臺達VFD-S系列變頻器在輸送機上的應用

摘要：輸送機是機械邁向自動(dòng)化不可或缺的設備。輸送機按輸送方式可以大致分為鏈狀輸送帶機、皮帶輸送機、螺旋狀輸送機、滾軸式輸送機、振動(dòng)輸送機和吊桶式輸送機等多種輸送機。本文對基于臺達VFD-S系列變頻器調速的輸送機作簡(jiǎn)要討論。

1、引言

輸送機在生產(chǎn)活動(dòng)中有廣泛的應用，依所運搬對象的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、外形形狀及大小、運輸路徑、運搬的方法不同，不同的輸送方式產(chǎn)生的結果是不同的，因此用戶(hù)的需求也是不同的。用戶(hù)在選用時(shí)應根據輸送物料的特性，從機能、特征、經(jīng)濟等多個(gè)方面作考量，選定其中適合的輸送機?，F代輸送機多數都是基于變頻調速原理研制的，因此變頻器是其核心部件，以下對變頻器驅動(dòng)的特點(diǎn)作粗略說(shuō)明。

2、變頻器驅動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

1）在電動(dòng)選擇方面，可以利用鼠籠型感應電動(dòng)機。這種型號的電動(dòng)機形體小，可以像機械式變速機一樣不占有變速部份的空間，驅動(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(maintenance-free)的。

2）可以利用已有的電動(dòng)機，在已有的電動(dòng)機電路中插入變頻器，就可以把一個(gè)輸送速度為定值的輸送機，搖身一變成為可無(wú)段化變速的輸送機。

3）便于提升生產(chǎn)性能，使用變頻器驅動(dòng)在1:10到1:20的廣范圍速度控制，其遙控改變周波數指令就能實(shí)現。易于選擇適合工作需要的輸送速度，若采用向量控制變頻方式，還可以達到1:100的速度控制范圍，附有PG的更可以在高達1:1000的速度控制范圍內任選運轉方式。

4）在操作方面能方便自如地起動(dòng)與停機，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，則因為它是低周波數起動(dòng)，震蕩小，再經(jīng)柔順操控(softstartstop)而調整，整定時(shí)間就會(huì )平滑柔順地變更速度，全程都很平穩，有助于產(chǎn)品運行安全，確保品質(zhì)。

5）能方便頻繁地變換運轉方式、停機及反轉。變頻器從低域周波數及電壓出發(fā)，周波數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)轉矩大，電動(dòng)機的發(fā)熱小，因此盡管會(huì )有頻繁的開(kāi)機、停機，但無(wú)損害。正轉或反轉的控制是由變頻器晶體管切換相旋轉而實(shí)現。這種方式較之以前的主電路用切換導線(xiàn)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，因此可以充當橫向往返(traverse)用途那樣的頻頻正轉反轉的輸送。

6）可以用于電氣的剎車(chē)，減速時(shí)，電動(dòng)機的輸出頻率會(huì )徐徐下降，電機轉速會(huì )有超越同步速度的情形。當發(fā)生這種情況時(shí)，電機回升的能量會(huì )被變頻器直流電源部分的電容器所吸收(直流電壓升高)；但當它上升到某個(gè)設定值時(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，把負載旋轉能量透過(guò)電動(dòng)機回生為發(fā)電機作用，而變換為電氣能量驅入電阻器，使其轉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)機仍可有內部損失為20%程度的制動(dòng)力可用。通常輸送機乃定轉矩性負載，所以如果不是必要急劇減速，則大多場(chǎng)合自無(wú)必要設置制動(dòng)用電阻器。對于制動(dòng)頻度少的場(chǎng)合，則亦可有自高速給電動(dòng)機流通直流電流的方式，也可達到剎車(chē)的效果，稱(chēng)為動(dòng)態(tài)(dynamic)制動(dòng)。電氣剎車(chē)(制動(dòng))的優(yōu)點(diǎn)是能停機于指定位置，即使電動(dòng)機在高速中運轉，亦可以使它很快地自高速抵達低速，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。運轉中周波數變化使電動(dòng)機速度攀升，則此電氣的剎車(chē)隨著(zhù)產(chǎn)生，如影隨形，不必依靠人手操作。尤其輸送機的形狀攸關(guān)搬送量，當它引致的電動(dòng)機負值轉矩纏身時(shí)，電氣的剎車(chē)就發(fā)生作用而防止電動(dòng)機可能發(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，輸送機速度就上升；對于既有的輸送設備，也可增加10-20%的輸送能力。但應注意是需要電動(dòng)機的容量有余裕，并且需要遵守“不超過(guò)齒輪容許的轉數為約束的條件”。

臺達電子為讓輸送機的工作流程及性能更好，價(jià)格更低廉，提供了解決方案臺達VFD-S系列變頻器。工廠(chǎng)制造自動(dòng)化對輸送機提出了更高的要求，如可變速驅動(dòng)的輸送機，雖然過(guò)去也有過(guò)機械式的無(wú)段式變速及各種電氣式的變速，但其控制性能、維護保養性及經(jīng)濟性遠不如變頻器驅動(dòng)方式。

3、基于臺達VFD-S系列變頻器驅動(dòng)的輸送機

如圖1所示是某企業(yè)輸送帶電控機構示意圖，該輸送系統的核心部件就是變頻器。針對某企業(yè)輸送帶電控機構的特殊情況，為使輸送機的性能好，對VFD-S參數調整作某些說(shuō)明：

1）依負載重量選擇適當的V/F曲線(xiàn)并給予上下限以避免因失誤動(dòng)作時(shí)造成的傷害；

2）適當調整加減速時(shí)間并配合S曲線(xiàn)，以達到平滑啟動(dòng)與停止；

3）試運轉并觀(guān)察是否正常(馬達運轉方向是否有震蕩發(fā)生)；

4）設定客戶(hù)所需要的頻率命令及運轉命令來(lái)源；

5）應當考慮客戶(hù)需要的計數功能；

6）要考慮客戶(hù)是否需要輸出信號通知上位機輸送機已在運轉狀態(tài)；

7）要考慮客戶(hù)是否需要在每次運轉時(shí)使用二到三種頻率，可使用多段速并配合PLC運轉功能；

8）若客戶(hù)使用剎車(chē)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)，要由小到大調整直流制動(dòng)電壓準位。若使用制動(dòng)電阻，適當調整DC-BUS剎車(chē)準位。

4、結束語(yǔ)

工廠(chǎng)制造自動(dòng)化對輸送機提出了越來(lái)越高的要求，依所運搬對象的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、外形形狀及大小、運輸路徑、運搬的方法不同，基于臺達VFD-S系列變頻器驅動(dòng)的輸送機基本能滿(mǎn)足各種物料傳送需求。但是我們更歡迎與用戶(hù)的合作，共同研制出性能更高的輸送機以滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求。