两台电机驱动同一负载变频控制技术的研究

两台电机驱动同一负载变频控制技术的研究

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1 引言

在起重、冶金，玻璃生产等场合.由于可靠性要求、机械负载平衡性要求或者速度同步性的要求，需要两台同功率电机驱动同1个机械负载。驱动两台电机的变频器可以由1台变频器来驱动，也可以分别由两台变频器来驱动。这种场合往往对速度精度、转矩动态响应、负荷自动分配等有比较严格的要求，一般v/f控制的变频器又难以满足要求，如何采用矢量控制变频器来实现1台变频器拖动2台电机或者2台变频器分别拖动2台电机来实现高精度、大转矩调速是本文探讨的重点问题。

2 单台v/f控制变频器拖动二台电机的原理

v/f控制变频器的控制算法一般与电机参数无关，因此可以直接实现1台变频器拖动2台电机，如图1所示。在这种应用情况下，需要变频器容量为电机功率两倍的基础上再放大一档使用，并且为了防止电机过载烧坏，需要每台电机与变频器之间添加热继电器，如图1

中的th1、th2，而且需要将热继电器的常闭触点串联到变频器外部故障输入端子，进行保护处理。需要特别注意个别变频器具有自动转矩补偿功能与电机某些参数有关，采用电机并联运行时，容易引起电流的振荡，需要将该功能关闭。

图1 1台v/f控制变频器拖动2台电机的原理

3 一台矢量控制变频器拖动二台电机的原理

(1) 适用场合

矢量控制变频器实现一拖二的基本条件是2台电机参数完全相同或者接近。可应用于起重机械、冶金钢包、轨道车前后轮控制等需要一拖二的场合。

(2) 异步电机稳态等值电路

异步电机稳态等值电路如图2所示，图中的r1、l1、r2、l2、lm、i0、s分别代表定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、互感、空载激磁电流和转差率。

(3) 矢量控制变频器实现一拖二的原理

图2 异步电机稳态等值电路

在2台相同电机并联运行的时候，在稳态时，根据图2，可以看出并联后电机等效参r1、l 1、r2、l2、lm数均为单个电机参数的1/2，而空载激磁电流i0为单个电机的2倍。下面分析以下有速度传感器矢量控制(带pg)变频器控制一拖二的原理。有速度传感器电流矢量控制变频器控制原理如图3所示。

图3 有速度传感器(带pg)电流矢量控制变频器控制原理

根据电机的转差计算公式，转差与电机转矩电流ir*成正比，与电机励磁电流im*成反比。电机励磁电流im*在额定运行频率下，与电机空载激磁电流i0相等;转差与转子时间常数成反比，由于并连后r2、l2均为单个电机参数的1/2，转子时间常数不变，而电机转矩电流ir *与电机空载激磁电流i0均增加一倍，因此转差计算公式不受影响，因此可以将传感器装在速度精度要求高的一个电机上，实现一拖二功能。该方案还有一个优点，如果一个电机的电动负载突然增加，整个系统的转矩电流会突然增大，转差频率会增加，变频器输出频率会增加，除其本身的转矩会增加外，另外一台的转速也上升，达到了负荷转矩的自动动态分配。反之对于制动负载也完全适合。

对于开环矢量控制变频器，转差的计算同有pg矢量控制，可以证明电机并联模型不影响电机的转速的正确估计，因此同样可以保证电机的正常运行。

(4) td3000矢量控制变频器实现一拖二的方法

电路连接如图1所示。需要注意的是，2台电机的方向要与工艺要求方向一致。pi参数调节

方法同一拖一。调试方法有2。

方法1:先将变频器连接单台电机，按照单台电机铭牌参数，对f1组电机参数额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定转速(f1.01~f1.05)进行设定，进行电机参数辩识后再将2电机并联连接,然后设定f1组电机额定参数中额定电流参数(f1.03)为2倍额定电流,电机参数定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、互感(f1.11~f1.15)全部除2,激磁电流(f1.16)乘2,即可投入正常使用。

方法2:将2台电机直接并联,与变频器连接，设定f1组电机额定参数中额定电流参数(f1.03)为2倍额定电流,进行参数自学习后即可投入使用。

4 两台矢量控制变频器分别驱动两台电机拖动同一负载的控制原理

4.1 控制基本要求

2台矢量控制变频器、2台电机拖动同一机械负载的基本要求是速度同步，保证负荷动态和稳态的平均分配。另外，最好在其中1台变频器或者电机发生故障的时候，能够实现另外单台的正常运行。

4.2 控制基本原理

根据2台矢量控制变频器、2台电机拖动同一个机械负载的基本要求，必须保证2台变频器的严格同步，实现负荷的动态和稳态的自动分配。因此，一个基本的方法是同步跟踪控制，1台为主，1台为辅，需要变频器具有同步跟踪功能，或者加装同步控制卡，同步控制难度大，动态负荷分配不理想，容易出现变频器的频繁保护。只能够适用于电机与负载采用硬连接的场合，对于电机与负载采用软连接的场合失效。另外一种方法就是第1台采用速度控制，另外第2台采用转矩控制，第2台的转矩指令由第1台变频器给出，可以实现通过转矩的跟踪实现转矩的动态分配，避开速度严格同步的难题。而且在其中1台发生故障时，可以容易的切换。

4.3 采用td3000实现的两台电机拖动同一负载控制方法

(1)速度跟踪方案

图4 采用速度跟踪方案实现两台电机拖动同一负载控制方案

图4中，1# td3000变频器采用标准闭环矢量控制，2#变频器是采用从x8脉冲输入的具有伺服功能的td3000非标变频器，可以实现转速的严格跟踪。具体功能可参见[1]。优点是简单，缺点是动态负荷分配不均匀。另外，在1#变频器或者电机故障时，必须通过更改功能码进行控制方式的切换，才能够实现2#变频器的普通速度方式控制运行。

(2) 转矩跟踪方案

图5中，1#变频器采用闭环矢量控制，其转矩通过模拟输出ao1输出给2#变频器的ai2，作为转矩输入，2#变频器工作于转矩控制模式，由f5.01设定为32，由x1实现速度、转矩控制，当x1与com on时进入转矩控制，如果在1#变频器或者电机故障时，可以将x1与com off以实现速度控制。本方案即能够实现转矩的动态分配，又容易实现故障情况下的自动切换。

图5 采用转矩跟踪方案实现两台电机拖动同一负载控制方案

5 结论

本文针对2台电机拖动同一负载的实际情况，提出采用1台矢量变频器拖动2台电机实现的控制方案和2台矢量变频器分别驱动2台电机的方案，这些方案已经成功地应用于提升机、抓斗机等场合，实践证明运行效果良好，对如造纸的网部控制、压光机等二拖二情况下需要负荷分配的场合，也有非常好的借鉴意义。

参考文献

[1] 刘宏鑫. 用td3000变频器实现的切纸机同步控制系统[j]. 变频器世界,2003,7(1):53-59.