宮殿武

(大同煤礦集團精煤分公司生產(chǎn)技術部，山西 大同 037016)

直接轉(zhuǎn)矩控制技術是一種通過直接控制電機的給定轉(zhuǎn)矩與反饋轉(zhuǎn)矩來控制電動機轉(zhuǎn)速的變壓變頻調(diào)速技術，這種高性能的調(diào)速技術已廣泛應用于變頻器中，直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器實現(xiàn)了選煤廠皮帶輸送機的軟起動，運行平穩(wěn)可靠，幾乎對皮帶不造成損害。

1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，其原理如下：

1)通過速度傳感器得到異步電機實際轉(zhuǎn)速N，將其與給定轉(zhuǎn)速N*進行比較。

2)通過轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩給定值T*e。

3)由檢測單元檢測出電機定子電流值Ia，Ib，Ic和電壓值Ua，Ub，Uc，輸入異步電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩計算單元得到定子磁鏈的幅值|ψs|和所在區(qū)間信號S(k)及轉(zhuǎn)矩實際值Te。

4)實際轉(zhuǎn)矩Te與給定轉(zhuǎn)矩T*e經(jīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器處理后得到轉(zhuǎn)矩開關信號ST。

5)磁鏈給定值|ψ*

s|與磁鏈計算值|ψs|經(jīng)磁鏈調(diào)節(jié)器處理后得到磁鏈開關信號Sψ。

6)磁鏈開關信號Sψ、轉(zhuǎn)矩開關信號ST和磁鏈位置信號S(k)，作為電壓矢量選擇的依據(jù)，給出作用的電壓矢量。系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PID控制器，實現(xiàn)了速度閉環(huán)控制。

圖1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器

同煤集團精煤分公司下屬5座選煤廠，設計年入洗能力1 735萬t，共有皮帶輸送機70多部，特別是幾部大型皮帶機啟動時，要求啟動力矩大，低速平穩(wěn)，不能有沖擊，否則皮帶容易斷裂，影響其使用壽命。因此，該公司采用ABB公司的ACS600系列直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)變頻器，它具有先進的電機控制方式和硬件結(jié)構(gòu)，具備特殊功能的軟件程序，其啟動轉(zhuǎn)矩可達200%的額定轉(zhuǎn)矩，零速轉(zhuǎn)矩可達100%的額定轉(zhuǎn)矩，而且啟動轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)可控。通過電機的慢速起動，帶動皮帶輸送機緩慢起動，實現(xiàn)了選煤廠皮帶輸送機的軟起動，運行平穩(wěn)可靠，幾乎對皮帶不造成損害。

ACS600系列變頻器的工作原理見圖2。它采用了直接轉(zhuǎn)矩控制技術，能夠用開環(huán)控制方式實現(xiàn)電機速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制，在幾毫秒時間內(nèi)測出電機的實際轉(zhuǎn)速和狀態(tài)，并能在任何狀態(tài)下立即起動，無起動延時。在DTC中，定子磁通和轉(zhuǎn)矩被作為主要的控制變量。通過對轉(zhuǎn)矩和磁通的測量，即刻調(diào)整逆變電路的開關狀態(tài)，進而調(diào)整電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，以達到精確控制的目的。

首次啟動變頻器時，變頻器會自動識別電機參數(shù)，確定電機模型及電機的所有關鍵參數(shù)。由于電路內(nèi)采用了DTC技術，它可以對標準鼠籠電機進行精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，同時，DTC中也不需要對電壓、頻率分別控制的PWM調(diào)制器;還可以提供比PWM更可控且平穩(wěn)最大的啟動轉(zhuǎn)矩及有效的磁通功能。

采用直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器驅(qū)動皮帶輸送機之后，由于變頻器的起動時間在1～3 600 s可調(diào)，通常皮帶機起動時間在60～200 s內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場設定，皮帶機的起動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，降低設備初期投資。

圖2 ACS600系列交流變頻器原理圖

3 控制方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用2臺160 kW的6極電動機，每臺采用200 kW的變頻器驅(qū)動，變頻器為ABB公司的ACS600系列變頻器，采用直接轉(zhuǎn)矩控制，在零速時可輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，其瞬時過電流能力為200%的額定電流。采用主從結(jié)構(gòu)，主變頻器控制電機M1，從變頻器控制電機M2，主變頻器頻率信號送到從變頻器，從而保持2臺電機負載均衡。主、從變頻器回路均設有HD13－600A刀開關、MB30－800A空氣開關和FCS3．4－1400A快速熔斷器，用來阻止電網(wǎng)的干擾，以保護變頻器和電機。

整個控制系統(tǒng)采用西門子公司CQM1PLC控制，采用Digital公司觸摸顯示終端作為人機界面，顯示變頻器頻率、設備運行電流、現(xiàn)場調(diào)速電位器等。

4 結(jié)論

直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器具有優(yōu)良的速度控制特性，實現(xiàn)了選煤廠皮帶輸送機的軟起動，起動低速平穩(wěn)，電機負荷均衡，運行可靠，幾乎對皮帶不造成損害，降低了投資，應用前景廣闊。