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通过变频器优化运动控制应用的六种方式
作者:28365365体育在线—— 佚名 时间:2019-7-10文章来源:365备用网址——百度访问量:584

变频驱动技术正在以出人意料的方式被用于解决各种运动控制应用的挑战,并帮助企业提高生产效率和成本效益。

变频驱动技术已经被用于控制许多机械任务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施等应用领域。

无论在物料搬运、机械加工,还是泵及风机的应用场合,变频器都是一种经济实惠的选择,可以帮助企业优化性能、减少能耗并永久降低机器和机器人的生命周期成本。变频器可用于基本的电压模式范围内,以及运行在三相供电情况下的230v、480v或者600v电机。变频器的选择要依据电机类型、电压、额定电流、接入电源、以及输入/输出(i/o)的要求而定。其大小取决于一系列与应用相关的因素,包括电机的满负荷额定功率和满负荷状态下的最大电压。

在最基本的变频器应用中,通过调节接入电动机的电源的频率和电压,使操作人员可以将电机的速度和负载要求匹配起来。对于特定的应用,可以使电机运行在最高效的速度上,并且减少能源消耗。

变频器为有创造力的oem行业和最终用户带来了大量可实现的潜在效率。更新的使用变频驱动技术的方式有助于解决特定的运动控制应用的挑战,并使其更加经济、利润更高。下面将介绍6个使用变频器解决方案处理先进的运动控制应用的真实场景。

1

负载变化的传送带

无论是在机场还是在工厂,运送可变负载的传送带都是长期的挑战以及在功率消耗方面的显著限制条件。空转的传送带不需要全部功率,不过需要在一定时间以后、加上负载的时候或者接到电机调整的指令之后作出响应。

运送可变负载的传送带可以使用变频器,这样将大大地节省功率消耗(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行的更加高效,即便是在低负荷的周期内。在不需要全负荷的时候,这种模式将功率消耗降到最低,而且在加上更大负载的时候也可以让电机提升功率并以最佳的性能运行。

图1:运送可变负载的传送带可以使用变频器来运行,大大地节省了功率消耗。变频器感应更轻的负载,然后调整电机的功率因数使其运行的更加高效,即便是在低负荷的周期内。本文图片来源:lenze

对于占地比较广的大型工厂或自动化系统,分散化的变频器免除了将电缆敷设到控制柜所需要的时间和成本(包括材料和人工)。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单,而且更具有有成本效益。

2

简化内部设备组合

变频器有助于一些系统采用更简单的解决方案来进行优化。与自动变速的变频器相比,新型的具有多个固定速度选项的变频器可以通过变换电机的速度而大大地减少在内部物流应用方面使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,需要不同位置的传送带以不同的速度运行。这就意味着在系统的不同部分要安装众多变速箱,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行。可是,其结果是需要使用很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台大小各异的变速箱的做法不同,新的解决方案仅仅需要4到5台变频器/电机/变速箱的组合就足够了。通过调节频率来控制速度,操作员可以优化每一种组合,而不需要依赖跨接在线路上的单一速度电机连接器。

3

在更高频率下运行感应式电机

普通的感应式电机是为运行在60hz频率的电源下而设计的,但这不一定就是应用中最优的设计。使用变频器,oem厂商可以为诸如风电应用设计出最低可以运行在20hz的电机,或者对于功率密度高得多的应用中可以运行的频率高达100到600hz。

因为功率可由速度乘以转矩计算得出,因此oem厂商可以设计出更小的电机,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大小是运行在50/60hz频率下电机的一半,但是却具备相同的功率。除此以外,由于电机的惯性更小了,使用变频器的感应式电机具备了提供更多动态系统功能的能力。

4

在伺服模式下运行感应式电机

伺服控制要求具备高精度的速度和位置,它需要准确性。鉴于此,在执行伺服功能的时候,永磁电机就成为了设备的首选。不过,由于它们依赖于稀有的金属,因而价格也比较昂贵。

如果信息反馈完善,变频器控制的感应式电机也可以运行在伺服模式下。与传统的永磁伺服电机相比,变频器提供了性价比更好的替代方案。虽然变频器主要用于开环速度控制,并且一般不会认为会实现特别高的精度,但这项技术足够可以控制很多伺服应用情况下的电机转子位置。

如果功率密度并不是那么好,电机会稍微大一些,因此很有必要仔细考虑系统的需求、电机尺寸和功能。例如, 变频器感应伺服电机的加速无法像永磁电机那么快,不过你需要考虑的是你的应用场合真的需要实现这种功能吗?虽然该解决方案的动态性可能略低,但显着的成本节省可能在市场竞争上为企业带来显着的优势。

5

在没有反馈的情况下运行永磁电机

对于一般应用来说,永磁电机是属于效率最高的电机,不过需要具备追踪电极位置以及进行电机适当整流所需要的反馈信息。

目前,变频器技术可以在没有反馈的情况下运行永磁电机,而且还能获得5度以内的位置精度。有了变频器,当电机在停止位置的时候,会计算电极的位置,然后可以为了实现良好的控制而对电机进行整流。

无需任何反馈的位置控制应用免除了对电缆及更加昂贵的伺服变频器的需求,而是用更加经济、更加高效的变频器取而代之。采用变频器技术为永磁电机提供动力也意味着,如果减少功率消耗对于某些应用更加关键的话,此类应用可以运行在速度模式下。

6

减小盘柜占地面积和电缆长度

使用变频器有一个最简单也是最容易忽视的优势就是在空间节省方面的效果。将电机和传动集成在一起的组合方式,可以减少工厂车间里面的控制盘柜的占地面积和电机电缆的长度。对于那些电机占地面积很大的应用,或者在一套系统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:对于那些电机占地面积很大的应用,或者在一套系统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意义。

与其将所有的电缆都从设备端敷设到中央控制柜去,系统工程师不如实现一套依赖独立驱动电机的分布式系统,这些电机仅需要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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