Как синхронизировать работу двух двигателей
Методы синхронизации скорости вращения двух частотно-регулируемых приводов
Синхронизация без использования датчиков обратной связи по скорости
Данный метод наиболее прост в реализации, не требует дополнительных устройств (интерфейсных плат, датчиков обратной связи и др.). При использовании преобразователей частоты с хорошим бессенсорным векторным управлением может быть обеспечена точность синхронизации скоростей в пределах ± 1% в диапазоне регулирования 1:100 с динамическим откликом примерно 5Гц. Данный метод синхронизации скорости вращения может применяться, например, в частотно-каскадных схемах управления группой насосов.
Синхронизация по аналоговым входам-выходам:
Возможно настроить смещение скоростей, отмасштабировав аналоговый вход ПЧ2 или аналоговый выход ПЧ1. Данный метод синхронизации скоростей вращения можно реализовать практически на любых моделях частотных преобразователей с хорошим аналоговым выходом: разрядность ЦАП должна быть не менее 10.
В простейшем варианте можно просто давать параллельное задание одновременно на оба ЧРП:
Синхронизация по последовательному интерфейсу:
При этом методе синхронизации точность задания скорости ведомого ПЧ2 не зависит от разрядности АЦП и ЦАП аналоговых входов-выходов частотных преобразователей.
Не все частотные преобразователи, в том числе имеющие коммуникационные порты, могут работать в режиме синхронизации по последовательному интерфейсу. В режиме «Master/Slave” могут работать, например, частотные преобразователи Optidrive P2, Optidrive HVAC, Optidrive Plus 3GV и Optidrive VTC по RS-485, а также Delta VFD-С2000 по CANOpen.
Синхронизация по импульсным сигналам с датчиками обратной связи по скорости
Данный метод позволяет обеспечить на порядок более высокую точность синхронизации скоростей (± 0,1%) в диапазоне регулирования 1:1000 с динамическим откликом до 40Гц. В данном режиме могут работать, например, преобразователи частоты Delta VFD-С2000 с платами расширения PG и инкрементальными энкодерами с разрешением от 1000 имп/об.
Данный метод синхронизации скорости вращения нескольких частотно-регулируемых приводов востребован в полиграфическом оборудовании, прокатных станах, в упаковочных и фасовочных линиях, в оборудовании по производству пленки и т.д.
Ведущий и ведомый преобразователи работают с обратной связью по скорости:
Если ведущий привод нерегулируемый или с простым не векторным преобразователем частоты или без возможности работать с обратной связью:
Синхронизация сервоприводов
Сервоприводы позволяют реализовать синхронизацию не только скоростей, но и углового положения валов относительно друг друга с чрезвычайно высокой точностью, например, до 0,001° в сервоприводе Delta ASDA-A2.
Например, в портальном кране обе оси привода портала должны обеспечить перемещение с постоянной скоростью, иначе возможны механические повреждения приводов. Встроенные в сервопривод ASDA-A2 арифметические функции синхронизации портальных приводов дают возможность осуществить синхронность движения по импульсным сигналам от контроллера системы, управляющего одной координатой. Двухосевое управление будет осуществляться самостоятельно, осуществляя синхронизацию. При недопустимом рассогласовании движения по положению появится сигнал аварии и система остановится.
(1) Сигналы управления между сервоприводом оси 1 и управляющим контроллером системы
(2) Сигналы управления между сервоприводом оси 2 и управляющим контроллером системы
(3) Импульсные команды позиционирования от контроллера системы к сервоприводам 1 и 2 оси
(4) Импульсная команда рассогласования по положению, посылаемая сервоприводом 1 оси сервоприводу 2 оси
(5) Импульсная команда рассогласования по положению, посылаемая сервоприводом 2 оси сервоприводу 1 оси
Системы типа «электрический вал» на базе сервоприводов позволяют упростить механическую конструкцию системы, избавив её от системы передаточных шестерней, цепей, ремней и т. д., в различных типах роботизированного оборудования, сварочных, сборочных и обрабатывающих автоматических линиях.
При подготовке публикации использованы информационные материалы ООО «Интехникс».
Как синхронизировать работу двух двигателей
Главное меню
Судовые двигатели
При многодвигательном электроприводе иногда требуется, чтобы несколько электродвигателей, удаленных друг от друга на значительное расстояние, вращались с одинаковой скоростью. Такие случаи имеют место в электроприводах экскалаторов, прокатных станов, механизмов передвижения перегрузочных мостов, некоторых типов грейферных лебедок и др. Вращение электродвигателей, имеющих различную нагрузку, с одинаковой скоростью называется согласованным. Согласованное вращение может быть осуществлено путем механического соединения их валов. Однако при значительном удалении машин друг от друга, а также при неудобном их расположении механическое соединение зачастую оказывается затруднительным, так как при этом необходимо применять валы слишком большой длины и диаметра, большое количество подшипников и других механических приспособлений, что увеличивает вес, габариты, стоимость привода и затрудняет его эксплуатацию.
Для обеспечения согласованного вращения электродвигателей при неодинаковых нагрузках разработан ряд электрических схем, позволяющих получить синхронное вращение электродвигателей без использования механических приспособлений. Такие схемы называются системами синхронного вращения. В них используются асинхронные машины, обеспечивающие наиболее надежную работу привода. Различают системы синхронного вращения со вспомогательными синхронизирующими машинами и без вспомогательных машин. В состав любой системы синхронного вращения входят главные электродвигатели, обеспечивающие привод механизмов. В системах первой группы с валами главных электродвигателей соединяются вспомогательные асинхронные или синхронные машины, с помощью которых и осуществляется согласованное вращение главных электродвигателей.
В системах без вспомогательных машин согласованное вращение осуществляется непосредственно за счет главных электродвигателей, соединенных определенным образом между собой.
Нужно иметь в виду, что в системах со вспомогательными машинами возможно применение главных электродвигателей любого типа. Однако системы синхронного вращения с главными электродвигателями постоянного тока применяются сравнительно редко и здесь не рассматриваются. То же самое относится и к системам синхронного вращения со вспомогательными синхронными машинами, которые не обеспечивают согласованного вращения главных электродвигателей в период пуска и торможения и поэтому применяются очень редко.
Если главные электродвигатели Д 1 и Д 2 однотипны и имеют одинаковую нагрузку, то вращаются они с одинаковыми скоростями. Вспомогательные машины А 1 и А 2 тоже имеют при этом одинаковую скорость и никаких вращающих моментов не создают. Это объясняется тем, что обмотки роторов вспомогательных машин включены навстречу друг другу. Вследствие этого э. д. е., наводимые в каждой фазе ротора одной вспомогательной машины, уравновешиваются э. д. е., наводимыми в фазах ротора другой машины. Поэтому в обмотках роторов вспомогательных машин токи отсутствуют и никаких вращающих моментов машины не создают, т. е. главные электродвигатели, имея одинаковые механические характеристики, будут вращаться синхронно и без участия вспомогательных машин.
В случае увеличения нагрузки, например, на электродвигатель Д 1 скорость последнего начнет снижаться и между роторами вспомогательных машин А 1 и А 2 возникнет угол рассогласования. В результате э. д. с. их роторных обмоток уравновешиваться не будут и в них появятся уравнительные токи, что приведет к созданию дополнительных вращающих моментов, приложенных к валам I и II.
Схема «электрического вала» обеспечивает синхронное вращение главных электродвигателей не только при значительной разнице моментов статического сопротивления в установившихся электродвигательном и тормозных режимах работы, но и при переходных процессах (во время пусков и реверсов). Однако ее главным недостатком является большое количество электрических машин, что усложняет привод и увеличивает его стоимость.
При небольшой разнице в нагрузках согласованное вращение асинхронных электродвигателей может быть достигнуто без использования вспомогательных синхронизирующих машин. Для этого главные электродвигатели Д 1 и Д 2 необходимо включать по схеме, показанной на рис. 57. Как и в предыдущих схемах, статорные обмотки электродвигателей питаются от общей сети трехфазного тока, а роторы включены навстречу друг другу и присоединены к реостату (для увеличения скольжения при различных нагрузках электродвигателей). Если электродвигатели Д 1 и Д 2 нагружены одинаково и вращаются строго синхронно, э. д. с., наводимые в роторных обмотках, равны по величине и направлены навстречу друг другу.
Если из-за неравенства нагрузки один из роторов отстанет от другого, в проводах, соединяющих роторы, появится уравнительный ток, который создаст для более нагруженной машины дополнительный двигательный, а для менее нагруженной машины дополнительный тормозной момент. Последнее приведет к тому, что нагрузки на электродвигатели станут равными и они будут вращаться синхронно.
Система синхронного вращения без вспомогательных машин отличается простотой, обеспечивает синхронное вращение главных электродвигателей в установившемся двигательном режиме и тормозном режиме противовключения. Однако величина синхронизирующего момента, как указывалось, зависит от величины э. д. с. ротора, а последняя, в свою очередь, от скольжения, при котором работает машина. Поэтому при малых величинах скольжения синхронизирующий момент, создаваемый электродвигателями, будет мал, и электродвигатели, будучи выведены из состояния синхронной работы, вернуться в нее не смогут, так как даже при сравнительно небольшой разнице в моментах статического сопротивления (10—15%) скольжение должно быть не менее 20—25%. Поэтому чтобы электродвигатели вращались синхронно, необходимо искусственно увеличивать их скольжение введением дополнительных сопротивлений в роторные цепи, что приводит к увеличению потерь мощности.
Рассматриваемая система имеет и недостатки. При отключении электродвигателей от сети их синхронное вращение нарушается. Это приводит к тому, что при последующем пуске могут возникнуть недопустимо большие пусковые токи и моменты из-за возможного значительного угла рассогласования роторов. Для предотвращения этого схему приходится усложнять и она практически теряет все свои преимущества. Поэтому эта схема применяется сравнительно редко, хотя стоимость установки меньше предыдущей.
Форум АСУТП
Клуб специалистов в области промышленной автоматизации
Как синхронизировать двигатели?
Как синхронизировать двигатели?
Сообщение kyrill kosachev » 16 сен 2014, 20:33
Нужно будет вращать многоопорную трубу двумя двигателями в двух местах. Нужно синхронизировать двигатели так, чтобы минимально напрягать трубу на скручивание избегая при этом конкуренции, при которой один из двигателей толкает, а второй подтормаживает.
Иначе придет повышенный усталостный износ и преждевременное разрушение трубы.
Фактически 2 двигателя через механические передачи «почти сидят на одном валу» в виде неидеальной (не 100% жесткой) трубы.
Что выбрать критерием синхронности, какие могут быть общие соображения?
Удастся обойтись без измерения моментов на валах двигателей?
Думал про потребляемые токи или потребляемые мощности, но они могут отличаться на разных экземплярах двигателей и КПД может зависеть от температуры.
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Михайло » 16 сен 2014, 20:57
Теоретически можете использовать два одинаковых асинхронных двигателя. Можно включать пускателями (прямой пуск) или одним общим преобразователем частоты в скалярном режиме U/f. При таком методе двигатели однозначно не будут работать в противоположных режимах (один в двигательном, другой в генераторном). У этих двигателей при работе от общего источника напряжения такое невозможно. Этот метод безусловно прост в реализации, но напряжения в трубе не убрать 100%. Величина напряженности будет зависеть от разницы механических характеристик двигателей. На практике можно считать, что в трубе возникнет напряжение, соответствующее 0-20% номинального момента двигателя.
Вы вообще про преобразователи частоты, сервоприводы слышали?
Кстати, чему равно Mmin?
Других дополнительных критериев (ограничений) в Вашей задаче нет.
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение kyrill kosachev » 16 сен 2014, 21:15
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Бондарев Михаил » 17 сен 2014, 00:04
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Михайло » 17 сен 2014, 03:46
Тут правда вопрос возникает:
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение kyrill kosachev » 17 сен 2014, 05:29
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение kyrill kosachev » 17 сен 2014, 05:35
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Михайло » 17 сен 2014, 16:12
Именно, не взирая. По началу этот привод попытается взять на себя все 100% нагрузки, потом быстро «поймет», что напрягаться не надо (ведь второй привод повторяет за ним) и в установившемся режиме два привода разделят нагрузку пополам.
Первый привод задаст скорость вращения, второй привод будет следить, чтобы нагрузка распределилась пополам.
Если скорость не будет снижаться ниже плинтуса, то датчики скорости (энкодеры) не нужны будут, а равномерность распределения нагрузки будет достаточно высокая.
Если обжигаемые изделия скопятся в одной части трубы, то возникнет напряжение в трубе, т.к. труба вынуждена будет передать крутящий момент от удаленного двигателя в противоположную половину трубы, где наблюдается излишек изделий. То есть в данном случае система управления с равномерным распределением нагрузки на двигатели не очень пригодна. Нужна система, в которой будет присутствовать датчик напряженности трубы, или система, которая будет знать распределение изделий по длине трубы и которая будет распределять нагрузку между двигателями в соответствии с распределением изделий. В обоих случаях должен получиться следующий результат: там, где излишек изделий, там двигатель должен напрягаться больше; там, где мало изделий, двигатель должен немного ослабить тягу.
Короче, фантастическая система управления получилась 🙂 Лучше следить, чтобы изделия были равномерно распределены по длине трубы и применить систему с равномерным распределением нагрузки.
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение UNTK_RAA » 18 сен 2014, 11:53
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Михайло » 18 сен 2014, 15:23
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Jackson » 22 сен 2014, 16:37
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Jackson » 22 сен 2014, 16:40
Это не будет работать.
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Михайло » 22 сен 2014, 18:18
TEB писал(а): Это не будет работать.
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение VADR » 22 сен 2014, 18:37
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Никита » 22 сен 2014, 20:37
Re: Как синхронизировать двигатели?
Сообщение Jackson » 23 сен 2014, 08:24
Автор же сам поставил задачу: избежать скручивания. А как еще можно проконтролировать деформацию если не измерить?
У меня была в самом начале мысль тензодатчики на вал поставить, но непонятно как передать сигнал ибо вал-то вращается.
Методы синхронизации скорости нескольких частотно-регулируемых приводов
Задачи синхронизации скоростей валов нескольких электродвигателей, механически не связанных между собой, приходится решать в различных промышленных применениях. Зачастую можно обойтись без использования ПЛК и специализированных блоков синхронизации, только возможностями современных преобразователей частоты. Ниже предлагается несколько простых способов реализации данной задачи.
1. Синхронизация без использования датчиков обратной связи по скорости
Данный метод наиболее прост в реализации, не требует дополнительных устройств (интерфейсных плат, датчиков обратной связи и др.). При использовании преобразователей частоты с хорошим бессенсорным векторным управлением может быть обеспечена точность синхронизации скоростей в пределах +/- 1% в диапазоне регулирования 1:100 с динамическим откликом примерно 5Гц. Он может применяться, например, в частотно-каскадных схемах управления группой насосов.
Синхронизация по аналоговым входам-выходам:
Возможно настроить смещение скоростей, отмасштабировав аналоговый вход ПЧ2 или аналоговый выход ПЧ1. Можно реализовать практически на любых моделях частотников с хорошим аналоговым выходом (разрядность ЦАП не меньше 10).
В простейшем варианте можно просто давать параллельное задание:
Синхронизация по последовательному интерфейсу:
Здесь точность задания скорости ведомого ПЧ2 не зависит от разрядности аналоговых входов-выходов.
Не все частотные преобразователи, имеющие коммуникационные порты, предназначены для такого режима. В номенклатуре ИНТЕХНИКС в режиме “Master/Slave” могут работать Optidrive P2, Optidrive HVAC, Optidrive Plus 3GV и Optidrive VTC по RS-485, а также Delta VFD-С2000 по CANOpen.
2. Синхронизация по импульсным сигналам с датчиками обратной связи по скорости
Данный метод позволяет обеспечить на порядок более высокую точность синхронизации скоростей (+/- 0.1%) в диапазоне регулирования 1:1000 с динамическим откликом до 40Гц. В номенклатуре ИНТЕХНИКС в данном режиме могут работать преобразователи частоты Delta VFD-С2000 с платами расширения PG и инкрементальными энкодерами с разрешением от 1000 имп/об.
Метод востребован в полиграфическом оборудовании; в различных типах намотчиков, прокатных станов; в упаковочных и фасовочных линиях; в оборудовании по производству пленки и т.д.
Вариант 1. Оба преобразователя (ведущий и ведомый) работают с обратной связью по скорости:
Вариант 2. Используется когда ведущий привод нерегулируемый или с простым не векторным преобразователем частоты или без возможности работать с обратной связью:
3. Синхронизация сервоприводов
Сервоприводы позволяют реализовать синхронизацию не только скоростей, но и углового положения валов относительно друг друга с чрезвычайно высокой точностью (до 0.001 градуса в сервоприводе Delta ASDA-A2).
Например, в портальном кране обе оси привода портала должны обеспечить перемещение с постоянной скоростью, иначе возможны механические повреждения приводов. Встроенные в сервопривод ASDA-A2 арифметические функции синхронизации портальных приводов дают возможность осуществить синхронность движения по импульсным сигналам от контроллера системы, управляющего одной координатой. Двухосевое управление будет осуществляться самостоятельно, осуществляя синхронизацию. При недопустимом рассогласовании движения по положению появится сигнал аварии и система остановится.
(1) Сигналы управления между сервоприводом оси 1 и управляющим контроллером системы
(2) Сигналы управления между сервоприводом оси 2 и управляющим контроллером системы
(3) Импульсные команды позиционирования от контроллера системы к сервоприводам 1 и 2 оси
(4) Импульсная команда рассогласования по положению, посылаемая сервоприводом 1 оси сервоприводу 2 оси
(5) Импульсная команда рассогласования по положению, посылаемая сервоприводом 2 оси сервоприводу 1 оси
Системы типа «электрический вал» на базе сервоприводов позволяют упростить механическую конструкцию системы, избавив её от системы передаточных шестерней, цепей, ремней и т. д., в различных типах роботизированного оборудования, сварочных, сборочных и обрабатывающих автоматических линиях.
Как синхронизировать работу двух двигателей
Схема синхронного вращения при двух асинхронных двигателях с общим реостатом. Эта схема представлена на рис. 36; она состоит из двух асинхронных электродвигателей, статорные обмотки которых подсоединены к общей сети, а обмотки роторов присоединены параллельно к сопротивлению Ra. Необходимую устойчивость работы можно получить только при больших нагрузочных моментах, т.е. при больших величинах скольжения (что приводит к значительным потерям энергии в реостате), и при сравнительно небольшой разнице между нагрузочными моментами. Наличие сопротивления постоянно включенного во вторичную цепь, не позволяет рационально использовать двигатели, так как скорость вращения понижается и величина к. п. д. установки уменьшается. Постоянная схема может работать только при одинаковых параметрах обоих двигателей.
Рис. 36. Схема синхронного вращения двух асинхронных двигателей с общим реостатом
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Рис. 37. Механические характеристики совместной работы двух асинхронных двигателей на общий вал
Совместная работа электродвигателей на общий вал с жесткой механической связью между двигателями.
В строительной практике иногда прибегают к устройству электропривода с установкой двух двигателей на одном общем валу (мощные экскаваторы, крупные виброплощадки и др.).
Механическая характеристика такого привода представляет собой сумму характеристик отдельных двигателей.
В большинстве случаев асинхронные двигатели переменного тока одинаковой номинальной мощности имеют различные механические характеристики. На рис. 37 приведены механические характеристики двух двигателей 1 и 2 и общая характеристика привода 3. При каком-либо нагрузочном моменте, например Мл, привод будет вращаться со скоростью щ об/мин. Проведя горизонталь через точку А, найдем моменты М\ и Мг, развиваемые при этом двигателями. Как видно, больший момент нагрузки будет иметь двигатель с более жесткой механической характеристикой, что может вызвать его перегрев. Поэтому при установке двигателей, одинаковых по мощности, но с различными механическими характеристиками, необходимо во вторичную цепь двигателя с более жесткой характеристикой включать активное сопротивление соответствующей величины. Таким путем можно добиться того, что двигатели будут развивать одинаковые моменты в значительном диапазоне нагрузки.
Если для совместной работы устанавливаются электродвигатели различной номинальной мощности, то следует тщательно подобрать соответствующей величины добавочное сопротивление в цепи ротора одного из них.
Схема синхронного вращения с асинхронными вспомогательными машинами. Эта система включает два или несколько элементов, каждый из которых в свою очередь состоит из главного или рабочего двигателя и жестко связанной с ним вспомогательной машины. Отдельные элементы системы не имеют механической связи между собой. Наиболее простой является система из двух элементов. Каждый элемент состоит из главного приводного двигателя, связанного с валом производственного механизма, и вспомогательной или синхронизирующей электрической машины.
Вспомогательные или синхронизирующие машины служат для синхронизации хода валов двух производственных механизмов. Данная система синхронного вращения двигателей является устойчивой при различных нагрузках на валы производственных механизмов. Недостаток ее — необходимость иметь дополнительные машины, которые удорожают установку и усложняют ее эксплуатацию.