摘要：本文主要介绍健身器材方面变频器的应用，以及相关的调试说明
一．引言
进行健身锻炼时，体内会发生一系列的生理生化变化：中枢神经系统活动紧张，内分泌机能提高，酶系统活跃，新陈代谢旺盛，单位时间内的能量消耗数倍、十数倍于安静状态，体内的糖、脂肪被大量分解供能，蛋白质代谢更新加快，大量的维生素、无机盐参与分解代谢而加大了损耗丢失过程。这些变化，使机体对各种营养物质的需求量大为增加。
合理营养与体育锻炼是维持和促进健康的两个重要条件。在群众性健身锻炼活动中，因各个项目代谢特点不同而对合理营养有着不同的需求特点。
健身器材，本身的发明是一个很让人认可的事，将人们的运动由室外运动转向室内的运动，这是一个创举。我们不用为每天刮风下雨影响锻炼效果而在意，这样就使得跑步机成为健身器材中最受欢迎的设备，例如健身车，楼梯机，划船机运动是我们可以经常运动锻炼的运动设备，而由滑雪运动发展而来的椭圆运动机成为一种运动设备的创新。
震动训练起源于冬季滑雪运动，利用震动强直性震动反射（tonic vibration reflex，TVR）增加更多的运动单位（motor units）来进行肌力训练，这可以使最大肌的收缩产生更多力量和爆发力，神经适应的功能也提升了肌力训练的功能。此外，影响神经系统功能的震动同时也运用在物理治疗中，对于帕金森氏症PD（Parkinson`s disease）和运动伤害的前十字韧带损伤ACL（Anterior Cruciate Ligament Ruptur）等等都也有治疗的效果。
二．机器介绍
电机带动小轮(直径为50mm),小轮通过皮带带动左右两个大轮(直径为100mm),大轮上面的平板做上下运动,运动幅度为13mm.机器箱大小为700mm*630mm*175mm(长*宽*高),变频器与旁边物体的空间为;左右两边的空间为80mm和100mm,上盖为100mm,下盖为100mm,面板空间高度为70mm.见下图.
客户要求变频器工作频率范围为10-60HZ.震动机每次工作的周期为5分钟. (工作周期为5分钟的含意是震动机的控制器程序上已经设置好每工作一次最长只能有5分钟.面板上有一个速度调整的按钮,通过这个按钮用户可以调整震动速度,速度默认为36HZ;一个激活按钮和一个停止按钮,当按激活按钮后,机器开始运行,如果不按停止按钮,机器就会以开始设定的频率一直工作,5分钟后自动停止.停止后需要重新按激活按钮,下一个循环才会重新开始.)
三．对于变频器的要求
1．安全性能
任何电器的使用，安全性能是第一要求。通过CE和UL认证的变频器，是最好的选择。
2．低速力矩
由于健身器材工作的速度范围宽，对应变频器的工作频率范围就会比较大，一般情况下速度高时输出力矩都不会存在问题。低速工作时由于电机损耗占输入电压的比例不能够忽略不计，而且某种程度上的会影响电机的输出力矩，所以在选择变频器上要选择一款能够满足这个要求的型号。
3．静音
人在锻炼身体的时候都希望能够有一个良好的环境，听着音乐，欣赏美好的景色。如果健身器材发出很大的噪音，就会严重影响到锻炼者的心情。
四．台达M系列变频器的特点
- 通过CE，UL国际认证；
- VF及无感测向量控制，能够在低速时提供高转矩；
- 超低噪音，载波频率可自1kHz-15kHz调整；
- 宽电压范围，-10%--+10%；
- 自动转矩提升及自动滑差补偿功能；
- 省能源运转及自动稳压调节功能；
五．测试情况介绍
测试变频器型号:007M11A (输入:1PH 100-120V 50/60HZ 16A
输出:3PH 0-240V 4.2A)
电机型号: 50HZ/230V/0.37KW/1.82A/1370RPM
变频器设置参数:
参数名称 |
设置内容 |
|
P00主频率输入来源设定 |
3 |
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P01运转信号来源设定 |
4 |
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P04最大电压频率选择 |
60 |
|
P05最高输出电压选择 |
220 |
|
P24禁止反转功能设定 |
1 |
|
P52电机额定电流设定 |
1.8 |
|
P53电机无载电流设定 |
0.7 |
|
P92通讯资料格式 |
3 |
|
P105控制模式 |
1 |
|
P106电机额定转差 |
4.3 |
其它参数默认
现场测试情况:变频器进线电压为109V,分别对使用的频率段进行了空载以及负载的测试(负载情况为一个人站在震动机上,体重为70KG左右),以下表格为测试数据.
|
工作频率(HZ) |
空载电流(A) |
负载电流(A) |
|
10 |
0.9 |
1.2-1.3 |
|
20 |
0.9 |
1.2-1.3 |
|
30 |
0.9 |
1.3-1.4 |
|
40 |
0.9 |
1.4-1.5 |
|
50 |
0.9 |
1.3-1.4 |
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60 |
0.8 |
1.1 |
测试结果电机负载电流在电机额定电流和变频器额定输出电流以内，低速高速都能够输出足够的力矩达到使用者的要求，满足长期稳定的运行要求。
六．调试时需要注意的问题：
1．由于客户需要在低频率工作，普通异步电动机在低速情况下输出力矩一般都会存在不足。针对这种现象，使用比较先进的无感测矢量控制方式。这种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），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%的输出力矩。
由于矢量控制所表现出来的性能很大程度上依赖其内部所设定的交流电机数学模型，所以运行前必须要让变频器了解到其控制电机的基本参数（例如额定电压，额定电流，空载电流，阻抗，感抗等）。有些参数是很容易得到的，例如额定电压，额定电流，在电机的铭牌上就有标识；而像阻抗，感抗等电机内部参数，就无法简单得到。于是台达变频器提供电机参数的自整测功能，这个功能能够自动计算出这些参数。台达M系列目前提供两种方式的电机参数量测功能：静态量测和动态量测。静态量测和动态量测唯一的区别就是动态量测能够检测出电机的空载电流。静态量测执行时电机不会出现运行，一直处于静止状态，主要用于电机和负载无法脱离的场合；动态量测执行时电机会出现运行状态，主要用于电机空载能够运行的场合。
2．上位机同变频器之间是通过通讯的方式来工作，这种方式的优点是接线简单（只需要两根线），使用标准接口，抗干扰能力强，稳定可靠，维护方便。接线图如下：
七．结束语
目前健身器材越来越普及，对于健身器材的要求也越来越高，稳定性，安全性，调速方便，性能优越的产品越来越受到大家的喜爱。使用台达变频器的震动机，调试效果客户非常满意，低速力矩大，全速范围内的电机工作电流都低于电机额定电流，保证了电机长期稳定运行，满足了出口机器的要求。 |
