采用主從控制使變頻器得到理想同步控制效果解析方案

2.3.2 abb變頻器主從控制原理及參數(shù)設(shè)置

(1) 主從控制原理

abbacs800系列變頻器主從控制采用直接轉(zhuǎn)矩(dtc)作為其核心控制原理。而直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是在變頻器內(nèi)部建立了一個交流異步電動機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)測的直流母線電壓、開關(guān)狀態(tài)和電流計(jì)算出一組精確的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子磁通實(shí)際值，并將這些參數(shù)值直接應(yīng)用于控制輸出單元的開關(guān)狀態(tài)，變頻器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的，這意味著可以產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)最佳的開關(guān)組合并對負(fù)載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，并將轉(zhuǎn)矩相應(yīng)限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，真正實(shí)現(xiàn)了對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時控制?？刂圃砣鐖D3所示。

在主從控制應(yīng)用中，外部信號(包括起動、停止、給定信號等)只與主機(jī)變頻器相連，主機(jī)通過光纖將從機(jī)控制字和轉(zhuǎn)速給定值、轉(zhuǎn)矩給定值廣播給所有的從機(jī)，實(shí)現(xiàn)對從機(jī)的控制。從機(jī)一般不通過主從通訊鏈路向主機(jī)發(fā)送任何反饋數(shù)據(jù)，從機(jī)的故障信號單獨(dú)連至主機(jī)的運(yùn)行使能信號端，形成聯(lián)鎖。一旦發(fā)生故障，聯(lián)鎖將停止主機(jī)和從機(jī)的運(yùn)行。

主機(jī)發(fā)送給從機(jī)的的控制字是一個16位字，其中僅b3(run)、b7(reset)、b10(remote-cmd)使用，當(dāng)從機(jī)參數(shù)10.01(ext1start/stop/dir)或10.02(ext2start/stop/dir)設(shè)置為comm.cw時，控制字命令有效。給定值是包括1個符號位和15個整數(shù)位的16位字，給定1為速度給定，給定2為轉(zhuǎn)矩給定。在從機(jī)中，要將給定1定義為從機(jī)的外部速度給定，需將參數(shù)11.03(extref1 select)設(shè)置為comm.ref;要將給定2定義為從機(jī)的外部轉(zhuǎn)矩給定，需將參數(shù)11.06(ext ref2select)設(shè)置為comm.ref。

圖4為主機(jī)和從機(jī)為剛性連接時，從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定的控制原理圖。主機(jī)采用速度控制方式，即速度給定speedref3與實(shí)際速度actual speed相比較，通過pi調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩給定值torqref3，該值經(jīng)過頻率限幅、直流電壓限幅、功率限幅和轉(zhuǎn)矩限幅后，得到最終的轉(zhuǎn)矩給定值torq refused。該值和定子磁通給定值分別同相應(yīng)的實(shí)際值在滯環(huán)比較器內(nèi)進(jìn)行比較，得到最優(yōu)的pwm信號，最終通過驅(qū)動逆變器的開關(guān)器件達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。主機(jī)速度環(huán)輸出的最終轉(zhuǎn)矩給定值torqref used同時作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡分配。

由于從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制，其轉(zhuǎn)速由主機(jī)速度和機(jī)械耦合度共同決定。當(dāng)機(jī)械耦合緊密時，從機(jī)速度保持與主機(jī)同步;當(dāng)由于機(jī)械原因?qū)е埋詈隙茸儾顣r，從機(jī)實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，來自主機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩torqrefused大于從機(jī)的實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而引起從機(jī)轉(zhuǎn)速的迅速升高，直到達(dá)到其轉(zhuǎn)速的限幅值，如圖5(a)所示。此時，從機(jī)由轉(zhuǎn)矩控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣瓤刂品绞?，速度給定值為轉(zhuǎn)速限幅值。在工程中，為防止主從機(jī)速度相差過大，在從機(jī)的速度環(huán)節(jié)中增加了窗口控制功能。窗口控制原理如圖5(b)所示。當(dāng)從機(jī)轉(zhuǎn)速超過窗口控制所設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍后，窗口控制功能激活從機(jī)轉(zhuǎn)速pi調(diào)節(jié)器輸出torqref2，該輸出值與主機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值的和作為最終的從機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值torq ref used，保證從機(jī)轉(zhuǎn)速限制在窗口限定的范圍之內(nèi)。