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一、前言

在高速離心機(jī)的運行中，加速與減速控制是確保樣品安全、分離效率與設(shè)備壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
賽默飛高速冷凍離心機(jī) Legend Micro 17R 配備了智能電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與精密速度控制算法，使加速與減速過程平穩(wěn)、可調(diào)、可重復(fù)，從而滿足不同實驗需求。

本章節(jié)將系統(tǒng)闡述 Legend Micro 17R 的加減速控制原理、檔位設(shè)計、運行過程、影響因素及安全保護(hù)邏輯，幫助使用者理解其背后的動力學(xué)規(guī)律與應(yīng)用方法。

二、加減速控制的基本概念

1. 加速控制

加速（Acceleration）是指離心機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)逐漸提升到設(shè)定轉(zhuǎn)速的過程。
此過程若過快，會引起樣品液體擾動、管體受力不均，甚至導(dǎo)致破裂；若過慢，則影響實驗效率。
Legend Micro 17R 的加速控制通過智能調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率，實現(xiàn)平滑過渡。

2. 減速控制

減速（Deceleration）指離心結(jié)束后，轉(zhuǎn)子由高速旋轉(zhuǎn)降至靜止的過程。
減速過快可能使沉淀重新懸?。粶p速過慢則影響操作節(jié)奏。
因此，合理選擇減速曲線可確保樣品層清晰、沉淀緊密。

3. 加減速時間定義

加速時間：從啟動至達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速所需的時間；
減速時間：從設(shè)定轉(zhuǎn)速降至 0 rpm 所需時間。
兩者共同決定一次離心運行的動態(tài)周期。

三、加減速控制的系統(tǒng)原理

1. 電機(jī)驅(qū)動基礎(chǔ)

Legend Micro 17R 采用無刷感應(yīng)電機(jī)，通過矢量變頻控制（Vector Inverter Control）實現(xiàn)精準(zhǔn)速度調(diào)節(jié)。
系統(tǒng)利用實時反饋信號（光電編碼器測得的轉(zhuǎn)速）與目標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，形成閉環(huán)控制。

控制邏輯如下：

• 當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)速 < 目標(biāo)轉(zhuǎn)速時，系統(tǒng)增加電流輸出，加速電機(jī)；

• 當(dāng)接近目標(biāo)值時，控制單元逐步降低電流，實現(xiàn)平穩(wěn)過渡；

• 減速階段則反向施加制動力矩，使轉(zhuǎn)子能量逐步釋放。

這種動態(tài)控制機(jī)制稱為 PID 調(diào)速算法，通過比例（P）、積分（I）、微分（D）三項調(diào)節(jié)實現(xiàn)響應(yīng)快速且穩(wěn)定無振蕩。

2. 轉(zhuǎn)速曲線生成原理

加減速控制遵循 S 型曲線原理。
即轉(zhuǎn)速變化在起始階段與結(jié)束階段較平緩，中間階段加速度最大。
這種曲線設(shè)計能最大限度地降低機(jī)械沖擊與樣品擾動。

3. 電流與扭矩管理

系統(tǒng)自動檢測轉(zhuǎn)子負(fù)載，根據(jù)慣量大小動態(tài)調(diào)整加速電流。
輕載樣品時加速時間縮短；重載或高密度樣品時自動延長加速段，以防止轉(zhuǎn)子過應(yīng)力。

四、加減速檔位設(shè)計

Legend Micro 17R 提供 9 個可調(diào)加速檔 與 9 個可調(diào)減速檔。
用戶可通過操作面板上的 ACC/DEC 鍵 進(jìn)行設(shè)置。

加速與減速檔位可獨立設(shè)置。例如：
加速檔位設(shè)為 3，減速設(shè)為 6，可實現(xiàn)“溫和啟動、快速停機(jī)”的運行邏輯。

五、加速控制的運行過程

1. 啟動階段

當(dāng)按下 START 鍵后，系統(tǒng)首先進(jìn)行安全檢測：

• 腔蓋鎖閉狀態(tài)確認(rèn)；

• 平衡傳感器檢測無異常；

• 電機(jī)狀態(tài)與溫度檢測正常。

檢測通過后，控制單元發(fā)出加速指令，逐步提升電流至設(shè)定值。

2. 提速階段

系統(tǒng)根據(jù)加速檔位曲線控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。

• 檔位越高，電流上升越快；

• 檔位越低，轉(zhuǎn)矩上升更平緩。

控制邏輯持續(xù)監(jiān)控轉(zhuǎn)速與時間，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)值時，進(jìn)入“鎖速段”。

3. 鎖速與穩(wěn)定段

PID 系統(tǒng)通過微調(diào)電壓輸出，使轉(zhuǎn)速波動小于 ±10 rpm，確保恒速運行。
此階段為樣品真正的分離期。

六、減速控制的運行過程

1. 減速觸發(fā)

離心時間結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入減速程序。
電機(jī)驅(qū)動電流逐漸反向，形成制動力矩。

2. 動能回收與散熱

部分電機(jī)能量通過電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為熱量釋放，以防驅(qū)動電壓反沖。
制冷系統(tǒng)同時運行，維持腔體溫度穩(wěn)定。

3. 停機(jī)保護(hù)階段

當(dāng)轉(zhuǎn)速降至 300 rpm 以下，系統(tǒng)自動解除電機(jī)制動，依靠自然摩擦減速，防止轉(zhuǎn)子軸承受力過大。
轉(zhuǎn)子完全靜止后，顯示屏顯示“END”，蓋鎖自動解鎖。

七、加減速控制的動力學(xué)特性

1. 加速時間與轉(zhuǎn)速關(guān)系

在相同檔位下，加速時間 t 與目標(biāo)轉(zhuǎn)速成非線性關(guān)系：

t ≈ (K × √RPM) / ACC系數(shù)

其中 K 為經(jīng)驗常數(shù)，ACC系數(shù)對應(yīng)檔位。
例如，檔位 9 加速至 15,000 rpm 約需 18 秒；檔位 3 則需約 40 秒。

2. 減速時間與樣品負(fù)載

減速時間不僅取決于檔位，還受樣品重量與液體黏度影響。
重載樣品時系統(tǒng)會自動延長減速階段，以防離心液重新混合。

3. 動態(tài)平衡與控制反饋

Legend Micro 17R 在加減速過程中實時監(jiān)測振動數(shù)據(jù)，如檢測到異常震動，將自動延緩加速或延長減速曲線，確保機(jī)械穩(wěn)定性。

八、加減速過程中的溫度控制協(xié)同

由于快速加減速會產(chǎn)生熱量，設(shè)備配有同步溫度控制邏輯：

• 加速階段：電機(jī)發(fā)熱量大，制冷系統(tǒng)提前升頻工作；

• 恒速階段：溫度穩(wěn)定在設(shè)定值 ±1℃；

• 減速階段：溫度控制模塊維持冷卻功率，防止溫度回升。

該系統(tǒng)確保整個離心過程溫控精度高，不受速度變化影響。

九、加減速模式的選擇與應(yīng)用建議

1. 生物樣品（如細(xì)胞、血液）

• 建議使用加速檔 2–3，減速檔 1–2；

• 平緩的速度變化可避免剪切應(yīng)力損傷細(xì)胞。

2. 蛋白質(zhì)與核酸提取

• 加速檔 4–6，減速檔 4–5；

• 中速加減速保證分離效率與結(jié)構(gòu)完整性。

3. 微生物沉淀或顆粒收集

• 加速檔 6–8，減速檔 6–7；

• 快速啟動能縮短分離時間。

4. 分析級高速分離

• 加速檔 9，減速檔 9；

• 用于短時高轉(zhuǎn)速運行，如核酸清洗。

十、控制界面與操作方法

1. 加減速設(shè)置步驟

1. 按下 ACC/DEC 鍵，進(jìn)入設(shè)置模式；

2. 屏幕顯示 “ACC” 閃爍；

3. 使用 ▲ ▼ 鍵選擇 1–9 檔；

4. 再次按 ACC/DEC 鍵切換到 “DEC”；

5. 設(shè)置減速檔位并按 ENTER 保存。

2. 數(shù)據(jù)存儲

系統(tǒng)可保存 99 組運行程序，加減速檔位隨同離心參數(shù)一并存儲，方便重復(fù)實驗調(diào)用。

3. 實時顯示

運行時，顯示屏實時顯示轉(zhuǎn)速變化曲線，操作者可直觀觀察加速與減速進(jìn)程。

十一、安全保護(hù)機(jī)制

1. 過載保護(hù)：
   ?若加速電流超過閾值，系統(tǒng)自動減小電壓，防止電機(jī)燒毀。

2. 過速監(jiān)控：
   ?當(dāng)反饋轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)值 2% 時，立即切斷輸出。

3. 不平衡保護(hù)：
   ?檢測到震動幅度超過 0.3 mm 時，延長加速時間或強(qiáng)制停機(jī)。

4. 溫控聯(lián)鎖：
   ?溫度異常時，加速過程暫停，直至溫度恢復(fù)安全范圍。

5. 緊急制動系統(tǒng)：
   ?斷電時，電機(jī)自帶反向制動機(jī)制，使轉(zhuǎn)子緩慢停止，避免機(jī)械沖擊。

十二、加減速控制的維護(hù)與校準(zhǔn)

1. 定期檢測

每 6 個月檢查一次電機(jī)控制模塊，確認(rèn)加減速曲線正常無延遲。

2. 電流監(jiān)測

通過維護(hù)界面查看加速電流峰值，應(yīng)與額定值（約 2.5A）相符。

3. 軟件校準(zhǔn)

若加速時間明顯延長或縮短，可進(jìn)入工程菜單重新校準(zhǔn)加速度參數(shù)。

4. 轉(zhuǎn)子負(fù)載測試

在更換轉(zhuǎn)子后，應(yīng)執(zhí)行一次“加減速自檢程序”，系統(tǒng)自動匹配慣量參數(shù)。

十三、常見問題與解決

十四、加減速控制的科學(xué)意義

離心過程的加速與減速不僅是機(jī)械參數(shù)調(diào)節(jié)，更體現(xiàn)出對樣品物理狀態(tài)的精密控制。
在細(xì)胞學(xué)和分子生物實驗中，控制加減速速度意味著：

• 降低剪切力；

• 保持細(xì)胞膜完整；

• 避免沉淀重懸；

• 提高分離的層次性與重復(fù)性。

從機(jī)械角度看，平穩(wěn)的速度變化減少了轉(zhuǎn)軸沖擊與疲勞損傷，顯著延長設(shè)備使用壽命。

十五、系統(tǒng)設(shè)計的先進(jìn)特征

1. 智能加速自適應(yīng)算法：根據(jù)樣品重量動態(tài)優(yōu)化電機(jī)輸出曲線。

2. 低噪音運行：加速曲線平滑降低瞬間振動，噪音低于 56 dB。

3. 能耗優(yōu)化：PID 調(diào)速結(jié)合制冷同步，減少能量浪費。

4. 機(jī)械壽命延長：平緩啟動降低軸承磨損。

十六、實驗優(yōu)化建議

• 使用前確定樣品密度與容量，選擇適合的加速模式。

• 對需保持沉淀層的實驗，應(yīng)選擇慢速減速。

• 定期清潔轉(zhuǎn)子底座，防止加減速時軸承受力不均。

• 若進(jìn)行連續(xù)離心實驗，建議兩次運行間隔 5 分鐘，讓電機(jī)散熱。