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實例解剖,告訴你通過變頻器優化運動控制的六種方式

旺材伺服電機2019-12-08 12:13:14

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源?| ?控制工程中文版


【導讀】變頻驅動技術正在以出人意料的方式被用于解決各種運動控制應用的挑戰,并幫助企業提高生產效率和成本效益。


變頻驅動技術已經被用于控制許多機械任務以及自動化的機器人,涵蓋了從制造、加工工廠到倉庫及其他物流設施等應用領域。


無論在物料搬運、機械加工,還是泵及風機的應用場合,變頻器都是一種經濟實惠的選擇,可以幫助企業優化性能、減少能耗并永久降低機器和機器人的生命周期成本。


變頻器可用于基本的電壓模式范圍內,以及運行在三相供電情況下的230V、480V或者600V電機。變頻器的選擇要依據電機類型、電壓、額定電流、接入電源、以及輸入/輸出(I/O)的要求而定。其大小取決于一系列與應用相關的因素,包括電機的滿負荷額定功率和滿負荷狀態下的最大電壓。


在最基本的變頻器應用中,通過調節接入電動機的電源的頻率和電壓,使操作人員可以將電機的速度和負載要求匹配起來。對于特定的應用,可以使電機運行在最高效的速度上,并且減少能源消耗。


變頻器為有創造力的OEM行業和最終用戶帶來了大量可實現的潛在效率。更新的使用變頻驅動技術的方式有助于解決特定的運動控制應用的挑戰,并使其更加經濟、利潤更高。下面將介紹6個使用變頻器解決方案處理先進的運動控制應用的真實場景。


1、負載變化的傳送帶


無論是在機場還是在工廠,運送可變負載的傳送帶都是長期的挑戰以及在功率消耗方面的顯著限制條件。空轉的傳送帶不需要全部功率,不過需要在一定時間以后、加上負載的時候或者接到電機調整的指令之后作出響應。


運送可變負載的傳送帶可以使用變頻器,這樣將大大地節省功率消耗(請見圖1)。變頻器感應更輕的負載,然后調整電機的功率因數使其運行的更加高效,即便是在低負荷的周期內。在不需要全負荷的時候,這種模式將功率消耗降到最低,而且在加上更大負載的時候也可以讓電機提升功率并以最佳的性能運行。


圖1:運送可變負載的傳送帶可以使用變頻器來運行,大大地節省了功率消耗。變頻器感應更輕的負載,然后調整電機的功率因數使其運行的更加高效,即便是在低負荷的周期內。本文圖片來源:Lenze?


對于占地比較廣的大型工廠或自動化系統,分散化的變頻器免除了將電纜敷設到控制柜所需要的時間和成本(包括材料和人工)。除此以外,從盡量靠近電機的電源總線上接入供電變得更簡單,而且更具有有成本效益。


2、簡化內部設備組合


變頻器有助于一些系統采用更簡單的解決方案來進行優化。與自動變速的變頻器相比,新型的具有多個固定速度選項的變頻器可以通過變換電機的速度而大大地減少在內部物流應用方面使用的不同齒輪電機組合的數量。


在大型的倉庫中,所有的傳送帶都連接在一個大的網絡內,需要不同位置的傳送帶以不同的速度運行。這就意味著在系統的不同部分要安裝眾多變速箱,每臺變速箱具有獨特的功率輸入輸出比,以此確保每個部分的傳送帶都以正確的速度運行。可是,其結果是需要使用很多不同的變速箱輸入輸出比來支持相同的功率要求。


與部署20臺大小各異的變速箱的做法不同,新的解決方案僅僅需要4到5臺變頻器/電機/變速箱的組合就足夠了。通過調節頻率來控制速度,操作員可以優化每一種組合,而不需要依賴跨接在線路上的單一速度電機連接器。


3、在更高頻率下運行感應式電機


普通的感應式電機是為運行在60Hz頻率的電源下而設計的,但這不一定就是應用中最優的設計。使用變頻器,OEM廠商可以為諸如風電應用設計出最低可以運行在20Hz的電機,或者對于功率密度高得多的應用中可以運行的頻率高達100到600Hz。


因為功率可由速度乘以轉矩計算得出,因此OEM廠商可以設計出更小的電機,卻具有與傳統的感應式電機相同的功率。一般來說,這種更高頻率的電機的大小是運行在50/60Hz頻率下電機的一半,但是卻具備相同的功率。除此以外,由于電機的慣性更小了,使用變頻器的感應式電機具備了提供更多動態系統功能的能力。


4、在伺服模式下運行感應式電機


伺服控制要求具備高精度的速度和位置,它需要準確性。鑒于此,在執行伺服功能的時候,永磁電機就成為了設備的首選。不過,由于它們依賴于稀有的金屬,因而價格也比較昂貴。




5、在沒有反饋的情況下運行永磁電機


對于一般應用來說,永磁電機是屬于效率最高的電機,不過需要具備追蹤電極位置以及進行電機適當整流所需要的反饋信息。



6、減小盤柜占地面積和電纜長度



圖2:對于那些電機占地面積很大的應用,或者在一套系統中一套運動組成部分和其他的運動組成部分共用一組供電軌道,將變頻傳動設備與電機整合在一起才有意義。


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