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通过变频器优化运动控制应用的六种方式

2019年01月11日 15:28:46来源:百家号作者:控制工程中文版关键词:运动控制
  变频驱动技能正在以出人意料的方式被用于处理各种运动控制运用的应战,并协助企业进步出产功率和本钱效益。
 
  变频驱动技能现已被用于控制许多机械使命以及自动化的机器人,涵盖了从制造、加工工厂到仓库及其他物流设备等运用领域。
 
  无论在物料搬运、机械加工,仍是泵及风机的运用场合,变频器都是一种经济实惠的选择,能够协助企业优化功用、削减能耗并永久降低机器和机器人的生命周期本钱。变频器可用于基本的电压形式范围内,以及运转在三相供电情况下的230V、480V或许600V电机。变频器的选择要根据电机类型、电压、额定电流、接入电源、以及输入/输出(I/O)的要求而定。其巨细取决于一系列与运用相关的因素,包含电机的满负荷额定功率和满负荷状态下的最大电压。
 
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  在最基本的变频器运用中,经过调理接入电动机的电源的频率和电压,使操作人员能够将电机的速度和负载要求匹配起来。关于特定的运用,能够使电机运转在最高效的速度上,并且削减能源耗费。
 
  变频器为有创造力的OEM职业和最终用户带来了大量可完成的潜在功率。更新的运用变频驱动技能的方式有助于处理特定的运动控制运用的应战,并使其愈加经济、赢利更高。下面将介绍6个运用变频器处理计划处理先进的运动控制运用的实在场景。
 
  1
 
  负载变化的传送带
 
  无论是在机场仍是在工厂,运送可变负载的传送带都是长期的应战以及在功率耗费方面的显著限制条件。空转的传送带不需求全部功率,不过需求在一定时间今后、加上负载的时分或许接到电机调整的指令之后作出呼应。
 
  运送可变负载的传送带能够运用变频器,这样将大大地节约功率耗费(请见图1)。变频器感应更轻的负载,然后调整电机的功率因数使其运转的愈加高效,即便是在低负荷的周期内。在不需求全负荷的时分,这种形式将功率耗费降到最低,并且在加上更大负载的时分也能够让电机提升功率并以最佳的功用运转。
 
  图1:运送可变负载的传送带能够运用变频器来运转,大大地节约了功率耗费。变频器感应更轻的负载,然后调整电机的功率因数使其运转的愈加高效,即便是在低负荷的周期内。本文图片来源:Lenze
 
  关于占地比较广的大型工厂或自动化体系,分散化的变频器免除了将电缆敷设到控制柜所需求的时间和本钱(包含资料和人工)。除此以外,从尽量靠近电机的电源总线上接入供电变得更简略,并且更具有有本钱效益。
 
  2
 
  简化内部设备组合
 
  变频器有助于一些体系选用更简略的处理计划来进行优化。与自动变速的变频器比较,新型的具有多个固定速度选项的变频器能够经过变换电机的速度而大大地削减在内部物流运用方面运用的不同齿轮电机组合的数量。
 
  在大型的仓库中,所有的传送带都连接在一个大的网络内,需求不同方位的传送带以不同的速度运转。这就意味着在体系的不同部分要装置许多变速箱,每台变速箱具有独特的功率输入输出比,以此确保每个部分的传送带都以正确的速度运转。可是,其结果是需求运用许多不同的变速箱输入输出比来支持相同的功率要求。
 
  与部署20台巨细各异的变速箱的做法不同,新的处理计划仅仅需求4到5台变频器/电机/变速箱的组合就足够了。经过调理频率来控制速度,操作员能够优化每一种组合,而不需求依靠跨接在线路上的单一速度电机连接器。
 
  3
 
  在更高频率下运转感应式电机
 
  普通的感应式电机是为运转在60Hz频率的电源下而规划的,但这不一定就是运用中最优的规划。运用变频器,OEM厂商能够为诸如风电运用规划出最低能够运转在20Hz的电机,或许关于功率密度高得多的运用中能够运转的频率高达100到600Hz。
 
  因为功率可由速度乘以转矩计算得出,因而OEM厂商能够规划出更小的电机,却具有与传统的感应式电机相同的功率。一般来说,这种更高频率的电机的巨细是运转在50/60Hz频率下电机的一半,但是却具有相同的功率。除此以外,因为电机的惯性更小了,运用变频器的感应式电机具有了提供更多动态体系功用的才能。
 
  4
 
  在伺服形式下运转感应式电机
 
  伺服控制要求具有高精度的速度和方位,它需求准确性。鉴于此,在履行伺服功用的时分,永磁电机就成为了设备的首选。不过,因为它们依靠于稀有的金属,因而价格也比较贵重。
 
  假如信息反应完善,变频器控制的感应式电机也能够运转在伺服形式下。与传统的永磁伺服电机比较,变频器提供了性价比更好的替代计划。尽管变频器主要用于开环速度控制,并且一般不会认为会完成特别高的精度,但这项技能足够能够控制许多伺服运用情况下的电机转子方位。
 
  假如功率密度并不是那么好,电时机稍微大一些,因而很有必要仔细考虑体系的需求、电机尺度和功用。例如, 变频器感应伺服电机的加快无法像永磁电机那么快,不过你需求考虑的是你的运用场合真的需求完成这种功用吗?尽管该处理计划的动态性可能略低,但明显的本钱节约可能在市场竞争上为企业带来明显的优势。
 
  5
 
  在没有反应的情况下运转永磁电机
 
  关于一般运用来说,永磁电机是归于功率最高的电机,不过需求具有追寻电极方位以及进行电机适当整流所需求的反应信息。
 
  现在,变频器技能能够在没有反应的情况下运转永磁电机,并且还能取得5度以内的方位精度。有了变频器,当电机在停止方位的时分,会计算电极的方位,然后能够为了完成良好的控制而对电机进行整流。
 
  无需任何反应的方位控制运用免除了对电缆及愈加贵重的伺服变频器的需求,而是用愈加经济、愈加高效的变频器取而代之。选用变频器技能为永磁电机提供动力也意味着,假如削减功率耗费关于某些运用愈加要害的话,此类运用能够运转在速度形式下。
 
  6
 
  减小盘柜占地面积和电缆长度
 
  运用变频器有一个最简略也是最简单忽视的优势就是在空间节约方面的效果。将电机和传动集成在一起的组合方式,能够削减工厂车间里边的控制盘柜的占地面积和电机电缆的长度。关于那些电机占地面积很大的运用,或许在一套体系中一套运动组成部分和其他的运动组成部分共用一组供电轨道,将变频传动设备与电机集成在一起能带来更多好处(请见图2)。
 
  图2:关于那些电机占地面积很大的运用,或许在一套体系中一套运动组成部分和其他的运动组成部分共用一组供电轨道,将变频传动设备与电机整合在一起才有含义。
 
  与其将所有的电缆都从设备端敷设到中央控制柜去,体系工程师不如完成一套依靠独立驱动电机的分布式体系,这些电机仅需求敷设从主控制柜到机器侧各个不同部件之间的控制电缆。
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