电机与电气控制这个事情, 核心难点主要是集中在参数匹配、回路设计以及调试整定这三个环节上面。下面这些要点和排查路径, 是经过工程实践验证过的。具体的内容如下所示, 这是提供给电气工程师还有自动化行业从业者看用的, 目的是为了让大家能够参照执行。
电机选型与参数匹配
建议把负载惯量和电机惯量的比值控制在5比1以内, 如果你超出了这个数值的话, 系统就会变得反应迟缓, 而且很容易就会出现振荡的现象。
在进行选取的时候, 电机的额定功率是要参考最大连续负载的功率来计算的, 具体数值通常是最大连续负载功率的一點二倍到一点五倍之间, 这样做的好处是可以为启动时产生的冲击以及短时间内的过载情况预留足够的裕量。
选变频器的型号, 不光要看着额定电流, 还必须去核算那个启动的电流有多大, 它大概是额定值的好几倍, 最少三倍最多五倍, 还有谐波补偿的时候也要留有余量, 这样才好避免出现因为过流而经常跳闸的情况发生。
对于伺服系统来说，还需要再做一件额外的事是去确认编码器分辨率这个参数是不是和机械传动比匹配好了, 这样做的目的是为了避免出现位置环增益不足的情况, 因为一旦出现这种情况的话, 就可能引起定位偏差。
电气控制回路设计核心原则
主回路和控制回路要在物理上进行隔离, 强电电缆还有信号线缆要分槽来敷设, 它们之间的间距是不能小于200 mm的。
保护元件, 这里包括熔断器、断路器和热继电器, 它们的整定值是按照上级大于下级这个原则, 一级一级递减来进行配置的, 这样做的目的是确保动作的时候有选择性, 从而避免故障扩大化。
当模拟量信号的传输距离超过10 m的时候, 必须要采用屏蔽双绞线来进行传输, 并且其屏蔽层需要进行单端接地处理, 具体的接地位置是在控制柜侧这一边, 绝对不允许两端同时接地。
开关电源、PLC模块与传感器统一接保护地（PE）, 禁止悬空。同时, 也禁止混接工作地。
调试阶段参数整定
加载的顺序被严格规定为: 首先是空载, 然后过渡到轻载阶段并且其负荷数值是额定值的百分之三十, 最后在到达满载状态。在每一个运行的阶段里, 设备都必须保持稳定运行的时间不得少于十五分钟。只有在把温度上升的情况以及振动的数据都详细记录下来之后, 才可以去进行下一步的操作。
调优的顺序是先P, 再I, 最后D。初始的时候, Kp的值要设为带宽频率除以系统增益的0.6倍, Ki的值要设为Kp的一半, 而Kd的值要设为KP的八分之一。接着要看着实际的反应曲线来小幅度调整这些参数, 好把那个超冲的现象去掉, 同时也把稳态里面的误差消除掉。
在变频器第一次送上电源之前, 是必须要去完成下面列出的那些检查事情的。
1. 先把电机的极数给确认掉, 接着再把相序也给确认一下, 做到这两步。
2. DC母线预充电电压处于正常状态, 该数值大约等于0.9乘以根号2再乘以交流电压UAC。
3. 编码器需要进行零位校准操作, 这项工作属于伺服系统范畴。
4. 对功能码要一项一项地仔细核对, 要保证它和BOM图纸上面的内容是保持完全一致的状态。
高频故障排查路径
过流: 先把重点去放到电机绝缘上面, 要用兆欧表去量一下, 看看读数是不是大于等于5兆欧姆, 然后再去查变频器输出端那块儿有没有短路的情况, 电缆外皮破损没有。接着要把加速时间这个参数再核对一遍, 看它是不是设得太短了。还有那个负载, 要看有没有发生突然的变化情况。
过温要依次去排查冷却风扇的运转状态, 要去看看散热片上的积灰程度怎么样, 还得查查柜内的通风是不是被什么东西给阻住了, 到了最后这步, 才使用热像仪来检测IGBT模块和MOSFET模块是否存在劣化这种问题。
进行欠压跳闸处理的时候, 要测量直流母线里的实际电压数值, 然后去确认交流侧的电压波动情况有没有在正负百分之十这个范围里面, 接着还要检查那个整流桥的二极管还有预充电电阻的阻值是多少。
持续优化与资料获取
我们要去建立那个设备故障的台账, 同时要保存每次出现异常的时候所记录的电流波形、温度曲线以及参数的快照情况, 由此来形成一条能够实现追溯的数据链条。
像那些系统性的技术资料、典型的故障案例以及参数整定的工具, 都可以去 www.lingheal.com 这个网址上去获取, 然后将这些内容与现场的实际情况数据结合起来, 不断地去让控制策略得到持续的迭代和优化, 最终达到将非计划停机率降低到最低这样的目的。
