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要討論。

1、引言

輸送機在生產活動中有廣泛的應用，依所運搬對象的物理性質、化學性質、外形形狀及大小、運輸路徑、運搬的方法不同，不同的輸送方式產生的結果是不同的，因此用戶的需求也是不同的。用戶在選用時應根據輸送物料的特性，從機能、特征、經濟等多個方面作考量，選定其中適合的輸送機。現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，以下對變頻器驅動的特點作粗略說明。

2、變頻器驅動的優點

1）在電動選擇方面，可以利用鼠籠型感應電動機。這種型號的電動機形體小，可以像機械式變速機一樣不占有變速部份的空間，驅動部件可以形小而輕；倘再附裝傳動裝置(gear)，則效果倍增。由于沒有電刷或整流子，因而幾乎是免維護(maintenance-free)的。

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

3）便于提升生產性能，使用變頻器驅動在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與停機，輸送帶速度如受急劇變速，則受送物會崩塌下來。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，震蕩小，再經柔順操控(softstartstop)而調整，整定時間就會平滑柔順地變更速度，全程都很平穩，有助于產品運行安全，確保品質。

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，周波數及電壓值徐徐地上升，因此較之商用電源直接起動的效率更佳，電流小而產生的起動轉矩大，電動機的發熱小，因此盡管會有頻繁的開機、停機，但無損害。正轉或反轉的控制是由變頻器晶體管切換相旋轉而實現。這種方式較之以前的主電路用切換導線相位的方式，沒有可動部份及摩擦部分，發熱量會少些，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，減速時，電動機的輸出頻率會徐徐下降，電機轉速會有超越同步速度的情形。當發生這種情況時，電機回升的能量會被變頻器直流電源部分的電容器所吸收(直流電壓升高)；但當它上升到某個設定值時，晶體管就起動開閉動作(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電動機回生為發電機作用，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。即使不使用電阻器，電動機仍可有內部損失為20%程度的制動力可用。通常輸送機乃定轉矩性負載，所以如果不是必要急劇減速，則大多場合自無必要設置制動用電阻器。對于制動頻度少的場合，則亦可有自高速給電動機流通直流電流的方式，也可達到剎車的效果，稱為動態(dynamic)制動。電氣剎車(制動)的優點是能停機于指定位置，即使電動機在高速中運轉，亦可以使它很快地自高速抵達低速，通過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間。運轉中周波數變化使電動機速度攀升，則此電氣的剎車隨著產生，如影隨形，不必依靠人手操作。尤其輸送機的形狀攸關搬送量，當它引致的電動機負值轉矩纏身時，電氣的剎車就發生作用而防止電動機可能發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機的容量有余裕，并且需要遵守“不超過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，價格更低廉，提供了解決方案臺達VFD-S系列變頻器。工廠制造自動化對輸送機提出了更高的要求，如可變速驅動的輸送機，雖然過去也有過機械式的無段式變速及各種電氣式的變速，但其控制性能、維護保養性及經濟性遠不如變頻器驅動方式。

3、基于臺達VFD-S系列變頻器驅動的輸送機

如圖1所示是某企業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參數調整作某些說明：

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

2）適當調整加減速時間并配合S曲線，以達到平滑啟動與停止；

3）試運轉并觀察是否正常(馬達運轉方向是否有震蕩發生)；

4）設定客戶所需要的頻率命令及運轉命令來源；

5）應當考慮客戶需要的計數功能；

6）要考慮客戶是否需要輸出信號通知上位機輸送機已在運轉狀態；

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

8）若客戶使用剎車功能時，需要將過電壓失速防止功能關閉。使用直流制動時，要由小到大調整直流制動電壓準位。若使用制動電阻，適當調整DC-BUS剎車準位。

4、結束語

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