三相混合式多細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
&箱式給料機(jī)nbsp;摘要:本文根據(jù)正弦電流細(xì)分驅(qū)動(dòng)的原理,設(shè)計(jì)出三相混合式多細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,系統(tǒng)采用電流跟蹤和脈寬調(diào)制技術(shù),使電機(jī)的相電流為相位相差120°的正弦波,功率驅(qū)動(dòng)電路采用六只MOS管。該驅(qū)動(dòng)工業(yè)輸送設(shè)備器解決了傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)低速振動(dòng)大、有共振區(qū)、噪音大等缺點(diǎn),提高了步距角分辨率和驅(qū)動(dòng)器的可靠性。
&石灰石破碎機(jī)nbsp; 關(guān)鍵詞螺旋提升機(jī):混合式步進(jìn)電機(jī);細(xì)分驅(qū)動(dòng);S垂直輸送機(jī)VPWM
&nbs給料器p;&nb星型卸料器sp;1 前言
步進(jìn)電機(jī)是一種開環(huán)伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行元件,以脈沖方式進(jìn)行控制,輸出角位移。與交流伺服電機(jī)及直流伺服電機(jī)相比,其突出優(yōu)點(diǎn)就是價(jià)格低廉,并且無(wú)積累誤差。但是,步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行存在許多不足之處,如低頻振蕩、噪聲大、分辨率不高等,又嚴(yán)重制約了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能與它的驅(qū)動(dòng)器有密切的FQ系列不銹鋼輸送機(jī)聯(lián)系,可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的改進(jìn)來(lái)克服步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)。相對(duì)于其他的驅(qū)動(dòng)方式,細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式不僅可以減小步進(jìn)電機(jī)的步距角,提高分辨率,而且可以減少或消除低頻振動(dòng),使電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)均勻。總體來(lái)說(shuō),細(xì)分驅(qū)動(dòng)的控制效果最好。因?yàn)槌S玫投瞬竭M(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)沒(méi)有編碼器反饋,所以隨著電機(jī)速度的升高其內(nèi)部控制電流相應(yīng)減小,從而造成丟步現(xiàn)象。所以在速度和精度要求不高的領(lǐng)域,其應(yīng)用非常廣泛。
因?yàn)槿嗷旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)比二相步進(jìn)電機(jī)有更好的低速平穩(wěn)性及輸出力矩,所以三相混合式步進(jìn)電機(jī)比二相步進(jìn)電機(jī)有更好振動(dòng)機(jī)應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)控制方法都是以硬件比較器完成,本文主要講述使用DSP及空間矢量算法SVPWM來(lái)實(shí)現(xiàn)三相混合式步進(jìn)電機(jī)控制。
 yzs振動(dòng)電機(jī); &n板鏈斗式提升機(jī)bsp;2 細(xì)分原理
步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組中電流的控制,使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)按某種要求變化,從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。最佳的細(xì)分方式是恒轉(zhuǎn)矩等步距角的細(xì)分。一般情況下,合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小,相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量的之間的夾角大小決定了步距大型破碎機(jī)角的大小。在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生接近均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),各相繞組的合成磁場(chǎng)矢量,即各相繞組電流的合成矢量應(yīng)在空間作幅值恒定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),這就需要在各相繞相中通以正弦電流。
三相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理十分類似于交流永磁同步伺服電機(jī)。其轉(zhuǎn)子上所用永磁磁鐵同樣是具有高磁密特性的稀土永磁材料,所以在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的感應(yīng)電流對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的影響可忽略不螺旋式輸送機(jī)計(jì)。在結(jié)構(gòu)上,它相當(dāng)于一種多極對(duì)數(shù)的交流永磁同步電機(jī)。由于輸入是三相正弦電流,因此產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)呈圓形分布,而且可以用永磁式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型(圖1)分析三相混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。為便于分析,可做如下假設(shè):
提升加料機(jī) a.電機(jī)定子三相繞組完全對(duì)稱;
b.第三代制砂機(jī)磁飽和、渦流及鐵心損耗忽略不計(jì);
c.激磁電流無(wú)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。
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圖1三相永磁同步電機(jī)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模型
U、V、W為定子上的3個(gè)線圈繞組,3個(gè)線圈繞組的軸線成120°。電機(jī)單相繞組通電的時(shí)候,穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩可以表達(dá)為:T=f(i,theta)。其中,i為繞組中通過(guò)的電流;theta為電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的角度。由于磁飽和效應(yīng)可以忽略不計(jì),并且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是圓形,其矩角特性為嚴(yán)格的正弦,
即:T=k*I*sin(theta),k為轉(zhuǎn)矩常數(shù)
若理想的電流源以恒幅值為I的三相平衡電流iU、iV、iW供給電機(jī)繞組,
即:
iU=I*sin(wt)
iV=I*sin(wt+2*PI/3)
iW=I*sin(wt+4*PI/3)
則電機(jī)各相電流產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩為:
TU=k*I*sin(wt)*sin(theta)
TV=k*I*sin(wt+2*PI/3)*sin(theta+2*PI/3)
TW=k*I*sin(wt+4*PI/3)*sin(theta+4*PI/3)
穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),theta=wt,則三相繞組產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩為:
T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin(PI/2-wt+theta)=3/2*k*I
以上分析表明,對(duì)于三相永磁同步電機(jī),當(dāng)三相繞組輸入相差120°的正弦電流時(shí),由于在內(nèi)部產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為恒值。因此,將交流伺服控制原理應(yīng)用到三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,輸入的220V交流,經(jīng)整流后變?yōu)橹绷鳎俳?jīng)脈寬調(diào)制技術(shù)變?yōu)槿冯A梯式正弦波形電流,它們按固定時(shí)序分別流過(guò)三路繞組,其每個(gè)階梯對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)器輸出正弦電流的頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,而輸出的階梯數(shù)確定了每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度,當(dāng)角度越小的時(shí)候,那么其階梯數(shù)就越多,即細(xì)分就越大,從理論上說(shuō)此角度可以設(shè)得足夠的小,所以細(xì)分?jǐn)?shù)可以是很大,而交流伺服控制的每步角度與反饋的編碼器的精度有很大的關(guān)系,一般使用的為2500線,所以每一步轉(zhuǎn)過(guò)的角度僅為0.144度,而此方法控制的步進(jìn)電機(jī),比如其細(xì)分?jǐn)?shù)為10000,則每一步轉(zhuǎn)過(guò)的角度為0.036度,所以比一般的伺服控制精度高很多。當(dāng)然,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì),頻率越高,反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下,電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小,從而導(dǎo)致力矩下降,通過(guò)恒流方式可以使在電機(jī)低頻和高頻時(shí)保持同樣的相電流從而使高頻的力矩特性有所改善,這只能是在低速時(shí),所以其綜合性能(高低速噪聲,高速力矩,高速平穩(wěn)性等)很難趕超交流伺服控制系統(tǒng)。
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圖2給出相差120°的三相階梯式正弦電流。
三相混合式步進(jìn)電機(jī)一般把三相繞組連接成星形或者三角形,按照電路基本定理,三相電流之和為零。即IU+IV+IW=0。所以通常只需產(chǎn)生兩相繞組的給定信號(hào),第三相繞組的給定信號(hào)可由其它兩相求得。同樣,只需要對(duì)相應(yīng)兩相繞組的實(shí)際電流進(jìn)行采樣,第三相繞組的實(shí)際電流可根據(jù)式求得。
3 三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)構(gòu)成
驅(qū)動(dòng)器的總體方案如圖3所示,主要包括單片機(jī)電路、電流追蹤型SPWM電路和功率驅(qū)動(dòng)電路組成。
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圖3驅(qū)動(dòng)器的整體框圖
3.1DSP模塊設(shè)計(jì)
在這里,我們選擇了TI公司的DSP作為CPU芯片,DSP(DigitalSignalProcessor)實(shí)際上也是一種單片機(jī),它同樣是將中央處理單元、控控制單元和外圍設(shè)備集成到一塊芯片上。但它又有自身鮮明的特點(diǎn)——因?yàn)椴捎昧硕嘟M總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)行的機(jī)機(jī)制,從而大大提高了運(yùn)算速度,具有更強(qiáng)的運(yùn)算能力和更好的實(shí)時(shí)性。本文選用的DSP(TMS320LF2407A)是一款電機(jī)控制專用芯片,144引腳,具有豐富的IO資源,含有四個(gè)通用定時(shí)器,具有兩路專用于控制三相電機(jī)的PWM發(fā)生器(可產(chǎn)生六路PWM信號(hào)),另外還有專用接收外部脈沖和方向的I/O口,從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)和程序開發(fā)。
DSP輸入信號(hào)包括步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向控制信號(hào)、脫機(jī)信號(hào),過(guò)流保護(hù)信號(hào)。這幾種信號(hào)均通過(guò)高速光耦連接到DSP的引腳上,另外還有細(xì)分步數(shù)及電流選擇信號(hào)。當(dāng)脫機(jī)信號(hào)為有效時(shí),驅(qū)動(dòng)器輸出到電機(jī)的電流被切斷,電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)(脫機(jī)狀態(tài))。反饋電流通過(guò)DSP自帶的的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)采樣,反饋的電流通過(guò)一定的算法后,由DSP自帶的PWM口輸出控制電機(jī)。
3.2電流追蹤型回路
這種傳輸方式以模擬電壓的幅值代表采樣電流或者電壓的大小,其主要用來(lái)采樣a,b兩相電流及母線電壓檢測(cè),實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流控制以及過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)。驅(qū)動(dòng)器通過(guò)采樣電阻檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)繞組的實(shí)際電流,與設(shè)定電流相比較后經(jīng)過(guò)滯環(huán)比較器調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)由20KHz頻率的三角波載波輸出,形成脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM),通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)接口電路來(lái)控制大功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通與關(guān)斷,使步進(jìn)電機(jī)的繞組實(shí)際電流跟蹤給定參考信號(hào),按給定的正弦規(guī)律變化。
3.3功率驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)器的主回路采用交-直-交電壓型逆變器形式,由整流濾波電路、三相逆變器以及步進(jìn)電機(jī)等組成。整流濾波電路構(gòu)成直流電壓源,完成220V、50Hz交流電源到直流電源的變換。逆變器實(shí)現(xiàn)從直流電到變頻變壓交流電的轉(zhuǎn)換,為三相混合式步進(jìn)電機(jī)的定子繞組提供要求的交流電流。逆變器由仙童公司生產(chǎn)的六只G30N60B3DMOS管組成,構(gòu)成三相逆變橋。驅(qū)動(dòng)器采用兩只電阻檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)相電流的瞬時(shí)值。
功率驅(qū)動(dòng)電路的核心是功率模塊(MOS管)。MOS管與電流追蹤型PWM輸出之間必須通過(guò)專用高速光耦連接。根據(jù)MOS管的過(guò)流值和電機(jī)峰值線電流來(lái)選用合適的MOS管,即電機(jī)的線電流的峰值小于MOS管的最大電流值。本設(shè)計(jì)中電機(jī)最大相電流為8.1A,該電流是相電流的有效值,峰值相電流為8.1*sqrt(2)=11.312A。此外,電機(jī)繞組在三角形接法時(shí),線電流是相電流的3倍,所以線電流峰值為19.6A。由G30N60B3DPDF文檔知,其最大流值為30A,故可以保證正常使用,正常工作要求適當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計(jì)保證內(nèi)部結(jié)溫永遠(yuǎn)小于150攝氏度,因此要外加散熱器并強(qiáng)制風(fēng)冷,以保證MOS管正常工作。
3.4并口通訊:
為了避免在控制過(guò)程中停電或者其它特別原因掉電時(shí)造成損失,使用帶電RAM存儲(chǔ)電機(jī)位置,保證來(lái)電后工件可繼續(xù)完成加工。并口RAM比傳統(tǒng)使用的E2ROM速度傳輸更快更可靠,可更有效的記錄電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),但占用CPU的I/O口較多,這里CPU有足夠的資源可以使用。
3.5控制軟件流程
主程序流程圖
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中斷部分的流程圖
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為減少功耗和保護(hù)電機(jī),設(shè)置了自動(dòng)半流功能,它由滯環(huán)比較器自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4 結(jié)論
實(shí)踐證明本文所講的驅(qū)動(dòng)方法其適應(yīng)性很強(qiáng),基本上可以適應(yīng)所有的三相混合式步進(jìn)電機(jī)。特別對(duì)三相繞組星形接法,低頻時(shí)運(yùn)行平穩(wěn),無(wú)振蕩,有效地抑制了振蕩、噪聲。另外,驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路,使整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的可靠性大大提高。
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- 葉輪給料機(jī)的出力是按一定的容積比重確定的。因此,對(duì)于建材、冶金、化工、民用等部分的制粉系統(tǒng),也要根據(jù)技術(shù)性能廣為選用。
- 電磁振動(dòng)給料機(jī)(DMA)
- DMA電磁振動(dòng)給料機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、煤炭、建材、化工、電力、糧食、機(jī)械等行業(yè),可將顆粒狀、粉狀物料均勻、連續(xù)、定量地送至受料裝置。特別適用于自動(dòng)配料、定量包裝、生產(chǎn)流程自動(dòng)化、給料精度要求高的場(chǎng)合。
- 中型板式給料機(jī)
- 中型板式給料機(jī)系間歇給料機(jī)械,適用于短距離輸送給料粒度400mm以下的塊狀物料。在礦山、選廠、化工、水泥、建材等部門,廣泛用于從儲(chǔ)料倉(cāng)往破碎、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械作均勻間歇給料。
- 輕型板式給料機(jī)
- 輕型板式給料機(jī)系連續(xù)給料機(jī)械,適用于短距離輸送給料粒度160mm以下的塊狀物料。
- 重型板式給料機(jī)
- 重型板式給料機(jī)是運(yùn)輸機(jī)械的輔助設(shè)備,該機(jī)在大型選礦廠破碎分級(jí)車間及水泥、建材等部門,作為料倉(cāng)向初級(jí)破碎機(jī)連續(xù)和均勻給料之用,也可用于短距離輸送粒度與比重較大的物料。
- 板式喂料機(jī)
- 板式喂料機(jī)(板式給料機(jī))適用范圍廣,對(duì)具有鋒利棱角的和對(duì)輸送機(jī)有強(qiáng)烈磨損性的物料或成件物品都可輸送,而且輸送物料塊狀(粒度)大。還適宜輸送小于400℃以下的高溫物料。
- 電磁振動(dòng)給料機(jī)(GZ)
- 電磁振動(dòng)給料機(jī)廣泛使用在冶金、煤炭、電子、機(jī)械、化工、建材、輕工、糧食等工礦企業(yè)中,在生產(chǎn)流程中,用于反塊狀、顆粒狀、粉狀物料從貯料倉(cāng)或漏斗中定量、均勻、連續(xù)地給到受料裝置中去。
- 共振式隔爆給料機(jī)(XJG)
- 慣性共振式給料機(jī),隔爆型防爆性能符合GB3836·2-2000《爆炸環(huán)境防爆電氣設(shè)備“d”》的規(guī)定。
- 自同步慣性振動(dòng)給料機(jī)
- 自同步慣性振動(dòng)給料機(jī)廣泛用于礦山、冶金、煤炭、建材、輕工、化工、電力、糧食等行業(yè)中,用以把塊狀、顆粒狀及粉狀物料從貯料倉(cāng)或漏斗中均勻連續(xù)或定量地給到受料裝置中去。
- 給料機(jī)械
- BW 型鏈板式給料機(jī)(簡(jiǎn)稱板喂機(jī))是一種散狀物料給料機(jī)械,把間歇式給料轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)性給料。
- 糧食輸送機(jī),糧食輸送設(shè)備
- 糧食輸送機(jī)是一種移動(dòng)轉(zhuǎn)向式皮帶輸送機(jī),是一種常見糧食輸送設(shè)備,主要用于平房倉(cāng)的散裝進(jìn)倉(cāng)作業(yè)。糧食輸送機(jī)主要由輸送部分,轉(zhuǎn)向部分和行走部分組成。主要適用于大、中型糧食倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)倉(cāng)作業(yè)。
- 座式圓盤給料機(jī)
- 座式圓盤給料機(jī)是物料運(yùn)輸機(jī)的一種輔助設(shè)備,適用于冶金、煤炭、建材、化工電力部門及機(jī)械化鑄造車間等精確均勻地給料與配料之用。
- 雙螺旋給料機(jī)
- 雙螺旋給料機(jī)使用靈活廣泛,配不同的控制器進(jìn)行單(多)品種在線定量添加、隨動(dòng)添加、失重添加及批量定量添加。
- 礦業(yè)輸送設(shè)備
- 埋刮板輸送機(jī)是輸送粉塵狀、小顆粒及小塊狀等物料的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備,可以水平、傾斜輸送,輸送物料時(shí),刮板鏈條全埋在物料之中。本機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用可靠,造價(jià)低廉,輸送距離長(zhǎng),并能輸送灼熱物料等優(yōu)點(diǎn),是常用的礦業(yè)輸送設(shè)備。
- 星型給料機(jī)
- 星型給料機(jī)是設(shè)計(jì)的一種新型給料設(shè)備,可將干燥粉狀或小顆粒狀物料均勻地輸送給受料裝置,星型給料機(jī)同時(shí)具有鎖風(fēng)、隔壓功能,能有效地解決有壓差情況下的給料,特別適用于化工、制藥、食品等行業(yè)。
- 電磁振動(dòng)給料機(jī)GZ2F
- 電磁振動(dòng)給料機(jī)GZ2F廣泛使用在冶金、煤炭、電子、機(jī)械、化工、建材、輕工、糧食等工礦企業(yè)中,在生產(chǎn)流程中,用于反塊狀、顆粒狀、粉狀物料從貯料倉(cāng)或漏斗中定量、均勻、連續(xù)地給到受料裝置中去。
- 粉體輸送設(shè)備
- 粉體輸送設(shè)備適用于制藥、食品、化工、電池等行業(yè)。
- 棒條式振動(dòng)給料機(jī)
- 棒條式振動(dòng)給料機(jī)由于在接近排料端的給料面布有分級(jí)作用縫隙可調(diào)的棒條,所以在進(jìn)行給料同時(shí)能將物料中泥土及細(xì)碎粒級(jí)的物料分離出去,使其后面的破碎機(jī)更有效發(fā)揮功能,采用自同步激振器
- 慣性振動(dòng)給料機(jī)
- 慣性振動(dòng)給料機(jī)采用振動(dòng)電機(jī)作為料斗振動(dòng)源,兼有破拱、給料、關(guān)閉三種功能。廣泛應(yīng)用于煤炭、電力、機(jī)械、化工、建材、冶金、礦山、輕工、食品、糧食、醫(yī)藥、交通運(yùn)輸?shù)炔块T的散體物料料倉(cāng)破拱給料、關(guān)閉等操作。
- 電磁震動(dòng)給料機(jī)
- GZ電磁震動(dòng)給料機(jī)廣泛使用在冶金、煤炭、電子、機(jī)械、化工、建材、輕工、糧食等行業(yè)中,在生產(chǎn)流程中,電磁振動(dòng)給料機(jī)(震動(dòng)給料機(jī))用于把塊狀、顆粒狀、粉狀物料從貯料倉(cāng)或漏斗中定量、均勻、連續(xù)地給到受料裝置中去。
- 定量給料機(jī)
- 定量給料機(jī)適用于水泥、電力、冶金、化工、煤炭、礦業(yè)、新型建材、燒結(jié)、化肥、食品等行業(yè)。
- 振動(dòng)給料
- 振動(dòng)給料廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭、建材、化工、電力、糧食等行業(yè),用于把塊狀、顆粒狀及粉狀物料從貯料倉(cāng)或其它貯料設(shè)備中均勻、連續(xù)或定量地給到受料設(shè)備中,適應(yīng)于自動(dòng)配料、定量包裝和自動(dòng)控制。
- 振動(dòng)給料電機(jī)
- 振動(dòng)給料電機(jī)在使用過(guò)程中,可以調(diào)節(jié)激振力來(lái)改變和控制流量,因而調(diào)節(jié)方便,流量穩(wěn)定,噪音低,耗電小,無(wú)沖料現(xiàn)象。
最新產(chǎn)品
CZ系列倉(cāng)壁振動(dòng)器
- 倉(cāng)壁振動(dòng)器用于防止和排除各種料倉(cāng)由于物料的內(nèi)摩擦、潮解、帶電、成分偏析等原因引起的“堵塞”、“塔拱”現(xiàn)象;亦可用于清除各種倉(cāng)壁、管道粘結(jié)物料
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慣性振動(dòng)器(ZG)
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