盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)多電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)研究

趙剛　劉德全

摘要：盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)由多個(gè)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，需要對(duì)多電機(jī)進(jìn)行同步控制和負(fù)載平衡控制，即讓電機(jī)速度相同的情況下，承擔(dān)相應(yīng)的平均負(fù)載。本文描述了多電機(jī)同步控制的幾種方式，并對(duì)各種控制方式的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，同時(shí)介紹了φ8780土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)；刀盤(pán)同步控制

1 引言

傳統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)是由液壓驅(qū)動(dòng)的，近幾年出現(xiàn)了由變頻器控制三相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀盤(pán)。顯然，與液壓驅(qū)動(dòng)相比，電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)容易、控制靈活方便、成本低廉、更加節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)的方式還可以方便盾構(gòu)機(jī)的保養(yǎng)，例如，在更換刀具時(shí)，可以按需要將刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)到便于更換刀具的角度。因此，越來(lái)越多的盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)選擇電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

2 盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)的控制要求

應(yīng)用于珠三角穗莞深城際軌道交通建設(shè)的φ8780土壓平衡盾構(gòu)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)的方式，由14個(gè)170kw大功率水冷電機(jī)，各電機(jī)經(jīng)過(guò)各自的減速器與一個(gè)差不多和刀盤(pán)等直徑的大齒輪嚙合來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)刀盤(pán)。這是一個(gè)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載的應(yīng)用，需要多電機(jī)同步控制和負(fù)載平衡控制，即讓電機(jī)速度相同的情況下，承擔(dān)相應(yīng)的平均負(fù)載，避免電機(jī)之間出力不均衡而引起部分電機(jī)過(guò)載。與其他需要負(fù)載平衡控制的應(yīng)用相比，刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)的特殊性在于：

（1）電機(jī)的數(shù)量較多，刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)要求在14個(gè)電機(jī)之間平衡負(fù)載；

（2）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)比大，從電機(jī)側(cè)到刀盤(pán)傳動(dòng)比高達(dá)355。刀盤(pán)負(fù)載的微小波動(dòng)，對(duì)電機(jī)力矩的影響也很大，如果對(duì)電機(jī)力矩控制不得當(dāng)，將容易造成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損壞。因此，需要采取措施，盡量快速調(diào)節(jié)電機(jī)力矩，避免使電機(jī)力矩產(chǎn)生過(guò)大的波動(dòng)。

本盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)直徑為8.78m，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削泥土?xí)r，不僅需要克服刀具切削土產(chǎn)生的阻力，而且需要克服因盾構(gòu)千斤頂向前推進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)與開(kāi)挖面之間擠壓產(chǎn)生的摩擦力。這要求刀盤(pán)必須具備足夠的扭矩，按相關(guān)計(jì)算設(shè)計(jì)正常扭矩為10046KNm，最大脫困扭矩為12056KNm。在如此大的扭矩，如果采用單電機(jī)負(fù)載，將要求電機(jī)功率達(dá)到2380KW，實(shí)際中難以控制如此大功率的電機(jī)，而且可靠性差。因此，要求設(shè)計(jì)多電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)。

針對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，雖然各電機(jī)與刀盤(pán)齒輪是剛性連接，使得各電機(jī)的速度是強(qiáng)制同步，但是，這種速度同步是“被動(dòng)”同步，即各電機(jī)雖然速度相同，但扭矩未必相同，如果有些電機(jī)速度比較慢的情況下“被提速”，使得此電機(jī)沒(méi)有對(duì)刀盤(pán)做正功，反而成為其他電機(jī)的負(fù)載，增加整個(gè)刀盤(pán)的扭矩負(fù)載。相反，如果個(gè)別電機(jī)因?yàn)檗D(zhuǎn)速比其它都快，則在刀盤(pán)齒輪嚙合的作用下“被減速”，此電機(jī)的負(fù)載將會(huì)比正常負(fù)載大，定子電流急升，增加電機(jī)發(fā)熱量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞電機(jī)。這些都是多電機(jī)之間不同步產(chǎn)生的不利影響。

另外，如果僅依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)完成同步，容易對(duì)傳動(dòng)機(jī)械器件造成機(jī)械疲勞，大大縮短其設(shè)計(jì)使用壽命，由于盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的限制，不便于更換重型器件，所以設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮到器件工作的高可靠性，這也就要求在多電機(jī)傳動(dòng)控制方面需要優(yōu)化同步控制策略，以提高這個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性能。這就是“主動(dòng)”的速度同步控制策略，使得各電機(jī)能夠穩(wěn)定、精確地跟蹤給定速度的同時(shí)，還能夠均衡地分擔(dān)刀盤(pán)負(fù)載。

3 多電機(jī)同步控制方式

對(duì)多電機(jī)同步控制通?？煞譃榉邱詈峡刂坪婉詈峡刂啤Ｆ渲?，非耦合同步控制主要有并行同步控制和主從同步控制兩種形式；耦合同步控制主要有交叉耦合同步控制。偏差耦合同步控制以及電子虛擬總軸同步控制。

3.1 并行同步控制

并行控制是基于相同的給定參考輸入信號(hào)，各電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的控制模式，其控制結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 并行同步控制

并聯(lián)運(yùn)行的同步控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于啟動(dòng)、停止階段系統(tǒng)的同步性能很好，不同的單元不受距離的限制，可滿足一定條件下的同步要求。在并聯(lián)運(yùn)行同步控制系統(tǒng)中，每個(gè)單元電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)由系統(tǒng)直接給定，因此各單元獲得的輸入信號(hào)完全一致。各驅(qū)動(dòng)單元的輸入信號(hào)除了受參考信號(hào)作用以外，不受其它因素的影響，所以任一單元的擾動(dòng)不會(huì)影響其它單元的工作狀態(tài)。但采用這種方法后，速度會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化，因此不適合對(duì)速度精度要求高的場(chǎng)合。

3.2 主從同步控制

以雙電機(jī)為例，主從同步控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在這種情況下，主電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速值作為從電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速值。由此可以得出，從電機(jī)能夠反映并且跟隨任何加在主電機(jī)上的速度命令或者是從電機(jī)的負(fù)載擾動(dòng)。

圖2 主從同步控制

在多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的情況下，主從控制系統(tǒng)有兩種不同的控制方式：

（1）第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為主電動(dòng)機(jī)，其余的所有電動(dòng)機(jī)為從屬電動(dòng)機(jī)。主電動(dòng)機(jī)接收給定的輸入信號(hào)，而所有的從屬電動(dòng)機(jī)共享主電動(dòng)機(jī)的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)。在這種控制方式中，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)的負(fù)載受到擾動(dòng)時(shí)，所有從電動(dòng)機(jī)都會(huì)受到它的影響；但是當(dāng)任何一臺(tái)從電動(dòng)機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，其它所有電動(dòng)機(jī)不會(huì)受到影響；

（2）第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為主電動(dòng)機(jī)，最后一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為從電動(dòng)機(jī)，而其余的電動(dòng)機(jī)充當(dāng)雙重角色，既是主電動(dòng)機(jī)，又是從電動(dòng)機(jī)，相對(duì)于本電動(dòng)機(jī)的前一個(gè)電動(dòng)機(jī)而言，它是從電動(dòng)機(jī)；相對(duì)于該電動(dòng)機(jī)的后一臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，它是主電動(dòng)機(jī)。因而除了最后一臺(tái)電動(dòng)機(jī)之外，任何一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載發(fā)生擾動(dòng)時(shí)都會(huì)影響到隨后所有電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，但不會(huì)影響前面的電動(dòng)機(jī)。

3.3 交叉耦合同步控制

交叉耦合控制原理圖如圖3所示，同非耦合控制相比，交叉耦合控制主要的特點(diǎn)就是將兩臺(tái)電機(jī)的速度信號(hào)進(jìn)行比較，從而得到一個(gè)差值作為附加的反饋信號(hào)，再將這個(gè)反饋信號(hào)作為跟蹤補(bǔ)償信號(hào)，使系統(tǒng)能夠接受任何一臺(tái)電機(jī)的負(fù)載變化，從而獲得良好的同步控制精度。但這種控制方式不適合于超過(guò)3臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步控制。

圖3 交叉耦合同步控制

3.4 偏差耦合同步控制

偏差耦合控制是交叉耦合控制的發(fā)展，如圖4所示，其基本思想是將兩個(gè)電機(jī)的速度反饋?zhàn)鞑?，然后將得到的偏差信?hào)作為該電機(jī)的速度補(bǔ)償信號(hào)，增益用來(lái)補(bǔ)償各電機(jī)之間的不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而改善了雙軸之間的協(xié)調(diào)控制性能。

圖4 偏差耦合同步控制

但是這類(lèi)補(bǔ)償控制還是不能有效地解決多電動(dòng)機(jī)之間動(dòng)態(tài)性能匹配、跟蹤過(guò)程及跟蹤軌跡非線性等一系列問(wèn)題。

3.5 電子虛擬總軸同步控制

電子虛擬總軸控制策略最早由Meye和Lorenz在1999年提出，由Logcnz和Valenzuela進(jìn)一步將其發(fā)展，以兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)為例，其控制原理圖如圖5所示。

圖5 電子虛擬總軸同步控制

虛擬總軸方案模擬了機(jī)械總軸的物理特性，因而具有與機(jī)械總軸相似的固有同步特性。虛擬總軸系統(tǒng)的系統(tǒng)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)總軸的作用后，得到各驅(qū)動(dòng)器的參考輸入信號(hào)。即各驅(qū)動(dòng)器同步的是參考輸入信號(hào)而不是系統(tǒng)的輸入信號(hào)。由于該信號(hào)是經(jīng)過(guò)總軸作用后得到的信號(hào)，因此該信號(hào)更易于為單元驅(qū)動(dòng)器所跟蹤，從而達(dá)到提高同步性能的目的。

4 電機(jī)同步控制方式選擇

鑒于盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)是剛性連接的特點(diǎn)，各電機(jī)之間的速度基本一致，即使有速度差，也是因?yàn)辇X輪之間的嚙合縫隙引起的，在此可以忽略其影響。因此不需要對(duì)各電機(jī)速度進(jìn)行差值控制，即不適合采用耦合控制方式。

基于這些特點(diǎn)，可采用非耦合的并行控制和主從控制。如果采用主從方式，如前面所述可以有兩種結(jié)構(gòu)方式，一種方式是1個(gè)作為主電機(jī)，其余的13個(gè)作為從電機(jī)；另一種是第1個(gè)電機(jī)只作為主電機(jī)，第14個(gè)電機(jī)只作為從電機(jī)，其中間12電機(jī)既是主電機(jī)又是從電機(jī)，對(duì)前1個(gè)電機(jī)是充當(dāng)從電機(jī)角色，對(duì)后1個(gè)電機(jī)扮演從電機(jī)角色。這種主從結(jié)構(gòu)中主電機(jī)工作在速度控制模式，從電機(jī)工作在力矩模式，系統(tǒng)的速度給定作為主電機(jī)的速度輸入，其力矩輸出作為從電機(jī)的力矩給定。

這種非耦合主從控制方式，所有的從電機(jī)給定信號(hào)都來(lái)自于唯一的主電機(jī)，可以保證輸出的力矩平衡，雖然從電機(jī)的速度不能反饋到主電機(jī)，但對(duì)于盾構(gòu)機(jī)同軸負(fù)載來(lái)說(shuō)，理論上已經(jīng)足夠滿足同步及力矩平衡的要求。只是在實(shí)現(xiàn)這種控制方式過(guò)程中存在一個(gè)通信實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，即主變頻器與從變頻器信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性問(wèn)題，因?yàn)橹髯冾l器的力矩信號(hào)是從變頻器的信號(hào)給定，當(dāng)遇到負(fù)載波動(dòng)比較大的情況下，信號(hào)傳輸過(guò)程的延時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致主從之間出力不均衡，此時(shí)通信的實(shí)時(shí)性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

因此，在實(shí)踐過(guò)程中我們采用并行控制方式。并行同步控制中，每臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)控制一臺(tái)電機(jī)，各變頻器之間無(wú)需聯(lián)系，其特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，控制的關(guān)鍵是要電機(jī)的負(fù)載差異小，即各電機(jī)的機(jī)械特性保持一致，從而達(dá)到多個(gè)電機(jī)負(fù)載平衡。

5 應(yīng)用研究

5.1 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線

從理論上來(lái)說(shuō)，同型號(hào)的數(shù)個(gè)電機(jī)，采用并行同步控制，如果驅(qū)動(dòng)的電壓和頻率完全相同，那么，不用采取額外的措施，電機(jī)的負(fù)載就能互相平衡。但實(shí)際上，即使同型號(hào)電機(jī)，實(shí)際的特性很難保證一致。如圖6所示的交流異步電機(jī)機(jī)械特性曲線，對(duì)通常的交流異步電動(dòng)機(jī)而言，在一定的范圍內(nèi)，滑差（電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與由供電頻率和電機(jī)極數(shù)決定的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之間有一定的差異）和負(fù)載之間有近似的線性關(guān)系，但由于制造過(guò)程中的差異，同型號(hào)電機(jī)的機(jī)械特性曲線也不完全相同。如圖7所示的相同條件下兩臺(tái)同型號(hào)電機(jī)的機(jī)械特性曲線比較。

圖6 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

圖7兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性對(duì)比

當(dāng)多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載時(shí)，由于電機(jī)軸通過(guò)機(jī)械耦合在一起，這意味著這些電機(jī)的速度是強(qiáng)制同步的。如果這些電機(jī)的電壓和頻率相等，那么，各電機(jī)的負(fù)載大小實(shí)際與各自的特性相關(guān)。為簡(jiǎn)單說(shuō)明起見(jiàn)，以2個(gè)電機(jī)為例，如圖8所示。

圖8 電機(jī)同負(fù)載特性

從上圖中不難看出，當(dāng)電源頻率相等（圖中與縱軸交點(diǎn)，第1行虛線）、實(shí)際速度強(qiáng)制同步（圖中的第2行虛線所示）的情況下，2個(gè)電機(jī)的負(fù)載大小實(shí)際由各自機(jī)械特性的斜率所決定。當(dāng)2個(gè)電機(jī)特性相同時(shí)，那么負(fù)載也是相等的。當(dāng)特性不相同時(shí)，相對(duì)的負(fù)載也不相等。同時(shí)也可以看出，在2個(gè)電機(jī)特性有差異的情況下，對(duì)于同樣的速度范圍，軟特性（曲線更下垂）的2個(gè)電機(jī)之間的負(fù)載差異比硬特性的2個(gè)電機(jī)之間的負(fù)載差異要小。

當(dāng)電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于頻率連續(xù)可變，因此該曲線可以上下平移（如圖9所示），形狀基本不變，對(duì)電機(jī)本身而言，負(fù)載與轉(zhuǎn)速的關(guān)系與電網(wǎng)直接驅(qū)動(dòng)是一樣的。

圖9 電機(jī)變頻調(diào)速特性

根據(jù)上述電機(jī)機(jī)械特性曲線的分析，要達(dá)到多個(gè)電機(jī)負(fù)荷平衡的效果，就必須減小各電機(jī)間的負(fù)載差異，而機(jī)械特性越“軟”（曲線更下垂）電機(jī)之間的負(fù)載差異越小。當(dāng)然也要注意“軟化”程度，軟的特性不僅使得電機(jī)低速時(shí)力矩較小，而且會(huì)因刀盤(pán)的微小負(fù)載擾動(dòng)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大。選擇變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際負(fù)載增大，變頻器將主動(dòng)降低給定，這樣的效果是人為地“軟化”了曲線，在同樣的速度范圍內(nèi)，“軟化”了特性的拖動(dòng)系統(tǒng)更容易達(dá)到負(fù)載的平衡。

5.2 變頻器選擇

5.2.1 變頻器控制原理

變頻器的控制，較常用的有V/F控制和矢量控制，下面分別介紹。

V/F控制就是變頻器輸出頻率與輸出電壓的比值為恒定值或成比例。變頻器采用V/F控制方式時(shí)，對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴不大，V/F控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/F控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開(kāi)環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。V/F控制特點(diǎn)——以控制速度為目的，控制特點(diǎn)控制精度不高，低速時(shí)，力矩明顯小，常用于變頻器一拖多場(chǎng)合下。

矢量控制的應(yīng)用場(chǎng)合一般是要求比較高的傳動(dòng)場(chǎng)合。而且，矢量控制在低速時(shí)可以輸出100%的力矩，而V/F控制在低速時(shí)因力矩不夠而無(wú)法工作。矢量控制——它有速度閉環(huán)，即從負(fù)載端測(cè)出實(shí)際的速度，并與給定值進(jìn)行比較，它能夠得到更高精度的速度控制，并且在低速時(shí)，也有100%的力矩輸出。

矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic通過(guò)三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度、磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。

5.2.2 φ8780盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)變頻器選擇及應(yīng)用

東芝VF-AS1系列變頻器具有矢量控制功能，它可以通過(guò)調(diào)整電壓及頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線，同時(shí)，內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)參數(shù)（F320）用于調(diào)整負(fù)載反饋的強(qiáng)度，在應(yīng)用上這個(gè)參數(shù)的效果就是調(diào)節(jié)整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的特性曲線的斜率，即“軟化”的程度。當(dāng)耦合在一起的電機(jī)特性有差異時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整相應(yīng)變頻器的這個(gè)參數(shù)使拖動(dòng)系統(tǒng)的特性達(dá)到一致。同時(shí)，正如前文所描述的那樣，在同樣的速度范圍內(nèi)，“軟化”了特性的拖動(dòng)系統(tǒng)更容易達(dá)到負(fù)載的平衡。

同時(shí)，東芝VF-AS1系列變頻器具有CC-Link接口，可方便的接入到盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)中，14臺(tái)變頻器分別控制14臺(tái)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)并行同步控制，實(shí)際應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)如圖10所示：

圖10 并行同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由于系統(tǒng)的變頻器數(shù)量多，功率大，根據(jù)變頻器的動(dòng)力來(lái)自不同變壓器，故將其分成兩大部分，每部分根據(jù)不同的斷路器再分成兩個(gè)小組。第一部分中的兩個(gè)小組，左邊的由INVT1、INVT3、INVT5、INVT7四個(gè)變頻器組成NO1刀盤(pán)VFD盤(pán)，右邊小組由INVT2、INVT4、INVT6三個(gè)變頻器組成NO2刀盤(pán)VFD盤(pán)。

設(shè)計(jì)變頻器的排列并非按從小到大的順序排布，而是采用間隔增長(zhǎng)的形式，這是出于提高系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)理念。其中INVT1和INVT3共用一個(gè)斷路器，其中INVT2和INVT4共用一個(gè)斷路器。當(dāng)INVT1所在主回路的斷路器出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致INVT1和INVT3不能正常運(yùn)行，但I(xiàn)NVT2和INVT4仍然可以正常工作，這樣使得電機(jī)在軸承端仍可保持平穩(wěn)出力，從而大大減小因電氣故障給機(jī)械部件造成的意外損傷。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，PLC獲取上位機(jī)設(shè)定的刀盤(pán)轉(zhuǎn)速，并換算成變頻器給定頻率，然后廣播式發(fā)送到14個(gè)變頻器中。14個(gè)變頻器對(duì)應(yīng)14個(gè)參數(shù)文件，其中每個(gè)文件除了負(fù)載平衡系數(shù)及CC-Link站點(diǎn)號(hào)不同以外，其余參數(shù)都保持一致。刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，14個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，并且保持轉(zhuǎn)速一致，電流和轉(zhuǎn)矩保持在允許的范圍之內(nèi)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速跟蹤給定，達(dá)到了同步控制的效果。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)多電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)的研究，比較多電機(jī)同步控制的幾種方式，我們采用了并行控制方式，每臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)控制一臺(tái)電機(jī)，各變頻器之間無(wú)需聯(lián)系。我們將電機(jī)同步控制技術(shù)應(yīng)用于φ8780土壓平衡盾構(gòu)機(jī)上，設(shè)備運(yùn)行良好，成功解決了盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)控制的難題。

參考文獻(xiàn)

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版社，2010