1 前言 在許多生產線上，為了減小機械設備的轉動慣量，加快過渡過程及減少過渡過程中的能量損耗，經常采用兩臺或多臺電機同軸驅動。例如，鋼鐵、銅、鋁冷軋機的主軋機和卷取機設備，高速線材的精軋機等，這種多電機傳動系統的關鍵是解決好速度控制和力矩均衡控制兩大問題，如采用一個速度調節器和多個電流調節器構成的主從控制系統。以1450mm 6輥可逆冷軋機主軋機系統為例，介紹同軸串聯的雙電機控制系統。 2 控制對象 主軋機為工作輥傳動的6輥可逆冷軋機，上下輥各由兩臺同軸串聯的直流電動機通過共用減速機及十字萬向接軸單獨傳動。 直流電動機型號為ZTl0-4B，電機功率為1250kW，電機電壓為660V，電機電流為2100A，勵磁電流為27A，轉速為450／1200r•rain－1。 3 系統構成 主軋機控制系統，是雙電機傳動系統，兩臺電機是通過機械剛性同軸聯結，保持速度同步。區別于單電機傳動系統，兩臺電機的控制系統不是獨立的而是彼此相互關聯的。若兩臺電機傳動都作為獨立的速度控制，軋鋼時，兩臺電機的轉矩難以調整，況且其中一臺電機無法安裝作為速度反饋的脈沖編碼器。既要保證整個系統的速度同步，又要保證兩臺電機的轉矩均衡，我們把控制系統設計成一個速度環、兩個電流環的主從控制結構。控制單元，采用西門子公司SIMOREGK 6RA70數字裝置，額定電壓660V，額定電流2200A，額定勵磁電流50A，4象限控制。兩臺電動機各用一套，配置相同。控制系統框圖如圖1所示。 3．1 速度給定和控制指令 兩臺電動機同軸剛性聯結，為了保證兩臺電機運轉的一致性，控制系統必須保證同時啟動、制動和停止。因此，在控制兩臺電機的控制裝置上都配有CBP通訊板和PLC通過Profibus-DP網進行數據通訊，PLC同時給主從系統發出啟動和停車指令，其速度指令發送給主系統。 3．2 勵磁控制 同軸串聯的雙電機控制系統，通常設計時，把兩臺電機的勵磁繞組串聯，由一套勵磁裝置供電。 由于勵磁繞組串聯后要求勵磁裝置的輸出電壓較高，因此在勵磁回路設計時，采用兩套獨立的勵磁裝置分別供給兩臺電機的勵磁電流。勵磁電流的調節部分在6RA70裝置中完成，具有勵磁電流設定、停機勵磁和自動弱磁控制等功能。其功率部分仍為單相半控橋回路，勵磁電流實際值信號取自勵磁單元輸出回路中的分流器，調節器參數均可在優化運行中確定。 3．3 力矩平衡控制 由直流電動機的機械特性可知，同一型號的兩臺直流電動機硬軸聯結，兩臺電動機的機械特性相同，則負載在兩臺電機間平均分配，每臺電動機承擔二分之一的負載。但在實際中，即使是型號相同的兩臺電動機，由于制造的原因，往往可能出現電樞電阻或磁通不相等的情況，導致兩臺電機的特性不一致，此時負載在兩電機間就不能平均分配了。為解決同軸串聯的兩臺電機的轉矩平衡問題，控制系統采用主從控制結構，主系統按照軋制工藝要求對整個系統進行速度控制，主系統的速度調節器輸出作為轉矩設定值，分配給主、從系統。取兩臺電機在各自系統中的磁通值，把轉矩設定值轉換成電流設定值，進行電流閉環調節從而保證兩臺電機的出力基本一致，達到轉矩平衡。 3．4 電勢調節 由于兩臺電機的勵磁控制是獨立的，速度調節器僅在主系統中，為保證兩套系統同時進行自動弱磁控制和電勢調節，需把主系統的速度實際值傳遞給從系統，分別進行主系統和從系統的磁場特性測試運行，來確定弱磁點、磁化曲線和電勢調節器的參數，從而達到兩臺電機的同步運行。 3．5 預控調節 在數字控制系統中，為了使給定和反饋信號很快通過控制環節影響被調量，加快系統對給定量的響應，都設計了預控環節。其原理是根據給定量及系統參數計算出控制對象所需的控制信號，直接作用于控制對象。在系統中有電樞電流預控、EMF預控和勵磁電流預控環節。以電樞電流預控介紹預控結構原理。 電樞電流預控環節是根據電樞電流給定，電動機電樞回路參數電阻，電感以及電勢，計算出系統所需的觸發信號。原理框圖如圖2所示。