质保3年只换不修，厂家长沙实了个验仪器制造有限公司

一、前言

在高速离心机的运行中，加速与减速控制是确保样品安全、分离效率与设备寿命的关键环节。
赛默飞高速冷冻离心机 Legend Micro 17R 配备了智能电机驱动系统与精密速度控制算法，使加速与减速过程平稳、可调、可重复，从而满足不同实验需求。

本章节将系统阐述 Legend Micro 17R 的加减速控制原理、档位设计、运行过程、影响因素及安全保护逻辑，帮助使用者理解其背后的动力学规律与应用方法。

二、加减速控制的基本概念

1. 加速控制

加速（Acceleration）是指离心机从静止状态逐渐提升到设定转速的过程。
此过程若过快，会引起样品液体扰动、管体受力不均，甚至导致破裂；若过慢，则影响实验效率。
Legend Micro 17R 的加速控制通过智能调节电机输出功率，实现平滑过渡。

2. 减速控制

减速（Deceleration）指离心结束后，转子由高速旋转降至静止的过程。
减速过快可能使沉淀重新悬浮；减速过慢则影响操作节奏。
因此，合理选择减速曲线可确保样品层清晰、沉淀紧密。

3. 加减速时间定义

加速时间：从启动至达到设定转速所需的时间；
减速时间：从设定转速降至 0 rpm 所需时间。
两者共同决定一次离心运行的动态周期。

三、加减速控制的系统原理

1. 电机驱动基础

Legend Micro 17R 采用无刷感应电机，通过矢量变频控制（Vector Inverter Control）实现精准速度调节。
系统利用实时反馈信号（光电编码器测得的转速）与目标转速比较，形成闭环控制。

控制逻辑如下：

• 当当前转速 < 目标转速时，系统增加电流输出，加速电机；

• 当接近目标值时，控制单元逐步降低电流，实现平稳过渡；

• 减速阶段则反向施加制动力矩，使转子能量逐步释放。

这种动态控制机制称为 PID 调速算法，通过比例（P）、积分（I）、微分（D）三项调节实现响应快速且稳定无振荡。

2. 转速曲线生成原理

加减速控制遵循 S 型曲线原理。
即转速变化在起始阶段与结束阶段较平缓，中间阶段加速度最大。
这种曲线设计能最大限度地降低机械冲击与样品扰动。

3. 电流与扭矩管理

系统自动检测转子负载，根据惯量大小动态调整加速电流。
轻载样品时加速时间缩短；重载或高密度样品时自动延长加速段，以防止转子过应力。

四、加减速档位设计

Legend Micro 17R 提供 9 个可调加速档 与 9 个可调减速档。
用户可通过操作面板上的 ACC/DEC 键 进行设置。

加速与减速档位可独立设置。例如：
加速档位设为 3，减速设为 6，可实现“温和启动、快速停机”的运行逻辑。

五、加速控制的运行过程

1. 启动阶段

当按下 START 键后，系统首先进行安全检测：

• 腔盖锁闭状态确认；

• 平衡传感器检测无异常；

• 电机状态与温度检测正常。

检测通过后，控制单元发出加速指令，逐步提升电流至设定值。

2. 提速阶段

系统根据加速档位曲线控制电机转矩。

• 档位越高，电流上升越快；

• 档位越低，转矩上升更平缓。

控制逻辑持续监控转速与时间，当转速接近目标值时，进入“锁速段”。

3. 锁速与稳定段

PID 系统通过微调电压输出，使转速波动小于 ±10 rpm，确保恒速运行。
此阶段为样品真正的分离期。

六、减速控制的运行过程

1. 减速触发

离心时间结束后，系统进入减速程序。
电机驱动电流逐渐反向，形成制动力矩。

2. 动能回收与散热

部分电机能量通过电阻网络转化为热量释放，以防驱动电压反冲。
制冷系统同时运行，维持腔体温度稳定。

3. 停机保护阶段

当转速降至 300 rpm 以下，系统自动解除电机制动，依靠自然摩擦减速，防止转子轴承受力过大。
转子完全静止后，显示屏显示“END”，盖锁自动解锁。

七、加减速控制的动力学特性

1. 加速时间与转速关系

在相同档位下，加速时间 t 与目标转速成非线性关系：

t ≈ (K × √RPM) / ACC系数

其中 K 为经验常数，ACC系数对应档位。
例如，档位 9 加速至 15,000 rpm 约需 18 秒；档位 3 则需约 40 秒。

2. 减速时间与样品负载

减速时间不仅取决于档位，还受样品重量与液体黏度影响。
重载样品时系统会自动延长减速阶段，以防离心液重新混合。

3. 动态平衡与控制反馈

Legend Micro 17R 在加减速过程中实时监测振动数据，如检测到异常震动，将自动延缓加速或延长减速曲线，确保机械稳定性。

八、加减速过程中的温度控制协同

由于快速加减速会产生热量，设备配有同步温度控制逻辑：

• 加速阶段：电机发热量大，制冷系统提前升频工作；

• 恒速阶段：温度稳定在设定值 ±1℃；

• 减速阶段：温度控制模块维持冷却功率，防止温度回升。

该系统确保整个离心过程温控精度高，不受速度变化影响。

九、加减速模式的选择与应用建议

1. 生物样品（如细胞、血液）

• 建议使用加速档 2–3，减速档 1–2；

• 平缓的速度变化可避免剪切应力损伤细胞。

2. 蛋白质与核酸提取

• 加速档 4–6，减速档 4–5；

• 中速加减速保证分离效率与结构完整性。

3. 微生物沉淀或颗粒收集

• 加速档 6–8，减速档 6–7；

• 快速启动能缩短分离时间。

4. 分析级高速分离

• 加速档 9，减速档 9；

• 用于短时高转速运行，如核酸清洗。

十、控制界面与操作方法

1. 加减速设置步骤

1. 按下 ACC/DEC 键，进入设置模式；

2. 屏幕显示 “ACC” 闪烁；

3. 使用 ▲ ▼ 键选择 1–9 档；

4. 再次按 ACC/DEC 键切换到 “DEC”；

5. 设置减速档位并按 ENTER 保存。

2. 数据存储

系统可保存 99 组运行程序，加减速档位随同离心参数一并存储，方便重复实验调用。

3. 实时显示

运行时，显示屏实时显示转速变化曲线，操作者可直观观察加速与减速进程。

十一、安全保护机制

1. 过载保护：
    若加速电流超过阈值，系统自动减小电压，防止电机烧毁。

2. 过速监控：
    当反馈转速高于目标值 2% 时，立即切断输出。

3. 不平衡保护：
    检测到震动幅度超过 0.3 mm 时，延长加速时间或强制停机。

4. 温控联锁：
    温度异常时，加速过程暂停，直至温度恢复安全范围。

5. 紧急制动系统：
    断电时，电机自带反向制动机制，使转子缓慢停止，避免机械冲击。

十二、加减速控制的维护与校准

1. 定期检测

每 6 个月检查一次电机控制模块，确认加减速曲线正常无延迟。

2. 电流监测

通过维护界面查看加速电流峰值，应与额定值（约 2.5A）相符。

3. 软件校准

若加速时间明显延长或缩短，可进入工程菜单重新校准加速度参数。

4. 转子负载测试

在更换转子后，应执行一次“加减速自检程序”，系统自动匹配惯量参数。

十三、常见问题与解决

十四、加减速控制的科学意义

离心过程的加速与减速不仅是机械参数调节，更体现出对样品物理状态的精密控制。
在细胞学和分子生物实验中，控制加减速速度意味着：

• 降低剪切力；

• 保持细胞膜完整；

• 避免沉淀重悬；

• 提高分离的层次性与重复性。

从机械角度看，平稳的速度变化减少了转轴冲击与疲劳损伤，显著延长设备使用寿命。

十五、系统设计的先进特征

1. 智能加速自适应算法：根据样品重量动态优化电机输出曲线。

2. 低噪音运行：加速曲线平滑降低瞬间振动，噪音低于 56 dB。

3. 能耗优化：PID 调速结合制冷同步，减少能量浪费。

4. 机械寿命延长：平缓启动降低轴承磨损。

十六、实验优化建议

• 使用前确定样品密度与容量，选择适合的加速模式。

• 对需保持沉淀层的实验，应选择慢速减速。

• 定期清洁转子底座，防止加减速时轴承受力不均。

• 若进行连续离心实验，建议两次运行间隔 5 分钟，让电机散热。