淺談多電機(jī)同步方法

● 長(zhǎng)治市鉅星鍛壓機(jī)械設(shè)備制造有限公司 馬春平

在工業(yè)環(huán)境下，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備的一個(gè)動(dòng)作需要多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，有時(shí)是出于結(jié)構(gòu)安裝的需要，有時(shí)是動(dòng)力分配的需要，有時(shí)是電機(jī)本身的需要，等等不一而足。下面筆者就幾種情況提出自己的看法。

工頻下兩個(gè)電機(jī)各自獨(dú)立工頻運(yùn)行

兩個(gè)相同的電機(jī)，即額定電壓相同、功率相同、級(jí)數(shù)相同和生產(chǎn)廠家相同的電機(jī)，在同一環(huán)境下同時(shí)運(yùn)行時(shí)，它們的速度差是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的，在一些精度要求不高的場(chǎng)合是可以使用的。

如某公司生產(chǎn)的九輥校平機(jī)，主傳動(dòng)采用兩臺(tái)75 kW的三相380V50Hz異步電機(jī)，通過(guò)兩臺(tái)獨(dú)立的減速箱驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)輥，一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)前部的5根主傳動(dòng)輥，而另一臺(tái)電機(jī)則驅(qū)動(dòng)剩余的4根主傳動(dòng)輥。我們知道，由于結(jié)構(gòu)需要，校平機(jī)主傳動(dòng)的輥?zhàn)痈鶖?shù)都是奇數(shù)，這樣兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輥?zhàn)訑?shù)總是不能相等的，就會(huì)出現(xiàn)一臺(tái)電機(jī)出力大而另一臺(tái)出力小的情況；另外由于運(yùn)行的需要，校平機(jī)總是處于入口略小而出口略大的狀態(tài)，在入口附近由于板料變形大于出口，這樣此處的主傳動(dòng)輥?zhàn)酉鄳?yīng)受到了很大的反作用力，對(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō)阻力也大了許多，此時(shí)會(huì)第2次出現(xiàn)一臺(tái)電機(jī)出力大而另一臺(tái)出力小的情況。

也許有人會(huì)認(rèn)為，這不是正好嗎？讓受力小的5根輥?zhàn)佑梢慌_(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而受力大的4根輥?zhàn)佑闪硪慌_(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但在實(shí)際中，由于板料的材質(zhì)厚度及屈服極限的不同，很難做到讓兩個(gè)電機(jī)的負(fù)荷相同，而這還不是最主要的。最主要的問(wèn)題是校平機(jī)是可以雙向運(yùn)行的，當(dāng)它反向運(yùn)行時(shí)，就會(huì)雪上加霜，一臺(tái)電機(jī)受力更大，另一臺(tái)則受力更小，這樣，電機(jī)功率就需要選得更大一點(diǎn)，主傳動(dòng)電機(jī)總功率要大于總負(fù)荷。

工頻下兩個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)部件

如另一公司生產(chǎn)的同規(guī)格的九輥校平機(jī)，兩臺(tái)電機(jī)通過(guò)一臺(tái)共用的減速箱，有9個(gè)輸出軸，再通過(guò)1根萬(wàn)向軸，各自驅(qū)動(dòng)一根主傳動(dòng)輥?zhàn)?。此時(shí)兩臺(tái)電機(jī)的受力基本相同，即輸出功率接近，但由于減速箱增大，生產(chǎn)成本有一定的增加。

有時(shí)在起吊比較長(zhǎng)的輥?zhàn)踊蚱渌^長(zhǎng)的重物時(shí)，會(huì)采用2臺(tái)行車(chē)或1臺(tái)行車(chē)的2個(gè)鉤子對(duì)兩端同時(shí)起吊的方式，但一般來(lái)說(shuō)，很難達(dá)到水平狀態(tài)，經(jīng)常要一端停下來(lái)等待另一端。對(duì)于一些對(duì)水平狀態(tài)要求較高的場(chǎng)合，則采用加裝傾斜角度的傳感器或在兩端加裝高度測(cè)量的傳感器的方法，以控制傾斜的程度。

由兩個(gè)或以上變頻器(或直流調(diào)速器)同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一個(gè)部件，各電機(jī)同步

如為某軍工企業(yè)生產(chǎn)的特大型校平機(jī)80X 4000，主驅(qū)動(dòng)采用兩臺(tái)900 kW的直流電機(jī)，各用一臺(tái)直流調(diào)速器驅(qū)動(dòng)，將其中一臺(tái)作為主動(dòng)，進(jìn)行速度控制，另一臺(tái)作為從動(dòng)，和主動(dòng)進(jìn)行力矩跟隨，兩臺(tái)直流調(diào)整器之間采用Ethetnet進(jìn)行通訊和同步控制。該產(chǎn)品達(dá)到了設(shè)計(jì)目的和用戶要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

為我國(guó)西部某鐵路工程生產(chǎn)的φ11.38 m特大型隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)，主驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)采用14臺(tái)190 kW的交流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，此時(shí)需要14臺(tái)電機(jī)同時(shí)出力工作，為達(dá)此目的，在控制時(shí)采用14臺(tái)變頻器，各控制一臺(tái)電機(jī)，其中一臺(tái)電機(jī)作為主動(dòng)，進(jìn)行速度調(diào)節(jié)和控制，其余13臺(tái)作為從動(dòng)，和主動(dòng)進(jìn)行力矩跟隨，所有變頻器和用于主控的大型PLC采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行連接和控制，由PLC來(lái)統(tǒng)一調(diào)速。該方法在適應(yīng)了隧道內(nèi)惡劣的自然和電氣環(huán)境的同時(shí)，也達(dá)到了實(shí)時(shí)控制的目的，在最順利的時(shí)候，一天的進(jìn)度為100 m以上，大大節(jié)省了工期，取得了非常好的效益。

為某公司生產(chǎn)的卷板機(jī)，主驅(qū)動(dòng)(即上輥卷板)采用兩臺(tái)45 kW的電機(jī)，各采用一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，將其中一臺(tái)作為主動(dòng)，進(jìn)行速度控制，另一臺(tái)作為從動(dòng)，和主動(dòng)進(jìn)行力矩跟隨。因只有兩臺(tái)變頻器，故采用硬接線的方式，用PLC的4 mA～20 mA電流輸出對(duì)主動(dòng)電機(jī)變頻器進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，該主變頻器的力矩輸出作為從動(dòng)變頻器的力矩控制輸入。這樣既達(dá)到了目的，又簡(jiǎn)化了控制和維護(hù)，節(jié)省了成本。

由兩個(gè)或以上變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)部件，各電機(jī)不同速

許多人都有乘坐飛機(jī)的經(jīng)歷，但不是所有的人都會(huì)關(guān)心從候機(jī)樓到飛機(jī)上的通道，也就是旅客登機(jī)橋(PBB)，它的升降卷簾門(mén)處，是如何與不同型號(hào)的飛機(jī)艙門(mén)進(jìn)行對(duì)接的？飛機(jī)在候機(jī)樓前停下時(shí)，艙門(mén)的角度位置和高度是有差異的。其實(shí)秘密就在于登機(jī)橋的最前端是有3個(gè)維度可以運(yùn)行的，即上下、左右和伸縮?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，登機(jī)橋的尾部是固定的，和候機(jī)樓連接的“左右”是如何運(yùn)行的？其實(shí)嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，它并不能真正地左右行走，只能是左右旋轉(zhuǎn)，也就是走弧線。這時(shí)，內(nèi)側(cè)的電機(jī)速度略低于外側(cè)電機(jī)的速度，以達(dá)到轉(zhuǎn)彎的目的，這是由PLC根據(jù)橋的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度(激光測(cè)距)，對(duì)兩臺(tái)變頻器進(jìn)行差異化速度控制進(jìn)行的。

近年來(lái)，由于特大型飛機(jī)的使用，如空客A380，有時(shí)會(huì)采用更復(fù)雜的雙頭橋或四輪橋，對(duì)安全和防撞的要求更高了，但萬(wàn)變不離其宗，轉(zhuǎn)彎時(shí)的控制方式還是相同的。

兩個(gè)伺服同步驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載，各電機(jī)同速

我們知道，不管是電伺服還是液伺服均可實(shí)時(shí)精確地控制速度和位移，在精度要求高的場(chǎng)合，如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等行業(yè)，伺服成為人們共同的不二選擇。隨著交流伺服技術(shù)的成熟，成本大大下降，在許多行業(yè)和場(chǎng)合交流伺服逐步取代了直流伺服。

如為某航空公司生產(chǎn)的三模數(shù)控彎管機(jī)，在機(jī)頭部分切換模具后，需平移管件來(lái)適應(yīng)不同的彎曲半徑，但管件同時(shí)固定在送料小車(chē)和尾座上，這時(shí)采用了兩臺(tái)0.75 kW的交流伺服通過(guò)導(dǎo)軌和絲杠來(lái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)部件，以達(dá)到管件水平移動(dòng)的目的。在實(shí)際使用中，運(yùn)行平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)迅速、精度很高，達(dá)到了設(shè)計(jì)和使用目的。

兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載，一主一備

在一些重要場(chǎng)合，由于不能停機(jī)，故經(jīng)常采用冗余的方式。

某煤礦提升機(jī)使用兩臺(tái)電機(jī)，通常一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)停機(jī)備用。當(dāng)一臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可采用人工或自動(dòng)方式在很短的時(shí)間內(nèi)切換到另一臺(tái)電機(jī)，這樣既不耽誤生產(chǎn)，又可同時(shí)進(jìn)行維修或更換故障電機(jī)。

某太陽(yáng)能玻璃生產(chǎn)線，由于玻璃的牽引一秒都不能停，故采用兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行的方式，通過(guò)超越減速器來(lái)切換兩臺(tái)電機(jī)，其中一臺(tái)比另一臺(tái)略快5%，但兩臺(tái)電機(jī)都由變頻器控制，都能滿足速度要求。我們知道，超越減速器運(yùn)行時(shí)，只有速度較快的那臺(tái)電機(jī)起作用，這樣當(dāng)較快的電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，無(wú)縫切換到較慢電機(jī)，一秒不停，保證了生產(chǎn)。

對(duì)于各種應(yīng)用場(chǎng)合，精度要求越高，響應(yīng)要求越快，成本就會(huì)越高，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合，選擇最合適、最經(jīng)濟(jì)的控制方式。