多电机驱动的带式输送机的传动控制

 1 引言
            笔者在“单电机驱动的带式输送机的传动控制”一文中已经讨论过带式输送机对传动系统的要求，并且通过分析各种传动控制方法后认为采用具有转矩闭环控制和转速反馈闭环控制功能的固态软起动器是最佳选择，并且美国benshaw公司已具有这种固态软起动器，在实际中已得到广泛的应用。
            多电动机驱动的带式输送机除了要考虑一般单电机驱动的带式输送机的要求，例如起动时皮带的负荷变化范围很大，皮带不要受到很大的张力突变等，还要解决各电动机起动和运行时的同步和负载平衡。国内有很多皮带运输机，起动时常常发生其中一台电动机过载跳闸的情况，甚至造成电动机或皮带等机械设备损坏的情况，就是由于各电动机负载极不平衡引起的。
            2 变频器控制方案

 

 

            图1 2台电动机驱动的带式输送机采用变频器控制的方案
            如果带式输送机的每台交流电动机都用矢量控制型的变频器来控制，组成如图1所示系统具有最好的工作性能。图1中示出的是二台电动机驱动的带式输送机控制系统。由于二台电动机由同一条皮带联接在一起，因此它们有相同的速度，如果速度不同，则皮带必定发生打滑。在本低持兴俣确蠢「淦灯?的速度调节器构成速度闭环系统，其速度调节器的输出除了给自身的电流调节器作电流给定值外，同时也给变频器2的电流调节器作为电流给定值，因此可以保证二台变频器输出相同的电流给各自的电机，从而保证二台电机负荷平衡。如果变频器带有能耗制动电阻，那么这样的系统还适合于向下倾斜的带式输送机。向下倾斜的带式输送机在停车时，由于重力作用，电动机要回送能量给变频器系统，因此变频器要接上制动单元和制动电阻，才能工作。
            变频器驱动带式输送机固然是一种技术先进的方法，但成本太贵。是否有既能满足带式输送机技术要求，成本又较便宜的方法呢？美国benshaw公司的rsm系列(中压为mvrsm系列)由于具有速度反馈控制和电流闭环控制功能，所以能解决多电机驱动的带式输送机的控制问题。
            3 带速度反馈闭环控制的固态软起动器控制方案
            以美国benshaw公司采用rsm和mvrsm系列固态软起动器的解决方案为例。north antelope coal mine
            是美国最大的煤矿，它有一个15000t的储煤仓，采用72英寸宽的皮带将煤输送到煤仓中(见图2)。这条皮带输送机由3台4160v
            1250hp的电动机驱动，每台电动机都采用一台benshaw公司的mvrsm-4160v-1250hp中压固态软起动器驱动，其系统图示于图3中。

 

 

            图2 采用72英寸宽的皮带将煤输送到煤仓

 

 

            图3 三台中压电动机驱动的带式输送机采用
            benshaw公司mvrsm型固态软起动器的控制方案
            图3系统中，所有电动机采用相同型号的电动机，具有基本相同的机械电气性能。每台电动机都用一台mvrsm型带速度反馈闭环控制的固态软起动器控制。系统中只装了一台测速机(速度编码器)st，它输出频率与速度成正比的脉冲，由于各软起动器要共享同一速度反馈信号，所以速度反馈信号需送到一个频率/电压变换器fvc，它把速度反馈脉冲变换为0～5v或0～20ma的信号。其输出信号经过三个信号隔离器si1～si3，分别送到固态软起动器的速度反馈输入端。当然，如果系统中采用三台速度编码器作速度反馈信号用，那么在每个速度编码器的输出各接一个频率/电压变换器也是一样的。但要特别注意的是mvrsm软起动器的速度反馈信号必须保证在0～7v内，如果信号超过7v则会给mvrsm的速度控制板造成永久性损坏。
            mvrsm固态软起动器的速度闭环控制框图示于图4中。由于速度控制闭环的存在，它可以保证被控电机的速度能够跟随给定速度。如果被控电机速度远小于给定速度，则速度调节器会输出最大电流，让电动机以最大电流加速。如果被控电机速度等于或高于给定速度，则速度调节器输出最小电流，让电动机以最小电流运行。

 

 

            图4 mvrsm固态软起动器的速度反馈控制原理框图
            在多个电机/多个软起动器的情况下，在起动时通常会发生一台电动机(和软起动器)会比其他电动机(和软起动器)承担更多的负载，严重时会只有其中部分电动机转动，其余电动机不转动的，结果导致电动机跳闸或皮带被拉断。这是因为即使出自同一厂家相同型号的电机，其机械电气性能也不可能完全相同。何况当电动机和软起动器处于不同位置时，变化的电源压降和电源阻抗导致每台设备有不同的电压。使用了上述速度闭环控制以后，mvrsm固态软起动器会避免任何一台电动机的电流低于满载电流的30%，这样可使软起动器的晶闸管保持导通，并使电动机处于随时承载负荷的状态。
            在这个系统中，所有的固态软起动器都具有相同的设置，例如电动机满载电流、过载保护等级，测速机全速电压等，并且设置为速度斜坡工作模式，具有相同速度斜坡和相同的最大和最小电流。那么这个系统在发生负载不平衡时，速度控制闭环是如何发挥作用？
            设若刚起动时有一台电动机(软起动器)承载了大部分负载，直到电流达到其最大电流设定值，因为这台电动机已无法再增加转矩，其他电动机(软起动器)便会分担必要的负载，它们的电流便会逐渐增加，以便增大转矩使速度跟随给定值。对于大多数用户来说，上述这样的电流分配过程是可以接受的，因为速度被紧紧控制着，而电流又在各电机可以承受范围内，负载可以被合适地起动起来。需要注意的是，在这种系统，电动机达到全速以后负荷要有较平衡的分配，因为起动器已进入旁路工作状态，它们已不能调节负荷的分配。
            4 结束语
            带速度反馈闭环控制的固态软起动器控制方案与变频器控制相比，这个系统最大的好处是价格便宜，对于3台4160v
            1250hp电机驱动的带式输送机，其价格仅为采用变频器的40％左右，实在是带式输送机传动的一种性价比最佳的解决方案。