Преимущество синхронных двигателей очевидно. Они обеспечивают абсолютно жесткую механическую характеристику привода даже в разомкнутой системе, а с развитием постоянных магнитов стали более компактными, найдя применение во многих областях промышленности. Использование сервоприводов (синхронных двигателей с постоянными магнитами и датчиком обратной связи) также характерно для производства различных продуктов, и станкостроение не является исключением. Всем широко известно их применение в качестве приводов подач у станков, а также в применениях, требующих точного позиционирования, высокого быстродействия и эффективности.
Зачастую такие комплектные системы стоят довольно дорого, а точность и быстродействие, обеспечиваемые сервоприводами, не всегда бывают необходимы для работы в той или иной сфере. Именно поэтому было решено найти достойную замену сервоприводам с целью обеспечения пользователя готовой бюджетной, а главное, работоспособной системой.
Сотрудники «КоСПА», на основе многолетнего опыта работы с сервоприводами и приводными системами, решили использовать преобразователи частоты A1000 от YASKAWA с платой обратной связи PG-X3 в комплекте c синхронными двигателями серий «NYS» и «KM-HM» от компании «Балт-Систем». Сотрудники «КоСПА» считают, что такой вариант прекрасно подходит для использования в станках с ЧПУ, где не требуется высокая точность обработки конечных изделий.
Синхронные двигателями с постоянными магнитами серий «NYS» -слева, KM-HM- справа
В качестве опытных образцов были выбраны синхронные двигатели с постоянными магнитами серии NYS-L-20-16 мощностью 4 кВт и НM-11-10 мощностью 2,1 кВт. Каждый из этих двигателей работал с преобразователем частоты А1000 в режиме векторного датчикового и бездатчикового управления. Настройка системы происходила с помощью функции автонастройки, заложенной в преобразователях частоты YASKAWA. Важно отметить особенность такой системы: настройка системы проста и интуитивно понятна. Так как работа с бездатчиковой системой управления интересна лишь в случае неисправности энкодера, ограничимся просто возможностью использования таковой для применений с поддержанием скорости. В дальнейшем речь пойдет исключительно о векторной системе управления с датчиком обратной связи.
Итак, после подключения двигателя с энкодером к преобразователю, была проверена возможность осуществления 2х типов автонастройки: вращательной (PM Rotational Auto-tuning) и стационарной (PM Stationary Auto-tuning), - позволивших осуществить ввод параметров для верного функционирования системы. Эти два типа настройки демонстрируют схожие результаты, но принципиально отличаются друг от друга. Если в системе привода существует возможность снятия с вала двигателя нагрузки, то рекомендуется выполнить вращательную автонастройку, которая определит большинство важных параметров двигателя. Другими словами, настройка привода произойдет в одно действие, обеспечив работоспособность системы. Если же отсутствует возможность снятия нагрузки с вала, то рекомендуется выполнять стационарную автонастройку, после которой необходимо будет произвести процедуру определения смещения относительно нулевой метки.
Осциллограммы пуска двигателей серии «NYS» - слева, серии KM-HM –справа
Как показали испытания, комплект привода обеспечивает пуск двигателя менее чем за 0,1 секунду до номинальной скорости, что может свидетельствовать в пользу выбора системы при поиске более дешевой альтернативы сервоприводам известных производителей. На рисунке 2 представлены осциллограммы пуска двигателей, сделанные в программе для настройки преобразователей частоты YASKAWA – DriveWizard Plus. Еще одной важной функцией является возможность точного поддержания скорости двигателя, что активно используется в приводах подачи станков. В представленной системе настройка поддержания скорости происходила благодаря функции автоматического регулятора скорости (ASR) в которой, при увеличении пропорциональной части и снижении времени интегрирования, удалось получить более точное поддержание скорости и момента и осуществить удержание вала при нулевой скорости. О последнем упомянем отдельно. Удержание вала при нулевой скорости в преобразователях частоты А1000 возможно осуществить с помощью:
функции ASR, задав скорость равной нулю и нажав пуск. Регулирование происходит с помощью настройки пропорционального коэффициента (ASR Proportional Gain) и с помощью времени интегрирования (ASR Integral Time).
с помощью функции Zero Servo, которая включается с помощью любого дискретного входа, запрограммированного надлежащим образом (H1-X=72).
В преобразователе также предусмотрен автоматический подбор пропорционального коэффициента автоматического регулятора скорости в рамках одной из автонастроек, при которой также определяется момент инерции системы.
Важно отметить, что у YASKAWA есть серия более современных преобразователей частоты GA700, которые можно использовать в качестве альтернативного варианта, не утратив возможностей А1000. Так же при использовании только открытого векторного управления обратите внимание на серию ПЧ GA500.
Преобразователь частоты YASKAWA A1000 – слева, GA700 – справа
При настройке двигателей особенно важным нюансом являлся правильный ввод параметров двигателя, а именно значений: номинального тока, мощности, числа полюсов, количество импульсов на оборот у энкордера, закрепленного на валу двигателя. Остальные параметры преобразователь сам рассчитывал на основании данных во время автонастройки. Это исключает возможность неверного ввода параметров активного сопротивления обмоток, индуктивности по оси d и q, а также противо-ЭДС.
Если говорить о замкнутой системе – векторной системе управления с датчиком обратной связи - нельзя не упомянуть о важном параметре, без которого работа двигателя невозможна. Это так называемый «Поиск нуля» или смещение относительно нулевой метки. Операция по определению этого параметра производится с помощью вращательной автонастройки или же с помощью автонастройки поиска нуля. В опытных образцах оба варианта настройки оказались очень эффективными, продемонстрировав схожие числовые результаты. Был также опробован метод итерационного подбора этого коэффициента, который оказался успешным, но был сопряжен с большими пусковыми токами, а, следовательно, и моментами, постоянным возникновением ошибок на преобразователе, а также срывами двигателя, что являло собой опасную ситуацию.
Еще одной особенностью системы стала простота электрического подключения двигателя и энкодера к преобразователю. Монтаж такой системы осуществляется за предельно короткое время, а наличие фиксирующих граней у клемм исключает возможность ошибочного подключения, которое может стать причиной выхода из строя как двигателя, так и преобразователя.
Конечно, приведя все преимущества данной системы, нельзя не рассказать о недостатках. В сравнении с привычными сервоприводами, данный комплект обеспечивает меньший момент удержания вала при нулевой скорости. Также энергоэффективность такой системы будет хуже. Динамические показатели также отстают по некоторым показателям, но в целом система является достойной заменой для станков, в которых снижены требования к поддержанию скорости, момента и точности позиционирования приводов подачи.
Система электропривода на основе синхронных двигателей серии «NYS» и «KM-HM» с преобразователем частоты А1000 от YASKAWA с платой обратной связи, может стать достойным, а главное бюджетным аналогом сервоприводов, в приводах подачи станков с ЧПУ. Преимущества такой системы:
Стоимость комплекта.
Простота электрического подключения.
Простота настройки и ввода в эксплуатацию.
Хорошие, в зависимости от применения, динамические показатели.
Проверенная временем надежность приводов YASKAWA.
За более подробной информацией по применению данного комплекта оборудования и его настройке можете обращаться любым удобным способом.
