По заказу известной тайваньской компании в 2015-2020 годах мы разработали инвертор и программное обеспечение для шпиндельного электропривода фрезеровального станка.
Ниже представлены фотографии инвертора, а также его составных частей.
Наша фирма самостоятельно разработала печатные платы и конструкцию инвертора, а также всё необходимое программное обеспечение «под ключ».
- Спроектирована силовая часть – инвертор и контроллер, пройдены испытания на мощность до 50кВт
- Написана программа системы управления для шпиндельного синхронного электродвигателя с инкорпорированными магнитами
- Проведены испытания в различных лабораториях, подтверждающие требования ТЗ на шпиндельный привод
- Привод проверен на реальном станке ЧПУ при фрезеровке металла
- В ПО реализованы сервисные функции шпиндельного привода – управление по CANOpen, EtherCAT протоколам, режим позиционирования, автоматическая настройка на двигатель (идентификация параметров), расширенная диагностика и т.п.
Особенности системы управления
- Для высокой частоты тока требуется компенсировать задержку измерения тока и выдачи напряжения на инвертор – иначе теряется устойчивость
- Для обеспечения быстродействия регуляторов тока на высокой частоте тока обязательно требуется качественный модуль компенсации перекрестных связей осей d, q
- Для работы в зоне нехватки напряжения инвертора требуется модуль ослабления поля (“размагничивания” осью d) с высоким быстродействием для динамичной работы
- Для трёхуровневого инвертора с «плавающими» конденсаторами звена постоянного тока требуется специальный модуль ШИМ с программной балансировкой
- Для двигателя IPM требуется MTPA – чтобы обеспечить наибольший момент при наименьшем токе
- Индуктивность двигателя сильно изменяется от тока – необходимо делать адаптивные коэффициенты регуляторов тока
- Микроконтроллер: Texas Instruments TMS320F28377D
- Датчики тока: шунтовые в фазах на sigma-delta модуляторах AMC1306
Более подробно о разработке смотрите доклад и презентацию в PDF.
Модуль инвертора шпиндельного привода HSID спецификация
Item Параметр |
Specification Значение |
||
Input Ввод |
Main voltage Напряжение питания |
512~750Vdc =512 – 750 В |
|
Rectifier Выпрямитель |
Built-in diode uncontrolled with precharge circuit Встроенный диодный неуправляемый с цепью предзаряда |
||
Main Rating Current (A) Входной номинальный ток |
53.4A @ 630Vdc 53.4 А при 630 В в звене постоянного тока |
||
Control voltage Напряжение управления |
24Vdc±10% =24 В |
||
Control Current Ток управления |
2Adc =2 А |
||
Startup time Время включения |
Less than 500ms Менее 500 мс |
||
Output Выход |
PWM Frequency Частота ШИМ |
8-20kHz 8-20 кГц |
|
Max output frequency Максимальная частота тока двигателя |
1500Hz 1500 Гц |
||
Power module Силовой модуль |
MITSUBISHI CM400ST-24S1 Трёхуровневый 12го класса MITSUBISHI CM400ST-24S1 |
||
Max voltage(Vmax) Максимальное напряжение (~В) |
343~482.4 |
||
Rate Current(Arms/Apeak) Номинальный ток (А действ./ампл.) |
107/151.3 |
||
Peak current(Arms/Apeak) Пиковый ток (А действ./ампл.) |
267/377 |
||
Current Detector(Peak) |
420 |
||
Speed variation rate Девиация скорости |
0.1% of maximum speed 0,1% от максимальной |
||
Continuous Rate output Продолжительная мощность |
30KW 30 кВт |
||
30-minute rate output Мощность за 30 минут |
37KW 37 кВт |
||
Maximum Applicable Motor Capacity (kW) Максимальная мощность подключаемого двигателя |
44.4KW 44.4 кВт |
||
communication коммуникации |
network сеть |
EtherCAT, CAN, RS485 |
|
USB(2.0) |
Connect to PC for Monitoring parameter and saving and test operation. Подключение ПК для просмотра и настройки параметров. |
||
Encoder feedback Подключение датчика положения |
Power Supply Питание |
5Vdc±5%@1.5A 9Vdc±5%@0.25A (for Hiperface) |
|
Signal type Тип сигнала |
Tamagawa:23bit absolute T-code 5MHz Digital: incremental AqB with Z (5MHz) Analog: sine/cosine AqB with Z ESC input for Analog encoder *1 Тамагава: 23 бит абсолютный 5 МГц Цифровой инкрементальный 5 МГц Аналоговый инкрементальный Внешняя плата для аналогового датчика положения |
||
Encoder output Выход датчика положения ротора |
Buffer Буферизированный |
This function is the Encoder AqB signal direct bypass output. Output use RS422 differential line driver can up to 20M count/s Это функция байпаса сигнала квадратурного датчика, когда сигнал пропускается и передается в формате RS422 с максимальной частотой 20·106 импульсов в секунду. |
|
Emulated Эмуляция |
This function is the encoder AqB signal entry the DSP then output is controlled by the DSP. Output use RS422 differential line driver can up to 18M count/s Эту последовательность генерирует микроконтроллер с чистотой до 18·106 импульсов в секунду. |
||
I/O Ввод/вывод |
Input Ввод |
Photo-coupler Isolated General purpose inputs can use [I1-I10]24V/0.05A Изолированные сигналы цифрового ввода [I1–I10] |
|
output Вывод |
Photo-coupler Isolated, General purpose outputs can use (O1-O5) 24V/0.1A Изолированные сигналы цифрового вывода [O1–O5] |
||
|
Velocity command input Вход задания скорости |
1 channel; ±10V (linear range ±8V), BW 1.5kHz 1 канал, ±10 В (линейный диапазон ±8 В), полоса пропускания 1,5 кГц |
|
|
Velocity/Torque output Выход скорости/моммента |
2 channels; ±10V (linear range ±8V), BW 1.5kHz 2 канала, ±10 В (линейный диапазон ±8 В), полоса пропускания 1,5 кГц |
|
|
STO |
2in/1Out 2 входа/1 выход |
|
Panel Display Дисплей |
LED Светодиодный |
Charge (Red), STAT (RED/GREEN) Заряд (красный), Статус (Красный/зелёный) |
|
Protection Защита |
Overload Перегрузка |
Continuous-operation periodic duty Постоянно включенная |
|
Fuse Предохранитель |
Control power: Build in Питание цепей управления: встроен |
||
Dynamic brake Тормозной ключ |
Use external dynamic braking circuit in the AFE line module Используется тормозной ключ в сетевом модуле активного выпрямителя |
||
Overcurrent, overload, main circuit voltage error, heat sink over- heating, IGBT over-heating, over speed, encoder error, detected, parameter error, etc. Максимально-токовая, перегрузка, по питанию, перегрев радиатора, перегрев силовых ключей, превышение скорости, ошибка датчика положения, ошибка параметров и т.д. |
|||
Motor over temp Температура двигателя |
PT1000/KTY83 |
||
Dimension Размеры |
Width Ширина |
150 mm 150 мм |
|
Height Высота |
320mm 320 мм |
||
Depth Глубина |
263mm 263 мм |
||
|
Weight Вес |
<18Kg <18 кг |
|
Environment Условия эксплуатации |
Operational temperature Рабочая температура |
Ambient temperature 0~40℃ температура окружающей среды от 0 до 40°С |
|
Operational Humidity Рабочая влажность |
Ambient Humidity Lower than 90% RH (non-condensing) 90% без конденсации |
||
Installation altitude Высота над уровнем моря |
below 1000 m sea level
1000 м |
||
Vibration (install) Вибрация |
under 0.5G менее 0,5 g |
||
packaging shipping упаковка |
ISTA 2A |
||
Storage Temperature Температура хранения |
–25℃~+65℃ |
||
Structure Степень защищенности |
IP 20 |
Для заказчиков: по контракту с тайваньской компанией мы полноправно разделяем все интеллектуальные права на данную работу, поэтому мы можем адаптировать или продать разработку заинтересованным российским компаниям, либо произвести опытную серию образцов. Серийно данные инверторы нами не выпускаются.