实现多台同步电动机功率平衡的控制电路及控制方法技术

本发明专利技术为一种实现多台同步电动机功率平衡的控制电路及控制方法，包括1台工频同步电动机、n台变频同步电动机和n台变频器，n台变频器之间通过通讯总线连接形成控制回路，n台变频器与对应的n台变频同步电动机之间分别设有电流电压采样电路，工频同步电动机设有接入变频器的电压电流采样回路，并通过工频开关与电网相连构成工频驱动回路，工频同步电动机和n台变频同步电动机的各驱动轴间采用传动轴、变速箱以及皮带相互连接，实现动力耦合传递，本发明专利技术由变频器获取工频同步电动机的电压与电流采样信号，再控制各对应的变频同步电动机的输出功率与工频同步电动机保持一致，实现n台变频器对n+1台同步电动机的起动以及功率平衡控制。控制。控制。

Control circuit and control method for realizing power balance of multiple synchronous motors

【技术实现步骤摘要】
实现多台同步电动机功率平衡的控制电路及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种电气控制电路，特别是公开一种实现多台同步电动机功率平衡的控制电路及控制方法，属于电气装置控制


技术介绍

[0002]随着工业的高速发展，工业控制系统日益发展与成熟，变频器在各种工控系统中得到了广泛运用，特别是在生产中经常会遇到相互间有机械联系的多电动机传动系统，多电动机传动是指一个生产机械或在一个工艺区段中有多台电动机同步运行，它们的运动彼此之间存在约束关系，属于非独立运行，且相互间通过物理连接件连在一起，例如磨机系统，由两台电动机进行同轴传动，通常采用经齿轮箱连在一起的传动方式，或两台电动机分别通过齿轮和磨机的外齿轮啮合来进行传动。目前的生产工艺中，基本上都是采用两台变频器驱动两台同步电动机的方案，结合具体生产工艺要求，实际应用现场基本不对电动机进行调速，通常使用两台变频器，主要目的为了实现软起动及两台电动机是功率平衡分配。而两台电动机就需要使用两台变频器的方案，不仅增加了前期的变频设备的投入成本，而且还增加了后期的维护成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是解决现有技术的缺陷，设计一种实现多台同步电动机功率平衡的控制电路及控制方法，通过n台变频器即可实现对n+1台同步电动机的起动以及功率平衡分配功能，减少了工控系统中变频器设备的投入成本与维护工作量。
[0004]本专利技术是这样实现的：本专利技术为一种实现多台同步电动机功率平衡的控制电路及控制方法，所述实现多台同步电动机功率平衡的控制电路其特征在于：包括1台工频同步电动机Ms、n台变频同步电动机及n台变频器，所述的n台变频同步电动机顺序记作第一变频同步电动机M1、第二变频同步电动机M2
……
第n变频同步电动机Mn，所述的n台变频器顺序记作第一变频器VFD1、第二变频器VFD2
……
第n变频器VFDn，其中n为正整数，且n大于或等于1，所述的n台变频器分别带有变频器控制系统，且相互之间通过通讯总线连接形成控制回路，所述的n台变频器与对应的n台变频同步电动机之间分别设有电流电压采样电路，形成采样回路，所述的n台变频器与变频同步电动机连接母线的连接电路上分别设有对应的变频器供电开关QF，所述的工频同步电动机Ms设有接入第一变频器VFD1并形成采样回路电压电流采样电路，工频同步电动机Ms通过工频开关QFs与工频同步电动机连接母线相连构成工频驱动回路，同时工频同步电动机Ms和n台变频同步电动机的各驱动轴间采用传动轴、变速箱以及皮带等常规物理连接件和连接方式进行相互连接，实现动力耦合传递，负载12由各同步电动机的传动轴带动工作。
[0005]所述实现多台同步电动机功率平衡的控制电路的控制方法其特征在于：包括n台变频器控制系统，n为正整数，且n大于或等于1, 各变频器控制系统间通过通讯总线进行数
据交互，所述的n台变频器控制系统顺序记作：第一变频器VFD1控制系统、第二变频器VFD2控制系统
……
第n变频器VFDn控制系统，所述的第一变频器VFD1控制系统包括平均值计算器、工频同步电动机观测器、第一变频同步电动机观测器、第一速度调节器、第一转矩电流调节器和第一变频器执行单元，所述的第二变频器VFD2控制系统包括第二变频同步电动机观测器、第二速度调节器、第二转矩电流调节器和第二变频器执行单元，所述的第n变频器VFDn控制系统包括第n变频同步电动机观测器、第n速度调节器、第n转矩电流调节器和第n变频器执行单元。
[0006]所述的工频同步电动机Ms与变频同步电动机完成起动后，第一变频器VFD1通过对工频同步电动机Ms电压电流的采样，经工频同步电动机观测器获取工频同步电动机Ms实时功率Power_s以及实时转矩Torque_s，实时转速Speed_s通过测速装置直接测得或通过工频同步电动机观测器获取，工频同步电动机实时转矩Torque_s与各变频同步电动机的参考转矩给定经平均值计算器计算得到系统平均转矩T_Average，各变频同步电动机的参考转矩给定与系统平均转矩T_Average的差值与转矩差调整比例系数Ks相乘后得到各变频同步电动机转矩差补偿值，同样的，各变频同步电动机的实时转速分别采用测速装置直接测得或由各变频器通过对各变频同步电动机电压和电流采样，经变频同步电动机观测器获取，将工频同步电动机Ms的实时转速Speed_s作为各变频器的速度给定信号，与各变频同步电动机的实时转速以及各变频同步电动机转矩差补偿值相减后得到相应的速度差值信号，通过各速度调节器得到各变频同步电动机的参考转矩给定，参考转矩给定经各转矩电流调节器调节输出再通过各自变频器执行单元驱动对应各变频同步电动机，最终经各变频器控制系统控制实现通过n台变频器对n+1台同步电动机的功率平衡工作。其中所述的转矩差调整比例系数Ks为常数，默认值为0.5，可根据实际应用场合进行调整。
[0007]本专利技术中所述功率平衡的控制电路采用机械联锁旋转的方式起动工频励磁同步电动机时，所述的工频同步电动机采用的是励磁同步电动机，所述的变频同步电动机采用励磁同步电动机或永磁同步电动机。起动时工频开关QFs处于断开状态，励磁电流不投入，闭合所述的n台变频器与变频同步电动机连接母线的连接电路上分别设置的变频器供电开关QF，由变频器驱动变频同步电动机运转直至工频转速，由于工频同步电动机Ms采用机械连接，经由耦合传递的动力带动，工频同步电动机Ms运行至工频转速，此时闭合工频开关QFs，逐步通过工频同步电动机Ms设置的励磁装置投入励磁电流，工频同步电动机Ms完成工频驱动运行。第一变频器VFD1通过获取工频同步电动机Ms的电压与电流采样信号，通过本专利技术功率平衡的控制方法经各变频器（第一变频器VFD1
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第n变频器VFDn）控制系统控制对应的各变频同步电动机（第一变频同步电动机M1
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第n变频同步电动机Mn）的输出功率与工频同步电动机Ms保持一致。
[0008]本专利技术中所述功率平衡的控制电路采用先变频器驱动工频同步电动机再切换至工频运行时，所述的工频同步电动机采用的是励磁同步电动机或永磁同步电动机，且在第一变频器VFD1和第一变频同步电动机M1之间设有第一切换开关KM1，在第一变频器VFD1输出线路至第一切换开关KM1之间的连接电路上顺序设有同步切换电抗器和第二切换开关KMs，并连接至工频同步电动机Ms。起动时工频开关QFs处于断开状态，电压采样s连接在开关QFs上方并接入第一变频器VFD1，实时采集工频同步电动机连接母线的三相电压的频率、幅值和相位，闭合各变频器对应的变频器供电开关（第一变频器供电开关QF1
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第n变频器
供电开关QFn），闭合第二切换开关KMs，断开第一切换开关KM1，第一变频器VFD1驱动工频同步电动机Ms的回路连通，由第一变频器VFD 1驱动工频同步电动机Ms至工频转速，如果工频同步电动机Ms为励磁同步电动机，则首先由第一变频器控制励磁输出，各变频同步电动机（第一变频同步电动机M1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现多台同步电动机功率平衡的控制电路，其特征在于：包括1台工频同步电动机Ms、n台变频同步电动机及n台变频器，所述的n台变频同步电动机顺序记作第一变频同步电动机M1、第二变频同步电动机M2
……
第n变频同步电动机Mn，所述的n台变频器顺序记作第一变频器VFD1、第二变频器VFD2
……
第n变频器VFDn，其中n为正整数，且n大于或等于1，所述的n台变频器分别带有变频器控制系统，且相互之间通过通讯总线连接形成控制回路，所述的n台变频器与对应的n台变频同步电动机之间分别设有电流电压采样电路，形成采样回路，所述的n台变频器与变频同步电动机连接母线的连接电路上分别设有对应的变频器供电开关QF，所述的工频同步电动机Ms设有接入第一变频器VFD1并形成采样回路电压电流采样电路，工频同步电动机Ms通过工频开关QFs与工频同步电动机连接母线相连构成工频驱动回路，同时工频同步电动机Ms和n台变频同步电动机的各驱动轴间采用连接件进行相互连接实现动力耦合传递。2.根据权利要求 1 所述的实现多台同步电动机功率平衡的控制电路，其特征在于：所述的连接件包括传动轴、变速箱及皮带。3.根据权利要求 1 所述的实现多台同步电动机功率平衡的控制电路，其特征在于：所述功率平衡的控制电路采用机械联锁旋转的方式起动工频励磁同步电动机时，所述的工频同步电动机采用的是励磁同步电动机，所述的变频同步电动机采用励磁同步电动机或永磁同步电动机。4.根据权利要求 1 所述的实现多台同步电动机功率平衡的控制电路，其特征在于：所述功率平衡的控制电路采用先变频器驱动工频同步电动机再切换至工频运行时，所述的工频同步电动机采用的是励磁同步电动机或永磁同步电动机，且在第一变频器VFD1和第一变频同步电动机M1之间设有第一切换开关KM1，在第一变频器VFD1输出线路至第一切换开关KM1之间的连接电路上顺序设有同步切换电抗器和第二切换开关KMs，并连接至工频同步电动机Ms。5.根据权利要求 1 所述的实现多台同步电动机功率平衡的控制电路，其特征在于：所述功率平衡的控制电路采用机械联锁旋转的方式起动工频同步电机并实现与工频同步电动机连接母线相位同步时，所述的工频同步电动机采用的是励磁同步电动机或永磁同步电动机，在工频开关QFs与工频同步电动机连接母线的连接电路上还设有接入第一变频器VFD1的电压采样电路，并形成工频同步电动机连接母线电压采样回路。6.根据权利要求 1所述的实现多台同步电动机功率平衡的控制电路，其特征在于：起动时工频开关QFs处于断开状态，先由变频器驱动变频同步电动机运转直至工频转速，由于工频同步电动机Ms采用机械连接，经由耦合传递的动力带动，工频同步电动机Ms运行至工频转速，此时闭合工频开关QFs，工频同步电动机Ms完成工频驱动运行。7.根据权利要求 1所述的实现多台同步电动机功率平衡的控制电路，其特征在于：第一变频器VFD1带有变频器控制系统获取工频同步电动机Ms的电压与电流采样信号，并通过各变频器分别带有的变频器控制系统控制各对应的变频同步电动机的输出功率与工频同步电动机Ms保持一致。8.一种权利要求1~7所述实现多台同步电动机功率平衡的控制电路的控制方法，其特征在于：包括n台变频器控制系统，n为正整数，且n大于或等于1, 各变频器控制系统间通过通讯总线进行数据交互，所述的工频同步电动机Ms与变频同步电动机完成起动后，第一变
频器VFD1通过对工频同步电动机Ms电压电流的采样，经工频同步电动机观测器获取工频同步电动机Ms实时功率Power_s 以及实时转矩Torque_s，实时转速Speed_s通过测速装置直接测得或通过工频同步电动机观测器获取，工频同步电动机实时转矩Torque_s与各变频同步电动机的参考转矩给定经平均值计算器计算得到系统平均转矩T_Average，各变频同步电动机的参考转矩给定与系统平均转矩T_Average的差值与转矩差调整比例系数Ks相乘后得到各变频同步电动机转矩差补偿值，同样的，各变频同步电动机的实时转速分别采用测速装置直接测得或由各变频器通过对各变频同步电动机电压和电流采样，经变频同步电动机观测器获取，将工频同步电动机Ms的实时转速Spe...

【专利技术属性】
技术研发人员：竺伟，杜琼，王永红，
申请(专利权)人：上海能传电气有限公司，
类型：发明
国别省市：