CN102158151A - 双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统及控制方法 - Google Patents

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党存禄
张晓英
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Abstract

双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统及控制方法，其控制系统由直流调速装置、励磁控制单元、霍尔电流传感器构成；控制系统通过霍尔电流传感器检测双机运行时第一、第二电动机电枢电流的差值，并输出对应此差值大小的调整信号，将此调整信号叠加到第二电动机励磁控制单元的给定口上，调节第二电动机励磁电流，来自动均衡第一、第二电动机的出力；若第一电动机电枢电流大于第二电动机电枢电流，调整信号取正值，使第二电动机励磁电流增加，反之，调整信号取负值，使第二电动机励磁电流减小。

Description

双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于大型设备的运动控制和计算机自动化控制技术领域。
背景技术
受直流电动机容量、制造技术、体积、安装方式和成本的限制，一些大型设备常采用双电机或多电机同轴驱动的方式，双机同轴驱动的控制方式分为“一对一”和“一对二”驱动方式。
“一对一”驱动控制方式是两台直流他励电动机同轴(刚性联接)，配置两套直流调速装置分别控制两台电机，两台励磁控制单元分别控制其励磁电流。两套直流调速装置之间采用“主-从”电流控制方式，自动均衡两台电机的负荷。其缺点是增加了一套直流调速装置。
“一对二”驱动控制方式是两台直流他励电动机同轴(刚性联接)，配置一套直流调速装置驱动控制两台电机。两台电机电枢绕组连接又分为串联和并联两种。电枢绕组串联，每台电机电枢电压是直流调速装置输出电压的一半，其调速范围是电机额定转速的一半，但流过两台电机的电枢电流相等，在两台电机励磁电流也相等时，两台电机的负荷自然平均分配。电枢绕组并联，可以使电机从零速到额定转速的全范围调速，但由于线路阻抗和电机电枢回路固有特性参数的差异，导致两台电机的电枢电流有所偏差，影响两台电机的出力，严重时可能将设备的负荷施加到一台电机上，导致直流电机的电刷或换向器打火，损坏电机或直流调速装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统及控制方法。
本发明是双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统及控制方法，其系统中有两台直流他励电动机同轴驱动大型设备，两台电机的电枢绕组并联，由一套直流调速装置3供电，实现调压调速，其中第一电动机1配有第一励磁控制单元4，第二电动机2配有第二励磁控制单元5，霍尔电流传感器6检测双机运行时两台电机的电枢电流差值，并输出对应此差值大小的调整信号，调整信号叠加到第二电动机2的励磁控制单元5的给定口上，调节第二电动机2的励磁电流值，自动均衡两台电动机的出力。
双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统的控制方法，若第一电动机1的电枢电流大于第二电动机2的电枢电流，调整信号取正值，使第二电动机2的励磁电流增加；反之，调整信号取负值，使第二电动机2的励磁电流减小；霍尔电流传感器6自动检测两台电动机的电枢电流的差值，即在霍尔电流传感器6中，第一电动机1的电枢电流的流向与第二电动机2的电枢电流的流向相反。
本发明能够保证同轴运行的两台直流他励电动机从零速到额定转速、空载到满载范围内任意变化时，始终保持两台电机的负荷均衡。从而避免了由于两台电机出力不均，引起的直流电机电刷或换向器打火，损坏电机或直流调速装置的事故。另外，在控制系统的设计上，充分考虑了系统的稳定性、可靠性和安全性，实用效果明显。
附图说明
图1是双机同轴运行的负荷均衡控制系统框图，图2是双机同轴运行的负荷均衡控制系统流程图。
具体实施方式
如图1所示，双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统，有两台直流他励电动机同轴驱动大型设备，两台电机的电枢绕组并联，由一套直流调速装置3供电，实现调压调速，其中第一电动机1配有第一励磁控制单元4，第二电动机2配有第二励磁控制单元5，霍尔电流传感器6检测双机运行时两台电机的电枢电流差值，并输出对应此差值大小的调整信号，调整信号叠加到第二电动机2的励磁控制单元5的给定口上，调节第二电动机2的励磁电流值，自动均衡两台电动机的出力。
双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统的控制方法，若第一电动机1的电枢电流大于第二电动机2的电枢电流，调整信号取正值，使第二电动机2的励磁电流增加；反之，调整信号取负值，使第二电动机2的励磁电流减小；霍尔电流传感器6自动检测两台电动机的电枢电流的差值，即在霍尔电流传感器6中，第一电动机1的电枢电流的流向与第二电动机2的电枢电流的流向相反。
如图1所示，第一电动机1和第二电动机2为同等容量规格的电机，采用同轴刚性联接。
如图1所示，使用在高速线材轧机组中的精轧机上时，第一电动机1和第二电动机2的规格为：1250kW/750V。
如图1所示，使用在石油钻机中的泥浆泵和绞车上时，第一电动机1和第二电动机2的规格为：800kW/750V。
如图1所示，直流调速装置3的功率部分是基于三相全控桥式整流电路的整流装置，其控制部分是基于数字处理器DSP和逻辑门阵列CPLD的控制电路，控制结构是典型的双闭环控制技术，内环为电流闭环，外环为速度或反电势或电枢电压闭环。
如图1所示，第一励磁控制单元4和第二励磁控制单元5的功率部分均为单相全控整流电路，其控制部分为基于PI调节的励磁电流闭环控制方式。
如图1所示，若第一电动机1的电枢电流大于第二电动机2的电枢电流，调整信号取正值，使第二电动机2的励磁电流增加；反之，调整信号取负值，使第二电动机2的励磁电流减小；霍尔电流传感器6自动检测两台电动机的电枢电流的差值，即在霍尔电流传感器6中，第一电动机1的电枢电流的流向与第二电动机2的电枢电流的流向相反。
如图1所示，第一电动机1和第二电动机2同轴硬联接(刚性联接)，共同驱动负载。两台电机的出轴方式相反，若第一电动机1是左侧出轴，则第二电动机2是右侧出轴，因此，两台电机的电枢绕组并联时，其接线方向相反，即直流调速装置3的直流输出端C分别接第一电动机1电枢绕组的A1端和第二电动机2电枢绕组的A2端，这样才能保证两台电机的转矩方向一致。
如图1所示，霍尔电流传感器6为空心钳型器件，其一次绕组为穿心电缆，本控制系统在布线时，将连接两台电机电枢绕组的连接电缆，同时穿过霍尔电流传感器6，并且电流流向相反。实际上霍尔电流传感器6检测的是双机运行时两台电机电枢电流的差值，以此来判断两台电机出力是否均衡。霍尔电流传感器6输入和输出线性对应，工作电源为±15V，其电流检测范围是0～500A，输出信号范围是0～±5V。
如图1所示，设置的一套直流调速装置3驱动控制两台电机，其功率组件为三相全控桥整流电路(采用2500V/2500A的可控硅元件)，输入电压为三相600VAC，输出电压为0～750VDC可调，额定输出电流2300A，最大输出电流2800A。其控制部分是基于DSP和CPLD的数字电路，控制结构采用双闭环控制技术，内环为电流环，视负载负荷变化调节电枢电流，外环为转速环，视负载工艺流程调节电机转速，速度反馈信号可以取自测速发电机或脉冲编码器或计算的反电势或检测的电枢电压。系统参数化设计，便于调节，并且具有完善的报警、故障自诊断和保护功能。
如图1所示，设置的两台励磁控制单元，第一励磁控制单元4和第二励磁控制单元5，分别为两台电机的励磁绕组供电。其功率部件为单相全控整流电路(采用可控硅模块)，输入电压为单相300VAC，输出电压为0～250VDC可调，额定输出电流为60A。其控制部分采用电流闭环控制技术，能够准确的调节电机励磁电流。励磁控制单元调节范围宽，并设有限幅环节。
如图2所示，系统在启动前，仔细检查电控装置与设备之间的接线正确。然后给电控装置送上控制电源和主电源，启动两台直流电机的通风机；分别启动第一励磁控制单元4和第二励磁控制单元5，并校正其输出的励磁电流值为电机的额定励磁电流；启动两台电机运行，利用霍尔电流传感器6检测第一电动机1和第二电动机2电枢电流的差值，并将输出的调整信号(0～±5V)接到第二电动机2的第二励磁控制单元5的给定口上，调节第二电动机2的励磁电流值，来自动均衡两台电机的出力。

Claims (7)

1.双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统，有两台直流他励电动机同轴驱动大型设备，其特征在于两台电机的电枢绕组并联，由一套直流调速装置(3)供电，实现调压调速，其中第一电动机(1)配有第一励磁控制单元(4)，第二电动机(2)配有第二励磁控制单元(5)，霍尔电流传感器(6)检测双机运行时两台电机的电枢电流差值，并输出对应此差值大小的调整信号，调整信号叠加到第二电动机(2)的励磁控制单元(5)的给定口上，调节第二电动机(2)的励磁电流值，自动均衡两台电动机的出力。
2.根据权利要求1所述的双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统，其特征在于所述的第一电动机(1)和第二电动机(2)为同等容量规格的电机，采用同轴刚性联接。
3.根据权利要求1、2所述的双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统，其特征在于使用在高速线材轧机组中的精轧机上时，第一电动机(1)和第二电动机(2)的规格为：1250kW/750V。
4.根据权利要求1、2所述的双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统，其特征在于使用在石油钻机中的泥浆泵和绞车上时，第一电动机(1)和第二电动机(2)的规格为：800kW/750V。
5.根据权利要求1所述的双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统，其特征在于直流调速装置(3)的功率部分是基于三相全控桥式整流电路的整流装置，其控制部分是基于数字处理器DSP和逻辑门阵列CPLD的控制电路，控制结构是典型的双闭环控制技术，内环为电流闭环，外环为速度或反电势或电枢电压闭环。
6.根据权利要求1所述的双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统，其特征在于所述的第一励磁控制单元(4)和第二励磁控制单元(5)的功率部分均为单相全控整流电路，其控制部分为基于PI调节的励磁电流闭环控制方式。
7.双直流他励电机同轴运行的负荷均衡控制系统的控制方法，其特征在于若第一电动机(1)的电枢电流大于第二电动机(2)的电枢电流，调整信号取正值，使第二电动机(2)的励磁电流增加；反之，调整信号取负值，使第二电动机(2)的励磁电流减小；霍尔电流传感器(6)自动检测两台电动机的电枢电流的差值，即在霍尔电流传感器(6)中，第一电动机(1)的电枢电流的流向与第二电动机(2)的电枢电流的流向相反。
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