Автор: Херли Гилл • Старший инженер по приложениям и системам | Коллморген

Пожалуйста, обратитесь к часть первая и часть вторая из этой серии из трех частей приведена справочная информация о функциях и типах регенеративных резисторов для сервоприводов.

Давайте теперь рассмотрим наихудший случай замедления оси, требующий достижения нулевой скорости для p-stop или e-stop. Это простое упражнение позволит определить необходимый восстановительный резистор на основе значения Er (sf), не вдаваясь в более сложные расчеты для многоосевой системы или даже для одной оси, необходимой для многократного замедления.

Проектные допущения: Источник переменного тока напряжением 3-480 В приводит в действие вращающийся электрический серводвигатель, приводящий в движение горизонтальную ось, которая должна замедляться до нулевых оборотов в минуту. Таким образом, нормальная работа двигателя и привода обеспечивает выход:

Trms = 20_ Нм и Tpk = 50_ Нм при Ipk = 28_Arms
J_load = 1_кг·м² и Pc_req=1041W
Ppk_req = 1,150 Вт.

Выбранные значения производительности двигателя и привода: Давайте предположим, что мы выбрали бескаркасный бесщеточный двигатель с Kt (номинальная температура) = 2,19 Нм/об/мин; Kb(25°C)=133 об/мин; Jm=0,00304 кг·м²; Tpk (двигатель) = 76,1 Нм; Rm(L-L) = 1,41 Ом (для постоянной температуры холода или окружающей среды).

Предположим, что мы выбрали сервопривод, имеющий Ic = 12_Arms, Ipk (привод) = 30_Arms, емкость шины постоянного тока = 470 МКФД, Vmax (неисправность) = 840 В постоянного тока, внутреннее напряжение регенерации = 100 Вт и 33 Ом. Регенеративная мощность Regen(c)_output(480 В переменного тока) = 6 кВт и Regen(pk)_output(480 В переменного тока) = 21,4 кВт в течение 1 секунды; Regen (ext) = 33_ом (Ом).

Теперь предположим, что линейное замедление нашей функции остановки (sf) равно Tpk = 50_ Нм при Ipk = 28_Arms для t_dec = 1,2_ сек. Для анализа функции остановки нам нужно использовать данные из настроек электропривода приложения, чтобы минимально определить пять значений:

Irms(приложение) = Trms/Kt(двигатель) = 20_Nm ÷ 2.19_Nm/Рычаги ≈9.13_Arms

Nmax (максимальная скорость) = 570 об/мин, где сосредоточена наибольшая кинетическая энергия; как правило, это будет максимальная скорость (непосредственно перед любой возможной функцией остановки (sf)) с наибольшей массой, с наименьшим трением и любой внешней нагрузкой, способствующей (-) или препятствующей (+) способности оси останавливаться.

Общая инерция (J_total) оси — i.e. all reflected inertia & otherwise (J_load) at the motor plus motor’s rotor inertia (J_motor). J_total = J_load + J_motor = 1_kg·m² + 0.00304_кг·м² = 1.00304. Обратите внимание, что при несоответствии J_load / Jm = 329:1 это должна быть нагрузка с прямым приводом.

Момент трения (Tf) на двигателе отмечая, что если Tf относительно мал, часто предполагается, что Tf = 0_Nm.

Любой внешний крутящий момент (T_ext) на двигателе во время остановки объекта -функция замедления; для нашего примера: T_ext = 20_Nm (положительное (+) значение, означающее для этого приложения: это увеличивает ось E(k), затрудняя остановку (как для вертикальной оси, пытающейся остановить движение вниз, где гравитация добавляет E(k), делая остановки более сложный).

Следующим шагом в нашем анализе является определение желаемого времени замедления функции остановки t_dec. Обратите внимание, что это значение t_dec обычно требуется для удовлетворения некоторых требований заказчика к функции остановки и /или того, что диктуется доступными ограничениями тока привода, такими как I2t привода (Я²t) алгоритм обратного сворачивания. Определение наиболее подходящего времени замедления функции остановки, скорее всего, потребует нескольких итераций расчета. Для замедления, требующего Ipk(привода) в течение времени, превышающего доступное, в зависимости от I привода²в алгоритме часто используется микросхема (привод). В противном случае Ipk (привод) или Ipk (двигатель) становится пределом. В нашем примере здесь Ipk(диск) доступен для t_dec = 1.2_sec.

Обратите внимание, что для линейных применений необходимо заменить вращательно-инерционные единицы измерения J в кг·м² с единицами массы M в кг, а также единицами скорости ω в радианах/сек и единицами скорости V в метрах/сек.

Er (sf = E(k) – E(el) ± E(ext-f) – E(f); то есть: кинетическая энергия за вычетом потерь ± любые внешние силы, где каждое неизвестное вычисляется и идентифицируется в соответствии с условиями функции остановки оси (sf). Для этого примера:

E(k) = Энергия(кинетическая) = ½(J_load + J_motor) вт² = ½(1.00304_кгм²) (570 об/мин/9.55) ² = 1786,62_джоулей

Он(он = Энергия(электрические потери) = 3(I²_dec x Rm/2) t_dec. = 3(28² x 1,41/2) x 1,2 = 1989,8_джоулей

E(ext-f) = Энергия (внешние силы) = T_ext x Δωm/2) t_dec = (+20_ Нм x 570 об/мин/2/9,55) x 1,2_сек = 716,3_джоулей

E (f) = Энергия (трение) = (Tf x Δωm/2) t_dec, и поскольку Tf относительно мал, мы предполагаем, что E(f) = 0_джоулей

Следовательно, Er(sf) = ½(J_load + J_motor) wm² – 3(Я²_dec x Rm/2) t_dec ± (T_ext x Δωm/2) t_dec) – (Tf x Δωm/2) t_dec.

Итак, Он (sf) = 1786.62_джоулей-1989. 8_джоулей +716. 3_джоулей-0_джоулей = 513. 12_джоулей.

Поскольку рассчитанное значение Er(sf) > 0, нам необходимо определить, способна ли шина постоянного тока привода поглотить 513,12 джоулей, возвращенных на шину постоянного тока. Емкость шины постоянного тока E(caps) = энергия (дополнительная емкость) = ½C(В постоянного тока²_max(неисправность) –напряжение постоянного тока²_bus). Для нашего дизайна это равно ½ × 470 МКФД × ((840-1)² –(480 В переменного тока√2)²) = 57,13_джоулей.

Сначала нам нужно проверить, может ли шина постоянного тока привода поглощать возвращаемые джоули за счет своих внутренних возможностей регенеративного резистора — при этом для выбранного нами компонента это значение выражается как RBint = 100 Вт и 33 Ом для t_dec = 1,2_сек и E(int-reg) = 120_джоулей.

Это означает, что Er(sf) – E(caps) – E(int-reg) = 513,12_джоулей – 57,13_джоулей – 120_джоулей = 336_джоулей, так что Er(sf) – E(caps) – E(int-reg) > 0. Это, в свою очередь, означает, что внешний регенеративный резистор является требуется с минимальной рассеивающей способностью > 513,12 джоулей или, по крайней мере, нам нужно увеличить время, в течение которого допускается замедление. Здесь есть одно предостережение: Для события функции остановки, мы не можем гарантировать какую-либо возможность хранения емкости шины постоянного тока — именно поэтому E(caps) не вычитается из Er(sf) для окончательного определения минимальных требований.

Расчетная мощность для функции остановки: Ppk_req(sf) = Er(sf)/t_dec = 513,12_джоулей/1,2_сек = 428 Вт.

Теперь давайте рассчитаем требуемую минимальную постоянную потребляемую мощность. Минимальная потребляемая мощность в непрерывном режиме составляет Er(всего) / t_total; однако нам нужны максимальные пиковые требования к выбранному двигателю и приводу в зависимости от конкретного события — функция остановки — и не для постоянной потребляемой мощности, определенной результатами применения (т.е. Pc_req = 1041 Вт) на основе нормальной работы оси (профиль движения).

Постоянная потребляемая мощность, определенная по результатам применения, дает Pc_req = 1,041 Вт на основе нормальной работы оси, выполняющей действия, нанесенные на график ее профиля движения. Однако здесь мы ищем максимальное пиковое требование для выбранного двигателя и привода основанный на конкретном событии— функция остановки — и не постоянная потребность в питании.

Примечание: Любой Pc_req, вычисленный по профилю движения функции остановки, будет поддельным и не будет иметь большого значения, если конкретная функция остановки не смоделирована с помощью Trms, Nrms и Nmax (оборотов в минуту) на основе худшего варианта нормальной работы подходит для конкретного применения и выбора электропривода. Последний тип моделирования обычно не выполняется, поскольку эта информация определяется во время первоначального определения размеров. Слегка измененный подход к моделированию функции остановки оси заключается в использовании эквивалентного сегмента профиля движения для нормальной работы непосредственно перед определяемой оцениваемой функцией остановки, включая среднеквадратичные непрерывные условия, максимальную скорость и любую внешнюю нагрузку. Это поможет определить, есть ли какие-либо проблемы с алгоритмом обратного свертывания I2t.

В нашем примере пиковая потребляемая мощность при восстановлении составляет Pc_req = 1041 Вт, Ppk_req = 1150 Вт и Ppk_reg(sf) = 428 Вт. Таким образом, в этом примере приложения Pc_req фактически является доминирующим требованием для выбора мощности восстановления. Стандартный выбор резистора восстановления для предлагаемого привода составляет 33 Ом при номинальной мощности 250, 500, 1500 и 3000 Вт. Резистор восстановления 33 Ом и 1500 Вт (при условии, что Ppk_resistor = 10 x непрерывный) — наш лучший выбор из стандартных предложений производителя.

Итак, соответствует ли 33-омный резистор regen мощностью 1500 Вт всем условиям применения? Что ж, давайте выясним. Максимальное сопротивление выбранного резистора восстановления, которое будет постоянно поддерживать шину постоянного тока на уровне ее максимального значения — VDC_max(неисправность) — определяется:

Однако для выбранного стандартного резистора следующего размера, имеющего мощность: 1500 Вт, значение R_regen(Ω) должно быть меньше 469 Ом.

Предполагая, что мы выберем резистор регенерации мощностью 1500 Вт с сопротивлением 33 Ом, максимально возможный ток регенеративного шунта I_shunt(Rmax) пиковая мощность резистора ограничена:

При таком выбранном регенеративном резисторе максимально возможный ток шунтирования регенерации I_shunt(максимальное значение привода) ограничено возможностями привода — учитывая : Regen(pk)_ выходная мощность (480 В переменного тока) = 21,4 кВт в течение одной секунды — и составляет:

Минимальное сопротивление выбранного восстановительного резистора не должно превышать ни значения шунтирующего тока восстановительного резистора, ни максимального значения шунтирующего тока привода. Таким образом, I_shunt равен меньшему значению между I_shunt(Rmax) и I_shunt(Drive-max).

Однако для выбранного стандартного резистора мощностью 1500 Вт и 33 Ом значение R_regen(Ω) должно быть больше, чем 3.3 Ω.

В соответствии с данными из ранее рассчитанных требований, требования к пиковому току восстановления I_pk(Reg-приложение) для данного применения и выбранный регенерационный резистор мощностью 1500 Вт 33 Ом является:

Учитывая выбранный резистор, способность резистора к постоянному току Ic(Reg-Res) является:

В соответствии с приведенными данными (из ранее рассчитанных требований), требования к постоянному току регенерации Ic(Reg-приложение) для данного применения и выбранного восстановительного резистора мощностью 1500 Вт 33 Ом используется:

Возможность непрерывного восстановления тока шунтирования привода Ic (восстановленная емкость накопителя) — на основе выходного сигнала Regen(c)_ (480 В переменного тока) мощностью 6000 Вт с выбранным резистором regen мощностью 1500 Вт:

Наконец, мы проходим через окончательное подтверждение нашего выбора регенерационного резистора.

Итак, соответствует ли резистор регенерации мощностью 33 Вт мощностью 1500 Вт всем условиям? Действительно, выбранный регенерационный резистор отвечает всем условиям и является разумным выбором.