發布日期：2022-10-09 點擊率：105
圖 1 工業中的傳送機 (圖片來源于互聯網 )
傳送機是現代工業自動化中非常重要的設備，一次性投資較大，并要求長期穩定連續的工作，可靠性要求高，能量損耗也相對較大。傳統的傳送機采用大型交流電機集中驅動，并通過鏈條、皮帶等傳動裝置將動力傳輸到整個傳送機上。這種集中式的驅動設計在實際運行中有幾個弊端：第一，能耗較大：動輒數百米的鏈條、皮帶等動力傳送部分白白損耗了很多功率，而且，無論整個傳送帶上放滿了貨物，還是只放了一件貨物，整個傳送機都在運轉，都在耗費能量，無法根據“負載波動”調整其輸出功率，也無法根據貨物所處的位置使“需要的部分”運轉；第二，可靠性較差：由于集中驅動交流電機的總輸出功率較大，常常成為維護工程師需要眷顧的對象；冗長的動力傳動部分，也是傳送機故障或人身傷害的主要原因。另外，較高的工作噪音、較大的占用體積，也影響了對傳送機的更好使用。
從上世紀 90年代開始，直流電機驅動的滾筒逐漸被應用在傳送機設計中，它的基本想法是“讓每個滾筒成為自主的動力源”，從而實現傳送機的分布式控制與驅動：鄰近的幾個或十幾個滾筒組成一組，共用一套傳感器和驅動控制，只有在貨物到達這里時才驅動滾筒轉動，大大減少了整個傳送機的“空載、輕載損耗”，省去了冗長的動力傳送部分，同時也大大提高了可靠性和安全性等。
而如何為這些“自主的”滾筒供電，卻成為了一個難題：首先，電源的體積要足夠小，可以方便的安裝在傳送機邊上多個小型的電控柜中，配合實現分布式驅動；其次，可靠性要高，傳送機如果因為電源損壞而停機，常常意味著整個生產流程都要停止，這會造成難以預計的損失；當然，電源對減少能耗，降低整個傳送機的運行成本也非常重要。
美國芝加哥的一家傳送機生產商原來的供電方案如圖 2左側所示。在一個寬度約 700mm的電控柜內，需要安裝 4臺 960W（24V/40A）輸出的電源，來為鄰近的傳送機滾筒供電。所選 DIN導軌式安裝的電源的寬度為 282mm，由于空間有限，采用彼此上下安裝。在實際運行中，上部的兩臺電源(開關電源 1和 2)經常出現損壞，經過分析，發現這兩臺電源在運行中非常熱。事實上，與幾乎所有電子電器元件一樣，溫度升高是電源最大的敵人，導致溫升的原因可能是自身散熱，也可能是鄰近的元件散熱。從圖 2中可以看到，上部的電源要接受來自下部電源的熱量的“炙烤”，尤其是電源 1和 2，就像下面有 300W，400W功率的烤爐一樣，這會使其內部的元件承受極大的壓力，非常容易出現故障，并大大降低有效使用壽命。
后來，該廠家采用了 PULS普爾世提供的供電方案，使用 4臺 PULS普爾世的半調節電源 XT40.241，如圖 2右側所示。由于 XT40的寬度只有 96mm(寬 x高 x深為 96x124x157mm，重量只有 1.4kg)，完全可以并排安裝在電控柜中。這首先避免了下部電源加熱上部電源的問題，保證 4臺電源的可靠性彼此相當；并且使控制柜內的空間非常寬裕，為系統升級、增強功率或功能、提高設計靈活性等預留了足夠的“空間”。
圖 2 傳送機中直流電機驅動滾筒的供電方案比較
第二，XT40的高可靠性。在 25°C環境溫度、連續滿載輸出時的使用壽命預期超過 14.2萬小時，按照軍用標準 MIL HDBK 217F計算的平均無故障時間 MTBF超過 27.6萬小時，按照工業標準 SN 29500(IEC 61709)計算的平均無故障時間 MTBF則超過 95.9萬小時，這在 1000W功率級的電源中幾乎是絕無僅有，大大提高了系統的綜合性能，降低了傳送機生命周期內的維護成本。
圖 3 PULS普爾世的電源 XT40.241
第三，節能和降低運行成本。如表 1所示，原方案中的電源比 PULS普爾世電源在滿載輸出時的功率損耗增加一倍多；連續運行時，每年會產生 445度更多的電能損耗；如果一條 20米長的傳送機上需要 20臺電源，每年多支出的運行成本達到近 6791元。
| 生產商 | 原方案電源生產商 | PULS普爾世 |
|---|---|---|
| 產品型號 | 24V/40A三相電源 | XT40.241 |
| 轉換效率 | 90.9% | 95.5% |
| 輸出960W時的功率損耗 | 96瓦 | 45瓦 |
| 能量損耗 | 841 度/年 | 396 度/年 |
| 可能節省的能量損耗 | 445 度/年 | |
| 可能節省的成本(工業用電費0.763元/度) | 340元/年 | |
| 可能節省的成本(假設10 0米傳送機上需要20臺電源 ) | 6791元/年 |
表 1 兩款電源的功率損耗對照表
第四，XT40是真正適合直接驅動電機，為伺服驅動、電磁閥等負載供電的開關電源。并不是所有開關電源都可以用于此類負載，因為它們在起動時需要電源能夠提供短時的、數倍于平均電流的峰值電流，很多開關電源會在起動此類負載時出現降壓限流、“打嗝”等現象，無法使它們起動。而這正是大多數 PULS普爾世開關電源產品的優點。如圖 4中 XT40的輸出特性曲線所示，它能夠在 15秒內、保持 24V電壓時輸出 50A電流；最高則可以輸出 100A以上的電流，是強勁的“電機起動器”。而且，該系列電源的功率因數高達 0.93，無輸入浪涌電流，具有過載、空載、短路及過壓、過溫保護，通過了 IEC60950-1，UL508，UL60950-1等安規認證，能夠有效地防止燃燒、電擊等各種危險情況的發生，并能在 -25°C到 70°C環境溫度下正常工作。
XT40的輸出電壓沒有采用全調節，紋波可能相對較大，這一點是此類負載完全可以接受的，一般 24V直流電機可以接受 1.2V左右的紋波。同時，半調節電源 XT40相對于一般的同功率級的全調節開關電源也有很高的成本優勢。
圖 4 XT40.241的輸出特性曲線
目前 PULS普爾世的半調節 XT系列包括 8款電源，可根據對輸入三相電壓 380Vac/480Vac和輸出電壓 24Vdc/36Vdc/48Vdc/72Vdc的不同要求來選擇。更詳盡的產品信息請參閱 PULS普爾世的中文網站 www.puls-power.cn。
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