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伺服电机UVW动力线相序接错,何以导致飞车? [原创] 点击:32895 | 回复:137



波恩

    
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发表于:2008-09-12 17:21:39
楼主

这几天看到一些帖子谈及富士和安川电机UVW动力线相序接错时导致飞车的故障,至于为什么会飞车,本人曾在个别帖子中认为是由于相序接错,导致电角度反转,电流环出现正反馈所致,但并未给出具体的相序分析。今日恰逢工作原因对此问题有所涉及,就仔细考虑了伺服电机UVW动力线相序接错可能导致的电角度偏移关系,感觉有所收获,先将分析结果贴出来与大家分享,如有异议,请不吝指正。

以U-V-W正常接入相序的电角度偏移量为0考虑,则

U-W-V相序的电角度偏移量为180度,恰好反向,Iq分量完全反转,完全正反馈,若伺服无正反馈检测机制,必然飞车;

V-W-U相序的电角度偏移量为120度,相位偏移超出90度,Iq分量符号反转,进入正反馈区;

V-U-W相序的电角度偏移量为300度,即-60度,相位偏移,Iq分量减半,出力明显变小,可导致实际电流变大,电机严重发热;

W-U-V相序的电角度偏移量为240度,即-120度,相位偏移超出-90度,Iq分量符号反转,进入正反馈区;

W-V-U相序的电角度偏移量为60度,相位偏移,Iq分量减半,出力明显变小,可导致实际电流变大,电机严重发热。

 

【9月18日 修订稿】

【2009年1月6-7日 修订补充】

本贴自发布之后,得到诸位网友的热情回复,其中也有不少不同意见,其中“当时明月在”的质疑和“bookujsnj”的当头棒喝非常好,令本人着手重新审视这个议题,巾帼这几日的仔细推敲,确实发现原结论的不少问题,在此本人对原贴出现的错误分析和观点,以及由此造成的误导深表不安和歉意!并感谢“当时明月在”和“bookujsnj”等网友的指正。现将最新看法整理如下:

 

本讨论的前提是:假定电机编码器初始安装相位正确,伺服驱动器将完全“采信”电机编码器的初始安装相位所表征的电机电角度相位,无需在伺服电机的UVW动力线接线连接后进行额外的电角度初始相位的调整或辨识,这一点也是目前绝大多数成套供应的泛用伺服系统的实际处理方式。

 

电机的UVW三相动力线与驱动器的UVW三相接线端子之间可能的连接关系共有六种,以驱动器接线端的UVW顺序为正确接入相序,则电机动力线接入驱动器端子后,包括一一对应的“正常接入相序”电机UVW对驱动器UVW在内,根据排列组合,共有6种可能的接入顺序,分别为电机的UVW,UWV,VWU,VUW,WUV,WVU动力线对驱动器的UVW端子,因此驱动器的U、V、W端子有可能分别被接入了电机的U或V或W相动力线。由于电机的动力线上的反电势相位代表了电机的实际电角度,而驱动器的UVW端子的输出电压电流波形间的相位取决于电机编码器相位所表示的确定相序的电角度,因而,在电机动力线的UVW相与驱动器的UVW端子之间的对应关系不同时,就会出现驱动电压电流波形相位与电机反电势相位之间的偏差,有关偏差如下:

 

 

以电机动力线相序UVW对驱动器UVW接线端一一对应“正常接入”的相序为参考相序,按照三相交流电的一般相位关系,U领先V120度,V领先W120度,即U领先W240度,则有:

  

  

U-V-W正常接入相序。

电角度偏移量为0,电角度增量为+Δθ,后续电角度可表示为:+Δθ。

在α-β坐标中起始电流矢量角从270度正向递增,在d-q坐标系中的电流矢量角始终指向270方向,实现正交解耦。

此时伺服控制始终处于完全正交解耦的最佳状态。

电流环和速度环都运行正常。

 

  

U-W-V相序,U正确,W、V互反。

电角度偏移量为180度,电角度增量为 -Δθ,后续电角度可表示为:180 - Δθ。

在α-β坐标中起始电流矢量角从90度反向递减,在d-q坐标系中的电流矢量角由90方向2倍递减,起始方向偏离原正交方向(270度)180度正交于d轴,并逐步该偏离正交方向趋向d轴方向(0度)。

由于电机电角度增量方向与驱动矢量方向逆转,因而Iq分量是cos(180-2Δθ)的函数,90方向的起始相位恰好反向,Iq分量反转180度,在电流环下,电机瞬间反转,随着电机的转动,Iq分量迅速出现零值,并最终锁死于该点。速度环运行模式下,同样会瞬动后锁死。

 

   

V-W-U相序,电机与驱动器的各相顺序错位。

电角度偏移量为+120度,电角度增量为 +Δθ,后续电角度可表示为:120 + Δθ。

在α-β坐标中起始电流矢量角从30度正向递增,在d-q坐标系中电流矢量角始终指向30方向,偏离原正交方向(270度方向)+120度。

由于电机电角度增量方向与驱动的一致,Iq分量为cos(120)=-0.5,符号反转,在电流环下,电机反转,力矩有所减小。速度环运行模式下,速度正反馈飞车。

 

 



xzy568

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发表于:2008-09-12 19:36:57
1楼
如果出现在300度和60的情况,驱动器能检测出来吗?

电工小刘

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发表于:2008-09-12 20:28:10
2楼
有见地                                                                          

甲丁

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发表于:2008-09-13 00:15:27
3楼
谢谢波恩!http://gongkong.com/Forum/ForumTopic.aspx?Id=2008081900183000001

波恩

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发表于:2008-09-14 09:38:13
4楼

补充一点: 在上述分析中,所谓“正常接入相序”的U-V-W之间的相位关系为V领先U120度,W领先V120度,即W领先U240度。【需修正为】“V滞后U120度,W滞后V120度,即W滞后U240度”,或者“U领先V120度,V领先W120度,即U领先W240度”。


再补充一点:在上述讨论中,假定电机编码器初始安装相位正确,伺服驱动器“采信”电机编码器的初始安装相位,“不通再过”【改为】“不再通过”伺服电机的UVW动力线检测或调整电角度初始相位,目前绝大多数泛用伺服的实际处理方式都符合该假设。

叫我小白

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5楼

太好了。

如果U/V/W接对了,但是伺服系统中零位角设定角度跟实际角度有偏差,应该也可以按照上述结果套用。

 

zjnb

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6楼
太好了。

Thomas8032

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发表于:2008-09-15 22:17:28
7楼

今天遇到X轴和Y轴用松下伺服,但Y轴PE和W相接反,上电后居然没有报警和跳闸,很正常,但给相同指令后Y轴速度比X轴慢,而且Y轴波动比较大,单独运行X轴时,过几秒钟后Y轴驱动过电压报警,单独运行Y轴也没问题,只是速度有点慢。我记得以前用三菱的时候接错相序会报警的,如果和PE接错直接会跳闸的。不知道这个问题如何解释,请波恩赐教一下。我困惑之中。

newchp

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发表于:2008-09-15 22:57:45
8楼

用松下伺服接错U。V。W并没有影响,电机也不会反转。

 

每天进步一点

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发表于:2008-09-15 23:11:03
9楼

松下伺服接反了,也会报故障

为梦飞

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发表于:2008-09-16 09:16:50
10楼

回贴是一种美德!

波恩

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发表于:2008-09-16 10:09:45
11楼

“我叫小白”说的不错!

 

原则上讲,伺服系统都应具备输出缺相保护和正反馈保护!

有了正反馈保护,即便是相序接错了,也不至于出现飞车,毕竟飞车是一件很危险的事情,按楼上几位所言,松下接错了不飞车,就说明松下有保护,这一点是到位的;

有了输出缺相保护,就不至于在输出断线的情况下,仍旧以非正常太工作,“7楼”所述问题,非常危险,W与PE相互接错,电机机壳就会带电,会出人身事故的!此时W接入PE,相对于UV就不存在任何电气关系了,此时相当于W缺相,这样说来,松下的保护机制在这一点上是不到位的!至于此时电机仍旧会转的原因,一时还没想清楚,而PE端不做漏电保护,估计是电气配线的问题,未必在伺服。

当时明月在

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发表于:2008-09-16 11:45:42
12楼

"U-W-V相序的电角度偏移量为180度,恰好反向,Iq分量完全反转,完全正反馈,若伺服无正反馈检测机制,必然飞车;"

根据以往经验,当这样接线时,电机似乎是转到某一位置后锁死,驱动器以最大电流输出~~

有时间再验证一下

 

波恩

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发表于:2008-09-16 12:50:50
13楼
很高兴看到不同意见的出现,欢迎进一步的结果和讨论。

mtwj02

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发表于:2008-09-16 13:03:50
14楼
引用波恩 的回复内容:很高兴看到不同意见的出现,欢迎进一步的结果和讨论。



vesgine

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发表于:2008-09-16 18:27:37
15楼

"U-W-V相序的电角度偏移量为180度"

这里的U-W-V相序是指驱动器的U相接到电机的U相,驱动器的V相接到电机的W相,驱动器的W相接到电机的V相吗?

另:电角度偏移量如何理解?

皓月

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发表于:2008-09-16 21:14:27
16楼

我想这个应该跟反馈有必然的联系

bookujsnj

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发表于:2008-09-16 21:18:19
17楼
回复内容:
对:波恩 关于

“我叫小白”说的不错!

 

原则上讲,伺服系统都应具备输出缺相保护和正反馈保护!

有了正反馈保护,即便是相序接错了,也不至于出现飞车,毕竟飞车是一件很危险的事情,按楼上几位所言,松下接错了不飞车,就说明松下有保护,这一点是到位的;

有了输出缺相保护,就不至于在输出断线的情况下,仍旧以非正常太工作,“7楼”所述问题,非常危险,W与PE相互接错,电机机壳就会带电,会出人身事故的!此时W接入PE,相对于UV就不存在任何电气关系了,此时相当于W缺相,这样说来,松下的保护机制在这一点上是不到位的!至于此时电机仍旧会转的原因,一时还没想清楚,而PE端不做漏电保护,估计是电气配线的问题,未必在伺服。

 


说的不对吧?

拜托波恩搞清楚是怎么回事再发贴,免得误导别人。

电机UVW相序接反了,如果没有进行初始相位判断,上电会发生过流报警。 因为矢量控制的相位角错了,而不是什么正反馈的原因,具体参考矢量控制原理和svpwm等调制原理。

正确地处理过程如下:

 相序接错以后,最好上电时进行初始相位查找,一般的驱动器,像安川都有这个功能。寻找初始相位后,如果电机飞车,则需要修改驱动器里面的一个参考方向设定,这个就是把正反馈修改为负反馈,具体原因为速度给定值和经过编码器计算的实际速度值符号相反。

一般情况下,相序接错而没有寻找初始相位,上电驱动器一定过流报警。

 

 

我发这个帖子,肯定又遭到波恩的反击了,但是事实就是这样的。

只说这么多了,继续潜水中,保持沉默,刚才实在是看不下去了。

 

内容的回复:

bookujsnj

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发表于:2008-09-16 21:18:37
18楼

说的不对吧?

拜托波恩搞清楚是怎么回事再发贴,免得误导别人。

电机UVW相序接反了,如果没有进行初始相位判断,上电会发生过流报警。 因为矢量控制的相位角错了,而不是什么正反馈的原因,具体参考矢量控制原理和svpwm等调制原理。

正确地处理过程如下:

 相序接错以后,最好上电时进行初始相位查找,一般的驱动器,像安川都有这个功能。寻找初始相位后,如果电机飞车,则需要修改驱动器里面的一个参考方向设定,这个就是把正反馈修改为负反馈,具体原因为速度给定值和经过编码器计算的实际速度值符号相反。

一般情况下,相序接错而没有寻找初始相位,上电驱动器一定过流报警。

 

 

我发这个帖子,肯定又遭到波恩的反击了,但是事实就是这样的。

只说这么多了,继续潜水中,保持沉默,刚才实在是看不下去了。

 

Thomas8032

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发表于:2008-09-16 22:49:22
19楼

“有了正反馈保护,即便是相序接错了,也不至于出现飞车”。请问何谓正反馈保护?为什么有了它就不会飞车了?我记得三菱和松下伺服的只要反馈线接错或者模拟量线接错也会飞车的。

当时明月在

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发表于:2008-09-17 08:00:51
20楼

"一般情况下,相序接错而没有寻找初始相位,上电驱动器一定过流报警。"

有时也会出现过载报警~~这一般是由电流正反馈造成的。

其实电流形成正反馈是由于相角错造成的。波恩兄也是这么说的~~跟兄台的观点相差不大。~~~~~~

“正确地处理过程如下: 相序接错以后,最好上电时进行初始相位查找,一般的驱动器,像安川都有这个功能。寻找初始相位后,如果电机飞车,则需要修改驱动器里面的一个参考方向设定,这个就是把正反馈修改为负反馈,具体原因为速度给定值和经过编码器计算的实际速度值符号相反。”

您说的解决方法是针对由速度正反馈造成的飞车,这里讨论的是电流正反馈。当相角错时,也会导致飞车。


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