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1、 6RA70 故障诊断故障诊断 6RA70 Fault Diagnostics Cluster FAQ Edition 2010 年年 3 月月 IA XV1 XV2 XW1 XW2 用于对快熔的 监控 15A 和和30A 的装置的功率板 的装置的功率板 板代号 C98043 A7010 功率单元配线和吸收回路 脉冲变压器用于形成励磁回路的晶闸管触发脉冲 功率端子 励磁供电 通过V Hz 转换器和分流器检测实际的励磁电流值 通过高阻抗差动放大器检测励磁电源电压 励磁触发脉冲的同步也取自于电源 简易操作面板简易操作面板PMU 板代号 C98043 A7005 PMU 由一个5 位7 段显示 用于
2、状态显示的三个LED 3 个操作键 用于G SST1 串口通讯 的接口X300 组成 它是符合USS 协议的RS232 和 RS485 接口 它可用于连接舒适型操作面板 OP1S 或安装了DriveMonitor 的PC 机 IA P234 1 P 调节器 P224 1 P234 0 I 调节器 优化参考下文 某些应用需要控制SIMOREG 的输出电压稳定 即 速度调节器作为电压控制器 此时可设调节 器的反馈为电压实际值 P083 4 P609 292 电压实际值的连接器 速度控制的精度见使用说明书的技术数据 这是稳态精度 稳定运行时 在一段测量时间内 例如10 秒 在一个短的监控周期内发生的
3、偏 差 比如负载突变时 比标注值大 因为此时取决于系统的实际条件和优化情况 见下文 速度调节器预控 速度调节器预控 见功能图G153 转动惯量补偿 速度变化所需的转矩取决于负载的转动惯量和速度的变化率 所需的补偿值来自 斜坡函数发生器的dv dt 输出 速度的变化率 并附加在速度调节器的输出 摩擦补偿 克服摩擦所需的转矩依赖于速度实际值 并附加在速度调节器的输出 执行优化P051 28 时 自动确定上述补偿值 速度调节器的预控使速度控制的动态响应更高 通过参数P223 1 使补偿功能有效 见功能图G152 转矩计算 转矩计算 见功能图G160 通过设置参数P170 来选择速度调节器的输出是作为
4、转矩给定还是电流给定 电机的磁通 决定 了转矩 原理见后面的说明 设置参数 P170 0 速度调节器的输出作为电流给定直接送给电流调节器 不进行其它计算 限幅除 外 IA PI 调节器 工厂值 P154 0 P164 1 P 调节器 P154 1 P164 0 I 调节器 电流调节器通过其PI 特性曲线产生相应的触发角来调整电流给定值和实际值的偏差 预控 预控 预控和电流调节器同时起作用 确保在电流连续和断续状态下电流环的动态响应 首先 预控保证了现有的非线性控制特性触发角 并计算断续和连续区实际电流的变化所需要的 触发角的变化 控制其在适当的范围内 IA 这里 xN S k2 UN2 xD
5、LD 2 f xD 电抗器电抗值 f 电源频率 LD 电抗器的电感 S k2 在变流装置连接点的短路容量 UN 线电压标称值 XN 线路电抗 xT 变流装置连接点的变压器电抗 U 变流装置连接点电源系统的换相缺口 进线电抗器前 以百分数表示 如果只知道电源变压器高压侧短路功率 S k1 可用下面的公式计算S k2 S k2 ST uk ST S k1 ST 变压器视在功率 uk 以标幺值表示的变压器短路容量 例如 0 06 表示 6 uk 在同一电源系统中换相缺口对负载的影响 IA xa xa ej t 对于n次方的先行微分方程 见下面应用 xa a1 dxa dt a2 d2xa dt2 a
6、n dn xa dtn k xe 由于d dt j p d2 dt2 j 2 p2则 xa ej t 1 pa1 p2a2 pnan k xeej t 更多的转换和替换后 G p xa xe k 1 pa1 p2a2 pnan G p 时指频率响应的时间 对于一个谐振荡输入变量而言 线性系统的频率响应 与输出变量非齐次部分的解相联系 从上面可以看出 频率响应是通过替换微分方程的P得到的 频率响应的优点是仅仅是基本运算 加 减 乘和除的应用 不像是在解微分方程 频率响应和传递函数频率响应和传递函数 频率响应方程反映了系统对于谐振荡的响应 一次他是一个方程特殊的应用 类似于微分方 程 反映了系统对
7、于任何输入变量的响应 这种方程可以通过拉氏变换成系统方程 通过积分的方法F s 将时间响应函数f t 转换成复数变量的函数F s s j 在这个例子中 f t 是指原函数 F s 是指拉氏变换后的拉氏函数 原函数的线性微分方程形 式 变成现行代数方程的拉氏变换形式 通过解算术方程 然后变换回原方程 这种方法可以用 来计算微分方程 请查找其他关于这些方面的文章 下面列举一个2次方的线性微分方程 加法规则 微分规则 f 0 f t 在t 0时刻得一阶导数的值 f 0 f t 在t 0时刻得二阶导数的值 利用在t 0是的初始值 导出下面拉氏变换 可以得到传递函数 IA 时间常数 T L R 时间方程
8、 R i t U 1 e t T VP U R 频率响应 F p VP 1 pT U 输入侧电压的阶跃变化 阶跃响应 R i t IA Tn 积分时间 Xe 输入变量 Xa 输出变量 输出响应开始是取决于阶跃电压的系数Kp 随后由输入电压随时间积分决定 Tn 响应值到达 Xe Kp时的时间 Ti 响应值到达 Xe的积分响应时间 传递函数 IA稳定时间 tsettle 8 4 对于 x 2 超调量4 3 如果有两个比较大的滞后环节 就是一阶滞后环节的串联 适合使用一个PID控制器 积分时间Tn必须设定为二者之中最大的T1 Tv与控制环时间常数T2相同 Tn T1 Tv T2 Kp T1 2 Vs
9、 PID控制器的频率响应是 F p Kp 1 p Tn 1 p Tv p Tn 因为两个大的时间常数被补偿 对于偏差 是相同的 意味着能得到更快的上升时间 根据对称优化法优化根据对称优化法优化PI控制器 控制器 如果一个控制系统不仅包含一阶滞后环节 比例响应环节和死区环节 也包含积分环节 优 化必须被执行 通过不同于绝对值最佳原则的方法 以避免由于积分控制器串联和控制系统 的积分引起的振荡 因此必须为积分时间Tn找到一个不同的优化规则 这就是根据对称优化 的调节来实现 如果控制系统包含一个积分环节 同时也有几个一阶滞后环节 可以将滞后 环节时间常数组合成一个总的时间常数 可以组成一个PI控制器
10、 开环控制频率响应 F0 p Kp Vs 1 Tn pTn pT0 1 p 设定控制参数 Kp T0 2 Vs Tn 4 Vs是控制系统增益 是小时间常数的总和 T0是积分环节的积分响应时间 上升时间trise 是3 1 稳定时间tsettle是6 5 超调量是 43 3 在 x 2 时 这一同样适用于只包含一个积分环节的控制系统 IA Tn 4 如果控制系统包含两个特别的滞后环节 必须使用PID控制器 并且将积分时间设定为二者 中最小的一个 设定值滤波 43 4 的超调量仅仅在很少的场合被允许 必须采用方法减小它 通过 tss 4 的设定值滤 波器 如果Ti 1 利用控制器的比较大的积分时间
11、Tn 可以得到适当的结果 上升时间是7 6 在稳定误差 2 时 稳定时间是13 6 当阶跃输入时 如果要消除控制 变量的超调量 在对称优化的控制环前面加上输入滤波器tss 6 在控制系统中只能包含 一阶滞后环节 如果想要避免一个由于设定值的虑波较慢控制的不利影响 并且实现快速上 升曲线 输入通道滤波环节必须被旁路 可以通过微分响应环节1 4 绝对值优化和对称优化的比较绝对值优化和对称优化的比较 如果你试图根据绝对值优化或者对称优化来调节控制环 不可能总是能成功的准确得到控制 系统的数据 特别是在一些非线性系统中 也就是它们在被控制时的特性值变化 将发生测 量错误 从而导致在控制调节时发生一定程
12、度的故障 这可以通过使用纪录或trace功能观察 到 控制变量对于参考变量的阶跃变化的响应 通常存在明显的误差 在下面所示的阶跃响应 显示了最佳的响应和通过改变两个因数之一优化的特征值失调的响 应 这表示了必须将特征值调整到最佳的趋势 可以根据上面提到的补偿方法设定PID控制 器的正确的上升时间Tv 这些绝对值优化的图表显示了控制环增益增加 响应的坡度也会增加 导致超调量也增加 当积分时间增加 对于最终值得趋近越来越显著 然而如果积分时间小于最佳值 积分响应 时间越小 控制器越趋向于振荡 此外 在对称性优化时 临界正反馈的相位偏移小于绝对值优化 当绝对值优化时 控制环 随着增益的减小越来越稳定
13、 对于对称优化 控制环通过增加积分时间和正确的增益方法 才可能实现和绝对值优化同样的效果 IA SO 对称性优化 括号内的优化状态导致较慢的补偿 小时间常数和 T 最大的一阶滞后或积分响应时间T0 T1 大时间常数中较大的一个 T2 大时间常数中较小的一个 IA tsettle 稳定时间 o 超调量百分数 Ti T0 Vs 控制系统的积分时间响应 T0 积分响应时间 Vs 控制系统增益 SO 对称性优化 扰动量的补偿扰动量的补偿 控制系统也会受到扰动变量的影响 例如在一个调速系统中负载本身的波动 负载波动所引起的系统偏差可以被控制器校正 在操作手册中提到的控制的稳定性 适用于 一个长的周期 例
14、如10秒 因此它不考虑扰动所引起的瞬时的系统偏差 这能得到一个比稳 态大的值 在这里我们不考虑预控的响应偏差 只分析在这种情况下控制器根据对称性优化进行调整比 使用绝对值优化效果要好 以电枢控制环结构图为例 带低阶电流控制器的速度控制器 以及直流电动机作为负载 IA Ust 控制电压 UA 电枢电压 EMF 电机感应电压 IA 电机电枢电流 Tt 功率系统循环导致的死区时间 TM 机械斜坡上升时间常数 ML 负载转矩 nM 电机速度 n controller 速度控制器 i controller 电流控制器 KA TA 电枢回路电感和电阻引起的PT1 分量 Kp 控制器增益 Tn 控制器积分时
15、间 例如 一个B6C整流电路 线电压Us 3AC400 V 电枢回路电机电感 LM 0 5 mH 电枢回路电机电阻 RM 0 02 ohm 平波电抗器电感LG 1 mH 平波电抗器电阻RG 5 mOhm 电缆的忽略 进线电 抗器的压降Vimp 4 线电压频率 50 Hz 电枢额定电流IAN 600 A 电枢额定电压UAN 420 V 触发角范围 90度对应内部计算的100 死区环节的参数 死区环节的参数 理想的无负载的直流电压 Udi Us 1 35 540 V 额定电枢电压时的触发角 2来源于控制特性的余弦函数 cos 2 UAN Udi 420 540 0 778 2对应大约是39度 Kt
16、 1 2 90 90 39 1 76 平均的死区时间 对于6脉动整流桥 p 6 输入50 Hz时 Tt 20 ms p 20 6 3 33 ms 其值的一半被假定为死区时间 Tt 1 66 ms 滞后环节的参数 RA RM RG RS dx 0 5 Vimp 0 02 RS dx Udi IAN 0 02 540 600 0 018 RA 0 02 0 005 0 018 0 043 电枢回路的电感LA LM LG 1 5 mH 电枢回路的增益KA UAN IAN RA 440 600 0 043 16 3 电枢时间常数 LA RA 1 5 10 3 0 043 0 0349 s 34 9 ms T1 如果设定的电流极限大于IAN 则必须用峰值电流代替公式中的IAN 对于机械斜坡时间常数 TM 这也适用于转矩MMN 根据绝对值优化法优化电流 PI控制器 Vs Kt KA 1 76 16 3 28 7 1 66 ms Tn T1 34 9 ms Kp T1 2Vs 0 0349 2 28 7 0 00166 0 37 电流控制器的上升时间是 4 7 4 7 1 66 8 ms 电流控制器
