Небольшое знание некоторых ключевых факторов и потенциальных проблем может помочь упростить процесс настройки инвертора на электродвигатель.
Патрик Беркнер, инженер по системному применению
Джона Лизон, менеджер по продуктам электрификации
Камаль Т. Уолли, старший системный инженер
Паркер Хэннифин
Поскольку все больше компаний пытаются электрифицировать свое оборудование, часто возникает проблема правильной настройки инвертора на электродвигатель. Чтобы сэкономить время и повысить эффективность такого перехода, важно должным образом учитывать ряд факторов при настройке инвертора на электродвигатель. К ним относятся режимы управления и функции ограничения, знание различных типов настройки (ток, скорость / скоростные контуры, напряжение), знакомство с некоторыми распространенными проблемами настройки, связанными с источником питания и/или механикой, а также с тем, как настройка превращается в автоматизацию.
Режимы управления
При рассмотрении вопроса о приобретении электродвигателя и инверторной системы необходимо изучить многие параметры, включая требуемый режим управления системой.
Режимы управления являются ключевыми инструментами в оптимизации процесса настройки для конкретного применения и представляют собой метод, используемый инвертором для исправления ошибок в работе электродвигателя. Выбор подходящего режима управления зависит от типа двигателя, необходимого для выполнения тяговой или рабочей функции. К другим важным факторам относятся особенности применения и архитектура устройства. Ниже представлен обзор некоторых наиболее распространенных режимов управления.
Регулирование скорости
В приложении ePump режимом управления, скорее всего, будет скорость или скоростной режим. Это означает, что вводимая вами команда будет управлять скоростью вращения двигателя.
Режим регулирования частоты вращения двигателя обеспечивает узкий диапазон допустимых оборотов, влияющий на частоту вращения двигателя, и является эффективным методом управления мощностью двигателя.
В режиме «Регулирование скорости» пропорциональные и интегральные регуляторы контура регулирования скорости (PI) регулируют требуемый крутящий момент двигателя, гарантируя, что измеренная частота вращения двигателя соответствует заданной скорости.
Контроллер сначала вычисляет ошибку скорости (требуемая скорость минус обратная связь по скорости), которая затем передается в PI-регулятор контура скорости.
Регулирование крутящего момента
Для управления тягой автомобиля обычно используется режим крутящего момента. Аналогично тому, как работает автомобиль, при нажатии на акселератор крутящий момент передается на колеса. Чем сильнее нажат акселератор, тем больше крутящий момент, что ускоряет движение автомобиля. Отпускание акселератора приводит к ускорению движения автомобиля.
В режиме «Регулирование крутящего момента» PI-регулятор контура скорости неактивен. Однако при остановке инвертора в режиме «Регулирование крутящего момента» инвертор автоматически переключается в режим «Регулирование скорости» и переводит двигатель на нулевую скорость.
Режим «Контроль крутящего момента» часто включает функцию ограничения скорости, которая снижает предельный крутящий момент до нуля, если частота вращения двигателя превышает установленное ограничение скорости. Это предотвращает превышение заданных скоростей.
Настоятельно рекомендуется установить контрольный предел, чтобы гарантировать, что крутящий момент не превышает предельных значений для любого компонента системы.
Режим управления постоянным током
Если система должна вырабатывать электроэнергию, то выбирается режим управления напряжением постоянного тока. В приложениях, требующих режима управления напряжением постоянного тока, электродвигатель приводится в действие от двигателя (например, двигателя внутреннего сгорания), который подает механическую энергию на электродвигатель, управляемый инвертором.
В режиме “Управление напряжением постоянного тока» инвертор автоматически регулирует требуемый крутящий момент двигателя, чтобы гарантировать соответствие измеренного напряжения на шине постоянного тока (обратная связь) требуемому напряжению постоянного тока.
Требуемый положительный крутящий момент при положительной частоте вращения двигателя регулирует поток энергии от инверторной линии постоянного тока к устройствам с внешним питанием, тем самым снижая напряжение на линии постоянного тока. Отрицательная потребность в крутящем моменте при положительной частоте вращения двигателя приводит к управлению подачей энергии от двигателя на инверторную линию постоянного тока (режим регенерации), тем самым повышая напряжение на линии постоянного тока.
Выбор подходящего режима управления зависит от типа двигателя, необходимого для выполнения тяговых или рабочих функций. К другим важным факторам относятся особенности применения и архитектура машины.
Ограничивающие функции
Функции ограничения представляют собой серию функциональных блоков для двигателей и приводов, которые работают совместно, обеспечивая конечное ограничение тока/крутящего момента на выходе двигателя. В дополнение к этим функциональным блокам, ограничения тока и крутящего момента являются внутренними методами защиты с предельными значениями, устанавливаемыми пользователем. Ограничение тока и крутящего момента используется для защиты инвертора, двигателя и компонентов системы.
Существует два типа текущих ограничений:
Предел номинального напряжения и тока
В электродвигателе сначала определяется предельный ток, а затем преобразуется в предельный крутящий момент. Ограничение тока обычно происходит автоматически для защиты инвертора и двигателя.
Ограничения по току зависят от температуры инвертора, частоты переключения на выходе, выходной электрической частоты и номинального тока устройства. Результатом работы этой функции является максимальная величина постоянного тока, которую инвертор может выдавать в любой момент времени. Это может быть расценено как диагностическое сообщение, если требуемая мощность двигателя недостижима из-за ограничений инверторного устройства.
Предел тока постоянного напряжения
Предельный ток постоянного напряжения и предельный ток температуры двигателя настраиваются пользователем и регулируются в диапазоне рабочих характеристик, определяемом аппаратными возможностями системы. Система управления аккумулятором также может ограничивать доступный ток, поскольку она отвечает за обеспечение доступного выходного и входного тока (во время регенерации). Эти ограничения могут также ограничивать входной/выходной ток, если напряжение постоянного тока или температура двигателя выходят за пределы рабочих пределов, установленных при вводе системы в эксплуатацию.
Выходной сигнал ограничения тока является важным диагностическим сигналом, поскольку основной контроллер в любой системе должен знать, на что способен инвертор в любой момент времени. Наконец, основной контроллер также должен знать, не привели ли какие-либо факторы к ограничению доступной производительности.
Настройка сервосистемы
Сервосистема обычно состоит из контура тока и контура скорости. В этой системе сначала необходимо настроить контур тока, а затем контур скорости. На самом деле, плохо настроенный контур тока может сделать невозможным оптимальную настройку контура скорости.
Для систем, работающих в режиме регулирования крутящего момента без ограничения скорости, необходимо только настроить токовый контур. В этом случае следите за тем, чтобы двигатель не работал на максимально возможной скорости, что может привести к остановке двигателя. Наконец, при настройке тяговой системы с ограничением скорости требуется настроенный контур скорости.
Настройка контура тока
Для настройки контура тока в большинстве инверторов используются два параметра: Kp — пропорциональный параметр и Ki — интегральный параметр. Например, в инверторе Parker GVI Kp используется для регулировки времени нарастания начального сегмента сигнала, а Ki используется для регулировки времени нарастания второй половины сигнала. Время нарастания означает время, необходимое для прохождения тока от инвертора к обмоткам двигателя за 2 мс.
Идеальным сценарием является корректировка значений Kp и Ki для достижения текущего времени нарастания от 2 до 3 мс. Это достигается путем установки Kp и Ki с некоторыми начальными значениями, а затем корректировки для достижения идеального времени нарастания.
Настройка скорости/скоростного контура
При настройке скоростного контура цель состоит в том, чтобы поддерживать постоянную скорость двигателя независимо от нагрузки на вал.
Настройка скоростного контура заключается в регулировке Kp и Ki таким образом, чтобы уменьшить любое превышение скорости при отпускании давления насоса и любое снижение скорости из-за быстрого приложения гидравлического давления.
При настройке контура скорости Kp используется для уменьшения превышения или занижения скорости двигателя, а Ki используется для уменьшения времени, необходимого для восстановления после превышения или занижения скорости.
Когда параметры Kp и Ki установлены оптимально, любые внешние силы, приложенные к двигателю, практически не изменят скорость, если вообще изменят.
Общие проблемы с настройкой
Общие проблемы настройки, связанные с настройкой сервосистем, как правило, связаны с двумя основными областями: источником питания и механикой.
Частые проблемы с источниками питания включают:
Некоторые распространенные механические проблемы включают:
Будущее тюнинга
Вероятно, времена ручной настройки, о которых говорилось выше, подходят к концу. Производители электродвигателей и инверторов создают новое поколение инверторов, которые могут автоматически настраивать инвертор на электродвигатель. Теперь можно просто выбрать номер детали двигателя, а параметры двигателя, предельные значения и настройки загружаются в преобразователь для настройки частоты вращения и контура тока.
Такой уровень оптимизации может сэкономить драгоценное время и значительно повысить эффективность вашей электрифицированной системы, так что она будет превосходить традиционную дизельную систему и, возможно, двигатель и инвертор от нескольких поставщиков.
Из-за сложности модификации или внедрения электрической системы для достижения оптимальной эффективности крайне важен квалифицированный партнер, который сократит время вывода вашей системы на рынок, сократит необходимость в пробах и ошибках, поможет вам быстрее достичь оптимальной эффективности вашей системы, обеспечит экономию затрат на внедрение и превзойдет ваши ожидания по производительности системы электрификации.
Паркер Хэннифин
parker.com
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии