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电机与驱动器的设计注意事项和测量方法

随着现在物联网和电机控制技术的飞速发展,工厂的生产制造自动化程度越来越高。像工业机器人原来只在汽车等高端产品的生产中使用到,但现在也越来越普及了,很多家电生产或机械加工厂家也开始引入机器人来替代传统的人力劳动。像广东省就以佛山顺德为试点,在以美的为首的多家大型行业领头企业中开展机器人产线应用项目,目的在于提升本地制造业智能化水平,促进制造业转型升级。在“中国制造2025”的大环节背景下,同样的政府和企业合作项目在全国正风风火火地执行中。


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而作为智能自动化生产工厂的核心设备:电机及其控制器(变频器),他们之间的关系却并没有我们想象这么简单。控制器的引入让电机的工况变得可调,可根据实际现场应用实现不同的动态性能输出(像机器人就是一个很好的例子),但电机和控制器之间也存在一些相互影响的因素,这里将一一为大家介绍:

1、 电机控制器引起的电机效率和温升问题

无论是什么种类的电机控制器或变频器,在运行的过程中均存在不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。谐波会引起电机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗的增加,直接导致电机的真实效率降低,并且有可能出现温升过高问题。因此在做电机控制器的设计或选型时,其输出信号的谐波含有率是一项比较重要的指标。


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解决方案

既然要对电机控制器的输出信号进行谐波分析,就必须用到宽频带的谐波分析仪。当前行业的做法一般用多通道的功率分析仪来组件电机测试系统来进行测试。如图所示,在测试过程中实时采集电机和驱动器的电参数和机械参数,在分析电机和控制器的实时单独效率的同时,也可以把谐波测试结果记录下来,考量其余效率之间相互影响的关系。


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2、 如何考量电机对频繁启动、制动的适应能力

这个问题也非常常见。由于电机采用控制器供电后,可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动(即软启动),并可利用控制器多提供的多种制动方式来进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件。这一类的行业应用以伺服电机为主,像数控机床上的位置控制电机就是此类型电机控制系统的代表。


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那么既然电机的工况是经常变化的,在其自身的机械系统和电池系统处于循环交变力作用下,就有可能对电机的机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。另外对于伺服电机这类主要运行在动态启停的复杂工况的电机产品,其控制性能(包括电机和控制器之间的连接控制)都是需要做测试考量的项目。

解决方案:

为了满足当前电机和控制器的需求,就需要一套可针对伺服系统的电机、驱动器及整个控制系统进行完整性能分析与控制特性分析的设备。


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周立功致远电子的MPT混合型电机测试系统可通过自由加载引擎技术对被试电机进行连续动态变化的负载加载,实现真实环境中被试电机的工况模拟,从而可开展对应的电机及控制的动态响应控制、实际工况仿真及老化等各类测试,让电机测试进入动态时代,满足当前电机行业尤其是机器人行业对运动控制相关项目的负载测试需求。


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