[驱动]S120 同步电机驱动系统性能保证值

科控物联

发布于 2022-03-29 14:37:53

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文章被收录于专栏：科控自动化

相对于SINAMICS S120驱动异步交流电机，SINAMICS S120驱动同步电机的传动系统性能则能达到更高的静态和动态性能指标，因此，同步电机的驱动系统性能保证值为大家提供了一个指标性评价依据，同时也提供了必要的测量条件和测量方法.

同步电机驱动系统性能保证值的描述仅限于SINAMICS S120的矢量控制方式, 驱动对象为三相交流他励同步电动机，带增量式编码器作为速度实际值的速度闭环控制。同时，本文描述普遍适合于输出较大轴功率的工业场合，比如轧机、矿井提升机、试验台以及类似工况的生产线。

以驱动系统性能要求较高的冷轧轧机为范本，提出在测量方法和条件下的保证值指标，并且提供相应的现场记录波形加以辅助说明。

1. 稳态速度精度

空轴和联轴	保证值目录	保证值说明	保证值的规定和条件	测量方法和条件
稳态速度精度	空轴：联轴前无冲击空载试验速度偏差≤±0.01%。联轴：名义轧制力下无冲击空载试验速度偏差≤±0.2%。	1对应的速度为电机最大速度。2满足电机运行速度稳定且负载恒定。3 定义采集周期大于1秒并且电机最少转两圈。	1在空载试验期间以及将驱动装置连接至机械设备之前/之后进行验证。2 由PDA 测量记录3 在驱动控制系统中，将由一个计数器计算来自驱动脉冲发生器的输入脉冲，该脉冲发生器也用于速度控制。计数将持续至少1秒钟（确切持续时间将由数字控制系统时钟确定）计数自动停止后，根据持续时间和速度参考值，将计数的脉冲数与预期值进行比较。

现场记录两种测量曲线，一种是空轴速度精度如图1所示，曲线表达的是r64，即速度控制器系统偏差。因为单位制选用的是相对单位制，所以曲线的坐标纵轴显示百分数%，从曲线变化的显示看来，空轴速度精度小于±0.01% ，这说明空轴速度精度达到了其性能保证值。

另一种是联轴速度精度，如图2所示，曲线表达的也是r64。显然，曲线显示，联轴速度精度小于±0.2%，这说明联轴速度精度同样达到了其性能保证值。

图1 空轴速度精度小于±0.01%

图2 联轴速度精度小于±0.2%

2. 速度阶跃响应时间及超调量

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速度阶跃响应时间及超调量	空轴：耦合前空载试验响应时间≤50ms超调量＜5%联轴：≤100ms＜5%	1速度阶跃的选择不得使转矩达到限幅。2响应时间定义为第一次达到设定值的时间。3只有速度信号第一次上升到5%的超调量而且随后的振荡较小。	1在空载试验期间以及将驱动装置连接至机械设备之前和之后进行验证。2通常选择转速在额定转速的50%，参考阶跃约为2%。3使用合适的记录器记录速度实际值和速度设定值。4记录当前的实际值，如果达到了电流极限，则将使用减小的设定值步骤重复测试。

现场记录曲线如图3和图4所示。从曲线中可以看出，空轴速度响应时间≤50ms，而联轴时速度响应时间≤100ms。速度超调量差不多都是0.7%，满足其要求的性能保证值。

图3 空轴速度响应时间小于50ms

图4 联轴速度响应时间小于100ms

3. 调速范围

空轴	保证值目录	保证值说明	测量方法和条件
调速范围	带编码器1:100	规定的驱动性能适用于规定的最大速度范围。

现场分别记录了空轴运行曲线如图5和联轴运行曲线如图6所示，电机启动并且速度从零加速到最大值，在这个加速段中，同时记录其它相关的一组曲线，比如力矩电流设定值r77和力矩电流实际值r78随着速度的变化而变化的曲线等。

图5 系统空轴全速运行

图6 系统联轴全速运行

4. 力矩电流阶跃响应

空轴	保证值目录	保证值说明	保证值的规定和条件	测量方法和条件
力矩电流阶跃响应	电机联轴前冷负荷试车响应时间≤6.5ms	1力矩电流阶跃量为参考电流参考值的5%。2响应时间定义为第一次达到设定值的时间。	1 在空载试验期间以及将驱动器连接至机械设备之前对驱动器进行验证。2力矩电流值和力矩电流设定值将用合适的记录仪器记录。3测试通过额定速度的20%到50%进行。

现场记录曲线如图7所示，在电机空载情况下测量，力矩电流设定值r77阶跃从0.3%至5.4%，那么力矩电流实际值r78也是大致从0.3%至5.4%的响应时间为dT, 从曲线中可以看出dT=6.0ms，满足性能保证值的要求≤6.5ms。

图7 空轴电流响应时间小于6.5ms

5. 力矩电流控制精度

空轴	保证值目录	保证值说明	保证值的规定和条件	测量方法和条件
力矩电流控制精度	热负荷冲击试车，力矩电流控制精度≤±0.8%	1运行频率小于50Hz。2与最大电机力矩相关。	1利用频率分析（傅立叶）检查恒定负载和恒速下电流产生的转矩因素。2该值在电机控制系统中计算，并输出到PDA系统进行分析。3弱磁范围内每个谐波的有效值应小于规定值。

现场记录的是力矩电流控制精度曲线，如图8和图9所示。在图8中，转矩电流精度的函数关系是f(x)=r77-r78，在电机空载情况下测量，空轴力矩电流控制精度小于±1.0%。利用频率分析（傅立叶）检查，如图9所示，曲线幅值接近0.75%，说明力矩电流控制精度满足±0.8%的保证值。

图8 空轴力矩电流控制精度小于±1.0%

图9 联轴力矩电流控制精度小于±0.8%

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原始发表：2021-10-10，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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