1 引言

　　近年來，隨著我國自動化技術的迅速發展，工業(ye) 自動化取得了長足的進步。變頻器由於(yu) 性能穩定、節能環保、性價(jia) 比高，在工業(ye) 各個(ge) 領域得到了廣泛的應用。其中，冶金、造紙等行業(ye) 對電氣控製係統的轉速和轉矩的動靜態指標有著較高的要求，在轉爐或紙機的電氣控製上要求各部分驅動電機轉矩或轉速嚴(yan) 格同步，否則，無法維持正常生產(chan) ，產(chan) 品質量難以保證。然而，在實際生產(chan) 中，有許多因素都會(hui) 幹擾電機的同步控製，例如電網電壓的波動、頻率的變化、負載的突變、溫度的改變等。因此，為(wei) 了得到理想的同步控製效果，采用主從(cong) 控製是比較好的解決(jue) 方案之一。

2 同步運行方案的選擇

　　工業(ye) 中同一台設備或者同一條生產(chan) 線的各個(ge) 運動部分通常采用一台大功率電機或多台相對功率較小的電機分別拖動的方式，而這些不同的運動部分彼此間在運動速度、轉矩等參數方麵常常有配合協調關(guan) 係，這就要求在各電動機的調速控製之間建立某種關(guan) 係，這就是所謂的同步運行問題。

　　同步運行是變頻調速在工業(ye) 應用中比較複雜和要求很高的領域。正確選擇同步控製方案，是在同步運行領域正確設計變頻調速係統的關(guan) 鍵因素。通常，同步運行主要可以采用以下三種方式實現。

　　2.1 單台大功率電機

　　對於(yu) 大功率負載，一般選用一台大功率電機及相應功率的變頻器組成其傳(chuan) 動係統。相對於(yu) 多電機電氣傳(chuan) 動係統，單台大功率電機傳(chuan) 動係統由於(yu) 隻有一個(ge) 傳(chuan) 動速度，同步性能最優(you) 。然而，也正是由於(yu) 該係統的唯一性，任何一個(ge) 設備發生故障都將導致整個(ge) 係統的停機，係統冗餘(yu) 性差，而且由於(yu) 電機、變頻器等電氣設備的功率較大，維護困難，恢複時間較長。

　　2.2 群拖

　　用一台變頻器帶動多台電動機同步運行的方式，稱為(wei) 群拖。這時變頻器的輸出側(ce) 就成了供電母線，各電動機接受同頻率同幅值的電壓。在電動機規格相同時，彼此間總是運行在理想空載轉速相同、斜率也大致相同的機械特性上，當負載大致一致時，實際轉速也大致相同。

　　由於(yu) 矢量控製和直接轉矩控製都不能用於(yu) 群拖方式，因此，群拖方式隻能采用恒壓頻比控製方式。由於(yu) 恒壓頻比控製方式的穩態和動態調速性能都不高，且低速時帶載能力差，起動轉矩低，一般應用於(yu) 調速性能要求不高的場合。另外，群拖方式下，各電動機隻是理想空載轉速一致，而實際轉速由機械特性曲線和負載力矩決(jue) 定，因此，群拖方式下的各個(ge) 電機轉速並不能保證完全一致，同步性不高，故群拖方式隻能用於(yu) 同步運行要求不高的場合。

　　2.3 主從(cong) 控製

　　2.3.1主從(cong) 控製連接方式

　　主從(cong) 控製是為(wei) 多電機傳(chuan) 動係統設計，每台電機分別由單獨的變頻器控製，因此，主從(cong) 控製可以采用具有轉矩控製能力的矢量控製和直接轉矩控製方法。利用這個(ge) 高性能的控製算法，可在同步運行的機構之間建立合理的負載分配關(guan) 係，充分發揮各電動機的轉矩輸出能力。主從(cong) 控製連接方式一般有以下兩(liang) 種：

　　（1）主機和從(cong) 機的電機軸通過齒輪、鏈條等進行剛性連接，如圖1（a）所示。從(cong) 機采用轉矩控製模式，以使傳(chuan) 動單元之間平均分配負載轉矩，此時是由機械結構保證轉速同步，由於(yu) 每台電機分別由單獨的變頻器控製，保證了各電動機承擔的負載分配合理，防止出現分配轉矩嚴(yan) 重不平衡，甚至彼此頂牛現象的發生。

　　（2）當主機和從(cong) 機的電機軸采用柔性連接時，如圖1（b）所示。從(cong) 機應該采用速度控製方式，在這種情況下，機械結構已經不能保證同步運行的要求，由變頻器組成的傳(chuan) 動係統除了采用速度控製方式解決(jue) 轉速同步問題，同時還要利用轉矩下垂特性實現負載轉矩在各個(ge) 電機上的平均分配。



　　圖2示出了轉矩下垂功能原理：用參數規定額定負載轉矩下的轉速差，而係統根據實際轉矩和給定轉速決(jue) 定實際的速度給定值，如式（1）所示。這樣，係統根據轉矩情況自動調整給定轉速，具備了速度適應能力。因此，轉矩下垂特性允許主機和從(cong) 機之間存在微小的速度差。

　　

        式中，n為(wei) 實際給定轉速，n0#p#分頁標題#e#為(wei) 給定轉速，δn為(wei) 轉速差，t為(wei) 實際轉矩，t0為(wei) 額定轉矩。

 　　2.3.2 abb變頻器主從(cong) 控製原理及參數設置

　　（1）主從(cong) 控製原理

　　abbacs800係列變頻器主從(cong) 控製采用直接轉矩（dtc）作為(wei) 其核心控製原理。而直接轉矩控製技術是在變頻器內(nei) 部建立了一個(ge) 交流異步電動機的軟件數學模型，根據實測的直流母線電壓、開關(guan) 狀態和電流計算出一組精確的電機轉矩和定子磁通實際值，並將這些參數值直接應用於(yu) 控製輸出單元的開關(guan) 狀態，變頻器的每一次開關(guan) 狀態都是單獨確定的，這意味著可以產(chan) 生實現最佳的開關(guan) 組合並對負載變化作出快速地轉矩響應，並將轉矩相應限製在一拍以內(nei) ，且無超調，真正實現了對電動機轉矩和轉速的實時控製。控製原理如圖3所示。

　　在主從(cong) 控製應用中，外部信號（包括起動、停止、給定信號等）隻與(yu) 主機變頻器相連，主機通過光纖將從(cong) 機控製字和轉速給定值、轉矩給定值廣播給所有的從(cong) 機，實現對從(cong) 機的控製。從(cong) 機一般不通過主從(cong) 通訊鏈路向主機發送任何反饋數據，從(cong) 機的故障信號單獨連至主機的運行使能信號端，形成聯鎖。一旦發生故障，聯鎖將停止主機和從(cong) 機的運行。



　　主機發送給從(cong) 機的的控製字是一個(ge) 16位字，其中僅(jin) b3（run）、b7（reset）、b10（remote－cmd）使用，當從(cong) 機參數10.01（ext1start/stop／dir）或10.02（ext2start/stop/dir）設置為(wei) comm.cw時，控製字命令有效。給定值是包括1個(ge) 符號位和15個(ge) 整數位的16位字，給定1為(wei) 速度給定，給定2為(wei) 轉矩給定。在從(cong) 機中，要將給定1定義(yi) 為(wei) 從(cong) 機的外部速度給定，需將參數11.03（extref1 select）設置為(wei) comm.ref；要將給定2定義(yi) 為(wei) 從(cong) 機的外部轉矩給定，需將參數11.06（ext ref2select）設置為(wei) comm.ref。

　　圖4為(wei) 主機和從(cong) 機為(wei) 剛性連接時，從(cong) 機跟隨主機轉矩給定的控製原理圖。主機采用速度控製方式，即速度給定speedref3與(yu) 實際速度actual speed相比較，通過pi調節器得到轉矩給定值torqref3，該值經過頻率限幅、直流電壓限幅、功率限幅和轉矩限幅後，得到最終的轉矩給定值torq refused。該值和定子磁通給定值分別同相應的實際值在滯環比較器內(nei) 進行比較，得到最優(you) 的pwm信號，最終通過驅動逆變器的開關(guan) 器件達到調節轉速的目的。主機速度環輸出的最終轉矩給定值torqref used同時作為(wei) 從(cong) 機的轉矩給定值，實現主機和從(cong) 機的負載轉矩平衡分配。