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      變頻器在機(jī)床上的應(yīng)用

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      更新時(shí)間:2022-02-23 12:31:57瀏覽次數(shù):211次

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      機(jī)床設(shè)備對(duì)伺服系統(tǒng)的要求是:調(diào)速范圍寬(要求在100:1以上

      機(jī)床設(shè)備對(duì)伺服系統(tǒng)的要求是:調(diào)速范圍寬(要求在100:1以上。如XT754型鏜銑床速度是10mm/min,速度是2500mm/min,其調(diào)速范圍d:2500:10=250:1);速度控制精度高(在整個(gè)調(diào)速范圍,起制動(dòng)及運(yùn)行過程要求運(yùn)行穩(wěn)定);定位準(zhǔn)確(當(dāng)下件快速進(jìn)給后定位時(shí)間短、定位行程小,從而可提高加工效率)。
        
      針對(duì)上述特點(diǎn),我們選擇性能比較*的日本安川變頻器驅(qū)動(dòng)一般異步電動(dòng)機(jī),對(duì)1臺(tái)XT754型鏜銑床的進(jìn)給直流伺服系統(tǒng)實(shí)施改造,從而使這臺(tái)鏜銑床的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)交流伺服控制。
        

      1.交流伺服系統(tǒng)的組成
        
      由變頻器、異步電動(dòng)機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)和脈沖編碼器等組成?! ?
        
        (1)變頻器是整個(gè)系統(tǒng)的核心。它是一個(gè)多功能全數(shù)字式變頻器,主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的能源變換和數(shù)據(jù)處理。它和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、脈沖編碼器、PG速度控制卡一起構(gòu)成典型的帶PG反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
        
        變頻器VS-616G5(CIMR-C5A43P7 3.7kW)為多功能全數(shù)字式。它有四種方式:無PG U/f控制、有PG U/f控制、無PG矢量控制和有PG矢量控制。當(dāng)選用有PG矢量控制方式時(shí),其調(diào)速范圍可以達(dá)到1000:1,并且能夠?qū)崿F(xiàn)零速控制。
        
        (2)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用一般籠型異步電動(dòng)機(jī)(Y132M1-6型,4kW、380V、9.4A、960r/min),并配備強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)(吵125mm軸流風(fēng)機(jī))。由于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要工作在低速狀態(tài),在低速長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)易發(fā)熱,因此增加冷卻風(fēng)機(jī)是必要的。
        
        (3)脈沖編碼器采用HLE-1024L-3F)k A型.安裝于電動(dòng)機(jī)的軸上,其軸徑要與電動(dòng)機(jī)軸徑相配合。它是構(gòu)成帶PG反饋系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,主要參數(shù)是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)NP(變頻器參數(shù)P1-01),由下式計(jì)算選擇。
      NP=60f/nN
      式中:f--速度控制卡工作頻率,Hz
      nN一電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速,r/min
        
      當(dāng)選用的電動(dòng)機(jī)為960r/min,PG-B2速度控制卡的工作頻率是20kHz時(shí),NP=60X20000/960=1250。實(shí)際選用PG脈沖數(shù)為1024的脈沖編碼器。
        
        

      2.PG脈沖數(shù)與車銑精度的關(guān)系
      XT754型鏜銑床進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)速范圍是μ=10~1120mm/Min,快速進(jìn)給速度是2500mm/min。由于PG脈沖數(shù)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比,而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速又直接反映了伺服裝置的行程。因此,當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為速n=5.14r/min(D10mm/min)時(shí),則:
        每個(gè)脈沖當(dāng)量=μ/(nXPG脈沖數(shù))
        =10/(5.14 X1024)
        =0.0019(mm)
        即每個(gè)脈沖行程是1.9lμm。
        
        

      3.調(diào)速指令電阻網(wǎng)絡(luò)匹配計(jì)算
        變頻器端子13為主速指令控制端,對(duì)應(yīng)10V電壓輸出的頻率是基本頻率,即50Hz。根據(jù)工藝要求,電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍是5.14-576r/min。若仍舊采用原調(diào)整控制開關(guān)進(jìn)行控制,其電阻調(diào)整范圍是7512-200k12。為配合這個(gè)調(diào)速開關(guān)的設(shè)計(jì),其中,R1、R3、R5均為3.3kΩ可調(diào)電阻。當(dāng)RP在75ll-200k12變化時(shí),對(duì)應(yīng)端子13的輸出電壓是6-0.054V。根據(jù)電路原理分析,當(dāng)R3=1.05kΩ時(shí),可以得到一組計(jì)算參數(shù):R1=985Ω,1.05kΩ,R5=2.26kΩ。
        
        根據(jù)這組計(jì)算參數(shù)整定電阻R1、R3、R5,即可在變頻器端子13得到所要求的頻率設(shè)定電壓。
        
        正常運(yùn)行時(shí),KA6不動(dòng)作,端子13對(duì)17的輸出范圍在0.054-6V之間,對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)速度為5.14-576r/min。當(dāng)快速進(jìn)給時(shí),KA6動(dòng)作,端子13對(duì)17輸出10V的電壓,對(duì)應(yīng)輸出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。
        
        

      4.電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及其控制
        
        電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向只與變頻器的輸出相序有關(guān),與進(jìn)線電源的相序無關(guān)。因變頻器本身設(shè)計(jì)有外接端子,可以進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及運(yùn)行停止,故設(shè)計(jì)正反轉(zhuǎn)繼電器輸出組時(shí),可以直接與變頻器的端子相連,如圖3所示。利用KA7、KA8正反轉(zhuǎn)控制繼電器進(jìn)行控制,接口簡(jiǎn)單,控制可靠。
        
        

      5.實(shí)施中的問題及對(duì)策
        
        經(jīng)過以上改造組成的變頻調(diào)速伺服控制系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)作可靠,操作習(xí)慣與原機(jī)組*相同。但在不加PG矢量控制的條件下,經(jīng)試車發(fā)現(xiàn)存在:定位不準(zhǔn)確(快速進(jìn)給后工件行程太長(zhǎng),加工定位不好掌握)和低速運(yùn)行速度不穩(wěn)定等問題。
        
        分析原因是:在無PG矢量控制的條件下,其調(diào)速范圍是100:1,即在基本速度50Hz的條件下,其運(yùn)行頻率是0.5Hz,對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)速度是9.6r/min,達(dá)不到機(jī)械設(shè)備工藝要求。
        
        當(dāng)加上PG脈沖編碼器構(gòu)成帶PG反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)后,在磁通矢量控制方式下,其調(diào)速范圍可以達(dá)到1000:1,而此時(shí)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)速度(滿足工藝要求),要求變頻器的輸出頻率僅為0.2Hz。
        
        ASR是變頻器有PG矢量控制的自動(dòng)速度控制器。調(diào)整變頻器的參數(shù)C5-01-04可使速度控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)在低速至高速的全速度范圍內(nèi)得到良好調(diào)節(jié)。通常C5-06參數(shù)不必調(diào)整,只有在調(diào)整增益而不能消除振動(dòng)時(shí),可調(diào)整C5-06來消除振動(dòng)(但是調(diào)整這個(gè)參數(shù)會(huì)造成降低速度控制響應(yīng))。
        
        

      6.經(jīng)濟(jì)效益
        
        經(jīng)過方案比較,如果仍舊采用直流傳動(dòng)系統(tǒng),投資為2.5萬元,而采用變頻調(diào)速系統(tǒng)方案,全部投資僅為1.8萬元,節(jié)約直接投資費(fèi)用0.7萬元。
        
        采用直流傳動(dòng)系統(tǒng),實(shí)際功耗約2kW,而交流變頻調(diào)速系統(tǒng)僅0.18kW,按0.5元/kwh,每臺(tái)班工作5h,全年按600個(gè)臺(tái)班計(jì)算,年節(jié)約電費(fèi)約0.27萬元。

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