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DR300A系列变频器—在永磁同步电动机开环互馈对拖的应用

    随着交流电动机高性能变频调速技术及永磁同步电动机 ( PMSM )设计制造技术的不断进步 ,以矢量控制技术为核心的PMSM工业伺服驱动器得到了飞速发展,市场前景良好,带来了很好的社会效益和经济效益。任何一种新PMSM均需要长时间的性能验证,为此需要设计高性能测试平台。到目前为止 ,变频传动系统的模拟测试平台大致包括以下几种类型 :(1) 能量消耗型;(2) 能量回馈型;(3) 互馈对拖型。其中,能量消耗型需要直流发电机和功率电阻来模拟实际负载,系统庞大,控制复杂,能量消耗严重。能量回馈型需要同步电动机和直流发电机及并网装置,系统复杂,效率较低。互馈对拖型包括两种:共用交流母线型和共用直流母线型。共用直流母线型的结构相对简单,控制容易,效率最高 ,整流设备功率最小。该互馈对拖型测试平台非常适用于测试伺服驱动器-PMSM传动系统的性能。    本文建立了共用直流母线的互馈对拖型测试平台,描述了该测试平台的工作原理,对整个机电系统进行了建模和仿真分析,给出了该测试平台的实际运行情况分析,并对互馈对拖测试平台的损耗与效率进行了分析,提出了能效比的概念。

河北省某特种电机制造有限公司,是一家专业从事永磁电机研发生产的高新技术企业。公司主营产品有自启动永磁电机,异步电动机节能改造永磁电机,变频启动永磁电机,内、外转子低速大扭矩永磁直驱电机,以及与上述永磁电机相对应的智能伺服驱动器。公司产品以节能高效为核心设计理念,这一理念贯穿于电机的参数选取、电磁设计、结构设计、材料选择、生产加工、驱动策略等各个环节。低速大扭矩电机省去了繁琐的传动步骤,采用电机驱动滚筒的方式,减小了中间传输过程的损失,提高传动效率,低速大扭矩电机功率因数大、传动效率高,采用直驱代替传动带来的效率损失,从而实现节能。

低转速大扭矩电机采用变频器供电,可实现无级变频调速,在额定频率以下采用属于恒转矩调速,额定频率以上属于恒功率调速。理论上,每种型号电机均具有0~2(为电机额定转速)调速范围,但越偏离额定转速,电机的运行性能越偏离额定值,为了使电机工作在最佳性能点附近,其运行转速最好在额定转速附近。由于电机转速和减速机速比的不同,带式输送机传动滚筒的转速通常有20r/min、25r/min、30r/min、38r/min、48r/min、60r/min、75r/min、94r/min、120r/min九种转速,为了适应带式输送机传动滚筒的转速,将电机的额定转速也分为这9种。

    对拖控制方案介绍(现场图片)

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    由于被测电动机与负载电动机同轴连接,一个工作于电动状态,另一个工作于发电状态,被测变频器-电动机系统工作于速度开环状态,用来控制整个测试平台的转速,负载变频器-电动机系统工作于转矩开环状态,通过控制负载电动机的电流,来改变负载电动机的转矩大小,模拟被测电机的负载变化,这样互馈测试平台可以实现速度和转矩的灵活调节,完成各种试验功能测试。

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    被测电机的电磁转矩为正,转速为正,处于电动状态,定子电流相对定子电压滞后。负载电机电磁转矩为负,转速为正,处于发电状态,定子电流相对定子电压超前。被测电机与负载电机的定子电流均为正弦波形 ,符合逆变器电动机和逆变器发电机系统的工作原理。

   系统接线图

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操作说明

    1、两台电机如果没有同轴连接,不可以同时启动,只可单独启动速度变频器,否则会引起故障;

    2、先点动两台变频器,确保电机面对面向一个方向旋转;否则修改F1.14参数;

    3、 先启动力矩变频器(加载变频器),加载电机先起后停,分别进行控制,保证按照加载电机先起后停;

    4、 再启动速度变频器(速度变频器);

    5、 两台变频器启动后,先维持缓慢增加变频器的输出频率到2Hz左右,直到两台电机都能平稳的向一个方向旋转;

    6、 加载和负载共用 D1 电位器调速(通过参数设置保证加载电机比负载电机快0.3~0.5Hz),缓慢增加变频器的输出频率到目标频率;

    7、 加载过程中待电机转速上升至正常状态后再进行转矩电位器调节,通过调节加载电机的 D2 电位器(面板电位器),实现转矩控制;

    8、 在增加力矩变频器的力矩的时候,力矩变频器的输出频率会慢慢降低和速度变频器的频率一样;

    9、 缓慢加载,再缓慢卸载,直到力矩降至0后,再停机。

目前低转速、大转矩的直驱电机是难以驱动的电机,大多数变频器厂家不能驱动这种特种的电机,而大元广盛电气的DR300A系统变频器,不仅可以轻松驱动,而且还实现永磁同步电动机开环互馈对拖测试平台,国内鲜有厂家掌握这项技术。


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