硬联接双电机的变频同步驱动方案研究

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设计思想与设计方案
随着现代变频技术、 电力电子技术 和微电子 技术的不断 发
展 , 变频器在电气传动 方面 的应 用越来 越普 遍 , 基于磁 场定 向 理论的矢量控制型变频器 , 其调速性能 已经可以 和直流调速 技 术相媲美。采用矢量控制 型变 频器驱 动笼 型感 应电动 机的 变 频调速系统 , 相对于绕线式电机转子串 电阻调速 和直流调速 系 统 , 具有以下优点 : ( 1) 笼型感 应电 动机结 构简 单 , 价格低 廉 , 坚固 耐用 , 运 行
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硬件配置
主、 从变频器都采 用美 国 AB 公 司的 IMPACT 1336 矢量 控
制型变频器 , 该变频器性能良好、 方便实用 , 其特 有的参数自 整 定功能既能保证系统的运行性能 , 又可 以大大减 轻系统的调 试 工作量。同 时 , 该变频 器具 有丰 富的通 讯接 口 , 可以非 常方 便 地与上位机通讯 , 组成计算机监控系统 [ 1] 。
*
变换求得 [4] : i* t1 = 因为 i * m 1 恒定 , 所以转子磁通 的输出转矩为 : T e = np = np 令 kt = Lm T* L r ki cTL mi * m1 Lm * i L r t1 Lm i* T2 s + 1 m1 ( 2) i2 T* = ki ki cT
图 1 闸门启闭机变频调速系统示意图
由变频器的自整定环节 测定出 , 并且在 运行 过程中 保持 恒定 ;
* 定子电流的转矩分量给定值 i * 通过式 ( 1) t 1 由转矩给定信号 T
可靠 , 维护方便 ; ( 2) 变频调 速系 统 的起 动电 流 小 , 起动 转 矩大 , 机 械 特 性 好 , 调速范围宽 , 平滑性好 ; ( 3) 变频调速系统的效率高 , 能耗低 ; ( 4) 矢量控制技术可以充分保证传 动系统的 速度控制精 度 和瞬态响应速度 ; ( 5) 变频器具有极强的自诊断和 保护功能 , 能够对 短路、 过 电流、 过电压、 过热、 欠 电压 和接 地故障 进行 快速、 有效 的诊 断 和保护。 基于以上 原因 , 经过 详细论证 , 在 国内首 次尝试 将变频 调 速技术应用于闸门启闭机电气传动系统。
图 5 系统动态结构简
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水电站过渡过程与控 制实验室监控系统
王学武
龚崇权
在硬件上采用了引进与国产化相结合的原 则 , 系 统采用全计 算 机控制 , 按照 无人值班 ( 少人值守 ) 的原则设计。 ( 5) 友好的人机界面。运行操作人员 的人机接 口采用全 汉 化界面 , 操作命令及选择项采用了专用 功能键并 辅以各种菜 单 和功能画面在 CRT 上给予显示 , 以使运行人员的每一步操作 都 一目了然。 ( 6) 便于模拟系统故障。该系统可以 模拟出实 验室模型 机 组没有的一些开关量及模拟量 , 并可以 模拟出模 型机组没有 的 一些故障及事故。学生在实验室通过模拟 操作和训练 , 就可 了 解水电站监控系统的特性。
图 1 数据库共享机制
参 考文献
1 2 3 4 5 陈邑怀 . 水电厂计算机控制 [ M] . 北京 : 水利电力出版社 , 1993 刘忠源 , 徐睦书 . 水电站自动化[ M] . 北京 : 水利电力出版社 , 1986 陈光大 . 计算机监控系统 [ M] . 武汉 : 武汉水利电力大学出版社 , 2000 李植鑫 , 陈启卷 . 水电厂计 算机监 控系统 [ J] . 武汉水 利电 力大学 学 报 , 1995( 10) 陈光大 , 蔡维由 , 刘海峰 . 小型水 电站综合自动 化的模拟 探讨 [ J] . 中 国农村水利水电 , 2002( 12) : 30~ 31 [ 作者简介 ] 王学武 , 37 岁 , 工程师 ( 收稿日期 : 2002- 06- 10)
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( 1)
= L mi * m1 也保持恒定 , 则主电机
Lm npL m 1 i* = T* T 2 s + 1 m 1 ki cTL r T 2 s + 1
npL m , 则式 ( 2) 可化简为 : ki cTL r kt Te = T* T2s+ 1
( 3)
因此图 4 的系统可简化为图 5 的形式。
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硬联接双电机的变频同步驱动方案研究
刘希 吉吉 吴
捷
皮佑国
等
为提高闸门的定位精度 , 选用了与 变频器配 套的速度环 编 码器( 1024ppr) 。原选电机为绕线式 电动机 ( YZR 型 ) , 其转子 可 靠性低 , 维护量大 , 机械 特性 软 , 不宜作 为变 频电机 , 故 在方 案 中选用了同厂家、 同容量、 同系列的鼠笼式电动机 ( YZ 型 ) 。
摘要 稳定性问题是硬联接双电机同步驱动系统要解决 的关键 。 根据 某拦河坝闸 门控制系 统的改 造方案 , 论证 了
硬联 接双电机采用转矩随动方式设计变频同步驱动方案的可 行性 。 最终的 调试实验结 果表明 , 该系统 具有较 强的稳 定 性和优良的调速性能 。 关键词 同步驱动 矢量控制 闸门启闭机 稳定性
2 传动系统的动态结构图
三相 感 应电 机 在 M - T 坐 标系 下 的 解耦 模 型如 图 3 所 示 [2, 3] , 由此结合图 2 所示 的原 理图 和 IMPACT 1336 变 频器 的 控制方案 [4] , 可得 出传动 系统 的动态 结构 图 , 如图 4 所示。 其 中速度环 ASR 采用 PI 调节器 , 定子电流的激磁分 量给定值 i * m1
1 传动方案设计
1. 1 负载特点
该拦河 坝的溢流孔闸门均 采用 平型钢 结构 门 , 宽 15. 3 m, 高 14. 6 m, 重达 150 t 。由于闸门 跨度较 大 , 故 采用双 吊点方 式 启闭 , 启闭机采用 卷扬式 , 布 置为 一机一 门。为 保证启 闭过 程 中闸门运行平稳 , 采用 了硬轴 联接的方 法 , 即用一 根直径 为 25 cm 的空心钢轴将闸门 两侧 减速 箱的输 出级 硬联 接 , 以 实现 闸 门两侧卷扬机的转速同步 , 如图 1 所示。
性 , 上位机和现地 工作 站均采 用 INTEL PIII450 处 理器进 行数 据 采集与处理 , 系统其 他配置 和设 备选型 充分 利用成 熟的 技术 , 同时使系统具有先进的水平。系统通 讯采用 100Mb/ s 星型以 太 网结构 , 用国际标准化组织 ( ISO) 制定 的 TCP/ IP 作为 通讯协 议 软件。 ( 3) 较好的适应性和先进性。本系统 的设计充 分考虑了 可 扩展性、 先进性 和适 应性 , 系 统操 作平 台软 件使 用 Microsoft 公 司开放系统软件 Windows 2000。 ( 4) 性能价格比高。在实现相同功能 和具有同 等可靠性 的 前提下 , 尽量减 少监控系 统的投资这 是符合 我国基 本国情的 。 ( 上接第 58 页 )
Study on the Inverter Sync_Drive Scenario of Hard_Connected Double Motors
Liu Xizhe
1, 2
Wu Jie
1
Pi Youguo
3
Wang Hongyong
4
( 1. Electric College of Southern China Science and T echnology University , 510641; 2. Guangdong Professional College of Hydropower, 510635; 3. Telecom College of Southern China Science and Technology University; 4. Automation Engineering Center of Science Academy of Guangdong Province, 510600) Abstract: Stability is a key problem for sync_drive system of hard_connected double motors. According to the rehabilitation scenario of the sluice control system of a dam, the feasibility of the inverter sync_drive scenario adopting torque following mode design for hard_connected double motors is studied in this paper. The test and experiment results indicate the system is stable and it has excellent performance in speed control. Key words: sync_drive vector control sluice drive stability 在一些调速性能要求较高的场合 , 曾尝试过 采用直流电 动 机驱动 , 但直流机存 在造 价高、 寿命 短、 维护 量大、 容量 有限 等 问题 , 难以推广。基于 上述 原因 , 人们 一直 在尝 试采用 新型 的 驱动方式以改进其效能 , 在广西某水电 站拦河坝 闸门启闭机 改 造项目中 , 我们采用了一种变频驱动方案 , 取得了较好的效果。
0 引
言
硬轴联接电动机在大中型起重设备中 应用非常广 泛 , 常 见 的龙门吊车、 卷扬机式启闭机等都是 采用这种 形式。它们的 共 同特点是负载重且负载跨距大 , 例如闸门负载 一般跨度都在 10 m 以上 , 其重量往往高达 几十吨甚至数 百吨。出于机 械设计 方 面的原因 , 这类负载不 宜采 用单 台电机 驱动 , 往 往采用 双电 机 在负载两侧独立驱动 , 为保证运行过 程中转速同 步、 转 矩平衡 , 工程上通常用一根刚 性轴将 两侧 电动机 联接 起来。为 了减 小 起动电流 , 传动电机 一般采 用绕 线式异 步电 动机串 电阻 起动。 这种方式是目前 应用 最 为广 泛的 , 虽然 可以 基 本满 足传 动 需 要 , 但仍存在不少问题。 ( 1) 串电阻调速属转差能耗制动型调速方式 , 电能损耗大。 ( 2) 绕线式异步 电动机 的机 械特性 软 , 造成 系统的 运行 稳 定性较差 , 特别 是起 动 时由 于起 动 转矩 不平 衡 造成 机械 冲 击 严重。 ( 3) 停机时电机 无法低 速停 稳 , 只 能在 高速 阶段靠 机械 抱 闸完成 , 一方面闸皮磨损严重 , 另一方面难以实现精确定位。 ( 4) 由于两侧电动机的输出转矩 平衡性较差 , 特别 是起、 停 阶段刚性轴承受 的机 械 冲击 较大 , 故对 刚性 轴 的强 度要 求 较 高 , 也增加了刚性轴的维护工作量。 ( 5) 绕线 式 电 动 机因 存 在 滑 环和 碳 刷 , 其 维 护 工 作 量 也 较大。
图 3 三相感应电机在 M - T 坐标下的解耦模型
图 2 转矩随动同步控制系统原理
图 4 基于 IMPACT 1336 变频器的传动系统动态结构
对于硬轴 联接 的 双电 机驱 动 系统 , 电 机 的转 速被 强 制 同 步 , 因此保证电机的出力平衡将是系 统稳定运 行的关键。显 然 如果两台电机由一套逆变器供电 , 电机 性能的差 异将导致出 力 的不平衡 , 而且这 种差异 是无 法调 节的 , 因而 不宜 采用。而 采 用 2 台变频器 分别控 制 2 台电 机关键 在于变 频器间 的联系 与 控制 , 一般有转速随动和转矩随动两 种形式。实 验与仿真结 果 证明 , 转矩随动方式更容易实现 , 动态性能 更好 , 故这里的传 动 系统设计采用了这种方式。如图 2 所示 , M1 为主 电机 , 有速 度 调节器 ASR1 和转矩环 ATL1, 采用转速给定工作方式 , 负责传 动 系统的速度 调节与 启停控 制 ; M2 为从电 机 , 只有转 矩环 ATL2, 采用转矩随动工作方式Βιβλιοθήκη Baidu, 其转矩给定信号 T 来自于主 变频器 , 由于采用同一给定值 , 通过转矩环的调节 , 2 台电机的稳态输 出 转矩必然平衡。
中国农村水利水电 2003 年 第 7 期
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硬联接双电机的变频同步驱动方案研究
1, 2 刘希吉 吉
吴
捷2
皮佑国3
王洪勇4
( 1 华南理工大学电力学院 广州市 510641; 2 广东水电职业技术学院 510635; 3 华南理工大学电信学院 510641; 4 广东省科学院自动化工程研制中心 510600)