Как синхронизировать двигатели?

[kyrill kosachev]

Нужно будет вращать многоопорную трубу двумя двигателями в двух местах. Нужно синхронизировать двигатели так, чтобы минимально напрягать трубу на скручивание избегая при этом конкуренции, при которой один из двигателей толкает, а второй подтормаживает.
Иначе придет повышенный усталостный износ и преждевременное разрушение трубы.
Фактически 2 двигателя через механические передачи "почти сидят на одном валу" в виде неидеальной (не 100% жесткой) трубы.

Что выбрать критерием синхронности, какие могут быть общие соображения?
Удастся обойтись без измерения моментов на валах двигателей?

Думал про потребляемые токи или потребляемые мощности, но они могут отличаться на разных экземплярах двигателей и КПД может зависеть от температуры.

[Михайло]

Теоретически можете использовать два одинаковых асинхронных двигателя. Можно включать пускателями (прямой пуск) или одним общим преобразователем частоты в скалярном режиме U/f. При таком методе двигатели однозначно не будут работать в противоположных режимах (один в двигательном, другой в генераторном). У этих двигателей при работе от общего источника напряжения такое невозможно. Этот метод безусловно прост в реализации, но напряжения в трубе не убрать 100%. Величина напряженности будет зависеть от разницы механических характеристик двигателей. На практике можно считать, что в трубе возникнет напряжение, соответствующее 0-20% номинального момента двигателя.

Вы вообще про преобразователи частоты, сервоприводы слышали?

Что выбрать критерием синхронности, какие могут быть общие соображения?

Ну Вы ж сами четко установили, что напряжение в трубе должно быть минимальным. Это значит, что крутящие моменты, приложенные к трубе, должны быть одинаковы или допускается некоторое отклонение, т.е.
abs(M1 - M2) < Mmin.

Кстати, чему равно Mmin?

Других дополнительных критериев (ограничений) в Вашей задаче нет.

[kyrill kosachev]

1. Величина напряженности будет зависеть от разницы механических характеристик двигателей. На практике можно считать, что в трубе возникнет напряжение, соответствующее 0-20% номинального момента двигателя.
2. Вы вообще про преобразователи частоты, сервоприводы слышали?
3.Ну Вы ж сами четко установили, что напряжение в трубе должно быть минимальным. Это значит, что крутящие моменты, приложенные к трубе, должны быть одинаковы или допускается некоторое отклонение,
4. Кстати, чему равно Mmin?
5. Других дополнительных критериев (ограничений) в Вашей задаче нет.

1. Зависимость от разброса характеристик двигателей и их текущих состояний нежелательна.
Сейчас та же труба из двух частей вращается частотниками с энкодерами лучше чем идеально, но стык мешает техпроцессу.
2. Нет конечно, как и любой инженер :-)
3. Тогда у первого задача стабилизировать момент, а у второго повторить его
4. пока ХЗ, так как конструкции еще нет
5. Не уверен, так как труба не пустая и ее загрузка по длине к сожалению может периодически меняться и соответственно меняться трение в узлах.

[Бондарев Михаил]

Если вы говорите что трение в узлах переменно и неопределено, тогда предлагаемая схема ведущий-ведомый не совсем подходит для реализации задачи "минимизация мех.напряжений".
Как осуществляется привод самой трубы?
Какой у вас техпроцесс? Клинкер какой-нибудь обжигаете?

[Михайло]

3. Тогда у первого задача стабилизировать момент, а у второго повторить его

Немного не так, я уточню. Первый привод - самый обычный, он регулирует скорость. Второй привод повторяет момент первого. Такая система автоматически выровняет моменты и соответственно разделит нагрузку пополам. Это идеальная модель.

Тут правда вопрос возникает:

Какой у вас техпроцесс?

Ведь возможно, что у Вас нагрузка не должна быть распределена равномерно... Надо смотреть действие сил сопротивления, действующих на трубу, строить эпюры и потом выбирать более подходящую модель, чем abs(M1 - M2) < Mmin...

Мысль на заметку: если труба закреплена таким образом, что она не будет перекашиваться относительно своей оси, то связь между приводами можно считать достаточно жесткой.

Я себе эту трубу по началу представлял незаполненной вертикальной, а тут видимо труба под наклоном или даже горизонтальная...

[kyrill kosachev]

Если вы говорите что трение в узлах переменно и неопределено, тогда предлагаемая схема ведущий-ведомый не совсем подходит для реализации задачи "минимизация мех.напряжений".
Как осуществляется привод самой трубы?
Какой у вас техпроцесс? Клинкер какой-нибудь обжигаете?

трение переменное, но точно неизвестное
мотор цепной редуктор
обжиг

[kyrill kosachev]

Немного не так, я уточню. Первый привод - самый обычный, он регулирует скорость. Второй привод повторяет момент первого. Такая система автоматически выровняет моменты и соответственно разделит нагрузку пополам. Это идеальная модель.
Мысль на заметку: если труба закреплена таким образом, что она не будет перекашиваться относительно своей оси, то связь между приводами можно считать достаточно жесткой.
Я себе эту трубу по началу представлял незаполненной вертикальной, а тут видимо труба под наклоном или даже горизонтальная...

то есть для первого поддерживать постоянную скорость невзирая на момент
труба горизонтальная со слабым наклоном

[Михайло]

Я понимаю так: обжигаемые изделия загружаются внутрь трубы. Труба вращается и изделия барахтаются, потихоньку скатываясь к выходу? А-ля галтовочный барабан. Да?

то есть для первого поддерживать постоянную скорость невзирая на момент

Именно, не взирая. По началу этот привод попытается взять на себя все 100% нагрузки, потом быстро "поймет", что напрягаться не надо (ведь второй привод повторяет за ним) и в установившемся режиме два привода разделят нагрузку пополам.
Первый привод задаст скорость вращения, второй привод будет следить, чтобы нагрузка распределилась пополам.

Если скорость не будет снижаться ниже плинтуса, то датчики скорости (энкодеры) не нужны будут, а равномерность распределения нагрузки будет достаточно высокая.

Если обжигаемые изделия скопятся в одной части трубы, то возникнет напряжение в трубе, т.к. труба вынуждена будет передать крутящий момент от удаленного двигателя в противоположную половину трубы, где наблюдается излишек изделий. То есть в данном случае система управления с равномерным распределением нагрузки на двигатели не очень пригодна. Нужна система, в которой будет присутствовать датчик напряженности трубы, или система, которая будет знать распределение изделий по длине трубы и которая будет распределять нагрузку между двигателями в соответствии с распределением изделий. В обоих случаях должен получиться следующий результат: там, где излишек изделий, там двигатель должен напрягаться больше; там, где мало изделий, двигатель должен немного ослабить тягу.
Короче, фантастическая система управления получилась :) Лучше следить, чтобы изделия были равномерно распределены по длине трубы и применить систему с равномерным распределением нагрузки.

[UNTK_RAA]

Может требуется синхронизировать положение валов двигателей?

[Михайло]

Лучше не стОит. Если бы два привода были бы идеальные и регулировали положение с идеальной точностью, то такая схема проканала бы. Из-за неидеальности регулирования два этих привода при нехорошем случае могут нагрузить трубу противоположно направленными крутящими моментами. К тому же возникнут заморочки с измерением абсолютного положения (или хрен знает, по какой величине нужно делать обратную связь). Ну не подходит эта схема, не подходит.

[Jackson]

Думал про потребляемые токи или потребляемые мощности, но они могут отличаться на разных экземплярах двигателей и КПД может зависеть от температуры.

Правильно думали. Но если двигатели у вас в одинаковых условиях (оба на улице, оба в помещении) то климатическое влияние несущественно. КПД могут быть разные, но это тоже можно промерить отдельно. Однако ж, активный ток (в отличие от полного) - это есть в чистом виде момент на валу включая трение в подшипниках и компенсацию момента инерции ротора, точнее нечем измерить.

[Jackson]

Именно, не взирая. По началу этот привод попытается взять на себя все 100% нагрузки, потом быстро "поймет"

Потом - если он к этому времени не сломает трубу, например если второй привод сдох.

Это не будет работать.

Если нужна точность - требуется контроль моментов и контроль положения валов.

[Михайло]

Потом - если он к этому времени не сломает трубу, например если второй привод сдох.

Время реакции второго привода - миллисекунды (если верить рекламным лозунгам). Сломает или нет - это уже тогда к сопроматчикам. Но уже можно предсказывать, что опасения напрасны, если нагрузка увеличивается плавно.
Надо контролировать состояние "работа" второго привода, иначе действительно может возникнуть перекос.

Это не будет работать.

Если нужна точность - требуется контроль моментов и контроль положения валов.

Смотрите, какой противопоставлен аргумент: если система поддержания крутящего момента не даст перекоситься трубе, то значит по определению два привода будут вращаться синхронно (так как они связаны достаточно жесткой трубой), то есть оба датчика положения по определению будут выдавать одинаковое значение. Тогда зачем второй датчик положения? А если нет второго датчика положения, зачем нужен первый?

[VADR]

А может быть, чуть по-другому сделать? Есть два двигателя, у обоих - измерение момента, из системы более высокого уровня выдавать обоим задание на удержание определённого момента. Задания выдавать одинаковые. Крайний вариант - разница моментов превышает допустимый предел - блокировка на останов обоих двигателей.

PS: каждый увидел знакомую для себя технологию :) . Лично мне увиделась печь обжига извести в целлюлозно-бумажном производстве.

[Никита]

В порядке бреда: а мож синхронные машины поставить проще и от одного преобразователя запитать?

[Jackson]

В порядке бреда: а мож синхронные машины поставить проще и от одного преобразователя запитать?

Почему бред? Мне нравится идея. :) Но есть одна проблема: непонятно как себя поведут синхронные машины при высоких THD и низких частотах. Они же синхронные в определённом диапазоне частот, и небольшом (никак не от 0 об/мин).

А может быть, чуть по-другому сделать? Есть два двигателя, у обоих - измерение момента, из системы более высокого уровня выдавать обоим задание на удержание определённого момента. Задания выдавать одинаковые. Крайний вариант - разница моментов превышает допустимый предел - блокировка на останов обоих двигателей.

Саш, вся проблема в измерении момента. Нужно замерить активный ток после ПЧ, а он там сильно несинусоидальный, а с THD выше 15% все средства измерения начинают погоду на Марсе показывать (а за ПЧ THD выше в разы). Входной ток ПЧ не показатель. Разве что, я б посмотрел ПЧ с аналоговыми выходами, можно ли их настроить на вывод момента и какое быстродействие получится. Если это возможно - вариант.

Надо контролировать состояние "работа" второго привода, иначе действительно может возникнуть перекос.

По току контролировать бесполезно, по сигналу от ПЧ тоже, даже по напряжению без толку (обрыв обмоток тоже случается - напряжение приложено а движок не крутится).

Потом - если он к этому времени не сломает трубу, например если второй привод сдох.

Время реакции второго привода - миллисекунды (если верить рекламным лозунгам). Сломает или нет - это уже тогда к сопроматчикам. Но уже можно предсказывать, что опасения напрасны, если нагрузка увеличивается плавно.

А вот и фиг. У нас штифты на валах турбин срезает за 8 миллисекунд (замеряли) при двухкратной перегрузке (замеряли), и от динамики это не зависит (замеряли). Пример с потолка, но показательный. Неважно с какой скоростью будет достигнут предел текучести, если он будет достигнут - порвётся.

[+] сопромат

При плавном росте нагрузки материал сначала упруго деформируется (обратимо), затем неупруго (необратимо), то есть течёт и течёт довольно сильно (относительно упругой деформации), и так он может неупруго деформироваться туда-сюда. далее (если ещё увеличить усилие) происходит разрушение - это предел текучести. График могу изобразить, но лень (помню ещё сопромат). От периодической неупругой деформации туда-сюда предел текучести может значительно упасть - это усталость материала (алюминиевые ложки все в детстве ломали?) и разрушение произойдет при усилии, даже не превышающем предел упругой деформации.

То есть контроль положения концов вала как раз и даёт контроль деформации. А момент - это косвенное измерение, причем очень косвенное.

Регулируя только по моментам, деформации не избежать, хотя бы потому что слишком длинная дорога для измерения, и самое главное то что собственно деформация и не контролируется. Момент на валу - это момент на валу, он не показывает насколько произошло перемещение (его вообще может не произойти).

Автор же сам поставил задачу: избежать скручивания. А как еще можно проконтролировать деформацию если не измерить?

У меня была в самом начале мысль тензодатчики на вал поставить, но непонятно как передать сигнал ибо вал-то вращается.

[VADR]

А может быть, чуть по-другому сделать? Есть два двигателя, у обоих - измерение момента, из системы более высокого уровня выдавать обоим задание на удержание определённого момента. Задания выдавать одинаковые. Крайний вариант - разница моментов превышает допустимый предел - блокировка на останов обоих двигателей.

Саш, вся проблема в измерении момента. Нужно замерить активный ток после ПЧ, а он там сильно несинусоидальный, а с THD выше 15% все средства измерения начинают погоду на Марсе показывать (а за ПЧ THD выше в разы). Входной ток ПЧ не показатель. Разве что, я б посмотрел ПЧ с аналоговыми выходами, можно ли их настроить на вывод момента и какое быстродействие получится. Если это возможно - вариант.

С косвенными измерениями через электрику - конечно, не вариант. Я другое имел в виду - дополнительные датчики момента на каждом приводе. Правда, не знаю, существуют ли они в природе :)

[Никита]

[Но есть одна проблема: непонятно как себя поведут синхронные машины при высоких THD и низких частотах. Они же синхронные в определённом диапазоне частот, и небольшом (никак не от 0 об/мин).

Проблема с гармониками решаема, правда с дополнительными вложениями.
А насчет низких частот нужны комментарии ТС. На подобных механизмах обычно редукторы с большими передаточными, может сильно низкие обороты и не нужны вообще

[Jackson]

Да, автор куда-то подевался, уже пора бы и отреагировать на гору идей.

[Jackson]

Ну дак ABS ESP в авто примерно так и работает :)

Там разве усилие замеряется? По-моему только частота вращения. Мощность оценивается косвенно по выходной мощности двигателя (которая рассчитывается) и степени "сцепления" муфты заднего привода (тоже только по заданию, а не по факту). По крайней мере в Вольво так, я разбирался как раз недавно.

[Михайло]

kyrill kosachev
Разгребай :D

[CVC]

Если перешли на частотники, значит были проблемы с механикой и требуется в первую очередь мягкий пуск..(в противном случае хватило бы два одинаковых асинхронных двигателя с компенсационными муфтами)от единого источника питания. дальнеейшее управление представляется в замкнутом цикле в однодвигательном режиме (на каждый двигатель свой энкодер) оба работают с поддержанием одинаковой частоты и ограничением момента(он настраивается ) необходимо чтобы частотник программно знал нагрузку т.е передаточное число редуктора. У обоих последовательная цепь блокировки на разрешение пуска. Основной задачей будет одинаковый пуск ,для чего нужно вести настройку каждого частотника в отдельности но с редуктором и барабаном.. кинематика редукторов будет разная. Частотник, кстати, измеряет(просчитывает) момент и пр., а чего измерить не может -то строит математическую модель. Интересно такую задачу Кирилл решает в Новороссийске??

[kyrill kosachev]

Если нужна точность - требуется контроль моментов и контроль положения валов.

положение как датчик разрушения?
если труба и приводы не разрушены, то разность положения валов двигателей постоянна

Автор же сам поставил задачу: избежать скручивания. А как еще можно проконтролировать деформацию если не измерить?
У меня была в самом начале мысль тензодатчики на вал поставить, но непонятно как передать сигнал ибо вал-то вращается.

избежать скручивания и разрушения
тензодатчики на вращающийся вал - таких много

Да, автор куда-то подевался, уже пора бы и отреагировать на гору идей.

извините, отсутствовал

kyrill kosachev
Разгребай :D

отосплюсь немного после командировки и разгребу

Если перешли на частотники, значит были проблемы с механикой и требуется в первую очередь мягкий пуск..(в противном случае хватило бы два одинаковых асинхронных двигателя с компенсационными муфтами)от единого источника питания. дальнеейшее управление представляется в замкнутом цикле в однодвигательном режиме (на каждый двигатель свой энкодер) оба работают с поддержанием одинаковой частоты и ограничением момента(он настраивается ) необходимо чтобы частотник программно знал нагрузку т.е передаточное число редуктора. У обоих последовательная цепь блокировки на разрешение пуска. Основной задачей будет одинаковый пуск ,для чего нужно вести настройку каждого частотника в отдельности но с редуктором и барабаном.. кинематика редукторов будет разная. Частотник, кстати, измеряет(просчитывает) момент и пр., а чего измерить не может -то строит математическую модель. Интересно такую задачу Кирилл решает в Новороссийске??

пуск (или любое изменение скорости) как переходный процесс, который надо провести с минримальным ускорением
задача в другом городе

[Jackson]

если труба и приводы не разрушены, то разность положения валов двигателей постоянна

Это для идеального абсолютно жесткого вала. Для всех остальных существует такая вещь как деформация.

[CVC]

и обгонная муфта, как защита механизма..