专 辑 驱 动 装 置 与 电 源 技 术

富 士 时 报 Vol.C1 No.1 2009
通 用 变 频 器 与 伺 服 系 统 的 最 新 技 术
2 高 效 永 磁 电 机
下 面 将 介 绍 效 率 值 高 达 IE4 级 别 的 低 损 高 效 永 磁
电 机 。 该 产 品 的 一 个 重 要 特 征 就 是 拥 有 和 标 准 感 应 电 机
一 样 的 型 号 尺 寸 。 在 对 工 厂 及 各 种 机 械 设 备 进 行 电 机 升
级 的 时 候 , 因 为 一 般 永 磁 电 机 的 型 号 较 小 , 所 以 必 须 对
电 机 的 安 装 基 座 进 行 改 造 , 并 对 机 械 设 备 进 行 重 新 设 计 。
这 样 的 升 级 改 造 工 程 是 非 常 繁 杂 的 。 为 解 决 这 一 问 题 ,
富 士 电 机 将 该 系 列 永 磁 电 机 的 外 形 设 计 成 了 与 标 准 感 应
电 机 一 样 的 尺 寸 。 这 样 高 效 永 磁 电 机 与 标 准 永 磁 电 机 相
比 不 但 提 高 了 节 能 减 排 效 果 , 升 级 过 程 更 简 单 。
基 于 永 磁 电 机 的 这 些 优 点 , 富 士 电 机 的 一 个 客 户 将
其 工 厂 中 原 有 的 泵 与 空 调 设 备 使 用 的 75 kW 及 22 kW
的 标 准 感 应 电 机 (30 多 台 ) 更 新 成 驱 动 永 磁 电 机 的 专
用 FRENIC-MEGA 系 列 变 频 器 与 高 效 永 磁 电 机 所 组 成
的 电 机 系 统 。 完 成 这 一 更 新 后 , 该 工 厂 每 年 都 能 节 省
3,000 万 日 元 以 上 的 电 费 , 还 能 减 少 了 1,000 多 吨 的
二 氧 化 碳 排 量 。 同 时 , 该 公 司 还 计 划 对 其 他 设 备 依 次 进
行 更 新 换 代 。
高 效 永 磁 电 机 的 产 品 分 为 三 相 200 V 系 列 和 三 相
400 V 系 列 , 其 容 量 范 围 分 别 为 11〜 90 kW(200 V)
和 11〜160 kW(400 V), 该 系 列 产 品 均 无 速 度 传 感 器 。
⑵ 对 应 EN 954-1 安 全 规 格 第 3 类 (cat.3) 的 变 频 器
在 日 本 , 业 界 一 直 通 过 对 作 业 人 员 进 行 彻 底 的 安 全 教 育 、
危 险 物 的 隔 离 以 及 追 求 本 质 安 全 保 障 来 实 现 无 事 故 操 作 , 确
保 使 用 的 安 全 性 。 然 而 最 近 国 际 趋 势 却 在 发 生 变 化 , 正 如 国
际 安 全 规 格 ISO 12100( 机 械 的 安 全 性 基 本 概 念 · 设 计 的
一 般 原 则 ) 所 规 定 的 那 样 , 容 许 有 一 定 的 危 险 发 生 概 率 及 险
情 影 响 , 但 要 确 保 将 危 险 控 制 在 容 许 的 范 围 内 , 这 一 动 向 的
发 展 势 头 非 常 迅 猛 。
作 为 机 械 驱 动 装 置 的 变 频 器 也 不 例 外 , 变 频 器 自 身 必
须 要 具 有 安 全 规 格 中 所 规 定 的 各 种 功 能 。 通 常 要 求 变 频 器
必 须 符 合 以 欧 洲 安 全 规 格 。 下 面 将 介 绍 的 是 完 全 满 足 EN
954-1 安 全 规 格 要 求 的 变 频 器 。
安 全 规 格 体 系
安 全 规 格 体 系 如 图 5 所 示 。 机 械 类 产 品 所 遵 循 的 安 全
规 格 群 组 为 :A 基 本 安 全 规 格 、B 群 体 安 全 规 格 、C 个 别
机 械 安 全 规 格 。
机 械 安 全 性 的 基 本 概 念 · 设 计 的 一 般 原 则 (ISO
12100/JIS B 9700) 所 规 定 内 容 属 于 基 本 安 全 规 格 (A
图 5 安 全 规 格 体 系
规 格 ), 这 一 规 格 对 所 有 机 械 类 产 品 的 基 本 概 念 与 设 计 原
则 是 通 用 的 。
EN 954-1( 机 械 类 安 全 性 - 控 制 系 统 的 安 全 相 关 部
位 、 设 计 的 一 般 原 则 )、IEC 61508( 电 气 、 电 子 、 可 编
程 电 子 安 全 类 产 品 的 性 能 安 全 ) 所 规 定 的 安 全 规 格 是 群 体
安 全 规 格 (B 规 格 ), 这 一 规 格 是 特 定 领 域 机 械 通 用 的 安
全 法 则 及 安 全 装 置 规 格 。 群 体 安 全 规 格 参 考 了 个 别 安 全 规
格 (C 规 格 ) 的 内 容 , 而 C 规 格 是 针 对 特 定 机 械 提 出 的 详
细 安 全 规 格 。
适 用 安 全 规 格
适 用 安 全 规 格 为 EN 954-1 第 3 类 (cat.3) 与 IEC
60204-1( 机 械 类 的 安 全 性 - 机 械 的 电 气 装 置 、 一 般 要
求 事 项 ) 停 止 类 0 类 (cat.0), 也 适 用 于 FRENIC-Multi
及 FRENIC-MEGA。
当 专 用 安 全 端 子 接 收 到 安 全 信 号 时 , 变 频 器 会 进 入
扭 矩 off( 输 出 中 断 ) 状 态 。 这 一 状 态 适 用 于 停 止 类 0 类
(cat.0)( 非 控 制 停 止 ):“ 机 械 执 行 装 置 的 电 源 被 直 接 切 断
时 的 停 止 ”。
为 保 证 符 合 上 述 安 全 规 格 的 规 定 , 变 频 器 具 有 以 下 特
征 。
可 在 不 用 软 件 而 直 接 通 过 硬 件 进 行 输 出 中 断 操 作 。
硬 件 的 切 断 电 路 采 用 双 系 统 的 双 重 性 设 计
图 6 所 示 为 安 全 电 路 的 概 略 结 构 。
使 用 符 合 安 全 规 格 的 变 频 器 的 优 点
如 图 7 所 示 , 当 变 频 器 不 符 合 安 全 规 格 时 , 若 要 制 造 出
EN 954-1 第 3 类 (cat.3) 所 规 定 的 安 全 效 果 , 就 须 对 变
频 器 输 出 端 的 连 接 器 进 行 双 重 处 理 。 保 证 即 使 其 中 一 个 连 接
器 发 生 熔 着 也 不 影 响 整 体 安 全 性 能 。 与 此 相 比 , 硬 件 本 身 具
有 输 出 切 断 功 能 、 切 断 延 时 功 能 的 、 符 合 安 全 规 格 的 变 频 器
无 需 在 输 出 端 的 连 接 器 和 安 全 电 路 上 再 次 采 用 延 时 电 路 结 构 ,
只 需 采 用 和 以 往 产 品 类 似 的 结 构 就 能 够 实 现 安 全 电 路 功 能 。
此 外 ,EN 954-1 规 格 将 于 2009 年 末 失 效 , 届 时
将 由 新 的 整 合 规 格 ISO 13849-1 取 代 。 富 士 电 机 准 备 在
2009 年 年 内 推 出 符 合 ISO 13849-1 规 格 的 产 品 。
⑶ 具 有 定 位 、 防 振 控 制 功 能 的 FRENIC-MEGA
下 面 将 介 绍 的 是 主 要 适 用 于 搬 运 与 运 输 设 备 的 具 有 定 位 、
防 振 功 能 的 全 封 闭 控 制 变 频 器 。
如 图 8 所 示 , 在 需 要 进 行 定 位 控 制 的 运 输 装 置 上 安 装 变
图 6 安 全 电 路 的 概 要 结 构
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