眾為興永磁同步電機系統在給料機系統中的應用
關(guān)鍵詞：
永磁同步電機系統，給料機系統，運動(dòng)控制系統
概述：
目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著(zhù)產(chǎn)品的升級，客戶(hù)要求伺服電機具有高速、高平穩性、高過(guò)載能力、低成本、小體積等特點(diǎn)。為了適應這種市場(chǎng)需求，眾為興公司開(kāi)發(fā)了一套新的低壓伺服電機驅動(dòng)器系統。
內容：
概述?
失重式給料機由料斗、喂料器（單、雙軸螺旋喂料器）、稱(chēng)重系統和調節器組成，在操作中，料斗、物料和喂料器共同連續地進(jìn)行稱(chēng)重。隨著(zhù)物料送出后，測量真實(shí)的失重速率，并將它與所需要的失重速率（設定值）加以比較。失重式給料機（失重給料機）通過(guò)調解喂料器速率來(lái)自動(dòng)修正偏離設定點(diǎn)的偏值。從而可以均勻準確地連續喂送物料。 目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著(zhù)產(chǎn)品的升級，客戶(hù)要求伺服電機具有高速、高平穩性、高過(guò)載能力、低成本、小體積等特點(diǎn)。為了適應這種市場(chǎng)需求，我們公司開(kāi)發(fā)了一套新的低壓伺服電機驅動(dòng)器系統。該系統由QS208020M驅動(dòng)器和ACL06040B-2B伺服電機來(lái)組成，可以應用于失重式給料機系統中。?
1．伺服電機ACL06040B-2B?
給料機要求螺桿軸的電機具有較寬的轉速范圍，運行平穩。計算表明，在一定降額的情況下，400W就具有足夠的余量。而且給料機系統中大部分具有60V開(kāi)關(guān)電源，所以我們選擇了60V、400W、3000rpm作為永磁同步電機的額定參數。電機的定子采用4對極繞組，永磁體采用高性能的稀土永磁材料（Nd-FeB）。反饋元件采用2500線(xiàn)的增量式光電編碼器，電機的分辨率為10000脈沖/每圈。 電機參數見(jiàn)下表1
電機型號 | ACL06040B-2B | 線(xiàn)電阻(Ω) | 0.3327±10％ |
額定功率(W) | 400 | 線(xiàn)電感(mH) | 1.41±10％ |
額定電壓(V) | 60 | 轉子慣量(Kg.m2*10-4) | 0.3221±10％ |
額定電流(A) | 8.4±10％ | 力矩系數(NM/A) | 0.1501±10％ |
峰值電流 | 16.1±10％ | 反電動(dòng)勢系數(V/KRPM) | 9.08±10％ |
額定轉速(RPM) | 3000 | 額定扭矩(NM) | 1.27 |
表1：ACL06040B-2B電機參數表 實(shí)際測量電機的特性曲線(xiàn)入下圖所示。測試方法是先設定電機的轉速為3000rpm，然后負載從0慢慢增加到0.64NM，測試電機的實(shí)際轉速。
?圖1：ACL06040B-2B電機運頻特性?
測試數據表明，在整個(gè)加載過(guò)程中，電機的轉速穩定在3000±1rpm，因此其相對轉速變化率?
?其中 n0 =空載時(shí)轉速 nl=滿(mǎn)負載時(shí)轉速。 從測試數據來(lái)看電機在整個(gè)轉速范圍內運行非常平穩。通過(guò)對比測試發(fā)現，其平穩性并不國外著(zhù)名品牌的差，而且價(jià)格具有較大的優(yōu)勢。
2．交流伺服驅動(dòng)器QS208020M?
伺服的控制要求和步進(jìn)電機或感應電機有較大的區別，它要求電機具有控制系統具有響應快、精度高、高轉速、轉矩脈動(dòng)小等特點(diǎn)。目前FOC算法是較為成熟的算法之一，本驅動(dòng)器采用基于TMS320F2801和FOC算法技術(shù)進(jìn)行對電機動(dòng)態(tài)解耦控制。 2.1磁場(chǎng)定向控制原理 伺服驅動(dòng)器的控制原理圖如下： 1.轉子磁極位置檢測和速度計算模塊； 2.位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制器； 3.3S/2S,2S/2R,2R/2S坐標變換模塊； 4.SVPWM模塊； 5.三相逆變模塊。 QS208020M伺服驅動(dòng)器通過(guò)電流采樣電阻或者霍爾電流傳感器檢測電機的相電流ia、ib，（其中ic可以由方程 ia+ib+ic=0求得，因此實(shí)際應用中只需要采集兩相電流就足夠了）。所采樣到的相電流經(jīng)過(guò)A/D轉換器轉化成數字量并送進(jìn)DSP做處理。 通過(guò)Clarke變換和Park變換將電流ia，ib，ic變換成旋轉坐標系中的直流分量id、iq。id?、iq作為電流負反饋送到電流調節器中進(jìn)行處理。 給定位置θref與位置反饋量θm的偏差經(jīng)過(guò)位置調節器計算，其輸出作為參考轉速nref，nref與轉速反饋量n的偏差經(jīng)過(guò)速度調節器、其輸出作為用于轉矩控制的q軸電流參考分量iqref。以轉速反饋量n作為輸入的函數發(fā)生器，根據控制策略制定的'n-Ψ'曲線(xiàn)給出了用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的d軸電流參考分量idref。idref和iqref與電流反饋量iq，id的偏差經(jīng)過(guò)電流調節器，分別輸出Οdq旋轉坐標系的相電壓分量vqref和vdref。再經(jīng)過(guò)Park逆變換轉換成Οαβ直角坐標系的定子相電壓矢量的分量varef和vbref。 編碼器會(huì )反饋轉子的磁極位置信號UVW，可以通過(guò)UVW信號來(lái)確定轉子所在的扇區，就可以利用SVPWM模塊，產(chǎn)生三相PWM斬波，從而可以采用類(lèi)似直流電機的方法進(jìn)行控制交流伺服電機。?
圖2：QS2伺服驅動(dòng)器工作原理(點(diǎn)擊圖片可放大查看原圖)?
QS2伺服驅動(dòng)器。?本伺服驅動(dòng)器采用了32位高性能的DSP芯片，采用先進(jìn)的FOC技術(shù)。它具有高性能，高精度，體積小巧，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)在給料機系統上測試表明，電機從靜止到加速到最高轉速，僅需要約10毫秒的時(shí)間。故在給料機這種高精度、高響應性的場(chǎng)合，能很好地滿(mǎn)足客戶(hù)需求。 1.給料機系統分析。?
圖3：給料機工作原理 給料機的結構
如上圖所示。顆粒通過(guò)漏斗往下進(jìn)入螺桿軸。其中攪拌軸在工作時(shí)做攪拌用，可以增加顆粒物的流動(dòng)性。顆粒從螺桿的螺紋間隙中，隨著(zhù)這螺桿是旋轉不斷向前推薦。假設螺桿旋轉一圈，顆粒物前進(jìn)的質(zhì)量為Δm。因此螺桿軸輸出的物料的質(zhì)量M=Δm*L，其中L是螺桿旋轉的圈數。由上述可知，控制電機所旋轉的圈數，就能控制顆粒物給料的質(zhì)量。 本應用案例中，采用的是QS208020M+ACL06040B-2B電機，輸入方式采用模擬量輸入控制轉速，其具有響應快，控制精度高的特點(diǎn)，能很好的應用在給料機系統當中。 2.結論 給料機的螺桿軸對伺服性能要求體現在響應性和平穩性和定位精度。本數字 伺服系統有響應快，轉矩脈動(dòng)小，精度高的特點(diǎn)能很好的應用在給料系統中。 目前，QS208020M驅動(dòng)器已經(jīng)ACL06040B-2B電機已經(jīng)大量的應用在給料機行業(yè)中。下圖為某公司的給料機系統，該系統就在行業(yè)處于領(lǐng)先地位，其用的就是本公司的產(chǎn)品。
