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 S120主从震荡调试经历

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锋言锋语
至圣

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楼主    2020-07-25 17:42:20
主题:S120主从震荡调试经历 精华帖 

公司二炼铁卷扬,为两台S120 315KW主从控制, 更换1#减速机以后, 运行过程中可见明显的机械振动,上焦炭、空车时,震荡剧烈。 starter监控曲线, 可见两台电机的速度曲线明显的震荡,衰减很慢,几乎相差半个波形,这个相位差, 就是机械间隙。可以肯定是两个减速机的机械间隙差距过大,导致特性难以匹配,形成震荡。

处理过程:

  1. 原先是1#做主机,从机转矩给定原先是主机的r79(转矩给定), 改成r80[1],用主机的实际转矩加滤波作为从机给定,略有效果,但是有限。 主机的转速给定加滤波, 效果有限。 后将从机的转矩给定设置成主机的r79*80%, 效果明显, 空车时有振动,但已经减弱很多, 正常上料时, 偶有振动;

  2. 运行一天时间,二炼铁的设备人员认为振动依然存在,对设备不利, 他们让我们部门继续尝试处理,

    将主从及互换, 也就是2#做主机, 然后1#按2#的r79*80%给定,效果明显,觉查不到明显振动,只有轻车是启动,和低速时偶尔振动;

  3. 运行几天,设备人员觉得震动依然存在,对机械有损坏,打算更换减速机,让我们部门想想有误别的办法;首先,主机(2#)加软化功能(0.05),发现启东市的声音柔和了许多, 整个过程虽然有间歇周期声响, 但是明显柔和的许多,无剧烈的砰砰声。启车瞬间,会有明显的一下震动。通过观察波形,在速度给定生效前,速度突然有变化。 现场观察到,抱闸松开瞬间,电机会转动大概0.25圈然后停止,有明显撞击声。查找到抱闸信号, 为1#、2#的 抱闸输出信号做 OR运算给出,  抱闸输出信号为电流绝对值>15%. 当时觉得电流不太合适,改成了转矩。结果不能启车。赶紧改回去。阅读手册,才发现顺序控制+BICO模式下, 是先发出抱闸信号,才使能给定。改成转矩以后, 使能以后只有励磁电流,无转矩,等不到转矩信号,不开抱闸,导致速度无输出。后来经过多种测试, 发现如果从机(1#)线达到开抱闸条件(电流>15%), 启动就会有振动声。如果让2#(主机)先发抱闸信号, 则启动很柔和。 接下来就是给1#的抱闸条件加延时, 一直加到3.5S, 才基本上做到2#先给抱闸命令。 至此, 1#抱闸做延时+2#主机速度软化组合以后, 整个运行过程非常平稳,只有末端停车时,偶尔会因为料车到位以后绳子晃动,引起负载突然变化,导致的短暂震荡。 设备管理人员非常满意, 比原来换减速机前的效果都要好。


        问题如下:

        1.  图(励磁对比图), 两个电机得到励磁特性明显不一致, 2#主机明显滞后,导致如果不加延时,必然是1#先具备开抱闸条件,导致启动震荡。此处问题是, 从波形图看, 两个时间差是500ms,那为什么我给1#的抱闸信号加延时, 加到3.5S才实现2#先触发抱闸信号?

        2.脉冲使能以后, 整个励磁电流是什么机制, 是创建磁场? 为什么电机会转动?

        3.如果想用转矩控制抱闸, 是不是不能用顺序控制, 只能选择无抱闸, 然后用BICO控制一个DO给抱闸?”

        4.励磁电流如何产生? 一个弱的转差频率的交流电?  安装适量变化原理, 此时应该是一个固定频率的给定才是? 不知理解的对不对?


附图: 注: 橙色1#速度, 黄色2#速度, 绿色1#电流, 蓝色2#电流

形图.zip


补充问题:

  1. 抱闸打开时间, 是不是在励磁建立完成以后, 这个时间如何判断?

  2. 励磁建立完成后, 如果此时禁止给定使能, 转动电机, 这个转矩怎么产生? 切割磁力线? 如果仅仅是切割, 安装原理, 会根据负载有一个匹配的发电速度?也就是会一直转下去? 

  3. 此时的转矩算不算零速转矩? 此时给定未使能, 应该不算零速吧

不忘初心
yming
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31楼    2020-07-26 15:33:49
精华帖  主题:回复:S120主从震荡调试经历

是的。你猜得对。

就是因为速度控制方式:V/f模式、SLVC模式没有编码器,所以驱动不知道真实的电机轴旋转状态。因此这段低速(启动)区间是不好控制的;因此切到开环,用这几个参数来补偿电机扭矩。

同样,转矩控制方式的 SLVC也是因为没有编码器,不知道电机轴转了没转,所以转矩输出不稳定,一股一股的。

所以,没有编码器情形 @kdrjl 干脆用1300=19,自己做个稳定的转矩输出。

大电机惯量大,你不用手摸着电机轴,感觉不出来这个一股一股的转矩输出。

只能通过Trace看转矩电流判断了。


一般恶劣环境下,不喜欢使用编码器的。你这个大电机用编码器?

学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
lxm650
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33楼    2020-07-26 20:07:00
精华帖  主题:回复:S120主从震荡调试经历

1、抱闸打开阈值达到后会进入STOP2状态,这时速度设定值按照OFF3的下降斜率下降,持续时间为抱闸打开时间。能降到什么值却决于达到阈值时的速度设定值和OFF3下降时间,抱闸打开时间到后速度设定值继续上升,这是速度设定值一直使能的情况,按照西门子默认的抱闸控制,速度设定值是要在抱闸打开时间过后才使能,因此没有STOP2状态。

2、转矩控制方式下,是不执行抱闸控制功能的,因此不会有抱闸控制输出。

3、卷扬这种硬链接应用主从机输出应该要一样,怎么会设置从机只出80%力矩?通常是主机速度控制,从机转矩控制,至于振动应该是别的原因造成。

4、主从控制的电机应该是同一型号,因此励磁时间应该基本一致,不会差太多,做完辨识后检查下再手动将励磁时间设为一致,这样两台电机动作才同步。

楼主有时间录下类似我上面帖子所示的波形以便于分析。

yming
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52楼    2020-10-31 12:24:52
精华帖  主题:回复:S120主从震荡调试经历

首先,你主帖的问题,是在于 传动系统的间隙。学过《自控原理》的都知道,间隙环节(齿轮传动)是最讨厌的。它就是个控制中的延迟环节。别说同步了,单机传动都会出现振荡、定位都会造成问题。此外,就是弹性环节(三角带传动)同样可以造成隐性的振荡,导致传动系统寿命缩短

对于齿轮传动,当然是消除间隙最好。(其实就像开老车,方向盘机械传动有间隙的那种感觉。)

在驱动器上,针对机械传动间隙、弹性环节解决的方法就是降低增益加大积分时间;Droop 的效果也是降低控制响应。

(多机速度同步,也要同比降低响应,消除振荡,)


针对你51楼的问题,要理解鼠笼式异步电机的原理。

定性的说:

异步电机的鼠笼转子,相当是分布的短路环,本身没有磁场。其结构具有默认的磁场形态。

当变频器启动开始,通常都是从0Hz(0Hz=直流),对定子绕组给出一个电流。(注意:磁场只和电流有关,与电压无关!)这个电流多大呢?西门子驱动器默认给出电机的额定电流。(它是通过调试的静态辨识,测得的绕组电阻和输入铭牌额定电流,简单计算就可得出输出电压。),这样就建立了励磁电流,因为定子绕组是线圈,是电感元件,其过程需要时间(励磁时间)。


这时,励磁建立的磁场对转子有影响么?

要知道,这是异步电机,鼠笼转子相对这个磁场静止,是不会有感生电流的,也不会有转矩的。

只有转子相对定子磁场转动,(拖动负载或被负载拖动)鼠笼才会切割磁力线产生短路电流;同时产生转子磁场。相对转速越快,短路电流越大、转子磁场越强。


相对转速最多能多大呢?就是滑差转速。(电机同步转速和额定转速之差。)这时的转子转矩就达到了额定转矩。


驱动器启动,输出计算的额定电流的电压时,真的能达到额定转矩么?

在V/f模式下,对于拖动,实际上是达不到的!因为,当出现鼠笼转子相对转动时,其转子磁场会在定子绕组上产生反电势,抵消了一部分驱动给出的输出电压,导致定子无功励磁电流的降低、定子磁场强度(磁通量)的降低。所以,这时(额定电流下)的鼠笼转子最大转矩也就是40%左右的电机额定转矩。

对此,变频器对V/f模式预留了P1311(启动电压提升)P1312(升速电压提升)来改善这种情况。

这就是,在V/f模式下;包括SLVC的启动开环区间。电机轴会转动的根本原因。


如果是带有编码器的矢量控制时,这个闭环是从给定转速零(不是控制输出0Hz)来控制的。

编码器当发现转子有转动时,驱动器会控制输出适当的正向、反向的频率,保持转子不动。

这就是有无编码器的区别。

学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
Zane
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54楼    2020-11-01 16:32:25
精华帖  主题:回复:S120主从震荡调试经历

楼主没有更换电机,就是换了个减速机,如果更换的是同型号的减速机,工况条件什么都没有变,我认为是不应该出现上述问题的,除非新换的减速机与原型号差异太大。


两台硬链接的主从电机,应该是使用的同一品牌规格型号的电机,励磁特性不应该出现明显的差异,再者电机的励磁特性怎么会与减速机有关呢?


所以我认为,楼主并没有找到系统工作不正常的真正原因,而原因很可能就是主电机,这完全可以从分别单独运行电机,并TRACE转速电流等参数做比对来发现问题。楼主交换了主从电机,便且取得明显效果就可以说明。


又不是新做设备,只是设备维护,不建议轻易去修改控制参数,在没找到确切原因之前,任何异常总是有原因的,我甚至认为楼主的CASE,更换减速机都是有些盲目了。


电机,减速机,驱动器,编码器可能都会有问题,是否仔细排查过?

Zane 注册自动化系统工程师 Always save before download
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