双电动机拖动系统调速装置控制方式的选择
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摘要:1 引言 一台铸造吊主起升机构采用两台电动机通过各自的减速机控制各自的转筒,减速机的低速轴通过一根同步轴联接确保转筒同步。电动机由西门子6se70变频器驱动,两台变频器采用

1 引言

  一台铸造吊主起升机构采用两台电动机通过各自的减速机控制各自的转筒,减速机的低速轴通过一根同步轴联接确保转筒同步。电动机由西门子6se70变频器驱动,两台变频器采用主从控制方式,主装置转矩给定信号通过simolink传给从装置,实现两台电动机的负载分配均衡。每台电动机通过一根直径为120mm,长2300mm的轴与减速机联接,联轴器的型式为内齿外套。工作机构的结构示意图如图1。

  图1 工作机构的结构示意图

2 存在的问题及处理措施

  双电动机拖动系统有两种主从控制方式,传统主从控制和经速度环有转矩差补偿的主从控制。本装置原设计采用传统主从控制,见图2。控制思路为主传动装置为速度控制,其速度调节器的输出一路作为本装置的转矩环的给定,另一路通过传输介质传给从传动装置作为转矩环的给定,而从传动装置的速度环不工作,主装置的速度反馈信号送到主传动装置的速度环与给定值做比较。

  经速度环带转矩差补偿的主从控制的框图见图3,控制思路为主、从传动装置均为速度控制,在从传动装置中,将主传动装置的转矩环给定,通过传输介质传给从传动装置,与从传动装置的转矩环给定相减后作为从传动装置的附加速度给定。

  铸造吊按传统主从控制方式投入使用后,主起升两台变频器上显示的电流值基本相等但有波动,主起升机构在高速工作时的声响很大,振动明显,电动机与减速机之间的联轴器处有时会出现响声。测得的传统主从控制方式下的速度和转矩波形如示波图4和图5所示(图4中,曲线1为速度反馈信号,曲线4为转矩信号),从图4中可以清楚的看到振荡。

  图4和图5中的转矩振荡是由于连轴细长存在弹性,联轴器和齿轮存在间隙所致。将原主从控制方式改为经速度环带转矩差补偿的主从控制方式后,振动明显减小,联轴器处的声响消失,速度平稳,转矩振荡消除,转矩稳定,速度和转矩波形如示波图6和图7所示(图6中,曲线1为速度反馈信号,曲线4为转矩信号,图7中曲线7为经速度环带转矩差补偿的主从控制中主从装置的转矩差信号),速度和转矩波形都很平稳。

  从图4~图7中可以看出,在两种控制方式下,经速度环带转矩差补偿的主从控制方式的波形明显优于传统主从控制方式。在传统主从控制方式下,从装置的速度波形出现波浪形的变化,转矩振荡,而在经速度环带转矩差补偿的主从控制方式下,速度平稳,转矩稳定。

3 分析

  3.1 传统主从控制

  传统主从控制的特点是从站装置的电动机的转矩始终跟随主站装置的转矩,在负载刚性连接时,两台电动机的转速相等,在电动机和传动机构的机械特性不一致、速度反馈环节出现偏差等因素存在时,会出现负载分配不均,此时通过改变从装置的电压和频率来协调负载,使之达到均衡;

  该铸造吊在机械方面存在以下问题:

  (1)单台电动机与减速机之间的连轴直径为120mm,长2300mm,一方面存在下垂的可能,导致旋转时甩动,另一方面由于连轴细长,存在弹性;

  (2) 电动机与减速机之间的联轴器为内齿外套型,存在一定的齿间隙,如两侧的齿间隙不同,会出现连轴两侧不同心而倾斜,旋转过程中会出现甩动;

  (3)减速机内置棘轮棘爪机构,会有一定的间隙,旋转过程中会出现转矩偏差。

  在本系统中电动机的负载转矩由两部分组成:提升负载转矩和通过同步轴传递的扭曲转矩。机械的甩动带来提升转矩波动,由此产生的转速波动依靠速度环来抑制。轴扭振带来扭曲转矩的波动,它只能通过系统本身的抗扭振能力来抑制。

  在传统主从控制系统中,主系统有转速环,可从抑制提升负载转矩波动引起的速度波动,从系统无转速环,无法抑制提升负载转矩波动引起的速度波动。从参考文献[1]的公式推导知道,在主从电机间的机械联系存在弹性和间隙时,调速系统的控制对象(电动机、减速机、连轴和负载)本身是不衰减振荡环节,没有抑制扭振能力,在受到扰动和激励后会产生轴扭振,不停的来回传递扭曲转矩,造成电动机转矩和速度波动,铸造吊在机械方面的三个问题为轴扭振提供了扰动和激励。上述两个原因导致该控制方式振荡。

  在受到各机构的负载变化的扰动后,主装置因有速度环,不断调节主电动机的转速(从图4,在主机转速环的调节作用下,速度变化不大),使主装置的输出转矩的不断变化,从装置接收不断变化的转矩给定,力求使从装置电动机的转矩跟随,在跟随的过程中,从装置的负载波动又会通过同步轴作用到主装置,单靠一个速度环很难调节两台工作机构同时出现的负载不同步的变化,必然会在两台机构之间的轴上形成扭转振荡。从图4、图5可以看出,主从装置的负载的波动造成主装置转矩的波动,这种波动经主装置通过simolink网传输到从装置上,并又通过同步轴作用到主装置上而形成振荡。图4中速度波动不大,图5中速度波动大,主从电动机转速不相等,证明了轴扭振的存在,两电机转速差的面积代表了同步轴扭曲的角度。

  3.2 经速度环带转矩差补偿的主从控制

  经速度环带转矩差补偿的主从控制方式中,从装置也采用速度控制,两台装置通过各自的速度环来稳定速度,这样就都能抑制由于提升负载转矩波动产生的转速振荡;另一方面,通过将主装置的转矩给定与从装置的转矩给定进行实时比较后,作为从装置的附加给定值,通过在主、从电动机的转矩中引入转速差成份,及时调整从装置的负载转矩,使控制对象变为衰减振荡环节[1],外部扰动引起的轴扭振很快衰减,使两台装置的负载平衡。

  通过比较,经速度环带转矩差补偿的主从控制方式下,两台装置的电流仅在个位数上变化,波动小;而传统主从控制方式下,两台装置的电流相近,但变化均较频繁。

4 结束语

  随着冶金行业设备大型化、特种起重行业设备从安全运行的角度出发,使用多电动机同时驱动一台设备的应用随之增多,在本文介绍的应用中,因机械设计方面存在设计不足,导致运行中工作机构中的轴系上的转矩出现振荡,影响了设备的正常运行,因此,针对工作机构不同的联接方式选用适合的控制方式显得尤为重要,经速度环带转矩差补偿的主从控制方式适应负载变化方面的能力比较突出,值得推广。

作者:admin 来源:未知 发布于2019-07-13 10:55
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