我们的产品和解决方案
我们的产品包括品类齐全的STM8 8位微控制器、STM32 32位微控制器、STM32MPx 微处理器 (MPU)、功率分离元件,例如IGBT、功率MOSFET和二极管(包括用于实现更高功率效率的碳化硅 (SiC) 器件,以及智能电源模块 (IPM SLLIMM™) 和塑料电源模块(ACEPACK™系列)),可帮助用户构建功率范围最高可达几十千瓦的可扩展且高效的功率级。
此外,意法半导体还推出了种类丰富的高性能运算放大器和比较器、开关和线性调节器以及MEMS惯性和环境传感器、机器学习惯性测量单元(可用于远程传感,例如用于闭环控制、状态监测或预测性维护),并可提供全面的软件和硬件评估工具,以帮助用户缩短开发时间和成本。
变频器 (VFD) 工作原理
变频器 (VFD) 包含了三个主要元件:一个交流电机(通常是三相感应电机)、一个驱动控制器以及一个用户接口。
交流电机
交流感应电机往往采用固定速度,因此控制器相对简单。此类电机将按顺序为定子线圈提供三相电压,从而生成一个旋转磁场。这样即可产生一个电场以驱动转子。
交流驱动控制器
典型的工业交流驱动控制器具有三个半桥,每个半桥都向定子输送正弦波电压。为实现可调频率,控制器将使用标量算法来改变电压,以确定相位的频率(或伏特/赫兹)。越来越多的高端电机开始使用更复杂的算法。具体示例包括矢量控制或是用于控制多个相位频率的磁场定向控制 (FOC)。
添加变速驱动器会增加控制算法的复杂性。
这些驱动器也需要控制器为其提供软启动能力,以减少电机在启动期间的负载和浪涌电流。这对于减少电机应力和最大限度延长工厂车间内工业驱动器的使用寿命有着至关重要的意义。
这是因为电机的浪涌电流可达工作电流的7到10倍,且启动时所需的扭矩可能比运行时所需的扭矩高3倍。数字软启动控制器会在启动过程中连续监测电压并根据电机负载情况进行调整,以实现平稳的加速、速度和扭矩控制。该装置可用于启动和停止交流电机驱动系统,并减少驱动器所承受的应力。此外,该装置也减少了电源负荷,降低了能源消耗,从而显著节约了成本。
交流驱动器接口
与交流驱动器的交互可通过许多不同的连接来实现。这些连接可以是4到20 mA的电流回路、0到10 VDC的电压信号,或是通过以太网或无线通信链路实现的远程连接。
工业应用中的交流驱动器
功能强大的半导体控制器的出现使我们能够围绕交流电机(特别是使用变频器 (VFD))开发一系列全新的工业驱动器。这就使得很多之前需要使用直流电机(通过脉冲宽度调制提高精度)的应用可以改用更加节能的三相交流感应电机。这些技术进步可在整个行业内实现显著的节能效果,特别是在与作为工业物联网 (IIoT) 有机组成部分的无线传感和控制链路结合使用的情况下,可以在提高生产率的同时,为整个工厂车间节约大量的成本。
工业交流驱动器在工厂车间内随处可见,从驱动风扇或液压泵的驱动器,到用于控制精度要求严苛的取放头或机械臂的步进电机,不一而足。满足精密卷绕对位制造系统(无论是轮转胶版印刷还是各式各样的薄膜面板)的负载要求需要用到精确的速度控制,而工业驱动器是确保所有辊轴的速度丝毫不差(且同时满足高速度和高精度需求)的关键所在。
应用示例
取放机器要求速度、精度和定位缺一不可。放置头移动到精确位置(误差限定在一毫米以内)的速度越快,整个印刷电路板或设备的生产速度就越快。
高扭矩应用(例如传送带)需要能够在短时间内处理重负载和轻负载,并需要通过精确的扭矩控制来提高效率和效果。传送带也需要高度可靠,因为关停一条传送带就会对整个工厂的生产造成影响。
最新的交流工业驱动技术可以满足这些应用的需求。与直流电机相比,交流感应电机更加可靠、节能,而最新的半导体器件则可实现工业应用所需的控制水平。
将工业驱动器与云端连接可以使其成为工业物联网和工业4.0的一部分,从而为其开启一个充满机遇的世界。通过预测性维护算法远程控制和监测驱动器能够确保可以进行预防性维护,从而在故障出现之前加以解决,以避免停机。这些技术进步可在提高生产率的同时,为整个工厂车间节约大量成本。