眾為興永磁同步電機系統(tǒng)在給料機系統(tǒng)中的應用
關鍵詞:
永磁同步電機系統(tǒng),給料機系統(tǒng),運動控制系統(tǒng)
概述:
目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著產(chǎn)品的升級,客戶要求伺服電機具有高速、高平穩(wěn)性、高過載能力、低成本、小體積等特點。為了適應這種市場需求,眾為興公司開發(fā)了一套新的低壓伺服電機驅(qū)動器系統(tǒng)。
內(nèi)容:
概述?
失重式給料機由料斗、喂料器(單、雙軸螺旋喂料器)、稱重系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器組成,在操作中,料斗、物料和喂料器共同連續(xù)地進行稱重。隨著物料送出后,測量真實的失重速率,并將它與所需要的失重速率(設定值)加以比較。失重式給料機(失重給料機)通過調(diào)解喂料器速率來自動修正偏離設定點的偏值。從而可以均勻準確地連續(xù)喂送物料。 目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著產(chǎn)品的升級,客戶要求伺服電機具有高速、高平穩(wěn)性、高過載能力、低成本、小體積等特點。為了適應這種市場需求,我們公司開發(fā)了一套新的低壓伺服電機驅(qū)動器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由QS208020M驅(qū)動器和ACL06040B-2B伺服電機來組成,可以應用于失重式給料機系統(tǒng)中。?
1.伺服電機ACL06040B-2B?
給料機要求螺桿軸的電機具有較寬的轉(zhuǎn)速范圍,運行平穩(wěn)。計算表明,在一定降額的情況下,400W就具有足夠的余量。而且給料機系統(tǒng)中大部分具有60V開關電源,所以我們選擇了60V、400W、3000rpm作為永磁同步電機的額定參數(shù)。電機的定子采用4對極繞組,永磁體采用高性能的稀土永磁材料(Nd-FeB)。反饋元件采用2500線的增量式光電編碼器,電機的分辨率為10000脈沖/每圈。 電機參數(shù)見下表1
電機型號 | ACL06040B-2B | 線電阻(Ω) | 0.3327±10% |
額定功率(W) | 400 | 線電感(mH) | 1.41±10% |
額定電壓(V) | 60 | 轉(zhuǎn)子慣量(Kg.m2*10-4) | 0.3221±10% |
額定電流(A) | 8.4±10% | 力矩系數(shù)(NM/A) | 0.1501±10% |
峰值電流 | 16.1±10% | 反電動勢系數(shù)(V/KRPM) | 9.08±10% |
額定轉(zhuǎn)速(RPM) | 3000 | 額定扭矩(NM) | 1.27 |
表1:ACL06040B-2B電機參數(shù)表 實際測量電機的特性曲線入下圖所示。測試方法是先設定電機的轉(zhuǎn)速為3000rpm,然后負載從0慢慢增加到0.64NM,測試電機的實際轉(zhuǎn)速。
?圖1:ACL06040B-2B電機運頻特性?
測試數(shù)據(jù)表明,在整個加載過程中,電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000±1rpm,因此其相對轉(zhuǎn)速變化率??其中 n0 =空載時轉(zhuǎn)速 nl=滿負載時轉(zhuǎn)速。 從測試數(shù)據(jù)來看電機在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行非常平穩(wěn)。通過對比測試發(fā)現(xiàn),其平穩(wěn)性并不國外著名品牌的差,而且價格具有較大的優(yōu)勢。
2.交流伺服驅(qū)動器QS208020M?
伺服的控制要求和步進電機或感應電機有較大的區(qū)別,它要求電機具有控制系統(tǒng)具有響應快、精度高、高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩脈動小等特點。目前FOC算法是較為成熟的算法之一,本驅(qū)動器采用基于TMS320F2801和FOC算法技術進行對電機動態(tài)解耦控制。 2.1磁場定向控制原理 伺服驅(qū)動器的控制原理圖如下: 1.轉(zhuǎn)子磁極位置檢測和速度計算模塊; 2.位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制器; 3.3S/2S,2S/2R,2R/2S坐標變換模塊; 4.SVPWM模塊; 5.三相逆變模塊。 QS208020M伺服驅(qū)動器通過電流采樣電阻或者霍爾電流傳感器檢測電機的相電流ia、ib,(其中ic可以由方程 ia+ib+ic=0求得,因此實際應用中只需要采集兩相電流就足夠了)。所采樣到的相電流經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并送進DSP做處理。 通過Clarke變換和Park變換將電流ia,ib,ic變換成旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流分量id、iq。id?、iq作為電流負反饋送到電流調(diào)節(jié)器中進行處理。 給定位置θref與位置反饋量θm的偏差經(jīng)過位置調(diào)節(jié)器計算,其輸出作為參考轉(zhuǎn)速nref,nref與轉(zhuǎn)速反饋量n的偏差經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器、其輸出作為用于轉(zhuǎn)矩控制的q軸電流參考分量iqref。以轉(zhuǎn)速反饋量n作為輸入的函數(shù)發(fā)生器,根據(jù)控制策略制定的'n-Ψ'曲線給出了用于產(chǎn)生磁場的d軸電流參考分量idref。idref和iqref與電流反饋量iq,id的偏差經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器,分別輸出Οdq旋轉(zhuǎn)坐標系的相電壓分量vqref和vdref。再經(jīng)過Park逆變換轉(zhuǎn)換成Οαβ直角坐標系的定子相電壓矢量的分量varef和vbref。 編碼器會反饋轉(zhuǎn)子的磁極位置信號UVW,可以通過UVW信號來確定轉(zhuǎn)子所在的扇區(qū),就可以利用SVPWM模塊,產(chǎn)生三相PWM斬波,從而可以采用類似直流電機的方法進行控制交流伺服電機。?
圖2:QS2伺服驅(qū)動器工作原理(點擊圖片可放大查看原圖)?
QS2伺服驅(qū)動器。?本伺服驅(qū)動器采用了32位高性能的DSP芯片,采用先進的FOC技術。它具有高性能,高精度,體積小巧,使用方便等優(yōu)點。通過在給料機系統(tǒng)上測試表明,電機從靜止到加速到最高轉(zhuǎn)速,僅需要約10毫秒的時間。故在給料機這種高精度、高響應性的場合,能很好地滿足客戶需求。 1.給料機系統(tǒng)分析。?
圖3:給料機工作原理 給料機的結(jié)構(gòu)
如上圖所示。顆粒通過漏斗往下進入螺桿軸。其中攪拌軸在工作時做攪拌用,可以增加顆粒物的流動性。顆粒從螺桿的螺紋間隙中,隨著這螺桿是旋轉(zhuǎn)不斷向前推薦。假設螺桿旋轉(zhuǎn)一圈,顆粒物前進的質(zhì)量為Δm。因此螺桿軸輸出的物料的質(zhì)量M=Δm*L,其中L是螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。由上述可知,控制電機所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),就能控制顆粒物給料的質(zhì)量。 本應用案例中,采用的是QS208020M+ACL06040B-2B電機,輸入方式采用模擬量輸入控制轉(zhuǎn)速,其具有響應快,控制精度高的特點,能很好的應用在給料機系統(tǒng)當中。 2.結(jié)論 給料機的螺桿軸對伺服性能要求體現(xiàn)在響應性和平穩(wěn)性和定位精度。本數(shù)字 伺服系統(tǒng)有響應快,轉(zhuǎn)矩脈動小,精度高的特點能很好的應用在給料系統(tǒng)中。 目前,QS208020M驅(qū)動器已經(jīng)ACL06040B-2B電機已經(jīng)大量的應用在給料機行業(yè)中。下圖為某公司的給料機系統(tǒng),該系統(tǒng)就在行業(yè)處于領先地位,其用的就是本公司的產(chǎn)品。