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臺達變頻器在跑步機控制系統中的應用中達電通股份有限公司

Application of Delta Inverter in Treadmill Control System<BR> 中達電通股份有限公司供稿<BR> 摘要：隨著生活水平的提高，人們越來越重視自身的身體健康，更熱衷于參加各種體育運動，其中借助跑步機進行鍛煉，其運動形式簡單，適合在家庭或者健身房室內使用。本文對臺達變頻器在跑步機控制系統中的應用相關問題作了簡要討論。<BR> Abstract: With the improvement of living standard, people care more and more about health and keen on taking all kinds of sports. Using treadmill to do physical excise is suitable in indoor and gym as the simple excising form. The article briefly discusses the application of Delta inverter in treadmill control system.<BR> 關鍵詞：跑步機變頻器控制系統<BR> Key words: Treadmill Inverter Control system<BR> 1 引言<BR> 用跑步機比在戶外路面上跑最大的好處就是跑步機提供了避震效果，大量消除了每一步伐的反作用沖擊力，保護了你的膝蓋關節，因此近年來倍受歡迎。跑步機的基本功能就是構建一條運動的跑道（跑步帶），跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反，但速度必須自動保持一致，這樣就使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉了。如果說馬達是跑步機的心臟，那么機電系統的功能就是跑步機的心肺功能。完善的機電系統，可以充分地發揮馬達的功率效能。跑步機所使用的機電系統也在與時俱進，由早期的SCR系統發展到目前的PWM系統。現在市面上的跑步機大都使用PWM系統，比起舊式的SCR系統，現代跑步機的跑感更佳，跑起來更平暢自然，應用臺達變頻器研制的跑步機如圖1所示。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200671719184985069.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200671719184985069.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 2 臺達跑步機專用變頻器的特點<BR> 變頻器是跑步機的核心，與市場上其它跑步機相比，臺達生產的跑步機專用變頻器針對性強，完全符合跑步機的運行特性，該變頻器在以下幾個方面有其獨特的優勢。<BR> 1）提供較寬的載波頻率范圍<BR> 由于使用環境以及使用對象的特殊性，跑步機的控制性能有區別于其它電機控制的特殊要求。跑步機一般的使用環境是在室內，對于靜音也有特別的要求。跑步機以馬達帶動驅動皮帶，再透過滾筒來運轉跑步帶，這一系列的機電及機械運作過程，會產生一定的聲響。如果使用變頻器來控制電機，電機在運轉的過程中會發出一種高頻的嘯叫聲，這種嘯叫聲稱為電磁噪音。該種噪音容易使人產生焦躁的情緒，而且這種噪音一般很難被其它聲音掩蓋。消除噪音的方法是調整變頻器的載波頻率，通常能夠調整的最大值為15kHz。在其它的環境中，將載波頻率調整到最大（15kHz）,就可能滿足使用者的要求，這時電機發出的噪音并不明顯。現在各生產廠家對于機械部分都采取了一些防噪的措施，因此跑步機使用的環境背景噪音都比較小，這就使得原本在其它場合不是很明顯的電磁噪音特別的刺耳。針對這種特殊需求，臺達跑步機專用變頻器將載波頻率的可調整最大值上升到16kHZ，再一次降低了電機發出的噪音分貝，使得運動者能夠在更加良好的環境中鍛煉身體。<BR> 2 控制方式為SPWM，提供無速度矢量控制方式<BR> 該控制方式在不需要外部轉速反饋的情況下（對于外部接線沒有任何增加），可得到比較硬的機械特性。矢量控制方式的運用，使異步電動機的低頻工作特性達到了十分完美的地步，與直流電動機相比，已經毫不遜色了。在低頻力矩方面，能夠提供5Hz時150%的額定輸出力矩。<BR> 3 提供較低的瞬間低電壓準位值<BR> 因為跑步機使用的場所為一般住宅或運動中心，其使用的電源為一般市電。當負載在無法預知使用者的設定速度以及使用者的體重情況下，設計者必須考慮該類變數的影響，該變數將有可能造成瞬間低電壓偵測動作。為防止Lv偵測動作，臺達跑步機專用變頻器增加了一個參數：Lv準位設定。根據客戶的實際使用情況設置這個參數，能夠將低電壓報警的電壓值自由設定，讓由于突發性負載原因造成停機的可能性大幅降低。<BR> 4 提供標準的485通訊接口<BR> 使用標準的485通訊接口，可使調試和使用過程變得動更加簡單方便，原本每一臺變頻器都需要手工設置參數，現在只需要執行下載參數，該參數就會快捷地寫入到變頻器中，減輕了調試人員的重復勞動量；在配線方面也更加簡潔，485通訊只需要連接兩根信號線（SG+/SG-）。由于變頻器本身就是一個干擾源，485接口在抗干擾能力上比模擬量輸入強。<BR> 5 在485通訊控制的方式下，外部端子能夠接受EF信號<BR> 跑步機在正常運行的情況下是看不出這個功能的重要性的，但是一旦出現問題，例如最嚴重的就是當控制器死機時，電機的運轉不受控制，這種情況很容易對鍛煉者造成身體的傷害。如果能夠提供一個功能，直接命令變頻器停止輸出（停止工作），讓電機自由停車，就會減小出現異常情況對人身造成傷害的可能性。一般情況下，都需要增加其它低壓電器來切斷電機的電源；而臺達變頻器卻能夠在不需要增加電器組件的情況下實現這個功能，減少跑步機的硬件成本以及維護工作量。<BR> 3 調試與運行<BR> 為了達到跑步機性能的最佳化，在使用可以從以下方面調整臺達跑步機專用變頻器參數：選擇向量控制 P105=01；輸入電機的基準電壓，頻率，電流（P04，P05，P52）；自動量測電機參數；輸入電機的額定轉差；觀察運轉時空載和負載電流的大小和波動；如果出現噪音問題，可調整載波頻率；如果出現負載運轉過程中自動停機問題，可調整Lv準位值。這些在臺達跑步機的隨機使用說明中都給出詳細的指導說明。<BR> 4 結束語<BR> 上述對跑步機控制系統中的應用相關問題作了簡要討論，其中核心的問題是如何正確使用變頻器，使跑步機發揮最佳的性能，由于臺達跑步機充分考慮了各種運行特性，克服了市場上一般跑步機的缺陷，因而臺達跑步機更受客戶歡迎。<BR>