時(shí),對(duì)應(yīng)30.00 Hz。

1.3 或者現(xiàn)場總線速度鏈控制

在一些高速、高精度和自動(dòng)化程度要求比較高的場合,常采用如圖4所示的或者現(xiàn)場總線速度鏈控制方案。速度鏈控制如圖4(a)所示,在臺(tái)數(shù)比較多時(shí),由于輪詢的時(shí)間比較長,控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度比較慢,因此適合比較低速的中小系統(tǒng)應(yīng)用。另外由于動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度比較慢,不能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的動(dòng)態(tài)調(diào)整,一般還需要在每臺(tái)傳動(dòng)點(diǎn)控制柜上加裝頻率微調(diào)裝置,在負(fù)載變化比較大的場合還需要加裝動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)高精度控制。現(xiàn)場總線速度鏈控制如圖4(b)所示,適合復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用,可以根據(jù)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù),如電流、轉(zhuǎn)矩,動(dòng)態(tài)調(diào)整頻率指令,實(shí)現(xiàn)負(fù)荷動(dòng)態(tài)分配,達(dá)到高速、高性能的同步控制?,F(xiàn)場總線速度鏈控制方式在控制結(jié)構(gòu)上最為簡潔,但是對(duì)編程和現(xiàn)場布線及控制柜的抗干擾處理方面更為嚴(yán)格,這是其應(yīng)用難點(diǎn)。

2 同步系統(tǒng)中的負(fù)荷分配控制

在同步控制系統(tǒng)中,即使在精確比例控制的前提下,還會(huì)碰到由于負(fù)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(dǎo)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(tái)電機(jī)由毛布實(shí)現(xiàn)直接連接,處于同一毛布圈路內(nèi),不僅需要同步,而且需要進(jìn)行負(fù)荷分配,否則會(huì)造成兩臺(tái)變頻器的過流、過壓保護(hù)等問題。解決方法之一是可以將其中一臺(tái)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(tái)變頻器作為從傳動(dòng),采用負(fù)荷分配控制。

采用速度進(jìn)行負(fù)荷分配控制原理如圖5 所示。在控制中,運(yùn)用變頻器內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器或者外部控制器的PID調(diào)節(jié)器,將主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩電流實(shí)際值作為給定值,從傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩電流實(shí)際值作為反饋值,經(jīng)PID調(diào)節(jié)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(xiàn)負(fù)荷分配的過程控制。這種方式,變頻器可以工作在V/f、開環(huán)矢量或者閉環(huán)矢量控制方式。

采用轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行負(fù)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(zhuǎn)矩模式,從傳動(dòng)電機(jī)必須加裝編碼器。主傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流實(shí)際值作為從傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制給定值,從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配的過程控制。為了安全,從傳動(dòng)可以在轉(zhuǎn)矩控制基礎(chǔ)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(tǒng)的節(jié)能方法

在同步控制系統(tǒng)中,正常情況下,除要求后級(jí)與前級(jí)保持同步外,還需要保證一定的張力,這就要靠速差來達(dá)到該目的。另外由于機(jī)械系統(tǒng)的慣量,在加、減速過程和穩(wěn)速過程中均會(huì)出現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行的過電壓。針對(duì)此,對(duì)于一般的同步控制系統(tǒng)有兩種連接方法。

3.1 獨(dú)立變頻器加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻

獨(dú)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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