分析工業自動化趨勢之驅動器的進化

　　工業自動化是德國啟動工業4.0的重要前提之一，主要是在機械制造和電氣工程領域。目前在德國和國際制造業中廣泛采用的“嵌入式系統”，正是將機械或電氣部件完全嵌入到受控器件內部，是一種特定應用設計的專用計算機系統。數據顯示，這種“嵌入式系統”每年獲得的市場效益高達200億歐元，而這個數字到2020年將提升至400億歐元。工業自動化的發展速度讓每個人都感到驚訝。一些新技術，例如，更先進的驅動器、基于現場總線的氣動裝置和壓電致動閥門等，正在推動行業快速發展。那么工業自動化的發展趨勢會如何？主要在哪些零部件上改觀效果最快呢？

　　驅動器的發展趨勢

　　驅動器方面我們可以看到一個明顯的趨勢：驅動器執行的任務比過去更加復雜。但是從某些方面來說，系統本身卻變得更簡單易用。許多驅動器供應公司一般都會提供用于控制速度的低電壓(最高約700伏特)交流和直流變速驅動器，通常用于某些類型的連續過程。

　　軟件控制增加且變得更容易

　　一些變速驅動器為泵、風扇和一般性應用提供更高水平的控制，但是設備本身比過去更容易配置。新的向導功能逐步引導用戶完成過程自動化配置和設置。向導允許用戶使用接口設備或存儲卡，執行“克隆”，將相同的設置和配置快速轉移到另一臺驅動器。

　　此外，位置控制伺服驅動器的自動整定和電機識別等功能也取得進一步發展。當用戶將電機連接到驅動器時，會觸發一個小程序，將適用于驅動器的90%的應用參數復制到新系統之中。

　　擴展總線連接

　　目前，許多驅動器會連到各種主流工業現場總線網絡，但是，交流變頻器正在越來越多地轉向以太網平臺。以太網平臺通常使用多種不同的工業現場總線，包括Ethernet、EtherCAT、Sercos、Powerlink和Profinet。高端變速驅動器還可以集成專用協議，例如用于樓宇自動化的BACnet和用于設備網絡的LonWorks。

　　更經濟的解決方案

　　不僅如此，相比之下，越來越多的節能技術也更具性價比。例如，AC30等交流變頻器可以配備有源前端(AFE)電源。AFE電源允許配置公共總線系統，將原本會浪費的電能(例如，當機器上的一臺電機被拉升到超過其設定值的速度時或是減速時)以適當的正弦電流和單位功率因數送回到電網。過去，大多數工程師認為支持能源回收的驅動器過于昂貴。但是，隨著能源成本的上升，現在這些系統被認為具有高成本效益。高效益設備可以用于包括裝載船舶的礦山起重機和起重機等在內的設備。

　　多用途、可編程數字伺服驅動器

　　伺服驅動器也在發生變化。以前，驅動器通過集中式控制器或連接的數字控制器，使用模擬信號進行控制。這些單元再經過數模轉換。現代驅動器大多數都是全數字式的，這意味著反饋信號是數字信號，控制信號也是數字的，驅動器可以配備數字信號處理器。因此，用戶可以將驅動器配置為“啞式驅動器”，它們從集中控制位置獲取命令，提供數字化握手信息，例如驅動器的位置和速度。舊式驅動器需要大量的附加硬件，相比之下，現在的驅動器更容易進行配置，可以通過一個程序包執行多個任務。

　　開環矢量控制系統具備更高的精度

　　開環矢量控制系統也正在發生變革。相比于舊的“V/F”驅動器，它們有極大的改進。開環矢量系統提供比V/F系統更好的精度和速度控制，以及更好的轉矩特性。目前的交流變頻器可以使用無傳感器矢量控制永磁伺服電機和更傳統的鼠籠式感應電動機。此系統尺寸更小，但是可以提供更高的扭矩和功率。另外，這種技術具有更快的動態響應，相比于必須產生兩個場的電機，永磁電機的停止和啟動速度更快。這種布局具有低成本和高性能特點，適合低功耗應用。

　　更強勁的冷卻

　　驅動器冷卻方法也在不斷變化和發展。通常，大多數驅動器采用空氣冷卻方法。但是近年來，在高功率應用中，開始采用制冷劑冷卻方法?帶走IGBT產生的熱量。這種冷卻方法可以讓驅動器在較小的空間內提供更大的功率，同時降低IGBT熱循環。例如派克開發過并且獲得專利的高級兩相冷卻系統，這種系統可以集成到具有極高功率密度的高功率驅動器之中。