Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Falownik wektorowy + silnik PM

Carcik_W 18 Apr 2016 16:56 2238 13
Fluke Pomiar Jakości Zasilania
  • #1
    Carcik_W
    Level 12  
    Witam.

    Na wstępie chciałbym zaznaczyć że nie mam żadnego doświadczenia w silnikach z magnesami trwałymi ani z falownikami wektorowymi więc moje pytania mogą okazać się dla części kolegów śmieszne.

    Posiadam silnik z magnesami trwałymi:
    (bardzo nietypowe parametry)
    98,7A/325VAC
    4610RPM/103Nm
    50kW

    Jest to silnik od samochodu EV więc nie ma własnej karty katalogowej więc nawet znalezienie tych parametrów było trudne a i tak pochodzą one po części od innych ludzi którzy je zmierzyli.

    Wyczytałem że silniki z magnesami trwałymi muszą być zasilane/sterowane metodą zorientowano-polową albo wektorową. Czy falownik który mam na myśli (Danfoss VLT5000) ma możliwość pracy z takim silnikiem bez enkodera ? Silnik nie jest w niego wyposażony co wyczytałem może być problemem (dużo wyższa cena falownika).

    Mam na stole falownik VLT3000 (stary lecz sprawny) lecz ma moc chyba 2,2kW czy mogę ten silnik sprawdzić na stole bez obciążenia i będzie pracował prawidłowo (wiadomo bez obciążania go)

    Zakup falownika o mocy 45kW to koszt 3,5-4tys (używany) i chciałbym dobrze się zorientować zanim dokonam błędnego zakupu.
  • Fluke Pomiar Jakości Zasilania
  • #2
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    Prawdopodobnie to typ silnika PMSM (Permanent Magnets Synchronous
    Motor). Obawiam się ze sam falownik tu nie wystarczy, ktoś będzie musiał pomóc w jego ustawieniu gdyż silniki trakcyjne tego typu, przy zasilaniu tą samą wartością prądu utrzymuje on stały moment w zakresie prędkości obrotowej od 0 do prędkości bazowej, chyba w tym przypadku 1000obr/min. W przypadku, gdy aplikacja silnika wymaga pracy w szerszym zakresie prędkości obrotowej, powyżej prędkości bazowej w celu poszerzenia zakresu pracy, obwód elektromagnetyczny jest odwzbudzany. Odwzbudzanie polega na osłabianiu pola magnetycznego przez przeciwstawne oddziaływanie stojana. Jest to osiągane za pomocą składowej biernej prądu Id, która wytwarza napięcie magnetyczne w osi skierowane przeciwnie do napięcia magnetycznego magnesów trwałych. Wydaje mi się że nie znając danych nawojowych, ilości żłobków itd, nie jestem w stanie pomóc na odległość w doborze falownika, resolvera etc. Ten silnik bez resolvera nie będzie pracował poprawnie. Encodery nadają się do silników głownie na prąd stały lub na przemienny w niewymagających aplikacjach. W przypadku zasilania tego silnika za pomocą falownika wektorowego bez resolvera trudno będzie utrzymać stabilne warunki pracy. Ponad to koszt takiego falownika nawet używanego to spory wydatek powyżej 5tyś.
  • Fluke Pomiar Jakości Zasilania
  • #3
    Carcik_W
    Level 12  
    Silnik ten ma tylko (oprócz zacisków prądowych) kostkę na 3 piny z termistorem. W domyślnej aplikacji czyli w Lexusie RX400h pracując w tylnej osi był zasilany z pokładowego falownika.

    silnik od 0-4610RPM/min ma stały moment obrotowy 105Nm
    a od 4610-5100RPM ma stałą moc 50kW ale spadający moment
    pózniej do 10250RPM moc i moment już spada (przy 10250RPM ~40kW i ~40Nm)

    Naprawdę w tym samochodzie jest taka kosmiczna technologia i tak skomplikowane falowniki ??

    Silnik nie ma resolwera/enkodera więc na milion % falownik musi mieć tryb bezczujnikowy do pracy)
  • #4
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    10250rpm dla silnika PMSM ? Skąd Ty wytrzasnąłeś te rewelacje ? Przy takich obrotach bez wątpienia silnik by rozerwało.
  • #5
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Encodery nadają się do silników głownie na prąd stały lub na przemienny w niewymagających aplikacjach. W przypadku zasilania tego silnika za pomocą falownika wektorowego bez resolvera trudno będzie utrzymać stabilne warunki pracy.
    Falownik wektorowy musi "znać" położenie wirnika, można to zmierzyć różnymi metodami, różniącymi się dokładnością i ceną, pierwszy raz słyszę że enkoder się nie nadaje. Carcik_W wiedz że cooltygrysek znany jest z dziwacznych poglądów.
  • #6
    Carcik_W
    Level 12  
    Silnik wbudowany w tylni most pojazdu Lexus RX400h

    Falownik wektorowy + silnik PM

    Redukcja silnika na koła to 1:6,859 więc dla tego pojazdu prędkość 10250RPM osiąga przy 210km/h. (3 litrowy SUV klasy wyższej to jest) i widać jakoś ta prędkość mu nie szkodzi skoro pojazd teoretycznie może jechać autostradą przez x czasu z maksymalną prędkością bez ryzyka uszkodzenia czegokolwiek.

    Falownik który mam na tapecie to Danfoss VLT5000 (moc 45kW) lecz ten falownik ma wejście na enkoder (chyba 8 linii) a nic o resolverze nie doczytałem i czy takowy może być obsługiwany. Zresztą ten silnik go nie posiada a montaż jest wręcz niemożliwy na osi silnika co najwyżej po tej redukcji z wyjścia na koła 1:6,859.

    Silnik ten kosztuje 500zł co za silnik o mocy 50kW jest ceną wręcz cudowną... lecz ceny tych falowników spędzają sen z powiek...

    Dodatkowo jego przełożenie obroty wręcz idealnie psują do mojej aplikacji stąd uparcie się przy nim trzymam. Dopuki ktoś mnie nie oświeci jak sterować tym silnikiem.

    Czy silnik PMSM jest silnikiem synchronicznym ?
  • #7
    jarek_lnx
    Level 43  
    Carcik_W wrote:
    Czy silnik PMSM jest silnikiem synchronicznym ?
    S jest od synchronous.
    Carcik_W wrote:
    Dodatkowo jego przełożenie obroty wręcz idealnie psują do mojej aplikacji stąd uparcie się przy nim trzymam. Dopuki ktoś mnie nie oświeci jak sterować tym silnikiem.
    A czy potrzebujesz falownika wektorowego?
    Czy potrzebujesz enkodera?
  • #8
    Carcik_W
    Level 12  
    Chce żeby ten silnik zasilał pojazd elektryczny.

    Do tego potrzebuje falownika.

    Silnik także muszę zakupić, silnik jest gotowy do montażu w pojeździe (wbudowany dyferencjał, wyjście przegubowe na półosie) i na jego budowę wpływu nie mam, muszę dostosować się falownikiem do tego silnika a enkodera ani resolvera on nie posiada.

    Tak że potrzebuje falownika wektorowego (chyba wektorowego) bo po podłączeniu skalarnego (U/f) silnik drga i nie potrafi poruszyć się.
  • #9
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    Jarek inx wierz mi że zajmuję się zawodowo projektowaniem zasilaczy dużej mocy oraz falowników i problematyka nie jest mi obca. Co innego położenie wału za pomocą enkodera a co innego ułożenie pola wirowego kontrolowanego poprzez resolver. O ile falownik przy enkoderze umożliwia regulację prędkości obrotowej w dość wąskim zakresie mocy to użycie resolvera umożliwia sterowanie mocą oraz prędkością silnika niezależnie od siebie. Łopatologicznie resolver kontroluje pole wirowe dla każdej fazy osobno. Za jego pomocą falownik wie kiedy rozpocząć synchronizację pola wirowego optymalnie do zadanej prędkości oraz mocy i kiedy ją zakończyć. Nie bez potrzeby wstawia się do silników resolvery począwszy od prostych 3 przewodowych do 12 i 16 przewodowych. Ułożenie ich w silniku jest kalibrowane dla każdego egzemplarza silnika na tzw hamowni według wykresu optymalnej mocy i prędkości obrotowej.
    Carcik w wspomniałeś że silnik nie potrafi ruszyć i nie ruszy bez minimum zainstalowania encodera. Silnik ten różni się od tych przemysłowych. Do zasilania stosuję się specjalne układy zasilające dobrane do typu silnika. W twoim przypadku zastosowanie falownika wektorowego oraz ustawienie parametrów to niezbędne minimum. Zastosowanie encodera polegało będzie na regulacji prędkości obrotowej ze spadkiem mocy powyżej prędkości bazowej. Aby zachować moc w pełnym zakresie obrotów powyżej prędkości bazowej, konieczne stanie się użycie resolvera.

    Zrobię fote takiego oryginalnego układu sterującego i sam zobaczysz ze to nie jest łatwy temat by zastosować ten silnik do napędu pojazdu.
  • #10
    Carcik_W
    Level 12  
    Pozwolę sobie przytoczyć instrukcję:

    Strona 78:

    "Jeżeli przetwornica częstotliwości ma zostać dopasowana
    do silnika synchronicznego lub silników połączonych
    równolegle lub, gdy nie jest wymagana
    kompensacja poślizgu, należy wybrać Special motor
    characteristics (Specjalne charakterystyki silnika)."

    I Parametr 100:

    "Jeżeli wybrano Regulacja momentu, otwarta pętla [4],
    regulowana jest prędkość i moment utrzymywany jest
    na stałym poziomie. Jest to osiągane bez sygnału
    sprzężenia zwrotnego, ponieważ przetwornica VLT
    5000 precyzyjnie oblicza moment na podstawie pomiaru
    prądu (Patrz również przykłady połączeń w Zaleceniach
    Projektowych)."

    Cała moja wiedza na ten temat to internet i instrukcje. Dodatkowo kolega który posiada ten silnik stwierdził że po podłączeniu falownika wektorowego (bez enkodera bez resolvera) w trybie bezczujnikowym na stole silnik pracował poprawnie jednak nie miał możliwości obciążania go (tyle co ręką mógł przyhamwać)

    P.S.

    Znalazłem jeszcze broszurę tego falownika:

    "Przetwornice częstotliwości VLT serii 5000 przeznaczone są do zastosowań wymagających stałego momentu w funkcji prędkości obrotowej, takich jak podajniki, taśmociągi, pompy tłokowe mieszadła, sprężarki itp.
    Zastosowana metoda wektorowego sterowania silnikiem w otwartej pętli bez sprzężenia zwrotnego (VVC) zapewnia szeroki zakres regulacji i pełny moment silnika nawet przy zerowej prędkości obrotowej."

    A tu pewne akademickie opracowanie"

    http://student.uci.agh.edu.pl/~magnesik/pdfy/Handzel08int.pdf

    Wynika z tych wszystkich danych że jest to możliwe, ten Danfoss ma wejście na enkoder inkrementalny więc nie wskazuje położenia wału tylko prędkość :(
  • #11
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    Na kopalni w kombajnach ścianowych, chodnikowych, w przenośnikach łańcuchowych czy taśmowych, takich silników w Niemczech jak i coraz częściej w Polsce jest coraz więcej. Zazwyczaj każdy ma albo resolver albo encoder nie koniecznie inkrementalny. Chodzi o to by falownik wiedział czy wał się obraca, w jakim jest położeniu i z jaką prędkością i czy nie szarpie. O ile resolvery montuje się na silniku lub wewnątrz niego o tyle encodery zazwyczaj na przekładni różnego typu. To jak sam napisałeś sprężenie zwrotne. bez tego tego typu silniki nie będą poprawnie pracowały. Wszystko zależy od rodzaju obciążenia i jakie parametry chcemy osiągnąć. Jeszcze jedna uwaga nie zależnie co piszą tacy ludzie w swoich opracowaniach to zawsze czytam lub słyszę " encoder " prawda jest taka ze to pojęcie jest bardzo ogólnikowe. Bo dla nich resolver czy encoder to jedno i to samo. Dla czego ? Chociażby dla ułatwienia komunikacji ale dla mnie to ewidentne wprowadzanie w błąd. W opracowaniu jakie podałeś w odnośniku, znajduje się obrazowy schemat silnika z wbudowanym " encoderem ". W rzeczywistości jest to resolver tyle ze na wale jest magnes a na nim cewka lub cewki resolvera. Kolega o którym pisałeś może posiadać silnik PM. Ty natomiast, z tego co wynika w opisie, posiadasz silnik PMSM a to już spora różnica.

    Natomiast muszę zwrócić i przestrzegać przed hamowaniem silników w biegu ręką za wał. Skóra podczas tarcia potrafi gwałtownie zmienić swoją przyczepność, co skutkować może poważnym wypadkiem. Z utratą kończyny włącznie !!
  • #12
    Carcik_W
    Level 12  
    Sprostuje, kolega posiada silnik PMSM (od tylnego napędu pojazdu hybrydowego Lexus RX400h), ja tego silnika nie posiadam ale zamierzam kupić taki sam czyli też PMSM. Z tego co wyczytalem w anglojęzycznych artykułach znalezionych w google niektóre falowniki nie mają wejścia na enkoder/resolver lecz mierzą prąd czujnikami LEM i na podstawie tego i przeróżnych transformacji wyliczają położenie wału i prędkośc.

    Szukałem po słowach "sensorless inverter PMSM motor" i cześć tych opracowań wskazuje że zastosowanie pomiaru 2 faz i wyliczanie predkosci i położenia wału na ich podstawie ma same zalety, eliminuje koszt zakupu enkodera i jego awaryjność. Wadą jest droższe urządzenie bo trzeba zaimplementować dodatkowe obliczenia transformacji itp itd.

    W moim obiekcie jakim jest samochód nie jest mi potrzebna dokładność do 0,0001RPM jak w drukarstwie czy przy wytwarzaniu procesorów, chce wykorzystać zalety silników PMSM a nie ich dokładność tj. wysoka sprawność, wysoka gęstość mocy i co najważniejsze łatwa dostępność do silników wysokiej mocy z rozbitych elektryków. Dokładność schodzi na 10 tor nawet.

    Producent lexusa nie zastosował enkodera ani resolvera, nawet czujnika obrotów do chociaż podstawowego pomiaru prędkości. Coś go musiało do tego skłonić, albo oszczędność albo fakt że pojazd ma tylko do przodu jechać bez większej dokładności.
  • #13
    cooltygrysek
    Conditionally unlocked
    I tu się mylisz. Jak nie ma ? Wystarczy sygnał z układu ABS czy ESP i tak pewnie jest zbudowana kontrola. A nie lepiej zastosować oryginalny moduł zasilający skoro masz dostęp do części z rozbitków.
    Prawda falowniki wektorowe sterują poszczególnymi fazami za pomocą czujników prądu ale liczą się nie tylko wartości prądu ale też impulsy prądowe wynikające z równania Maxwella a opisujące wektory pola wirowego a dokładniej tensory pola elektromagnetycznego. W praktyce to czterowektor gęstości prądu w danej fazie. Za jego pomocą falownik wylicza kiedy w danym momencie, przy ustawionych parametrach ma załączyć odpowiednie tranzystory IGBT. To strasznie dużo matematyki nie bez przyczyny.
  • #14
    pan_kotek
    Level 20  
    Ta przekładnia ma wbudowany resolver - wyjście w postaci kostki z 6 pinami, ma też termistor wewnątrz obudowy.