伺服馬達VS電子馬達
誰性能更好?
電子馬達控制器是通過控制一個摩擦式離合器與“全速”運行的電機主動輪接觸(接觸式離合器)來控制電機的起停和調速,離合器的控制響應較慢,并且控制的性能還取決于離合器的質量及新舊程度。對于采用非接觸式離合器的電子馬達,電控器仍需要通過控制兩個非接觸的離合器之間的耦合力(如磁力)來將電機主軸的動能傳到另一側(縫紉機主軸側)。盡管兩種離合器原理不同,但它們都有一個共性,就是“全速”轉動的電機的主動輪與縫紉機側的傳動是通過一個“軟連接”實現的,在縫紉機起停時和負載力矩變化時,速度的穩定都會有一個過程,且速度會有一定的波動,特別是在縫紉機低速運行時(如剪線過程中)。這是電子馬達速度變化和電機起停控制反應緩慢的主要原因。
伺服電機控制器由于可以對電機實現精確的力矩控制,其速度控制和位置控制可以直接通過數字控制來實現。這樣縫紉機的力矩控制(如布辛:I.厚度變化)、速度控制(如高低速縫紉)、和位置控制(如停針)可以直接通過電機軸傳動到縫紉機主軸上,其性能,反應速度和穩定性都明顯優于電子馬達控制器。尤其是采用了高性能稀土永磁材料的伺服電機,其出力大,慣性小,起停動態性能特別好,有助于提高生產率和縫紉質量。
如上所述,伺服馬達的控制器采用了電力電子控制和先進的數字信號處理器,其硬件成本要高于電子馬達系統。目前市面上的電子馬達系統的單價在工900元左右。鮑麥克斯的伺服系統單價在2400元左右。換句話說,就用戶采購成本而言,伺服系統比電子馬達系統貴500元左右。
就維修成本而言,兩類電機均不用栩械耦合,因此兩者的維修成本都很低,存此假定兩者持平。
就運行成本而言,主要是電費。由于兩著的耗電量具有較大的差別,運行成本巾就具有相當大的差別。下表對兩種系統每年所需的電費進行了比較(如下表)。
由此可見,選擇伺服馬達新型控制系統是眾多廠家的明智之舉。尤其是在孰揀工人少、倡導節能用電的人環境下,雨鞋體現了一舉多得的價值:產品上檔次,縫制品質高、節能又省電、運營成本低。
誰更能省電?
伺服電機是最佳的節能電機
電子馬達包括三個部件:三相感應電機+離合器+皮帶輪;圖三是典型的電子馬達傳動部件,電機、離合器和皮帶輪。三相感應電機需要三相交流電源,感應電機效率通常低于75%。電子馬達控制系統中的感應電機自始至終工作在額定轉速(無論縫紉與否),離合器有接觸式和非接觸式兩種,前者利用摩擦來傳遞能量,并進行調速,能量損耗大,效率低;而后者常用的是渦流式非接觸式離合器,能量傳遞效率仍很低。需要指出的是,雖然離合器的輸出(皮帶盤)轉速可調,但其輸入(電機)轉速卻是恒定的。因此,輸入速度與輸出速度之差就形成了離合器的滑差。在負載力矩相同的情況下,滑差越大,離合器上損耗的功率也越大。這就是電子馬達在低轉速時特別耗電的原因。
伺服電機包括兩個部件:交流伺服電機+皮帶輪;強磁交流伺服電機可實現高速高效率,伺服電機效率通常在80%以上,最高效率可達95%,最高轉速可大于每分鐘6000轉。伺服電機的起停和調速是由電控器根據縫紉工控制踏板來實現的,且其出力的大小是根據縫制要求來實現的。由于伺服電機的轉速可滿足高速平縫機的要求,故皮帶輪的大小可與平縫機手輪同樣直徑來實現力矩和速度“雙匹配”,這里能量的傳遞將沒有任何衰減。
伺服電控器是節能的關鍵
電子馬達控制系統的電控部件大部分子部件是相同的,如系統控制面板、三自動電磁鐵、同步傳感器和踏板傳感器等。兩個電控部件的不同僅在于控制器內部。
電子馬達控制器不控制感應電機的起停和速度,而僅僅控制離合器來實現起停和調速。因此,這類系統只需要用一個簡單的單片機(微處理器Microprocessor)來控制一個電流或電壓控制回路實現閉環離合器控制,從而實現對電機的起停和調速。控制器用的元器件少,制造簡單,成本低。但是由于電子馬達的電控器不控制電機,而電機是消耗電能的主要部件,電機在不受控制的情況下運行,它的效率很低;電機無論縫紉機工作在什么工況,無論高速或低速、縫厚料或薄料(縫厚料時縫紉機需要更大的力矩,而縫薄料時需要較少的力矩),電機都需要全速運行。另外,縫紉機在實際工作中有大約l/4 ~ 1/3的時間是在停止狀態(如縫紉工給料時間等),但電子馬達的電機此時仍以“全速”在運行。這樣,電子馬達無辜浪費了許多電能。
伺服電機控制器與電子馬達控制完全不同,它采用數字信號處理器(DSP)或高性能的
微控制器(Microcontroller)和一個電力電子變換器來實現信號到能量的轉換,從而實現對電機的起停、速度和力矩控制。整個控制器用了較多的元器件,對制造工藝要求較高,成本也較高。但是,伺服電機電控器采用了最新的“節能”控制算法,在數字型號處理器的控制下,將輸入電機的電流全部用來產生有用的力矩,使電機一直工作在最高效的狀態;伺服電機控制,系統可以根據不同的力矩需求,使電機送出正好縫紉機所需要的力矩。當縫紉機在停止狀態時,伺服電機電控器也會使電機停下來,此時伺服系統幾乎不消耗電能。