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变频器在舞台机械中的应用探讨

发布时间:2021-8-30 0:27:45

1、 概述 

 
舞台机械主要任务是演出时的换景和载人,80年代以前,由于经济条件的限制,大多数舞台机械是定速控制。极少数使用的是直流调速,其调速成本高,造成使用不能普及。 
 
近年来,随着人们文化水平的提高,从有机械能动到对舞台机械的起动、制动与运动速度变化的要求,促使舞台机械行业有了较大的发展,特别是使用方便、耗资较少的交流变频调速技术发展,使得调速设备使用越来越多,越来越频繁,随着文化事业的飞速发展,目前舞台机械中已广泛使用交流调速方式控制的有转台、车台、升降台、吊杆、大幕等。 
 
2、 应用方式 
 
在舞台机械控制中,变频器的应用方式有以下几种: 
 
1) 一台变频器拖动一台电机恒载运转;如升降台、吊杆、大幕控制; 
 
2) 一台变频器同时成组拖动2台电机同时运行;如转台、车台等; 
 
3) 一台变频器以切换方式拖动多台电机运转:如少数几台变频器控制几十台吊杆调速运行等; 
 
4) 多台变频器各带一台电机同步运行:如升降台、车台的多台电机多轴传动等。 
 
3、 异步电动机的选择 
 
由于舞台机械设备负载主要有恒转矩负载、重力负载(带配重和不带配重)、摩擦负载、大惯性负载等各种类型,计算舞台机械使用电动机的功率应与各种负载相匹配,算法为常规算法。但使用变频器与不使用变频器的电机容量的计算选择有不同之处。感应电动机的交流运行特性依赖于其额定功率以及极数,一般加速的场合,都使用电动机的额定转矩以上的过载区域,以求减小电动机的容量。采用电网直接供电的电动机在起动时,具有大的起动电流3.5-7IN和大的起动转矩2-3MN。用变频器驱动时的电动机的起动电流极限一般在一分钟以内可达到1.5IN;转矩极限可达到1.2-1.5MN;电动机的过载能力得不到充分发挥,在决定电动机容量时,对于采用变频器驱动的电机运行,应在正常选用电动机考虑的因素之处再多注意以下几点: 
 
1) 所选择的电动机的容量应大于负载所需功率。 
 
电动机的容量=驱动负载的动力+将负载加速(或减速)到所需速度的动力。 
 
2) 即使电源电压降低了额定值的10%,电机也足以能够输出所需的转矩。 
 
3) 起动转矩:电动机在变频器限制下的起动转矩(1.2-1.5MN)必须大于负载所需的起动转矩,特别是处于上升和过大静摩擦力状态,尤其需要提供较高的起动转矩,要有足够的余量。 
 
电动机的转矩=负载静阻转矩+将负载加速(或减速)所需的转矩 
 
4) 发热方面的考虑:与直接电网供电相比,由于高次谐波的原因,电机温升有些增大,并且由于低速运行时风扇的冷却效果变差,根据频率不同,转矩要作相应的折扣。当处于低速的定位运行时,电机易达到其热极限。为了不降低电动机的寿命,温升必须在绝缘所限制的范围以内,可采用绝缘级别较高的电动机,并且将选用电机的功率比计算功率高一个级别,以降低负载率。 
 
4、 变频器容量选择 
 
为选择适当的变频器,必须知道: 
 
*要使用的电动机的参数,如:电动机容量、电动机额定电流、电动机效率、电动机功率因数等参数; 
 
*驱动所必需的,如:速度设置范围、运行方式、加减速电流、加减速转矩、临界转矩、特殊性能,如提升能力等。 
 
单电动机驱动: 
 
高性能变频器为使驱动系统获得良好的动态性能和静态性能,一般都采用矢量控制模式,这时应遵循以下原则: 
 
*一台变频器只允许驱动一台电动机; 
 
*变频器的额定电流必须大于等于所驱动的电动机的额定电流; 
 
舞台机械使用中一般换场时间要求很短,多数不允许电动机起动时间太长(多数在几秒-20秒期间),一般变频器的过载能力为额定电流的150%,持续60S,如果瞬时负载超过了变频器的过载耐量,即使变频器与电机的额定容量相符,也应选择大一档的变频器。 
 
*当电动机的负载非常轻时,即使电动机的负载电流在变频器的额定电流以内,比电动机容量小的多的变频器也不能够使用。因不同容量的电动机电感量不同所以虽负载电流相同,但容量大的电动机波动电流大,容易造成过流跳闸。 
 
*电动机的额定电流最小应为其驱动变频器额定电流的1/4; 
 
*变频器应用于矢量控制模式驱动普通电动机时;要对电动机在冷却状态下进行参数辨识。 
 
多电动机驱动: 
 
当一台变频器驱动多台电动机时,应选U/F控制模式,并使变频器额定电流大于等于所驱动多台电动机额定电流总和。其余同单电动机驱动。 
 
5、 使用方式 
 
变频器在舞台机械的控制中有以下使用方式: 
 
1) 摩擦负载利用变频器控制面板进行直接控制:这种方式多数使用在旋转台等不需要行程开关,只调速不要求准确定位,不进行计算机控制时; 
 
2) 在使用行程开关控制设备位置的地方,采用变频器外部控制方式,利用变频器的外部控制端子对变频器进行正反转及调速控制; 
 
3) 智能化控制中,采用两种变频器控制方式:一种为变频器外部端子控制,使用智能设备输出变频器所需的开关量及模拟量信号控制变频器;一种为使用智能控制器(如PLC,上位计算机等)与变频器之间进行通讯传递控制信号及采集信息。


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