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如何用变频器控制偏心负载?(0~180°非连续旋转)

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主题:【求助】如何用变频器控制偏心负载?(0~180°非连续旋转)
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只看楼主 只看精华 楼主 2019-11-28 14:54:30

如题,请教下大家如何用变频器控制偏心类负载(旋转角度在半圈之内,不会连续转动的)
目前客户有一项需求,用电机带偏心负载翻转。具体情况是负载较大,旋转的轴中心装在负载底面中央,而不是正中心。如下图所示:

负载翻转最大也只有180°,而且速度也不会很快。所以机械结构不会有问题,设备振动的问题也不存在。

但问题在哪呢,因为从翻转开始,由于偏心,轴上的力其实是在不断变化的。从0到90°这个过程中,大概到了60°附近就有有可能因为负载有好几百公斤,在重力的影响下就容易失速/超速/过冲等等(我也不知道这种情况怎么称这种情况)。但是反过来回翻,从90°到0°就很少有这种情况。

另外一个工位是完整的0到180度转,也是有这个问题。

我们的硬件是G120C变频器控制SEW变频电机,电气供应商目前的控制方式为普通的变频调速,以频率作为参数。只是目前频率设置的很低,超过9Hz就会出问题。但9Hz距工频太远,这就导致翻转节拍非常的慢。

我一开始的想法是是否可以通过转矩控制的方式来控制,但好像也不符合要求。因为由于重力的关系,轴上方向的扭矩应该=-MgRsinθ,最大值为90°时MgR。为了整个0~180度能转动,我一开始就要给MgR这么大扭矩。但这应该不合适吧,因为刚开始的时候θ很小,需要的Mgrsinθ比MgR要小很多,速度应该不好控制。

我现在也有点怀疑电机是否选择小了,导致扭矩不够导致失速。但是电机根本没有任何报警。所以现在我也不知道如何去分析、解决这个问题。请各位大大不吝指教,谢谢!有案例最好,谢谢谢谢!



PS1:

硬件部分电机为SEW减速电机,含BE5抱闸,3kW,n=1455rpm,i=199,也就是说减速机轴的转速在7rpm多一点。变频器为G120C,配有制动电阻,用的速度控制(基本可以确定是简单的VF控制,因为无编码器)。

负载在250kG左右,重心距离旋转轴0.6m。


PS2:各位貌似对问题现象不了解,其实很简单,仔细想一下就能了解。

请看上图,把图上的旋转轴认为你的手指,长方形的负载想象成一本书。如果你手指用很大的力,保证书是慢慢旋转,那么ok,书可以保持匀速从上面0°转到下面180°。但是,如果你手指不用很大的力,让书自由活动。那么书在0°的时候静止,但是从开始转后,由于重力的作用,在书接近180°向下的时候速度会最快,并且之后像钟摆一样来回反复直到停止。

也就是说,书的速度是变化而且是越来越快,难以控制。我的项目的问题也是一样,如果我调速设置的很慢(类似于我用手指紧紧压住书本),我的负载可以匀速旋转。但如果我的调速频率大于某个值x,我的负载在80°附近时,由于重力做功的加速作用,速度就会加到很快,超过了x,类似于上面例子中手指让书自由落下的“失速”。

这个频率的数值是试验出来的,在我这种工况下,我的x就是9Hz。超过了9,在匀速转到80°附近,我的负载就会哗啦一下向下猛冲一下,直到再次稳定。


 
精华帖版主置评: 一个很有意思的应用提问。便于引起技术交流和共享。kdrjl
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只看楼主 只看精华 1楼 2019-11-28 16:54:53

超过9hz会出现什么问题,

试试VF控制。


学习ing!
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只看楼主 只看精华 2楼 2019-11-28 17:52:45

是呀,什么也不介绍,光说问题和现象,别人又如何插嘴与你交流呢?


第一,电机是多大?装置是多大的?

第二,电机输出轴有减速机吗?如果有,减速比?

第三,9Hz以后不行了,怎么个不行?什么现象?


多说几句嘛,要不,又怎么帮你使劲呢?嘻嘻


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只看楼主 只看精华 3楼 2019-11-28 22:19:31

电机能加编码器用速度控制吗?


Q群:https://jq.qq.com/?k=5rtgsZj
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只看楼主 只看精华 楼主 4楼 2019-12-02 10:32:34
以下是引用我家牛在2019-11-28 16:54:53的发言 >1楼

超过9hz会出现什么问题,

试试VF控制。

请看补充内容。。

希望能理解我的问题。


 
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只看楼主 只看精华 楼主 5楼 2019-12-02 10:39:02
以下是引用RENHQ在2019-11-28 22:19:31的发言 >3楼

电机能加编码器用速度控制吗?

这个加编码器倒也没太大必要,因为只需要调速,用接近开关减速、停止即可。现在也是速度控制,而且应该是VF控制。


 
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只看楼主 只看精华 楼主 6楼 2019-12-02 10:44:40
以下是引用kdrjl在2019-11-28 17:52:45的发言 >2楼

是呀,什么也不介绍,光说问题和现象,别人又如何插嘴与你交流呢?


第一,电机是多大?装置是多大的?

第二,电机输出轴有减速机吗?如果有,减速比?

第三,9Hz以后不行了,怎么个不行?什么现象?


多说几句嘛,要不,又怎么帮你使劲呢?嘻嘻

请看补充,希望版主大大能理解我例子的现象。


 
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只看楼主 只看精华 7楼 2019-12-02 13:30:11

G120C?3kW的电机?这个系统有制动单元和制动电阻吗?你好像需要具有制动能力,四象限运行功能耶。


你这个系统加力状态能匀速运行,转过了80度,重物下坠,帮着电机运行,此时就应该进入到发电状态,电机需要有制动力才能保证速度不被重物拖着下坠了。这个系统,有点像油田的磕头机的运行?只不过,磕头机是曲柄运动,前半周电动,后半周发电。是360度轨迹,你这个是180度轨迹?


必须要有发电的功能呀。


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只看楼主 只看精华 楼主 8楼 2019-12-02 15:26:09
以下是引用kdrjl在2019-12-02 13:30:11的发言 >7楼

G120C?3kW的电机?这个系统有制动单元和制动电阻吗?你好像需要具有制动能力,四象限运行功能耶。


你这个系统加力状态能匀速运行,转过了80度,重物下坠,帮着电机运行,此时就应该进入到发电状态,电机需要有制动力才能保证速度不被重物拖着下坠了。这个系统,有点像油田的磕头机的运行?只不过,磕头机是曲柄运动,前半周电动,后半周发电。是360度轨迹,你这个是180度轨迹?


必须要有发电的功能呀。

这些都是有的


我们也研究了很久,但由于现场很远,只是纸面研究,没法现场排除原因。所以我现在有点怀疑是否是由于扭矩不够引起的。


 
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只看楼主 只看精华 9楼 2019-12-02 18:45:55
以下是引用ethanzhang2016在2019-12-02 15:26:09的发言 >

这些都是有的


我们也研究了很久,但由于现场很远,只是纸面研究,没法现场排除原因。所以我现在有点怀疑是否是由于扭矩不够引起的。

电阻的阻值是多少?80欧姆?是吗?


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只看楼主 只看精华 楼主 10楼 2019-12-03 10:37:22
以下是引用kdrjl在2019-12-02 18:45:55的发言 >9楼

电阻的阻值是多少?80欧姆?是吗?

以下是引用ethanzhang2016在2019-12-02 15:26:09的发言 >:这些都是有的我们也...

引用详细内容:

这些都是有的


我们也研究了很久,但由于现场很远,只是纸面研究,没法现场排除原因。所以我现在有点怀疑是否是由于扭矩不够引起的。

是140Ω的




 
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只看楼主 只看精华 11楼 2019-12-03 13:14:15
以下是引用ethanzhang2016在2019-12-03 10:37:22的发言 >

是140Ω的



嘿嘿。问题来了,这就是事儿。


140欧姆,3kW电机,100%的额定电流,6A左右。在它能够发出100%力矩的制动电流时,应该要起码6A左右吧?如果电机额定线电流折算到直流母线,还要有一个系数1.2倍左右,那就是7A多一点。你算算此时如果是140欧姆电阻,忽略直流母线的制动单元压降,要多高的母线电压才能达到呢?140*7.2 = 1000V?以上呢?


所以由此推断,这个参数根本达不到3kW电机100%吸收全部的发电能量,体现就是电机制动力没劲,让负载拖着跑。这样的话,楼主反应的现象就吻合了。


记住,快速的电动变发电,而且是瞬态的100%制动能力,电机的制动电阻是必须要算账的!,如果是电网反馈的发电,也亦如此。


不算帐,就想当然的配置参数,即便是原装的,也没戏。因为你的应用属于特殊应用,是非常规的。


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只看楼主 只看精华 12楼 2019-12-03 13:35:01

楼主的设计是电机额定转速时,负载轴是7rpm,那么每秒钟是多少转?如果180度是一个运行周期,那么一个周期是多少秒钟呢?这个都是可以推算的。


而一个周期要有电动和发电的两个过程,就需要它们的工作状态转换必须是快速的。


快速的电动和发电转换,需要怎么做呢?


第一,把电动变发电的直流母线阈值尽量变得低一点,比如设置直流母线电压阈值620V打开制动单元电子开关;


第二,此时制动电阻阻值要满足电机额定电流全部吸收制动。


按上述原则调整制动功能后,估计问题会解决。3kW电机如果能电动运行,就说明功率没有选小,完全够用。接下来就是,发电能力了。


这个项目,要求就是电动和发电两手都要硬。


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只看楼主 只看精华 13楼 2019-12-03 13:43:20

嗯。我也有类似应用。是400公斤混粉。也有此类偏心,正负转矩。

采用的方式是大减速比蜗轮蜗杆传动。当减速比大于100时,已接近摩擦系数。这时仅使用V/f控制就可以了。

像楼主减速比接近200,要是蜗轮蜗杆传动,负载拖动力矩几乎传不到驱动端。电机相当空载。



学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
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只看楼主 只看精华 14楼 2019-12-03 13:47:31

确实是制动能力不足,机械结构为啥不用蜗轮蜗杆呢?


http://blog.163.com/xiuzhang_2000/
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只看楼主 只看精华 15楼 2019-12-03 13:50:00
以下是引用yming在2019-12-03 13:43:20的发言 >13楼

嗯。我也有类似应用。是400公斤混粉。也有此类偏心,正负转矩。

采用的方式是大减速比蜗轮蜗杆传动。当减速比大于100时,已接近摩擦系数。这时仅使用V/f控制就可以了。

像楼主减速比接近200,要是蜗轮蜗杆传动,负载拖动力矩几乎传不到驱动端。电机相当空载。


是的,可靠的设计,不仅仅局限于电气一个方面,需要电气和机械的配合才能做出可靠的产品。


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只看楼主 只看精华 16楼 2019-12-03 14:11:49

这个应该就是变频器制动电阻功率小了,西门子推荐的制动电阻是在120S一个周期,制动6S的情况下用它推荐的电阻,有没有注意到额定功率0.2,峰值功率4,刚好是20倍,楼主这种用法建议选用140欧3kw的电阻,100%制动。


 
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只看楼主 只看精华 17楼 2019-12-03 14:21:26


G120能耗制动中制动电阻的参数计算.pdf

希望这个文档对你能有帮助。


 
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只看楼主 只看精华 18楼 2019-12-03 14:46:16
以下是引用高山孤影在2019-12-03 13:47:31的发言 >14楼

确实是制动能力不足,机械结构为啥不用蜗轮蜗杆呢?

使用蜗轮蜗杆大减速比的传动效率要比齿轮减速低得多。

但反过来说,采用制动电阻的能耗制动,不也是白白消耗了能源么?

除非时回馈系统,否则就是给自己添麻烦。


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精华帖版主置评: 大拇指赞!传动是一门专业技术,所以,它其中的“know-how”,很奇妙!kdrjl
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只看楼主 只看精华 19楼 2019-12-03 18:17:02
以下是引用yming在2019-12-03 14:46:16的发言 >18楼

使用蜗轮蜗杆大减速比的传动效率要比齿轮减速低得多。

但反过来说,采用制动电阻的能耗制动,不也是白白消耗了能源么?

除非时回馈系统,否则就是给自己添麻烦。

以下是引用高山孤影在2019-12-03 13:47:31的发言 >14楼:确实是制动能力不足...

引用14楼详细内容:

确实是制动能力不足,机械结构为啥不用蜗轮蜗杆呢?

对,只要是制动,就肯定要耗能,能够四象限的逆变回馈效率要高,投资成本也大得很。蜗轮蜗杆,特别是带自锁的蜗轮蜗杆,这么大的传动比效率也就在0.65左右吧,但比能耗制动也差不多,毕竟这种制动是完全的通过消耗能量制动。


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