台达VFD-S系列变频器在输送机上的应用(图)
2006/6/23 15:13:16
中达电通股份有限公司 供稿
1 引 言
输送机在生产活动中有广泛的应用，依所运搬对象的物理性质、化学性质、外形形状及大小、运输路径、运搬的方法不同，不同的输送方式产生的结果是不同的，因此用户的需求也是不同的。用户在选用时应根据输送物料的特性，从机能、特征、经济等多个方面作考量，选定其中最适合的输送机。现代输送机多数都是基于变频调速原理研制的，因此变频器是其核心部件，以下对变频器驱动的特点作粗略说明。
2 变频器驱动的优点
1） 在电动选择方面，可以利用鼠笼型感应电动机。这种型号的电动机形体小，可以像机械式变速机一样不占有变速部份的空间，驱动部件可以形小而轻；倘再附装传动装置(gear)，则效果倍增。由于没有电刷或整流子，因而几乎是免维护(maintenance-free)的。
2） 可以利用已有的电动机，在已有的电动机电路中插入变频器，就可以把一个输送速度为定值的输送机，摇身一变成为可无段化变速的输送机。
3） 便于提升生产性能，使用变频器驱动在1:10至1:20的广范围速度控制，其遥控改变周波数指令就能实现。易于选择最适合工作需要的输送速度，若采用向量控制变频方式，还可以达到1:100的速度控制范围，附有PG的更可以在高达1:1000的速度控制范围内任选运转方式。
4） 在操作方面能方便自如地起动与停机，输送带速度如受急剧变速，则受送物会崩塌下来。例如搬运玻璃瓶突然停顿，则瓶与瓶相碰，可能因此破损；但如以变频器操作，则因为它是低周波数起动，震荡小，再经柔顺操控(soft start stop)而调整，整定时间就会平滑柔顺地变更速度，全程都很平稳，有助于产品运行安全，确保品质。
5） 能方便频繁地变换运转方式、停机及反转。变频器从低域周波数及电压出发，周波数及电压值徐徐地上升，因此较之商用电源直接起动的效率更佳，电流小而产生的起动转矩大，电动机的发热小，因此尽管会有频繁的开机、停机，但无损害。正转或反转的控制是由变频器晶体管切换相旋转而实现。这种方式较之以前的主电路用切换导线相位的方式，没有可动部份及摩擦部分，发热量会少些，因此可以充当横向往返(traverse)用途那样的频频正转反转的输送。
6） 可以用于电气的刹车，减速时，电动机的输出频率会徐徐下降，电机转速会有超越同步速度的情形。当发生这种情况时，电机回升的能量会被变频器直流电源部分的电容器所吸收(直流电压升高)；但当它上升到某个设定值时，晶体管就起动开闭动作(switching)而放电，使电气的能量在电阻器部位消耗掉。这样，把负载旋转能量透过电动机回生为发电机作用，而变换为电气能量驱入电阻器，使其转化为热能量而消耗掉就是回生制动。即使不使用电阻器，电动机仍可有内部损失为20%程度的制动力可用。通常输送机乃定转矩性负载，所以如果不是必要急剧减速，则大多场合自无必要设置制动用电阻器。对于制动频度少的场合，则亦可有自高速给电动机流通直流电流的方式，也可达到刹车的效果，称为动态(dynamic)制动。电气刹车(制动)的优点是能停机于指定位置，即使电动机在高速中运转，亦可以使它很快地自高速抵达低速，通过这种匍匐爬行状的缓行(creep)的速度，而缩短工程的工作周期时间。运转中周波数变化使电动机速度攀升，则此电气的刹车随着产生，如影随形，不必依靠人手操作。尤其输送机的形状攸关搬送量，当它引致的电动机负值转矩缠身时，电气的刹车就发生作用而防止电动机可能发生的大幅度速度上升之危害。
7） 易于改变输送速度，只要提高变频器的频率，输送机速度就上升；对于既有的输送设备，也可增加10-20%的输送能力。但应注意是需要电动机的容量有余裕，并且需要遵守“不超过齿轮容许的转数为约束的条件”。
台达电子为让输送机的工作流程及性能更卓越，价格更低廉，提供了最佳的解决方案台达VFD-S 系列变频器。工厂制造自动化对输送机提出了更高的要求，如可变速驱动的输送机，虽然过去也有过机械式的无段式变速及各种电气式的变速，但其控制性能、维护保养性及经济性远不如变频器驱动方式。
3 基于台达VFD-S系列变频器驱动的输送机
如图1所示是某企业输送带电控机构示意图，该输送系统的核心部件就是变频器。针对某企业输送带电控机构的特殊情况，为使输送机的性能最佳化，对VFD-S参数调整作某些说明：
1）依负载重量选择适当的V/F曲线并给予上下限以避免因失误动作时造成的伤害；
2）适当调整加减速时间并配合S曲线，以达到平滑启动与停止；
3）试运转并观察是否正常(马达运转方向是否有震荡发生)；
4）设定客户所需要的频率命令及运转命令来源；
5）应当考虑客户需要的计数功能；
6）要考虑客户是否需要输出信号通知上位机输送机已在运转状态；
7）要考虑客户是否需要在每次运转时使用二到三种频率，可使用多段速并配合PLC运转功能；
8）若客户使用刹车功能时，需要将过电压失速防止功能关闭。使用直流制动时，要由小到大调整直流制动电压准位。若使用制动电阻，适当调整DC-BUS刹车准位。
4 结束语
工厂制造自动化对输送机提出了越来越高的要求，依所运搬对象的物理性质、化学性质、外形形状及大小、运输路径、运搬的方法不同，基于台达VFD-S系列变频器驱动的输送机基本能满足各种物料传送需求。但是我们更欢迎与用户的合作，共同研制出性能更高的输送机以满足生产的需求。
输送机在生产活动中有广泛的应用，依所运搬对象的物理性质、化学性质、外形形状及大小、运输路径、运搬的方法不同，不同的输送方式产生的结果是不同的，因此用户的需求也是不同的。用户在选用时应根据输送物料的特性，从机能、特征、经济等多个方面作考量，选定其中最适合的输送机。现代输送机多数都是基于变频调速原理研制的，因此变频器是其核心部件，以下对变频器驱动的特点作粗略说明。
2 变频器驱动的优点
1） 在电动选择方面，可以利用鼠笼型感应电动机。这种型号的电动机形体小，可以像机械式变速机一样不占有变速部份的空间，驱动部件可以形小而轻；倘再附装传动装置(gear)，则效果倍增。由于没有电刷或整流子，因而几乎是免维护(maintenance-free)的。
2） 可以利用已有的电动机，在已有的电动机电路中插入变频器，就可以把一个输送速度为定值的输送机，摇身一变成为可无段化变速的输送机。
3） 便于提升生产性能，使用变频器驱动在1:10至1:20的广范围速度控制，其遥控改变周波数指令就能实现。易于选择最适合工作需要的输送速度，若采用向量控制变频方式，还可以达到1:100的速度控制范围，附有PG的更可以在高达1:1000的速度控制范围内任选运转方式。
4） 在操作方面能方便自如地起动与停机，输送带速度如受急剧变速，则受送物会崩塌下来。例如搬运玻璃瓶突然停顿，则瓶与瓶相碰，可能因此破损；但如以变频器操作，则因为它是低周波数起动，震荡小，再经柔顺操控(soft start stop)而调整，整定时间就会平滑柔顺地变更速度，全程都很平稳，有助于产品运行安全，确保品质。
5） 能方便频繁地变换运转方式、停机及反转。变频器从低域周波数及电压出发，周波数及电压值徐徐地上升，因此较之商用电源直接起动的效率更佳，电流小而产生的起动转矩大，电动机的发热小，因此尽管会有频繁的开机、停机，但无损害。正转或反转的控制是由变频器晶体管切换相旋转而实现。这种方式较之以前的主电路用切换导线相位的方式，没有可动部份及摩擦部分，发热量会少些，因此可以充当横向往返(traverse)用途那样的频频正转反转的输送。
6） 可以用于电气的刹车，减速时，电动机的输出频率会徐徐下降，电机转速会有超越同步速度的情形。当发生这种情况时，电机回升的能量会被变频器直流电源部分的电容器所吸收(直流电压升高)；但当它上升到某个设定值时，晶体管就起动开闭动作(switching)而放电，使电气的能量在电阻器部位消耗掉。这样，把负载旋转能量透过电动机回生为发电机作用，而变换为电气能量驱入电阻器，使其转化为热能量而消耗掉就是回生制动。即使不使用电阻器，电动机仍可有内部损失为20%程度的制动力可用。通常输送机乃定转矩性负载，所以如果不是必要急剧减速，则大多场合自无必要设置制动用电阻器。对于制动频度少的场合，则亦可有自高速给电动机流通直流电流的方式，也可达到刹车的效果，称为动态(dynamic)制动。电气刹车(制动)的优点是能停机于指定位置，即使电动机在高速中运转，亦可以使它很快地自高速抵达低速，通过这种匍匐爬行状的缓行(creep)的速度，而缩短工程的工作周期时间。运转中周波数变化使电动机速度攀升，则此电气的刹车随着产生，如影随形，不必依靠人手操作。尤其输送机的形状攸关搬送量，当它引致的电动机负值转矩缠身时，电气的刹车就发生作用而防止电动机可能发生的大幅度速度上升之危害。
7） 易于改变输送速度，只要提高变频器的频率，输送机速度就上升；对于既有的输送设备，也可增加10-20%的输送能力。但应注意是需要电动机的容量有余裕，并且需要遵守“不超过齿轮容许的转数为约束的条件”。
台达电子为让输送机的工作流程及性能更卓越，价格更低廉，提供了最佳的解决方案台达VFD-S 系列变频器。工厂制造自动化对输送机提出了更高的要求，如可变速驱动的输送机，虽然过去也有过机械式的无段式变速及各种电气式的变速，但其控制性能、维护保养性及经济性远不如变频器驱动方式。
3 基于台达VFD-S系列变频器驱动的输送机
如图1所示是某企业输送带电控机构示意图，该输送系统的核心部件就是变频器。针对某企业输送带电控机构的特殊情况，为使输送机的性能最佳化，对VFD-S参数调整作某些说明：
1）依负载重量选择适当的V/F曲线并给予上下限以避免因失误动作时造成的伤害；
2）适当调整加减速时间并配合S曲线，以达到平滑启动与停止；
3）试运转并观察是否正常(马达运转方向是否有震荡发生)；
4）设定客户所需要的频率命令及运转命令来源；
5）应当考虑客户需要的计数功能；
6）要考虑客户是否需要输出信号通知上位机输送机已在运转状态；
7）要考虑客户是否需要在每次运转时使用二到三种频率，可使用多段速并配合PLC运转功能；
8）若客户使用刹车功能时，需要将过电压失速防止功能关闭。使用直流制动时，要由小到大调整直流制动电压准位。若使用制动电阻，适当调整DC-BUS刹车准位。
4 结束语
工厂制造自动化对输送机提出了越来越高的要求，依所运搬对象的物理性质、化学性质、外形形状及大小、运输路径、运搬的方法不同，基于台达VFD-S系列变频器驱动的输送机基本能满足各种物料传送需求。但是我们更欢迎与用户的合作，共同研制出性能更高的输送机以满足生产的需求。
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