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星海娛樂注冊(cè)
作者:an888    發(fā)布于:2023-12-15 21:34   

  星海娛樂注冊(cè)在當(dāng)前大型的演出活動(dòng)、各類文旅演出及固定場(chǎng)館的舞臺(tái)機(jī)械安裝及控制過程中,經(jīng)常會(huì)涉及到一些機(jī)械和電氣之間的配合問題,同時(shí)也存在一些認(rèn)知方面的差異。由此,本刊將陸續(xù)推出8篇“舞臺(tái)機(jī)械與設(shè)備系統(tǒng)系列談”文章,前4篇主要涉及舞臺(tái)機(jī)械基本組成部分,解析電機(jī)、編碼器、通信、軸控制器方面的基礎(chǔ)知識(shí)及使用;之后,介紹威亞裝置、流動(dòng)演出、秀場(chǎng)等不同應(yīng)用場(chǎng)景舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備應(yīng)用與系統(tǒng)控制等相關(guān)內(nèi)容;最后針對(duì)舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)的熱點(diǎn)問題,系統(tǒng)及設(shè)備的安全控制進(jìn)行探討。

  舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)中,電機(jī)的使用是重要的一環(huán),但實(shí)際設(shè)計(jì)制作中,常常會(huì)遇到各種問題?;谶@些問題的分析,提出不同的舞臺(tái)應(yīng)用中電機(jī)選型的依據(jù),如針對(duì)流動(dòng)演出使用的升降舞臺(tái),是選用異步電機(jī)好還是選擇同步電機(jī)更適合,以及使用中應(yīng)該考慮的因素。

  在當(dāng)前的舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)中,傳動(dòng)的方式多種多樣,如液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)等,其原動(dòng)機(jī)都是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。隨著電控技術(shù)的進(jìn)步以及液壓和氣壓傳動(dòng)中的一些應(yīng)用限制,目前更多的應(yīng)用場(chǎng)景采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)的方式,本文中,筆者重點(diǎn)討論機(jī)械傳動(dòng)下的電機(jī)選型。

  電機(jī)劃分的種類多種多樣,根據(jù)供電方式可分為直流電機(jī)和交流電機(jī),按照結(jié)構(gòu)和工作原理可分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)采用的電機(jī)主要有兩種:一種為交流三相異步電機(jī)中的籠型異步電機(jī)(即鼠籠式異步電機(jī)),采用變頻驅(qū)動(dòng)方式;一種為永磁同步電機(jī),多采用專用的伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。對(duì)于其他類型的電機(jī),由于在舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用相對(duì)較少,在此不做介紹。這里需要說明的是,文中所述異步電機(jī)特指三相交流籠型異步電機(jī)(見圖1),同步電機(jī)或者伺服電機(jī)特指永磁同步電機(jī)(見圖2);對(duì)于文中所涉及的舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景,主要包括固定場(chǎng)館的秀場(chǎng)、流動(dòng)演出,以及威亞中的應(yīng)用等。

  籠型三相交流異步電機(jī)是用三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的,轉(zhuǎn)子不是永磁的,也不是線繞電磁的,轉(zhuǎn)子繞組是籠型結(jié)構(gòu),俗稱鼠籠,如圖3所示。

  籠型是不可能與磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)的,只有籠型比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢時(shí)才有籠型與磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),才能切割磁力線感生電流,感生電流在洛倫茲力作用下推動(dòng)鼠籠轉(zhuǎn)子異步旋轉(zhuǎn)?;\型與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)差,轉(zhuǎn)差大則感生電流大,電流大則力大,力大則增加籠型轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差與力會(huì)形成平衡,籠型轉(zhuǎn)速將穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)差值。由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)慢,故稱之為異步電機(jī)。

  交流異步電機(jī)沒有電刷與換向器,沒有直接磨損部件,故障率與維護(hù)大大減少;電機(jī)采用密封,避免粉塵、雜質(zhì)的污染,可靠性大大提高。

  永磁同步電機(jī)與籠型異步電機(jī)最大的區(qū)別是在轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和原理上,同步電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片和永磁體構(gòu)成。把永久磁鐵轉(zhuǎn)子放在能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的定子鐵芯中,它將會(huì)跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一致,故稱之為同步電動(dòng)機(jī)。

  為提高電機(jī)效率,提高調(diào)速精度,對(duì)電機(jī)非傳動(dòng)端軸安裝位置與速度檢測(cè)裝置,多采用編碼器進(jìn)行速度和位置反饋。

  為防止鐵屑與磁性粉塵進(jìn)入電機(jī),永磁電機(jī)均采用密封機(jī)殼,散熱問題尤為重要,主要采用風(fēng)冷或水冷方式。

  針對(duì)舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn),從基本參數(shù)、驅(qū)動(dòng)方式、精度、制動(dòng)幾個(gè)方面進(jìn)行比較。

  異步電機(jī)體積相對(duì)較大,但工藝比較簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定可靠,功率可做得比較大,幾百千瓦的異步電機(jī)也很常見。異步電機(jī)可改裝性比較強(qiáng),一般可以在電機(jī)尾軸出軸的部位進(jìn)行額外的改裝和加工。

  異步電機(jī)可采用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),也可直接采用交流電進(jìn)行直通控制,對(duì)于變頻器的選型無特定要求。一個(gè)電機(jī)可以通過不同廠家的變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。交流電機(jī)也可以通過軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)使其緩起緩?fù)?,但是?duì)于舞臺(tái)機(jī)械提升類應(yīng)用并不適合。

  同步伺服電機(jī)則通常采用電機(jī)廠家的伺服驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行電機(jī)控制。采用第三方的驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)t相對(duì)麻煩,需要對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行匹配,操控人員的工作相對(duì)更繁瑣。需要指出的是,由于異步電機(jī)可采用直通控制的方式,可在某些情況下采用三相交流電進(jìn)行應(yīng)急直接驅(qū)動(dòng),而同步伺服則無法做到,這主要是電機(jī)構(gòu)造原理所決定的。

  對(duì)于舞臺(tái)機(jī)械行業(yè),異步電機(jī)和伺服電機(jī)的精度都足夠,最終控制效果都能輕松達(dá)到毫米級(jí)。電機(jī)的響應(yīng)速度和運(yùn)行精度(如升降臺(tái)、吊桿等舞臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行精度最終體現(xiàn)在實(shí)際的定位精度和同步精度,特別是異步電機(jī)運(yùn)行的高精度得益于變頻器矢量控制理論的快速發(fā)展)都不存在實(shí)質(zhì)的區(qū)別。

  異步電機(jī)制動(dòng)可直接在電機(jī)尾軸根據(jù)需要選擇配置無制動(dòng)、單制動(dòng)、雙制動(dòng),均為電機(jī)的常見配置。同步伺服電機(jī)則基本上只能配置單制動(dòng)或者無制動(dòng),并且由于體積限制,制動(dòng)單元制動(dòng)力矩一般只用于保持靜態(tài)力矩,并不適合在運(yùn)行情況下失電制動(dòng)停車。

  伺服電機(jī)一般無法帶雙制動(dòng),并且自帶的制動(dòng)單元力矩不夠,在舞臺(tái)機(jī)械提升應(yīng)用一般都需要配置單獨(dú)的外置制動(dòng)單元,某種程度上使得演出設(shè)備的體積、重量以及復(fù)雜度都會(huì)增加。而配置了雙制動(dòng)的異步電機(jī)的制動(dòng)力矩往往是同類型伺服電機(jī)力矩的3~8倍,該特性使得異步電機(jī)一般不需要額外外置制動(dòng)模塊。

  異步電機(jī)的制動(dòng)單元可選擇加裝制動(dòng)檢測(cè)微動(dòng)開關(guān),這種對(duì)于需要滿足SIL3安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備非常有幫助,同等情況假如采用同步伺服電機(jī),則無法加裝反饋檢測(cè),則需采用其他措施,如加裝外部雙制動(dòng),再在雙制動(dòng)上增加制動(dòng)反饋檢測(cè)開關(guān)。

  在舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用中,可根據(jù)項(xiàng)目周期、實(shí)際需求關(guān)注點(diǎn)(安全、精度以及工作制等)、工程技術(shù)人員、實(shí)用操作人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)閱歷、工程及運(yùn)維成本等因素,選擇使用的電機(jī)類型,具體的考量?jī)?nèi)容見表1。

  異步電機(jī)常用于劇場(chǎng)、秀場(chǎng)等固定場(chǎng)所。該類場(chǎng)所一般所需電機(jī)功率較大,臺(tái)上吊掛類設(shè)備和臺(tái)下升降平移類設(shè)備功率通常都在5.5 kW以上。

  同步伺服電機(jī)目前則主要應(yīng)用于威亞裝置上,同時(shí)應(yīng)用于一些流動(dòng)演出,此類應(yīng)用的特點(diǎn)是設(shè)備功率相對(duì)較小,機(jī)械類裝置需要經(jīng)常換場(chǎng)。在此類應(yīng)用中,伺服電機(jī)通常采用5 kW功率大小的電機(jī),實(shí)際使用過程中所掛載荷一般遠(yuǎn)小于理論載荷,同時(shí)采用蝸輪蝸桿減速機(jī),可在一定程度上保證安全,使得設(shè)備在常規(guī)使用過程中能正常工作。但是該類設(shè)備一般也存在缺陷,比如在懸掛重載并持續(xù)下降過程中,會(huì)不同程度地出現(xiàn)各種問題。

  關(guān)于電機(jī)產(chǎn)品的選型,同步伺服電機(jī)歐美系相比其他日韓和國(guó)內(nèi)品牌的伺服而言,編碼器可選擇不需要加裝電池的機(jī)械式多圈絕對(duì)值編碼器,而國(guó)內(nèi)的伺服品牌和日韓系品牌伺服電機(jī)絕對(duì)值編碼器幾乎都采用需要加裝電池的磁性編碼器。機(jī)械多圈編碼器在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)勢(shì)比較明顯,比如一些安裝完成后無法經(jīng)常校準(zhǔn)位置的場(chǎng)合,或者校準(zhǔn)比較麻煩的場(chǎng)合,如三維威亞,一般校準(zhǔn)位置需要廠家人員去現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn),此類情況一般建議優(yōu)先選擇機(jī)械式多圈絕對(duì)值編碼器。

  2019年,筆者在武漢軍運(yùn)會(huì)活動(dòng)中(見圖4),在前期威亞設(shè)備研制的過程中,由于威亞行業(yè)普遍采用伺服電機(jī),因此,對(duì)同等功率的同步伺服和異步電機(jī)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試和比較,伺服制動(dòng)過程異常(國(guó)內(nèi)不少伺服電機(jī)的共性)、報(bào)警異常、剎車力矩不夠等狀況不斷。最終,196臺(tái)電機(jī)均采用異步電機(jī)(見圖5),運(yùn)行平穩(wěn)。異步電機(jī)由于獲取渠道簡(jiǎn)單,同一品牌的變頻器對(duì)于異步電機(jī)無特殊要求,可在電機(jī)損壞的情況下更換不同廠家的電機(jī);剎車力矩夠,一般不需要額外配置單獨(dú)的制動(dòng)單元;表現(xiàn)精度沒有本質(zhì)區(qū)別,均使得采用異步。

  舞臺(tái)機(jī)械的應(yīng)用中還會(huì)用到直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等其他種類的電機(jī),但最常用的主要還是籠型異步電機(jī)和伺服電機(jī)。在針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行電機(jī)的選型時(shí),伺服電機(jī)在設(shè)備體積重量方面占據(jù)優(yōu)勢(shì);同時(shí),基于安全以及機(jī)械設(shè)備本身復(fù)雜程度考慮,籠型異步電機(jī)更有利于舞臺(tái)安全。