智慧工厂数据连接线缆的挑战及解决

gongkong对话倍捷连接器——亚太区总经理 徐梦岚！

PEI-Genesis (倍捷连接器) 是设计和组装定制工程连接器和电缆解决方案用于恶劣环境的全球领先者。通过与客户紧密合作，PEI设计个性化的解决方案，满足特定的应用要求，且交货速度、服务和一贯的品质在业内都是无与伦比的。

凭借遍布全球的多家模板式工厂独有的自动化组装技术，根据客户的特定需求，利用庞大的零部件现货库存，PEI精心设计个性化互连解决方案，为世界范围内应用于恶劣环境的 航空, 能源, 军事, 工业, 轨道, 和 医疗 等众多领域提供支持。

PEI所销售的产品中70%均为按照订单组装生产。我们可提供高度定制的解决方案，最低订购量为一件。我们提供的广泛产品组合、少量多样化的增值服务能力无可匹敌。PEI-Genesis 是唯一在 北美、欧洲和亚洲 拥有组装工厂的连接器增值经销商。

凭借高效快捷的发货速度和响应及时的卓越服务，PEI-Genesis 可帮助您快速获取您所信赖的品牌产品。我们的产品线包括了连接器行业的世界顶级品牌，包括 Amphenol, ITT Cannon, CINCH, Esterline/Souriau, 和 TE Connectivity 品牌 DEUTSCH,Raychem 和 Polamco。

PEI 提供个性化的电缆设计服务和组装。 PEI 的设计解决方案团队可以利用种类丰富的连接器现货和40余年的连接器经验，设计和制造个性化电缆组件。 PEI 团队在早期设计阶段即与客户接洽和合作，完成交货和产品优化。

通过新近收购的 FilConn, Inc. PEI-Genesis也能够制造个性化的专业等级连接器和提供专业的设计解决方案。 FilConn 专门制造用于军用航空、医疗、运输和石油/天然气行业的精密和高度可靠的滤波型、EMP 抑制和自定义配置连接器。 FilConn 增强了 PEI以业内最快的速度为客户提供特定应用环境连接器方案的能力。

公司由Murray Fisher 和 Bernie Bernbaum 于 1946 年成立， 迄今为止一直是一家家族企业，并始终秉承创新、诚信、团队合作以及为客户提供卓越服务的优良传统。

PEI-Genesis 通过了 AS9100C:2009 和 ISO9001:2008 质量认证管理体系的认证，公司总部位于宾西法尼亚州费城，生产设施印第安纳州南本德和英国的南安普敦。PEI 在中国珠海的设施在2017年9月通过了 AS9100D 和 ISO9001:2015 认证。

演讲人

演讲人：吴尚安

个人简介：

魏德米勒工业连接器事业部卓越运营首席经理

会议议程

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本视频的主要内容是给大家介绍—变频器如何选型

  在介绍变频器如何选型之前，先来了解一下负载类型，因为不同的负载类型对变频器会有一些要求。

  首先是风机泵类的平方转矩负载，对于这类负载，考虑使用风机水泵专用的变频器，因为这类专用变频器一般内置二次方模式、节能模式的电机控制类型，这更加利于节能，并且这类变频器还内置一些风机泵类的特殊功能与保护，像施耐德御程系列的ATV600、ATV212系列等。

  对于恒转矩的负载，在低频的时候也需要提供恒转矩，所以这就要求变频器能够有优异的低频转矩输出特性，并且像起重机这样的负载，它还会要求变频器具有较高的瞬时过载能力、还要求变频器有制动单元可以连接制动电阻等等。

  对于这类恒功率的负载，可以看到，低频转矩是很大的，这同样要求变频器有优异的低频转矩输出特性，并且这类负载可能还会要求变频器有一些同步功能、张力控制等功能，还有一些场合中，可能同时是有电机在收卷，有电机在放卷，有的在电动状态，有的在发电状态，需要考虑变频器共直流母线或者能量回馈。

  还有一些时变力矩特性的负载，像离心类负载，它的低频阻转矩很大。

破碎机类负载，运行中瞬时冲击很大，对变频器过载能力有较高的要求。

柱塞泵类负载，它的力矩是震荡的；可以看到这类负载对变频器的低频转矩特性、过载特性都有要求。

  一些特殊的负载与场合，像深水泵，因为压强的原因，属于重载；泥沙泵，因为混杂着泥沙，密度变大，属于重载，类似的还有油泵等因为液体粘稠，也属于重载。还有一些快速变化的音乐喷泉，这个大家应该都见过，瞬间可能就有水柱的猛烈变化，这些负载对变频器的过载能力都有要求。还有高速电机的负载，因为高速电机的电抗小，导致变频器输出高次谐波的增加从而导致输出电流增大。因此对于高速电机的变频器选型，其容量要稍大于普通电机的选型，同时还要核对变频器输出频率能否满足最高转速要求；有些应用场合是高温、高海拔，这个需要考虑变频器的降容问题。高温很好理解，直接影响散热，高海拔地区，空气稀薄同样也影响散热。

  这里只是列了几种情况，实际还会有更多的因素。

  那我们选型的时候，大家一般是根据什么选的呢？

  按照功率选型，这个是最普遍的选型方式。

  因为大多数厂家根据机械的特性要求，首先是计算出电机的功率，这个时候电机和减速机还没有买，减速比还没有定。他可能需要先按照电机功率估选一个变频器的型号，用于预算参考。

  这种情况下，可能只知道负载类型（比如是个水泵，它是个平方转矩负载，没有过载要求）、电机的电压:3相400V，电机功率355KW。

对于：电机电流、电机转速、机械负载实际轴功率、谐波、电机电缆长度、环境条件等等，这些都是未知的。如果按照这些条件，选型是否满足要求，一般只需要比较功率，即变频器的功率大于电机功率即可，比如选择一款功率355KW的变频器，就可以满足要求了。不过这种选型毕竟是最粗略的，如果实际应用只考虑电机功率选型，很容易变频器选小。

  另外一种常见的选型，是按照电机电流选。

  这时候，知道负载类型，是水泵二次方类负载，没有过载要求，这时候电机型号可能确定了，知道了电机额定电压400V，额定功率355KW，额定电流610A，额定转速1490r/min。

对于：机械负载实际轴功率、谐波、电机电缆长度、环境条件等等，这些都是未知的

  可以看到，相比之前只按功率选，多了电机电流的数据，这时候核算变频器是否满足要求的时候，不仅仅需要比较功率，还需要比较变频器的额定电流，比如变频器额定电流是660A，比电机额定电流610A大，那这个选型应该是没什么问题的。

  个别场合因为工艺的变更，造成实际运行电流长期超过电机额定电流，造成变频器过载，这种情况不仅仅需要更换变频器，电机或减速机也需要更换。

根据电机功率或者电机电流选型是最常见的选型方式，相对而言，根据电机电流选型要稳妥一点，但是这些都还是没有考虑过载、实际轴功率、系统动态响应等等其它因素。

实际选型，我们建议要确定以下这些信息：

负载类型：知道了负载类型，我们就知道了它的转矩特性曲线，这时候就会考虑它是否有过载、制动、摩擦、机械效率、动态响应等要求或影响。

还要知道额定功率、额定电压、额定电流等要求，额定电压不能忽略，比如客户是3相220V的电机，不能给它配一个3相380V的变频器。

我们还要考虑是否有一些附加的要求，比如：特定功能要求（像抱闸功能、主从功能、负载平衡功能等等），通讯接口、IO接口、滤波器、电抗器等。

还有一些环境的影响，是否需要考虑降容，防护等级，尺寸等等。

施耐德御程系列产品目录中，列出了变频器额定电压380~480V

额定功率，其中每个型号还标注了轻载和重载的功率，变频器的额定电流，这里列出了变频器的最大连续输出电流和60s的瞬时过载能力。选型的时候，一定要确保最大连续输出电流和瞬时过载电流都能够满足负载的需要，否则变频器的功率就是偏小的。

这些就是变频器的选型要素。

  本视频的主要内容是与大家一起探讨——什么是变频器？变频器为什么能调速？为什么要用变频器；

   什么是变频器？

   变频器是将恒压恒频的交流电转换为变压变频的交流电的装置，以满足交流电动机变频调速的需要；

   施耐德变频器种类丰富，可以覆盖客户的各种应用需求，为客户提供丰富的配置选择。

   变频器为什么能调速？

   在说变频器调速之前，我们先来看看电动机：

   三相鼠笼型异步电机的定子铁芯上嵌有对称的三相绕组，每个绕组在空间上相差120°电角度，绕组可以星型连接也可以三角形连接，鼠笼电机的转子上有均匀分布的导条（一般是铜条或者铝条），两端分别用铜环把它们联接成一个整体，形成一个短路的绕组，因为形状像松鼠笼子，所以叫鼠笼型。

   当三相电流通入对称定子三相绕组时，必然会产生一个转速一定的旋转磁场。这时候转子上的导条被这种旋转磁场切割，转子导条上产生感应电动势，并产生电流，转子电流与磁场相互作用，产生电磁转矩，于是转子就跟随着旋转磁场旋转。

   当三相电流随时间变化经过一个周期T，旋转磁场在空间上相应的转过360°，即电流变化一次，旋转磁场转过一转儿。

   因此，如果电机极对数是1，电流每秒变化f1次（f1就是电源频率），那么旋转磁场每秒转过f1转。所以定子上的旋转磁场转速（也称同步转速）n0=f1/p，其中F1为电源的频率，P为绕组磁场的极对数。

因为我们习惯用r/min来表示电机转速，所以经过单位换算后，同步转速=60f1/p

   在一般情况下，异步电动机的在电动状态下，转速不能达到旋转磁场的同步转速n0，总是略小于n0,这是由于异步电动机转子导条上之所以能受到电磁转矩，关键在于导条与旋转磁场之间存在一种相对运动从而发生电磁感应作用，如果异步电动机的转子转速达到同步转速n0，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内产生感应电动势，也就不会产生电磁转矩来拖动机械负载。

   因此，异步电动机的转速n总是略小于旋转磁场转速n0，它是跟随旋转磁场，与“旋转磁场”异步转动，异步电动机由此而命名。

   同步转速n0与电机转速n之间的差值，我们称之为转差，这个转差与同步转速n0之间的比值我们称之为转差率s，用百分比的形式表示

根据这个公式，就可以推导出异步电动机的转速公式n=60f1除以p 再乘上1-s

根据这个公式，通过改变供电电源频率f1就可以改变异步电动机转速，这就是变频调速，是三相异步电动机最主要的调速方式。

   变频可以调速，那么变频器是怎样一个结构来实现变频呢？

   通常使用的变频器是交直交结构的，这种结构的简单示意图(见视频)，它是把交流通过整流桥整流成为直流，然后再按照PWM的原理通过逆变桥IGBT转换为需要的可变频变压的交流给电机，从而实现无级调速。

   通常变频器的整流采用二极管全波整流，整流后的直流电存储在滤波电容里，直流电压一般是进线电压的根号2倍，有的变频器还内置直流电抗器和制动晶体管（例如：施耐德ATV900系列），制动电阻一般是外部选件。逆变部分一般是由6个IGBT和6个二极管组成，最终输出到电机。

   变频器将直流逆变为交流，采用的最普遍的就是PWM脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。 这种方式保持逆变器的工作频率不变，即载波频率不变，而通过改变 IGBT 的导通时间或截止时间来改变占空比，这样就可以获得一列列幅值相等，脉宽不同的波形。这个幅值就是变频器的直流母线电压。设想将正弦波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等。变频器控制IGBT输出矩形脉冲波形，等幅不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化，实现等效正弦波，最终实现变压变频。

   可以看到，变频器的输出波形并非正弦波，只是面积等效正弦波，所以变频器的输出端只能接电机，不能当成电源接其它用电设备。

   为什么要用变频器？

   前面说了变频器就是变频的装置，所以变频调速是它基本的用途，在需要变频调速的场合就可以考虑变频器；另外，变频器在风机泵类负载的应用中节能效果明显，一般可以达到20%~30%，甚至更高。它还可以减少传动环节的应力，减少电机的电流冲击，提高机械与电机的使用寿命。另外变频器还集成了丰富的应用功能、通讯接口，实现自动化与信息化的融合，助力智能制造。

自动化与驱动技术创新是助力智能工厂创新升级的核心要素，也是数字化、智能化社会建设的重要基础设施，伺服电机的性能更是智能工厂创新升级的关键技术之一。TE在伺服电机领域深耕多年积累了大量成功经验、有着完整的伺服电机连接解决方案，单电缆技术、创新的定制化产品。加入TE研讨会，了解最新的伺服电机连接器技术和解决方案，助您“智”胜未来。刘鹏 Nick Liu  TE伺服行业市场经理，9年伺服领域产品管理和行业开发经验，负责TE伺服行业战略制定、业务拓展及大客户管理。   周飞荣 Ocean Zhou  近20年连接器行业从业经验，研发工程背景，15年产品管理相关工作，现服务于TE工业事业部、伺服电机相关产品线的产品经理职务。

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