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        發布時間: 2023-12-20 08:00
        最后更新: 2023-12-20 08:00
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        西門子模塊一級總代理商|授權一級代理商

        在多機共同驅動同一個負載的系統中,由于機械連接的材料及方式,實際負載的不均勻分布等原因,將會造成各電機驅動系統的實際轉速出現瞬時偏差的情況。


        1.1 常見的場景



        齒輪箱嚙合連接


        圖片

        圖1 齒嚙合連接


        由于加工、安裝、老化磨損等導致齒隙,進而從動齒與主動齒的速度不一致,即:

        Vdriven≠Vdriving

        其中,

        Vdriven:從動齒輪線速度;

        Vdriving:主動齒輪線速度;



        長軸機械耦合連接


        圖片

        圖2 長軸機械耦合連接




        由剛體及阻尼體構成,在電磁轉矩與負載轉矩的作用下,整個機械系統出現了“扭轉"的過渡過程,將造成兩套驅動系統輸出的轉速出現瞬時偏差,即:       

        圖片



        彈性耦合連接


        圖片


        圖3 彈性耦合連接



        負載(包括摩擦,機械負載等)與電磁轉矩的偏差造成多機傳動之間的耦合連接出現相對位移,進而造成各個驅動系統之間的瞬時速度不一致,即:

                         ω1≠ω2       

        ω1:驅動系統1的角速度;

        ω2:驅動系統2的角速度;




        1.2 負荷分配控制方案




        負荷分配要求變頻器運行于矢量控制模式,帶電機編碼器或不帶編碼器均可。負荷分配的控制方案主要包括:

        主從控制

        Droop控制

        不同的控制方案各有優缺點,適用場景也不盡相同。下面就為大家帶來詳細的介紹。




        2 主從控制

        主從控制包括下述多種方案:

        速度控制加轉矩控制

        速度環飽和加轉矩限幅

        從機直接采用轉矩控制可能出現動態過程振蕩、連接斷開時飛車等情況,下面主要介紹一種改進的轉矩控制方案。




        2.1  過程分析




        從電機運動方程來分析:

            Te=TL+GD^2 dn/dt    (2-1)

        其中:

        Te:電機電磁轉矩;

        TL:電機軸端負載轉矩,包括機械負載、摩擦、風阻等;

        GD^2:機械轉動慣量,包括電機及機械設備

        n:電機實際轉速,dn/dt:電機轉速變化率;


        從這個方程來看,在機械系統一定的情況下,電機轉速的變化決定于電機輸出的電磁轉矩及其軸端的負載轉矩。


        分析上述應用場景下的動態和穩態過程:

        動態過程
        上述動態過程由于多種因素造成電機實際轉速不一致,而這將造成電機軸端負載分配不均勻。若采用的主從控制方式:主機速度控制+從機力矩控制方式,即從機力矩取自主機,而主機軸端與從機軸端負載不一致,根據公式(2-1)在從機的電磁轉矩與負載轉矩產生偏差,直接影響到從機的實際轉速,而主從實際轉速的不同,由于機械之間的耦合,將會影響到主機軸端的負載情況,由于主機采用速度閉環控制,其輸出轉矩將發生變化,傳遞到從機,循環往復,此時將很容易導致系統振蕩,無法進入到穩態過程,嚴重的情況甚至會損壞設備,無法正常工作。


        穩態過程
        進入到穩態,此時主從設備之間的相對運動趨于0,轉速基本一致,進而負荷分配也趨于一致。

        通過上述分析,給定值系統已固定的情況下系統依然無法快速進入穩定狀態,而出現系統振蕩的情況。



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