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用于基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高性價(jià)比變頻器SinamicsG110論文
通常,機(jī)械設(shè)計(jì)工程師和開發(fā)人員往往不會將變頻器(即所謂的變頻驅(qū)動(dòng)裝置)作為"基本"的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。但是當(dāng)涉及到具體應(yīng)用的時(shí)候,變頻器不僅在技術(shù)上具有極大的優(yōu)勢,而且在經(jīng)濟(jì)方面也較傳統(tǒng)解決方案更勝一籌。雖然,傳統(tǒng)的解決方案更為人們所熟悉,而且也經(jīng)過了實(shí)踐的考驗(yàn),但在大多數(shù)情況下不能滿足不斷出現(xiàn)的新要求。如果機(jī)械制造商和工廠管理者想要通過成本優(yōu)化來獲得競爭優(yōu)勢的話,采用變頻器作為驅(qū)動(dòng)裝置不失為具有成本節(jié)約潛力的選擇方案。變頻器的供應(yīng)商還可以通過為各種應(yīng)用對象提供精心打造的產(chǎn)品從中獲利。在漢諾威世界博覽會上,西門子公司推出了新型Sinamics系列變頻器,為典型的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供整體的集成解決方案。由于它具有出色的靈活性,使得機(jī)械工程師們在低端性能的應(yīng)用中轉(zhuǎn)而使用SinamicsG110變頻器。
無論在世界的任何一個(gè)角落,Sinamics系列變頻器都可以在技術(shù)和商務(wù)層面上向用戶提供出色的支持。這一理念僅僅通過該產(chǎn)品系列中的最小成員SinamicsG110變頻器即可窺得一斑,因?yàn)樗旧砭褪沁@一理念的完美體現(xiàn)。
SinamicsG110變頻器是一種使用靈活、價(jià)位適中的變頻調(diào)速裝置,可用于各種速率的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),功率范圍可從120W-3kW不等。今天,如果應(yīng)用系統(tǒng)采用開環(huán)速度控制,或者電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過機(jī)械方法或液壓機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)的話,采用SinamicsG110作為驅(qū)動(dòng)裝置則是最佳選擇。
降低機(jī)械設(shè)計(jì)和運(yùn)營的成本
Sinamics系列變頻調(diào)速裝置操作簡便,加之Sinamics變頻器與價(jià)位適中的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)相組合的系統(tǒng)所具有的良好性價(jià)比,使之成為大多數(shù)應(yīng)用對象驅(qū)動(dòng)裝置的首選。使用這種出色的驅(qū)動(dòng)解決方案時(shí),大多數(shù)情況下,您可以免去升速或減速齒輪、摩擦輪或V型皮帶變速箱、電磁耦合器之類的環(huán)節(jié)。當(dāng)采用具有閉環(huán)速度控制的水泵時(shí),通常無需在下游再使用節(jié)流閥。這意味著管道系統(tǒng)將處于較低的液壓--機(jī)械負(fù)荷之下,從而延長設(shè)備的使用壽命。通常,甚至還可能減少管道系統(tǒng)中的一些環(huán)節(jié)。
變頻器由微處理器控制,具有完善的功能
皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、大門、柵欄、旋轉(zhuǎn)式廣告牌等,以及類似的應(yīng)用對象由于采用這一驅(qū)動(dòng)裝置而具有優(yōu)良的控制性能。在變頻驅(qū)動(dòng)裝置中集成有這樣一些標(biāo)準(zhǔn)功能:沿斜坡曲線起動(dòng)和停車,高精度速度設(shè)定值,固定速度(頻率)設(shè)定值等均可通過簡單的設(shè)置來選定;無需外部制動(dòng)電阻的快速電氣制動(dòng),擴(kuò)展的集成保護(hù)功能,以及其他一些功能。即便是"小巧"的SinamicsG110變頻器也可以對具有一定頻帶寬度的固定頻率進(jìn)行抑制,這是一種可避免共振干擾的極為簡便的方法,而共振干擾往往會加劇元器件的損壞。除此之外,Sinamics變頻器由于具備較高的調(diào)制脈沖頻率,因此運(yùn)行非常平穩(wěn)。
幫助克服種種障礙
既然采用頻率控制的驅(qū)動(dòng)裝置具有如此之多的好處,為什么許多機(jī)械設(shè)計(jì)工程師并沒有采用具有頻率控制特性的驅(qū)動(dòng)裝置呢?西門子自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)集團(tuán)一位經(jīng)驗(yàn)豐富的客戶支持人員解釋道:"許多機(jī)械設(shè)計(jì)工程師不喜歡配置并使用變頻器,僅僅是因?yàn)樗麄儗@個(gè)概念還不適應(yīng)。但是,如果現(xiàn)在還只是使用二流甚至三流水平的驅(qū)動(dòng)裝置,那末,所造成的損失則是無法估量的。"這也就是西門子公司設(shè)計(jì)了兩種便于使用的軟件工具的原因,而且這兩種軟件工具還專門為Sinamics系列變頻器進(jìn)行了優(yōu)化處理:Sizer可用于界定驅(qū)動(dòng)裝置的規(guī)格,Starter則可用于調(diào)試變頻器。戴維·潘托斯先生負(fù)責(zé)西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D)的設(shè)備策略工作,這一工作涉及大量的技術(shù)訣竅,他說道:"如果您想通過鼠標(biāo)輕輕點(diǎn)擊電子郵件即可選定若干選項(xiàng),那么,實(shí)現(xiàn)這一切非Sizer莫屬。同時(shí)您還可通過軟件調(diào)試工具Starter找到自己應(yīng)用對象的優(yōu)化配置,以及Sinamics變頻器的優(yōu)化參數(shù)。"
為確定電動(dòng)機(jī)和變頻器的優(yōu)化組合,Sizer只需要了解所要求的功率范圍即可。Sinamics系列變頻器具有較高的過載能力,確保用戶可以選用成本最優(yōu)的配置,性能還十分可靠。
"只需一把螺絲刀,就可以接通變頻器并投入使用"
Sinamics變頻器機(jī)械和電氣部件的安裝均極為簡便?紤]到世界各地使用變頻器的技術(shù)水平的差異,設(shè)計(jì)變頻器時(shí)對此給予了足夠的重視。SinamicsG110變頻器的設(shè)計(jì)極為簡潔,因?yàn)樗捎昧藙?chuàng)新的IGBT技術(shù),可適合各種設(shè)備的需求。SinamicsG110的電源連接方法與接觸器相似,電源電壓在頂部連接,電動(dòng)機(jī)電纜則在底部連接,并采用了帶有明顯標(biāo)示的便于識別的螺釘接線端子,取代了以往價(jià)格昂貴的專用連接器。同時(shí)還選用了無螺釘接線的控制端子,便于與控制電纜的連接。因此,SinamicsG110變頻調(diào)速裝置在世界各地使用都非常方便,利用當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)條件即可進(jìn)行安裝和調(diào)試。
對電源的要求寬松:一相進(jìn),三相出
Sinamics變頻器系列選用高速IGBT技術(shù),不僅可以實(shí)現(xiàn)較高調(diào)制脈沖頻率的電壓-頻率控制,使其功率損失較低,同時(shí)還可以用于從單相電源生成三相電動(dòng)機(jī)電源。SinamicsG110變頻器可用于所有的50Hz或60Hz頻率市電電源,適用于200-240V額定市電電壓。允許電源電壓的偏差為+10%/-10%。集成有EMC濾波器的Sinamics型變頻器還可以在民用和工業(yè)用電網(wǎng)中使用。
對用戶友好,配置簡單
考慮到不斷增加的成本壓力,同時(shí)也考慮到技術(shù)性能、靈活性、對用戶友好等方面的要求,Sinamics系列變頻器遵循的是簡單易行而又極為有效的原則:按標(biāo)準(zhǔn)配置的變頻器中都提供有由軟件實(shí)現(xiàn)的所有功能,對成本高低起主導(dǎo)作用的硬件配置方案可按照需要選擇選件來實(shí)現(xiàn)。
關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)軟件功能,SinamicsG110變頻器允許選用三種控制特性中的任何一種(即線性或平方V/f特性,以及可自由參數(shù)化的多點(diǎn)V/f特性)以及三個(gè)可供選用的固定頻率設(shè)定值。不僅如此,G110變頻器還可以通過抑制跳轉(zhuǎn)頻率的頻帶寬度來避免共振效應(yīng)的影響。此外,G110變頻器還具有完善的保護(hù)功能,包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)保護(hù)和各種電動(dòng)機(jī)監(jiān)控功能。G110的捕捉再起動(dòng)功能允許變頻器與正在轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)接通并起動(dòng)到頻率設(shè)定值相應(yīng)的速度;電動(dòng)機(jī)加速和減速的斜坡上升時(shí)間和斜坡下降時(shí)間的起始段和結(jié)束段可以選用帶有平滑圓弧或不帶平滑圓弧。這些功能與三個(gè)可自由參數(shù)化的數(shù)字量輸入、一個(gè)數(shù)字量輸出以及控制外部機(jī)械抱閘制動(dòng)裝置的功能和斷電及故障后自動(dòng)再起動(dòng)功能相得益彰。SinamicsG110變頻器還具有對負(fù)載浪涌極其快速的限流功能以及其他現(xiàn)場所需的功能,使得集成在標(biāo)準(zhǔn)變頻器軟件中的功能更加完善。
變頻器還有多種類型的接口可供選用(模擬量輸入或通過RS485串行接口和USS協(xié)議進(jìn)行控制);EMS濾波器或操作面板(見下)可作為變頻器的不同型號或選件來選用。這就意味著購買變頻調(diào)速裝置時(shí)可以滿足用戶要求的所有功能,并實(shí)現(xiàn)成本的優(yōu)化。
SinamicsG110變頻器的資料文檔也是對用戶友好的:每個(gè)變頻器都配有"入門指南",為用戶提供安裝和試運(yùn)行所需要的重要基礎(chǔ)知識。另外,還向用戶提供由光盤刻錄的調(diào)試工具軟件如Starter和詳細(xì)技術(shù)資料的電子版本,它們也可以通過網(wǎng)絡(luò)下載。"OEM客戶無需面對有關(guān)SinamicsG110的大量光盤,也無須使用大量書面的文件和技術(shù)資料,而機(jī)械和設(shè)計(jì)工程師在做出系統(tǒng)決策之前就可迅速找到相關(guān)技術(shù)資料的細(xì)節(jié)。"這就是市場營銷人員要求資料和信息要篇幅簡煉,并包括諸多重要信息的原因所在。
基本操作面板(BOP)
作為可選件的基本操作面板(BOP)非常值得向您推薦。該面板可插入任何SinamicsG110中。使用該產(chǎn)品,不僅可以簡便地直接訪問變頻器所有的參數(shù)以及所有重要的診斷功能,而且基本操作面板還具有極為實(shí)用的SinamicsG110參數(shù)復(fù)制功能。變頻器的數(shù)據(jù)可以在操作面板中永久保存,以便傳送到其他同類變頻調(diào)速裝置。這就意味著可將一系列調(diào)
試簡化為幾個(gè)簡單的操作步驟。而且,如果因更換某個(gè)變頻器而需要在現(xiàn)場對參數(shù)進(jìn)行刷新,那末,利用BOP操作是一個(gè)特別簡單的過程。
關(guān)于SinamicsG110的使用情況已有很多用戶反饋,認(rèn)為BOP的確是一種極有價(jià)值的可選件。由于具有操作預(yù)設(shè)定值,SinamicsG110在現(xiàn)場就位后即可馬上進(jìn)行調(diào)試和投運(yùn),即便沒有基本操作面板或PC/工業(yè)編程設(shè)備也不會影響使用。LED可對用戶提供支持,并提供重要的操作狀態(tài)信息。
變頻器可以通過DIP開關(guān)輕松地切換為50Hz或60Hz頻率的市電電源,即使不具備BOP也不會影響操作。
可作為單機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻器或作為成套設(shè)備的一部分便捷地在工業(yè)環(huán)境中集成
具有模擬輸入的SinamicsG110變頻器可以在沒有任何計(jì)算機(jī)支持的情況下使用。這就是說,它可以理想地用于沒有上位控制系統(tǒng)的單機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置中。具備RS485/USS串行端口的SinamicsG110變頻器可以價(jià)位極低地實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接,或與機(jī)械設(shè)備和工廠控制系統(tǒng)的連接。終端電阻可通過DIP開關(guān)接入網(wǎng)絡(luò),也可在變頻器上直接安裝(該變頻器是總線末端的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn))。Starter軟件調(diào)試工具已集成在SimotionScout和SimaticStep7工程師站中。即SinamicsG110作為最小的一種Sinamics變頻器,可與西門子公司的集成自動(dòng)化總理念相匹配。
西門子公司的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)遍及全球,其全球的物流設(shè)施可為最終用戶和機(jī)械OEM提供安全保障,確?焖偻瓿杉夹g(shù)支持和設(shè)備的更換。Sinamics符合全球標(biāo)準(zhǔn)這一事實(shí),又一次證明了這種變頻調(diào)速裝置的質(zhì)量性能是過硬的。
SinamicsG110:完美的選擇
SinamicsG110使用簡便,證明了高性能變頻器的低端性能也非常出色。實(shí)際上,Sinamics系列的變頻調(diào)速裝置正是為此而設(shè)計(jì)的。通過SinamicsG110小型變頻器應(yīng)用所獲得的經(jīng)驗(yàn)也適用于其它大功率與/或高性能的Sinamics變頻器,因?yàn)樗鼈兊耐庥^和內(nèi)在設(shè)計(jì)都完全相同。
變頻器各方面技術(shù)的一致性是Sinamics系列的一大特點(diǎn)。如今,Sinamics系列變頻器的功率覆蓋范圍已達(dá)到120W到800KW。除SinamicsG110之外,SinamicsG150也是一種極為簡潔、噪音極低的變頻調(diào)速裝置,可用于大功率的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等驅(qū)動(dòng)對象。功率范圍還可繼續(xù)擴(kuò)大到幾十兆瓦,包括多軸傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中使用的具有伺服控制和矢量控制功能的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)裝置。
靈活新穎的創(chuàng)新變頻器
Sinamics變頻器系列與市場的實(shí)際需求極為吻合,其特點(diǎn)有:多功能、極高的性價(jià)比、使用簡便、全球適用、世界范圍的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等。這意味著它為機(jī)械設(shè)計(jì)工程師和開發(fā)人員在變頻調(diào)速方面帶來了巨大的優(yōu)勢,在傳統(tǒng)應(yīng)用方面也是如此,即在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可以獲得顯著的效益。的確,SinamicsG110是一種靈活新穎的創(chuàng)新變頻器。
圖1(SinamicsG110)
Sinamics變頻器系列中的最早成員SinamicsG110,其主要特點(diǎn)是,使用極為便捷而且結(jié)構(gòu)小巧,功率120W到3kW,涵蓋廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域:水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、傳送帶、門機(jī)、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、健身器材等驅(qū)動(dòng)裝置。
圖2(帶有/不帶BOP的SinamicsG110型號)
SinamicsG110,有著不同的功率等級,從0.12kW到3kW,可供選用。所有參數(shù)的更改都可利用PC、上位控制系統(tǒng)或操作面板來完成。
圖3(基本操作面板BOP)
作為可選件的BOP操作面板可插接到變頻器上,用于優(yōu)化變頻器的參數(shù),并支持故障診斷功能。還可以利用BOP的復(fù)制功能通過串行借口實(shí)現(xiàn)快速調(diào)試,復(fù)制功能無需編程器或PC作為支持。
圖4(SINAMICSG110-PC至變頻器的連接組件)
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