李红星，刘晓飞，许亚军

1  电气负载平衡优化研究的数学模型及核心原理
直流调速系统负载平衡问题的技术日益成熟，这里主要针对交流调速系统进行研究。笔者采用了类似直流系统的双闭环动态响应系统为模型：速度外环和转矩内环双闭环。其原理图如图1所示。
 

图1  系统核心原理图

因为MASTER的转矩调节器输出是FOLLOWER(从机)转矩调节器的给定值，因此如果MASTER电机负载增大或减小，同轴运行控制系统能自动使FOLLOWER电机自动减小或增大负载，保持电机之间及两台变频器之间在任何情况下都能平衡分配负载。
在正常的运行范围内，FOLLOWER的速度调节器（speed controller）输出为零，从机时刻跟随MASTER的转矩给定（torque ref1），保持了负载的平衡。如果主从机速度略有偏差（速度给定值－实际转速值），且速度偏差处于一定的窗口范围内，FOLLOWER的窗口控制（window control）将使从机速度调节器的输入和输出保持为零，从机跟随主机的转矩给定（torque ref1），满足负载的速度平衡要求。
如果速度偏差超出窗口范围，窗口控制把偏差与速度调节器相连，速度调节器输出增加或减少内部转矩给定，停止转速的进一上升或下降，直至达到新的平衡。
2  中板精整线翻板机目前存在状况
中板机组精整线翻板机是由两台交流电机驱动，两台减速箱一级轴之间通过齿轮硬性连接同步拖动机械设备，是重载频繁升降的重要设备。电机及运行参数见表1，型号为YZR315M-10 75kW 164A 582RPM。

表1  改造前技术数据

由表1可知，由于控制采用交流电子开关柜控制系统，全压启动电流较大，电气负载严重不平衡，产生了翻板机的承载机构支杆经常性折断和扭曲变形，严重的机械冲击力造成减速箱的固定地脚松动而左右摆动，电机地脚掰断等，这使设备的维修周期缩短，生产效率降低。
3  系统改造设计及要求
(1)  变频器选型
因为是同轴驱动相同的负载，所以两台变频器频率输出、频率变化都应该保持严格的同步关系。如果其中一台电机负载增大或减小，同轴运行控制系统能自动使该台电机自动减小或增大负载，保持电机之间及两台变频器之间在任何情况下都能平衡分配负载。
笔者对变频器进行了严格选型，从日本富士、法国施耐德到ABB公司的变频器中，全方位进行研究：功率系统、控制触发系统、保护系统、电机识别系统、应用程序集成系统、网络拓展系统。考虑到ABB ACS604 系列变频调速器具有独特的方面：
① DTC（direct torque control）技术和模糊控制理论合二为一，性能优于矢量控制变频器。
② 具有标准的内置交流电抗器，大大降低了变频器的电磁辐射及电流冲击。
③ 应用程序集有独特的主/从应用宏，主/从应用宏是为多电机传动应用而设计的，其系统由若干变频器共同驱动，同时电机轴经由齿轮、链条、皮带等相互连接。由于有了主/从应用宏，保证了电气负载在电机之间均匀分配。
所以，采用ABB ACS604变频调速器，并为将来系统电机功率的增容作了进一步考虑，最后选用ABB ACS604系列160kW变频调速器来突破中板精整线翻板机电气负载平衡的问题。
(2)  系统设计简图和控制原理简图
中板机组翻板机传动系统是由两台交流电机拖动，确定负载重的电机作为主电机，实施速度控制，另一台作为从电机，实施转矩控制，从电机动态跟随主电机转矩的变化而变化，有效地控制负载的平衡。该系统方案的主电路如图2所示，控制电路如图3所示。
4  系统调试要点与体会
(1)  建立主从关系的参数  主机中：60组的01、02、07、08项分别设为Master、Speed、202、213；从机中：10组的01、02项均为Comm.module；60组的01、02、07、08项分别设为Follower、Torque、202、213。
(2)  主从之间的给定  主机中：11组的01、03、06项分别设为Ref1、keypad、keypad；从机中：11组的01、03、06项分别设为Ref1、Comm Ref、Comm Ref。
(3)  主从之间的光纤选通  主机中：11组的02项设定为EXT1；从机中：11组的02项设定为EXT2。
(4)  主机不需要电机自动辨识运行，只需从机进行电机自动辨识运行即可。
(5)  ACS600的减速类型应选择主机和从机都采用自由惯性停车方式，不能采用斜率方式停车。因为，斜率停车方式下，机械抱闸动作时变频器没有完全停止供电。
(6)  ACS604变频器的数据给定采用键盘给定方式，以减少外部电压或电流给定方式带来的误差和故障机率。
 

图2  系统方案的主电路

图3  系统方案的控制电路

5  运行实际效果
控制系统改造后，经过实际生产运行观察电机特性参见表2。

表2  改造后技术数据