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 S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?

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rjjeer
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楼主    2013-11-11 15:37:27
主题:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗? 精华帖 
现有一台国产的三相交流永磁同步电动机,用S120对其进行动态辨识时,设置P1960=1,报错为F07969[18],指的是电机磁极位置识别出错。通过查找故障列表,发现该故障中的[18]项是指“首次谐波过小”造成。于是查找手册中给出的处理意见,对于故障类别[18],一是可以扩大P0329的值,二是可以使P1980=10,使其设置为DC Current Injection模式。但我今天向西门子工程师咨询的时候,我问是不是通过设置P1980=10了之后,可以辨识通过?工程师给的意见是S120在矢量控制模式下控制国产永磁电机时必须要用编码器,否则辨识时无法识别磁极位置,会报错,通常情况下是用V/F控制。我就想向大家咨询下意见,S120真不能实现国产永磁电机无速度传感器矢量控制吗?另外想咨询下,S120控制永磁电机时,参数列表中为什么没有Q轴电感这一参数啊?希望大家给我一些建议,谢谢!
rjjeer
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4楼    2013-11-12 15:46:01
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
我认为永磁同步电动机可以做传动的,在船舶电力推进方面,主要就是因为同功率级别的永磁电动机体积相比较小且效率高,比较适合安装在吊舱内,使吊舱直接放在船体外面,减小船舶内部的占用空间,ABB的紧凑型Azipod吊舱中一般都用的永磁同步电动机,只是他们采用的是直接转矩控制,可以实现无速度传感器的调速运行。难道西门子的S120真不能实现永磁同步电动机做传动时候的无编码器矢量控制?
对于为什么没采用V/F控制主要有以下两个原因:
1、螺旋桨负载特性确实是变转矩负载特性,但是在海洋环境中,海浪、船舶操纵特性等可能会造成负载转矩的突变,负载扰动干扰较大,所以想采用矢量控制在动态响应较高的场合下来更好的控制永磁电机的转速。对于为什么不采用编码器,主要是永磁电机安装情况及环境因素决定的,一般都不建议安装编码器,安装后可能会造成可靠性降低。因为西门子和别的厂家也合作开发船舶吊舱式电力推进,推进电机也采用的是永磁同步电动机,我认为他们应该也会采用无编码运行模式的,但是采用的是不是矢量控制,我以前没注意过,因为我以前一直觉得西门子采用无编码器的矢量控制对永磁电机进行调速应该是可以实现的。
2、因为ABB的直接转矩控制可以实现永磁同步电动机的无编码调速控制,所以另一方面想用西门子的S120采用无编码矢量控制实现永磁电动机的调速,通过比较一下二者在螺旋桨负载特性下的动态特性等方面
rjjeer
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5楼    2013-11-12 16:00:12
精编帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
我的控制思路主要是:
采用西门子S120的ALM整流模块,然后还有两个电机模块,其中一个电机模块对永磁同步电动机进行调速控制,另一个电机模块对一台异步电动机进行转矩控制,两台电动机通过联轴器连接,实现电机对拖系统。两个电机模块供直流母线,通过采集推进电机的转速值,(这里的转速值是通过估算得到),然后由转速值根据螺旋桨负载特性得到转矩值,把得到的转矩值做为负载异步电动机的转矩给定,从而实现对推进永磁同步电动机在螺旋桨负载特性下的调速运行。但通过之前向西门子工程师咨询后,给的建议是S120不能实现永磁同步电动机的无编码器矢量控制,我就不太理解了,所以想向大家征求下想法和意见。
rjjeer
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7楼    2013-11-12 20:56:42
精编帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
谢谢k斑竹的回复,这个永磁电机以前就是放在小艇上做为推进电机来用的,但用的是国产ALPHA的变频器,采用的就是V/F控制策略,但是有时在水下运行的时候,电机某个工况下会停转,估计是变频器的控制策略有问题。所以把电机从小艇上拆卸下来后,想法是先用两台电机做对拖试验,让异步电机模拟螺旋桨特性,让永磁同步电机电动运行,测量其工作特性,首先保证永磁电动机能正常输出功率,可以稳定运行。如果永磁电机可以稳定运行的话可以排除之前在水下运行时停转的故障不是电机本身的问题造成的,这样就初步可以判断是国产ALPHA变频器采用的控制策略不适合对永磁电机进行无编码器控制。然后就想着用S120变频器来对该永磁电机进行无编码器矢量控制,结果西门子的工程师建议说是不行。但我觉得这有点不可思议啊,西门子公司不可能连这个技术也没解决吧,所以想向大家再多次确认下或者之前有没有用S120对永磁电机进行SLVC调速控制的先例。ABB的DTC技术可以实现永磁电机的无编码控制运行了,已经通过实验验证,他们的有运动控制系列的ACSM1变频器可以实现,ACS800的安装有用于永磁电机控制程序的变频器也可以实现控制。
这个电机调试过后,最终还是会安装回小艇,然后再在水下运行,没想到S120居然对永磁电机实现不了SLVC控制,现在还是想不明白啊。
另外k斑竹最后说的变转矩V/F控制+滑差补偿,是指的把永磁电机驱动模块这设置成转矩控制模式,然后同时采用V/F控制策略吗?好像也不是这样啊,这样设置的话是不是就是在Starter软件中组态的时候设置呢?我看组态中前面19项V/F控制中选一个就可以了吗?对于您说的“变转矩V/F控制”不太明白,谢谢!
yming
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9楼    2013-11-12 23:03:40
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
永磁同步电机的转子是磁钢,没有滑差。但应用中,它也需要区分励磁和转矩,自然需要将三相转为两相来计算;决定给出的电压。它的转矩电流是由偏离旋转磁场的θ角产生(而不是异步电机滑差产生)。所以,计算初始要知道正确的θ角,也就是启动要辨识0点(给个直流,吸住转子磁极,编码器的值为零点。以后根据编码器就知道θ角位置了)。大致是这样的,也是为了位置控制用的。
DTC相当于是直接电流控制;和这种电压控制方式不一样。
大都变频器(MM4、G120、S120等)V/F模式都可以驱动同步电机;只不过不能区分转矩;单纯控制速度而已。永磁同步机根据负载状态是会随时处于不同象限的。
学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
rjjeer
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14楼    2013-11-13 09:49:17
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
我再把详细的过程描述下:
1、我的观点认为,S120应该是可以实现永磁电机无编码矢量运行的,在Starter软件中组态过,可以选择永磁电机,无编码器矢量控制。电机参数这一块,由于是第三方电机,只能输入电机额定电压、电流、频率、转速、功率等,没有其他的扩展参数。
2、输入完参数后,S120会自动基于电机铭牌参数来进行计算,计算结束后P0340会自动恢复为0。
3、然后可以进行电机数据静态辨识。P1910=1,同时使能变频器,这一步也可以辨识完成,辨识结束后可以得到电机电阻、电感等参数。但这里我有一个疑问,为什么S120参数列表表不给出永磁电机的Q轴电感呢,只给出电机的D轴电感?如果对于内置式的永磁电机,这两个电感是不相等的,D轴电感要小于Q轴电感,而且速度估算的模型中应该也会用到这两个参数的,不太明白S120为什么没有给出电机Q轴电感这一参数选项。
4、做为静态辨识后,接着做动态辨识。文档中说动态辨识时由P1959和P1960配合使用,但我看S120的参数列表中P1959下的选项已经激活了,则设置P1960=1,开始动态辨识。但此时动态辨识报故障。
5、故障编号为F07969中的索引号为【18】,查阅手册后该故障指的是:极点位置识别出错,其中索引号【18】值的出错原因是首次谐波过小。然后可以找到对应于索引号【18】的处理意见:一是:可以扩大P0329的值,该值代表电机位置识别电流,大小是根据电机输入铭牌数据中的额定电流来取的,这里电机的额定电流为31.2A,该P0329取值为其一半,是15.6A;二是:可以修改P1980=10,该参数P1980代表对于永磁电机位置识别时,是选择哪一种模式来识别。S120中默认的P1980=1,代表采用第一谐波脉冲电压,采用该方式来识别,P1980=4,代表采用两级的电压脉冲,P1980=10,代表采用直流电流注入的方式来识别。由于当时报错时P1980=1,我估计可能是由于第一谐波脉冲电压过小,所以报错。
我认为通过修改P1980=10,后,应该能够通过动态辨识。
6、但我当时没有试验修改P1980=10,然后再辨识。主要有两个原因:一是当时永磁电机已经和齿轮箱相连了,我想把电机脱开后,准备先做一个空载的动态辨识,二是我想向西门子工程师咨询,确认下对于上面描述的辨识时遇到的故障,是不是可以通过修改P1980=10,来解决。
7、所以随后给西门子的工程师打电话咨询了,但给的意见说是S120控制永磁电机运行时必须要用编码器,我当时就不太理解,因为一直认为S120变频器应该能实现永磁电机无编码器矢量控制运行的,即使该永磁电机为第三方的,也应该能实现这个技术吧。
8、不过通过咨询,工程师给了我一个反馈意见,让我注意到我现在暂时是不能进行试验了。主要是这个永磁电机的额定电压是148V,现在选的母线电压是600V,即使最低也只能设置到510V,害怕试验的时间长了之后,会引起电机绕组之间绝缘损坏。
最后,我还是认为通过选择P1980=10后,应该能辨识完成,S120也应该能实现永磁电机无编码器矢量控制吧,毕竟组态软件中可以这样组态啊,但我现在暂时不能做实验来验证了。所以把这个帖子发出来:一是征求下大家的意见,看看S120到底能不能实现永磁电机无编码器矢量控制运行;二是想询问下大家以前有没有这方面的先例来验证下。
rjjeer
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20楼    2013-11-13 19:59:24
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
首先咱们可以先不针对我的这个永磁电机的问题来说,即便我能提供一台额定电压为380V的永磁电机的话,S120能够对该永磁电机进行无编码器矢量控制的运行吗,这个问题是我比较关心的。至于目前现有的这个148V的永磁电机,用S120的模块应该是实现不了,除非该电机的耐压程度足够高。另外回复下y版,该永磁电机额定功率为7.5kW,额定电压为148V,额定电流31.2A,额定转速420rpm。回复k版的关于ABB变频器的问题,ABB有一款ACSM1系列的运动控制的变频器,该变频器除了可以供三相交流电之外,还可以直接给母线供直流电,而且可以设置工作在低压直流模式,现在就是用采用蓄电池的220V直流电压给该变频器供电,原先的三相交流输入不用。该变频器不是定制的,是ABB的现成产品,用这种方案可以实现永磁电机无编码器DTC控制,已通过实验调试完成。
我发这个帖子的目的一是想向大家讨论清楚S120对永磁电机不能进行无编码器的矢量控制吗;第二就像y版说的现在这个电机的功率是7.5kW的,不知道您说的单相220V的PM340低压功率模块能给该电机供电吗?即使能供电的话,如果矢量控制技术还是实现不了永磁电机的无编码器矢量控制运行,也不行啊
yming
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21楼    2013-11-13 20:59:10
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
应该没有问题。S120功能手册。
见下图:



另外,P0356不就是 q轴电感吗?
学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
rjjeer
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22楼    2013-11-14 09:33:53
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
谢谢两位版主的讨论,也感谢y版给出了比较权威的资料说明。看来S120还是像我之前认为的那样是可以实现永磁电机无编码矢量控制的,而不像我咨询的西门子工程师告诉我的那样。另外关于y版说的P0356是不是Q轴电感的问题,刚才特意再认真的查了下参数手册,这个参数对于永磁电机来说确实是Q轴电感。但Starter软件及参数列表中存在的一个问题,我在这里得提及一下:该参数在Starter软件列表中给的名称是定子漏感,所以我当时在软件列表中没看出来它代表Q轴电感,而且S120参数手册中该参数的标题也是电机定子漏感,刚才仔细看了下英文版的参数说明,发现该参数对于永磁同步电机来说,代表Q轴电感,不过中文版的参数说明中翻译的还是不准确啊。
我想下一步,再去看看功能图或者调试手册中,看看能不能直接由外部的220V电源给S120的直流母线供电呢,不用ALM整流模块,找找有没有哪个参数激活后可以取消母线电压的低压报警,使其能工作在低电压模式。k版和y版觉得S120可以实现这样的功能吗?谢谢
rjjeer
游士

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25楼    2013-11-14 11:34:55
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
刚才也一直在看S120的功能手册和参数手册,发现P0210可以代表设置的母线电压值,也打了西门子的热线咨询,工程师给的建议是可以试下直接给P0210=较低的直流母线电压,同时可以把P10=1,设置为快速调试模式,P3900=3。前端不用ALM,来进行试验。
zcomin
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27楼    2013-11-14 12:11:24
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
永磁同步电机配置时选伺服模式,可以不带编码器运行,不要选择矢量模式
S120书本型可以设置进线电压,至少三相200伏是可以的,应该还可以更低
rjjeer
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31楼    2013-11-14 15:38:00
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
quote:以下是引用小皮在2013-11-14 13:03:02的发言:
我认为对永磁同步机来讲不带码盘运行,就是V/F方式,只不过它是同步机不出现滑差,负载变化会有负载偏移角变化,然后输出电流变化,最终输出转矩变化达到新的平衡点,最终系统反应较慢罢了。
还有如果是伺服电机他的转子磁场是很强的,靠定子磁场去调节电机磁场行吗?斑竹看的系统是不是电机也是特制的?

对于永磁电机无编码器运行,如果选择为矢量控制的话,和V/F还是不一样的。当电机在低速时,S120采用的确实是V/F控制,当转速值达到一定值后,模型中可以通过估算得到较为准确的转子磁场电角度,进而可以实现坐标变换,把三相定子电流分解为d轴和q轴电流。如果对于d轴电感和q轴电感相等的永磁电机来说,可以使d轴电流的给定为0,定子电流全部分解为q轴电流,电机电磁转矩与q轴电流成正比;对于d、q轴电感不相等的永磁电机来说,由于永磁电机的转子结构,通常是d轴电感小于q轴电感,和电励磁式同步电机刚好相反,电励磁式电机通常为d轴电感大于q轴电感。对于d轴电感小于q轴电感的情况来说,为了有效利用由于电感不相等造成的磁阻转矩,在控制时可以设定使d轴电流为一负值,这时电机的转矩和d、q轴电流都相关了。根据不同的控制策略来选择d、q轴电流分别为多大了,比如有最大转矩/电流比策略,可以通过离线的方式形成一组d、q轴电流之间的对应关系,由转速调节环得到q轴电流的给定,然后再查表得到对应的d轴电流给定。
对于以上两种控制方式,当永磁电机超速运行时,可以增大d轴电流的给定来减弱永磁电机转子产生的磁场,实现弱磁恒功率运行,但需要注意的是防止造成不可逆去磁,不过这个应该是在电机设计过程中会注意的,防止去磁的d轴电流太大。
我这个电机的永磁磁链差不多有1Wb,确实是有些大的,是不是定制的也不清楚了。不过差不多应该是,毕竟很多指标都不是标准的
yming
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34楼    2013-11-14 17:29:50
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
呵呵,zcomin才是这里真正的大侠。人家是专业的。他说的准没错。
S120功能手册有说明的:点击下面的链接,下载手册

[url=http://www.ad.siemens.com.cn/download/docMessage.aspx?ID=7315&loginID=&srno=&sendtime=][b] S120功能手册
[/b][/url]
上面有比较说明。其他的手册上有。




学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
Zane
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38楼    2013-11-14 22:28:56
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
quote:以下是引用rjjeer在2013-11-13 19:59:24的发言:
首先咱们可以先不针对我的这个永磁电机的问题来说,即便我能提供一台额定电压为380V的永磁电机的话,S120能够对该永磁电机进行无编码器矢量控制的运行吗,这个问题是我比较关心的。至于目前现有的这个148V的永磁电机,用S120的模块应该是实现不了,除非该电机的耐压程度足够高。另外回复下y版,该永磁电机额定功率为7.5kW,额定电压为148V,额定电流31.2A,额定转速420rpm。回复k版的关于ABB变频器的问题,ABB有一款ACSM1系列的运动控制的变频器,该变频器除了可以供三相交流电之外,还可以直接给母线供直流电,而且可以设置工作在低压直流模式,现在就是用采用蓄电池的220V直流电压给该变频器供电,原先的三相交流输入不用。该变频器不是定制的,是ABB的现成产品,用这种方案可以实现永磁电机无编码器DTC控制,已通过实验调试完成。
我发这个帖子的目的一是想向大家讨论清楚S120对永磁电机不能进行无编码器的矢量控制吗;第二就像y版说的现在这个电机的功率是7.5kW的,不知道您说的单相220V的PM340低压功率模块能给该电机供电吗?即使能供电的话,如果矢量控制技术还是实现不了永磁电机的无编码器矢量控制运行,也不行啊



1. 单相220V的PM340最大只有0.75kw
2. 即使能降低电压,这时已经不能按功率来选模块了,因为模块的功率是额定电压电流的乘积,只能按电流
及其过载系数来选择,是否还有效率的问题呢?
3. 低电压供电是否会造成驱动器冷却系统的工作异常?要知道这是标准产品 。
如下是PM340对线电压的要求
线电压1 AC 200 V...240 V ±10%(-15%<1 分钟)或
(海拔高度 2000 米内) 3 AC 380...480 V ±10%(-15% < 1 分钟)
Zane 注册自动化系统工程师 Always save before download
zcomin
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41楼    2013-11-14 23:59:18
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
大侠不敢当,更不敢说点拨,刚才在软件上配了一下,电机模块直流母线电压可以到100V
俱怀逸兴壮思飞
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45楼    2013-11-16 10:27:03
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
今天才注意到了这么有意思的帖子,实在是来晚了啊。。。从头到尾通读了一下,我心里一直有一个疑问。我个人觉得:S120带永磁同步电机,选不带编码器的VECTOR运行方式,这没问题啊,怎么会不行呢??

我曾经在一个项目中,就是类似于楼主那种应用,永磁电机作为小艇的推进电机带螺旋桨驱动。唯一和楼主有差别的,我是用的西门子永磁电机1FT6系列。当时那台电机本来是配了编码器的,但由于一些原因,那个编码器出了问题,所以我就一直未用编码器,直接采取的就是SLVC模式。从最初开始调试到后期交货使用,至今已有两年多了,用户一直未反应任何异常。

另外,无独有偶,在今年初,我们曾经使用过两台ABB的ACS800变频器带两台国产永磁同步机做对拖试验,一台转速控制,一台转矩控制,都是没有编码器的。在整个调试期间,ABB的变频器也没出什么问题。但是我比较了一下S120和ACS800的应用效果:在低速运行时,S120优于ACS800;中高速区,没什么太大差异。

这里,我无意对品牌发表什么意见或判断,上述情况我只是陈述一个事实。S120带永磁同步电机做SLVC控制,我觉得从理论上是说的通的,而且,实际应用中我也这样做了。难道说,西门子产品还有一个使用兼容性的要求(一定要带自家的永磁同步机吗)?呵呵,这是说笑了。。。
rjjeer
游士

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55楼    2013-11-17 21:13:48
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
问题基本解决了,晚上那会看手册时突然有了一个灵感,刚去做完试验回来,问题基本都得到了验证,该讨论也差不多可以有个交代了,现在总结说一下:

1、对于我这个国产的永磁电机,S120可以实现无编码器驱动控制

2、实现了由外部220V直流电源直接给驱动电机模块母线供电情况下的,永磁电机无编码器控制。需要注意的事项是:要想对P0210设置为较低的母线电压,这里试验中设置为220V,需要对电机模块组态时应该选择为伺服模式。同时电机模块中的P0864应该选择为1,不要让该参数和整流单元下的参数r0863.0相关联,因为这种情况下该电机模块的供电由外部电源供应。正常如果由ALM整流单元供电的话,应把二者关联起来,因为首先ALM工作正常后与使能电机模块组成一个“与”的关系,当二者都为“1”的时候,输出电机模块正常运行,否则会报错。当选择为矢量模式时,P0210最低电压为510V,但这种情况下会不会报欠压的错误,刚才没去验证。

3、刚才做动态辨识时还是出了一些错误,说是电机超速,等明天再分析原因吧。
zcomin
至圣

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57楼    2013-11-18 01:19:39
精华帖  主题:回复:S120变频器不能对国产永磁同步电动机进行无速度传感器矢量控制吗?
quote:以下是引用rjjeer在2013-11-17 15:01:44的发言:
quote:以下是引用zcomin在2013-11-15 22:10:02的发言:
P210参数解释 180-480 ,刚才在Starter上可以设置

请问下 Zcoming 侠,把直流母线设置成100V具体是怎么操作的呢,组态中给添加ALM整流模块了吗?整流模块的三相输入给的是多少伏呢?组态完后实际通电试运行了没有呢?谢谢,希望您是否能详细描述下

对于书本型电机模块先设置 P212.0=1 然后就可以设置P210=100
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