同轴串联的双电机控制系统（上）

1 前言 在许多生产线上，为了减小机械设备的转动惯量，加快过渡过程及减少过渡过程中的能量损耗，经常采用两台或多台电机同轴驱动。例如，钢铁、铜、铝冷轧机的主轧机和卷取机设备，高速线材的精轧机等，这种多电机传动系统的关键是解决好速度控制和力矩均衡控制两大问题，如采用一个速度调节器和多个电流调节器构成的主从控制系统。以1450mm 6辊可逆冷轧机主轧机系统为例，介绍同轴串联的双电机控制系统。 2 控制对象 主轧机为工作辊传动的6辊可逆冷轧机，上下辊各由两台同轴串联的直流电动机通过共用减速机及十字万向接轴单独传动。 直流电动机型号为ZTl0-4B，电机功率为1250kW，电机电压为660V，电机电流为2100A，励磁电流为27A，转速为450／1200r•rain－1。 3 系统构成 主轧机控制系统，是双电机传动系统，两台电机是通过机械刚性同轴联结，保持速度同步。区别于单电机传动系统，两台电机的控制系统不是独立的而是彼此相互关联的。若两台电机传动都作为独立的速度控制，轧钢时，两台电机的转矩难以调整，况且其中一台电机无法安装作为速度反馈的脉冲编码器。既要保证整个系统的速度同步，又要保证两台电机的转矩均衡，我们把控制系统设计成一个速度环、两个电流环的主从控制结构。控制单元，采用西门子公司SIMOREGK 6RA70数字装置，额定电压660V，额定电流2200A，额定励磁电流50A，4象限控制。两台电动机各用一套，配置相同。控制系统框图如图1所示。 3．1 速度给定和控制指令 两台电动机同轴刚性联结，为了保证两台电机运转的一致性，控制系统必须保证同时启动、制动和停止。因此，在控制两台电机的控制装置上都配有CBP通讯板和PLC通过Profibus-DP网进行数据通讯，PLC同时给主从系统发出启动和停车指令，其速度指令发送给主系统。 3．2 励磁控制 同轴串联的双电机控制系统，通常设计时，把两台电机的励磁绕组串联，由一套励磁装置供电。 由于励磁绕组串联后要求励磁装置的输出电压较高，因此在励磁回路设计时，采用两套独立的励磁装置分别供给两台电机的励磁电流。励磁电流的调节部分在6RA70装置中完成，具有励磁电流设定、停机励磁和自动弱磁控制等功能。其功率部分仍为单相半控桥回路，励磁电流实际值信号取自励磁单元输出回路中的分流器，调节器参数均可在优化运行中确定。 3．3 力矩平衡控制 由直流电动机的机械特性可知，同一型号的两台直流电动机硬轴联结，两台电动机的机械特性相同，则负载在两台电机间平均分配，每台电动机承担二分之一的负载。但在实际中，即使是型号相同的两台电动机，由于制造的原因，往往可能出现电枢电阻或磁通不相等的情况，导致两台电机的特性不一致，此时负载在两电机间就不能平均分配了。为解决同轴串联的两台电机的转矩平衡问题，控制系统采用主从控制结构，主系统按照轧制工艺要求对整个系统进行速度控制，主系统的速度调节器输出作为转矩设定值，分配给主、从系统。取两台电机在各自系统中的磁通值，把转矩设定值转换成电流设定值，进行电流闭环调节从而保证两台电机的出力基本一致，达到转矩平衡。 3．4 电势调节 由于两台电机的励磁控制是独立的，速度调节器仅在主系统中，为保证两套系统同时进行自动弱磁控制和电势调节，需把主系统的速度实际值传递给从系统，分别进行主系统和从系统的磁场特性测试运行，来确定弱磁点、磁化曲线和电势调节器的参数，从而达到两台电机的同步运行。 3．5 预控调节 在数字控制系统中，为了使给定和反馈信号很快通过控制环节影响被调量，加快系统对给定量的响应，都设计了预控环节。其原理是根据给定量及系统参数计算出控制对象所需的控制信号，直接作用于控制对象。在系统中有电枢电流预控、EMF预控和励磁电流预控环节。以电枢电流预控介绍预控结构原理。 电枢电流预控环节是根据电枢电流给定，电动机电枢回路参数电阻，电感以及电势，计算出系统所需的触发信号。原理框图如图2所示。