李紅星，劉曉飛，許亞軍

1  電氣負載平衡優化研究的數學模型及核心原理
直流調速系統負載平衡問題的技術日益成熟，這里主要針對交流調速系統進行研究。筆者采用了類似直流系統的雙閉環動態響應系統為模型：速度外環和轉矩內環雙閉環。其原理圖如圖1所示。
 

圖1  系統核心原理圖

因為MASTER的轉矩調節器輸出是FOLLOWER(從機)轉矩調節器的給定值，因此如果MASTER電機負載增大或減小，同軸運行控制系統能自動使FOLLOWER電機自動減小或增大負載，保持電機之間及兩臺變頻器之間在任何情況下都能平衡分配負載。
在正常的運行范圍內，FOLLOWER的速度調節器（speed controller）輸出為零，從機時刻跟隨MASTER的轉矩給定（torque ref1），保持了負載的平衡。如果主從機速度略有偏差（速度給定值－實際轉速值），且速度偏差處于一定的窗口范圍內，FOLLOWER的窗口控制（window control）將使從機速度調節器的輸入和輸出保持為零，從機跟隨主機的轉矩給定（torque ref1），滿足負載的速度平衡要求。
如果速度偏差超出窗口范圍，窗口控制把偏差與速度調節器相連，速度調節器輸出增加或減少內部轉矩給定，停止轉速的進一上升或下降，直至達到新的平衡。
2  中板精整線翻板機目前存在狀況
中板機組精整線翻板機是由兩臺交流電機驅動，兩臺減速箱一級軸之間通過齒輪硬性連接同步拖動機械設備，是重載頻繁升降的重要設備。電機及運行參數見表1，型號為YZR315M-10 75kW 164A 582RPM。

表1  改造前技術數據

由表1可知，由于控制采用交流電子開關柜控制系統，全壓啟動電流較大，電氣負載嚴重不平衡，產生了翻板機的承載機構支桿經常性折斷和扭曲變形，嚴重的機械沖擊力造成減速箱的固定地腳松動而左右擺動，電機地腳掰斷等，這使設備的維修周期縮短，生產效率降低。
3  系統改造設計及要求
(1)  變頻器選型
因為是同軸驅動相同的負載，所以兩臺變頻器頻率輸出、頻率變化都應該保持嚴格的同步關系。如果其中一臺電機負載增大或減小，同軸運行控制系統能自動使該臺電機自動減小或增大負載，保持電機之間及兩臺變頻器之間在任何情況下都能平衡分配負載。
筆者對變頻器進行了嚴格選型，從日本富士、法國施耐德到ABB公司的變頻器中，全方位進行研究：功率系統、控制觸發系統、保護系統、電機識別系統、應用程序集成系統、網絡拓展系統。考慮到ABB ACS604 系列變頻調速器具有獨特的方面：
① DTC（direct torque control）技術和模糊控制理論合二為一，性能優于矢量控制變頻器。
② 具有標準的內置交流電抗器，大大降低了變頻器的電磁輻射及電流沖擊。
③ 應用程序集有獨特的主/從應用宏，主/從應用宏是為多電機傳動應用而設計的，其系統由若干變頻器共同驅動，同時電機軸經由齒輪、鏈條、皮帶等相互連接。由于有了主/從應用宏，保證了電氣負載在電機之間均勻分配。
所以，采用ABB ACS604變頻調速器，并為將來系統電機功率的增容作了進一步考慮，最后選用ABB ACS604系列160kW變頻調速器來突破中板精整線翻板機電氣負載平衡的問題。
(2)  系統設計簡圖和控制原理簡圖
中板機組翻板機傳動系統是由兩臺交流電機拖動，確定負載重的電機作為主電機，實施速度控制，另一臺作為從電機，實施轉矩控制，從電機動態跟隨主電機轉矩的變化而變化，有效地控制負載的平衡。該系統方案的主電路如圖2所示，控制電路如圖3所示。
4  系統調試要點與體會
(1)  建立主從關系的參數  主機中：60組的01、02、07、08項分別設為Master、Speed、202、213；從機中：10組的01、02項均為Comm.module；60組的01、02、07、08項分別設為Follower、Torque、202、213。
(2)  主從之間的給定  主機中：11組的01、03、06項分別設為Ref1、keypad、keypad；從機中：11組的01、03、06項分別設為Ref1、Comm Ref、Comm Ref。
(3)  主從之間的光纖選通  主機中：11組的02項設定為EXT1；從機中：11組的02項設定為EXT2。
(4)  主機不需要電機自動辨識運行，只需從機進行電機自動辨識運行即可。
(5)  ACS600的減速類型應選擇主機和從機都采用自由慣性停車方式，不能采用斜率方式停車。因為，斜率停車方式下，機械抱閘動作時變頻器沒有完全停止供電。
(6)  ACS604變頻器的數據給定采用鍵盤給定方式，以減少外部電壓或電流給定方式帶來的誤差和故障機率。
 

圖2  系統方案的主電路

圖3  系統方案的控制電路

5  運行實際效果
控制系統改造后，經過實際生產運行觀察電機特性參見表2。

表2  改造后技術數據