同步系统变频控制与节能技术探讨

作者：时间：2018-08-20来源：网络收藏

0 引言

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同步系统在工业生产过程中大量存在，不同的场合对其成本、控制精度等有不同的要求。随着对节能型社会的创导，同步系统变频节能技术也成为研究的热点，本文正是基于这点，对同步系统控制技术和节能方法进行了系统的分析和总结，最后给出了两个应用实例。

1 同步系统的控制方法

1.1 模拟同步控制方案

图1 为一种低成本模拟同步控制方案，通过电位器直接实现，由于这种方法的比例精度受电位器的影响比较大，因此，主给定电位器的阻值比从给定电位器的阻值大10 倍以上。另外，由于是电压控制方式，所以此方案抗干扰比较差，不适合长线传输。改进方法如图2 所示，采用有源电压电流转换器(V-I)，将电压信号转换为电流信号，克服了比例精度受电位器的影响和抗干扰差的缺点，是目前应用比较多的方案。

1.2 开关量速度链控制

在一些干扰大的现场，采用模拟量进行传输的系统受干扰现象严重，可以考虑充分利用变频器高速脉冲输入的功能，实现高精度、低成本、高可靠性的控制。如图3 所示，可以采用上述模拟量的叠加功能实现微调，或者采用图3 中的up、down 电动电位计的叠加功能。具体方法是：利用PLC高速输出口产生高频脉冲，例如5 000 Hz 对应50.00 Hz，其分辨率为0.01 Hz。根据同步的比例，设定每台变频器的最大频率，就可以实现高精度的比例控制了。例如设k=0.6，设定该台变频器的最大频率为30.00 Hz，当PLC 输出的高频脉冲频率为5 000 Hz时，对应30.00 Hz。

1.3 通信或者现场总线速度链控制

在一些高速、高精度和自动化程度要求比较高的场合，常采用如图4所示的通信或者现场总线速度链控制方案。通信速度链控制如图4(a)所示，在台数比较多时，由于轮询的时间比较长，控制系统的响应速度比较慢，因此适合比较低速的中小系统应用。另外由于动态响应速度比较慢，不能够实现频率的动态调整，一般还需要在每台传动点控制柜上加装频率微调装置，在负载变化比较大的场合还需要加装动态负荷分配调节器来实现高精度控制。现场总线速度链控制如图4(b)所示，适合复杂系统的应用，可以根据变频器的运行状态参数，如电流、转矩，动态调整频率指令，实现负荷动态分配，达到高速、高性能的同步控制。现场总线速度链控制方式在控制结构上最为简洁，但是对编程和现场布线及控制柜的抗干扰处理方面更为严格，这是其应用难点。

2 同步系统中的负荷分配控制

在同步控制系统中，即使在精确比例控制的前提下，还会碰到由于负载或者生产工艺的影响，造成实际速度的动态变化，从而导致生产物料的变形或者断裂等。如在造纸的压榨部中，两台电机由毛布实现直接连接，处于同一毛布圈路内，不仅需要同步，而且需要进行负荷分配，否则会造成两台变频器的过流、过压保护等问题。解决方法之一是可以将其中一台变频器作为主传动，采用基本的速度控制方式，将另外一台变频器作为从传动，采用负荷分配控制。

采用速度进行负荷分配控制原理如图5 所示。在控制中，运用变频器内部PID调节器或者外部控制器的PID调节器，将主传动的转矩电流实际值作为给定值，从传动的转矩电流实际值作为反馈值，经PID调节后生成的值作为附加给定叠加到从传动速度通道，从而实现负荷分配的过程控制。这种方式，变频器可以工作在V/f、开环矢量或者闭环矢量控制方式。