Уважаемые коллеги, в ходе разработки частотного преобразователя возникли проблемы при испытаниях с 15 кВт асинхронным двигателем АИР160S4 (трехфазный, 15 кВт, характеристики здесь - http://electronpo.ru/dvigatel_air160s ). Никаких проблем не наблюдалось с двигателем на 2 кВт. Есть ощущение, что ошибка на поверхности, так что не буду сразу вдаваться в подробности проекта.
Двигатель включен треугольником, холостой ход, закон регулирования U/F линейный, 380 В соответствует 50 Гц. На частотах примерно от 10 Гц до 40 Гц появляется механическая вибрация двигателя (не связано с механическими деталями двигателя, т.к. пробовали и другой такой же двигатель, при выключении питания вибрация мгновенно пропадает), ток в фазах меняется по закону, изображенному на рис. (ось абсцисс — в мс, ординат — в А, частота 38 Гц ).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Если угловой коэффициент U/f уменьшить в 3 раза, то сигнал тока приобретает синусоидальную форму и вибрации пропадают. На номинальной частоте 50 Гц и напряжении 380 В, нет никаких вибраций и сигнал имеет синусоидальную форму. Пытались изменять частоту при старте линейно с различными постоянными времени от неск. секунд до минуты, эффекта не было. Включали двигатель звездой — он работал более плавно, но существенного изменения не было. Во всех экспериментах двигатель работал на холостом ходу.
Вопрос следующий: есть ли какая-нибудь особенность в управлении такими мощными двигателями. Благодарю за внимание!

После добавления к частотному преобразователю активной нагрузки в виде 2кВт заклиненного двигателя - колебания 15 кВт двигателя АИР160S4 заметно уменьшились. Вот снятый сигнал с одного из фазных датчиков тока (частота питающего напряжения - 25 Гц, ось абсцисс — в мс, ординат — в А):

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Возможно, это связано с тем, что двигатель работает на холостом ходу, нужен демпфер для реактивной энергии...

Вы осцилограммы напряжений покажите.

Т.е частотный преобразователь обычный скалярник? И никаких векторных алгоритмов управления нет, обычынй табличный синус на ШИМ? А какова частота ШИМ и собственная емкость обмоток? У двигателей на десятки киловатт собственная емкость обмоток велика, можно попасть на резонанс. Надо или частот ШИМ снижать или ставить формирующий синусный фильтр на выходе частотника.

В резонанс входят двигатели и напрямую в сеть включенные. У нас постоянно так случается.
Решается либо увеличением нагрузочного момента либо понижением напряжения.

Спасибо за комментарии. Напряжение на DC-шине (ось ординат - в В, абсцисс - в мс):

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

И соответствующий ток на одной из фаз (ось ординат - в A, абсцисс - в мс):

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Были подозрения, что наш опытный образец частотника глючит, судя по отзывам и по эксперименту с параллельным заклиненным двигателем, причина может быть объективной. Когда мы подключали к мощному двигателю более слабый на холостом ходу, то он тоже механически колебался с той же частотой, видимо из-за колебаний напряжения. Сегодня обещали подвезти 30 кВт частотник (пока не знаю модели), проверим. Хочется сначала удостовериться, что железо в порядке.
Из сигналов обратной связи - три токовых сигнала с датчиков Холла и напряжение на DC-шине. Управление скалярное. Частота ШИМ - 10 кГц, может меняться (изменение на 8 кГц ничего не изменило). Управление по ModBus RTU, сигналы обратной связи постоянно передаются через RS232 в матлабе пакеты сшиваются и визуализируются.
Пока только начинаю разбираться в векторных алгоритмах, хотелось бы для начала поставить задачу определения момента и/или скорости вращения двигателя (по сигналам обратной связи). Буду очень признателен, если порекомендуете источники информации. Полезна будет информация о том, как частотники определяют параметры двигателя для векторного управления, может быть мануал. Пока изучаю книгу "Modern Power Electronics and AC Drives" By Bimal K. Bose.. Уже есть каша в голове, обычно через некоторое время приходит понимание))).

Bose здесь не поможет.
В резонанс у нас даже частотники OMRON-а входят когда им оставить параметры которые они сами якобы определили у двигателя.
Сидим и методом тыка подбираем.

При превышении номинального тока (с запасом около 10 %) у двигателя АИР160S4 сделал стабилизацию тока (что-то вроде ПИ-регулятора) - двигатель стал работать намного плавнее, возникает вопрос - при скалярном регулировании вообще оправдана подобная стабилизация тока скважностью ШИМ-импульсов, при этом алгоритм вращения двигателя конечно же продолжает работать (не хочется заниматься оптимизацией алгоритма, если он заведомо ошибочный).
При подключении частотника ВЕСПЕР E2-8300-040H на 40 кВт, двигатель работает плавно, осциллограммы напряжения ровные. При этом я специально сконфигурировал его на работу в скалярном режиме. Может быть это один из недостатков скалярного управления и с этим ничего не поделаешь? Хочу выяснить может это быть резонансом, можете выложить эквивалентную схему или просто объяснить какие параметры движка и/или частотника влияют на резонанс двигателя на определенных частотах. В эквивалентных схемах емкостей двигателя пока не встречал.

Не нравится мне форма напряжения на звене постоянного тока, там ведь у Вас наверняка полууправляемый выпрямитель стоит (одна группа - диоды, другая - тиристоры, плюс емкость на выходе), а такой "расколбас" АД и формы напряжения в звене DC может наблюдаться при отсутствии одной фаза на входе выпрямителя, либо нерабочем тиристоре (не открывается). Есть ли на выходе ЧП реакторы? Производители рекомендуют их установку, они обычно в комплекте идут. (даже на старых совковых ЭКТ они стояли). Ну и как вариант попробуйте поменять закон регулирования. Сам предпочитаю настраивать ЧП по закону DTC. Либо как вариант поменяйте несущую частоту ШИМ (буржуи рекомендуют на АС малой мощности ставить 16 кГц). А то, что Вы говорите о возможном вхождении в резонанс, ни разу не встречал чтобы эффект резонанса наблюдался в таком широком диапазоне частот регулирования. Еще как вариант, можно попробовать побаловаться изменением времени параметра ПИД, хотя она имеет большое значение при переменной нагрузке не двигателе (шаровые мельницы например). Удачи в работе.

Проверьте еще правильно ли установлены обороты двигателя, если там ошибиться и поставить значение как для другого кол-ва полюсов АС то он и будет дергаться как потерпевший попавший под напряжение

О!
А можно сразу пару вопросов, пользуясь моментом
Сейчас стоит задача сделать частотник на 30 кВт

Есть макет на 2.2 кВт скалярник U/F, ШИМ 10 кГц рулит всем этим хозяйством STM32
Питается от 220В мешаю 3ю гармонику в синус, все вообщем то работает, крутится, вертится

а тут вообщем то 380 вольт и мощность будет больше чем на порядок
и вот я в размышлениях
ШИМ хочу 5 кГц формирователь ШИМ аппаратный на ПЛИС, управлять будет STM32
драйвера с контролем насыщения разумеется

вообще с каким подводными камнями могу я столкнуться?
и вопрос защит, точнее их же надо будет как-то проверить
Если будет желание ответить можно тут или в личке, спасибо!

RustemKZN, это напряжение в каком режиме привода?
Покажите две осцилограммы, где нормально работает и где ненормально. Вообще страшное дело: в постоянке скачет напруга (дельта больше 40 вольт), о какой нормальной работе вообще речь, если ШИМ на ключи не зависит по всей видимости от такой формы напряжения DC (я так понимаю это какой-то стационарный режим приведён). Поставте дросели как тут посоветовали хотя бы, чтобы сгладить напряжение.

Спасибо за комментарии!
На частоте 50 Гц в стационарном режиме по фазным токам - красивые синусы, никакой модуляции, напряжение болтается в пределах погрешности (ок. 10 В, шум вызван преимущественно коммутацией ключей фазных полумостов). Дроссели пока не ставили,
сначала хотим дать нагрузку на двигатель.
Частотник управляется с МК семейства stm32F4, необходимости в ПЛИС не вижу, ресурсов за глаза, по крайней мере для скалярного режима. Силовую часть не сам разрабатывал и отлаживал, не могу достоверно комментировать, по крайней мере, работает пока все стабильно. Контроль насыщения есть,также аппаратная логика защиты от сквозных токов полумостов. Из подводных камней - у stm32F4 плохой АЦП, разрядность от силы 9-10 бит (AN4073, errata), отсчеты нужно брать в определенный момент работы ключей, использовать каскадное включение АЦП. 380 В - это межфазное напряжение, относительно нулевой фазы это те же 220В, вроде ничего не путаю).
Пока разбираюсь в векторном управлении, надеюсь запустить двигатель в нормальном режиме на существующем железе.

Получилось что нибудь ?
По DC поставьте больше конденсаторы и снаберы в приделах 1.5uf

Разбирался в векторном управлении, вроде DTC SVPWM не трудно реализовать в теории, есть модель в симулинке, переключился на другую задачу пока. Снаберы есть. Добавляли конденсаторы, пробовали 3.4 mF, потом еще плюсом 2.35 mF добавляли, результата не было. Сейчас собрали два включенных друг на друга через муфту двигателя. Частоты, при которых была вибрация ушли вниз. Если сначала вибрация была на частотах 20-40 Гц, то сейчас вибрации нет на частотах выше 20 Гц.

Здесь уже была "занятная" ветка:

http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=133381

При управлении ACIM необходимо учесть еще намагничивание ротора иначе при увеличении частоты происходит вот такая штука как вы описали. Лично я не смог разобраться детально как производители компенсируют искажения , и потому использовал Ti.

это резонанс машины. Проблема решается алгоритмически: резонансные частоты надо проскакивать. А вообще проблема полностью исчезает при применении векторного управления. Даже самого плохого без адаптации. Но при векторном появятся ньюансы, которые зависят от области применения. Конкретнее - нужен датчик скорости и нужно знать параметры машины. Неточность в определении параметров машины напрямую снижает электромагнитный момент. Соотношение приблизительно такое - ошиблись на 50% в сопротивлении ротора = машина недодаст 50% момента. При погрешности более 50% будет потеря устойчивости.Это обычная ситуация - машина нагрелась, ротор нагрелся,сопротивление его выросло. Подобная проблема решается алгоритмом адаптации. И вот здесь начинается самое интересное- никто никогда даже не намекнет даже принцип, по которому он работает - коммерческая тайна. В лучшем случае в структурной схеме нарисуют цветной квадратик с надписью - "адаптивная модель". С датчиком скорости ситуация аналогичная - бездатчиковые приводы недодают момента. Это во всем мире такая проблема и до сих пор качественно не решена ни одним производителем приводов переменного тока (сделать вращалку, которая будет вращаться - не проблема, а чтобы момент еще номинальный держала- большая проблема). Самое простое решение в вашем случае - либо сильно ослабить поле (как вы сделали экспериментально,уменьшив U/f в три раза), либо пропускать резонансные частоты алгоритмически
===
С готовыми texasовскими решениями имеет смысл ознакомиться - это классические решения,которые расписаны даже в отечественных книжках, но без адаптации векторное управление - полная профанация из-за того,что погрешность измерения сопротивления ротора напрямую влияет на электромагнитный момент машины.Поэтому и нужно знать условия работы - если машина не греется или выбрана с х2 запасом по моменту, то можно не париться с адаптацией
===
Пространственно-векторным ШИМ, который упоминался здесь ранее не имеет никакого отношения к управлению асинхронной машиной - он просто позволяет эффективнее использовать напряжение звена постоянного тока и не более. Даже не имеет смысла напрягаться с его реализацией - texas даёт готовое решение и им надо пользоваться. Но там есть ньюанс,связанный с неподвижной системой координат (оси альфа-бэта). В нашей литературе ост альфа направлена вдоль оси абсцисс, а ось бэта -по оси ординат. В европейской и западной литературе они сдвинуты на 90 градусов против часовой. Т.е. в texasовская ост альфа - это наша бэта, а texasовская бэта - это наша альфа, умноженная на минус 1. Ну или не читайте отечественную литературу и делайте сразу по западной литературе. Тогда про поворот системы координат на 90 в программе можно забыть

Простите но вы пишите нечто смахивающее на ахинею.
Постоянно работаем с частотниками и решаем проблемы недостаточного момента.
Нагрев ротора до 100 град никак не влияет на момент или влияет ну совсем незначительно.
Но вот механика нагретая, редукторы и прочие передачи действительно с нагревом меняют свои свойства сильно.

Некая "адаптация" это я так полагаю у вас просто автотюнинг.
Частотники перед каждым пуском умеют за несколько сот миллисекунд измерить и пересчитать все необходимые характеристики двигателя.
Это заметно по необычному писку перед стартом.
А реальную адаптацию PID-а в частотниках может сделать кто угодно ибо коэффициенты PID-а доступны в реальном времени по цифровому интерфейсу. Ничего секретного.

Стоп. Вы настраиваете готовые частотники? Если да, то это не считается - вы не знаете какой алгоритм в них заложен.Никто и никогда вам не расскажет механизм адаптации наблюдателя к изменяющимся параметрам асинхронника(конкретнее к постоянным времени статора и ротора). Откройте любое описание конкретного частотника или любую статью, где есть реальное внедрение. Там все содержание: мы сделали, общая структурка и красивый квадратик с надписью "Адаптация" без раскрытия содержимого

Я не хотел превращать длинное сообщение еще более длинным, а просто констатировал это как факт- классические алгоритмы векторного управления FOC(непосредственная ориентация по полю) и DFOC(косвенная ориентация по полю), которые рассмотрены во всех учебниках нормально работают только когда вы знаете параметры машины И при условии,что они не меняются. Не о регуляторах идет речь, а о наблюдателях FOC,DFOC. Они выполняют функцию датчиков потокосцепления ротора. Если у вас датчики сами по себе хреновые, то о каких обратных связях идет речь.
Есть установка 250кВт в лаборатории, к которой прикладывается нагрузка. Это нагрузка напрямую измеряется и я знаю электромагнитный момент машины. Это все не на глаз "хватает-не хватает", а в цифрах, с погрешностями. Делал все алгоритмы, которые есть в учебниках, статьях, диссертациях и у texasа в готовых решениях. Результат один и тот же. Если не хотите делать стенд и реализовывать профанацию,которая называется классическая векторка без адаптации, запустите в матлабе готовый проект и увеличьте сопротивление ротора на 50%. Я сам разработчик систем электроприводов на переменном токе и знаком с работами конкурентов. У них такая же векторка с адаптацией, но механизм адаптации закрыт. Есть тов. Виноградов А.Б., который частично расписал механизм адаптации в одной статье , как они делают для Белазов, но по моей информации он его коренным образом перелопатил и на конференциях уходит от подобных вопросов . Есть книжка тов. Калачева, в котором он приводит известные ему адаптации асинхронной машины, но везде заканчивается фразой "это все работает хреново и при определенных условиях". Все остальные, дабы обеспечить "настраиваемость" делают скалярку со всякими компенсациями.Года 4 назад в Мск приезжал какой-то АББшный разработчик и устраивал конференцию по этой тематике и ответил на аналогичный вопрос так же, только короче "мы не рассматриваем векторное управление без адаптации"
===
Автотюнинг, о котором вы упомянули, не имеет никакого отношения к векторному управления. Если изучали ТАУ, то должны вспомнить, что регулятор тока в подчиненном контуре более чем робаст - постоянную времени можно менять в очень широких пределах и ничего вообще не изменится. Автотюнинг регуляторов в приводах - это просто маркетинговый ход типа "мы так можем - это круто, но на самом деле - это вообще ни чем не отличается, если вы просто скажете: пусть постоянная времени ротора равно 1секунде и примем постоянную времени регулятора тока, равной ....эм 0.5 секунд, а нет..лучше 1.5-тыкать на панели меньше".

Суть проблемы заключалась в большом dead-time, изначально он у нас равнялся 2 мкс (при этом частота ШИМ = 10 кГц), потом сделал компенсацию мертвого времени, заметно полегчало.
При начальном мертвом времени замечались существенные ступеньки и провалы в фазных токах, особенно на низких частотах. Теперь у нас мертвое время = 1 мкс (драйвера не позволяют существенно уменьшить это время) и компенсация, уже с одного герца синус красивый, двигатель плавно работает на частотах вплоть с 0.3 Гц до 50 Гц. Хотелось бы узнать, если можно, понимаю, что вопрос не совсем корректный, какое мертвое время характерно для частотников на 15 кВт?

Менял мертвое время до 3us на двигателях до 55кВт, разницы большой не увидел , сейчас установил 2us на все привода до 55кВт.

Наверное, у вас уже была компенсация мертвого времени. Какова частота вашего ШИМ? Интересно, что за железо?

Это "явление природы" называется "Автоколебания". Они были описаны в журнале "Электротехника". Номер не помню, вроде начало 90 годов, или конец 80-х. Возникают из-за обмена энергиями (активной и реактивной) между двигателем и звеном постоянного тока (конденсаторами) через транзисторы и обратные диоды инвертора. Решается с помощью правильного измерения напряжения в ЗПТ, и правильного регулятора в цепи обратной связи по напряжению. В бесплатных апликухах от разных производителей ни чего про это Вам ни кто не скажет. Там только принцип коммутации ключей описан и показан. Алгоритм устранения автоколебаний - это ноу-хау каждого разработчика. Это первый шаг в понимании электро-механо-магнитных процессов, протекающих в таких системах и первый шаг в науке построения реальных обратных связей и синтеза регуляторов. Есть книжка про электропривод старая, под авторством Эпштейна, там то же было кратко описано это явления. Но самый простой способ - это перекомпенсация двигателя, то есть задать ему большее напряжение, чем надо на этой частоте. Но это не правильно, так как снижается КПД и греется мотор.

Вспомнил!!!!!!!!!! Нашёл статью!!!!!!!!!!!!!!!! Ура!!!!!!!

В первом случае я столкнулся с такой же проблемой как и вы когда сделал преобразователь на мотороле MC56 и на мощности выше 2кВт при увеличении оборотов происходило примерно тоже самое что и у вас, мертвое время уже тогда не помогало. Во втором случае я проверял на контроллере DeltaTau когда к ним делал серво-усилитель, он управлялся по 6 каналам ШИМ и при проектировании драйвера возникали проблемы и приходилось менять мертвое время , оно так же не влияет. Сегодня настраивая преобразователь на TMS320F28069M я специально менял мертвое время влияния не наблюдал. Частоты задавал везде до 15кГц , на моторах до 10кВт, на более мощных в приделах 4-8 кГц. Выше правильно написали что в коде должна быть компенсация, но я не владею этой информацией, так как решил купить готовы контроллер. Я не понял как это можно сделать и инфы не так много.

По поводу компенсации мертвого времени (проверено и работает!!!) и еще некоторых аспектов хорошо написано здесь:Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Коллега по форуму просил прокомментировать коррекцию мертвого времени, личное сообщение отправить не получилось("Невозможно отправить это сообщение, так как получатель отключил свой личный ящик, или он попросту переполнен"). Ниже привожу ответ. Попробуйте внимательно прочитать стр.102-104 (формулы брал прямо оттуда). Давно уже не вспоминал теорию. Изучите работу полумоста и направление тока. Качественно эффект от компенсации мертвого времени можно получить при анализе формы тока, через фазу двигателя, качественно рис. 5.4 на стр.104 получал на своем частотнике. Но без датчиков тока ничего не получится. У нас было несколько итераций частотника, так вот заметил, что сглаживающий дроссель DC-шины тоже влияет на колебания. У нагруженного двигателя колебания могут пропасть. Думаю, что резонанс может иметь различные причины. Более того, у преобразователя Danfoss, не помню точно какой модели, есть настройки, позволяющие "недоходить" или "проходить" "плохие" частоты.

Откройте секрет - что изменит компенсация мертвого времени? Шим 4кГц - это 250 мкс. Величина мертвого времени максимум 4мкс. Как на медленный электромеханический преобразователь, которым и является асинхронник, может повлиять процесс, который закончится где-то в 60 раз быстрее, чем изменится фазный ток двигателя? Какой толк компенсировать процесс, который и так ни на что не влияет? Я понимаю, что это маркетинговый ход, деньги надо как-то зарабатывать, но вестись -то зачем?
----
Вибрации двигателя обусловлены его внутренней структурой. В теории управления систем есть такой раздел - устойчивость систем. Там доказывается, что устойчивость линейной системы определяется ее параметрами и не зависит более от никаких входных и возмущающих воздействий. Например, двигатель постоянного тока - идеальная линейная система- он или устойчиво работает при любых напряжениях и нагрузках, или неустойчиво. У нелинейных систем такая особенность отсутствует - их устойчивость может зависеть от всего - от параметров, от управляющих, от возмущающих воздействий, от начальных условий и вообще они могут иметь несколько устойчивых состояний и переходить из одного в другое. Так вот, асинхронник - это как раз нелинейный объект управления. Если вы сможете загнать его рабочий режим на линейных участок, то он будет в ее окрестности устойчив (вернее, квазиустойчив, пока рабочая точка именно там, где все более-менее линейно). Если не сможете - он или будет вообще неустойчив (непонятных гудения, неуправляемые разгоны и торможения) или будет мотаться между устойчивыми состояниями - это как раз вибрации, о которых идет речь. При векторном управлении, вы загоняете рабочую точку на линейных участок и двигатель квазиустойчив, пока рабочая точка где надо. Перемагнитьте его,например,и он вновь станет неустойчивым. При скаляре рабочая точка плавает по характеристике. У двигателей до ~5-7кВт -это все равно квазиустойчивый режим. Если выше - то как правило при определенных соотношениях частот тока и вращения, система теряет устойчивость. На самом деле, все определяется параметрами схемы замещения двигателя и конструктора об этом прекрасно знают и традиционно во всех промышленных частотниках имеется возможность пропускать "резонансные" частоты

Лично мне нет проку что-то рекламировать. С введением компенсации мертвого времени - токи двигателя на низких оборотах возросли, стали плавными. Двигатель начал в скалярном режиме вращаться с 0.3 Гц при линейной, из нуля выходящей характеристике U(f). Частота шима была 10 кГц, мертвое время 2 мкс. То, что было в документе, о котором я писал, проверено на практике.