台达变频器系统在跑步机控制系统中的应用 |
1 引 言
用跑步机比在户外路面上跑最大的好处就是跑步机提供了避震效果，大量消除了每一步伐的反作用冲击力，保护了你的膝盖关节，因此近年来倍受欢迎。跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道（跑步带），跑道的运动方向与运动者的跑动方向相反，但速度必须自动保持一致，这样就使得运动者能够在原地进行跑步锻炼了。如果说马达是跑步机的心脏，那么机电系统的功能就是跑步机的心肺功能。完善的机电系统，可以充分地发挥马达的功率效能。跑步机所使用的机电系统也在与时俱进，由早期的SCR系统发展到目前的PWM系统。现在市面上的跑步机大都使用PWM系统，比起旧式的SCR系统，现代跑步机的跑感更佳，跑起来更平畅自然，应用台达变频器研制的跑步机如图1所示。
2 台达跑步机专用变频器的特点
变频器是跑步机的核心，与市场上其它跑步机相比，台达生产的跑步机专用变频器针对性强，完全符合跑步机的运行特性，该变频器在以下几个方面有其独特的优势。
1） 提供较宽的载波频率范围
由于使用环境以及使用对象的特殊性，跑步机的控制性能有区别于其它电机控制的特殊要求。跑步机一般的使用环境是在室内，对于静音也有特别的要求。跑步机以马达带动驱动皮带，再透过滚筒来运转跑步带，这一系列的机电及机械运作过程，会产生一定的声响。如果使用变频器来控制电机，电机在运转的过程中会发出一种高频的啸叫声，这种啸叫声称为电磁噪音。该种噪音容易使人产生焦躁的情绪，而且这种噪音一般很难被其它声音掩盖。消除噪音的方法是调整变频器的载波频率，通常能够调整的最大值为15kHz。在其它的环境中，将载波频率调整到最大（15kHz）,就可能满足使用者的要求，这时电机发出的噪音并不明显。现在各生产厂家对于机械部分都采取了一些防噪的措施，因此跑步机使用的环境背景噪音都比较小，这就使得原本在其它场合不是很明显的电磁噪音特别的刺耳。针对这种特殊需求，台达跑步机专用变频器将载波频率的可调整最大值上升到16kHZ，再一次降低了电机发出的噪音分贝，使得运动者能够在更加良好的环境中锻炼身体。
2 控制方式为SPWM，提供无速度矢量控制方式
该控制方式在不需要外部转速反馈的情况下（对于外部接线没有任何增加），可得到比较硬的机械特性。矢量控制方式的运用，使异步电动机的低频工作特性达到了十分完美的地步，与直流电动机相比，已经毫不逊色了。在低频力矩方面，能够提供5Hz时150%的额定输出力矩。
3 提供较低的瞬间低电压准位值
因为跑步机使用的场所为一般住宅或运动中心，其使用的电源为一般市电。当负载在无法预知使用者的设定速度以及使用者的体重情况下，设计者必须考虑该类变数的影响，该变数将有可能造成瞬间低电压侦测动作。为防止Lv侦测动作，台达跑步机专用变频器增加了一个参数：Lv准位设定。根据客户的实际使用情况设置这个参数，能够将低电压报警的电压值自由设定，让由于突发性负载原因造成停机的可能性大幅降低。
4 提供标准的485通讯接口
使用标准的485通讯接口，可使调试和使用过程变得动更加简单方便，原本每一台变频器都需要手工设置参数，现在只需要执行下载参数，该参数就会快捷地写入到变频器中，减轻了调试人员的重复劳动量；在配线方面也更加简洁，485通讯只需要连接两根信号线（SG+/SG-）。由于变频器本身就是一个干扰源，485接口在抗干扰能力上比模拟量输入强。
5 在485通讯控制的方式下，外部端子能够接受EF信号
跑步机在正常运行的情况下是看不出这个功能的重要性的，但是一旦出现问题，例如最严重的就是当控制器死机时，电机的运转不受控制，这种情况很容易对锻炼者造成身体的伤害。如果能够提供一个功能，直接命令变频器停止输出（停止工作），让电机自由停车，就会减小出现异常情况对人身造成伤害的可能性。一般情况下，都需要增加其它低压电器来切断电机的电源；而台达变频器却能够在不需要增加电器组件的情况下实现这个功能，减少跑步机的硬件成本以及维护工作量。
3 调试与运行
为了达到跑步机性能的最佳化，在使用可以从以下方面调整台达跑步机专用变频器参数：选择向量控制 P105=01；输入电机的基准电压，频率，电流（P04，P05，P52）；自动量测电机参数；输入电机的额定转差；观察运转时空载和负载电流的大小和波动；如果出现噪音问题，可调整载波频率；如果出现负载运转过程中自动停机问题，可调整Lv准位值。这些在台达跑步机的随机使用说明中都给出详细的指导说明。
4 结束语
上述对跑步机控制系统中的应用相关问题作了简要讨论，其中核心的问题是如何正确使用变频器，使跑步机发挥最佳的性能，由于台达跑步机充分考虑了各种运行特性，克服了市场上一般跑步机的缺陷，因而台达跑步机更受客户欢迎。
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