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变频驱动器(VFD)与标准感应电机的组合能否达到与步进电机相同的性能呢?
来源: ceasia-china.com作者: Kenny Fu时间:2020-01-06 14:19:14点击:3067

通常,我们会在半导体加工机械中采用步进电机并且已经取得了极大的成功。但是,我们正在寻求能够削减成本的方案。我听说,采用一些新型VFD结合标准感应电机的方案能够在到达与步进系统相同性能的前提下缩减成本。请问各位是否具有相关的使用经验?如果有的话,这样做的优势和劣势各是什么呢?

回答

问题接踵而至

在确定哪种技术最具有价值时,我们必须对问题作全面的考虑。在性价比方面,步进电机毫无疑问是无可匹敌的,其单位体积的售价往往低于30美元。然而,如果我们没有认真地选择与之配套的驱动器,那么很可能会增加整个系统的价格。于是,第一个问题就出现。

1)

你的系统包含了几根转轴?如果转轴数目多于一根,那么你可以购置一套直流输入的步进电机和驱动器。这两者的组合能够将价格控制在单位体积150美元以下。市面上现成的交流逆变器需要接入交流电源。价格方面,这样一款交流逆变器与交流输入的步进驱动器不相上下,但相比于直流输入步进驱动器更昂贵一些。因此,如果系统包含了多根转轴,那么步进电机可能是一种更经济的选择。如果你非要选择一台交流输入驱动器,那么另一个问题将会随之产生。

2)

你仅仅希望精确地控制速度,还是需要控制速度和/或位置呢?步进电机和驱动器在速度和位置的精确控制方面都相当出色。如果你的应用中需要精确控制位置或速度——尤其是在低速的情况下——那么步进系统将会为你提供足够的支持。相反,交流电机则无法胜任这一角色。

3)

如果你希望将电机的速度准确维持在一个恒定值,那么有一类步进电机的衍生品——交流同步电机——可能会比上面提到的所有技术更具有价格优势。

简而言之,如果你需要将驱动器接入交流电源并且控制速度,那么交流逆变器与步进驱动器在成本方面将是不相上下的。否则的话,步进驱动器和电机仍然是你最理想的选择。

Scott Evans,商务部总监

Kollmorgen,www.kollmorgen.com步进电机与其他类型电机的最大区别是:转子位置被预先设定。在运转过程中,转子只能旋转到一些不连续的角度或弧度。这种运动被称为“步进”。步进电机的运转是重复而且可预测的。一些高性能低惯性交流感应电机会采用倾斜转子的设计,这主要是为了防止低速情况下出现“卡齿”现象,这种现象也被称为“步进”。步进电机中“步进”的概念与之不同,它的“卡齿”或“步进”是预先设定的。如今,驱动器和步进电机在设计方面都兼顾了超低频率下的工作情况,能够防止电机在低频工作时出现不连续的转动。一般而言,交流电机和驱动器能够以1Hz的频率或每秒30转的速度保证一台四极机械平稳旋转。

Mark Kenyon,产品市场经理

LV Drives,ABB,www.abb.comVFD不适合作位置控制

步进电机适用于运动控制“食物链”的最底层——位置控制。在位移运动控制方面,我们找不到比步进电机和控制器更廉价的解决方案了。控制器可能简单到一块芯片,那些用于控制大功率电机的控制器也只是一个50美元的模块而已。VFD就其本质而言并不是面向位置控制的,因此如果用它来实现位置控制要必须在感应电机中增加反馈回路以及一个额外的控制层。这样做势必会增加现金投入以及配置的复杂性,最终导致总成本上升。即使这样,变频驱动器可能仍旧无法出色地完成这些任务。VFD最多只能在一些非常特殊的应用中节省综合成本,而且只适合驱动大功率设备(>1马力)。但是这样做带来的复杂性可能让你日后追悔莫及。

Robert Bigler,CEO

Animatics,www.animatics.com

低频工作

步进系统依旧当仁不让

与自动化领域面临的大多数问题一样,只有在面对一个具体的应用时,我们才能给出最佳的方案。如果你需要构建一套速度监控系统,那么VFD的优势在于:一方面能够将速度精确地维持在设定值附近,即使在低速情况下也是如此,另一方面能够提供极具竞争力的价格。VFD的生产厂商数目庞大,其中大多数都能够提供高质量的产品。于是,工程师在设计系统时就拥有了极大的灵活性。有些生产商会在他们的VFD中提供基本的位置控制功能,但是这一功能不太可能出现在低端机型中。

对于那些预算较宽裕的运动控制而言,步进系统依旧是当仁不让的首选。业内当前的趋势是将步进电机、驱动器(有时还包括运动控制器)集成在一个封装内。这样做不仅节省了硬性成本,而且由于没有安装、布线以及面板空间方面的任何要求,能够节省下这些软性成本。步进电机的优势尚不仅限于此,它正在蚕食着许多原先属于伺服电机的应用市场。

总而言之,你的应用决定了你的选择。在低成本的速度控制中,VFD是一种极为现实的选择。在位置控制中,步进技术依旧是最具性价比的解决方案。

Clark Hummel,工程应用经理

Intelligent Motion Systems,www.imshome.com扭矩丢失和震动

步进电机属于同步电机的一种,这意味着它会严格根据接收到的电信号运转。于是,用户不需要借助反馈信号就能够控制步进电机的位置。步进电机的控制系统由定位系统和放大器两部分组成,后者向步进电机传送脉冲信号。举例而言,如果用户希望将机械移动100英尺,那么对于一台每接收1024个脉冲会移动一英尺的步进电机而言,他需要通过控制系统发送102400(1024×100)个脉冲信号。

步进电机的缺点主要体现在两方面:容易失去扭矩和产生震动。如果负载超出范围,那么电机可能会“罢工”,即丧失产生扭矩的能力,从而导致停转和错位。当这一情况出现时,系统需要“回归”到一个能够被识别的位置。另外,步进电机非连续运转的特点还会导致震动现象。

用户在考虑是否应该采用VFD时,需要了解应用中是否需要精确的位置控制。在要求高精度位置控制的应用中,用户需要采用具有位置指令集以及反馈能力的高性能VFD。这类VFD能够以编码反馈的方式对一台标准的感应电机作定位。

位置指令集包括了定位命令、加速速率、最大速度以及减速速率。有了这些命令,驱动器就能保证电机以希望的速度、在正确的位置运转。安装了编码器后,变频电机就不会像步进电机那样出现罢工现象了。相反,它在遇到类似情况时会进入失速状态但不偏离实际位置。

VFD同样能够为你省钱。如果用户准确地将电机速度和负载要求进行匹配,那么VFD可以降低能耗、改善流程的性能并且保护设备。

Todd R.Jaremko,高级项目支持工程师

Rockwell Automation,www.rockwellautomation.com

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