一种公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统

1.本发明属于工业控制领域，涉及一种公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统。


背景技术：

2.现有技术中，公共直流母线在工业生产均为一台电机在不同工作状态间的能量交换，即当系统工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能；当系统工作在能量回馈状态时，能量通过母线及回馈装置直接回馈到电网或者消耗在制动上。存在着无法第一时间进行能量交换，交换效率有待提高，且只能驱动一台电机进行工业生产作业等问题。为了提高工作效率和能量转化效率，需要设计一款新型的公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统。


技术实现要素：

3.为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，保持整个系统所有电机在任意时刻的能量循环平衡，保证系统的平稳运行，提高传动系统工作效率。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，包括公共直流母线系统、可逆整流单元，多个伺服驱动器和高速往复电机，以及总控制器；
6.可逆整流单元连接公共直流母线系统引出两根直流母线为系统提供直流电压，每个高速往复电机都通过独立的调速用伺服驱动器挂在直流母线上，总控制器与各伺服驱动器相连，伺服驱动器与总控制器共同构成各高速往复电机的控制部分，分别参与完成各高速往复电机的单锭控制和总控制。
7.进一步，所述伺服驱动器为嵌入有精密络筒机高速电子导纱运动控制算法、卷绕无刷电机速度控制和纱线张力控制策略的电机驱动控制系统。
8.进一步，所述公共直流母线系统包括220v双回线路、进线开关、进线接触器及公共直流母线控制装置。
9.进一步，所述可逆整流单元由两个反并联晶闸管桥构成。
10.进一步，所述伺服驱动器采用数字信号处理器作为控制核心，还包括智能功率模块为核心的驱动电路，以及电压电流检测和调节单元、dsp和通信接口单元、工作电源选择电路和故障检测单元。
11.本发明的技术方案具有如下优点：
12.本发明所述的公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统是为工业生产多电机传动系统设计使用的，包括公共直流母线、可逆整流单元、多部往复伺服驱动电机、以及总控制器等。该控制系统能够通过控制使多部往复电机工作在电动和电能回馈的不同状态，利用公共直流母线系统使逆变器从母线上获取由工作在制动状态的电机所回馈的电能，并通过母线及回馈装置将电能分配给工作在电动状态的电机，来达到整个公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统在所有时刻能量的平衡及循环。
13.该控制系统具有节能、安全的特点，能够驱动多部机动伺服电机同时作业且有效减少和避免变频调速电动机电能回馈制动的情况下因某一部分变频母线电压升高所导致的系统跳闸，保证系统的平稳运行，能够驱动多台电机同时作业提高传动系统工作效率。
14.另外利用公共直流母线系统，电机制动回馈的能量优先消耗于电动状态的电机，消耗不了的再回馈到电网，使电机电压升高或降低的过程更为平滑，提高了控制效果。且能够维持多台电机间的机械能和电能转换传递平衡提高转换效率的优点，更适合大规模的工业生产线应用。
15.采用成熟的公共直流母线技术串联所有电机和系统，并利用单锭控制对电机加以辅助操控，来得到半数电机处于制动状态释放机械能且另外半数电机处于电动状态吸收电能的最佳运行方式。而传统的公共直流母线技术在纸机传动系统中的应用是使电机回馈的能量回馈到电网或是应用于其自身下个工作周期的能量消耗环节，与传统相比，本发明的技术方案具有其独特的电机间能量交换的瞬时性。而在系统中某电机发生故障时，其他的电机在伺服驱动器的调节下改变部分电机的工作状态，进而在短时间内再次达到稳定的系统运行状态。
附图说明
16.图1是本发明的控制原理图
17.图2公共直流母线永磁同步纺纱电机控制系统结构图
具体实施方式
18.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
19.如图1所示，本发明所述的公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统包括可逆整流单元，直流母线，伺服驱动器，高速往复电机以及总控制器。其中电源输入端通过可逆整流单元引出两根直流母线供电，96个伺服驱动器一端连接在直流母线上，另外一端与高速往复电机相连，同时总控制器也与伺服驱动器相连。
20.所述的可逆整流单元，可以将交流电压转换为稳定的直流电压，其功率部分由两个反并联晶闸管桥构成，可以回馈电机制动所产生的能量到电网上，也可以工作在逆状态，即把电网上的能量提供给电机进行启动操作。电机控制系统由伺服驱动器和总控制器共同构成，一方面可以对纱线的工艺参数进行修改调整，另一方面可以协调控制96部往复电机的运动参数，使之在系统总体上在工作的每时每刻达到输出能量和输入能量的平衡。最终使得各个电机的逆变器都获得较为恒定的周期性直流电压，以达到电机控制的目的。
21.所述的220v公共直流母线，为220v的双回线路，与整流单元、进线开关和进线接触器和公共直流母线控制装置一同构成公共直流母线系统，一端连接可逆整流单元，另一端根据电机数量而进行延伸，且母线下挂多台伺服驱动器并为其供电。整流方面采用了集中整流技术，省去了很多诸如制动单元这样不必要的结构单元，减小了整个系统的占地空间，并且使系统的构成更为简单。具有结构紧凑、容量大、节能、能够提高逆变器系统的抗干扰性且母线电压更加稳定的优点。
22.所述的伺服驱动器，在系统中位于直流母线和直流电机的中间，其作用是通过电流、速度和位置的闭环控制对直流电机进行控制，使得96台直流电机分为数量相同的两组
按照运动状态完全相反的方式进行工作，制动电机回馈的能量立刻用于另一半电机的启动过程，以保证母线电压实现动态平衡。以现阶段最主流的伺服驱动器为准，采用数字信号处理器(dsp)作为控制核心，功率器件采用以智能功率模块(ipm)为核心设计的驱动电路，并辅以电压电流检测和调节单元、dsp和通信接口单元、工作电源选择电路和故障检测单元等部件构成整体的伺服驱动器。伺服驱动器是嵌入了精密络筒机高速电子导纱运动控制算法、卷绕无刷电机速度控制和纱线张力控制策略的专用型电机驱动控制系统。可以通过键盘或通信方式调整其内部存储器参数来设置纱线纸卷卷绕成形的各项工艺参数。
23.所述的高速往复电机，采用220v的交流电。
24.所述的总控制器，是一种电机驱动控制系统，用于设置和规范生产出来的纱线的各项几何数据和工艺参数。
25.在进行生产作业时，首先需要生产人员通过总控制器设置纱线的直径，卷绕的线速度等作业数据，之后向系统通电，系统各部协调有序配合工作，实现永磁同步纺纱机系统的自动控制。


技术特征：
1.一种公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，其特征在于：包括公共直流母线系统、可逆整流单元，多个伺服驱动器和高速往复电机，以及总控制器；可逆整流单元连接公共直流母线系统引出两根直流母线为系统提供直流电压，每个高速往复电机都通过独立的调速用伺服驱动器挂在直流母线上，总控制器与各伺服驱动器相连，伺服驱动器与总控制器共同构成各高速往复电机的控制部分，分别参与完成各高速往复电机的单锭控制和总控制。2.根据权利要求1所述的公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，其特征在于：所述伺服驱动器为嵌入有精密络筒机高速电子导纱运动控制算法、卷绕无刷电机速度控制和纱线张力控制策略的电机驱动控制系统。3.根据权利要求1或2所述的公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，其特征在于：所述公共直流母线系统包括220v双回线路、进线开关、进线接触器及公共直流母线控制装置。4.根据权利要求3所述的公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，其特征在于：所述可逆整流单元由两个反并联晶闸管桥构成。5.根据权利要求3所述的公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，其特征在于：所述伺服驱动器采用数字信号处理器作为控制核心，还包括智能功率模块为核心的驱动电路，以及电压电流检测和调节单元、dsp和通信接口单元、工作电源选择电路和故障检测单元。

技术总结
本发明公开了一种公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统，包括公共直流母线、可逆整流单元、多部往复伺服驱动电机以及总控制器等；该控制系统能够通过控制使多部往复电机工作在电动和电能回馈的不同状态，利用公共直流母线系统使逆变器从母线上获取由工作在制动状态的电机所回馈的电能，并通过母线及回馈装置将电能分配给工作在电动状态的电机，来达到整个公共直流母线永磁同步纺纱机控制系统在所有时刻能量的平衡及循环，保证系统的平稳运行，能够驱动多台电机同时作业提高传动系统工作效率。作效率。作效率。


技术研发人员：李英春 许阗普 任文武
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/7/22