台达跑步机专用变频器的应用

随着生活水平的提高，人们越来越重视自身的身体健康，更热衷于参加各种体育运动，其中借助跑步机进行锻炼，其运动形式简单，适合在家庭或者健身房室内进行。

一、概述
用跑步机比起在户外路跑最大的好处就是跑步机提供了避震效果，大量消除每一步伐的反作用冲击力，保护了你的膝盖关节，因此近年来倍受欢迎。
跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道（跑步带），跑道的运动方向与运动者的跑动方向相反，但速度必须自动保持一致，这样就使得运动者能够在原地进行跑步锻炼了。
如果说马达是跑步机的心脏，那机电系统就是它的心肺功能。良善的机电系统，可以充分且适当地发挥马达的功率效能。跑步机所使用的机电系统也是与时俱进，由早期的SCR系统发展到目前的PWM系统。现在市面上的跑步机大都使用PWM系统，比起旧式的SCR系统，它有电力回授这个更快更精准的优点，使得跑步机的跑感更佳，跑起来更平畅自然。


二、台达跑步机专用变频器的特点
目前，台达生产的跑步机专用变频器针对跑步机的运行特性有如下几个方面的优势：
1．提供较宽的载波频率范围
由于使用环境以及使用对象的特殊性，所以对于跑步机的控制性能也有区别于其它电机控制的特殊要求。跑步机一般的使用环境是在室内，对于静音也有特别的要求。跑步机以马达带动驱动皮带，再透过滚筒来运转跑步带，这一系列的机电及机械运作过程，也会产生一定的声响。但是如果使用变频器来控制电机，电机在运转的过程中会发出一种高频的啸叫声，这种啸叫声我们称为电磁噪音。这种噪音容易使人产生焦躁的情绪，而且这种噪音一般很难被其它声音掩盖。一般的方法是调整变频器的载波频率，通常能够调整的最大值为15kHz。在其它的环境中，将载波频率调整到最大（15kHz）,就可能满足使用者的要求，电机发出的噪音也就不是很明显；
但是对于跑步机来说，由于各个生产厂家对于机械部分采取了一些防噪的措施，而且跑步机使用的环境背景噪音都很小，这就使得这种原本在其它场合不是很明显的电磁噪音特别的刺耳。针对这种特殊需求，台达跑步机专用变频器在开发的时候就已经做好了准备，将载波频率的可调整最大值上升到16KHZ，再一次降低了电机发出的噪音分贝，使得运动者能够在更加良好的环境中锻炼身体。
2．控制方式为SPWM，而且提供无速度矢量控制方式
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。
3．提供较低的瞬间低电压准位值
因为跑步机使用的场所为一般住宅或运动中心，其使用的电源为一般市电。当负载在无法预知使用者的设定速度以及使用者的体重情况下，设计者必须考虑此变数，而此项变数将会有可能造成瞬间低电压侦测动作。为防止Lv侦测动作，台达跑步机专用变频器增加了一个参数：Lv准位设定。根据客户的实际使用情况设置这个参数，能够将低电压报警的电压值自由设定，让由于突发性负载原因造成停机的可能性大幅降低。
4．提供标准的485通讯接口
使用标准的485通讯接口，能够使得调试过程和使用过程更加简单方便，原本每一台变频器都需要手工设置参数，现在只需要执行下载参数，参数就会很快捷地写入到变频器中，减轻了调试人员的重复劳动量；在配线方面也更加简洁，485通讯只需要连接两根信号线（SG+/SG-）。如果采取信号端子控制，单单控制启动、停止，速度的模拟量变化就超过4根，而且由于变频器本身就是一个干扰源，485接口在抗干扰能力上也比模拟量输入强。
5．在485通讯控制的方式下，外部端子能够接受EF信号
跑步机正常运行的情况下是看不出这个功能的重要性的，但是一旦出现问题，例如最严重的就是当控制器死机时，电机的运转不受控制，这种情况很容易对锻炼者造成身体的伤害。如果能够提供一个功能，直接命令变频器停止输出（停止工作），让电机自由停车，就会减小出现异常情况对人身造成伤害的可能性。一般情况下，都需要增加其它低压电器来切断电机的电源；而台达变频器却能够在不需要增加电器组件的情况下实现这个功能，减少跑步机的硬件成本以及维护工作量。

三、一般调试步骤
为了达到跑步机性能最佳化，可以从以下方面调整台达跑步机专用变频器参数：
1．选择向量控制 P105=01；
2．输入电机的基准电压，频率，电流（P04，P05，P52）；
3．自动量测电机参数；
4．输入电机的额定转差；
5．观察运转时空载和负载电流的大小和波动；
6．如果出现噪音问题，请调整载波频率；如果出现负载运转过程中自动停机问题，请调整Lv准位值。
四、具体客户处的接线图以及设置参数


经过在客户处实际的反复调试，达到了比较好的效果，得到了客户的认可。具体参数的设置如下(客户处的电机型号为50Hz/3*220V/8.6A，使用台达跑步机专用变频器型号为VFD022M23B-Z，电源输入为单相220V，使用通讯的方式控制变频器动作)：
P04（最大电压频率选择）=50
P52（电机额定电流设定）=8.6
P103（电机参数量测）=2
启动变频器，进行电机无载电流和一次电阻的测量。
P00（主频率输入来源设定）=3
P01（运转信号来源设定）=4
P03（最高操作频率选择）=65
P42（多功能输入选择五）=3
P155（震荡补偿因子）=2
P71（载波频率设定）=16
Lv准位设置为150V

经过测试，低速（2Hz）时电机力矩输出大，高速（65Hz）时带负载不会出现报警或者停机现象，而且电机噪音很小，输出电流平稳（输出电流在稳定情况下几乎没有什么波动），客户比较满意。