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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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作者 主题
ethanzhang2016
游侠

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

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。

yming
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13楼    2019-12-03 13:43:20
精华帖  主题:回复:如何用变频器控制偏心负载?(0~180°非连续旋转)

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?
yming
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18楼    2019-12-03 14:46:16
精华帖  主题:回复:如何用变频器控制偏心负载?(0~180°非连续旋转)

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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高山孤影
至圣

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32楼    2019-12-06 06:59:56
精华帖  主题:回复:如何用变频器控制偏心负载?(0~180°非连续旋转)

这个跟卷取机的工况也很相似,黄工应该也有接触吧。一个卷下来也有几百斤,卷取架酒等于一个偏心负载,而所有的卷取架翻转机构都是蜗轮蜗杆的,我们曾经把变频器的制动电阻去掉,仍然能够正常翻转,所以,这种设计,在条件允许的情况下,最好用蜗轮蜗杆来传动。

这是现场的应用图片,这只是刚开始卷不久,等下卷时,卷的重量在400斤左右,下卷时,将卷翻转过来。

下面这是卷取架的传动机构,蜗杆是6头的,传动效率较高,只是当时设计的间隙较大,翻转至最上端时整个卷有个轻微的跌落,涡轮是我们后来重新加工更换的。





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yming
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36楼    2019-12-08 08:23:10
精华帖  主题:回复:如何用变频器控制偏心负载?(0~180°非连续旋转)

制动电阻尽量通过串并联获得等效阻值和能耗功率。

较大的散热面积,避免制动电阻过热。串并联也增大了可靠性。

例如4只并联串联获得相同的阻值,功率加大4倍;这样也比较经济。



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