矿用皮带机驱动电机多机联动功率平衡控制方法与流程

本发明涉及一种电机控制方法，具体说是一种矿用皮带机驱动电机多机联动功率平衡控制方法。

背景技术：

近几年来，随着煤矿采煤机械化的迅速发展，皮带输送机的运量、长度及其所需的功率在不断增加，因此，皮带输送机采用多机联动的方式也将日益增多。在多机联动系统中，由于各台电机的调速变频器独立运转，相互之间不存在数据通信，因此，在运行过程中无法达到出力均衡，加上煤炭行业中负载波动大、电网电压波动大、电机外特性的差异、传动滚筒直径的制造误差以及胶带弹性伸长率不同等多种因素，使得变频器经常出现功率不平衡现象，导致电动机在转向上产生抖动，进而导致故障停车，严重时甚至导致电机超载运行而烧毁电机，影响煤矿安全生产。

为了应对上述问题，有文献提出采用多台软启动的多机联动带式输送机的方法，虽然软启动启动过程可控，但在稳定运行后由于负载的波动仍可导致电机之间的功率不平衡。还有文献提出采用开环V/F控制的从机跟随主机频率的主、从机功率平衡控制，但在这种控制模式下由于系统采用开环控制，其动态特性不理想。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出了一种简单的矿用皮带机驱动电机多机联动功率平衡控制方法。

本发明采用的技术方案是：矿用皮带机驱动电机多机联动功率平衡控制方法包括：皮带输送机、电机一、电机二、电机三、变频器一、变频器二、变频器三以及远程集控箱。其特征是：皮带输送机机头滚筒同轴刚性连接电机一（主机）、电机二（从机一）的功率平衡控制以及皮带输送机机头、机尾滚筒柔性连接电机一（主机）、电机三（从机二）的功率平衡控制，具体步骤为：

（1）主机采用双闭环矢量控制，对于刚性连接，从机采用跟随主机转矩的闭环转矩控制；对于柔性连接，从机采用受主机转矩限幅的双闭环矢量控制；

（2）远程集控箱控制变频器一、变频器二、变频器三的启停、正反转及运行频率，并监控每台变频器的运行状态；

（3）变频器二、变频器三以及远程集控箱之间通过光缆进行信号的传递和接收；

（4）设置主机故障连锁停机功能，主机一旦发生故障停机，所有从机也立刻停机；

（5）变频器与远程集控箱之间的光缆通信采用环网结构，一旦其中一根光缆折断也不会影响整个系统的运行。

所述步骤（1）中主机采用双闭环矢量控制，矢量控制的主要思想是将三相定子电流通过坐标变换，变为两相旋转坐标系下的励磁电流与转矩电流，分别控制励磁电流与转矩电流，经过电流调节器的调节处理，实现无静差控制。磁链的控制主要通过对d轴电流的控制，最外环根据给定的转速与实际转速的偏差输出给定转矩电流，来实现加减速，通过励磁电流与转矩电流调节器的输出值，可以得到给定电压在两相旋转坐标系下的分量，再经坐标变换得到三相定子电压，由脉冲驱动IGBT来实现最终控制，主机控制过程示意图如图2所示。

从机的控制分为：a、跟随主机转矩的闭环转矩控制（刚性连接），b、受主机转矩限幅的双闭环矢量控制（柔性连接）。其主体思想同样是在矢量控制的基础上，区别在于当采用闭环转矩控制时，其转矩电流给定指令来自主机的转矩电流给定，此时从机的转速不受控制，跟随主机的转速，从机转矩闭环控制系统框图如图3所示；当采用受主机转矩限幅的矢量控制时，其控制方式和主机一样，只是速度调节的输出限幅值为主机转矩电流的给定值，从机受主机转矩限幅的转速调节器内部结构示意图如图4所示。

所述步骤（5）的光缆环网通信结构，连接方式为远程集控箱控制器光纤接口FX2与主机控制器光纤接口FX1相连，主机控制器光纤接口FX2与从机一控制器光纤接口FX1相连，从机一控制器光纤接口FX2与从机二控制器光纤接口FX1相连，从机二控制器光纤接口FX2与远程集控箱控制器光纤接口FX1相连，这样构成光缆的环网通信结构，如果其中的一根光缆发生折断其通讯控制也会从另一端传递，从而保证系统的稳定运行。其结构示意图如图5所示。

本发明的有益效果是 :本发明公开的一种矿用皮带输送机驱动电机多机联动功率平衡控制方法，用于长距离皮带输送机多台电机之间功率平衡的有效控制，该方法不仅解决了多机联动的平衡控制，而且具有控制方法简单、鲁棒性强的特点，并且能够保证变频调速装置全范围稳定工作，该控制方法同样适用于刮板运输机多机联动的功率平衡控制。

附图说明

图1 矿用皮带机驱动电机多机联动功率平衡控制系统框图。

图2 主机矢量控制系统框图。

图3 从机转矩闭环控制系统框图。

图4 从机受主机转矩限幅的转速调节器内部结构示意图。

图5 光缆环网通信结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

如图1所示矿用皮带机驱动电机多机联动功率平衡控制系统包含：皮带输送机、电机一、电机二、电机三、变频器一、变频器二、变频器三和远程集控箱。

本发明的特征在于，皮带输送机机头滚筒同轴刚性连接电机一（主机）、电机二（从机一）的功率平衡控制以及皮带输送机机头、机尾滚筒柔性连接电机一（主机）、电机三（从机二）的功率平衡控制，具体步骤为：

（1）主机采用双闭环矢量控制，对于刚性连接，从机采用跟随主机转矩的闭环转矩控制；对于柔性连接，从机采用受主机转矩限幅的双闭环矢量控制；

（2）远程集控箱控制变频器一、变频器二、变频器三的启停、正反转及运行频率，并监控每台变频器的运行状态；

（3）变频器二、变频器三以及远程集控箱之间通过光缆进行信号的传递和接收；

（4）设置主机故障连锁停机功能，主机一旦发生故障停机，所有从机也立刻停机。

（5）变频器与远程集控箱之间的光缆通信采用环网结构，一旦其中一根光缆折断也不会影响整个系统的运行。

主机矢量控制系统示意框图如图2所示。主机采用双闭环矢量控制，矢量控制的主要思想是将三相定子电流通过坐标变换，变为两相旋转坐标系下的励磁电流与转矩电流，分别控制励磁电流与转矩电流，经过电流调节器的调节处理，实现无静差控制。磁链的控制主要通过对d轴电流的控制，最外环根据给定的转速与实际转速的偏差输出给定转矩电流，来实现加减速，通过励磁电流与转矩电流调节器的输出值，可以得到给定电压在两相旋转坐标系下的分量，再经坐标变换得到三相定子电压，由脉冲驱动IGBT来实现最终控制。

从机转矩闭环控制系统框图如图3所示，从机的控制分为：a、跟随主机转矩的闭环转矩控制（刚性连接），b、受主机转矩限幅的双闭环矢量控制（柔性连接）。其主体思想同样是在矢量控制的基础上，区别在于当采用闭环转矩控制时，其转矩电流给定指令来自主机的转矩电流给定，此时从机的转速不受控制，跟随主机的转速。

图4 为从机受主机转矩限幅的转速调节器内部结构示意图，当采用受主机转矩限幅的矢量控制时，其控制方式和主机一样，只是速度调节的输出限幅值为主机转矩电流的给定值。

图5为光缆环网通信结构示意图，所述具体步骤（5）中的光缆环网通信结构，其通讯方式采用远程集控箱控制器光纤接口FX2与主机控制器光纤接口FX1相连，主机控制器光纤接口FX2与从机一控制器光纤接口FX1相连，从机一控制器光纤接口FX2与从机二控制器光纤接口FX1相连，从机二控制器光纤接口FX2与远程集控箱控制器光纤接口FX1相连，这样就构成了光缆的环网通信结构，如果其中的一根光缆发生折断其通讯控制也会从另一端传递，保证了系统的稳定运行。

本发明涉及一种矿用皮带机电机多机联动功率平衡控制方法，用于长距离皮带输送机多台电机之间功率平衡的有效控制，该控制方法同样适用于刮板运输机多机联动的功率平衡控制。