宫殿武

(大同煤矿集团精煤分公司生产技术部，山西 大同 037016)

直接转矩控制技术是一种通过直接控制电机的给定转矩与反馈转矩来控制电动机转速的变压变频调速技术，这种高性能的调速技术已广泛应用于变频器中，直接转矩控制的变频器实现了选煤厂皮带输送机的软起动，运行平稳可靠，几乎对皮带不造成损害。

1 直接转矩控制系统原理

直接转矩控制系统结构见图1，其原理如下：

1)通过速度传感器得到异步电机实际转速N，将其与给定转速N*进行比较。

2)通过转矩调节器得到转矩给定值T*e。

3)由检测单元检测出电机定子电流值Ia，Ib，Ic和电压值Ua，Ub，Uc，输入异步电机的磁链和转矩计算单元得到定子磁链的幅值|ψs|和所在区间信号S(k)及转矩实际值Te。

4)实际转矩Te与给定转矩T*e经转矩调节器处理后得到转矩开关信号ST。

5)磁链给定值|ψ*

s|与磁链计算值|ψs|经磁链调节器处理后得到磁链开关信号Sψ。

6)磁链开关信号Sψ、转矩开关信号ST和磁链位置信号S(k)，作为电压矢量选择的依据，给出作用的电压矢量。系统的转速调节器采用PID控制器，实现了速度闭环控制。

图1 直接转矩控制系统结构图

2 直接转矩控制的变频器

同煤集团精煤分公司下属5座选煤厂，设计年入洗能力1 735万t，共有皮带输送机70多部，特别是几部大型皮带机启动时，要求启动力矩大，低速平稳，不能有冲击，否则皮带容易断裂，影响其使用寿命。因此，该公司采用ABB公司的ACS600系列直接转矩控制(DTC)变频器，它具有先进的电机控制方式和硬件结构，具备特殊功能的软件程序，其启动转矩可达200%的额定转矩，零速转矩可达100%的额定转矩，而且启动转矩平稳可控。通过电机的慢速起动，带动皮带输送机缓慢起动，实现了选煤厂皮带输送机的软起动，运行平稳可靠，几乎对皮带不造成损害。

ACS600系列变频器的工作原理见图2。它采用了直接转矩控制技术，能够用开环控制方式实现电机速度和转矩的精确控制，在几毫秒时间内测出电机的实际转速和状态，并能在任何状态下立即起动，无起动延时。在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路的开关状态，进而调整电机的转矩和磁通，以达到精确控制的目的。

首次启动变频器时，变频器会自动识别电机参数，确定电机模型及电机的所有关键参数。由于电路内采用了DTC技术，它可以对标准鼠笼电机进行精确的速度和转矩控制，同时，DTC中也不需要对电压、频率分别控制的PWM调制器;还可以提供比PWM更可控且平稳最大的启动转矩及有效的磁通功能。

采用直接转矩控制的变频器驱动皮带输送机之后，由于变频器的起动时间在1～3 600 s可调，通常皮带机起动时间在60～200 s内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，降低设备初期投资。

图2 ACS600系列交流变频器原理图

3 控制方案

系统结构见图3。

图3 系统结构图

本系统采用2台160 kW的6极电动机，每台采用200 kW的变频器驱动，变频器为ABB公司的ACS600系列变频器，采用直接转矩控制，在零速时可输出100%的额定转矩，其瞬时过电流能力为200%的额定电流。采用主从结构，主变频器控制电机M1，从变频器控制电机M2，主变频器频率信号送到从变频器，从而保持2台电机负载均衡。主、从变频器回路均设有HD13－600A刀开关、MB30－800A空气开关和FCS3．4－1400A快速熔断器，用来阻止电网的干扰，以保护变频器和电机。

整个控制系统采用西门子公司CQM1PLC控制，采用Digital公司触摸显示终端作为人机界面，显示变频器频率、设备运行电流、现场调速电位器等。

4 结论

直接转矩控制的变频器具有优良的速度控制特性，实现了选煤厂皮带输送机的软起动，起动低速平稳，电机负荷均衡，运行可靠，几乎对皮带不造成损害，降低了投资，应用前景广阔。