隨著如今的技術(shù)發(fā)展，變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)已開始在各種機(jī)械設(shè)備以及自動(dòng)化機(jī)器人控制領(lǐng)域嶄露頭角，目前該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了制造、加工、倉(cāng)儲(chǔ)、以及部分物流設(shè)施。
變頻器作為一種經(jīng)濟(jì)且實(shí)惠的工控設(shè)備，無(wú)論是在物料搬運(yùn)，加工或泵和風(fēng)扇等設(shè)備上應(yīng)用，都可以幫助企業(yè)優(yōu)化設(shè)備性能，降低能耗，有效延長(zhǎng)機(jī)器人的使用期限，這就為企業(yè)節(jié)省大量成本。變頻技術(shù)可用于基本電壓模式，230V，480V或600V電機(jī)操作，在三相電源中運(yùn)行。 變頻設(shè)備的選擇是取決于電機(jī)類型，電壓，額定電流，接入功率和輸入/輸出（I / O）的類型。 大小取決于與應(yīng)用相關(guān)的一系列因素，包括電機(jī)的全負(fù)荷等級(jí)以及滿載中的最大電壓。
在最基本的變頻器應(yīng)用中，通過(guò)調(diào)節(jié)接入電動(dòng)機(jī)的電源的頻率和電壓，使操作人員可以將電機(jī)的速度和負(fù)載要求匹配起來(lái)。對(duì)于特定的應(yīng)用，可以使電機(jī)運(yùn)行在最高效的速度上，并且減少能源消耗。變頻器為有創(chuàng)造力的OEM行業(yè)和最終用戶帶來(lái)了大量可實(shí)現(xiàn)的潛在效率。更新的使用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的方式有助于解決特定的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用的挑戰(zhàn)，并使其更加經(jīng)濟(jì)、利潤(rùn)更高。下面將介紹6個(gè)使用變頻器解決方案處理先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用的真實(shí)場(chǎng)景。
1、負(fù)載變化的傳送帶
不管是在機(jī)場(chǎng)還是工廠的傳送設(shè)備中，運(yùn)輸變量負(fù)荷的運(yùn)輸磁帶都是長(zhǎng)期挑戰(zhàn)和功耗的顯著限制。 在空轉(zhuǎn)的輸送帶上無(wú)需全功率運(yùn)行，不過(guò)需要在一定時(shí)間以后、加上負(fù)載的時(shí)候或者接到電機(jī)調(diào)整的指令之后作出響應(yīng)。
當(dāng)傳輸設(shè)備應(yīng)用變頻器進(jìn)行變載運(yùn)行時(shí)，可以節(jié)省大量電能（參見(jiàn)圖1）。 變頻器感應(yīng)更輕的負(fù)載，然后調(diào)整電機(jī)的功率因數(shù)使其運(yùn)行得更加高效，即便是在低負(fù)荷的周期內(nèi)。 此模式可最大限度地減少功耗，而無(wú)需足夠的負(fù)載，并且可以在添加更大的負(fù)載時(shí)以最佳性能提高功耗并在最佳性能下操作。
在上圖中的運(yùn)送可變負(fù)載的傳送帶可以使用變頻器來(lái)運(yùn)行，大大地節(jié)省了功率消耗。變頻器感應(yīng)更輕的負(fù)載，然后調(diào)整電機(jī)的功率因數(shù)使其運(yùn)行的更加高效，即便是在低負(fù)荷的周期內(nèi)。
對(duì)于占地比較廣的大型工廠或自動(dòng)化系統(tǒng)，分散化的變頻器免除了將電纜敷設(shè)到控制柜所需要的時(shí)間和成本（包括材料和人工）。除此以外，從盡量靠近電機(jī)的電源總線上接入供電變得更簡(jiǎn)單，而且更具有有成本效益。
2、簡(jiǎn)化內(nèi)部設(shè)備組合
變頻技術(shù)能夠?yàn)椴糠挚刂葡到y(tǒng)提供更為簡(jiǎn)化的電氣控制方案。 具有多種固定速度選項(xiàng)的新型變頻技術(shù)可以通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的速度大大減少內(nèi)部物流應(yīng)用中使用的不同齒輪電機(jī)組合的數(shù)量。
在大型的倉(cāng)庫(kù)中，所有的傳送帶都連接在一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，需要不同位置的傳送帶以不同的速度運(yùn)行。這就意味著在系統(tǒng)的不同部分要安裝眾多變速箱，每臺(tái)變速箱具有獨(dú)特的功率輸入輸出比，以此確保每個(gè)部分的傳送帶都以正確的速度運(yùn)行?？墒?，其結(jié)果是需要使用很多不同的變速箱輸入輸出比來(lái)支持相同的功率要求。
與部署20臺(tái)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(tái)變頻器/電機(jī)/變速箱的組合就足夠了。通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)控制速度，操作員可以優(yōu)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(jī)連接器。
3、在更高頻率下運(yùn)行感應(yīng)式電機(jī)
普通的感應(yīng)式電機(jī)是為運(yùn)行在60Hz頻率的電源下而設(shè)計(jì)的，但這不一定就是應(yīng)用中最優(yōu)的設(shè)計(jì)。使用變頻器，OEM廠商可以為諸如風(fēng)電應(yīng)用設(shè)計(jì)出最低可以運(yùn)行在20Hz的電機(jī)，或者對(duì)于功率密度高得多的應(yīng)用中可以運(yùn)行的頻率高達(dá)100到600Hz。
因?yàn)楣β士捎伤俣瘸艘赞D(zhuǎn)矩計(jì)算得出，因此OEM廠商可以設(shè)計(jì)出更小的電機(jī)，卻具有與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電機(jī)相同的功率。一般來(lái)說(shuō)，這種更高頻率的電機(jī)的大小是運(yùn)行在50/60Hz頻率下電機(jī)的一半，但是卻具備相同的功率。除此以外，由于電機(jī)的慣性更小了，使用變頻器的感應(yīng)式電機(jī)具備了提供更多動(dòng)態(tài)系統(tǒng)功能的能力。
4、在伺服模式下運(yùn)行感應(yīng)式電機(jī)
伺服控制要求具備高精度的速度和位置，它需要準(zhǔn)確性。鑒于此，在執(zhí)行伺服功能的時(shí)候，永磁電機(jī)就成為了設(shè)備的首選。不過(guò)，由于它們依賴于稀有的金屬，因而價(jià)格也比較昂貴。
如果信息反饋完善，變頻器控制的感應(yīng)式電機(jī)也可以運(yùn)行在伺服模式下。與傳統(tǒng)的永磁伺服電機(jī)相比，變頻器提供了性價(jià)比更好的替代方案。雖然變頻器主要用于開環(huán)速度控制，并且一般不會(huì)認(rèn)為會(huì)實(shí)現(xiàn)特別高的精度，但這項(xiàng)技術(shù)足夠可以控制很多伺服應(yīng)用情況下的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
如果功率密度并不是那么好，電機(jī)會(huì)稍微大一些，因此很有必要仔細(xì)考慮系統(tǒng)的需求、電機(jī)尺寸和功能。例如，變頻器感應(yīng)伺服電機(jī)的加速無(wú)法像永磁電機(jī)那么快，不過(guò)你需要考慮的是你的應(yīng)用場(chǎng)合真的需要實(shí)現(xiàn)這種功能嗎？雖然該解決方案的動(dòng)態(tài)性可能略低，但顯著的成本節(jié)省可能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上為企業(yè)帶來(lái)顯著的優(yōu)勢(shì)。
5、在沒(méi)有反饋的情況下運(yùn)行永磁電機(jī)
對(duì)于一般應(yīng)用來(lái)說(shuō)，永磁電機(jī)是屬于效率最高的電機(jī)，不過(guò)需要具備追蹤電極位置以及進(jìn)行電機(jī)適當(dāng)整流所需要的反饋信息。
目前，變頻技術(shù)可以在沒(méi)有反饋的情況下運(yùn)行永磁電機(jī)，而且還能獲得5度以內(nèi)的位置精度。有了變頻器，當(dāng)電機(jī)在停止位置的時(shí)候，會(huì)計(jì)算電極的位置，然后可以為了實(shí)現(xiàn)良好的控制而對(duì)電機(jī)進(jìn)行整流。
無(wú)需任何反饋的位置控制應(yīng)用免除了對(duì)電纜及更加昂貴的伺服變頻器的需求，而是用更加經(jīng)濟(jì)、更加高效的變頻器取而代之。采用變頻器技術(shù)為永磁電機(jī)提供動(dòng)力也意味著，如果減少功率消耗對(duì)于某些應(yīng)用更加關(guān)鍵的話，此類應(yīng)用可以運(yùn)行在速度模式下。
6、減小盤柜占地面積和電纜長(zhǎng)度
變頻器在使用過(guò)程中，我們通常會(huì)下意識(shí)的忽略這種設(shè)備帶來(lái)的安裝空間的節(jié)省。 可以減少電機(jī)和齒輪箱的組合，以減少工廠車間的控制面板的地板和電機(jī)電纜的長(zhǎng)度。 對(duì)于具有大區(qū)域電機(jī)的人，或在一組移動(dòng)部件中共用一組電源軌和其他移動(dòng)部件，它們可以帶來(lái)更多的電動(dòng)機(jī)集成帶來(lái)更多好處。
對(duì)于那些電機(jī)占地面積很大的設(shè)備，或者在一套系統(tǒng)中一套運(yùn)動(dòng)組成部分和其他的運(yùn)動(dòng)組成部分共用一組供電軌道，將變頻傳動(dòng)設(shè)備與電機(jī)整合在一起才有意義。為此，許多系統(tǒng)工程師會(huì)將所有電纜鋪設(shè)到中央控制柜上，而不是實(shí)現(xiàn)依賴于獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分布式系統(tǒng)，只需要將主控制柜的控制電纜連接每個(gè)部件上進(jìn)行控制。
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