变频调速在双电机同步传动中的应用探讨
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前 言
随着现代科技的发展 ， 在许多工业场合提出了对大功率拖动 系统 的 要求。而单 电机的功率受 制造等原因限制不能做得过大 ， 因此在 电器控 制中 ， 经常遇到两个 电机同时驱动 一台设备 的情况 ， 从驱 动电机之间 的 链 接关系来 看一般 可以分为三类 ： 第一类是各 电机之 间相互独立 ， 电机 之 间不存在物力链接 ， 二类是各 电机间存在柔 性的物力链 接 ， 第 橡皮带 等、 电机的工作状态有 相互影 响： 各 第三类 是两 台电机之间硬轴链接 ， 转 速严格一致 ， 目前已有一些专家 学者对 双电机和多电机的 同步传动方法 进行 了一定的研究和总结 ， 出了基 于同一 给定 电压的的串 、 提 并联方法 、 基 于补偿原 理的控 制方法 （ 电流负反馈法 和差速法反馈法 等 ） 差 和基 于现代控制理论的控制方法 等 ， 两台电机由于制造 的原因参数不可能 完全相等 ， 后两种方法较好地解决 了前一种方法 中因存在的启动速度滞 式 女 后 和偏差 问题 ， 且抗 干扰性 较强 ， 以上一些方法 主要针对前 两种 同步传 动方案 ， 且主要针对速度 同步问题 ， 但是在双 电机 同步传 动中 ， Ｎ ， Ｄ 三 每台载荷 三 Ｊ 分配是否合理 ， 电机输 出功率 是否均衡 是必须要考虑Ｉ 的问题 ， 如果 两台 Ｉ 电机间的功率分配没有很好地得到解决 。 Ｒ 可能出现在拖动过程中一台过
：
一
Ｌ
ｐ
一
正
， Ｒ＇ Ｌ ｐ ｃ。 ＋ ｌ ｌＬ
０ Ｏ
Ｌｐ ｍ
０ 由 ｉ 产生 ，与 ｉ 无关 ， 成 为定子 电流励磁分量 ， ｉ 与 ｉ 之间的传递函数是一阶惯性环 节 ， 磁分量 突变时 的变化 当励 要搜到励磁惯性 的阻扰 ， 和直 流电机励磁绕组 的惯性作用是一致的。 这 ｉ 是定子 电流的转矩 分量 ， ｉ 不变 ， 她不变时 ， 当 即 如果 ｉ发生 变 化， 转矩 立即随之成正 比地 变化 ， 没有滞后 ， 因此 ，－ ｄ ｑ坐标 系安转 子 磁场顶向后 ， 在定子 电流 的两个 分量之间实现 了解耦 ， 由ｉ 决定 ｉ 只 影响转矩 ， 与直流电机 中的励磁 电流 和电枢电流相对应 ， 这样大大简化 了多变量强耦合 的脚力变频调速系统 的控制问题 ， ２ 图 是矢量控 制核心
绕组上的 ，即通常所说的 Ｏ Ｂ ｔ 坐标 系 ， 系统框 图中的从 电机控制部 — 其 分， 由于两台电机的基于刚性链接 ， 从电机转速跟主电机保持一致 ， 因此 从 电机系统 中不再 进行速度 闭环 ， 而是直 接进行转矩闭环 ， 让主 电机 的 输 出转矩作为转矩 给定 ， 电机 输 出转矩 作为反馈 ， 从 从而进行 比较控制 产生转矩开关信 号 ， 与磁链 开关信 号和定 子磁链 区域信 号共 同作用寻查
一
图 ２ 矢量 控 制 核 心 框 图
３ 从电机控制措施 从电机用直接转矩控制 ， 通过转矩两点式调节把转矩检测值与转 矩 定值进行滞环的 比较 ， 转矩波动 限制在一定 的容差范 围内， 把 容差 的大 小有滞环调节器来控制 ， 直接转控制 系统 中， 在 参考坐标 系是放在定 子
从而输出控制信号 ， 系统装置框图如图 １ 所示 。
负载控制的 Ｍａ ａ ｔ ｂ模型搭建方法 ，在高速运行和低速 运行情况下进 ｌ 行了仿真 ， 结果验证了本算法 的正确性 与可行性 。 ｌ 双 电机 同步 控 制 的构 想 由于矢量控制和直接转矩控制对 电动机参数具有 依赖性 ， 经常在低 速运行 ， 以及五速 度传感 器控制下调 速范围较宽 时 ， 需要对 电动 机进行 参数 辨识 ， 需要 准确的电动机参数实 现控制 ， 因此矢量控制 和直 接转矩 控制不能够同时驱动多台电机 。现对两 台电机进行控制 ， 于矢量 控制 基 转矩脉 动小 ， 稳态转速精度高 ， 直接转矩 控制动态特性 ●●、● Ｊ １ ●，●●●● 好 ， 跟随性强 ， 在 基 于刚性链接 的双 电机 同步 控制 中， 主电机用矢量 控制 ， 控制 电机 的转 １ ●● ● ● ● ● ， ● Ｊ 速， 为保证俩电机同时做工 ， 输出功率平衡 ， 由式 Ｐ Ｔ Ｗ 可知 ， ＝ｘ 只要从 电 机跟踪 主电机 的转矩 ， 即可让 从电机输 出功率跟主 电机保持一致 ， 而 从 防止单机做 工而致使 电动机保持烧坏现象。从电机直接转矩控制 ， 检测 出主电机的转矩 ，作为从电机的转矩指令给顶信号与从 电机转矩 比较 ，
科技 论 坛
民 科技 营
变频调速在双 电机 同步传动 中的应用探讨
温胜 林
（ 黑龙 江伊 春 电 业局 ， 龙 江 伊春 １３ ０ ） 黑 ５ ０ ０
摘 要 ： 多大功率拖动 系统 中， 电机 同步很好地解 决了因单机功率不足 而出现 的拖动 问题 ， 两台电机 同步拖动的过程 中保持 输 出功率 在许 双 在 平衡 ， 防止单 电机过载 而烧坏 电机是 双电机 同步传动 中最为核 心的问题之 一 ， 电机转矩随主 电机输 出转矩 ， 同步传动 中确保功率平衡 ， 出了双 在 提 击 同步传动的 Ｍａ ａ 模 型搭 建方法 ， ｌ ｆｂ 并对整个控 制 系统进行 了仿真， 结果表 明转矩跟踪精度高 ， 系统动静 态性能比较好 。 关键词 ： 电机 同步 ； 双 矢量控制 ； 直接转矩控制 ； 功率平衡
原 理结 构 图 。
热而另一台却 负载不足 ， 而导致烧坏电机的情况发生 。 这里提出了一种新的最求功率平衡的双电机 同步传动控制方法 ， 以 双电机刚性连接为平台 ， 电机转 速严格一致 ， 两 对两 台电机 分别进行单 独控制， 分别采用量控制和直接 转控 制算法 提出了双电机共同驱动 同
随着现代科技的发展 ， 在许多工业场合提出了对大功率拖动 系统 的 要求。而单 电机的功率受 制造等原因限制不能做得过大 ， 因此在 电器控 制中 ， 经常遇到两个 电机同时驱动 一台设备 的情况 ， 从驱 动电机之间 的 链 接关系来 看一般 可以分为三类 ： 第一类是各 电机之 间相互独立 ， 电机 之 间不存在物力链接 ， 二类是各 电机间存在柔 性的物力链 接 ， 第 橡皮带 等、 电机的工作状态有 相互影 响： 各 第三类 是两 台电机之间硬轴链接 ， 转 速严格一致 ， 目前已有一些专家 学者对 双电机和多电机的 同步传动方法 进行 了一定的研究和总结 ， 出了基 于同一 给定 电压的的串 、 提 并联方法 、 基 于补偿原 理的控 制方法 （ 电流负反馈法 和差速法反馈法 等 ） 差 和基 于现代控制理论的控制方法 等 ， 两台电机由于制造 的原因参数不可能 完全相等 ， 后两种方法较好地解决 了前一种方法 中因存在的启动速度滞 式 女 后 和偏差 问题 ， 且抗 干扰性 较强 ， 以上一些方法 主要针对前 两种 同步传 动方案 ， 且主要针对速度 同步问题 ， 但是在双 电机 同步传 动中 ， Ｎ ， Ｄ 三 每台载荷 三 Ｊ 分配是否合理 ， 电机输 出功率 是否均衡 是必须要考虑Ｉ 的问题 ， 如果 两台 Ｉ 电机间的功率分配没有很好地得到解决 。 Ｒ 可能出现在拖动过程中一台过
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０ 由 ｉ 产生 ，与 ｉ 无关 ， 成 为定子 电流励磁分量 ， ｉ 与 ｉ 之间的传递函数是一阶惯性环 节 ， 磁分量 突变时 的变化 当励 要搜到励磁惯性 的阻扰 ， 和直 流电机励磁绕组 的惯性作用是一致的。 这 ｉ 是定子 电流的转矩 分量 ， ｉ 不变 ， 她不变时 ， 当 即 如果 ｉ发生 变 化， 转矩 立即随之成正 比地 变化 ， 没有滞后 ， 因此 ，－ ｄ ｑ坐标 系安转 子 磁场顶向后 ， 在定子 电流 的两个 分量之间实现 了解耦 ， 由ｉ 决定 ｉ 只 影响转矩 ， 与直流电机 中的励磁 电流 和电枢电流相对应 ， 这样大大简化 了多变量强耦合 的脚力变频调速系统 的控制问题 ， ２ 图 是矢量控 制核心
绕组上的 ，即通常所说的 Ｏ Ｂ ｔ 坐标 系 ， 系统框 图中的从 电机控制部 — 其 分， 由于两台电机的基于刚性链接 ， 从电机转速跟主电机保持一致 ， 因此 从 电机系统 中不再 进行速度 闭环 ， 而是直 接进行转矩闭环 ， 让主 电机 的 输 出转矩作为转矩 给定 ， 电机 输 出转矩 作为反馈 ， 从 从而进行 比较控制 产生转矩开关信 号 ， 与磁链 开关信 号和定 子磁链 区域信 号共 同作用寻查
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图 ２ 矢量 控 制 核 心 框 图
３ 从电机控制措施 从电机用直接转矩控制 ， 通过转矩两点式调节把转矩检测值与转 矩 定值进行滞环的 比较 ， 转矩波动 限制在一定 的容差范 围内， 把 容差 的大 小有滞环调节器来控制 ， 直接转控制 系统 中， 在 参考坐标 系是放在定 子
从而输出控制信号 ， 系统装置框图如图 １ 所示 。
负载控制的 Ｍａ ａ ｔ ｂ模型搭建方法 ，在高速运行和低速 运行情况下进 ｌ 行了仿真 ， 结果验证了本算法 的正确性 与可行性 。 ｌ 双 电机 同步 控 制 的构 想 由于矢量控制和直接转矩控制对 电动机参数具有 依赖性 ， 经常在低 速运行 ， 以及五速 度传感 器控制下调 速范围较宽 时 ， 需要对 电动 机进行 参数 辨识 ， 需要 准确的电动机参数实 现控制 ， 因此矢量控制 和直 接转矩 控制不能够同时驱动多台电机 。现对两 台电机进行控制 ， 于矢量 控制 基 转矩脉 动小 ， 稳态转速精度高 ， 直接转矩 控制动态特性 ●●、● Ｊ １ ●，●●●● 好 ， 跟随性强 ， 在 基 于刚性链接 的双 电机 同步 控制 中， 主电机用矢量 控制 ， 控制 电机 的转 １ ●● ● ● ● ● ， ● Ｊ 速， 为保证俩电机同时做工 ， 输出功率平衡 ， 由式 Ｐ Ｔ Ｗ 可知 ， ＝ｘ 只要从 电 机跟踪 主电机 的转矩 ， 即可让 从电机输 出功率跟主 电机保持一致 ， 而 从 防止单机做 工而致使 电动机保持烧坏现象。从电机直接转矩控制 ， 检测 出主电机的转矩 ，作为从电机的转矩指令给顶信号与从 电机转矩 比较 ，
科技 论 坛
民 科技 营
变频调速在双 电机 同步传动 中的应用探讨
温胜 林
（ 黑龙 江伊 春 电 业局 ， 龙 江 伊春 １３ ０ ） 黑 ５ ０ ０
摘 要 ： 多大功率拖动 系统 中， 电机 同步很好地解 决了因单机功率不足 而出现 的拖动 问题 ， 两台电机 同步拖动的过程 中保持 输 出功率 在许 双 在 平衡 ， 防止单 电机过载 而烧坏 电机是 双电机 同步传动 中最为核 心的问题之 一 ， 电机转矩随主 电机输 出转矩 ， 同步传动 中确保功率平衡 ， 出了双 在 提 击 同步传动的 Ｍａ ａ 模 型搭 建方法 ， ｌ ｆｂ 并对整个控 制 系统进行 了仿真， 结果表 明转矩跟踪精度高 ， 系统动静 态性能比较好 。 关键词 ： 电机 同步 ； 双 矢量控制 ； 直接转矩控制 ； 功率平衡
原 理结 构 图 。
热而另一台却 负载不足 ， 而导致烧坏电机的情况发生 。 这里提出了一种新的最求功率平衡的双电机 同步传动控制方法 ， 以 双电机刚性连接为平台 ， 电机转 速严格一致 ， 两 对两 台电机 分别进行单 独控制， 分别采用量控制和直接 转控 制算法 提出了双电机共同驱动 同
