眾為興永磁同步電機系統在給料機系統中的應用
關鍵詞：
永磁同步電機系統，給料機系統，運動控制系統
概述：
目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著產品的升級，客戶要求伺服電機具有高速、高平穩性、高過載能力、低成本、小體積等特點。為了適應這種市場需求，眾為興公司開發了一套新的低壓伺服電機驅動器系統。
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行稱重。隨著物料送出后，測量真實的失重速率，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）通過調解喂料器速率來自動修正偏離設定點的偏值。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。但是隨著產品的升級，客戶要求伺服電機具有高速、高平穩性、高過載能力、低成本、小體積等特點。為了適應這種市場需求，我們公司開發了一套新的低壓伺服電機驅動器系統。該系統由QS208020M驅動器和ACL06040B-2B伺服電機來組成，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開關電源，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。 電機參數見下表1
電機型號 | ACL06040B-2B | 線電阻(Ω) | 0.3327±10％ |
額定功率(W) | 400 | 線電感(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 實際測量電機的特性曲線入下圖所示。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，測試電機的實際轉速。
?圖1：ACL06040B-2B電機運頻特性?
測試數據表明，在整個加載過程中，電機的轉速穩定在3000±1rpm，因此其相對轉速變化率?
?其中 n0 =空載時轉速 nl=滿負載時轉速。 從測試數據來看電機在整個轉速范圍內運行非常平穩。通過對比測試發現，其平穩性并不國外著名品牌的差，而且價格具有較大的優勢。
2．交流伺服驅動器QS208020M?
伺服的控制要求和步進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、轉矩脈動小等特點。目前FOC算法是較為成熟的算法之一，本驅動器采用基于TMS320F2801和FOC算法技術進行對電機動態解耦控制。 2.1磁場定向控制原理 伺服驅動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、速度環、電流環控制器； 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伺服驅動器通過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過A/D轉換器轉化成數字量并送進DSP做處理。 通過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行處理。 給定位置θref與位置反饋量θm的偏差經過位置調節器計算，其輸出作為參考轉速nref，nref與轉速反饋量n的偏差經過速度調節器、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作為輸入的函數發生器，根據控制策略制定的'n-Ψ'曲線給出了用于產生磁場的d軸電流參考分量idref。idref和iqref與電流反饋量iq，id的偏差經過電流調節器，分別輸出Οdq旋轉坐標系的相電壓分量vqref和vdref。再經過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。 編碼器會反饋轉子的磁極位置信號UVW，可以通過UVW信號來確定轉子所在的扇區，就可以利用SVPWM模塊，產生三相PWM斬波，從而可以采用類似直流電機的方法進行控制交流伺服電機。?
圖2：QS2伺服驅動器工作原理(點擊圖片可放大查看原圖)?
QS2伺服驅動器。?本伺服驅動器采用了32位高性能的DSP芯片，采用先進的FOC技術。它具有高性能，高精度，體積小巧，使用方便等優點。通過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毫秒的時間。故在給料機這種高精度、高響應性的場合，能很好地滿足客戶需求。 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。顆粒通過漏斗往下進入螺桿軸。其中攪拌軸在工作時做攪拌用，可以增加顆粒物的流動性。顆粒從螺桿的螺紋間隙中，隨著這螺桿是旋轉不斷向前推薦。假設螺桿旋轉一圈，顆粒物前進的質量為Δm。因此螺桿軸輸出的物料的質量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，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，轉矩脈動小，精度高的特點能很好的應用在給料系統中。 目前，QS208020M驅動器已經ACL06040B-2B電機已經大量的應用在給料機行業中。下圖為某公司的給料機系統，該系統就在行業處于領先地位，其用的就是本公司的產品。
