正確理解工業(yè)用縫紉機數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的銘牌標識

      近年來，隨著工業(yè)縫紉機行業(yè)的發(fā)展，帶有數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的工業(yè)用縫紉機使用越來越廣泛，這種自動化設備以其省電、、節(jié)約勞動力等優(yōu)點受到服裝加工企業(yè)的歡迎，但伴隨著這種機電一體化高科技設備的推廣，各種新的疑問和困惑便隨之產(chǎn)生。對于工業(yè)縫紉機數(shù)控交流伺服系統(tǒng)來說，目前關注比較多的就是這種全自動化設備到底耗電量有多少？省電省在哪里？交流伺服驅動器（控制器）銘牌上的功率標識有什么意義？為什么交流伺服驅動器（控制器）的輸入功率比離合馬達的功率還要高？

      筆者希望通過本文普及一下有關數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的輸入輸出功率的基本知識。

      一個具有能量轉換或傳遞過程的物體，輸入功率就是物體從外部單位時間獲得能量的能力，而輸出功率就是單位時間物體對外輸出能量的能力。以機電一體化設備的電動機為例，其輸入的是電功率（輸入電壓、輸入電流和功率因數(shù)的乘積），輸出的是機械功率（轉速和轉矩的乘積）。輸入的電能有一部分在能量轉換中變成熱能消耗了，還有一些機械能要克服自身轉動中的摩擦阻力，所以輸出功率總會小于輸入功率。

      1）電動機的輸入功率Pi

      輸入功率一般指的是電源給電動機輸入的有功功率：

       2）電動機的輸出功率Po

       輸出功率是指電動機在額定工況下其帶動的設備主軸的機械輸出功率，輸入功率和輸出功率兩者之間有一個效率的系數(shù)η，即 Po=Pi×η。電動機標牌上所標明的額定功率，也就是額定工況下電動機軸輸出機械功率Po。電動機運行時，內(nèi)部總有一定的功率損耗，這些損耗包括：繞組上的銅（或鋁）損耗，鐵芯上的鐵損耗以及各種機械損耗等。因此輸入功率等于損耗功率與輸出功率之和，也就是說，輸出功率小于輸入功率。

      效率系數(shù)η越大，電動機轉換能量的效率越高，說明電動機損耗越小，電動機節(jié)約的電能越多。一般交流伺服電動機在額定電壓和負載下其效率在90%左右。

      電網(wǎng)電能的計費標準單位是千瓦時（KW.h），即1度電=1KW.h=1 000×Pi×h，式中h是以Pi功率運行的機電設備的時間數(shù)（單位：小時），故考量電能的消耗，除了考量系統(tǒng)的功率P之外，還需要注意的一個因素就是設備在這個功率下運行的時間。

      中華人民共和國*2010年發(fā)布的QB/T 4007-2010《工業(yè)用縫紉機 高速平縫機伺服系統(tǒng)技術條件》8.1條產(chǎn)品銘牌標記的規(guī)定如下：

      正規(guī)廠家生產(chǎn)的工業(yè)用縫紉機數(shù)控交流伺服系統(tǒng)都有上述銘牌內(nèi)容，并且不會隨意標注，具體數(shù)據(jù)各廠家按照產(chǎn)品實際測試結果進行標注。

      工業(yè)用縫紉機數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的能量轉換關系如圖1所示，整個系統(tǒng)的輸入取自交流市電的電網(wǎng)，銘牌上標示的額定輸入功率就是系統(tǒng)在額定工作狀態(tài)下，整個系統(tǒng)需要從電源引入的功率。*，工業(yè)用縫紉機數(shù)控交流伺服系統(tǒng)除了交流伺服驅動器（控制器）之外，還有交流伺服電動機、操作面板、腳踏板傳感器和停針位置傳感器等器件。伺服驅動器、傳感器、操作面板等都是一個個電子電路系統(tǒng)，本身正常工作也需要消耗電能，但是所有這些電子電路系統(tǒng)加起來的電流消耗卻很小只有毫安級（mA），而且其工作電源大多是5伏和15伏，對整個系統(tǒng)的電能消耗來說可以忽略不計。伺服驅動器能量主要消耗在電機和機頭各電磁鐵的驅動控制上，將電能轉換成機械能，驅動縫紉機完成各種自動化縫制任務。

       以鮑麥克斯新產(chǎn)品AH58系列產(chǎn)品的銘牌為例，銘牌上標示的內(nèi)容包括：額定輸入電壓、額定輸入頻率、額定輸入電流、額定輸出轉速、額定輸入功率、額定輸出功率和額定轉矩等信息，其中AHD58工業(yè)用縫紉機數(shù)控交流伺服系統(tǒng)（圖2），額定輸入功率為700瓦，電機額定工作轉速為每分鐘5 000轉，額定轉矩1牛米，額定輸出功率550瓦，加上電磁鐵驅動控制的電能損耗（平均消耗功率90瓦左右），則整個AHD58系統(tǒng)的轉換效率為：


      需要特別指出的是，數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的輸入和輸出功率都不是一成不變的，也就是說，交流伺服驅動器（控制器）銘牌上標明的額定輸入功率700瓦，不是伺服系統(tǒng)一上電就必須輸出的功率，系統(tǒng)輸出給電動機的功率550瓦也不是系統(tǒng)一上電就輸出的機械能，伺服系統(tǒng)輸入功率跟隨系統(tǒng)的輸出功率變化而變化，而輸出功率跟隨機頭負載的變化情況而自適應變化，負載變大，電機輸出功率變大，整個系統(tǒng)輸入功率就會增大一些；負載變小，電動機輸出功率變小，整個系統(tǒng)的輸入功率就會變小一些。因此，看到交流伺服驅動器（控制器）銘牌上的輸入功率請一定要記清楚這個功率是在額定工況下連續(xù)運行測試來的數(shù)據(jù)，設備實際運行起來之后，負載需要多少電能，系統(tǒng)等效率輸出多少電能，這是數(shù)控交流伺服系統(tǒng)省電節(jié)能的關鍵所在。

      鮑麥克斯AH58系列產(chǎn)品的電動機輸出扭矩能力較AH55系列產(chǎn)品的輸出扭矩提高了大概30%，將伺服系統(tǒng)輸入功率提高是為了加強整個產(chǎn)品的適用性，雖然電動機轉矩有提高，但是整個系統(tǒng)的耗電是不會增加的，只有機頭負載達到電動機需要輸出的這個扭力限值時，才會消耗等量多的電流和功率。

      因此，工業(yè)用縫紉機數(shù)控交流伺服系統(tǒng)AHD50的銘牌標注的“額定輸入功率700W”是指該伺服系統(tǒng)在額定輸出每分鐘5 000轉、1牛米的工況下測得的輸入功率，而在平?？p紉機的使用過程中，機頭轉速zui高為每分鐘4 000～4 500轉，伺服系統(tǒng)所控制的電動機輸出扭矩的大小根據(jù)縫制的面料負載情況自適應調(diào)節(jié)的?？p料比較厚時，電動機輸出電流就大，縫料比較薄時，電動機輸出電流就比較小，沒有負載（機頭不動）的時候，電動機幾乎不輸出電流，這是伺服系統(tǒng)較離合馬達驅動省電的關鍵因素所在。

      普通縫紉機使用離合馬達驅動時，這種異步電動機是直接從市電電網(wǎng)取得交流電進入電動機定子線圈的，電動機一上電即開始運轉，空載時這種離合馬達的轉化效率很低，只有踩動腳踏板使離合片咬合才帶動機頭負載運轉輸出機械能，其效率隨轉速和轉矩的增加而逐步上升，并且驅動電動機的交流電壓有效值和頻率是固定不變的，只有電動機內(nèi)部消耗的電流隨著機頭負載的增加而增加。

      數(shù)控交流伺服系統(tǒng)控制的工業(yè)縫紉機針對永磁交流伺服電動機的電壓和電流都是可控制的，它是將市電交流220伏轉換成直流310伏電源后，通過電壓逆變器再將直流變換成三相交流電源輸出給永磁伺服電動機。觀察永磁交流伺服電動機的相電壓和相電流波形會發(fā)現(xiàn)，其相電壓的平均值是隨著轉速的升高而升高，相電流是隨著負載大小的改變而改變，帶有交流伺服驅動器的縫制設備除了電動機驅動控制，還有電磁鐵等多個電磁轉換設備需要驅動，當這些設備動作頻繁時，同樣要消耗電流，但是與電動機的電能消耗比較還不是關鍵耗能因素。

      綜上，帶有數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的工業(yè)縫紉機電能耗電情況是與縫制負載有關系的，不是一成不變的。由于交流伺服驅動器（控制器）使用電壓和電流都可控制的方式來控制電動機，輸出的功率跟隨機頭負載的情況變化而變化，銘牌標識的額定輸入功率是在額定工作狀態(tài)下才消耗的電能量。系統(tǒng)不在這種額定工況下運行的時候，伺服系統(tǒng)的輸入功率就不會超過額定輸入功率，會比額定輸入功率低很多。比如鮑麥克斯AHD58系統(tǒng)在工業(yè)平縫機上以每分鐘4 000轉的速度，正常的中厚料縫紉過程中，保守估計整個系統(tǒng)消耗的功率zui多不會超過450瓦，況且縫制過程是一個時斷時續(xù)不連續(xù)的運行狀態(tài)，實際反映到電表的電能損耗比離合馬達驅動的設備省電很多，廠家可以放心使用。

（來源：中外縫制設備）