1 前言 在許多生產(chǎn)線上，為了減小機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加快過渡過程及減少過渡過程中的能量損耗，經(jīng)常采用兩臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)。例如，鋼鐵、銅、鋁冷軋機(jī)的主軋機(jī)和卷取機(jī)設(shè)備，高速線材的精軋機(jī)等，這種多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)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(gè)速度調(diào)節(jié)器和多個(gè)電流調(diào)節(jié)器構(gòu)成的主從控制系統(tǒng)。以1450mm 6輥可逆冷軋機(jī)主軋機(jī)系統(tǒng)為例，介紹同軸串聯(lián)的雙電機(jī)控制系統(tǒng)。 2 控制對象 主軋機(jī)為工作輥傳動(dòng)的6輥可逆冷軋機(jī)，上下輥各由兩臺(tái)同軸串聯(lián)的直流電動(dòng)機(jī)通過共用減速機(jī)及十字萬向接軸單獨(dú)傳動(dòng)。 直流電動(dòng)機(jī)型號為ZTl0-4B，電機(jī)功率為1250kW，電機(jī)電壓為660V，電機(jī)電流為2100A，勵(lì)磁電流為27A，轉(zhuǎn)速為450／1200r•rain－1。 3 系統(tǒng)構(gòu)成 主軋機(jī)控制系統(tǒng)，是雙電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，兩臺(tái)電機(jī)是通過機(jī)械剛性同軸聯(lián)結(jié)，保持速度同步。區(qū)別于單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，兩臺(tái)電機(jī)的控制系統(tǒng)不是獨(dú)立的而是彼此相互關(guān)聯(lián)的。若兩臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)都作為獨(dú)立的速度控制，軋鋼時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩難以調(diào)整，況且其中一臺(tái)電機(jī)無法安裝作為速度反饋的脈沖編碼器。既要保證整個(gè)系統(tǒng)的速度同步，又要保證兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩均衡，我們把控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)速度環(huán)、兩個(gè)電流環(huán)的主從控制結(jié)構(gòu)。控制單元，采用西門子公司SIMOREGK 6RA70數(shù)字裝置，額定電壓660V，額定電流2200A，額定勵(lì)磁電流50A，4象限控制。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)各用一套，配置相同。控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。 3．1 速度給定和控制指令 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同軸剛性聯(lián)結(jié)，為了保證兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的一致性，控制系統(tǒng)必須保證同時(shí)啟動(dòng)、制動(dòng)和停止。因此，在控制兩臺(tái)電機(jī)的控制裝置上都配有CBP通訊板和PLC通過Profibus-DP網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，PLC同時(shí)給主從系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)和停車指令，其速度指令發(fā)送給主系統(tǒng)。 3．2 勵(lì)磁控制 同軸串聯(lián)的雙電機(jī)控制系統(tǒng)，通常設(shè)計(jì)時(shí)，把兩臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁繞組串聯(lián)，由一套勵(lì)磁裝置供電。 由于勵(lì)磁繞組串聯(lián)后要求勵(lì)磁裝置的輸出電壓較高，因此在勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)時(shí)，采用兩套獨(dú)立的勵(lì)磁裝置分別供給兩臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁電流。勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)部分在6RA70裝置中完成，具有勵(lì)磁電流設(shè)定、停機(jī)勵(lì)磁和自動(dòng)弱磁控制等功能。其功率部分仍為單相半控橋回路，勵(lì)磁電流實(shí)際值信號取自勵(lì)磁單元輸出回路中的分流器，調(diào)節(jié)器參數(shù)均可在優(yōu)化運(yùn)行中確定。 3．3 力矩平衡控制 由直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可知，同一型號的兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)硬軸聯(lián)結(jié)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相同，則負(fù)載在兩臺(tái)電機(jī)間平均分配，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)承擔(dān)二分之一的負(fù)載。但在實(shí)際中，即使是型號相同的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，由于制造的原因，往往可能出現(xiàn)電樞電阻或磁通不相等的情況，導(dǎo)致兩臺(tái)電機(jī)的特性不一致，此時(shí)負(fù)載在兩電機(jī)間就不能平均分配了。為解決同軸串聯(lián)的兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡問題，控制系統(tǒng)采用主從控制結(jié)構(gòu)，主系統(tǒng)按照軋制工藝要求對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行速度控制，主系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器輸出作為轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，分配給主、從系統(tǒng)。取兩臺(tái)電機(jī)在各自系統(tǒng)中的磁通值，把轉(zhuǎn)矩設(shè)定值轉(zhuǎn)換成電流設(shè)定值，進(jìn)行電流閉環(huán)調(diào)節(jié)從而保證兩臺(tái)電機(jī)的出力基本一致，達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡。 3．4 電勢調(diào)節(jié) 由于兩臺(tái)電機(jī)的勵(lì)磁控制是獨(dú)立的，速度調(diào)節(jié)器僅在主系統(tǒng)中，為保證兩套系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)弱磁控制和電勢調(diào)節(jié)，需把主系統(tǒng)的速度實(shí)際值傳遞給從系統(tǒng)，分別進(jìn)行主系統(tǒng)和從系統(tǒng)的磁場特性測試運(yùn)行，來確定弱磁點(diǎn)、磁化曲線和電勢調(diào)節(jié)器的參數(shù)，從而達(dá)到兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行。 3．5 預(yù)控調(diào)節(jié) 在數(shù)字控制系統(tǒng)中，為了使給定和反饋信號很快通過控制環(huán)節(jié)影響被調(diào)量，加快系統(tǒng)對給定量的響應(yīng)，都設(shè)計(jì)了預(yù)控環(huán)節(jié)。其原理是根據(jù)給定量及系統(tǒng)參數(shù)計(jì)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(tǒng)中有電樞電流預(yù)控、EMF預(yù)控和勵(lì)磁電流預(yù)控環(huán)節(jié)。以電樞電流預(yù)控介紹預(yù)控結(jié)構(gòu)原理。 電樞電流預(yù)控環(huán)節(jié)是根據(jù)電樞電流給定，電動(dòng)機(jī)電樞回路參數(shù)電阻，電感以及電勢，計(jì)算出系統(tǒng)所需的觸發(fā)信號。原理框圖如圖2所示。