多变频器主从同步控制系统研究与应用

尹承山康海洋

尹承山康海洋

（山东省新泰市翟镇煤矿机电运输部，山东新泰271200）

摘要：本文针对变频调速系统中多变频器的主从同步问题，提出一种全新的主从同步变频调速控制方案。并将这个主从同步变频调速控制方案应用于采煤机牵引电机变频调速系统中，最后通过试验证明该控制方案的有效性和可靠性。

关键词：变频器；主从同步；转速控制；电流控制

中图分类号：TM43文献标识码：A文章编码：1671-6035（2013）06-0000-02

一、引言

近年来，随着电力电子技术的飞速发展，工矿企业对自动化程度的要求不断提高。对于机械设备的使用不仅仅停留在性能稳定，操作方便，节约资源也成为机械设备考虑的重要因素之一。变频器以其调速范围广，稳定精度高，动态响应快，运行可靠性强，可四象限运行等优点在交流调速系统中得到广泛的应用。

随着变频器应用的日益增多，也出现了一些现场问题。采用一台变频器并联拖动多台交流电机的控制方式，这种方法被广泛的应用并且多台电机的同步效果比较好，但是这种控制方式只适用于小功率交流电机，并且由于是开环控制，一般情况下没有电气制动装置；为了满足大功率的交流电机使用要求，通常采用一拖一的交流电机的控制方案，这种方案在大功率电机必须设计相应的二次回路来实现同步，设计相对来说比较复杂，并且这两种方案在外部环境条件比较复杂，电机的电流波动比较大时控制效果不理想。

本文针对大功率一拖一交流电机多变频器调速系统中的主从同步问题，提出一种全新的控制方案。并将这种控制方案应用于采煤机牵引电机变频调速系统中，最后通过工业性试验证明该控制方案的可靠性和有效性。

二、变频器变压变频调速基本原理

三、多变频器控制系统方案设计

（一）主回路控制方案。

该变频调速控制系统可以有多个传动点，分别由交流电机单独拖动，每台交流电机由变频调速装置驱动采用闭环控制。系统采用PLC作为主控制核心，PLC对操作键盘上发出的操作信号进行处理，通过CAN总线发出控制指令，控制交流电机的转矩和速度来实现交流电机的启动，加速，减速，停止等功能的。通常情况下，当系统中有多台变频器，PLC通过CAN总线发送控制信号给主变频器，从变频器通过同步光纤与主变频器通信获取主控制器发送的控制信号，从而实现交流电机的转速同步和功率平衡。另外操作键盘可以实时显示每一个传动点电机运行时的电流、电压、故障等其它相关信息。

图1主控制回路设计方案

这种交流变压变频调速系统的接线相对来说比较简单，只有电源线，电机连线，信号反馈线以及CAN总线。操作台，主控制器，变频器通过CAN总线进行通信，大大减少了接线端子的数量，整个系统运行相对比较稳定，并且出故障的情况将大幅降低，同时从输入端到控制的输出端采用CAN通信，系统的抗干扰能力比较强。

当变频器采用一拖一的拖动方式控制交流异步电机，并且电机轴之间采用刚性耦合的方式时，保证多台交流电机转速相同和功率平衡，成为实现整个闭环变频调速控制系统得以实现的关键。

（二）主从变频器变频调速控制方式选择。

图2为主从变频器控制系统的方案设计。主变频器采用转速闭环控制，从变频器采用电流/转速闭环控制。通常情况下，从变频器采用电流控制，将主变频器的电流作为从变频器的电流给定，跟随主变频器以达到主从变频器传动单元转矩平衡和转速同步。但是当主变频器和从变频器的转速误差超过一定范围时（5HZ），从变频器内部控制单元将自动通过双向转换开关将电流控制转换为速度控制。避免两个电机由于转速误差过大，出现电机转轴断裂的情况出现。

图2主从变频器控制系统框图

当主变频器出现故障时，为不影响正常工作，从变频器中的一台自动转换为主变频器并且与PLC进行通信，同时采用一拖二的方式拖动两台电机运行。当变频器的故障得以修复后，通过系统重启，变频器将再次启动，仍然采用一拖一的方式进行运行。

四、应用及过程分析

将多台变频器控制系统设计方案应用于采煤机的牵引系统。采煤机的行走驱动系统是一个多传动系统，两台变频器驱动电机带动行走轮通过刮板机的销排相互耦合在一起。显然这个多传动系统之间是一种刚性连接。即行走轮和销排之间刚性啮合。为了保证两个行走轮的使用寿命尽可能长，就要保证采煤机行走时，每时每刻两个行走轮受力尽可能相同。

主变频器直接与PLC主控制器通信。主变频器采用速度给定，因此其输出速度基本为恒定，而输出的转矩与负载力矩也基本一致。

从变频器由于工作在主变频器给定电流模式下，其输出的转矩为主变频器所受的力矩，而负载转矩在采煤过程中由于工矿的复杂性是实时变化的，波动的。因此两者之间可能存在着差异，从而使得其输出的速度也会存在着小差异。当两者的转速差距很大时，变频器内部控制器会将从变频器的电流控制转换为转速控制，防止由于转速差距过大出现电机转轴断裂的情况。

五、结束语

本文针对多台大功率交流电机一拖一变频器调速系统中的主从问题，分别根据主机和从机工作情况的不同，提出了不同的变频调速控制方案。并将这一控制方案应用于采煤机牵引电机变频调速系统中，最后通过工业性使验分析证明该方法的有效性、实用性和广泛的应用前景。

参考文献：

[1]孙元山.PLC在矿用防爆变频调速装置中的应用[J].煤矿技术,2010,29(8).

[2]郭岱，许森祥，韩民.薄煤层大倾角采煤机的应用与展望[J].：2009，14(1).

[3]BasislavJeftenic,leposavaRistic,MilanBebic,SasaStatkic.Frequencyconvertersonbeltconveyors—modelingandcommissioning[J].IEEE,2009,12(.6):1247-1263.

[4]于洪波.变频器在电机调速中的应用分析[J].煤炭技术，2007,26(6).

[5]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2003.