臺(tái)達(dá)VFD-S系列變頻器在輸送機(jī)上的應(yīng)用(圖)
2006/6/23 15:13:16
中達(dá)電通股份有限公司 供稿
1 引 言
輸送機(jī)在生產(chǎn)活動(dòng)中有廣泛的應(yīng)用，依所運(yùn)搬對(duì)象的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、外形形狀及大小、運(yùn)輸路徑、運(yùn)搬的方法不同，不同的輸送方式產(chǎn)生的結(jié)果是不同的，因此用戶的需求也是不同的。用戶在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)輸送物料的特性，從機(jī)能、特征、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)方面作考量，選定其中最適合的輸送機(jī)。現(xiàn)代輸送機(jī)多數(shù)都是基于變頻調(diào)速原理研制的，因此變頻器是其核心部件，以下對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)作粗略說(shuō)明。
2 變頻器驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
1） 在電動(dòng)選擇方面，可以利用鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。這種型號(hào)的電動(dòng)機(jī)形體小，可以像機(jī)械式變速機(jī)一樣不占有變速部份的空間，驅(qū)動(dòng)部件可以形小而輕；倘再附裝傳動(dòng)裝置(gear)，則效果倍增。由于沒(méi)有電刷或整流子，因而幾乎是免維護(hù)(maintenance-free)的。
2） 可以利用已有的電動(dòng)機(jī)，在已有的電動(dòng)機(jī)電路中插入變頻器，就可以把一個(gè)輸送速度為定值的輸送機(jī)，搖身一變成為可無(wú)段化變速的輸送機(jī)。
3） 便于提升生產(chǎn)性能，使用變頻器驅(qū)動(dòng)在1:10至1:20的廣范圍速度控制，其遙控改變周波數(shù)指令就能實(shí)現(xiàn)。易于選擇最適合工作需要的輸送速度，若采用向量控制變頻方式，還可以達(dá)到1:100的速度控制范圍，附有PG的更可以在高達(dá)1:1000的速度控制范圍內(nèi)任選運(yùn)轉(zhuǎn)方式。
4） 在操作方面能方便自如地起動(dòng)與停機(jī)，輸送帶速度如受急劇變速，則受送物會(huì)崩塌下來(lái)。例如搬運(yùn)玻璃瓶突然停頓，則瓶與瓶相碰，可能因此破損；但如以變頻器操作，則因?yàn)樗堑椭懿〝?shù)起動(dòng)，震蕩小，再經(jīng)柔順操控(soft start stop)而調(diào)整，整定時(shí)間就會(huì)平滑柔順地變更速度，全程都很平穩(wěn)，有助于產(chǎn)品運(yùn)行安全，確保品質(zhì)。
5） 能方便頻繁地變換運(yùn)轉(zhuǎn)方式、停機(jī)及反轉(zhuǎn)。變頻器從低域周波數(shù)及電壓出發(fā)，周波數(shù)及電壓值徐徐地上升，因此較之商用電源直接起動(dòng)的效率更佳，電流小而產(chǎn)生的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱小，因此盡管會(huì)有頻繁的開(kāi)機(jī)、停機(jī)，但無(wú)損害。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制是由變頻器晶體管切換相旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。這種方式較之以前的主電路用切換導(dǎo)線相位的方式，沒(méi)有可動(dòng)部份及摩擦部分，發(fā)熱量會(huì)少些，因此可以充當(dāng)橫向往返(traverse)用途那樣的頻頻正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的輸送。
6） 可以用于電氣的剎車，減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出頻率會(huì)徐徐下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)有超越同步速度的情形。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，電機(jī)回升的能量會(huì)被變頻器直流電源部分的電容器所吸收(直流電壓升高)；但當(dāng)它上升到某個(gè)設(shè)定值時(shí)，晶體管就起動(dòng)開(kāi)閉動(dòng)作(switching)而放電，使電氣的能量在電阻器部位消耗掉。這樣，把負(fù)載旋轉(zhuǎn)能量透過(guò)電動(dòng)機(jī)回生為發(fā)電機(jī)作用，而變換為電氣能量驅(qū)入電阻器，使其轉(zhuǎn)化為熱能量而消耗掉就是回生制動(dòng)。即使不使用電阻器，電動(dòng)機(jī)仍可有內(nèi)部損失為20%程度的制動(dòng)力可用。通常輸送機(jī)乃定轉(zhuǎn)矩性負(fù)載，所以如果不是必要急劇減速，則大多場(chǎng)合自無(wú)必要設(shè)置制動(dòng)用電阻器。對(duì)于制動(dòng)頻度少的場(chǎng)合，則亦可有自高速給電動(dòng)機(jī)流通直流電流的方式，也可達(dá)到剎車的效果，稱為動(dòng)態(tài)(dynamic)制動(dòng)。電氣剎車(制動(dòng))的優(yōu)點(diǎn)是能停機(jī)于指定位置，即使電動(dòng)機(jī)在高速中運(yùn)轉(zhuǎn)，亦可以使它很快地自高速抵達(dá)低速，通過(guò)這種匍匐爬行狀的緩行(creep)的速度，而縮短工程的工作周期時(shí)間。運(yùn)轉(zhuǎn)中周波數(shù)變化使電動(dòng)機(jī)速度攀升，則此電氣的剎車隨著產(chǎn)生，如影隨形，不必依靠人手操作。尤其輸送機(jī)的形狀攸關(guān)搬送量，當(dāng)它引致的電動(dòng)機(jī)負(fù)值轉(zhuǎn)矩纏身時(shí)，電氣的剎車就發(fā)生作用而防止電動(dòng)機(jī)可能發(fā)生的大幅度速度上升之危害。
7） 易于改變輸送速度，只要提高變頻器的頻率，輸送機(jī)速度就上升；對(duì)于既有的輸送設(shè)備，也可增加10-20%的輸送能力。但應(yīng)注意是需要電動(dòng)機(jī)的容量有余裕，并且需要遵守“不超過(guò)齒輪容許的轉(zhuǎn)數(shù)為約束的條件”。
臺(tái)達(dá)電子為讓輸送機(jī)的工作流程及性能更卓越，價(jià)格更低廉，提供了最佳的解決方案臺(tái)達(dá)VFD-S 系列變頻器。工廠制造自動(dòng)化對(duì)輸送機(jī)提出了更高的要求，如可變速驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)，雖然過(guò)去也有過(guò)機(jī)械式的無(wú)段式變速及各種電氣式的變速，但其控制性能、維護(hù)保養(yǎng)性及經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如變頻器驅(qū)動(dòng)方式。
3 基于臺(tái)達(dá)VFD-S系列變頻器驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)
如圖1所示是某企業(yè)輸送帶電控機(jī)構(gòu)示意圖，該輸送系統(tǒng)的核心部件就是變頻器。針對(duì)某企業(yè)輸送帶電控機(jī)構(gòu)的特殊情況，為使輸送機(jī)的性能最佳化，對(duì)VFD-S參數(shù)調(diào)整作某些說(shuō)明：
1）依負(fù)載重量選擇適當(dāng)?shù)腣/F曲線并給予上下限以避免因失誤動(dòng)作時(shí)造成的傷害；
2）適當(dāng)調(diào)整加減速時(shí)間并配合S曲線，以達(dá)到平滑啟動(dòng)與停止；
3）試運(yùn)轉(zhuǎn)并觀察是否正常(馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否有震蕩發(fā)生)；
4）設(shè)定客戶所需要的頻率命令及運(yùn)轉(zhuǎn)命令來(lái)源；
5）應(yīng)當(dāng)考慮客戶需要的計(jì)數(shù)功能；
6）要考慮客戶是否需要輸出信號(hào)通知上位機(jī)輸送機(jī)已在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；
7）要考慮客戶是否需要在每次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用二到三種頻率，可使用多段速并配合PLC運(yùn)轉(zhuǎn)功能；
8）若客戶使用剎車功能時(shí)，需要將過(guò)電壓失速防止功能關(guān)閉。使用直流制動(dòng)時(shí)，要由小到大調(diào)整直流制動(dòng)電壓準(zhǔn)位。若使用制動(dòng)電阻，適當(dāng)調(diào)整DC-BUS剎車準(zhǔn)位。
4 結(jié)束語(yǔ)
工廠制造自動(dòng)化對(duì)輸送機(jī)提出了越來(lái)越高的要求，依所運(yùn)搬對(duì)象的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、外形形狀及大小、運(yùn)輸路徑、運(yùn)搬的方法不同，基于臺(tái)達(dá)VFD-S系列變頻器驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)基本能滿足各種物料傳送需求。但是我們更歡迎與用戶的合作，共同研制出性能更高的輸送機(jī)以滿足生產(chǎn)的需求。
輸送機(jī)在生產(chǎn)活動(dòng)中有廣泛的應(yīng)用，依所運(yùn)搬對(duì)象的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、外形形狀及大小、運(yùn)輸路徑、運(yùn)搬的方法不同，不同的輸送方式產(chǎn)生的結(jié)果是不同的，因此用戶的需求也是不同的。用戶在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)輸送物料的特性，從機(jī)能、特征、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)方面作考量，選定其中最適合的輸送機(jī)。現(xiàn)代輸送機(jī)多數(shù)都是基于變頻調(diào)速原理研制的，因此變頻器是其核心部件，以下對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)作粗略說(shuō)明。
2 變頻器驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
1） 在電動(dòng)選擇方面，可以利用鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。這種型號(hào)的電動(dòng)機(jī)形體小，可以像機(jī)械式變速機(jī)一樣不占有變速部份的空間，驅(qū)動(dòng)部件可以形小而輕；倘再附裝傳動(dòng)裝置(gear)，則效果倍增。由于沒(méi)有電刷或整流子，因而幾乎是免維護(hù)(maintenance-free)的。
2） 可以利用已有的電動(dòng)機(jī)，在已有的電動(dòng)機(jī)電路中插入變頻器，就可以把一個(gè)輸送速度為定值的輸送機(jī)，搖身一變成為可無(wú)段化變速的輸送機(jī)。
3） 便于提升生產(chǎn)性能，使用變頻器驅(qū)動(dòng)在1:10至1:20的廣范圍速度控制，其遙控改變周波數(shù)指令就能實(shí)現(xiàn)。易于選擇最適合工作需要的輸送速度，若采用向量控制變頻方式，還可以達(dá)到1:100的速度控制范圍，附有PG的更可以在高達(dá)1:1000的速度控制范圍內(nèi)任選運(yùn)轉(zhuǎn)方式。
4） 在操作方面能方便自如地起動(dòng)與停機(jī)，輸送帶速度如受急劇變速，則受送物會(huì)崩塌下來(lái)。例如搬運(yùn)玻璃瓶突然停頓，則瓶與瓶相碰，可能因此破損；但如以變頻器操作，則因?yàn)樗堑椭懿〝?shù)起動(dòng)，震蕩小，再經(jīng)柔順操控(soft start stop)而調(diào)整，整定時(shí)間就會(huì)平滑柔順地變更速度，全程都很平穩(wěn)，有助于產(chǎn)品運(yùn)行安全，確保品質(zhì)。
5） 能方便頻繁地變換運(yùn)轉(zhuǎn)方式、停機(jī)及反轉(zhuǎn)。變頻器從低域周波數(shù)及電壓出發(fā)，周波數(shù)及電壓值徐徐地上升，因此較之商用電源直接起動(dòng)的效率更佳，電流小而產(chǎn)生的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱小，因此盡管會(huì)有頻繁的開(kāi)機(jī)、停機(jī)，但無(wú)損害。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制是由變頻器晶體管切換相旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。這種方式較之以前的主電路用切換導(dǎo)線相位的方式，沒(méi)有可動(dòng)部份及摩擦部分，發(fā)熱量會(huì)少些，因此可以充當(dāng)橫向往返(traverse)用途那樣的頻頻正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的輸送。
6） 可以用于電氣的剎車，減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出頻率會(huì)徐徐下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)有超越同步速度的情形。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，電機(jī)回升的能量會(huì)被變頻器直流電源部分的電容器所吸收(直流電壓升高)；但當(dāng)它上升到某個(gè)設(shè)定值時(shí)，晶體管就起動(dòng)開(kāi)閉動(dòng)作(switching)而放電，使電氣的能量在電阻器部位消耗掉。這樣，把負(fù)載旋轉(zhuǎn)能量透過(guò)電動(dòng)機(jī)回生為發(fā)電機(jī)作用，而變換為電氣能量驅(qū)入電阻器，使其轉(zhuǎn)化為熱能量而消耗掉就是回生制動(dòng)。即使不使用電阻器，電動(dòng)機(jī)仍可有內(nèi)部損失為20%程度的制動(dòng)力可用。通常輸送機(jī)乃定轉(zhuǎn)矩性負(fù)載，所以如果不是必要急劇減速，則大多場(chǎng)合自無(wú)必要設(shè)置制動(dòng)用電阻器。對(duì)于制動(dòng)頻度少的場(chǎng)合，則亦可有自高速給電動(dòng)機(jī)流通直流電流的方式，也可達(dá)到剎車的效果，稱為動(dòng)態(tài)(dynamic)制動(dòng)。電氣剎車(制動(dòng))的優(yōu)點(diǎn)是能停機(jī)于指定位置，即使電動(dòng)機(jī)在高速中運(yùn)轉(zhuǎn)，亦可以使它很快地自高速抵達(dá)低速，通過(guò)這種匍匐爬行狀的緩行(creep)的速度，而縮短工程的工作周期時(shí)間。運(yùn)轉(zhuǎn)中周波數(shù)變化使電動(dòng)機(jī)速度攀升，則此電氣的剎車隨著產(chǎn)生，如影隨形，不必依靠人手操作。尤其輸送機(jī)的形狀攸關(guān)搬送量，當(dāng)它引致的電動(dòng)機(jī)負(fù)值轉(zhuǎn)矩纏身時(shí)，電氣的剎車就發(fā)生作用而防止電動(dòng)機(jī)可能發(fā)生的大幅度速度上升之危害。
7） 易于改變輸送速度，只要提高變頻器的頻率，輸送機(jī)速度就上升；對(duì)于既有的輸送設(shè)備，也可增加10-20%的輸送能力。但應(yīng)注意是需要電動(dòng)機(jī)的容量有余裕，并且需要遵守“不超過(guò)齒輪容許的轉(zhuǎn)數(shù)為約束的條件”。
臺(tái)達(dá)電子為讓輸送機(jī)的工作流程及性能更卓越，價(jià)格更低廉，提供了最佳的解決方案臺(tái)達(dá)VFD-S 系列變頻器。工廠制造自動(dòng)化對(duì)輸送機(jī)提出了更高的要求，如可變速驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)，雖然過(guò)去也有過(guò)機(jī)械式的無(wú)段式變速及各種電氣式的變速，但其控制性能、維護(hù)保養(yǎng)性及經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如變頻器驅(qū)動(dòng)方式。
3 基于臺(tái)達(dá)VFD-S系列變頻器驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)
如圖1所示是某企業(yè)輸送帶電控機(jī)構(gòu)示意圖，該輸送系統(tǒng)的核心部件就是變頻器。針對(duì)某企業(yè)輸送帶電控機(jī)構(gòu)的特殊情況，為使輸送機(jī)的性能最佳化，對(duì)VFD-S參數(shù)調(diào)整作某些說(shuō)明：
1）依負(fù)載重量選擇適當(dāng)?shù)腣/F曲線并給予上下限以避免因失誤動(dòng)作時(shí)造成的傷害；
2）適當(dāng)調(diào)整加減速時(shí)間并配合S曲線，以達(dá)到平滑啟動(dòng)與停止；
3）試運(yùn)轉(zhuǎn)并觀察是否正常(馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否有震蕩發(fā)生)；
4）設(shè)定客戶所需要的頻率命令及運(yùn)轉(zhuǎn)命令來(lái)源；
5）應(yīng)當(dāng)考慮客戶需要的計(jì)數(shù)功能；
6）要考慮客戶是否需要輸出信號(hào)通知上位機(jī)輸送機(jī)已在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；
7）要考慮客戶是否需要在每次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用二到三種頻率，可使用多段速并配合PLC運(yùn)轉(zhuǎn)功能；
8）若客戶使用剎車功能時(shí)，需要將過(guò)電壓失速防止功能關(guān)閉。使用直流制動(dòng)時(shí)，要由小到大調(diào)整直流制動(dòng)電壓準(zhǔn)位。若使用制動(dòng)電阻，適當(dāng)調(diào)整DC-BUS剎車準(zhǔn)位。
4 結(jié)束語(yǔ)
工廠制造自動(dòng)化對(duì)輸送機(jī)提出了越來(lái)越高的要求，依所運(yùn)搬對(duì)象的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、外形形狀及大小、運(yùn)輸路徑、運(yùn)搬的方法不同，基于臺(tái)達(dá)VFD-S系列變頻器驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)基本能滿足各種物料傳送需求。但是我們更歡迎與用戶的合作，共同研制出性能更高的輸送機(jī)以滿足生產(chǎn)的需求。
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