vfd改善运动控制应用的六种方式
逆变器和可变电机控制技术正被用于解决应用挑战，并以意想不到的方式提高效率和成本效益。
变频驱动(VFD)技术——也称为逆变器、变速驱动器或交流驱动器——已被用于控制从制造和加工厂到仓库和其他物流设施的许多机器任务和自动化机器人。原始设备制造商或大型终端用户公司在内部开发自己的机械设备时，可能会采用vfd进行运动控制应用，原因有很多——归根结底，这取决于他们试图实现的目标。
无论它们是用于材料处理、机械加工还是泵和风扇应用，vfd都是一种经济实惠的选择，可以帮助优化性能，节省能源，并永久降低机器和机器人的生命周期成本。vfd可在一系列基本电压型号中使用，三相电源操作230 V, 480 V或600 V电机。机器驱动器的选择取决于电机类型、电压、额定电流、输入源和输入/输出(I/O)要求。尺寸取决于许多特定的应用因素，包括满载额定值和电机满载条件下的最大电压。
通过改变电机的频率和电压，vfd在其最基本的应用中，允许操作人员将电机速度与负载要求匹配，在特定应用中以最有效的速度运行电机，并降低能耗。考虑到电机消耗了工业用电的65%以上，vfd的日常影响不容小觑。
然而，vfd的更复杂或不寻常的用途揭示了一大堆潜在的效率，可用于创造性的原始设备制造商和最终用户。使用VFD技术的新方法可以帮助解决特定的运动控制应用挑战，或使其更经济和更有利可图。以下是使用VFD解决方案解决高级运动控制应用的六个实际用例:
1.变化载荷的输送带
从机场到工厂，负载不断变化的输送机是一个长期的挑战，也是对能源资源的重大消耗。空载的输送机不需要全功率，但需要随着时间的推移而加载，对电机的要求发生变化。
负载变化的输送机可以使用vfd运行，以大大降低功耗(见图1)。逆变器感应较轻的负载，并调整电机的功率因数，即使在低负载循环中也能有效运行。这种“生态模式”最大限度地减少了不必要的电量，并允许电机在增加更重的负载时启动并以最佳性能运行。
根据具体的用例，oem将需要在集中式实现(电源在中央控制柜本地)和分散式实现(电源在电机本地)之间进行选择。vfd安装在电机的顶部，具有节省空间和更有效的功率控制的优点。
对于分散的大型工厂或自动化系统，分散式vfd消除了将电缆运行回控制柜所需的时间和成本(材料和人工)。此外，它更容易，而且最具成本效益，从一个电源总线下降的电力尽可能靠近电机。
2.简化inter-logistics
虽然vfd对于某些用例是必不可少的，但有些系统可以使用更简单的解决方案进行优化。新型逆变器具有多种固定速度选择，而不是自动变速，可以通过改变电机速度的能力，在物流应用中大大减少不同减速电机组合的数量。
在大仓库的情况下，所有的输送机都连接在一个大的网络中，要求在不同的位置有不同的输送机速度。从历史上看，这意味着在系统的不同部分安装了大量的齿轮箱，具有独特的功率比，以使输送机的每个部分以正确的速度运行。然而，结果是，许多不同的变速箱比被用来支持相同的动力要求。
在这种情况下，不需要使用20种不同尺寸的变速箱，只需4或5个变频器/电机/变速箱组合就足够了。频率可以通过调节来控制速度，使操作人员能够优化每个组合，而不是依赖于跨线单速电机接触器。
主要机场和仓库可以使用更少的零件——平均5个而不是20个——而且更简单的可编程逆变器甚至比传统的vfd更便宜。
3.操作频率较高的感应电机
普通感应电机的设计是在60赫兹下运行，但这并不一定是应用的最优设计。通过vfd，原始设备制造商可以设计低至20hz的电机，例如用于绕组应用，或一直高至100至600 Hz，以获得更高的功率密度。
换句话说，因为功率是速度乘以扭矩的一个因素，所以oem可以设计出与传统感应电机相同功率的更小的电机。这些更高频率的电机，平均来说，两个电机尺寸比他们的50/60 Hz同行小，但具有相同的功率。此外，由于电机的惯性更小，vfd感应电机能够提供更动态的系统功能。
4.在伺服模式下运行感应电机
伺服控制对速度和位置精度要求较高。它要求准确性。因此，当涉及到执行伺服功能时，永磁电机是首选设备。但是，由于它们依赖稀有金属，所以也非常昂贵。
通过适当的反馈，逆变器控制的感应电机可以在伺服模式下运行，提供了一种比传统永磁伺服电机便宜得多的替代方案。虽然vfd最常用于开环速度控制，并且不一定被认为非常精确，但该技术足以控制许多伺服应用的电机转子位置。
功率密度不是很好，电机也会稍微大一点，所以必须仔细考虑系统需求、电机尺寸和功能。例如，VFD感应伺服电机不能像永磁电机那样快速加速，但您的应用程序真的需要这种能力吗?
虽然该解决方案的动态性可能稍差，但节省的大量成本可以在市场上提供显著的优势。
5.无反馈运行永磁电机
永磁电机是普通市场上最高效的电机之一，但传统上需要反馈来跟踪极位并正确地对电机进行换向。
VFD技术现在可以在没有反馈的情况下运行永磁电机，并且仍然可以获得5度以内的定位精度。使用vfd，当电机处于停止位置时计算极位置，然后可以对电机进行换向以进行适当的控制。
没有任何反馈的定位应用消除了电缆和更昂贵的伺服逆变器的需求，用更便宜和更高效的VFD取代这两者。采用VFD技术的永磁电机还意味着，在降低功耗更为关键的情况下，应用程序可以在高速模式下运行。
6.减少面板空间，电缆长度
使用vfd最简单也是最容易被忽视的方法之一是节省空间。集成电机驱动组合能够减少设备地板上的控制面板空间和电机电缆长度。在电机分散的应用中，或者在一个移动组件与其他移动组件共享一个公共功率轨道的系统中，将逆变器驱动器集成到电机中是有意义的(见图2)。
系统工程师可以实现一种分散的系统，这种系统依赖于单独驱动的电机，只有控制电缆从主控系统运行到机器的不同部分，而不是将所有电缆运行回中央机柜。
克雷格Dahlquist的应用工程师伦茨美洲公司，马萨诸塞州阿克斯布里奇。在过去14年里。他拥有马萨诸塞州斯普林菲尔德西新英格兰大学电气工程学士学位和硕士学位。，是一位专注于自动化应用和运动控制的技术专家。
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