摘 要：隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓街匾曌陨淼纳眢w健康，更熱衷于參加各種體育運(yùn)動(dòng)，其中借助跑步機(jī)進(jìn)行鍛煉，其運(yùn)動(dòng)形式簡(jiǎn)單，適合在家庭或者健身房室內(nèi)使用。本文對(duì)臺(tái)達(dá)變頻器在跑步機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相關(guān)問題作了簡(jiǎn)要討論。
1 引 言
用跑步機(jī)比在戶外路面上跑最大的好處就是跑步機(jī)提供了避震效果，大量消除了每一步伐的反作用沖擊力，保護(hù)了你的膝蓋關(guān)節(jié)，因此近年來倍受歡迎。跑步機(jī)的基本功能就是構(gòu)建一條運(yùn)動(dòng)的跑道（跑步帶），跑道的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)者的跑動(dòng)方向相反，但速度必須自動(dòng)保持一致，這樣就使得運(yùn)動(dòng)者能夠在原地進(jìn)行跑步鍛煉了。如果說馬達(dá)是跑步機(jī)的心臟，那么機(jī)電系統(tǒng)的功能就是跑步機(jī)的心肺功能。完善的機(jī)電系統(tǒng)，可以充分地發(fā)揮馬達(dá)的功率效能。跑步機(jī)所使用的機(jī)電系統(tǒng)也在與時(shí)俱進(jìn)，由早期的SCR系統(tǒng)發(fā)展到目前的PWM系統(tǒng)。現(xiàn)在市面上的跑步機(jī)大都使用PWM系統(tǒng)，比起舊式的SCR系統(tǒng)，現(xiàn)代跑步機(jī)的跑感更佳，跑起來更平暢自然，應(yīng)用臺(tái)達(dá)變頻器研制的跑步機(jī)如圖1所示。
臺(tái)達(dá)跑步機(jī)專用變頻器的特點(diǎn)
變頻器是跑步機(jī)的核心，與市場(chǎng)上其它跑步機(jī)相比，臺(tái)達(dá)生產(chǎn)的跑步機(jī)專用變頻器針對(duì)性強(qiáng)，完全符合跑步機(jī)的運(yùn)行特性，該變頻器在以下幾個(gè)方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
1 提供較寬的載波頻率范圍
由于使用環(huán)境以及使用對(duì)象的特殊性，跑步機(jī)的控制性能有區(qū)別于其它電機(jī)控制的特殊要求。跑步機(jī)一般的使用環(huán)境是在室內(nèi)，對(duì)于靜音也有特別的要求。跑步機(jī)以馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)皮帶，再透過滾筒來運(yùn)轉(zhuǎn)跑步帶，這一系列的機(jī)電及機(jī)械運(yùn)作過程，會(huì)產(chǎn)生一定的聲響。如果使用變頻器來控制電機(jī)，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中會(huì)發(fā)出一種高頻的嘯叫聲，這種嘯叫聲稱為電磁噪音。該種噪音容易使人產(chǎn)生焦躁的情緒，而且這種噪音一般很難被其它聲音掩蓋。消除噪音的方法是調(diào)整變頻器的載波頻率，通常能夠調(diào)整的最大值為15kHz。在其它的環(huán)境中，將載波頻率調(diào)整到最大（15kHz）,就可能滿足使用者的要求，這時(shí)電機(jī)發(fā)出的噪音并不明顯?，F(xiàn)在各生產(chǎn)廠家對(duì)于機(jī)械部分都采取了一些防噪的措施，因此跑步機(jī)使用的環(huán)境背景噪音都比較小，這就使得原本在其它場(chǎng)合不是很明顯的電磁噪音特別的刺耳。針對(duì)這種特殊需求，臺(tái)達(dá)跑步機(jī)專用變頻器將載波頻率的可調(diào)整最大值上升到16kHZ，再一次降低了電機(jī)發(fā)出的噪音分貝，使得運(yùn)動(dòng)者能夠在更加良好的環(huán)境中鍛煉身體。
2 控制方式為SPWM，提供無速度矢量控制方式
該控制方式在不需要外部轉(zhuǎn)速反饋的情況下（對(duì)于外部接線沒有任何增加），可得到比較硬的機(jī)械特性。矢量控制方式的運(yùn)用，使異步電動(dòng)機(jī)的低頻工作特性達(dá)到了十分完美的地步，與直流電動(dòng)機(jī)相比，已經(jīng)毫不遜色了。在低頻力矩方面，能夠提供5Hz時(shí)150%的額定輸出力矩。
3 提供較低的瞬間低電壓準(zhǔn)位值
因?yàn)榕懿綑C(jī)使用的場(chǎng)所為一般住宅或運(yùn)動(dòng)中心，其使用的電源為一般市電。當(dāng)負(fù)載在無法預(yù)知使用者的設(shè)定速度以及使用者的體重情況下，設(shè)計(jì)者必須考慮該類變數(shù)的影響，該變數(shù)將有可能造成瞬間低電壓偵測(cè)動(dòng)作。為防止Lv偵測(cè)動(dòng)作，臺(tái)達(dá)跑步機(jī)專用變頻器增加了一個(gè)參數(shù)：Lv準(zhǔn)位設(shè)定。根據(jù)客戶的實(shí)際使用情況設(shè)置這個(gè)參數(shù)，能夠?qū)⒌碗妷簣?bào)警的電壓值自由設(shè)定，讓由于突發(fā)性負(fù)載原因造成停機(jī)的可能性大幅降低。
4 提供標(biāo)準(zhǔn)的485通訊接口
使用標(biāo)準(zhǔn)的485通訊接口，可使調(diào)試和使用過程變得動(dòng)更加簡(jiǎn)單方便，原本每一臺(tái)變頻器都需要手工設(shè)置參數(shù)，現(xiàn)在只需要執(zhí)行下載參數(shù)，該參數(shù)就會(huì)快捷地寫入到變頻器中，減輕了調(diào)試人員的重復(fù)勞動(dòng)量；在配線方面也更加簡(jiǎn)潔，485通訊只需要連接兩根信號(hào)線（SG+/SG-）。由于變頻器本身就是一個(gè)干擾源，485接口在抗干擾能力上比模擬量輸入強(qiáng)。
5 在485通訊控制的方式下，外部端子能夠接受EF信號(hào)
跑步機(jī)在正常運(yùn)行的情況下是看不出這個(gè)功能的重要性的，但是一旦出現(xiàn)問題，例如最嚴(yán)重的就是當(dāng)控制器死機(jī)時(shí)，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不受控制，這種情況很容易對(duì)鍛煉者造成身體的傷害。如果能夠提供一個(gè)功能，直接命令變頻器停止輸出（停止工作），讓電機(jī)自由停車，就會(huì)減小出現(xiàn)異常情況對(duì)人身造成傷害的可能性。一般情況下，都需要增加其它低壓電器來切斷電機(jī)的電源；而臺(tái)達(dá)變頻器卻能夠在不需要增加電器組件的情況下實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，減少跑步機(jī)的硬件成本以及維護(hù)工作量。
3 調(diào)試與運(yùn)行
為了達(dá)到跑步機(jī)性能的最佳化，在使用可以從以下方面調(diào)整臺(tái)達(dá)跑步機(jī)專用變頻器參數(shù)：選擇向量控制 P105=01；輸入電機(jī)的基準(zhǔn)電壓，頻率，電流（P04，P05，P52）；自動(dòng)量測(cè)電機(jī)參數(shù)；輸入電機(jī)的額定轉(zhuǎn)差；觀察運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)空載和負(fù)載電流的大小和波動(dòng)；如果出現(xiàn)噪音問題，可調(diào)整載波頻率；如果出現(xiàn)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自動(dòng)停機(jī)問題，可調(diào)整Lv準(zhǔn)位值。這些在臺(tái)達(dá)跑步機(jī)的隨機(jī)使用說明中都給出詳細(xì)的指導(dǎo)說明。
4 結(jié)束語
上述對(duì)跑步機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相關(guān)問題作了簡(jiǎn)要討論，其中核心的問題是如何正確使用變頻器，使跑步機(jī)發(fā)揮最佳的性能，由于臺(tái)達(dá)跑步機(jī)充分考慮了各種運(yùn)行特性，克服了市場(chǎng)上一般跑步機(jī)的缺陷，因而臺(tái)達(dá)跑步機(jī)更受客戶歡迎。
