组合电机和驱动器移动，使他们的印记
E电动机和它们的控制电子设备并不是平等地创造出来的。因此，直到最近，它们都在不同的地方运行，通过通常漫长而昂贵的电线连接起来，用于供电、控制和通信，这并不是巧合。电子控制通常驻留在更安全，更凉爽，更集中的外壳中，而电机面临更严峻的温度，湿度，振动，灰尘，冲洗清洗等条件，发现在工业世界。
然而，在过去十年中，这两种技术融合在一起，统一一系列电机和驱动器的时机变得“合适”了。这种综合方法保证了便利性和一些好处，包括更低的“系统成本”(见主要文章)。许多制造商已经将一系列电机/驱动产品推向市场(见代表产品表)。
几种电机拓扑结构已与控制集成。本文(以及2000年12月的CE文章)重点介绍在开环控制下运行的交流感应电机和变频驱动组合。(基于伺服电机和其他闭环包将在2001年稍后的另一篇文章中介绍。)
这类新兴产品有各种各样的名称，这无助于提高潜在用户相对较低的认知度。诸如“智能电机”、变速电机(一个欧洲术语，有优缺点)、内置驱动器的电机、集成电机/驱动器、集成驱动电机等名称都有。可能最清晰的术语是集成电机驱动(IMD)实际上是TB Wood 's Inc.的注册产品名称。
imd还没有实现5年或更长时间前为它们设想的全部潜力。这包括市场份额的增长和功率范围的扩大。在欧洲的带领下，市场规模可能正在发生变化。对于集成电机驱动制造商来说，一个积极的信号是整个企业内分布式控制架构的增长趋势。IMD技术可以分享这一举动。
艰难的环境
热效应是imd最大的敌人。控制装置中的电机和电源开关电子设备都会产生热量。因此，这些集成包的热管理已经被打磨到一个精细的边缘来解决这个问题。机械/结构部件、散热器、冷却和元件布局的优化设计有助于解决方案。它使许多竞争产品的开发达到一定规模。
大多数供应商生产的imd额定功率为7.5 kw (10 hp)，或者很快就会达到这个尺寸(产品表)。非常大的imd是例外。虽然不是最终的大小，7.5千瓦的输出代表了一个实际的平台，超过这个平台，加热效应就会显著增加。将更大尺寸的设备商业化将需要更复杂的设计，并影响产品成本。
电机运行的速度影响热管理。在高速运行时，电机轴驱动的风扇提供了大量的冷却，但在低速运行时就变得不够用了。这种情况由于IMD性能的一个方面的不断改进——速度范围的扩大——而加剧。今天，典型的速度范围是10:1，但一些制造商通过更复杂的控制提供50:1。扩大速度范围不是常规的练习，因为需要更多的冷却来抵消更严重的热量产生-当电机以30转/分(或更低)运行一段时间。这通常意味着增加一个单独的恒速鼓风机。
驱动器电子设备相对于电机的位置带来了一个空间设计权衡，也与加热有关。大多数imd将控制单元放置在电机(或atn, www.abb.com/motors&drives)和TB Wood 's Inc. (Chambersburg, Pa.)出于这个原因更喜欢轴向放置电子设备，也可以改善来自轴流风机的冷却气流。这些设计保持整体高度和安装尺寸与标准电机相同，并放弃了整体单位长度的一些东西。这很大程度上是设计哲学的问题。
振动和电磁干扰(EMI)是集成电机驱动器的其他一些环境考虑因素。仔细的设计和测试可以坚固电子实质上，而特殊的转子平衡限制初始电机振动。监测可用于防止振动随着电机使用时间的推移而恶化。西门子公司(Erlangen, Germany)提到了其CombiMaster电子组件的特殊设计，可以处理高达5 g的振动和冲击。至于电磁干扰的影响，在集成电机和驱动器之间的布线要少得多，从本质上减少了这种担忧。尽管如此，大多数欧洲IMD供应商在他们的设备中包括EMI滤波器。例如，CombiMaster带有A类和B类EMI滤波器。
成本和市场问题
imd的成本考虑也不简单。根据尺寸的不同，与单个电机和驱动器相比，典型的电机/驱动器包在初始成本上有溢价。坚固的外壳，热管理，紧密耦合的布线，以及刚才提到的特殊环境设计都增加了成本。如今的典型溢价在15-20%之间。但对于一个总装系统，集成设计的成本据说更低。
西门子声称，考虑到各个部件之间的布线、驱动器的控制面板、面板空调和维护等因素，整体成本更低。西门子能源与自动化公司(Batavia, Ill, www.sea.siemens.com)的驱动产品专家Kevin Vickery说:“组件成本更高，但从项目的角度来看，采用集成方法可以节省20-30%。”
罗克韦尔自动化交流驱动器业务部门(Mequon，威斯康星州)。， www.rockwellautomation.com)提到，由于类似的原因，采用集成方法总安装成本降低高达40%。然而，总拥有成本很难卖给潜在用户，他们可能有“初始成本心态”，也会对新技术犹豫不决。
向IMD添加更复杂的控制会带来进一步的成本考虑。例如，Baldor Electric Co. (Fort Smith, Ark.)的产品经理Roddy Yates表示，如果添加了通量矢量控制，则反馈设备(编码器)的成本必须包括在控制定价的任何增加中。
最近的市场研究预测，imd在北美的增长谨慎，在欧洲的扩张更快(见主要文章)。Motion Tech Trends (MTT, Inglewood, california)综合电机驱动调查(2000年第一季度)显示，1999年北美的IMD销量仅为2600台，到2005年攀升至约12000台。MTT预计，从长期来看，该公司的销量将以更快的速度增长。这些数字，以及在主要文章的“市场观点”侧栏中给出的相应的美元价值，适用于1马力及以上的imd。
欧洲变速电机市场根据Frost & Sullivan (London, www.frost.com) 1999年末的分析，1999年IMD在欧洲的销量为39,700部，2006年增长至21.94万部。这些数字与IMD在欧洲市场的更高收入相一致，其中德国和意大利是最大的市场。
两项调查都表明，imd的定价对市场扩张至关重要。换句话说，imd的初始成本也必须通过单独的电机和驱动器解决方案变得更具竞争力。
更多的供应商
越来越多的公司提供IMD产品，下表给出了一个有代表性的样本。除两家公司外，其他所有公司都在北美销售imd，如下所示。以下是本在线特刊或CE主要文章中未提及的供应商的简要概述。
Bonfiglioli Riduttori(米兰，意大利)是一个著名的，长期的齿轮减速器和齿轮电机制造商。它是邦飞利集团的四个部门之一。本地化运动系统(LMS)将该公司的交流感应电机与西门子制造的电子驱动器集成在一起。LMS系列可通过BNA Bonfiglioli北美公司在当地购买。加拿大,www.bnagear.com)。
另一家意大利电机制造商Carpanelli Motori Elettrici(博洛尼亚，www.carpanelli.it)生产定制电机，60%的产量用于特殊应用。它现在包括IMD的MII系列课程。该公司目前还没有在北美市场销售。
Franklin Electric (Bluffton, Ind.， www.fele.com)将其集成电机驱动系统(IMDS)添加到现有产品中。IMDS系列仅提供单相输入，并提供2极和4极电机版本。
Combidrive是KEB Antriebstechnik (Karl E. Brinkmann GmbH, Barntrup，德国，www.kebco.com)的集成电机驱动单元，可通过位于明尼苏达州圣保罗的美国子公司Kebco获得。
Leroy-Somer (Angoulême, France, www.leroy-somer.com)是Emerson Electric Co.(密苏里州圣路易斯)的一个部门，提供Varmeca系列集成电机和驱动套件。Varmeca的额定功率已扩展到7.5 kW。
Mannessmann Dematic (Wetter, Germany, Cleveland, O, www.dematic-us.com)在其Indrive产品中采用集成齿轮电机，针对要求苛刻的启动/停止应用。
Spang Power Electronics (Mentor, O, www.spangpower.com)的变速电机SPE100是再生产品。这种单相输入IMD之前由罗克韦尔自动化公司销售，使用Reliance电机和Spang提供的电子组件。所有技术权利现在归斯潘所有。
WEG Electric (Jaraguá do Sul，巴西;Suwanee, Ga, www.wegelectric.com)是巴西大型电机和驱动器制造商。其MotorDrive (MDW-01)组合产品在欧洲和南美市场销售，但目前尚未在美国销售
| 代表感应电机及驱动组合产品 | |||||
| 公司 | 产品 | 评级 | 开车位置 | 特性 | |
| 千瓦* | V输入* | ||||
| ABB www.abb.com/motors&drives |
积分电动机 | 0.75 - -7.5 | 240/380 - 460 | 轴向 | 5帧尺寸;0.75 kW机组为240 V-1 ph;IP55密封;高速版至6k rpm;PID控制。 |
| Baldor Electric www.baldor.com | SmartMotor | 0.75 - -7.5 | 230/460 | 前 | 1-或3-ph有效。V in;NEMA 4X enclave . avail;冲洗和紧密耦合泵版本。 |
| 邦飞利集团 www.bonfiglioli.com |
LMS系列 | 0.37 - 4 | 400 - 500 | 前 | 模拟输入/数字I/O;IP55密封;PI控制;rs - 485;选配:EMI滤波器，制动控制;(E)。 |
| Carpanelli Motori www.carpanelli.it |
信息产业部系列 | 1.5 - 4 | 380 - 440 | 前 | 在220 V-1 ph下0.75-1.5 kW;rs - 485;(E) |
| 丹佛斯 www.danfoss.com |
FCM 300 | 0.55 - -7.5 | 380 - 460 | 顶部和径向 | IP55密封(IP66优选);高速版可达6000转/分;PID控制;EMI滤波器;通讯方式:P, RS |
| 丹佛斯·鲍尔 www.danfoss.com |
埃塔的解决方案 | 0.18 - -7.5 | 380 - 460 | 顶部和径向 | 在230 V (1 ph)到2.2 kW;IP65密封;PID |
| 富兰克林电气 www.fele.com |
洛桑国际管理发展学院 | 0.25 - -0.75 | 115/230 * * | 前 | 车载LED操作键盘;2极版本到4800转/分(基本转速:3450转/分)。 |
| 格兰富 www.us.grundfos.com |
大中型企业电动机 | 0.75 - -7.5 | 330/460 | 前 | 0.37-1.1 kW, 230 V-1 ph;PI系统控制器;适用于通过模拟传感器输入泵应用。 |
| 英维思Brook Crompton www.brookcrompton.com |
VSM ' W '系列 | 0.55 - -7.5 | 380 - 480 | 顶部和径向 | IP55密封，(IP66优选);EMI滤波器;PID控制;Profibus接口选项;(E)。 |
| Kebco www.kebco.com |
Combidrive | 0.75 - -2.2 | 230/460 | 前 | 0.75-1.5 kW在230 V-1 ph;IP55电动机;nema4逆变器。 |
| 伦茨 www.lenze.com |
8200年motec | 0.55-2.2 (+) 0.25-0.37(+) | 320 - 550 230 |
顶部和径向 | (+)到2001年年中，在高V电压下可达7.5 kW(在230 V电压下可达2.2 kW);IP55;(SV);通讯选项:C、I、P、RS。 |
| 利莱森玛 www.leroy-somer.com |
Varmeca | 0.75 - -7.5 | 230/400 460(选项) |
前 | 230 V-1 ph;Const扭矩转速范围7:1;PI控制;可选EMI滤波器 |
| 处于 www.dematic-us.com |
Indrive | 0.22 - -3.6 | 380 - 500 | 径向 | 积分线滤波器;IP54 (IP55, IP65优选);四象限驱动;编码器的选择;(F);通讯选项:I, P。 |
| 罗克韦尔自动化 www.rockwellautomation.com |
1329i VSM 500 | 0.75 - -3.7 | 230/460(一) | 前 | 230 V-1/3 ph至1.5 kW;(a)- 0.75 kW在115 V-1 ph;设备网通信。7个预设速度;IP54密封 |
| SEW-Eurodrive www.seweurodrive.com |
Movimot | 0.37 - -1.5 | 380 - 500 | 前 | 四象限驱动;IP65外壳;2个预设速度;(SV);通讯选项:A、D、I、P、RS。 |
| 西门子 www.sea.siemens.com |
Combimaster | 0.37 - -7.5 | 230/380 - 480 460 - 500 |
前 | 0.12-0.75 kW, 230 V-1/3 ph;IP55 (IP65驱动);PI控制;7个预设速度;(F);通讯选项:C, I, P, RS |
| 斯潘电力电子 www.spangpower.com |
SPE100 | 0.19 - -1.5 | 115/230 * * | 前 | 车载LED操作键盘;IP54密封;选项:风机套件为10:1 const T/速度范围，(D)。 |
| 结核病伍德 www.tbwoods.com |
集成电机驱动 | 0.37 - -3.7 | 200 - 230 380 - 460 |
轴向 | 在200-230 V: 1.5 kW (1 ph值)和3.7 kW (3 ph值);最高转速5400转/分;通讯选项:D(待定)。 |
| 汽车公司VEM www.vem-group.com |
紧凑的驱动 | 0.55 -22千瓦 | 380 - 480 | 前 | 高额定功率;矢量和无传感器控制;IP55;(E);(F);PID控制;通讯选项:P、RS。 |
| WEG电 www.wegelectric.com |
MotorDrive MDW-01 | 0.37 - -3.7 | 230/380 - 480 | 前 | 在230 V时:至1.5 kW (1 ph)和2.2 kW (3 ph);铝框;直冲式;IP55;挖/模拟I / O。 |
| *三相电机操作，除非注明 ** 1相输入典型基本速度:1450 / 1750 rpm在50/60 Hz(4极电机)。 通信接口:(A)- as -I (C)- canbus (D)- devicenet (I)- interbus (P)- profibus - dp (RS)-RS-485 (E)-其他驱动电子设备(F)-集成EMI滤波器(SV)-无传感器矢量控制1 hp = 0.746 kW 资料来源:《控制工程》汇编的数据 |
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用户的角落
除了对电机旁边的控制电子设备可靠性的普遍担忧外，用户自然希望将新的解决方案与现有的解决方案进行比较，以使其感觉更“舒适”。
动态工程公司(Sturgis，密歇根州)的项目工程师詹姆斯·泰勒(James Taylor)表达了对组合电机和驱动器的担忧。作为流程工业客户的咨询工程师，他不指定imd的原因主要有:
用户依靠一个标准的驱动器制造商和产品，培训，和备件;
用户的电机由变频驱动器所在的MCC室(电机控制中心)供电。电机上的vfd将需要运行一个额外的导管，用于从I/O面板到电机的控制接线
控制是基于PLC或dcs的，这使得在MCC中放置一些I/O点很容易，因此不需要安装控制线路。
不过，泰勒认为，imd更应该专注于商业和暖通空调应用。
作为对泰勒先生的一般回答，这些集成电机/驱动器产品正在从最初的独立应用扩展开来。越来越多的制造商提供这种技术(见产品表)。许多电机可以作为标准型号在额定值10马力(7.5千瓦)和备件随时可用。然而，通信能力是充分利用imd的答案。远程控制、通信和网络功能已经出现，或者很快就会出现在这个产品领域。与更高级别的PLC或dcs控制系统没有内在的不兼容性。
更具体地说，西门子能源与自动化公司同意，必须提供电源连接，外加一个保护装置，就像标准安装一样。然而，集成到imd中的串行通信和总线网络简化了控制布线。“双绞线传输指令信号;西门子E&A的驱动产品专家Kevin Vickery说，几个电机/驱动单元也可以连接到一个网络中。西门子的产品CombiMaster提供了多种网络和通信方式。他补充说，硬盘上需要一个合适的网络接口模块。
例如，在装瓶生产线中，低功率(24v)信号可以激活接触器，为网络中的多个imd供电。然后，串行命令或其他数字信号将调节网络中的单个电机/驱动单元。还需要手动关闭每个单元。
TB Wood’s Inc.电子产品营销总监里克•柯克帕特里克(Rick Kirkpatrick)也提到了建立多个imd网络的好处。仍然需要电源断开、熔断器或断路器，但通信网络减少了控制布线的范围。电路保护装置可以装在一个小的面板或外壳中。
MEGTEC Systems公司(位于美国威斯康辛州DePere)的开发工程师Michael G. Tesar提到，在泵和风扇控制上使用imd具有“良好的经济和性能效果”。作为印刷、卷筒纸涂层、包装和其他工业/环境市场设备的制造商，MEGTEC已经测试了许多不同类型的电机/驱动单元。特萨尔说，tb Wood提供的IMD课程“物有所值，目前的表现非常出色”。“T.B. Wood’s的集成电机驱动系统包括直流喷射制动，以减缓电机和负载。他解释说，MEGTEC的大多数应用都用于压力控制，其中快速减速的能力大大提高了整个回路的性能。
作为一家国际化的公司，MEGTEC寻求CE标志的产品。特萨尔指出，从一些供应商那里获得ce认证的设备很困难。这是指一些美国制造的产品。他说，TB Wood的产品目前没有CE评级，目前也没有连接到现场总线网络，这两个都是我们面临的现实问题。[根据T.B. Wood的说法，DeviceNet通信将在2001年1月作为一个选项提供。]
特萨尔仍然热衷于IMD的产品。他补充说:“这些驱动器结构紧凑，在消除控制柜中的‘电气’方面非常有效。”“我们将来会继续使用它们，希望它们的尺寸能大一些，达到60马力。”
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